DE4402037A1 - Servoventil - Google Patents

Description

Bei hydraulischen Servosystemen, z. B. in Form von Hilfskraftlenkungen für Fahrzeuge, mit sog. geschlossener Mitte wird in den beiden aktiven Schaltstellungen für Links- und Rechtseinschlag ein hydrostatischer Speicher, in dem Fluid unter Druck bevorratet ist, mit den Druckräumen eines Verbrauchers, z. B. in Form eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders, verbunden, um die eingeleitete Bewegung zu unterstützen.

Das der Erfindung zugrundeliegende Servosystem ist einfach zu fertigen, weil weitgehend auf enge Toleranzen verzichtet werden kann, wie diese bei den üblichen Schieber- Hülse-Systemen notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die erforderlichen Schließ- und Öffnungsventileinheiten nicht in Reihe, sondern parallelschaltend angeordnet sind. Dadurch ergibt sich ein geringer Schaltweg und es werden darüber hinaus die Federmassensysteme der beiden Ventileinheiten entkoppelt mit dem Vorteil der Vermeidung störender Schwingungserscheinungen.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Funktion in der nichtaktiven Neutralstellung.

Der Zapfen 1 stellt die vordere Lagerung der Ritzelwelle einer Zahnstangenlenkung dar. Das quaderförmige Teil 2 mit der Bezeichnung Schaltstein bildet die Lageraufnahme der Zapfenlagerung und ist über das Flachlager 3 gegen das Gehäuse 4 abgestützt. Das Flachlager 3 nimmt die Kraft auf, mit der Ritzel und Zahnstange einer Zahnstangenlenkung federnd gegeneinander verspannt werden. Die Baugruppe 5 bildet das sogenannte Öffnungsventil, die Baugruppe 6 das sogenannte Schließventil der linken Zeichnungshälfte und damit einer ersten Ausführungsvariante. Die rechte Zeichnungshälfte beinhaltet eine zweite Ausführungsvariante, die sich von der ersten nur durch ein anders gestaltetes Öffnungsventil unterscheidet.

Funktion der ersten Ausführungsvariante (linke Zeichnungshälfte):

Wird der Schaltstein 2 durch Reaktionskräfte beim Lenkvorgang z. B. nach links bewegt, so schließt der Sitzkegel 6h des Schließventils den in Neutralstellung durch die Kraft der Druckfeder 6k offengehaltenen Spalt 6i. Gleichzeitig öffnet sich gegen die Kraft der Druckfeder 5c der Dichtspalt 5g. Das Fluid strömt aus dem Speicher durch den Spalt 5g zum Zylinderraum A eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders, der nicht näher dargestellt ist. Das aus dem Zylinderraum B verdrängte Fluid strömt durch das geöffnete rechte Schließventil in den Gehäuseinnenraum und von dort zum Tank des Systems zurück.

Die Betätigung von Schließ- und Öffnungsventil erfolgt erst nach Überschreiten der durch Vorspannung der Druckfedern 5c und 6k bedingten Kräfte. Dadurch erfüllt sich die Forderung nach einer rein mechanischen Betätigung der Lenkung bei kleinen Lenkkräften. Erst bei größeren Lenkkräften spricht das hydraulische System nach obiger Beschreibung an. Über die Verbindung 5f füllt sich der Raum 5e mit Fluid unter Arbeitsdruck. Dieser beaufschlagt die innerhalb des inneren Dichtsatzes liegende Fläche des Schiebers 5a. Es entsteht eine Druckkraft, gegen die der Schieber 5a betätigt werden muß und somit die gewünschte Proportionalität zwischen Lenkkraft und Arbeitsdruck. Dieser Effekt wird mit Kraftrückmeldung bzw. Rückwirkung bezeichnet und ist ergonomisch bedingt. Ab einem bestimmten Arbeitsdruck öffnet das Kugelsitzventil 5d. Ab diesem Zustand nimmt der Arbeitsdruck zu, nicht aber der Druck hinter der als Drossel wirkenden Verbindung 5f und damit die Betätigungskraft=Lenkkraft am Schieber 5a. Dieser Effekt wird mit Abschneideffekt bezeichnet und begrenzt die Lenkkräfte z. B. während eines Parkiervorgangs auf ein erträgliches Maß.

Funktion der zweiten Ausführungsvariante (rechte Zeichnungshälfte):

Die Funktion des Schließventils ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsvariante. Der Unterschied zwischen beiden Varianten besteht in Aufbau und Funktion der die Kraftrückmeldung und Abschneideffekt erzeugenden Bauteile des Öffnungsventils Baugruppe 7.

Wird der Schaltstein 2 nach rechts bewegt, so öffnet der Spalt 7a und das Fluid strömt aus dem Speicher zum Zylinderraum B. Der Arbeitsdruck teilt sich dem Raum 7h durch die Verbindung 7g mit. Die aus Hülse 7c und Schieber 7f bestehende Einheit, die durch die Grenzkraftfeder 7e verkoppelt ist, muß gegen die Druckbeaufschlagung des Ringquerschnitts 7i nach rechts bewegt werden. Dadurch wird die gewünschte Proportionalität zwischen Arbeitsdruck und Lenkkraft erzeugt (=Kraftrückmeldung bzw. Rückwirkung). Ab einem bestimmten Arbeitsdruck wird die Vorspannung der Grenzkraftfeder 7e überschritten und Hülse 7c und Schieber 7f bewegen sich entsprechend den eingezeichneten Pfeilrichtungen. Die Relativbewegung unterbricht den Kraftschluß bei 7k. Ab diesem Zustand wird die Hülse 7c nur gegen die bei kleinen Bewegungen nahezu konstante Kraft der Grenzkraftfeder 7e verschoben. Dadurch ergibt sich der gewünschte Effekt der Abschneidung, d. h. trotz zunehmendem Arbeitsdruck gleichbleibender Lenkkraft.

Claims (12)

1. Servoventil nach dem Prinzip der geschlossenen Mitte, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Schaltstein 2 bezeichnetes ungefähr quaderförmiges Teil die Lageraufnahme des hinteren oder bevorzugt vorderen Ritzelwellenlagers bildet, durch Lenkreaktionskräfte geringfügige Bewegungen in einer Ebene ausgeführt und dadurch die räumlich und kinematisch mehr oder weniger parallel angeordneten Einheiten Schließventil 6 und Öffnungsventil 5 bzw. 7 betätigt, die im den Schaltstein 2 umgebenden Gehäuse 4 eingebaut sind.

2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten Schließventil und Öffnungsventil auf jeder Seite des Schaltsteins paarig und so angeordnet sind, daß Einheiten gleicher Funktion sich jeweils gegenüberliegen.

3. Servoventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstein das Lager z. B in Form eines Flachlagers enthält, in dem die Reaktionskräfte der federnden Vorspannung zwischen Ritzel und Zahnstange einer Zahnstangenlenkung aufgenommen werden.

4. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließventil mit einem konischen oder kugeligen Dichtsitz versehen ist und durch die Vorspannung eines Federelements bei Neutralstellung in geöffnetem Zustand gehalten wird.

5. Servoventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsventil durch Federdruck in geschlossenem Zustand gehalten wird.

6. Servoventil nach vorliegenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit Öffnungsventil die zur Erzeugung der Kraftrückmeldung und des Abschneideffekts erforderlichen Elemente enthält.

7. Servoventil nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Ausführungsvariante die zur Unterteilung in einzelne Druckbereiche erforderlichen Dichtelemente in einer zur Bewegungsrichtung des Schiebers 5a senkrechten Ebene im Öffnungsventil sich befinden.

8. Servoventil nach vorliegenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein die sog. Kraftrückmeldung erzeugender Raum durch das in der unter Schutzanspruch 7 genannte innerste Dichtelement umschlossen wird.

9. Servoventil nach vorliegenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Raum ab einem bestimmten Arbeitsdruck durch ein Sitzventil 5d mit dem Tank verbunden ist, und sich durch Drosselwirkung in einer zu diesem Raum führenden Verbindung ab diesem Zustand ein konstanter und vom Arbeitsdruck unabhängiger Druck einstellt, was den sog. Abschneideffekt bewirkt.

10. Servoventil nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Ausführungsvariante des Öffnungsventils Hülse 7c und Schieber 7f eine durch eine Grenzkraftfeder gekoppelte Einheit bilden, die durch den Schaltstein 2 gegen eine vom Arbeitsdruck beaufschlagte Querschnittsfläche zwischen Hülse 7c und Schieber 7f bewegt werden muß und so die Funktion der sog. Kraftrückmeldung bewirkt.

11. Servoventil nach Ansprüchen 1 bis 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß ab einem bestimmten Arbeitsdruck die in der unter 10 genannten Querschnittsfläche wirkende Druckkraft größer ist als die Vorspannkraft der Grenzkraftfeder 7h, wodurch sich der Schieber 7f in einer Anschlagfläche 7k von der Hülse 7c abkoppelt und die vom Schaltstein 2 aufzubringende Betätigungskraft nur durch die Vorspannkraft der Grenzkraftfeder bestimmt wird, was den sog. Abschneideffekt erzeugt.

12. Servoventil nach vorliegenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den bewegten Bauteilen der Ventileinheiten und dem Schaltstein 2 Federelemente 8 eingebaut sind, die ein mögliches Spiel an diesen Stellen überbrücken.