DE924727C - Steuerventil fuer eine durch Fluessigkeitsdruck betaetigte Lenkvorrichtung fuer Motorfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung 'bezieht sich auf eine durch Flüssigkeitsdruck betätigte Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere auf ein Steuerventil mit einer Spule und einem mit Öffnungen versehenen Gehäuse, welches zwischen zwei Teile der Lenkvorrichtung, durch welche die Lenkkraft übertragen wird, eingeschaltet werden kann, wobei das Gehäuse einen Einlaßschlitz, Arbeitsschlitze und Auslaßschlitze aufweist, die entsprechend mit der Pumpe, dem Servomotor und dem Vorratsbehälter der Umlaufvorrichtung verbunden sind, und wobei die Spule einen mittleren Bund und zwei Endbunde aufweist, welche ringförmige Druckschlitze zwischen dem Einlaßschlitz und den Auslaßschlitzen bilden.

Bei den bekannten Einrichtungen- dieser Art sind die Steuerkanten des Steuerventils so ausgebildet, daß die hydraulische Kraft sehr plötzlich wirkt und daher harte Stöße auftreten, welche die Lebensdauer der Kraftsteuerung stark herabsetzen und den Fahrer beunruhigen.

Hauptgegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung der Anwendung der hydraulischen Kraft, die deren Wirkung sanft und allmählich machen und dadurch plötzliche Übergänge von der Handzur Kraftlenkung verhüten soll. Die Erfindung besteht insbesondere darin, daß die miteinander zusammenarbeitenden Steuerkanten des mittleren Bundes und der Druckschlitze bzw. der Endbunde

und der Überlaufschlitze einen voneinander verschiedenen Winkel zur Spulenachse einnehmen.

Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. ι ist die Ansicht eines Teiles der Lenkvor - - richtung eines Kraftfahrzeuges einschließlich der hydraulischen Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Aufriß längs der Ebene 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch das Steuerventil in vergrößertem Maßstabe;

Fig. 4, 5 und 6 sind der Fig. 3 entsprechende Schnitte bei verschiedenen Stellungen des Steuerventils, und

*5 Fig. 7 ist ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Steuerventils. .

Die in den Fig. 1 und 2 mit 10 bezeichnete. Spurstange ist mit der üblichen Lenksäule, der Lenkstockspindel und dem Lenkrad (nicht gezeichnet) durch Schnecke und Segment und einem an der Schneckenwelle befestigten Schwinghebel 11 in üblicher Weise verbunden. Ein als" -Stütze für die Spurstange 13 dienender Stützhebel 12 ist auf dem Fahrgestell drehbar gelagert und vollführt die gleichen kreisförmigen Schwingungen wie der

Hebeln. ■ -

Auf der Spurstange 13, vorzugsweise an der Verbindungsstelle mit dem Schwinghebel i-i,.istdas hydraulische Steuerventil 14 angebracht. Das Ventil kann jedoch an jeder beliebigen Stelle der Spurstange oder in der Lenksäule angeordnet werden, - wo die von Hand am Lenkrad ausgeübte Kraft oder der der Lenkung entgegenwirkende Straßenwiderstand, der die Lenkräder des Fahrzeuges automatisch in die Geradeauslage zu richten sucht, zur Betätigung des Steuerventils verfügbar ist.

Das Gehäuse 15 des Steuerventils 14 ist fest mit der Spurstange 13 (Fig. 3 rechts) verbunden und enthält einen beweglichen Ventilteil 16, mit dem der Kugelzapfen des Schwinghebels oder Lenks.chnekkenhebels 11 mittels zweier Kugelpfannen 37 verbunden ist. In gleicher Weise ist der Stützhebel 12 mit der Spurstange 13 durch ein Kugelgelenk 18 verbunden. An die Spurstange 13 sind über Kugellager 20 Stangen 19 angelenkt, die an ihren äußeren Enden mit den Radlenkschenkeln 21 verbunden sind. Aul diese Weise wird jede von Hand auf das Lenkgetriebe ausgeübte Lenkkraft und jeder von den Rädern des Fahrzeuges ausgehende Fahrtwiderstand, der die Lenkräder des Fahrzeuges automatisch in die Geradeauslage zu richten sucht, bei der in üblicher Weise ausgeführten Bauart des Lenkgestänges durch die Kügelgelenkverbindung 17 auf das Steuerventil 14 übertragen.

Das hydraulische System, das vorzugsweise angewendet wird, umfaßt eine vom Motor angetriebene Pumpe A, einen mit- der Saugseite der Pumpe verbundenen Vorratsbehälter"S für die Druekflüssigkeit und einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder 23. Das aus dem einen Ende des Arbeitszylinders 23 heraustretende Ende der Kolbenstange 232 ist mit einem Teil 24 des Fahrzeugrahmens" verbunden, während das andere Ende des Zylinders mittels einer Klemme 25 an der Spurstange 13 befestigt ist. Beide Verbindungen sind universalbeweglich. Der in dem hydraulischen System im allgemeinen angewandte Druck liegt zwischen 35 und 70 kg/cm², wobei S3 kg/cm² einen bevorzugten Druck darstellt.

Das Ventilgehäuse 15 wird vorzugsweise aus drei Teilen gebildet, und zwar aus einem mittleren Teil 15, einer auf das Gewindeende 130 der Spurstange 13 aufgeschraubten und durch eine Gegenmutter 28 gesicherten Büchse 26 und einem Deckel 27. Diese drei Teile werden durch Schraubenbolzen 29 fest zusammengehalten. Der in dem Ventilgehäuse 15 untergebrachte bewegliche Teil 16 ist in der Mitte mit einem doppelten Bund 30 und an beiden Enden mit je einem Bund 31 größeren Durchmessers versehen. Zwischen dem 'mittleren Bund 30 und den Endbunden.31.befinden sich zwei ringförmige, miteinander kommunizierende Kammern 32. Schultern 33 und 34 der Buchse 26 und des Deckels 27 und Schultern 35 bilden Anschläge für den Ventilteil 16. Der bewegliche Ventilteil 16 hat einen mittleren Schaft36 und einen hohlen, erweiterten Endteil 360, der die kugelförmigen Lagerpfannen 37 für den Kugelzapfen 17 des Schwinghebels 11 und eine Druckfeder 38 aufnimmt, die durch einen Gewindestopfen 39 in ihrer "Stellung gehalten wird. Der Stopfen ist mit einem Anschlagbolzen 40 für die be- -nachbarten .Kugelpfannen 37 ausgestattet. Die "Buchse 26 ist bei 260 (Fig. 2) gelocht, und das Endstück 360 des Schaftes 36 ist in Flucht mit der öffnung 260 durchbohrt, um das Kugelende 110 des •Lenkschneckenhebels 11 mit Spielraum aufnehmen zu können.

.Auf dem an den Teil 360 angrenzenden Endteil des mittleren Schaftes 36 sitzt eine Buchse 41, eine Widerlagerscheibe 42, eine das Ventil zentrierende Feder 43 und eine Druckscheibe 44. Der mittlere Teil des Schaftes 36 trägt eine Ventilspule 45, die aus zwei Spulenteilen 450 zusammengesetzt ist. Auf dem anderen Ende des Schaftes 36 sitzt eine weitere Buchse 41, eine Widerlagerscheibe 42, eine Druckscheibe 44, eine 'das Ventil zentrierende Feder 43 und eine Anschlagscheibe 42.

Das Ende 46 des Schaftes 36 hat ein Gewinde für eine Schraubenmutter 47 zum Zusammenhalten der Ventilteile.

Wie in Fig. 1, 3, 4, 5 und 6 gezeigt, sind die äußeren Enden des mittleren Bundes 30 und die inneren Enden der Endbunde 31 bei 60 und 61 neben den kommunizierenden Kammern 32 schräg ausgebildet". Dadurch erfolgt eine allmähliche Anwendung und Entfernung der Lenkkraft entsprechend der relativen Bewegung zwischen dem Ventilteil 16 und dem Gehäuse 15. Das Maß und die Art der Gestaltung der Bunde 30 und 31 neben den kommunizierenden Kammern 32 bestimmt das Maß der Kraftanwendung auf die Lenkvorrichtung entsprechend der Bewegung des Ventilteiles.

Die in, Fig. 7 gezeigte abgeänderte Ausführung teilt* Ausbildungen in Form von Vertiefungen 70 und 71 dar, die nicht so ausgedehnt sind wie die schrägen Formen 60 und δι. In den meisten Fällen kann die gewünschte Verringerung der Kraf tanweri-

dung durch die Schräge der Bundgestaltung 60 und 61 erzielt werden. Solche Veränderungen in der Arbeit des Ventils können auch durch schräge Ausbildung des mittleren Bundes 30, wie bei 60, oder der Endbunde 31 bewirkt werden, wie bei 61 gezeigt. Das Nachlassen der Kraft entsprechend dem Nachlassen der von Hand auf das Lenkrad ausgeübten Kraft und das Zentrieren des Steuerventils wird umgekehrt in ähnlicher Weise gesteuert.
Die mittlere oder neutrale Stellung des Ventilteiles 16 ist in Fig. 3 und 4 dargestellt; sie wird durch die zentrierenden Ventilfedern 43 zwischen den Scheiben 42 und 44 nachgiebig aufrechterhalten. Wenn der Teil 16 in einer der beiden Richtungen, z. B. wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, nach links bewegt wird, so berührt die Ventilspule 45 die anliegende Druckscheibe 44 und drückt die betroffene Feder 43 zusammen (Fig. 5 und 6).

Die Bewegung des Ventilteiles 16 ist in den Fig. 5 und 6 stark vergrößert dargestellt. Ein Drehen des nicht dargestellten Lenkrades von Hand bewirkt eine Schwenkung des Lenkschneckenhebels 11 und folglich eine seitliche Bewegung der Spurstange 13 durch den Ventilteil 16.

Die zentrierenden Federn 43 werden vorzugsweise so stark gewählt, daß sie eine Relativbewegung des Ventilteiles 16 in bezug auf das Gehäuse 15 verhindern, bis die von Hand ausgeübte Lenkkraft z.B. 1,5 kg beträgt.

Falls die von Hand ausgeübte Lenkkraft 1,5 kg übersteigt, wird der Ventilteil 16 aus seiner in Fig. i, 3 und 4 gezeigten neutralen Lage nach links bewegt, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, wobei das Maß seiner Bewegung von der Größe der auf das Lenkrad ausgeübten, 1,5 kg übersteigenden Kraft abhängig ist.

Das Ventilgehäuse 15 hat einen Einlaßschlitz 50 für die Druckflüssigkeit, Auslaßschlitze 51 zum Vorratsbehälter und zu dem Arbeitszylinder 23 führende Arbeitsschlitze 52. Die Arbeitsschlitze 52 sind mittels biegsamer Schlauchleitungen 2300 bzw. 2310 mit den Seiten 230 und 231 des Arbeitskolbens verbunden. Ein Verteilerstück 48 kann vorgesehen werden, um Verbindungen zwischen der Pumpe und dem Steuerventil 14, zwischen dem Steuerventil 14 und dem Vorratsbehälter und zwischen dem Steuerventil 14 und dem Arbeitszylinder 23 vorzunehmen. An Stelle des doppelt wirkenden Arbeitszylinders 23 können zwei einfach wirkende Zylinder oder andere Flüssigkeitsantriebsmittel treten, und ein einziger Auslaßschlitz kann die beiden Auslaßschlitze 51 des Steuerventils 14 ersetzen, indem die Auslaßschlitze 51 innerhalb des Ventils 14 oder des Verteilerstückes 48 untereinander verbunden werden. Das Ventilgehäuse 15 hat einen ringförmigen Einlaßkanal 53, der in einem gewissen Abstand von zwei ringförmigen Auslaßkanälen 54 angeordnet ist, die mit den Auslaßschlitzen 51 in Verbindung stehen. Zwischen einem Einlaßkanal 53 und einem Auslaßkanal 54 befindet sich ein Arbeitsschlitz 52, der zu der betreffenden Seite des Arbeitszylinders 23 führt. In der neutralen Stellung tritt die Flüssigkeit von der Pumpe her in den Einlaßschlitz 50 ein und fließt durch die Einlaßkanäle 53 und Druckschlitze 55· Aus den Kammern 32 tritt Flüssigkeit in die Auslaßkanäle 54 und die Arbeitsschlitze 52. Die Räume 56 zwischen den ringförmigen kommunizierenden Kammern 32 und den Auslaßkanälen 54 werden Überlaufschlitze genannt. Aus den Auslaßkahälen 54 kehrt die Flüssigkeit zu dem Vorratsbehälter zurück. Aus den Arbeitsschlitzen 52 fließt sie zu dem Arbeitszylinder 23.

Das hydraulische System ist ein Kreislaufsystem, bei dem Druckflüssigkeit jederzeit verfügbar ist, um hydraulische Kraft auf das Lenkgestänge in Reaktion auf Bewegungen des Steuerventils 14 zu übertragen.

Wenn beim Nehmen einer Linkskurve der Teil 16 des Steuerventils 14 aus seiner in Fig. 4 gezeichneten neutralen Stellung nach links in die in Fig. 5 gezeichnete Stellung bewegt wird, um hydraulische Kraft einzuschalten, wird der Druckschlitz 55 links von dem Einlaßkanal 53 zum Teil geschlossen, und die Flüssigkeit kehrt aus dem einen Ende 231 des Arbeitszylinders 23 durch den Arbeitsschlitz 52 und den Auslaßschlitz 51 zur Linken des Einlaßkanals 53 zu dem Vorratsbehälter zurück. Der Überlaufschlitz 56 zwischen dem Auslaßkanal 54 und der kommunizierenden Kammer 32 links von dem Einlaßkanal 53 ist in einer weiter geöffneten Stellung, go Jetzt wird Flüssigkeit unter geringerem als normalem Druck durch den Einlaßschlitz 50, den Einlaßkanal 53 und den geöffneten Druckschlitz 55 durch die kommunizierende Kammer 32 und den Arbeitsschlitz 52 rechts von dem Einlaßkanal 53 und von dort zu dem anderen Ende 230 des Arbeitszylinders 23 geleitet. Gleichzeitig fließt etwas von der unter Druck stehenden Flüssigkeit aus der Kammer 32 durch den teilweise geschlossenen Überlaufschlitz 56 rechts von dem Einlaßkanal 53 zu dem Vorratsbehälter. Der Stoß der Kraftlenkung auf das Lenkgestänge wird dadurch bei der Anfangsbewegung des beweglichen Ventilteiles 16 gedämpft.

Zusätzliche, von Hand ausgeübte Lenkkraft bewirkt eine weitere Bewegung des Ventils 16 nach links bis in die Stellung, bei der die volle hydraulische Lenkkraft zur Wirkung kommt (Fig. 6).

Diese allmähliche Bewegung des Teiles 16 aus seiner in Fig. 5 gezeigten Anfangsstellung in seine in Fig. 6 gezeigte volle Kraftsteuerstellung leitet allmählich einen größeren Teil der Flüssigkeit von dem Pumpendruck durch den Kraftschlitz 52 rechts von dem Einlaßkanal 53 zu dem anderen Ende 230 des Arbeitszylinders 23, und gleichzeitig fließt ein geringerer Teil der Flüssigkeit von der Kammer 32 durch den Überlaufschlitz 56 rechts von dem Einlaßkanal 53 zu dem Vorratsbehälter.

In der in Fig. 4 gezeigten Stellung ist der Druckschlitz 55 links von dem Einlaßkanal 53 vollständig geschlossen, und Flüssigkeit wird von dem einen Ende 231 des Arbeitszylinders 23 durch den Arbeitsschlitz 52 und den Auslaßschlitz 51 links von dem Einlaßkanal 53 zu dem Vorratsbehälter zurückgeleitet. Der Überlaufschlitz 56 zwischen dem Auslaßkanal 54 und der kommunizierenden Kammer 32

links von dem Einlaßkanal 53 hat seine volle Offenstellung eingenommen. Von der Pumpe kommende, unter Druck stehende Flüssigkeit wird weiterhin durch den Einlaßschlitz 50, den Einlaßkanal 53 und den ganz offenen Druckschlitz 55 durch die kommunizierende Kammer 32 und den Arbeitsschlitz 52 rechts von dem Einlaßkanal 53 geleitet. Nun wird Flüssigkeit unter Druck von dem Arbeitsschlitz 52 rechts von dem Einlaßkanal 53 dem anderen Ende 230 des Arbeitszylmders 23 zugeführt, ohne irgendwie zu dem Vorratsbehälter zu gelangen, da der Überlaufschlitz 56 rechts von dem Einlaßkanal 53 vollkommen geschlossen ist. Auf diese Weise wird der ganze verfügbare hydraulische Druck von der Pumpe dem anderen Ende 230 des Arbeitszylinders 23 als Lenkleistung zugeführt. Die Zunahme der Kraftlenkleistung von der anfänglichen gedämpften Anwendung bis zu ihrer vollen Anwendung wird allmählich durchgeführt, sie ist proportional zu der an dem Lenkrad von Hand ausgeübten Kraft, die erforderlich ist, um die Kraft oder die Kräfte zu überwinden, die der Lenkung Widerstand leisten und dauernd versuchen, den beweglichen Ventilteil 16 in seine neutrale Mittellage zurückzuführen. Zwischen dem Einlaßkanal 53 und einem Auslaßkanal 54 kann ein nicht dargestelltes Rückschlagkugelventil eingebaut werden, um einen Umlauf der Flüssigkeit innerhalb des Systems zu ermöglichen, wenn die Pumpe versagt oder eine Lenkung vorgen'ommen wird, während der Fahrzeugmotor stillsteht.

Da der mittlere Bund 30 der Ventilspule 45 im Durchmesser kleiner ist als die Endbunde 31, haben die nach innen gerichteten Ringflächen 310 der größeren Endbunde 31 einen größeren Flächeninhalt als die nach außen gewandten Ringflächen 300 des mittleren Bundes 30. Daher übt die Flüssigkeit in den Kammern 32 einen stärkeren Druck gegen die Flächen 310 aus als gegen die Flächen 300, so daß der Ventilteil 16, wenn er aus der Mittellage verschoben ist, einem resultierenden, auf seine mittlere oder neutrale Lage hin (Fig. 4) gerichteten Druck ausgesetzt ist. Je weiter der Teil 16 von der Mitte entfernt ist, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, um so größer wird der resultierende, zentrierende Druck. Je größer aber der Durchlaß durch die Über lauf schlitze 56 ist, der in Fig. 6 links ein Höchstmaß erreicht, um so geringer ist der hydraulische, zentrierende Einfluß auf das Glied 16. Da der Druck in den ringförmigen Einlaßkanälen 53 und 54 entsprechend dem Ausmaß der Bewegung des Ventils "16 aus seiner neutralen Lage der Handlenkung gemäß zunimmt, muß der Fahrer sich mehr anstrengen, wenn der Straßenwiderstand der Lenkung entgegenwirkt. Daher erfährt der Fahrer eine Gegenwirkung oder ein Lenkgefühl, an das er gewohnt ist.

Die Benutzung von Überlaufschlitzen, die sowohl größer im Durchmesser als auch breiter als die Überlauf schlitze im Gehäuse 15 sind, ist insofern besonders vorteilhaft, als das Steuerventil mit weniger Widerstand als sonst in die neutrale Lage zurückgebracht wird. Eine Ventilspule, deren Endbunde größeren Durchmesser aufweisen als die mittleren Bunde, stellt nicht nur ein wirkungsvolles Zentriermittel dar, sondern verringert auch jedes Nacheilen oder Verlangsamen der selbsttätigen Einstellung des Lenkgetriebes für gerade Fahrt und der Umlenkung in die entgegengesetzte Richtung, wenn die Kraftlenkung ausgeschaltet ist.

Die Wirkung, die entsteht, wenn die Überlaufschlitze sowohl breiter als auch im Durchmesser größer als die Druckschlitze gemacht werden, kann erreicht werden, wenn die Überlaufschlitze und Druckschlitze gleich breit und die Überlaufschlitze im Durchmesser größer als die Druckschlitze gemacht werden, so daß die Überlaufschlitze immer noch einen größeren Querschnitt aufweisen als die Druckschlitze. Dies kann durch Bemessung der Durchmesser der mittleren Spule und der Endspulen im richtigen Verhältnis allein oder zusätzlich durch Vergrößerung der Weite der Überlaufschlitze erreicht werden.

Die verformten oder schräg ausgebildeten Bunde an einer oder beiden Seiten der kommunizierenden Kammern 32 sind vorteilhaft, um die gewünschte Dämpfung bei der Anwendung der hydraulischen Kraft hervorzurufen, gleichgültig, ob die Mittel- und Endbunde den gleichen Durchmesser haben oder nicht und ob die hydraulische Zentrierung erfolgt oder nicht. Durch Kombinierung von verformten oder schräg gebildeten Bunden an einer oder beiden Seiten der kommunizierenden Kammern 32 mit'größeren Überlauf schlitzen als Druckschlitzen und mit Endspulen von größerem Durchmesser als die Mittelspule kann die Anwendung und Ausschaltung der Kraft bei normaler Steuerung äußerst sanft erfolgen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Steuerventil für eine durch Flüssigkeitsdruck betätigte Lenkvorrichtung für Motorfahrzeuge, enthaltend ein Spulenventil und ein mit öffnungen versehenes Gehäuse, welches zwischen zwei Teile der Lenkvorrichtung, durch welche die Lenkkraft übertragen wird, eingeschaltet werden kann, wobei das Gehäuse einen Einlaßschlitz, Arbeitsschlitze und Auslaßschlitze aufweist, die entsprechend mit der Pumpe, dem Servomotor und dem Vorratsbehälter der Umlaufvorrichtung verbunden sind, und wobei die Spule einen mittleren Bund und zwei Endbunde aufweist, welche ringförmige Druckschlitze zwischen dem Einlaßschlitz und den Auslaßschlitzen bzw. den Arbeitsschlitzen und den Auslaßschlitzen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zusammenarbeitenden Steuerkanten des mittleren Bundes (30) und der Druckschlitze (55) bzw. der Endbunde (31) und der Überlaufschlitze (56) einen voneinander verschiedenen Winkel zur Spulenachse einnehmen.
2. 2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum mindesten ein Teil der Bunde (30,31) eine in Richtung der Spulenachse geneigte Steuerkante (60, 61) aufweist.

   3. Steuerventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum mindesten ein Teil der Bunde (30, 31) Aussparungen aufweist, welche sich von der Stirnfläche nach dem zylindrischen Teil des Bundes hin erstrecken.

   4. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufschlitze (56) in der Mittelstellung der Spule größer sind als die Druckschlitze (55).

   5. Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bunde (31) an den Enden der Spule einen größeren Durchmesser haben als der mittlere Bund (30).

   Angezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 231 630;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 410 049, 2 362 930.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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