DE1129847B

DE1129847B - Steuerventil fuer eine Hilfskraftlenkvorrichtung

Info

Publication number: DE1129847B
Application number: DEB56870A
Authority: DE
Inventors: Arthur E Bishop
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-11-10
Filing date: 1956-11-10
Publication date: 1962-05-17
Also published as: US2865339A; GB812207A; DE1146769B

Description

geöffnet, so wirkt sich der volle Druck der Druckzuleitung sofort auch auf die Stufe des Differentialkolbens und damit über die Feder auf den Steuer-30 schieber und als Rückfühldruck auf das Lenkrad aus. Da bei normalerweise geschlossenem Druckventil und auch bei Verwendung eines Druckspeichers vor dem Druckventil der durch ein federbelastetes Ventil begrenzte Maximaldruck herrscht, tritt bei Öffnung des am Lenkrad gespürte Widerstand ist also nicht pro- 35 Druckventils also ein sprunghaftes Ansteigen des portional dem tatsächlich auftretenden Lenkwider- Rückfühldrucks auf, das aber unerwünscht ist.
stand, sondern proportional der Zusammendrückung Bei Hilfskraftlenkvorrichtungen mit einem Steuer-

der Feder. Für ein betriebssicheres Fahren wird aber ventil, bei welchem sich die Öffnungen der Druckvon der Praxis für erforderlich gehalten, daß der Fah- ventile und Ablaufventile beispielsweise dadurch, daß rer am Lenkrad eine dem tatsächlichen Lenkwider- 40 den Stegen des Steuerventils Ringnuten größerer stand an den Rädern proportionale Kraft spürt. Breite gegenüberstehen, überschneiden, bei denen

Bei einem anderen bekannten Steuerventil für eine also in der neutralen Stellung eine ständige Flüssighydraulische Hilfskraftlenkung mit in der neutralen keitsströmung durch beide Druckventile und Ablauf-Stellung geschlossenen Druckventilen dient ein Diffe- ventile in die Rücklaufleitung vorhanden ist, ist es berentialkolben als Widerlager für die Feder, die den 45 reits bekannt, die Kraft der vorgespannten Feder Steuerkolben in der neutralen Stellung zu halten durch den hydraulischen Druck zu unterstützen, der sucht. Der Differentialkolben ist an der Rückseite mit sich in dem Druckanschluß des Steuerventils bei einer dem Druck in der Rücklaufleitung zum Ölreservoir Betätigung der Hilfskraftlenkung aufbaut. An dieser beaufschlagt, und der Ringraum hinter der Differen- Stelle ist in der neutralen Stellung ein verhältnismäßig tialstufe steht mit der Leitung zum Hilfskraftmotor 50 geringer Druck vorhanden, der vom Strömungswiderin Verbindung. Wird der Steuerschieber verschoben stand der Druck- und Ablaufventile abhängt. In der und damit die Druckleitung zu dem Hilfskraftmotor neutralen Stellung wirkt dieser geringe Druck in bei-

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den Richtungen auf das Steuerglied, so daß die an dem Steuerglied angreifenden hydraulischen Kräfte ausgeglichen sind. Wird das Steuerglied aus der neutralen Stellung verschoben, so wird, entsprechend der Auslenkung, das eine Druckventil immer weiter geöffnet und das zugehörige Ablaufventil geschlossen, während das andere Druckventil geschlossen und das zugehörige Ablaufventil weiter geöffnet wird. Bei diesem Vorgang steigt der Druck in der Druckzuleitung des Steuerventils und damit auch der Druck, der das Steuerglied in die neutrale Stellung zurückzudrücken sucht, allmählich an, so daß der vom Fahrer gespürte Gegendruck proportional dem steigenden Lenkwiderstand sich progressiv erhöht.

IO In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch das untere Ende der Lenkwelle einer Lenkvorrichtung mit Hilfskraftmotor und zeigt auch das erfindungsgemäß ausgebildete Steuerventil der Lenkhilfe im Schnitt, und

Fig. 2 ist eine Teilansicht in Richtung V-V von Fig. 1.

Zum Lenken werden die zu lenkenden Räder des Fahrzeugs von einem nicht dargestellten Lenkrad über die Lenkwelle 14 a und 14, ein nockenähnliches Zahnrad 15 und eine dazu entsprechend ausgebildete Zahnstange 17 eingeschlagen. Die Zahnstange 17 ist, was hier nicht dargestellt ist, mit dem Kolben eines

Bei einem Steuerventil mit geschlossenen Druck- ig Hilfskraftzylinders verbunden, dessen Tätigkeit von

ventilen in der neutralen Stellung herrscht am Druckanschluß des Steuerventils der von der Druckquelle, gewöhnlich durch den Druckspeicher, erzeugte sehr hohe Druck. Wenn die Anordnung bezüglich des hydraulischen Rückdruckes so getroffen wäre wie bei den Steuerventilen mit Überschneidung der Öffnungen von Druck- und Ablaufventilen, würde der Fahrer den beim Öffnen des Druckventils plötzlich auftretenden Drucksprung als einen sprunghaften Anstieg des dem insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 bezeichneten Steuerventil gesteuert wird.

Der das nockenähnliche Zahnrad 15 tragende Lenkwellenabschnitt 14 wird von dem mit dem Lenkrad verbundenen Wellenabschnitt 14 a aus über eine insgesamt mit 40 bezeichnete, mit einem geringen toten Gang arbeitende Kupplung gedreht. Diese Kupplung kann verschiedene Formen annehmen. Hier umfaßt sie einen auf der Welle 14 a befestigten Armstern 41

Rückdrehmoments am Lenkrad spüren, was als un- 25 eines Universalgelenks, der Rollen 42 trägt, die je-

erwünscht bezeichnet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil mit geschlossenen Druckventilen in der neutralen Stellung zu schaffen, welches diesen Nachteil nicht aufweist und dem Fahrer am Lenkrad ein Gefühl gibt, wie man es sonst nur bei Steuerventilen mit sich in der Öffnung überschneidenden Druck- und Ablaufventilen spürt. Zur Erreichung dieses Ziels ist bei dem Steuerventil nach der Erfindung das Steuerglied ein in einer an den Enden geschlossenen Zylinderbohrung eines Ventilgehäuses beweglicher Steuerkolben, der einen Mittelsteg, welcher einer mit dem Rücklauf in Verbindung stehenden Ringnut etwas größerer Breite als der Mittelsteg gegenübersteht, und

an jeder Seite des Mittelsteges eine Ringnut aufweist, 40 Welle 14 a mittels einer Kugelverbindung 52 die der Mündung einer der beiden mit den beiden festigte Ventilbetätigungsstange 51 eine Hin-Seiten des Hilfskraftmotors verbundenen Leitungen gegenübersteht, und es steht die Ringnut bzw. die anschließende Leitung über eine Drosselöffnung mit dem benachbarten Ende der Zylinderbohrung in Ver- 45 bindung.

Das Steuerventil nach der Erfindung ist äußerst einfach im Aufbau. Trotzdem wird das angestrebte Ziel erreicht, da die Drosselöffnungen sicherstellen, daß sich die Drücke an den Stirnenden des Steuerkolbens nur allmählich ändern, so daß der am Lenkrad auftretende Widerstand ebenso allmählich ansteigt wie der tatsächliche Lenkwiderstand und damit ein einwandfreies Fahrgefühl erreicht wird.

Zweckmäßig sind die Druckventile als Tellerventile ausgebildet und in den einander gegenüberliegenden Stirnenden des Ventilgehäuses angeordnet, derart, daß sie durch die Stirnenden des Steuerkolbens betätigt werden.

Es ist bereits bekannt, die Druckräume, in welchen 60 und die Ringnut 59 ungehindert zu einer unter niedein der Lenkraddrehung entgegenwirkender Rückfühldruck entsteht, mit einem Überdruckventil auszurüsten. Besonders einfach wird das Steuerventil, wenn gemäß der Erfindung zwei jeweils den Druckräumen zugeordnete Rückschlagventile in einer gemeinsamen 65 axialen Bohrung des Steuerkolbens angeordnet werden, die von einer gemeinsamen Feder auf ihren Sitz gedrückt werden.

weils mit einem schrägen Schlitz 43 in einem trommelförmigen Bauteil 44 zusammenarbeiten. In Fig. 2 ruft eine Drehung des Wellenabschnitts 14a im Uhrzeigersinn eine Bewegung des Armsterns 41 nebst Rollen 42 in Richtung des Pfeils 45 hervor. Infolge der Schräge der Schlitze 43 wird der Wellenabschnitt 14 a zunächst etwas nach links in Richtung des Pfeils 46 bewegt, bevor die Rollen 42 die Trommel 44 in Richtung des Pfeils 47 mitnehmen. Bei einem Drehen des Wellenabschnitts 14 ά entgegen dem Uhrzeigersinn wird dieser natürlich entsprechend zuerst nach rechts bewegt, bevor die Trommel 44 mitgenommen wird. Die Hin- und Herbewegung des Wellenabschnitts 14 a bewirkt ihrerseits über eine an der

be- und

Herbewegung des Steuerkolbens 53 des Steuerventils 16, wobei die Kugelverbindung 52 einen geringen Fluchtungsfehler zwischen den Wellenabschnitten 14 a und 14 zuläßt, ohne das die Betätigung des Ventils beeinträchtigt wird.

Der Steuerkolben 53 hat einen mittleren Steg 54 und an den Enden vorgesehene Stege 55 und 56, die von dem mittleren Steg durch Ringnuten 57 bzw. 58 getrennt sind. Der Steg 54 arbeitet mit einer Ringnut 59 in dem Ventilgehäuse 12 zusammen, während die Ringnuten 57 und 58 jeweils mit Leitungen 61 und 62 in Verbindung stehen, die zu den beiden Enden des Hilfskraftzylinders führen. Die Nut 59 ist etwas breiter als der damit zusammenwirkende Mittelsteg 54, so daß bei der neutralen Stellung des Steuerkolbens 53 die Hydraulikflüssigkeit von den beiden Enden des Hilfskraftzylinders über die Leitungen 61 und 62, die Nuten 57 und 58, die Spalte 64 und 65

rigem Druck stehenden Rücklaufleitung 63 gelangen kann.

Wenn die Lenkwelle 14 a im Uhrzeigersinn gedreht wird, um das Fahrzeug z. B. nach rechts zu lenken, wird, wie oben beschrieben, die Ventilbetätigungsstange 51 nach links bewegt. Durch diese Bewegung wird der Spalt 64 geschlossen und die Leitung gegenüber dem Niederdruckauslaß 63 abgesperrt.

Im wesentlichen gleichzeitig mit dem Schließen des Spaltes 64 berührt das Ende 66 des Steuerkolbens 53 ein Tellerventil 67 und drückt es entgegen der Kraft einer Steuerfeder 68 nach links in geöffnete Stellung. Die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die dem Steuerventil 16 über den Einlaß 69 zugeführt wird, gelangt mit dem Öffnen des Tellerventils 67 in die Leitung 61 und von dort zu einem Ende des Hilfskraftzylinders, so daß in bekannter Weise die Lenkung der Fahrzeugräder unterstützt wird. Bei dieser Unterstützungsbewegung wird auf die Zahnstange 17 eine Kraft ausgeübt, die bestrebt ist, den Steuerkolben des Ventils wieder in die Mittelstellung zurückzuführen.

Wenn sich das Tellerventil 67 öffnet, strömt die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit außerdem von der Leitung 61 aus innerhalb des Gehäuses 12 zu der Ringnut 57 und von dort durch den engen Kanal 70 zu dem Raum 71. Da der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 71 demnach im wesentlichen proportional zu dem Flüssigkeitsdruck in der Leitung 61 und damit auch in dem unter Druck stehenden Ende des Hilfskraftzylinders ist, wirkt auf die linke Stirnfläche 66 des Steuerkolbens 53 ein hydraulischer Fühldruck, der bestrebt ist, den Steuerkolben entgegen der über die Verbindungsstange 51 wirkenden Betätigungskraft nach rechts zu drücken. Dieser Fühldruck macht sich über die Kugelverbindung 52 in der Lenkwelle 14 a und am Lenkrad bemerkbar, so daß der Fahrer am Lenkrad ständig eine dem Druck in dem Hilfskraftzylinder und damit der zum Lenken erforderlichen Kraft proportionale Reaktionskraft spürt und die Lenkung mit Gefühl betätigt. Wenn ein vorbestimmter maximaler Fühldruck überschritten wird, wird das Kugelventil 72 von seinem Sitz abgehoben, so daß die Kammer 71 mit der Rücklaufleitung 63 verbunden wird. Diese Überdruckventilwirkung ist erwünscht, um bei Lenkausschlägen bei stehendem oder sich nur sehr langsam bewegendem Fahrzeug, wo eine genaue gefühlsmäßige Lenkung nicht erforderlich ist, keine zu große Kraft am Lenkrad aufbringen zu müssen.

Bei einem Drehen der Lenkwelle 14 a entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Steuerkolben 53 nach rechts bebewegt und der Spalt 65 geschlossen, so daß sich in der Leitung 62 ein Druck entwickelt, da das Tellerventil 77 von der Stirnfläche 76 des Steuerkolbens 53 entgegen der Kraft der Feder 78 geöffnet wird. Eine gefühlsmäßige Rückwirkung wird dadurch hervorgerufen, daß sich der Druck in der Leitung 62 durch den engen Kanal 80 hindurch auf die Kammer 81 auswirkt, und wie beim Lenken nach rechts wird der Fühldruck durch ein Kugelrückschlagventil 83 auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt.

An dem Steuerkolben 53 greift eine Feder 85 an, die über Federteller 90 und 91 mit Widerlagern 86 und 89 an dem Steuerkolben und Widerlagern 87 und 88 an dem Gehäuse 12 zusammenarbeitet. Infolge dieser Konstruktion wird bei einer Bewegung, durch die der Steuerkolben 53 in der einen oder anderen Richtung aus seiner Mittellage verschoben wird, die Feder 85 zusammengedrückt, wodurch auf den Steuerkolben eine Vorspannkraft aufgebracht wird, die bestrebt ist, ihn wieder in seine neutrale Stellung zurückzuführen.

Die Druckflüssigkeit wird den Tellerventilen 67 und 77 so zugeführt, daß diese Ventile druckentlastet sind. Der in der Kammer 67 a herrschende Druck wirkt in gleicher Weise auf den Kopf 67 b wie auf den Basisabschnitt 67 c des Ventils. Wenn das Ventil 67 geöffnet ist, ändert sich dieser Druckausgleich nicht, und es ergibt sich ein zügiger Lenkvorgang im Gegensatz zu dem unregelmäßigen Arbeiten, das bei einer Ventilkonstruktion ohne diesen Ausgleich zu erwarten wäre. Der gleiche Druckausgleich ist auch bei dem Tellerventil 77 vorgesehen.

Der Spalt 64 ist im wesentlichen ebenso groß wie der Abstand zwischen der Stirnfläche 66 des Ventilkolbens und dem Tellerventil 67, so daß das Ventil 67 gleichzeitig mit dem Schließen des Spaltes 64 geöffnet wird. Gegebenenfalls kann man den Abstand zwischen dem Tellerventil 67 und der Stirnfläche 66 des Ventilkolbens etwas verkleinern, um zu bewirken, daß sich das Ventil 67 um eine sehr kurze Zeitspanne eher öffnet als sich der Spalt 64 schließt, um durch diese zeitliche Überlappung ein zügiges Ansprechen des Ventils zu gewährleisten.

Bei einer Lenkhilfe mit einem Steuerventil nach der Erfindung steht die Feder 85 unter einer Druckvorspannung, die es erforderlich macht, an dem Griffkranz des Lenkrades eine Kraft von etwa 0,5 kg aufzubringen, bevor irgendeine Bewegung der Steuerkolbens 53 aus seiner Mittelstellung heraus auftritt. Der Fahrer fühlt also, nachdem er am Lenkrad die anfängliche Kraft von etwa 0,5 kg aufgebracht hat, innerhalb des ganzen normalen Fahrbereichs am Lenkrad einen der zum Lenken erforderlichen Kraft genau proportionalen Gegendruck, doch behält dieser Gegendruck seinen verhältnismäßig niedrigen Maximalwert auch bei Lenkbewegungen im Stillstand und bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, z. B. beim Rangieren, bei.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerventil für eine Hilfskraftlenkvorrichtung, insbesondere bei Verwendung einer hydraulischen Druckquelle mit Druckspeicher, mit einem beim Drehen des Lenkrades axial verschieblichen, durch eine vorgespannte Feder normalerweise in neutraler Mittelstellung gehaltenen Steuerglied, das zwei normalerweise offene Ablaufschlitze, die jeweils zwischen einer der einander gegenüberliegenden Seiten des Hilfskraftmotors und einem Ablauf liegen, und zwei normalerweise geschlossene Druckventile steuert, die jeweils zwischen einer der einander gegenüberliegenden Seiten des Hilfskraftmotors und der Druckquelle liegen, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß beim Verschieben des Steuergliedes in einer seiner beiden Bewegungsrichtungen jeweils eines der beiden Ablaufschlitze geschlossen und im wesentlichen gleichzeitig das zu derselben Seite des Hilfskraftmotors gehörende Druckventil geöffnet wird, dadurch gekennzeich net, daß das Steuerglied ein in einer an den Enden geschlossenen Zylinderbohrung eines Ventilgehäuses (12) beweglicher Steuerkolben (53) ist, der einen Mittelsteg (54), welcher einer mit dem Rücklauf (63) in Verbindung stehenden Ringnut (59) etwas größerer Breite als der Mittelsteg gegenübersteht, und an jeder Seite des Mittelsteges eine Ringnut (57 bzw. 58) aufweist, die der Mündung einer der beiden mit den beiden Seiten des Hilfskraftmotors verbundenen Leitungen (61

bzw. 62) gegenübersteht, und daß die Ringnut (57 bzw. 58) bzw. die anschließende Leitung (61 bzw. 62) über eine Drosselöffnung (70 bzw. 80) mit dem benachbarten Ende (71 bzw. 81) der Zylinderbohrung in Verbindung steht.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckventile (67 und 77) als Tellerventile ausgebildet sind und in den einander gegenüberliegenden Stirnenden des Ventilgehäuses (12) derart angeordnet sind, daß sie durch die Stirnenden des Steuerkolbens (53) betätigt werden.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Druckräume, in welchen ein der Lenkraddrehung entgegenwirkender Rückfühl-

druck entsteht, mit einem Überdruckventil ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils den Druckräumen (71 und 81) zugeordnete Rückschlagventile (72 bzw. 83) in einer gemeinsamen axialen Bohrung des Steuerkolbens (53) angeordnet sind und von einer gemeinsamen Feder (92) auf ihren Sitz gedrückt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 927 616;

deutsche Patentanmeldungen D1422711/63 c (bekanntgemacht am 11. Februar 1954); Z 336511/63 c (bekanntgemacht am 7. JuU 1955);

britische Patentschriften Nr. 713 786, 662 724;

USA.-Patentschrift Nr. 2 334 918.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen