DE2131276B2 - Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit Zentralhydraulik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Druckmittelspeicher mit Anschlüssen für hydraulische Aggregate, einer Servopumpe, einer über das Lenkhandrad betätigbaren Steuereinrichtung mit Rekationskolben, einem Lenkge-

jo triebe mit Servomotor und einem Behälter.

Zweck einer Hilfskraftlenkeinrichtung mit einem auf hohen Druck vorgespannten Druckspeicher ist eine Zusammenfassung der hydraulischen Versorgung von Lenkung, Bremsen, Federung, Niveauregelung u. a.

.« eines Fahrzeuges. Hierbei muß wegen des dem Steuerventil der Lenkeinrichtung zugeleiteten hohen Speicherdruckes das Steuerventil in neutraler Lenkstellung für die Druckmittelzufuhr gesperrt sein und dabei wegen des erforderlichen selbsttätigen Rücklaufs der ausgelenkten Fahrzeugräder in die Geradeausfahrtstellung eine offene Verbindung zwischen den Druckräumen des Servomotors und dem Behälter über das Steuerventil vorhanden sein. Bei den bekannten Ausführungen von Hilfskraftlenkeinrichtungen mit einem Druckspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 machen sich in unerwünschter Weise Leckverluste in Neutralstellung des Steuerventils, mangelhaftes Lenkgefühl und Schwergängigkeit durch unzureichende Ölversorgung bemerkbar.

5ü Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bisher nur bei Hilfskraftlenkungen nach dem Durchflußsystem vorhandenen, vorteilhaften Möglichkeiten, eine gut abstimmbare hydraulische Rückwirkung sowie deren Begrenzung auf eine bestimmte Druckhöhe zu erzielen, auch für eine Hilfskraftlenkung mit Speicherbetrieb nutzbar zu machen.

Die Erfindung besteht darin, daß die in an sich bekannter Weise in einer Gewindespindel angeordnete, über zwei Zapfen einer Lenkspindel gegenläufig verstellbare Steuereinrichtung aus einem den Zufluß bzw. Abfluß des Druckmittels für die Beaufschlagung des Servomotors regelnden Steuerventil und aus einer Lenkkraftbegrenzungseinrichtung besteht, wobei das Steuerventil einen von dem einen Zapfen bewegten Ventilkolben mit zwei Steuernuten sowie zwei stirnseitig in axialen Bohrungen des Ventilkolbens geführte, als Reaktionskolben dienende, federbelastete Kegelventile mit je einer Steuernut aufweist, und der Ventilkolben in

einer Ventilbüchse mit vier Ringnuten aufgenommen ist, deren stirnseitige öffnungen durch zwei Ventilkappen verschlossen sind und die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung von einem offenen Ring, in den der andere Zapfen eingreift, an den beiden Stirnflächen des offenen Ringes angeordneten Scheiben sowie je einem zwischen den Rückseiten dieser ersten Scheiben und weiteren in der Bohrung der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung geführten Scheiben eingespannten und durch eine Schraubenfeder gegen die zugehörige weitete Scheibe gehaltenen Ringkolben gebildet ist, dessen Arbeitsfläche unter D-.-uckbeaufschlagung eine gegen den Zapfen gerichtete Kraft erzeugt und die den Ringkolben belastende Schraubenfeder eine Vorspannkraft P_v aufweist, die gleich dein Produkt aus dem im normalen Fahrbetrieb als Teildruck des maximalen Arbeitsdrukkes auftretenden höchsten Arbeitsdruck und der wirksamen Fläche des Ringkolbens ist, und daß das Steuerventil derart über zwei Kanäle mit der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung hydraulisch verbunden ist, daß bei einem Lenkvorgang das vom Steuerventil über eine Leitung einem Druckraum des Servomotors zugesteuerte Druckmittel gleichzeitig mit dem an die Leitung angeschlossenen Reaktionskolben auch den zugehörigen Ringkolben der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung beaufschlagt.

Es ist von Vorteil, wenn zwischen den Ventilkappen, den Kegelventilen und dem Ventilkolben des Steuerventils jeweils vorgespannte, in axialer Richtung wirkende Federn vorgesehen sind, die derart gegeneinander abgestimmt sind, daß in neutraler Lenkstellung die das Druckmittel zuführenden Ringnuten von den Steuernuten getrennt sind, während die Steuernuten mit den Rücklaufringnuten in Verbindung stehen, und venn beim Einleiten einer Lenkbewegung die der uenkrichtung entsprechende Steuernut von der zugehörigen Ringnut getrennt ist, bevor das entsprechende Kegelventil öffnet.

Außerdem ist es zweckmäßig, wenn der Durchmesser der Reaktionskolben kleiner ist als der Dichtdurchmesser der Kegelventile bzw. des Ventilkolbens, und wenn die Ringkolben der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung in Büchsen mit einer Ringnut axial verschiebbar gelagert sind und jeweils einen Bund als Anlage für die Schraubenfeder aufweisen, die sich an ihrem anderen Ende an einem Anschlag abstützt, der mittels eines Bolzens in der weiteren Scheibe verankert ist, und die in der Büchse geringfügig nach außen verschiebbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß auch bei einer Hilfskraftlenkeinrichtung mit Speicherbetrieb ein für das Fahrverhalten wichtiges Lenkgefühl erhalten bleibt, und daß die das Lenkgefühl bewirkenden Reaktionskräfte auf einen für den normalen Fahrbetrieb ausreichenden Höchstwert begrenzt werden, so daß beispielsweise beim Parkieren des Fahrzeuges kein weiterer Anstieg der Reaktionskräfte erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Servolenkgetriebe mit einer Steuereinrichtung,

F i g. 2 den Querschnitt nach der Linie II-II in F i g. 1 mit einer schematischen Darstellung des Druckmittelkreislaufes,

Fig.3 ein etwas vergrößertes, um 90° gedrehtes Detail aus Fig. 1,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch das Steuerventil,

Fig.5 einen Längsschnitt durch die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung.

In einem als Servozylinder ausgebildeten Lenkgetriebegehäuse 1 dient ein Hydraulikkolben 2 als Lenkmutter, die einerseits mit einer Segmentwelle 3, andererseits über sine Kugelreihe 4 mit einer Gewindespindel 5 im Eingriff steht, die über eine Lenkspindel 6 betätigt wird. Am antriebsseitigen Ende der Gewindespindel 5 ist eine Steuereinrichtung 7 für Druckmittel vorgesehen, die aus

ίο einem Steuerventil 8 und aus einer Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 besteht. Zwei Zapfen 10 und 11, die am unteren Ende der Lenkspindel 6 angeordnet sind, verstellen bei Beginn einer Drehbewegung das Steuerventil 8 und die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 gegenläufig zueinander, bevor sie über Anschläge 12 und 13 die Gewindespindel 5 mitdrehen. Die Gewindespindel 5 ist in radialen Gleitlagern 14 und 15 und in axialen Nadellagern 16 und 17 gelagert. Die Lenkspindel 6 ist in zwei radialen Nadellagern 18 und 19 gelagert und zur Gewindespindel 5 hin axial auf einem Zentrierlager 20 abgestützt

Der Hydraulikkolben 2 unterteilt das Lenkgetriebegehäuse 1 in zwei Druckräume 21 und 22. Die Zuführung des Druckmittels zur Steuereinrichtung 7 erfolgt über einen Anschluß 23 im Lenkgetriebegehäuse 1, ein koaxial durch den Hydraulikkolben 2 bis in die Gewindespindel 5 durchgeführtes Rohr 24, über eine axiale Bohrung 25, eine radiale Bohrung 26 und weitere Bohrungen 27 in der Gewindespindel 5. Zwei Kanäle 28

jo und 29 verbinden das Steuerventil 8 und die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 miteinander. Der Kanal 28 ist über eine Leitung 30 an den Druckraum 21, der Kanal 29 über eine Leitung 31 an den Druckraum 22 angeschlossen. Zwei parallele Bohrungen 32 und 33 führen vom Steuerventil 8 zu einem Ringkanal 34 mit einem Auslaß 35.

In Fig.2 ist der Druckmittelkreislauf schematisch dargestellt. Von einem Behälter 36 fördert eine Servopumpe 37 das Druckmittel über ein Speicherladeventil 38 und eine Leitung 39 zu einem Speicher 40. Von dem Speicher 40 führen Leitungen 41 zu Zweitverbrauchern, wie Bremsen 42 und Niveauregelung 43, und Leitungen 44 über den Anschluß 23 im Lenkgetriebegehäuse 1 zu der Bohrung 26 bzw. 27 und damit zu einer Ringnut 45 bzw. einer Ringnut 46 des Steuerventils 8. Wegen des Betriebs der Servolenkeinrichtung mit einem Speicher 40 müssen die Ringnuten 45 und 46 in Neutralstellung des Steuerventils 8 geschlossen sein, d. h. es findet keinerlei Durchlauf des Druckmittels

so durch das Steuerventil 8 statt, falls nicht gelenkt wird. Über das Steuerventil 8, den Ringkanal 34, den Auslaß 35 und eine Leitung 47 wird entlastetes Druckmittel dem Behälter 36 wieder zugeführt.

Das Steuerventil 8, das zusammen mit der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 die Steuereinrichtung 7 in der Gewindespindel 5 bildet, besteht nach F i g. 4 aus einem Ventilkolben 48 mit zwei axial zu diesem geringfügig verschiebbaren Kegelventilen 49 und 50. In den Ventilkolben 48 greift der Zapfen 10 der Lenkspindel 6

bo ein. Zwischen den Kegelventileii 49 und 50 und dem Ventilkolben 48 sind Federn 51 und 52, zwischen den Kegelventilen 49 und 50 und Ventilkappen 53 und 54 Federn 55 und 56 für die Zentrierung des Ventilkolbens 48 urd für die Anlage der Kegelventile 49 und 50 an Dichtkanten einer Ventilbüchse 57 angeordnet. Die Ventilkappen 53 und 54 schließen die Ventilbüchse 57 stirnseitig ab. Die vorgenannten Ringnuten 45 und 46 sowie zwei weitere Ringnuten 58 und 59 der

Ventilbüchse 57 bewirken mit vier Steuernuten 60, 61, 62 und 63 des Ventilkolbens 48 bzw. der Kegelventile 49 und 50 die Steuerung des Druckmittels für die Lenkeinrichtung. Die Kegelventile 49 und 50 sind an ihren äußeren Stirnflächen als Reaktionskolben 64 und 65 ausgebildet. Der wirksame Durchmesser der Kegelventile 49 und 50 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Reaktionskolben 64 und 65, wodurch bei neutraler Lenkstellung die Kegelventile 49 und 50, unterstützt durch die Federn 55 und 56, in Schließstellung gehalten werden. Der Ventilkolben 48 weist im Bereich der Steuernuten 61 und 62 je eine radiale Bohrung 66 bzw. 67 auf, die zu einer axialen Bohrung 68 bzw. 69 führt. Die Bohrungen 68 und 69 dienen zur axialen Führung der Kegelventile 49 und 50 und zur Übertragung des Arbeitsdruckes in zwei Reaktionsräume 70 und 71.

Nach F i g. 5 besteht die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 aus einem einseitig offenen Ring 72, in den der Zapfen 11 eingreift, beidseitig zu diesem angeordneten Scheiben 73 und 74 und diesen anliegenden Ringkolben 75 und 85, die in Büchsen 76 und 86 mit je einer Ringnut 77 und 87 axial verschiebbar gelagert sind, und die jeweils eine wirksame Fläche 78 bzw. 88 sowie einen Bund 79 bzw. 89 für eine vorgespannte Schraubenfeder 80 bzw. 90 aufweisen. Die Schraubenfedern 80 bzw. 90 sind an ihrem anderen Ende jeweils an einem Anschlag 81 bzw. 91 abgestützt, der mittels eines Bolzens 82 bzw. 92 in einer Scheibe 83 bzw. 93 verankert ist, die in der Büchse 76 bzw. 86 geringfügig nach außen verschiebbar ist. Zur Sicherung des Steuerventils 8 und der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 in der kolbenförmig erweiterten Gewindespindel 5 sind zwei schraubbare Halterungen 94 und 95 vorgesehen.

Bei einer über den Zapfen 11 eingeleiteten Verschiebung des Ringkolbens 75 und 85 nach außen wird von der Schraubenfeder 80 bzw. 90 kein Widerstand ausgeübt. Erst wenn die vom hydraulischen Arbeitsdruck in der Ringnut 77 bzw. 87 auf die Fläche 78 bzw. 88 ausgeübte Kraft größer ist als die Kraft der vorgespannten Feder 80 bzw. 90, übt der Ringkolben 75 bzw. 85 über die Scheibe 73 bzw. 74 eine Kraft auf den Zapfen 11 aus, die der Kraft des Reaktionskolbens 64 bzw. 65 entgegenwirkt, so daß diese auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt bleibt. Die Vorspannkraft der Schraubenfeder 80 bzw. 90 richtet sich nach dem beim no^rrrialen Lenken bei Straßenfahrt auftretenden höchsten Arbeitsdruck und nach der Größe der Fläche 78 bzw. 88 des Ringkolbens 75 bzw. 85.

Die Funktion der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung9 im Zusammenwirken mit dem Steuerventil 8 wird nachstehend für die drei möglichen Fälle, nämlich bei neutraler Lenkstellung, beim Lenken im normalen Fahrbetrieb und beim Parkieren näher erläutert. In jedem Falle wird der Speicherdruck über die Leitungen 41 und 44, den Anschluß 23 im Lenkgetriebegehäuse 1, das Rohr 24, die Bohrungen 25, 26 und 27 der Gewindespindel 5 bis in die Ringnuten 45 und 46 bzw. die Steuernuten 63 und 60 übertragen. Bei neutraler Lenkstellung sind die Kegelventile 49 und 50 geschlossen, während die Druckräume 21 und 22 über die Leitungen 30 und 31, die Kanäle 28 und 29, die Steuernuten 61 und 62 und die Ringnuten 58 und 59 des Steuerventils 8 mit den Bohrungen 32, 33 und dem Ringkanal 34 hydraulisch miteinander verbunden sind. Dadurch kann das Druckmittel von einem zum anderen Zylinderraum strömen, d. h., wird nach einer Kurvenfahrt das Lenkhandrad freigegeben, so kann die Lenkung selbsttätig wieder in Geradeausfahrtstellung laufen.

Beim Lenken im normalen Fahrbetrieb gelten folgende Ausführungen: Wird beispielsweise nach rechts gelenkt, so verstellen die Zapfen 10 und 11 das Steuerventil 8 und die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 im Uhrzeigersinn um das Steuerspiel bis zu den Anschlägen 12 und 13 und drehen dann erst die Gewindespindel 5 in der gleichen Drehrichtung weiter so daß bei einer rechtsgängigen Kugelreihe 4 der Hydraulikkolben 2 in F i g. 1 nach oben verschober wird. Diese von Hand bewirkte mechanische Lenkarbeil wird durch eine vielfach größere hydraulische Hilfskraft dadurch unterstützt, daß mit der Verstellung des Ventilkolbens 48 (F i g. 4) nach oben das Kegelventil 49 von seiner Schließstellung abgehoben wird. Auf diese Weise kann das unter Speicherdruck stehende Druckmittel von der Ringnut 46 zur Steuernut 61 übertreten von wo es dann über den Kanal 28 und die Leitung 30 ir den Druckraum 21 gelangt, den Hydraulikkolben 2 beaufschlagt und in Richtung der eingeleiteten Lenkbewegung verschiebt. Während dieses Lenkvorgangei wird der in der Steuernut 61 herrschende Druck über die Bohrungen 66 und 68 in den Reaktionsraum 7C übertragen, so daß über den Reaktionskolben 64 unc den Ventilkolben 48 eine der Lenkkraft am Lenkhandrad proportionale, entgegengesetzte Kraft auf der Zapfen 10 einwirkt, wodurch das typische Fahrgefüh vermittelt wird. Das Entsprechende gilt für das Lenker in die andere Richtung, wobei der Druckraum 2i beaufschlagt wird. Während dieser Lenkvorgänge wire das Druckmittel aus dem nicht beaufschlagten Druck raum 22 bzw. 21 verdrängt und über die Leitung 31 bzw 30, den Kanal 29 bzw. 28, das Steuerventil 8, die Bohrungen 32 und 33, den Ringkanal 34, den Auslaß 3i und die Leitung 47 dem Behälter 36 zugeführt.

Dem gleichzeitig mit dem Steuerspiel des Steuerven tils 8 bzw. mit dem Zapfen 10 verstellbaren Zapfen 11 setzt die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 keinerle Widerstand entgegen, solange der Arbeitsdruck den au einen normalen Fahrbetrieb bezogenen Höchstwer nicht überschreitet.

Wenn dagegen, beispielsweise beim Parkieren, dei Arbeitsdruck diesen Höchstwert überschreitet unc dabei ein weiterer Anstieg der am Lenkhandrac spürbaren Reaktionskraft unerwünscht ist, dann liefer die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9 eine gegen die Reaktionskraft gerichtete Kraft, die das weiten Anwachsen der Reaktionskraft kompensiert und dami das Parken erleichtert. Dies geht folgendermaßen voi sich: Der Arbeitsdruck, der beispielsweise durcl Verstellen des Zapfens 10 im Uhrzeigersinne im Kana 28 wirksam ist, gelangt damit auch in die Ringnut 77 de Lenkkraftbegrenzungseinrichtung 9, so daß die Flächt 78 des Ringkolbens 75 vom Arbeitsdruck beaufschlag ist. Wenn nun der Arbeitsdruck größer ist, als es den verlangten Höchstwert für den normalen Fahrbereicl

to entspricht und auf den die Schraubenfeder 8( abgestimmt ist, dann liefert dieser DrucküberschuG multipliziert mit der Fläche 78 eine Kraftkomponente die der Reaktionskraft entgegengesetzt ist und somi diese auf einen bestimmten Wert begrenzt. Da

b5 Entsprechende gilt auch für die umgekehrte Drchrich tung der Lenkspindel 6.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche.

   1. Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Druckmittelspeicher mit Anschlüssen für hydraulische Aggregate, einer Servopumpe, einer über das Lenkhandrad betätigbaren Steuereinrichtung mit Reaktionskolben, einem Lenkgetriebe mit Servomotor und einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise in einer Gewindespindel (5) angeordnete, über zwei Zapfen (10 und 11) einer Lenkspindel (6) gegenläufig verstellbare Steuereinrichtung (7) aus einem den Zufluß bzw. Abfluß des Druckmittels für die Beaufschlagung des Servomotors (2) regelnden Steuerventil (8) und aus einer Lenkkraftbegrenzungseinrichtung (9) besteht, wobei das Steuerventil (8) einen von dem einen Zapfen (10) bewegten Ventilkolben (48) mit zwei Steuernuten (61 und 62) sowie zwei stirnseitig in axialen Bohrungen (68 und 69) des Ventilkolbens (48) geführte, als Reaktionskolben (64 und 65) dienende, federbelastete Kegelventile (49 und 50) mit je einer Steuernut (60 bzw. 63) aufweist und der Ventilkolben (48) in einer Ventilbüchse (57) mit vier Ringnuten (45,46,58 und 59) aufgenommen ist, deren stirnseitige öffnungen durch zwei Ventilkappen (53 und 54) verschlossen sind und die Lenkkraftbegrenzungseinrichtung (9) von einem offenen Ring (72), in den der andere Zapfen (11) eingreift, an den beiden Stirnflächen des offenen Ringes angeordnete Scheiben (73 und 74) sowie je einem zwischen den Rückseiten dieser ersten Scheiben (73 und 74) und weiteren, in der Bohrung der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung (9) geführten Scheiben (83 und 93) eingespannten und durch eine Schraubenfeder (80 bzw. 90) gegen die zugehörige weitere Scheibe (83 bzw. 93) gehaltenen Ringkolben (75 und 85) gebildet ist, dessen Arbeitsfläche unter Druckbeaufschlagung eine gegen den Zapfen (11) gerichtete Kraft erzeugt und die den Ringkolben (75 bzw. 85) belastende Schraubenfeder (80 bzw. 90) eine Vorspannkraft F_r aufweist, die gleich dem Produkt aus dem im normalen Fahrbetrieb als Teildruck des maximalen Arbeitsdruckes auftretenden höchsten Arbeitsdruck und der wirksamen Fläche (78 bzw. 88) des Ringkolbens (75 bzw. 85) ist, und daß das Steuerventil (8) derart über zwei Kanäle (28 und 29) mit der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung (9) hydraulisch verbunden ist, daß bei einem Lenkvorgang das vom Steuerventil (8) über eine Leitung (30 bzw. 31) einem Druckraum (21 bzw. 22) des Servomotors zugesteuerte Druckmittel gleichzeitig mit dem an die Leitung (30 bzw. 31) angeschlossenen Reaktionskolben (64 bzw. 65) auch den zugehörigen Ringkolben (75 bzw. 85) der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung (9) beaufschlagt.

   2. Hilfskraftlenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ventilkappen (53 und 54), den Kegelventilen (49 und 50) und dem Ventilkolben (48) des Steuerventils (8) jeweils vorgespannte, in axialer Richtung wirkende Federn (55,56 und 51,52) vorgesehen sind, die derart gegeneinander abgestimmt sind, daß in neutraler Lenkstellung die das Druckmittel zuführenden Ringnuten (45 und 46) von den Steuernuten (62 bzw.

   61) getrennt sind, während die Steuernuten (61 bzw.

   62) mit den Rücklauf-Ringnuten (58 und 59) in Verbindung stehen, und daß beim Einleiten einer Lenkbewegung die der Lenkrichtung entsprechende

   Steuernut (61 bzw. 62) von der zugehörigen Ringnut (58 bzw. 59) getrennt ist, bevor das entsprechende Kegelventil (64 bzw. 65) öffnet.

   3. Hilfskraftlenkeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Reaktionskolben (64; 65) kleiner ist als der Dichtdurchmesser der Kegelventile (49; 50) bzw. des Ventilkolbens (48).

   4. Hilfskraftlenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (75 und

   85) der Lenkkraftbegrenzungseinrichtung (9) in eine Ringnut (77 bzw. 87) enthaltenden Büchsen (76 und

   86) axial verschiebbar gelagert sind und jeweils einen Bund (79 bzw. 89) als Anlage für die Schraubenfeder (80 bzw. 90) aufweisen, die sich an ihrem anderen Ende an einem Anschlag (81 bzw. 91) abstützt, der mittels eines Bolzens (82 bzw. 92) in der weiteren Scheibe (8.3 bzw. 93) verankert ist, und die in der Büchse (76 bzw. 86) geringfügig nach außen verschiebbar ist.