DE4447543A1 - Servoventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servoventilanordnung mit Hoch­ druck-, Niederdruck- und Motoranschluß sowie einem zwischen Hochdruck- und Motoranschluß angeordneten, als Sitzventil ausgebildeten Drucksteuerventil und einem zwischen Motor- und Niederdruckanschluß angeordneten Rücklaufsteuerventil, wobei das Drucksteuerventil normal geschlossen und das Rücklaufsteuerventil normal geöffnet ist und beide Ventile axial verschiebbare und zueinander gleichachsig angeordnete Steuerteile besitzen, die über ein gemeinsames Betätigungs­ organ, insbesondere Stößel, unter Schließung des Rücklauf­ steuerventiles und Öffnung des Drucksteuerventiles betätig­ bar sind.

Aus der DE 37 28 920 A1 ist eine entsprechende Servoventil­ anordnung grundsätzlich bekannt. Nach dieser Druckschrift steuert die Ventilanordnung die Servounterstützung einer Fahrzeugbremse. Das Drucksteuer- sowie das Rücklaufsteuer­ ventil sind nach der DE 37 28 920 A1 jeweils als Sitzventile ausgebildet, wobei der Verschlußkörper des Drucksteuerven­ tiles mit einem gehäuseseitig angeordneten Ventilsitz zusam­ menwirkt, während der vom Drucksteuerventil geson­ derte Verschlußkörper des Rücklaufsteuerventiles mit einem am Verschlußkörper des Drucksteuerventiles ange­ ordneten Sitz zusammenwirkt. Bei Betätigung des Brems­ pedales wird der Verschlußkörper des Rücklaufsteuerven­ tiles in Richtung des Verschlußkörpers des Drucksteuer­ ventiles vorgeschoben und verschließt dann eine den Verschlußkörper des Drucksteuerventiles durchsetzende Axialbohrung, die normalerweise einen Kolbenarbeitsraum eines Bremsbetätigungsorgans mit einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir verbindet. Sobald nach Schließen des Rücklaufsteuerventiles der Verschlußkörper des Drucksteuer­ ventiles von seinem Sitz abhebt, wird dann der genannte Kolbenarbeitsraum mit einer Druckquelle bzw. einem Druck­ speicher verbunden.

Bei derzeit in Kraftfahrzeugen üblichen hydraulischen Servolenkungen wird die zugehörige Servoventilanordnung praktisch ständig von Hydraulikmedium durchströmt, und zwar auch dann, wenn - wie z. B. bei normaler Geradeausfahrt - keinerlei Servokraft benötigt wird. Die Servoventilan­ ordnung besteht im Prinzip aus zwei parallelen Drossel­ strecken, die zwischen einem Druckanschluß und einem Niederdruckanschluß angeordnet sind und jeweils zwei gegenläufig gesteuerte, in Reihe angeordnete Drosseln um­ fassen, zwischen denen jeweils ein Motoranschluß abzweigt. In Abhängigkeit von der Richtung und Größe eines am Lenk­ handrad aufzubringenden Betätigungsmomentes wird die eingangsseitige Drossel der einen Drosselstrecke zunehmend geöffnet und gleichzeitig die Ausgangsdrossel dieser Drossel­ strecke zunehmend gedrosselt, während die Drosseln der an­ deren Drosselstrecke in jeweils umgekehrter Richtung ge­ steuert werden. Auf diese Weise wird zwischen den Motor­ anschlüssen der beiden Drosselstrecken eine nach Richtung und Größe steuerbare Druckdifferenz erzeugt, so daß ein entsprechender Servomotor eine steuerbare Servokraft in der einen oder anderen Richtung erzeugt. In Betriebszu­ ständen, bei denen keine Servokraft benötigt wird, nehmen alle Drosseln eine Mittelstellung ein, so daß beide Drossel­ strecken gleichmäßig durchströmt werden und zwischen den Motoranschlüssen Druckgleichheit vorliegt.

Da bei diesen bekannten Servolenkungen ein ständiger Hydraulikstrom aufrechterhalten werden muß, wird ständig Leistung benötigt.

Im Hinblick auf eine Verringerung des Leistungsbedarfes von Kraftfahrzeugen ist es grundsätzlich bekannt, Servo­ lenkungen mit sogenannter geschlossener Mitte vorzusehen, d. h. solange keine Servokraft benötigt wird, hat der Servo­ motor keinerlei Verbindung zur Druckquelle, vielmehr ist der Servomotor in diesem Zustand lediglich mit dem Nieder­ druckanschluß bzw. Hydraulikreservoir verbunden, um eine passive Beweglichkeit des Servomotors zu ermöglichen.

In diesem Zusammenhang wurde schon versucht, Servolenkungen unter Verwendung der eingangs angegebenen Servoventilanord­ nungen zu verwirklichen. Im wesentlichen müssen dann zwischen einer Druckquelle und einem Druckspeicher und einem Hydrau­ likreservoir zwei Servoventilanordnungen der eingangs angegebenen Art parallel zueinander angeordnet werden. In Abhängigkeit von dem am Lenkhandrad aufzubringenden Be­ tätigungsmoment wird dann das Drucksteuerventil der einen oder anderen Servoventilanordnung mehr oder weniger weit geöffnet, so daß jeweils der Motoranschluß der einen oder anderen Servoventilanordnung mit steuerbarem Drosselwider­ stand an die Druckquelle bzw. den Druckspeicher angeschlossen und gleichzeitig gegenüber dem Niederdruckanschluß abgesperrt wird. Damit erzeugt der zwischen den Motoranschlüssen der beiden Servoventilanordnungen angeschlossene Servomotor eine Servokraft in der einen oder anderen Richtung.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer Servoventilan­ ordnung der eingangs angegebenen Art ein besonders gutes Steuerverhalten bei einfacher Konstruktion zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Steuerteil des Drucksteuerventiles ein ständig mit dem Motor­ anschluß kommunizierender Verdrängerarbeitsraum angeordnet ist, dessen Verdränger vom Druck im Verdrängerarbeitsraum in Richtung eines am Steuerteil des Drucksteuerventiles angeord­ neten Anschlages und von einer Rückstellkraft, die zwischen dem Verdränger und einem stationären Teil wirksam ist, in eine das Volumen des Verdrängerarbeitsraumes verkleinernden Rich­ tung beaufschlagt wird.

Bei der Erfindung ist gewährleistet, daß das Steuerteil des Drucksteuerventiles gegen einen Widerstand betätigt wird, der vom Druck am Motoranschluß abhängig ist. Dieser Widerstand bleibt jedoch begrenzt, weil der Verdränger bei höherem hy­ draulischen Druck gegen den Anschlag am Steuerteil des Druck­ steuerventiles anschlägt, so daß eine weitere Erhöhung des hy­ draulischen Druckes keine weitere Erhöhung des genannten Wi­ derstandes bewirken kann.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsformen erläutert werden.

Dabei zeigt die einzige Figur ein Axialschnittbild einer erfindungsgemäßen Servoventilanordnung.

Die in der Zeichnung dargestellte, besonders bevorzugte Aus­ führungsform der Erfindung besitzt eine innerhalb der Axial­ bohrung 3 der Ventilpatrone 1 verschiebbar geführte Ventilhül­ se 68, welche in ähnlicher Weise wie die Ventilhülse in Nor­ mallage mit einen Konusabschnitt 10 auf der Ringkante 4 der Axialbohrung 3 aufsitzt, wobei die Schraubendruckfeder 9 die Ventilhülse 68 in dieser Lage zu halten sucht. Auf diese Weise werden die zum Motoranschluß P1 bzw. P2 führenden Radialboh­ rungen 6 der Ventilpatrone 1 von den mit dem Druckanschluß P verbundenen Radialbohrungen 7 normalerweise hydraulisch ge­ trennt. Axial oberhalb und unterhalb der Ventilhülse 68 sind an der Ventilpatrone 1 Radialbohrungen 69 und 70 angeordnet, die mit dem Niederdruckanschluß T verbunden sind.

Im übrigen besitzt die Ventilhülse 68 Radialbohrungen 16, die in allen Stellungen der Ventilhülse 68 mit den Radialbohrungen 6 des Motoranschlusses P1 bzw. P2 kommunizieren.

Oberhalb der Radialbohrungen 16 ist in der gestuften Axialboh­ rung 71 der Ventilhülse 68 ein Kolben 72 begrenzt axial ver­ schiebbar angeordnet, wobei der Aufwärtshub des Kolbens 72 re­ lativ zur Ventilhülse 68 durch einen in der Axialbohrung 71 angeordneten Anschlagring und der Abwärtshub durch eine Ring­ stufe in der Axialbohrung 71 begrenzt wird. Dieser Kolben 72 wird durch eine am Bodenteil 2 der Ventilpatrone 1 abgestützte Schraubendruckfeder 73 in Abwärtsrichtung gedrängt, so daß er ständig seine untere Endlage in der Ventilhülse 68 einzunehmen sucht.

Unterhalb der Ventilhülse 68 ist in der Axialbohrung 3 der Ventilpatrone 1 ein Stößel 74 verschiebbar angeordnet, welcher ein beispielsweise kugelförmiges Verschlußteil 75 trägt, wel­ ches mit der zugewandten Stirnöffnung der Axialbohrung 71 der Ventilhülse 68 zusammenwirkt.

Normalerweise nimmt der Stößel 74 die dargestellte untere End­ lage ein, in der das Verschlußteil 75 von der zugewandten Stirnöffnung der Axialbohrung 71 der Ventilhülse 68 entfernt ist und der Abschnitt der Axialbohrung 71 unterhalb des Kol­ bens 72 mit den Radialbohrungen 70 und damit mit dem Nieder­ druckanschluß T kommuniziert. Gleichzeitig nimmt die Ventil­ hülse 68 die dargestellte untere Endlage ein. Dementsprechend ist der Motoranschluß P1 bzw. P2 einerseits gegenüber dem Druckanschluß P abgesperrt und andererseits - über die Axial­ bohrung 71 der Ventilhülse 68 - mit dem Niederdruckanschluß T verbunden. Da innerhalb der Axialbohrung 71 unterhalb des Kol­ bens 72 kein bzw. nur geringer Druck vorliegt, nimmt auch der Kolben 72 innerhalb der Ventilhülse 68 seine untere Endlage ein.

Sobald nun der Stößel 74 hinreichend weit in Aufwärtsrichtung bewegt wird, verschließt das Verschlußteil 75 die Axialbohrung 71 der Ventilhülse 68 nach unten, wodurch der Motoranschluß P1 bzw. P2 vom Niederdruckanschluß T abgetrennt wird. Bei weite­ rer Aufwärtsverschiebung des Stößels 74 hebt der Konusab­ schnitt 10 der Ventilhülse 68 von der Ringkante 4 der Ventil­ patrone 1 ab, und der Motoranschluß P1 bzw. P2 wird mit dem Druckanschluß P verbunden. Der am Motoranschluß P1 bzw. P2 vorliegende hydraulische Druck wirkt auch auf den Kolben 72, so daß dieser gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 73 hy­ draulisch in Richtung seiner obereren Endlage innerhalb der Ventilhülse 68 gedrängt wird. Solange diese Endlage noch nicht erreicht ist, wird einer weiteren Aufwärtsbewegung des Stößels 74 ein hydraulisch erzeugter Widerstand entgegengesetzt, des­ sen Größe vom Druck am Motoranschluß P1 bzw. P2 sowie vom wirksamen Querschnitt des Kolbens 72 abhängt. Denn der den Kolben 72 beaufschlagende Druck wirkt auch in Abwärtsrichtung auf die Ventilhülse 68 sowie das Verschlußteil 75. Dieser hy­ draulisch erzeugte Widerstand ändert sich analog zum Druck am Motoranschluß P1 bzw. P2.

Sobald der Druck am Motoranschluß P1 bzw. P2 ausreicht, den Kolben 62 innerhalb der Ventilhülse 68 in die obere Endlage zu bringen, kann der einer weiteren Aufwärtsverschiebung des Stö­ ßels 64 entgegenwirkende, hydraulisch erzeugte Widerstand praktisch nicht mehr ansteigen, d. h. bei einer weiteren Auf­ wärtsverschiebung des Stößels 74 sind lediglich noch die zu­ nehmenden Federspannungen der Schraubendruckfedern 9 und 73 zu berücksichtigen. In der Praxis bedeutet dies, daß die Maximal­ kraft zur Betätigung des Stößels begrenzt ist.

Das beschriebene Servoventil eignet sich nicht nur für Servo­ lenkungen von Kraftfahrzeugen.

Beispielsweise ist es auch möglich, mit dem beschriebenen Ser­ voventil den Druck in einem (einfach wirkenden) Verdränger- bzw. Kolben-Zylinder-Aggregat zu steuern, so daß analog zu der auf das Servoventil einwirkenden Betätigungskraft von Verdrän­ ger- bzw. Kolben-Zylinder-Aggregat eine (vergleichsweise hohe) Stellkraft erzeugt wird.

Dabei können das Servoventil und das Verdränger- bzw. Kolben- Zylinder-Aggregat zu einem sogenannten Linearverstärker zusam­ mengefaßt sein.

Im übrigen kann mit dem erfindungsgemäßen Servoventil auch die Bremskraft einer Fahrzeugbremse gesteuert werden, wenn diese als Druckspeicherbremse ausgebildet ist, bei der der Druck ei­ nes Druckspeichers steuerbar auf ein als Verdrängeraggregat ausgebildetes Betätigungsaggregat der Bremse geleitet wird.

Claims (4)

1. Servoventilanordnung mit Hochdruck-, Niederdruck- und Mo­ torschluß sowie einem zwischen Hochdruck- und Motoranschluß angeordneten, als Sitzventil ausgebildeten Drucksteuerventil und einem zwischen Motor- und Niederdruckanschluß angeordneten Rücklaufsteuerventil, wobei das Drucksteuerventil normal ge­ schlossen und das Rücklaufsteuerventil normal geöffnet ist und beide Ventile axial verschiebbare und zueinander gleichachsig angeordnete Steuerteile besitzen, die über ein gemeinsames Be­ tätigungsorgan, insbesondere Stößel, unter Schließung des Rücklaufsteuerventiles und Öffnung des Drucksteuerventiles be­ tätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerteil (68) des Drucksteuerventiles (4, 10) ein ständig mit dem Motoranschluß (6) kommunizierender Verdrän­ gerarbeitsraum (71) angeordnet ist, dessen Verdränger (72) vom Druck im Verdrängerarbeitsraum (71) in Richtung eines am Steu­ erteil (68) des Drucksteuerventiles (4, 10) angeordneten An­ schlages und von einer Rückstellkraft (Feder 73), die zwischen einem stationären Teil und dem Verdränger (72) wirksam ist, in eine das Volumen des Verdrängerarbeitsraumes (71) verkleinern­ den Richtung beaufschlagt wird.

2. Servoventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an einem stationären Widerlager (2) abgestützte Feder (73) einen den Verdränger bildenden Kolben (72) gegen den hy­ draulischen Druck im Verdrängerarbeitsraum (71) beaufschlagt.

3. Servoventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (74, 75) des Rücklaufsteuerventiles und das Steuerteil (68) des Drucksteuerventiles axial nebeneinander in einer Gehäusebohrung (3) angeordnet sind.

4. Servoventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufsteuerventil normal gedrosselt ist.