DER0016609MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. Mai 1955 Bekanntgemacht am 27. September 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es sind mit einer Druckflüssigkeit arbeitende Servolenkungen, für Kraftfahrzeuge bekannt, die einen in einem Hauptzylinder angeordneten und mit den gelenkten Rädern verbundenen doppelt wirkenden Lenkkoliben 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 Ruhestellung¹ des Lenkkolbens die Zylinideirräunie 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; vo>r allem wird eine automatische Geradsteillung der gelenkten Räder unmöglich gemacht. Der Ventilkörper mußte deshalb auch entweder den. Einlaß oder den. Auslaß eines einzigen Zy linder räume s oder zumeist den Einlaß und Auslaß beider Zylinderräume steuern.

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

Bei den bekannten Lenkungen mit Different! alkolben, ist schließlich die Kolbenleistung in beiden

'■::., Bewegung s rieh tu tigert 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 Umfaiigsnut versehen, ist, die in der mittleren Stellung des Steuerventils über Öffnungen, in Nabenteilen des Lenkkolbens und einen in einem zentralen Nabeinteil· des Lenkkolbens befindlichen Raum in Verbindung mit den ,beiden durch den Lenkkolben im Hauptzylinder getrennten Zylinderräumen und,' mit dem Auslaß der in dem der kleineren! Kolbenfläche zugewendeten Zylinderraum belieferten Druckflüssigkeit steht, so daß in einer mittleren Stellung des Steuerventils die Druckflüssigkeit durch die beiden Zylinderräume zum Auslaß strömt, wodurch der Lenkkoliban 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 ge¹-schloissen wird, wodurch die für die Lenkung er-' forderlichen Bewegungen des Lenkkolbens bewirkt werden.

Diese Steuerung ist besonders einfach:, da das Steuerventil bloß den Ausfluß aus einem Zylinderraum für die Lenkkalbenbewegung in einer Richr tung bzw. aus beiden Zylinderräumen für die Kolbenbewegung in der anderen Richtung zu schließen braucht, während bei der Ruhestellung des Lenkkolbens der Auslaß aus beiden Zylinderräumen offen bleibt. Die Steuerung wirkt dabei auf beide Zylinderräume. In der Ruhestellung ist der Lenkkolben infolge der offenen Auslässe aus beiden Zylinderräutnen, frei von Druck, daher frei beweg'-lich 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 Lenkarbei.t zu leisten ist, indem der Druck in der Arbeitsfluss igkeit nur während der Lenkarbeit,, undi 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 Kolfoenleistung 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 Zylinderraum angeordneten Ringkoliben, die zusammen mit dem Steuerventil entgegen dein Flüssigkeitsdruck und, einer Spreizfeder beweglich sind, zusammensetzt, so· daß der vom Fahrer bewirkten Lenkbewegung ein geringer Widerstand eotgegengesetztwird. <

Gegenüber einer das Lenkgefühl vermittelnden Vorrichtung einer bekannten Servolenkung, bei¹ der der Lenkkolben mit einem in besonderer Weise gesteuerten Differentiaikolben zusammenwirkt, hat die erfindiungsgeimäß vorgeschlagene gefühlvermittelnde Vorrichtung den Vorzug, daß sie mit. dem gleichen Druck derselben, Flüssigkeit arbeitet, die den Lenkkolben der Servolenkung beauifschlagt, daß sie aber vom Lenkkolben vollkommen unabhängig ist: und, auch keinerlei Rückwirkung auf die Leistung der Servolenkung ausübt, weil sie in eine Abzweigung des Hauptstromkreises der Druckflüssigkeit eingeschaltet ist.

Diei Zeichnung veranschaulicht schematisch ein .Ausführungsbeispiel, des Gegenstandes der Erfinrdung im axialen Längsschnitt.

ι ist der Hauptzylinder der erfindungsgemäßen Servolenkung:, der an einem Ende durch einen Boden, 2 und am anderen Ende durch eine 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 Seiten 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. Der Außemdurchniesser 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 Kotbenstange 7 ist mit dem Zylinderraum 5 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 nabenartig gestaltete, mittlere Teil des Lenkkolbens 4 enthält in diesem Nabenteilt eine mit der Höhlung der Kolbenstange 7 gleichachsige¹, durch, eine Querwand von ihr getrennte Ausnehmung,, die durch eine ringförmige Verengung 12 in zwei Kolbenräume no 10 und: 11 unterteilt ist. In. der Ausnehmung 10, 11, 12 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 dargestellten Mittelstellung, in bezug auf die Verengung 12, befindet, ergibt sich daher ein offener Durchgang zwischen den Kolbeniräumen 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

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12 und, der Nut 14 einander berühren, so wird der Durchgang zwischen, 10 und 11 geschlossen. Im Ventil 13 ist eine axiale Bohrung 15 vorgesehen, die in dem als rohrartige Verlängerung ausgebildetem Ventilschaft 18 verläuft und, je nach der Stellung des Ventils, die Kolbenräume 10 und 11 oder nur den Kolibenraum 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 Kolbemraum 10.

Das Ventil mit seinem Schaft 13, .18 ist innerhalb' des Lenkkolbens und seiner Kolbenstange 4, 7 und gleichachsig mit diesem angeordnet, wobei, deir Ventilschaft 18 dicht in der Bohrung- der Querwand zwischen, dem Kolbenstangeninnern9 und der Ausnehmung 10, 11 des· Kolbens geführt ist.

Im Innern 9 der Lenkkolbenstange 7 ist ein etwa topfförmiger Zylinder 24 befestigt, der den Innenraum 9 nach, außen abschließt und auf einem Teil seiner Länge einen, gewissen, mit dem Innenraum 9 verbundenen 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 Innenzylinders 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 versehieblich angeordnet. Die Anschläge 25, 26 sind voneinander ebenso· weit entfernt wie die Anschläge 19, 20.
Da die Feder 23 die beiden Ringkolben 21, 22

4c 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 Stellung¹ in bezug auf die Verengung 12 gehalten, welche Stellung¹ durch die Stellung des Innenzylinders 24 in dem Kolbenschaft 7 bestimmt wird.

Der bereits erwähnte Boden 27 dies Innenzylindars, 24 liegt 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 Querbohrung 29 des Ventilschaftes 18 mit dessen Auslaßbohrung 15 verbunden ist. Eine Ouerbohrung 30 des Innenzylinders 24, die zwischen, den Ringkolben 21, 22 liegt, verbindet den Hohlraum 9 der Lenkkolbenstange mit dem zwischen den Ringkolben Hegendien Raum.

An, dem freien Ende der Lenkkolbenstange 7 ist eine Schelle 33 od. dgl. befestigt, in die der eine Arm eines um einen ortsfesten Zapfen 35 schwenkbaren doppe] armiigen Hebels 34 eingreift, dessen zweiter Arm. über ein Gestänge auf die zu lenkenden Räder, z. B. die Vorderräder eines Kraftfahrzeuges, einwirkt. . Der Ventilschaft 18 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 verschraub'bar. ist.

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

Die Servolenkung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt: Normalerweise, d. h. bei Geradeaus'Steilluing 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—10 —11 —15 ins Freie. 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 Kolben- . raum 10 und der Kolbenmut 1.4 wird dadurch, verengt bzw. geschlossen, während der 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.. eine entsprechende Verstellung der Lenkräder des Fahrzeuges,, wodurch das Fahrzeug in die gewünschte Richtung gelenkt wird.

Während das, Ventil 13 abwärts verschoben 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 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 Kolbenraum 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 Zylinderraum 6. Die Druckflüssigkeit drückt jetzt gleichzeitig auf beide Stirnflächen des Lenkkolbens 4. Da, aber die dem Raum 6 zur gewendete Kolbenfläche größer ist. als die dem Raum 5 zugewendete!, entsteht eine aufwärts gerichtet©, der Differenz der beiden Kolbenflächen proportionale Kraftwirkung, wodurch, die Räder und damit das Fahrzeug¹ in der entgegengesetzten Richtung eingeschlagen bzw. gelenkt werden. Der Kolben'4 folgt wiederum der Venti!bewegung bis

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zum Öffnen des Durchganges zwischen ii und: 14. Außerdem nimmt 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/bens 22 hervorgerufenen Änderungen des Ringr&umes 28 haben keinen, Einfluß ' auf die Widerstandkräfte gegen diese Bewegungeni, da der Ringraum 28 über die Bohrung mit dem Ausfluß 15 verbunden, ist;.

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

Wird: aber zugleich das Venitil 13 vom Lenkrad her festgehalten:, so wirkt die Kolbenbeweigung im Schließsinn auf den Durchgang zwischen der Kolbennut 14 und den Räumen 10 oder 11, je nach der Bewegungs rieh tunig des LenkkoJbens. Dadurch wird ein ab- bzw. !aufwärts gerichteter Flüssigkeitsdruck aufgebaut, der der Kolbemibeiwegung und damit der Räderbewegung entgegenwirkt. Zum Festhalten, des Ventils 13 in seiner Stellung genügt dabei' eine Kraft, die gleich ist der Spannung der Feder 23 und dem auf einen der beiden Ringkolben oder 22 einwirkenden Flüssigkeitsdiruck. Die Servolenkung wirkt auf diese Weise als Sicherungsmittel. Wird dagegen, das Lenkrad und damit das Ventil 13 losgelassen, so· wird durch die Räder wirkung die Gruppe^, 13 ohne spürbaren Flüssigkeitswiders tianid bewegt. Auf diese Weise kann, der selbsttätige Rücklauf des Fahrzeuges in, die Gerade beim Auslauf aus einer Kurve erzielt, werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Mit einer Druckflüssigkeit arbeitende Servolenkung für Kraftfahrzeuge, die einen, in einem Hauptzylinder angeordneten, und mit den gelenkten Rädern verbundenen doppelt wirkenden Lenkkolben aufweist, der an seinen beiden Stirnseiten 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 NabeniteiJen des Lenkkolbens und einen, in, einem zentralen, Nabenteil des Lenkkolbens befindlichen. Raum (11) in Verbindung mit den beiden, durch den, Lenkkolben im Hauptzylinder (1) getrenntem Zylinderräumen (5,6) und mit dem Auslaß der in dem der kleineren Kolbenfläche zugewendeten, Zylinderraum (5) belieferten Druckflüssigkeit steht, s,O' daß in einer mittleren, Stellung des Steuerventils die Druckflüssigkeit durch die; beiden Zylinderräume (5, .6) zum Auslaß strömt, wodurch der Lenikkolben, 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 Zylinderräuimeni geschlossen wird, wodurch die für die Lenkung erforderlichen Bewegungen, des Leinkkolbens bewirkt werden.
2. 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 Kodbenrauni (10) in Verbindung steht und daß die zum Zylinderraum (6) mit der größeren Kolbenfläche führende Verbindungs öffnung (16) in der Verengung (12) und die zum Zylinderraum (5) mit der kleineren Kolbenfläche führende Verbindungsöffnung (17) in den zweitem, Kolbenraum .mündet und daß ferner das Steuerventil (13) ■in der durch die Kolbenräume (10, 11) gebildeten Lenkkolbenhöhlung verschiebbar und gleichachsig mit der Verengung (12) ange,-ordnet ist.
3. 3. Servolenkung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnut (14) des Steuerventils (13) in der Verengung (12) der Lenkkolbenhöhlung sich befindet und daß die Breite dar 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. 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. 5. Servolenkung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Mattel (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 n₀ durch Verstellen des Teiles (24) in axialer Richtung das Steuerventil (13) in bezug auf die Verengung (12) genau eingestellt werden kann.
6. 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 Kolbemfläche 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 Ringkolben (21; 22) verschiebbar angeordnet sind, wobei die das Steuerventil (13) haltenden federnden, Mittel (23) z\vischen den, Ringkolben

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   (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) hineingerichteten Ende Abschlußmittel, z, B. eine Bodenfläcfae (27) und Dichtungsmittel, aufweist, zwischen denen und dem zunächst liegenden Ringkolben (22) ein Ringraum (28) vorhanden ist, der über eine Öffnung (29) iti der Wand des Ventilschaftes (18) mit der verlängerten Ventilbohrung (15) verbunden ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift'Nr. 729 091; französische Patentschrift Nr. 667353; britische Patentschrift Nr. 713 786; USA.-Patentschriften Nr. 2 193 898, 2 244 850, 2341502,2447815,2450126. ao

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen