DE3013381A1

DE3013381A1 - Arbeitskolben-zylinder-einheit, insbesondere fuer zahnstangen-hilfskraftlenkungen von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3013381A1
Application number: DE19803013381
Authority: DE
Inventors: Günther 7071 Spraitbach Glück
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-04-05
Filing date: 1980-04-05
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE3013381C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitskolben-Zylin-
der-Einheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Arbeitskolben-Zylinder-Einheiten werden verwendet für die Hilfskraftunterstützung von geradlinigen Bewegungsabläufen. Um Beschädigungen der Bauteile zu verhindern, muß ein unter voller Druckbeaufschlagung erfolgender Anschlag des Arbeitskolbens an den Stirnflächen des Zylindergehäuses vermieden werden. In einfacher Weise wird dies dadurch erreicht, daß kurz vor der Endlage des Arbeitskolbens über ein Abschaltventil eine Verbindung hergestellt wird zwischen dem mit Hochdruck beaufschlagten Arbeitsraum und dem mit dem Rücklaufanschluß verbundenen Arbeitsraum der Arbeitskolben-Zylinder-Einheit Eine solche Einrichtung, die beispielsweise zur hydraulischen Lenkbegrenzung von Servolenkeinrichtungen dient, ist bekannt aus der DE-PS 16 55 942.
Die Verwendung derartiger Abschalteinrichtungen ist möglich bei Arbeitskolben-Zylinder-Einheiten, bei denen die Kolbenflächen des Arbeitskolbens zumindest annähernd gleich groß sind, d. h. bei denen in jeder Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens ein Arbeitsraum unter Hochdruck steht, während der andere Arbeitsraum mit dem Rücklaufanschluß verbunden ist.
Dadurch kann der Arbeitsdruck in dem mit Hochdruck beaufschlagten Arbeitsraum über den mit dem Rücklaufanschluß verbundenen Arbeitsraum schnell und sicher reduziert werden, so daß ein harter Anschlag des Arbeitskolbens an der Stirnseite des Zylindergehäuses vermieden wird. Die Verwendung einer derartigen Abschaltventileinrichtung ist nicht möglich bei Arbeitskolben-Zylinder-Einheiten, bei denen der Arbeitskolben ungleich große Kolbenflächen aufweist. Bei derartigen Einheiten ist es üblich, daß der Arbeitsraum, der an die kleinere Kolbenfläche angrenzt, für beide Bewegungsrichtungen mit Hochdruck beaufschlagt ist Der Arbeitsraum, der an die größere Kolbenfläche angrenzt, wird für die eine Bewegungsrichtung mit Hochdruck beaufschlagt und für die andere Bewegungrichtung mit dem Rücklaufanschluß verbunden. Ein Beispiel einer solchen Servoeinheit mit unausgeglichenen Zylinderräumen ist für eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung bekannt aus der DE-OS 25 08 678.
Die Problematik der Endlagenabschaltung ist nicht auf die Anwendung bei Hilfskraftlenkungen beschränkt, sie ist ebenso bei Arbeitskolben-Zylinder-Einheiten von Baumaschinen oder in der Hubhydraulik anzutreffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Endbegrenzung für Arbeitskolben-Zylinder-Einheiten mit unterschiedlich großen Betätigungsflächen des Arbeitskolbens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich mit einfachen Mitteln in vorteilhafter Weise eine Hubbegrenzung durch das Abschalten der Hilfskraftunterstützung kurz vor Beendigung des Hubes des Arbeitskolbens mit unausgeglichenen Kolbenflächen erreichen. Besonders vorteilhaft läßt-sich die Erfindung anwenden bei einer Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, bei der das Steuerventil in dem Arbeitskolben integriert.ist. In diesem Fall ist bereits ein ständiger Anschluß zur Rücklaufleitung in dem Arbeitskolben vorhanden.
Im folgenden wird die'Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Arbeitskolben-Zylindr-Einheit, Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 3 eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, bei der die Erfindung angewendet werden kann, Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 mit der Anordnung der Abschaltventile im Arbeitskolben.
In einem Zylindergehäuse 1 ist ein Arbeitskolben 2 verschiebbar angeordnet. Der Arbeitskolben weist unterschiedlich große Kolbenflächen auf, wobei zweckmäßigerweise die größere Kolbenfläche 3 doppelt so groß ist wie die kleinere Kolbenfläche 4. An die größere Kolbenfläche 3 schließt sich ein größerer Arbeitsraum 5 an. An die kleinere Kolbenfläche 4 schließt sich ein kleinerer Arbeitsraum 6 an, der als Ringraum zwischen der Zylinderwand des Zylindergehäuses 1 und einer Kolbenstange 7 ausgebildet ist.
Den beiden Arbeitsräumen 5 und 6 wird Druckmittel aus einem Behälter 8 von einer Servopumpe 9 über ein Steuerventil 10 zugeführt. Das Steuerventil 10 weist außer einer neutralen Mittelstellung zwei Schaltstellungen auf, in deren einer der kleinere Arbeitsraum 6 mit der Servopumpe 9 verbunden ist, während der größere Arbeitsraum 5 mit em Behälter 8 verbunden ist, In der anderen Stellung des Steuerventiles 10 sind beide Arbeitsräume 5 und 6 mit der Servopumpe 9 verbunden.
In dem Arbeitskolben 2 sind zwei Abschaltventile 11 und 12 angeordnet. Die beiden Ventilkolben 13 und 14 der Abschaltventile 11 und 12 werden von je einer Druckfeder 15 bzw. 16 in zueinander entgegengesetzten Richtungen in ihrer Schließstellung gehalten. Der Federraum jedes Abschaltventiles 10 und 11 steht über eine Bohrung 17 bzw. 18 mit einem der beiden Arbeitsräume 5 bzw. 6 in Verbindung. Von den Abschaltventilen 11 und 12 führen Kanäle 19 bzw. 20 zu einem im Inneren des Arbeitskolbens 2 liegenden Rücklaufanschluß 21, der mit dem Behälter 8 in ständiger Verbindung steht.
Jeder Ventilkolben 13 bzw. 14 enthält einen Steuerkanal 22 bzw. 23, -der in Schließstellung die Verbindung zwischen dem jeweiligen Arbeitsraum 5 bzw. 6 und dem Rücklaufanschluß 21 verhindert und in der Abschaltstellung des Abschaltventiles 11 bzw. 12 eine Verbindung herstellt zwischen dem Arbeitsraum 5 bzw. 6 und dem Rücklaufanschluß 21.
Jedes der beiden Abschaltventile 11 und 12 weist einen Stößel 24 bzw. 25 auf, durch den das Abschaltventil aus seiner Schließstellung in seine Abschaltstellung gebracht werden kann. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Stößel 24 an dem Ventilkolben 13 und der Stößel 25 an dem Ventilkolben 14 angeordnet. Es ist jedoch ebenso möglich, die Stößel an den Stirnwänden des Zylindergehäuses.l anzuordnen.
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Wird beispielsweise das Steuerventil 10 nach links verschoben, so wird der kleinere Arbeitsraum 6 mit unter Hochdruck stehendem Druckmittel beaufschlagt.
Der größere Arbeitsraum 5 steht dann mit dem Rücklauf zum Behälter 8 in Verbindung. Durch die in den beiden Arbeitsräumen 5 und 6 herrschende Druckdifferenz wird der Arbeitskolben 2 nach links verschoben. Diese Bewegung wird solange unter vollem Druck beibehalten, bis der Stößel 25 an der linken Stirnwand des Zylindergehäuses 1 anstößt. Der Stößel 25 verhindert eine weitere Bewegung des Ventilkolbens 14, so daß eine Verbindung hergestellt wird von dem kleineren Arbeitsraum 6 über die Bohrung 18, den Steuerkanal 23 und den Kanal 20 zum Rücklaufanschluß 21 und damit zum Behälter 8. Durch diese Verbindung wird der Druck im Arbeitsraum 6 abgesenkt. Die Höhe der Absenkung des Druckes hängt vom Strömungswiderstand in den genannten Kanälen und Bohrungen ab und ist sehr leicht durch die Auswahl des Durchr.lessers der Bohrung 18 bzw. durch den Einbau einer Drosselstelle in dieser Bohrung 18 beeinflußbar. Durch die Absenkung des Druckes in dem Arbeitsraum 6 wird die Bewegung des Arbeitskolbens 2 rechtzeitig vor einem Anschlag an der Stirnfläche des Zylindergehäuses 1 abgebremst. Die nur teilweise Absenkung des Arbeitsdruckes bzw. die Aufrechterhaltung eines bestimmten Restdruckes ergibt den Vorteil, daß der zum Gegenlenken erforderliche Arbeitsdruck sehr schnell wieder aufgebaut werden kann.
Für eine Bewegung des Arbeitskolbens 2 nach rechts (in Fig. 1) wird das Steuerventil 10 in seine rechte Schaltstellung gebracht. In dieser Stellung des Steuerventiles 10 sind beide Arbeitsräume 5 und 6 mit der Servopumpe 9 verbunden. In beiden Arbeitsräumen 5 und 6 herrscht also der gleiche Hochdruck.
Durch die Differenz der Kolbenflächen 3 und 4 ergibt sich eine Bewegung des Arbeitskolbens 2 nach rechts. Diese Bewegung wird kurz vor dem Anschlag an der rechten Stirnfläche des Zylindergehäuses 1, entsprechend dem oben beschriebenen Vorgang, abgebremst. Durch das Öffnen des Abschaltventiles 11 wird der Druck in dem Arbeitsraum 5 auf ein solches Maß abgesenkt, daß ein Anschlagen des Arbeitskolbens hunter voller Kraft und mit voller Geschwindigkeit an der rechten Stirnfläche des Zylindergehäuses 1 verhindert wird. Auch hier ist durch Wahl des Durchmessers der Bohrung 17 bzw. durch Einbau einer Drosselstelle in diese Bohrung die Größe des Druckabfalles wählbar.
Im folgenden wird die Anwendung der erfindungsgemäßen Abschaltventilanordnung für eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung anhand der Fig. 2 bis 4 näher beschrieben. In einem Lenkgetriebegehäuse 31 ist eine Zahnstange 32 durch die Drehung eines Ritzels 33 verschiebbar angeordnet. Mit dem Lenkgetriebegehäuse 31 ist ein Zylindergehäuse 34 verbunden. Die Zahnstange 32 steht in Verbindung mit einer Kolbenstange 35 eines Arbeitskolbens 36. Die Kolbenstange 35 ist jedoch um einen geringen Betrag gegenüber der Zahnstange 32 relativ verschiebbar. Der Arbeitskolben 36 weist unterschiedlich große Kolbenflächen, nämlich eine größere Kolbenfläche 37 und eine kleinere Kolbenfläche 38 auf. Der größeren Kolbenfläche 37 ist ein größerer Arbeitsraum 39 benachbart, der kleineren Kolbenfläche 38 ist ein kleinerer Arbeitsraum 40 benachbart. Der kleinere Arbeitsraum 40 steht über einen Zulaufanschluß 41 in ständiger Verbindung mit der Druckseite einer nicht dargestellten Servopumpe. Ein Rücklaufanschluß 42 ist über einen zwischen der Zahnstange 32 und der Kolbenstange 35 angeordneten Ringkanal 43 mit einem in dem Arbeitskolben 36 angeordneten Rücklaufraum 44 verbunden. In dem Arbeitskolben 36 ist ein Steuerventil 45 angeordnet, das aus einem mit der Zahnstange 32 verbundenen Ventilschieber 46 und einer mit dem Arbeitskolben 36 und der Kolbenstange 35 verbundenen Ventilbüchse 47 besteht. Im vorliegenden Fall ist die Ventilbüchse 47 mit dem Arbeitskolben 36 identisch. Die Betätigung des Steuerventiles 45 erfolgt durch die Relativbewegung zwischen der Zahnstange 32 und der Kolbenstange 35 in an sich bekannter Weise. Die Zahnstange 32 und die Kolbenstange 35 und damit die beiden Teile des Steuerventiles 45 sind durch eine zwischen der Zahnstange 32 und der Kolbenstange 35 angeordnete Zentrierfeder 48 zentriert. In der Einschaltstellung des Steuerventiles 45 ist der kleinere Arbeitsraum 40 mit dem Zulaufanschluß 41 verbunden, der größere Arbeitsraum 39 ist über das Steuerventil 45 mit dem Rücklaufanschluß 42 verbunden. In der anderen Schaltstellung des Steuerventiles 45 sind beide Arbeitsräume 39 und 40 über das Steuerventil 46 bzw.
direkt mit dem Zulaufanschluß 41 verbunden.
In Fig. 4 sind in einem vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 zwei Abschaltventile 51 und 52 in dem Arbeitskolben 36 angeordnet. Der Aufbau der Abschaltventile 51 und 52 ist gleich dem Aufbau der Abschaltventile 11 und 12 nach Fig. 1.
Ebenso ist die Wirkungsweise die gleiche.

Claims

Arbeitskolben-Zylinder-Einheit, insbesondere für Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen patentansprüche 0 Arbeitskolben-Zylinder-Einheit, insbesondere für Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen, wobei der Arbeitskolben ungleich große Kolbenflächen aufweist, von denen für eine Bewegung in die eine Richtung nur die kleinere Kolbenfläche mit Druckmittel zu beaufschlagen ist, während für eine Bewegung in die andere Richtung beide Kolbenflächen mit Druckmittel zu beaufschlagen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Arbeitskolben (2, 36) ein Rücklaufanschluß (21, .43) angeordnet ist und daß in dem Arbeitskolben (2, 36) zwei durch Stößel (24, 25) betätigbare Abschaltventile (11, 12; 51, 52) angeordnet sind, durch die kurz vor dem jeweiligen Endanschlag des Arbeitskolbens (2, 36) an einer Stirnwand des Zylindergehäuses (1, 34) jeweils ein unter Hochdruck stehender Arbeitsraum (5, 6; 39, 40) mit dem Rücklaufanschluß (21, 43) verbindbar ist.
2. Arbeitskolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (24, 25) an den Ventilkolben (13, 14) der Abschaltventile (11, 12; 51, 52) angeordnet sind.
3. Arbeitskolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel an den Stirnwänden des Zylindergehäuses (1, 34) angeordnet sind.
4. Arbeitskolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkolben (13, 14) der Abschaltventile (11, 12; 51, 52) von je einer Druckfeder (15, 16) in ihrer Schließstellung gehalten sind.
5. Arbeitskolben-Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß in den Ventilkolben (13, 14) der Abschaltventile (11, 12; 51, 52) Steuerkanäle (22, 23) angeordnet sind, durch die nur in der Abschaltstellung der Ventilkolben (13, 14) eine Verbindung besteht zwischen einem Arbeitsraum (5, 6; 39, 40) und dem Rücklaufanschluß (21, 43).
6. Arbeitskolben-Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Bohrungen (17, 18), die eine Verbindung darstellen zwischen den Arbeitsraumen (5, 6; 39, 40) und den Abschaltventilen (11, 12; 51, 52), Drosselstellen angeordnet sind.