DE2500965C3 - Einrichtung zur Lenkkraftbegrenzung bei hydraulischen Hilfskraftlenkeinrichtungen von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Lenkkraftbegrenzung bei hydraulischen Hilfskraftlenkcinrichlungen von Fahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung zur Lenkkraftbegrenzung ist bereits in der älteren deutschen Patentanmeldung P 24 41 909 vorgeschlagen worden. Die dort dargestellten Druckbegrenzungsventile weisen keine besonderen Maßnahmen an ihrer Dämpfung auf, so daß bei hohen Drücken die Gefahr des Flatterns oder Schwingens und damit verbundener Geräuschbildungen und Unstetigkeiten im funktionellen Verhalten besteht. Ähnliche Probleme treten auch an anderen Stellen hydraulischer Einrichtungen auf. Es werden daher vielfach Dämpfungseinrichtungen für Kolben vorgesehen. Diese Dämpfungseinrichtungen bestehen aus engen Drosselstellen in Form von Düsen, Ringspalten oder engen Ό Bohrungen. Der Querschnitt der Drosselstelle muß naturgemäß bei steigenden Drücken und kleiner werdenden Kolbendurchmessern ebenfalls immer kleiner werden, um eine volle Wirksamkeit zu garantieren. Dies bringt wiederum die Gefahr des Zusetzens durch Schmutzpartikel oder molekulare Anlagerungen mit sich. Die Folge bestellt im Extremfall in einem Blockieren des Lenkventils.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der in Rede stehenden Art so mit einer Dämpfung zu versehen, daß einerseits beim Fahrbetrieb eine ausreichende Dämpfung des Kolbens beim Erreichen des die Reaktionskraft begrenzenden oberen Grenzdruckes gewährleistet ist, jedoch andererseits der Zufluß von Druckmittel in den Reaktionsraum nicht durch Verschmutzung oder nach längerem Stillstand gefährdet ist und die Gefahr des Zusetzens wesentlich reduziert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des

Anspruchs I.

Ausgehend von der Überlegung, daß ein enger Ringspalt zwar empfindlicher als eine Düse gegen molekulare Anlagerungen ist, jedoch nicht durch ein einzelnes größeres Schmutzpartikel verstopft wird, besteht der Vorteil dieser Lösung darin, daß durch den anfänglichen großen Slrömungsquerschnitt genügend Druckmittel fließen kann, um selbst bei vollständig zugesetzter Drosselstelle den Kolben loszubrechen und damit einen Selbstreinigungseffekt zu bewirken. Ein

to einmal losgebrochener Kolben wird sich während der Fahrt durch die dann auftretenden Druckschwankungen fortwährend bewegen, so daß ein Zusetzen dann nicht mehr stattfindet. Die folgende Dämpfung im Anfangsbereich der Kolbenbewegung macht sich nicht störend bemerkbar, da die Dämpfung in erster Linie dann gefordert wird, wenn der Reaktionsraum mit dem Ablauf verbunden wird.

Anspruch 2 bezieht sich auf den zweckmäßigerweise zuwählenden ersten Grenzdruck.

Anspruch J beschreibt die Anordnung des ersten Strömungsweges innerhalb eines Kolbens.

Anspruch 4 ist auf die Erzeugung einer konstanten Drossellänge gerichtet.
Aus der DEOS 22 56 090 ist ein zur Lenkkraftbegrenzung vorgesehenes Druckbegrenzungsventil mit einem zur Dämpfung dienenden Ringspalt bekannt. Bei diesem Druckbegrenzungsventil ist jedoch kein Strömungsweg mit relativ großem Querschnitt vorhanden. Außerdem ist es nicht zwischen Arbeitsraum und

so Reaktionsraum angeordnet, sondern im Nebenschluß mit dem Reaktionsraum verbunden.

Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I einen Schnitt durch ein Lenkventil längs seiner Achse sowie die wichtigsten Bestandteile des zugehörigen hydraulischen Kreislaufes in symbolischer Darstellung,

Fi g. 2 den vergrößerten Schnitt gemäß der Schnittlinie C-D von F i g. 1 in einer sich bei fehlenden äußeren Kräften und ohne Druckbeaufschlagung einstellenden Schaltstellung,

F i g. 3 in vergrößerter Darstellung die Stellung eines Kolbens eines Druckbegrenzungsventils bei druckbeaufschlagtem Lenkventil ohne äußere Kräfte und

Fig.4 in vergrößerter Darstellung die Stellung de: Kolbens, nachdem die Reaktionskraftbegrenzung voll eingesetzt hat

Ein Lenkrad 1 ist mit Hilfskraft einer Betätigungseinrichtung 2 einer hydraulischen Lenkeinrichtung verbunden, wie durch die strichpunktierte Linie 3 angedeutet ist. Die Betätigungseinrichtung 2 ist mittels zweier Lager 4 und 5 in einem Kraftausgangsglied 6 gelagert, das mit einem Servomotor 7 und außerdem mit gelenkten Fahrzeugrädern 8 in Wirkverbindung steht, wie durch strichpunktierte Linien 9 bzw. 10 angedeutet ist. Das Kraftausgangsglied 6 ist seinerseits mittels Lager 11 und 11' gelagert und durchdringt eine schwimmende Buchse 12 im Gehäuse 13. Das Gehäuse 13 ist mit Anschlüssen P. A, B und T versehen. Eine Pumpe 14 fördert über ein Rückschlagventil 15 sowie eine Leitung 16 Druckmittel zum Anschluß P, wobei an die Leitung 16 ein Druckspeicher 17 angeschlossen ist. Bei gefülltem Druckspeicher 17 fördert die Pumpe 14 über ein stromauf vom Rückschlagventil 15 angeschlossenes und vom Druck in der Leitung 16 gesteuertes Abschaltventil 18 drucklos in einen Vorratsbehälter 19 zurück. Die Pumpe 14 ist weiterhin durch ein jo Druckbegrenzungsventil 20 abgesichert. An den Anschluß Γ ist ein Ablauf 21 angeschlossen. Von den Anschlüssen A und B führen Leitungen 22 und 23 zu Arbeitsräumen 24 und 25 des Servomotors 7. Die Arbeitsräume 24 und 25 werden durch einen Arbeitskolben 26, der mit beidseitigen Kolbenstangen 27 und 28 versehen ist, unterteilt. Die Anschlüsse P. A und B münden in Ringnuten 29,30 und 31 innerhalb der Büchse 12, die jeweils durch Querbohrungen mit entsprechenden Ringnuten 29', 30' und 3i' im Innern der Büchse 12 verbunden sind. Der Anschluß T mündet in einen Ringraum 32 zwischen einer Dichtung 33 und dem stirnseitigen Ende der Büchse 12. In den Ringraum 29' mündet ein Kanal 34, der ebenfalls innerhalb des Kraftausgangs;gliedes 6 verläuft. Gemäß Fi g. 2 sind im Kraftausgangsglied 6 quer- und außermittig zu dessen Achse Bohrungen 35 und 36 angebracht, in denen Ventilkolben 37 und 38 gleitbtr angeordnet sind. Die Bohrungen 35 und 36 sind stirnstitig durch Dichtstopfen 39 und 40 verschlossen. Die Räume zwischen den Dichtstopfen 39 und 40 und den Ventilkolben 37 und 38 bilden einen Reaktionsraum 41 bzw. 42. Auf ihren den Reaktionsräumen 41 bzw. 42 abgewandten Seiten werden die Ventilkolben 37 und 38 von Schraubenfedern 43 und 44 belastet, die sich an Federwiderlagern 45 und 46 abstützen. Die Bohrungen 35 und 36 erweitern sich um ein gewisses Maß vor ihrem Ende zu Bohrungen 47 und 48, in denen Schraubenfedern 49 und 50 angeordnet sind, die sich ebenfalls an den Federwiderlagern 45 und 46 abstützen und mit ihrem anderen Ende an Absätzen 51 und 52 zwischen den Bohrungen 35 und 47 bzw. 36 und 48 anliegen. Die Federwiderlager 45 und 46 können sich an Anschlägen 53 und 54 innerhalb des Kraftausgangsgliedes 6 abstützen. Die Federwiderlager 45 und 46 enthalten Durchgangsbohrungen 55 und 56, bs welche etwa dem Innendurchmesser der Schraubenfedern 43 und 44 entsprechen. Stößel 57 und 58 durchdringen die Durchgangsbohrungen 55 und 56 bzw. die Schraubenfedern 43 und 44 und wirken auf Stellschrauben 59 und 60. Diese Stellschrauben 59 und 60 sind innerhalb von Zentrierschrauben 61 und 62 angeordnet, die ihrerseits in der in diesen Bereich zu einem Hebel 2' ausgebildeten Betätigungseinrichtung 2 verstellbar angeordnet sind. Die Zentrierschrauben 61 und 62 wirken auf die Federwideriager 45 und 46 ein. Der Ventilkolben 37 hat etwa in der Mitte seiner axialen Ausdehnung eine äußere Ringnut 63, in deren Bereich ein Kanal mündet, der innerhalb des Kraftausgangsgliedes 6 verläuft, auf nicht näher dargestellte Weise mit der Ringnut 30' verbunden ist und zur Verdeutlichung mit A bezeichnet wird, wodurch kenntlich gemacht werden soll, daß er mit dem Anschluß A kommuniziert. Die Ringnut 63 wird von zwei Schultern 64 und 65 begrenzt. An die Schulter 64 schließt sich eine zur Entlastung dienende Ringnut 66 an, welche durch eine Schulter 67 vom Reaktionsraum 41 getrennt ist. Die der Ringnut 63 zugewandte Kante der Schulter 64 ist eine Steuerkatue 68, welche je nach Stellung des Ventilkolbens 37 eine Verbindung zwischen der Ringnut 63 und einem den Kanal 34 anschneidenden Kanal 69 steuert. Der Kanal 69 kommuniziert mit dem Anschluß Pund ist daher zum besseren Verständnis ebenfalls mit ρ bezeichnet. Die Schulter 65 weist Durchbrüche 70 auf, welche die Ringnut 63 mit einer sich an die Schulter 65 anschließenden Ringnut 71 verbinden, deren dem Absatz 51 zugewandte Kante eine Steuerkante 72 ist. In analoger Weise besitzt der Ventilkolben 38 etwa in der Mitte seiner axialen Ausdehnung eine Ringnut 73, in deren Bereich ein Kanal mündet, der innerhalb des Kraftausgangsgliedes 6 mit der Ringnut 31' verbunden ist, somit mit dem Anschluß B kommuniziert und aus diesem Grund ebenfalls mit B bezeichnet ist. Die Ringnut 73 wird von Schultern 74 und 75 begrenzt. An die Schulter 74 schließt sich eine zur Entlastung dienende Ringnut 76 an, die durch eine Schulter 77 vom Reaktionsraum 42 getrennt ist. Die der Ringnut 73 zugewandte Kante der Schulter 74 ist eine Steuerkante 78 In der Schulter 75 sind Durchbrüche 79 angeordnet, welche die Ringnut 73 mit einer sich an die Schulter 75 anschließenden Ringnut 80 verbinden. Die dem Absatz 52 zugewandte Kante der Ringnut 80 ist eine Steuerkante 81. Im Innern des Ventilkolbens 37 ist eine Bohrung 82 angeordnet, die sich in einem gewissen Abstand von den Stirnseiten des Steuerkolbens 37 zu Bohrungen 83 und 84 erweitert. In der Bohrung 82 gleitet ein Kolben 85, der von einer in der Bohrung 83 geführten Feder 86 in Richtung auf den Reaktionsraum 41 belastet wird. Im Innern des Kolbens 85 verläuft vom Reaktionsraum 41 ausgehend ein Strömungskanal 87, der in Form einer Ringnut an der äußeren Mantelflache des Kolbens 85 mündet und dort Steuerkanten 88 und 89 besitzt. Der Strömungskanal 87 kann in Verbindung mit einem zwischen der Ringnut 63 und der Bohrung 82 gelegenen Strömungskanal 90 treten. Die Bohrung 84 ist durch einen Stopfen 91 verschlossen, der einen Durchbruch 92 aufweist, welcher die Bohrung 84 mit der Bohrung 47 verbindet. Der Absatz zwischen den Bohrungen 82 und 84 weist eine Steuerkante 93 auf. Im Bereich zwischen der Mündung des Strömungskanals 90 in die Bohrung 82 und der Bohrung 83 besteht zwischen dem äußeren Umfang und des Kolbens 85 und der Bohrung 82 ein als Drosselstelle dienender enger Ringspalt 94. Der Stopfen 91 trägt eine Ansenkung 95, deren Boden % zumindest zeitweilig mit dem Stößel 57 in Kontakt kommen kann. Der Ventilkolben 38 enthält einen Kolben 85Λ und ist im übrigen mit dem

Steuerkolben 37 identisch, so daß sich eine weitergehende Beschreibung der in seinem Innern befindlichen Teile erübrigt. Die Bohrung 47 ist mit einem das Kraftausgangsglied 6 teilweise außen umgebenden Raum 97 verbunden. Der Raum 97 ist nach außen hin durch einen tropfförmigen Deckel 98 verschlossen, der abgedichtet am Gehäuse 13 befestigt ist und in einem Boden 99 eine abgedichtete öffnung 100 für den Durchtritt der Betätigungseinrichtung 2 aufweist. Der Raum 97 ist durch einen innerhalb des Kraflausgangsgliedes 6 verlaufenden Kanal 101 mit der Ringnut 32 und damit mit dem Anschluß T verbunden. Zum besseren Verständnis werden daher die auf diesem Wege mit dem Anschluß 7" kommunizierenden Bohrungen 47 und 48 ebenfalls zusätzlich mit Tgekennzeichnel.

Die Hilfskraftlenkeinrichtung wirkt auf folgende Weise:

Ausgehend von der F i g. 2 sei zunächst angenommen, daß keine äußeren Kräfte auf das Lenkventil wirken und weder die Pumpe 14 noch der Druckspeicher 17 einen Druck am Anschluß P erzeugen. Die Feder 43 hat dann das Bestreben, sich zu entspannen und den Ventilkolben 37 in Richtung auf den Reaktionsraum 41 zu verschieben. Da der Kolben 85 dabei schließlich am Stopfen 39 anstößt, ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen den Federn 43 und 86. Die diesem Gleichgewicht entsprechende Stellung des Ventilkolbens 37 sei dann so, daß die Steuerkante 68 eine Verbindung vom Kanal 69 zur Ringnut 63 öffnet. Außerdem sollen in dieser Schaltstellung der Strömungskanal 87 und der Strömungskanal 90 einen relativ großen gemeinsamen Durchflußquerschnitt bilden. Wenn nunmehr die Pumpe 14 eingeschaltet wird, baut sich am Anschluß P und damit im Kanal 69 und der Ringnut 63 ein Druck auf, der sich über die Strömungskanäle 90 und 87 in den Reaklionsraum 41 fortpflanzt. Der dortige Druckanstieg bewegt den Kolben 85 relativ zum Ventilkolben 37 und diesen relativ zum Kraftausgangsglied 6 in eine Schaltstellung, welcher jener nach F i g. 3 entspricht. In dieser Schaltstellung schließt die Steuerkante 68 gerade die Verbindung vom Kanal 69 zur Ringnut 63 und die Steuerkante 88 unterbricht gerade die Verbindung zwischen den Strömungskanälen 90 und 87. Es ist ersichtlich, daß gemäß I ig.2 zunächst ein nahezu ungehinderter Durchfluß von Druckmittel von der permanent mit dem Arbeitsraum 24 kommunizierenden Ringnut 84 zu dem Reaktionsraum 41 stattfinden konnte. Der gemeinsame Strömungsquerschnitt der Kanäle 90 und 87 ist dabei zumindest anfänglich so bemessen, daß selbst größere Schmutzpartikel ein Zuse'.zen nicht bewirken können. Zwar verkleinert sich der Durchflußquerschnitt gegebenenfalls bis auf Null, jedoch hat bis zu diesem Zeitpunkt in Folge der Relativbewegung zwischen Kolben 85 und Ventilkolben 37 in der Drosselstelle 94 ein reinigender Effekt stattgefunden, so daß Druckmittel zumindest über die Drosselstelle 94 Zutritt zum Reaktionsraum 41 hat. Mit Hilfe dieser Drosselstelle 94 wird bei Steuerbewegungen des Ventilkolbens 37 bzw. des Kolbens 85 eine Dämpfung erzielt Wenn nun die Betätigungseinrichtung 2 im Uhrzeigersinn bewegt wird, findet über die vorgespannte Feder 49 bzw. die ebenfalls nun vorgespannte Feder 43, den Ventilkolben 37 und das Druckmittelpolster im Reaktionsraum 41 unterhalb einer Grenzbetätigungskraft eine rein mechanische Kraftübertragung vom Lenkrad 1 zu den gelenkten Fahrzeugrädern 8 ohne Servounterstützung statt. Wird die Grenzbetätigungskraft überschritten, wird das Federwiderlager 45 vom Anschlag 53 abgehoben. Die Feder 43 wird dabei etwas mehr vorgespannt, so daß die Steuerkante 68 wieder eine Verbindung zwischen dem Kanal 69 und der Ringnut 63 herstellt. Druckmittel gelangt dadurch vom Anschluß P zum Anschluß A und von dort in den Arbeitsraum 24 und wirkt dort im Sinne einer Servounlerstützung. Gleichzeitig findet im Reaktionsraum 41 ein Druckanstieg statt, welcher der Kraft der Feder 43 das Gleichgewicht zu halten bestrebt ist.

Dieser Druckanstieg führt außerdem zu einer weiteren Bewegung des Kolbens 85, dessen Sleuerkante 89 sich dabei etwas der Steuerkante 93 nähert. Bei noch höherem Kraftbedarf wird die Feder 43 schließlich so weit verkürzt, daß der Stöße! 57 in .Kontakt mit dem Boden 96 der Ansenkung 95 kommt und damit direkten mechanischen Kontakt zum Steuerkolben 37 hat. Bei diesem Vorgang hat sich der Kolben 85 weiter verschoben. Der Druckanstieg im Reaktionsraum 41 bzw. die dadurch bedingte Verschiebung des Kolbens 85 dauern so lange an, bis schließlich die Steuerkante 89 in Verbindung mit der Steuerkante 93 einen Durchflußquerschnitt vom Strömungskanal 87 zur Bohrung 84 und damit zum Ablauf T öffnet (siehe Fig.4). Nach Erreichen dieses Grenzdruckes bleibt der Druck im Reaktionsraum 41 konstant, während der Druck in der Ringnut 63 maximal bis zum Höchstdruck der Pumpe 14 ansteigen kann. Durch die Begrenzung des Druckes im Reaktionsraum 41 wird auch die manuell spürbare Reaktionskraft begrenzt. Da der Zulauf über die Drosselstelle 94 stark gedrosselt ist ist die zum Ablauf T aus dem Reaktionsraum 41 abströmende Druckmittelmenge vergleichsweise gering. Ein Verstopfen der Drosselstelle 94 ist nicht zu erwarten, da bis zum öffnen der Steuerkante 89 fortwährend eine Relativbewegung zwischen Kolben 85 und Steuerkolben 37 stattfindet. Gegebenenfalls auftretende kurzzeitige, statische Zustände reichen wegen der Kürze der Zeit nicht aus, um die Drosselstelle 94 zuzusetzen. Der Ablauf von Druckmittel aus dem Arbeitsraum 25 bei dem beschriebenen Lenkvorgang erfolgt über den Anschluß B derart, daß zunächst dort ein leichter Druckanstieg entsteht, der sich in den Reaklionsraum 41 fortpflanzt und den Ventilkolben 38 in eine Stellung verschiebt, in welcher die Steuerkante 81 einen Durchflußquerschnitt von der Ringnut 80 zur Bohrung 48 öffnet. Da die Ringnut 80 in Folge des Durchbruches 79 aber fortwährend mit der Ringnut 73 bzw. dem Kanal B kommuniziert, wird im Endeffekt der Arbeitsraum 25 mit dem Ablauf Tverbunden, so daß Druckmittel ohne wesentlichen Druckanstieg im Arbeitsraum 25 abströmen kann. Eine dabei auftretende geringfügig höhere Vorspannung der Feder 44 macht sich am Hebel 2' nicht bemerkbar, da das Federwiderlager 46 fest am Anschlag 54 anliegt und seinen Kontakt mit der Zentrierschraube 62 verliert Eine Bewegung des Lenkrades 1 gegen den Uhrzeigersinn v/ürde die gleichen Vorgänge jeweils in identischer Waise für den anderen Kolben bewirken, so daß auf eine Beschreibung verzichtet werden kann.

Es ist möglich, die Kolben der Druckbegrenzungseinrichtung auch im Krafteingangsglied 6 anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, anstelle der Zentrierfedern Torsionsstäbe oder ähnliche Einrichtungen zu verwenden oder die Federn für die Kolben auf jener dem Reaktionsraum gegenüberliegenden Seite anzuordnen.

Schließlich wäre es auch naheliegend, bei Anordnung der Kolben im Kraftausgangsglied eine gemeinsame Feder für beide Kolben zu verwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Lenkkraftbegrenzung bei hydraulischen Hilfskraftlenkeinrichtungen von Fahrzeugen mit einem die manuell aufgebrachte Lenkkraft unterstützenden Servomotor mit zwei Arbeitsräumen und mit einer Betätigungseinrichtung, die auf ein für jeden Arbeitsraum einen Ventilkolben aufweisendes Lenkventil zur Steuerung eines Druckmittelstromes von einer Druckquelle zu den Arbeitsräumen des Servomotors bzw. zu einem Ablauf einwirkt, wobei das Lenkventil den Arbeitsräumen zugeordnete Reaktionsräume, Verbindungen /wischen den Arbeitsräumen und den Reaktionsräumen und von den Reaktionsdrücken in den Reaktionsräumen beaufschlagte ReaktioifSflächen zur Rückmeldung eines Lcnkgefühls an den Fahrzeuglenker und in die Verbindungen eingebaute mit je einem federbelasteten, in einer Kolbenbohrung verschiebbaren Kolben versehene Druckbegrenzungsventil aufweist, weiche unterhalb eines ersten Grenzdruckes in einem Reaklionsraum diesen mil dem zugehörigen Arbeitsraum über einen ersten Strömungsweg relativ großen Durchflußquerschnittes verbinden, bei Ansteigen des Druckes den Durchflußquerschnitt durch Verschieben des Kolbens zunehmend drosseln und bei Erreichen des ersten Grenzdruckes sperren und bei Erreichen eines zweiten höheren Grenzdruckes den Reaktionsraum mit dem Ablauf verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest oberhalb des ersten Grenzdruckes ein zweiter Strömungsweg vergleichsweise kleinen Durchflußqucrschnittes zwischen Arbeitsrau"! (24 bzw. 25) und zugehörigem Reaktionsraum (41 bzw. 42) in Form eines an sich bekannten, eine Drosselstclle (94) bildenden engen Ringspaltes zwischen dem Kolben (85 bzw. 85A)und der ihm umgebenden Kolbenbohrung (82) besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Grenzdruck in der Höhe des Druckes liegt, der sich bei druckabgebender Druckquelle (Pumpe 14) und fehlenden äußeren Kräften in einem Reaktionsraum (41,42) einstellt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungsweg (Strömungskanal (87) mit einem Teil seiner Länge in an sich bekannter Weise innerhalb der Kolben (85 bzw. 85/ψ verläuft.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer konstanten Drossellänge der Kolben (85) zumindest in jeder Partie einen konstanten Durchmesser hat, welche zwischen dem ersten und zweiten Grenzdruck zur Bildung der Drosselstelle (94) mit der umgebenden Kolbenbohrung (82) zusammenwirkt.