DE960251C

DE960251C - Mit einer Druckfluessigkeit arbeitende Servolenkung fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE960251C
Application number: DER16609A
Authority: DE
Inventors: Smil Reis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-06-09
Filing date: 1955-05-10
Publication date: 1957-03-21
Also published as: FR1125702A; BE538844A; GB783467A; CH333387A; US2909157A

Description

R 16609II /63 c AUSGEGEBEN AM 21. MÄEZ1957

BIBLIOTHEK

DES DEUTSCHEN

PATS8TAMTES

Es sind mit einer Druckflüssigkeit arbeitende Servolenkungen für Kraftfahrzeuge bekannt, die einen in einem Hauptzylinder angeordneten und mit den gelenkten Rädern verbundenen doppelt wirkenden Lenkkolben aufweisen, der an. seinen: beiden Stirnseiten verschieden, große Kolbenflächen aufweist und ein von der Lenkvorrichtung (Lenkrad) aus zu betätigendes Steuerventil enthält.

Diese Lenkungen wurden bisher im wesentlichen so ausgebildet, daß in der Ruhestellung des Lenkkolbens die Zylinderräume an den Seiten des Lenkkolbens entweder vom Einlaß oder vom Auslaß der Druckflüssigkeit oder von beiden getrennt waren, also nicht mit dauernd durchströmender Druckflüssigkeit arbeiteten. Wenn aber in der Ruhestellung keine Durchströmung des Druckmittels erfolgt, sondern der Lenkkolben beidseitig unter Druck festgehalten wird, so führt das bei Druckflüssigkeit zu schädlicher Erhitzung und, vor allem wird eine automatische Geradstellung der gelenkten Räder unmöglich gemacht. Der Ventilkörper mußte, deshalb auch entweder den Einlaß oder den Auslaß eines einzigen Zylinderraumes oder zumeist dien Einlaß und Auslaß beider Zylinderräume steuern.

Dadurch wiederum wurden die Steuerung und die Steuermittel, insbesondere die Zahl) Gestaltung· und Führung der Steueröffnung, verwickelt.

Bei den bekannten Lenkungen mit Differenitialkolben ist schließlich die Kolbenleistung in beiden Bewegungs richtungen unterschiedlich, was ebenfalls zu Mängeln führt.

Gemäß der Erfindung wird eine Servolenkung der eingangs angeführten Art vorgeschlagen, deren ίο wesentliches Merkmal- darin, besteht, daß das im Lenkkolben enthaltene Steuerventil mit einer Umfangsnut versehen, ist, die in der mittleren Stellung des Steuerventils über öffnungen in Nabenteilen des Lenkkolbens und einen in einem zentralen Nabenteil' des Lenkkolbens- befindlichen Raum in Verbindung mit den beiden durch den- Lenkkolben im Hauptzylinder getrennten Zylinderräumen und mit dem Auslaß der in dem der kleinere«! Kolbenflache zugewendeten Zylinderraum belieferten ao Druckflüssigkeit steht, so daß in einer mittleren Stellung des Steuerventils die Druckflüssigkeit durch die beiden, Zylinderräume zum Auslaß strömt, wodurch der Lenkkoliben in einer Ruhestellung bleibt, jedoch frei/ beweglich ist, während durch axiale Verschiebung des Steuerventils in der einen oder der anderen' Richtung in bezug auf seine mittlere Stellung der Ausfluß der Druckflüssigkeit aus dem einen oder aus beiden Zylinderräumen geschlossen wird, wodurch die für die Lenkung erforderlichen Bewegungen des. Lenkkolbens bewirkt werden.

Diese Steuerung ist besonders einfach, da. das Steuerventil bloß den Ausfluß aus. einem Zylinderraum für die Lenkkolbenbewegung in einer Richtung bzw. aus beiden Zylinderräumen für die Kollbenbewegung in der anderen Richtung zu schließen braucht, während bei der Ruhestellung des Lenkkolbens der Auslaß aus beiden Zylinderräumen- Oiffen bleibt. Die Steuerung wirkt dabei auf beide Zylinderräume. In der Ruhestellung ist der Lenkkolben infolge der offenen· Auslässe aus beiden Zylinderräumen frei von Druck, daher frei beweglich und gestattet z. B. beim. Ausfahren aus einer Kurve oder nach einer Wendung die selbsttätige Rückstellung der gelenkten Räder in die Gerade. Außerdem wird nur dann Pumpenleistung verbraucht, wenn Lenkarbeit zu- leisten ist, indem der Druck in der Arbeitsflüssigkeit mir während der Lenkarbeit, und zwar proportional mit der effektiv geleisteten Lenkarbeit steigt. Es wird demnach zum Antrieb der Förderpumpe für die Druckflüssigkeit keine unnötig hohe Antriebsleistung verschwendet und keine schädliche Erhitzung verursacht.

Die Kolbenleistung in beiden Bewegungsrichtungen ist gleich.

Um dem Fahrer das Gefühl seiner Lenkarbeit zu vermitteln, ist die Servolenkung gemäß der Erfindung nach einem weiteren Merkmal durch eine Vorrichtung ergänzt, die sich im wesentlichen aus zwei in einem zweiten Zyliinderraum angeordneten Ringkoliben, die zusammen mit dem Steuerventil entgegen, dem Flüssigkeitsdruck und einer Spreizfeder beweglich sind, zusammensetzt, so daß der vom Fahrer bewirkten Lenkbewegung ©in geringer Widerstand entgegengesetzt wird.

Gegenüber einer das Lenkgefühl vermittelnden Vorrichtung einer bekannten Servolenkung, bei der der Lenkkolben mit einem in besonderer Weise gesteuerten Differentialkolben, zusammenwirkt, hat die erfindungsgemäß vorgeschlagene gefühlvermitfeinde Vorrichtung den Vorzug, daß sie mit dem gleichen Druck derseiben Flüssigkeit arbeitet, die den Lenkkolben der Servolenkung beaufschlagt, daß sie aber vom Lenkkolben voll'kom-meni unabhängig ist und, auch keinerlei Rückwirkung auf die Leistung der Servolenkung ausübt, weil sie in. eine Abzweigung des Hauptstxomkreises der Druckflüssigkeit eingeschaltet ist.

Die Zeichnung· veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung im axialen Längsschnitt.

ι ist der Hauptzylinder der erfindungsgemäßen Servolenkung., der an einem Ende durch einen Boden. 2 und am anderen Ende durch ein© Deckelplatte 3 abgeschlossen ist. In diesem Zylinder ist ein Lenkkolben 4 verschiebbar, der das Innere des Zylinders 1 in zwei. Räume 5 und 6 zu beiden Sei ten des Kolbens 4 teilt. An, der dem Zylinderraum ~5 zugewendeten Seite ist der Kolben 4 fest mit einer rohrförmigen Kolbenstange 7 verbunden, die durch eine zentrale Öffnung des Zylinderbodens 2 unter Zwischenschaltung einer Dichtung gegen den Durchtritt von Druckflüssigkeit nach außen ragt. Dar Außendurchmesser der Kolbenstange 7 ist kleiner als 'der des Lenkkolbens 4, so daß sich; auf der dem Zylinderraum 5 zugekehrten Kolbenseite eine kleinere wirksame Kolbenfläche ergibt als nach dem Zylinderraum 6 hin. Das Innere der Kolbenstange 7 ist mit dem Zylinderraum S durch eine Wandbohrung 8 verbunden, die so angeordnet ist, daß bei entsprechender Begrenzung des Hubes des Lenkkolbens 4 durch nicht dargestellte Mittel diese Verbindung bei -jeder Kolbenstellung bestehen bleibt.

Der durch Ansätze an beiden; Stirnseiten nahenartig gestaltete, mittlere Teil des Lenkkolbens 4 enthält in diesem Nabenteil· eine mit der Höhlung der Kolbenstange 7 gleichachsige, durch eine Querwand von ihr getrennte Ausnehmung, die durch eine ringförmige Verengung 12 in zwei Kolbenräume 10 und 11 unterteilt ist. In der Ausnehmung 10, 11, 1-2 befindet sich ein die Verengung 12 gleichachsig durchsetzendes., axial bewegliches. Ventil 13, dessen Außendurchmesser gleich ist dem Innendurchmesser der Verengung 12. Das Ventil hat eine Umfangsnut 14, die sich normalerweise im Bereich der Verengung 12 befindet und etwas breiter ist als· die Höhe der Verengung. Wenn sich das Ventil 13 — in axialer Richtung betrachtet — mit der Umfangsnut 14 in. der auf der Zeichnung iao dargestellten Mittelstellung, in bezug auf die Verengung 12, befindet, ergibt sich daher ein offener Durchgang zwischen; den Kolbenräumen 10 und 11. Wird dagegen das. Ventil 13 mit Bezug auf die Zeichnung auf- oder abwärts verschoben., bis die einander zunächst liegenden Kanten der Verengung

12 und der Nut 14 einander berühren, so¹ wird der Durchgang zwischen 10 und 11 geschlossen. Im Ventil.-13 ist eine axiale Bohrung 15 vorgesehen, die in dem als rohrartige· Verlängerung ausgebildeten Ventilschaft 18 verläuft und¹, je nach der Stellung des Ventils, die Kolben räume 10 und 11 oder nur den Kolbenraum 11 mit dem Äußeren verbindet. Eine Querbohrung 16 in der Verengung 12 verbindet den. Zylinderraum 6 mit der Umfangsnut 14, und eine Querbohrung 17 im Nabenteil des Kolbens 4 verbindet den Zylinderraum 5 mit dem Kolbenraum 10.

Das Ventil mit seinem Schaft 13, 18 ist innerhalb des Lenkkolbens und seiner Kolbenstange 4, 7 und gleichachsig mit diesem angeordnet, wobei, der Ventilschaft 18 dicht in der Bohrung der Querwand zwischen dem Kolbenstangeninnern 9 und der Ausnehmung 10, 11 des Kolbens geführt ist.

Im Innern 9 der Lenkkolbenstange 7 ist ein etwa «ο topfförmiger Zylinder 24 befestigt, der den Innenraum 9 nach außen abschließt und auf einem Teil seiner Länge einen, gewissen, mit dem Innenraum 9 verbundienen Zwischenraum zwischen sich und der Innenwand der Kolbenstange 7 frei läßt. Der am inneren. Ende des Zylinders 24 liegende Boden 27 dieses Innenzylinders hat eine Bohrung, die, den Ventilschaft 18 unter Zwischenschaltung einer Dichtung umschließt und führt.

Innerhalb des Innenzylindars 24 sind zwei voneinander abgewendete Ringkolben 21, 22 auf dem Ventilschaft 18 zwischen den Anschlägen 19,. 20, die an dem Ventilschaft 18 angebracht sind., und zwischen, zwei Anschlägen 25, 26, die an der Innenseite des Innenzylinders. 24 angebracht sind, axial entgegen einer die beiden Kolben voneinander weg drückenden Spreizfeder 23 verschieblich anr geordnet. Die Anschläge 25, 26 sind voneinander ebenso weit entfernt wie die Anschläge 19, 20.

Da die Feder 23 die beiden Ringkolben 21, 22 sowohl gegen die Anschläge 19, 20 als auch gegen die Anschläge 25, 26 drückt, ist der Ventilschaft 18 und damit das Ventil 13 in einer bestimmten Stellung in bezug auf die Verengung 12 gehalten-, welche Stellung durch die Stellung des Innenzylinders 24 in dem Kolbenschaft 7 bestimmt wird.

Der bereits erwähnte Boden 27 des Innenzylinders, 24 Hegt- in. einem gewissen, Abstand von dem benachbarten Anschlag 26 dieses Zylinders, so daß um dien Ventilschaft 18 herum ein Ringraum 28 zwischen dem Boden 27 und der gegenüberliegenden· Ringkolbenfläche 22 gebildet wird,, der über eine Ouerbohrung 29 des Ventilschaftes 18 mit dessen Auslaßbohrung 15 verbunden ist. Eine Ouerbohrung 30 des Innenzylinders 24, die zwischen, den Ringkolben 21, 22 Hegt, verbindet dien Hohlraum 9 der Lenkkolbenstange mit dem· zwischen den Ringkolben liegenden Raum.

An dem freien Ende der Lenkkolbenstange; 7 ist eine Schelle 33 od. dgl. befestigt, in die der eine Arm eines um einen.¹ ortsfesten Zapfen 35 schwenkbaren doppe! arm igen Hebels 34 eingreift, dessen zweiter Arm über ein Gestänge auf die zu lenkei>den Räder, z. B. die Vorderräder eines Kraftfahrzeuges, einwirkt.

Der Ventilschaf 118 ragt über die Kolbenstange; 7 hinaus und trägt an seinem freien Ende ein aufgeschraubtes, verklemmtes oder in anderer Weise undrehbar befestigtes Mutterstück 37, in welchem eine vom Lenkrad des Fahrzeuges aus drehbare Schraube 36 verschraubbar ist.

Die notwendige Druckflüssigkeit wird von eimer vom Fahrzeugmotor oder einer anderen Kraftquelle angetriebenen Pumpe 31 über eine Leitung 32 in den Zylinderraum 5 des Hauptzylinder gefördert.

Die Servolenkung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt: Normalerweise, d. h. bei GeradeausstöLlung der gelenkten Räder, befindet sich das Ventil 13 in der in der Zeichnung dargestellten mittleren, Stellung in bezug auf die Verengung 12. Dabei fließt die von der Pumpe 31 geförderte Druckflüssigkeit über 32—5 —17 — io-—11 —15 ins Freife. Wird mittels des Lenkrades die Schraube 36 gedreht, so verschiebt sich das Ventil· 13 in axialer Richtung, z. B. abwärts mit Bezug auf die Zeichnung. Der Durchgang zwischen dem Kolbenraum 10 und der Kolbennut 14 wird dadurch verengt bzw. geschlossen, während dar Durchgang vom Raum 6 nach· der Auslaßbohrung 15 ständig offen bleibt. Infolgedessen wird im Hauptzylinderraum 5 ein steigender Flüssigkeitsdruck aufgebaut, durch den der Lenkkolben, 4 ebenfalls abwärts verschoben wird. Der Kolben 4 bewirkt dabei über die Teile 7, 33, 34 usw. ©ine entsprechende Verstellung der Lenkräder das Fahrzeuges,, wodurch das Fahrzeug in die gewünschte Richtung gelenkt wird,.

Während das Ventil 13 abwärts veirschoben wird, wird auch der Ringkolben 21 durch dien Anschlag 19 nach unten, bewegt. Dieser Bewegung wirkt die Spannung der Feder 23 und der über 8, 9, 30 vom ·ιοο Raum 5 in den Raum zwischen, den. Ringkolben 21, 22 eintretende Flüssigkeitsdruck entgegen. Es ergibt sich dadurch eine Reaktion auf' den Ringkolben 21, die der Fahrer am Lenkrad spürt und die ihm so· das, Gefühl der Lenkarbeit vermittelt.

Der Lenkkolben 4 folgt der Bewegung des, Ventils 13 in der gleichen. Richtung, so daß der Durchgang vom Kolbeniraum 10 zur Kolbennut 14 sich wieder zu öffnen strebt und die Druckflüssigkeit über die Bohrung 15 ausfließt, wodurch der Lenkkolben 4 zum Stillstand kommt.

Wenn das Ventil 13 in der entgegengesetzten Richtung, im vorliegenden, Fall aufwärts· verstellt wird, so wird der Durchgang zwischen dem Kolbenraum 11 und der Nut 14 geschlossen, und die Druckflüssigkeit tritt vom Zylinderraum 5 über 17, 10, 14, 16 in den ZyMnderraum 6. Die Druckflüssigkeit drückt jetzt gleichzeitig auf beide Stirnflächen des I^enkkolibens 4. Da aber die dem Raum 6 zugewendete Kol/henfläche größer ist als die dem Raum 5 zugewendete, entsteht eine aufwärts gerichtete¹, der Differenz der beiden Kolbenflächen proportionale Kraffcwirkung, wodurch, die Räder und damit das Fahrzeug in der entgegengesetzten Richtung eingeschlagen bzw. gelenkt werden. Der Kolben 4 folgt wiederum der Ventilbewegung bis

zum Öffnen des Durchganges zwischen ii und 14. Außerdem niknmt das. Ventil 13 bei seiner Bewegung den Ringkolben 22 entgegen, dem Druck der Flüssigkeit und der Spannung der Feder 23 mit, wodurch wiederum das Gefühl der Lenkarbeit beim Fahrer hervorgerufen, wird. Die durch die Bewegungen, des. Ringkol/bans 22 hervorgerufenen Änderungen des Rinigraumes 28 haben keinen Ein;-fluß auf die Widerstandskräfte gegen diese Bewegungem, da der Ringraum 28 über die Bobrung 29 mit dem Ausfluß 15 verbunden, ist.

Jede von den zu lenkenden, Rädern, her auf den Lenkkolben 4 ausgeübte Kraft strebt den, Lenkkorben mit Bezug auf das Ventil 13 zu verschieben.

Wird aber zugleich, das Ventil 13 vom Lenkrad her festgehalten:, so wirkt die Kolbenbewegung im Schließsinn auf den Durchgang zwischen der Kolbennut 14 und den Räumen 10 oder 11, je nach der Bewegungsrichtung des Lenkkolbens. Dadurch

wird ein ab- bzw. aufwärts gerichteter Flüssigkeitsdruck aufgebaut, der der Koibenibewegung und damit der Räderbewegung entgegenwirkt. Zum Festhalten des Ventils 13 in seiner Stellung genügt dabei' eine Kraft, die gleich ist der Spannung der

«5 Feder 23 und: dem auf einen der beiden, Ringkolben 21 oder 22 einwirkenden Flüssigkeitsdruck. Die Servolenkung wirkt auf diese Weise als Sicherungsmittel. Wird dagegen das Lenkrad.und damit das Ventil 13 losgelassen, so wird, durch die Räderwirkung die Gruppe^ 13 ohne spürbaren Flüssigkeitswiderstand bewegt. Auf diese Weise kann der selbsttätige Rücklauf des Fahrzeuges in die Gerade beim Auslauf aus einer Kurve erzielt werden»

Claims

PatentAnsprüche:

i. Mit einer Druckflüssigkeit arbeitende Servolenkung für Kraftfahrzeuge, die einen, in einem Hauptzylinder angeordneten und mit den gelenkten Rädern; verbundenen doppelt wirkende den Lenkkolben aufweist, der an seinen beiden Stirnseitlen verschieden große Kolbenflächen aufweist und ein von der Lenkvorrichtung (Lenkrad,) aus zu betätigendes Steuerventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das im Lenkkolben (4) enthaltene Steuerventil (13)' mit einer Umfangsnut (14) versehen ist, die in der mittleren Stellung des Steuerventils (13) über Öffnungen (16, 17) in Nabenteilen des Lenkkolbens undi einen, in, einem zentralen Nabenteil des Lenkkolbens befindlichen Raum (11) in Verbindung mit den' beiden durch den. Lenkkolben im Hauptzylinder (1) getrennten Zylinderräumen (5,6) uind mit dem Auslaß der in dem der kleineren Kalbenfläche zugewendeten. Zylinderraum (5) belieferten Druckflüssigkeit steht, so. daß in einer mittleren Stellung des Steuerventils die Druckflüssigkeit durch die beiden Zylinderräume (5, 6) zum Auslaß strömt, wodurch der Lenkkolben. in einer Ruhestellung bfeibt, jedoch frei beweglich ist, während durch axiale Verschiebung des Steuerventils in der einen oder der anderen Richtung in bezug auf seine mittlere Stellung der Ausfluß der Druckflüssigkeit aus dem einen oder aus beiden Zylinderräuimien geschlossen wird, wodurch, die für die Lenkung erforderlichen Bewegungen des Lenkkolbems bewirkt werden.
2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im zentralen Nabenteil des Lenkkolbens (4) befindliche Raum. (11) über eine bundartige Verengung (12) mit einem zweiten im zentralen Nabenteil des Lenkkolbens (4) befindlichen Kolbenraum (10) in Verbindung steht und daß die zum Zylinderraum (6) mit der größeren Kolbenfläche führende Verbindungsöffnung (16) in der Verengung (12) und die zum Zylinderraum (5) mit der kleineren Kolbenfläche führende Verbindungsöffnung (17) in den zweiten: Kolbenraum mündet und daß ferner das Steuerventil (13) in der durch die Kolbenräume (10, 11) gebildeten Lenkkolbenhöhlung verschiebbar und gleichachsig mit der Verengung (12) angeordnet ist.
3. Servolenkung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnut (14) des Steuerventils. (13) in der Verengung (12) der Lenkkolbenhöhlung sich befindet und daß die Breite der Umfangsnut (14) größer ist als die axiale Abmessung der Verengung (12), derart, daß in der mittleren Stellung der Umfangsnut (14) in bezug auf die Verengung (12) der Durchgang zwischen den beiden Kolbenräumen (10, 11) frei ist.
4. Servolenkung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (13) eine Bohrung (15) aufweist, die den im Nabenteil des Lenkkolbens befindlichen. Kolbenraum (11) zum Ausfluß der Druckflüssigkeit ins Freie über eine axiale Bohrung eines am Steuerventil befestigten rohrförmigen Schaftes (18) verbindet, wobei die Betätigung des Steuerventils über den rohrförmigen Schaft (18) erfolgt.
5. Servolenkung nach Anspruch 1 bis'4, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Mittel (23) zwischen Anschlägen (19, 20) des Ventilschaftes (18) und zwischen Anschlägen (25, 26) eines mit der Kolbenstange (7) verstellbar verbundenen Teiles (24) angeordnet sind, derart, daß no durch Verstellen des Teiles (24) in axialer Richtung das Steuerventil (13) in bezug auf die Verengung (12) genau eingestellt werden kann.
6. Servolenkung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (9) der rohrförmigen Kolbenstange (7) über eine Wandöffnung (8) mit dem die kleinere Kolbenfläche enthaltenden Zylinderraum (5) verbunden ist und daß der mit der Kolbenstange verstellbar verbundene Teil (24) ein zweiter Zylinder ist, in dem zwischen den zugehörigen Anschlägen (25, 26) zwei auf dem Ventilschaft (18) zwischen den Anschlägen (19, 20) sitzende Ringkalben (21, 22) verschiebbar angeordnet sind, wobei die das Steuerventil (13) haltenden federnden Mittel (23) zwischen, den Ringkolben

(2i, 22) sich befinden und in der Wand des zweiten Zylinders eine öffnung (30) zur Verbindung des Raumes zwischen den beiden Ringkolben (21, 22) mit dem Innern. (9) der Kolbenstange (7) vorgesehen ist, während der zweite Zylinder an seinem in die Kolbenstange (7) hiineingerichteten Ende Abschlußmittel, z. B. eine Bodenfläche (27) und Dichtungsmittel, aufweist, zwischen denen und dem zunächst liegenden Ringkolben (22) ein Ringraum (28) vorhanden ist, der über eine Öffnung (29) in der Wand des Ventilschaftes (18) mit der verlängerten Ventilbohrung (15) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 729 091; französische Patentschrift Nr. 667 353; britische Patentschrift Nr. 713 786; USA.-Patentschriften Nr. 2 193 898, 2 244 850, 341 502, 2 447 815, 2 450 126. ao

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©609620/277 9.56 (609 843 3.57)