DE4208004A1 - Electrohydraulic power-assisted steering for motor vehicles - has purely mechanical valve arrangement integrated into reversible pump contg. radial pistons and eccentric sliding bearing ring - Google Patents

Abstract

A servo cylinder (14) is divided into two working chambers by a piston coupled to the steering shaft, and is supplied with hydraulic fluid from a reversible electric pump (11) whose motor speed and direction of rotation are controlled by the steering wheel. The electric pump is of radial-piston type with an inner control pin (2) surrounded by a cylinder (3) with spring-loaded balls (21) between the pistons (12) and the bearing ring (13) which slides on the internal wall of the pump. ADVANTAGE - High operational security is guaranteed by a cost-effective, energy-saving and compact device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für Kraft­ fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to power steering for power vehicles according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-OS 38 25 102 ist eine derartige Hilfskraft­ lenkung bekannt, welche eine Ventileinrichtung aufweist, die mindestens ein stromlos offenes Magnetventil enthält, um bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung die beiden Arbeitskammern des Servozylinders kurzzuschließen und dadurch ein manuelles Lenken des Fahrzeugs zu ermög­ lichen. Die Verwendung von relativ teuren Magnetventilen und deren störungssichere Verkabelung verteuert die Produktion einer derartigen Hilfskraftlenkanlage.Such an assistant is known from DE-OS 38 25 102 steering known, which has a valve device, which contains at least one normally open solenoid valve, in case of failure of the electrical power supply Short circuit both working chambers of the servo cylinder and thereby enable manual steering of the vehicle lichen. The use of relatively expensive solenoid valves and their fail-safe cabling makes them more expensive Production of such an auxiliary steering system.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die besonders kostengünstig und kompakt auf­ gebaut ist und dabei eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.The invention is therefore based on the object Generic power steering for motor vehicles create that particularly inexpensive and compact is built and high operational reliability guaranteed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnen­ de Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Bei der erfindungsge­ mäßen Hilfskraftlenkung werden somit außerhalb der Pumpen­ einheit befindliche Bauteile eingespart. According to the invention, this object is characterized by the de feature of claim 1 solved. In the fiction moderate power steering are thus outside the pumps saved components located.  

Besonders vorteilhaft ist es nach Anspruch 2, die Ventil­ einrichtung in Bauteile zu integrieren, die bereits in der Pumpe enthalten sind. Dafür bieten sich in vorteilhafter Weise Steuerzapfen und Zylinderstern einer Radialkolben­ pumpe an, die nach Anspruch 3 modifiziert sowie mit einer Ventilsteuerung versehen werden. Im Steuerzapfen werden zusätzliche Bohrungen angebracht, die die Druckleitungen mit dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter verbinden. Der Zylinderstern wird auf dem Steuerzapfen axial verschiebbar angebracht. Dabei sind die Steueröffnungen des Steuer­ zapfens so ausgelegt, daß die Pumpfunktion in jeder axial verschobenen Stellung des Zylindersterns gewährleistet ist. Die Ventilsteuerung bewirkt, daß die Verschiebung des Zylindersterns lenkrichtungsabhängig erfolgt, so daß ent­ sprechend dem Lenkeinschlag nach links bzw. rechts die Bohrung des jeweiligen Druckkanals geschlossen wird, während die des anderen geöffnet bleibt. Dies gewähr­ leistet, daß jeweils einer der Druckkanäle mit dem Hydrau­ likflüssigkeitsbehälter verbunden ist, während sich in dem anderen ein Druck aufbauen kann, und somit die Arbeits­ kammern des Servozylinders bedarfsgerecht mit Druck beauf­ schlagt werden.It is particularly advantageous according to claim 2, the valve to integrate the device into components that are already in the Pump are included. Do this in a more advantageous way Wise control pin and cylinder star of a radial piston pump that modified according to claim 3 and with a Valve control can be provided. In the control pin additional holes drilled through the pressure lines Connect to the hydraulic fluid tank. The Cylinder star is axially displaceable on the control pin appropriate. The tax openings are the tax cones designed so that the pump function in each axial assured shifted position of the cylinder star is. The valve control causes the displacement of the Cylinder star takes place depending on the steering direction, so that ent speaking the steering angle to the left or right Hole of the respective pressure channel is closed, while the other's stays open. Grant this ensures that one of the pressure channels with the hydraulic Liquids container is connected while in the others can build up pressure, and thus work Apply pressure to the chambers of the servo cylinder as required be hit.

Eine vorteilhafte Ausführungsform weist nach Anspruch 4 einen auf der Innenwand der Pumpe mit dem Zylinderstern gekoppelt verschiebbaren Lagerring auf, in dem die Radialzylinder der Pumpe zweckmäßigerweise mit Hilfe von Kugeln oder anderen Wälzkörpern, z. B. zylindrischen Stiften, gelagert sind. An advantageous embodiment has according to claim 4 one on the inside wall of the pump with the cylinder star coupled sliding bearing ring in which the Radial cylinder of the pump expediently with the help of Balls or other rolling elements, e.g. B. cylindrical Pins, are stored.  

Nach Anspruch 5 besteht die Ventilsteuerung, d. h. die lenkrichtungsabhängige Verschiebung des Zylindersterns darin, daß dieser über eine Schrägkulissenverbindung mit der Antriebswelle des Elektromotors verbunden ist. Je nach Drehrichtung bewirkt dies in Zusammenspiel mit dem Trägheitsmoment des Zylindersterns dessen Verschiebung nach oben oder nach unten. Eine Begrenzung dieser Verschiebung wird durch die Zentrierfedern erreicht, entweder durch ihre Baugröße im zusammengepreßten Zustand oder durch in ihnen geführte Abstandshalter. Die Zentrierfedern sorgen auch dafür, daß sich bei ruhendem Elektromotor der Zylinderstern in Mittenposition befindet und somit beide Druckleitungen über ihre Bohrungen mit dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter in Kontakt stehen. Dadurch sind die Arbeitskammern des Servozylinders kurzgeschlossen ein manuelles Lenken des Fahrzeugs ist ohne unzulässig hohen Kraftaufwand möglich. Dies bedeutet, daß sowohl ein sicheres Lenkverhalten bei Ausfall der Stromversorgung ge­ währleistet, als auch ein Abschalten der Lenkunterstützung bei hohen Geschwindigkeiten möglich ist, was dem Fahrer ein direkteres Lenkgefühl vermittelt.According to claim 5, the valve control, d. H. the displacement of the cylindrical star dependent on the direction of steering in that it has a slanted link connection with the drive shaft of the electric motor is connected. Depending on Direction of rotation effects this in interaction with the Moment of inertia of the cylindrical star, its displacement up or down. A limitation of this Displacement is achieved by the centering springs, either by their size in the compressed state or with spacers in them. The Centering springs also ensure that when stationary Electric motor of the cylinder star is in the middle position and thus both pressure lines through their holes with the Hydraulic fluid reservoir are in contact. Thereby the working chambers of the servo cylinder are short-circuited manual steering of the vehicle is not permitted high effort possible. This means that both a safe steering behavior when the power supply fails ensures, as well as switching off the steering support at high speeds what is possible for the driver gives a more direct steering feel.

Eine besonders kompakte Bauweise, die ein möglichst komplettes Vorproduzieren der Lenkanlage ermöglicht, wird nach Anspruch 6 erreicht, indem der für die Verschiebung des Zylindersterns und die Unterbringung der dafür nötigen Bauteile benötigte Raum gleichzeitig als Hydraulik­ flüssigkeitsbehälter dient. Um eine Verunreinigung der Hydraulikflüssigkeit zu verhindern, ist es sinnvoll, die Lenkanlage als geschlossenes hydraulisches System auszu­ führen. A particularly compact design, the one as possible complete pre-production of the steering system is enabled according to claim 6 achieved by the for the shift of the cylinder star and the accommodation of the necessary Components also needed space as hydraulics serves liquid container. To avoid contamination of the To prevent hydraulic fluid, it is useful to Steering system to be used as a closed hydraulic system to lead.  

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist es zweckmäßig, Überdruckventile nach Anspruch 7 vorzusehen, die ein über­ mäßiges Ansteigen des Drucks in den Arbeitskammern des Servozylinders verhindern und somit gewährleisten, daß sich der Motor der Pumpe z. B. bei Maximaleinschlag der Pumpe nicht heiß läuft. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 sieht vor, die Überdruck­ ventile mit elektrischen Schaltern zu versehen, die den Motor in einem solchen Fall abschalten und dadurch seine Lebensdauer verlängern und Energie einsparen.To increase operational safety, it is advisable Pressure relief valves according to claim 7 to provide an over moderate increase in pressure in the working chambers of the Prevent servo cylinders and thus ensure that the pump motor z. B. at maximum impact Pump is not running hot. An advantageous further education the invention according to claim 8 provides the overpressure valves with electrical switches to provide the In such a case, switch off the engine and thereby its Extend service life and save energy.

Weitere vorteilhafte Merkmale sowie die Funktion der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Hierzu zeigt:Other advantageous features and the function of the Invention result from the following description based on the drawing. This shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Pumpe mit erfin­ dungsgemäß integrierter Ventileinrichtung, Fig. 1 shows a section through the pump according OF INVENTION dung integrated valve device,

Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 senkrecht zur Linie A-A. Fig. 2 shows a section through Fig. 1 perpendicular to the line AA.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die reversierbare Pumpe 11 der erfindungsgemäßen hydraulischen Servolenkung, die über die Antriebswelle 1 mit dem reversierbaren Elektro­ motor in Verbindung steht und über die Druckleitungen 15 und 16 mit den Arbeitskammern des Servozylinders 14 verbunden ist. Dabei sind Überdruckventile 22, 23 zwischen den Druckleitungen 15 und 16 vorgesehen. Das Pumpengehäuse 7 ist in der hier beschriebenen Ausführungsform gleich­ zeitig die Außenwand des Hydraulikflüssigkeitsbehälters 10. Gegenüber der Antriebswelle 1 befindet sich der Steuerzapfen 2 der Pumpe, dessen Achse auf einer gedachten Verlängerung der Achse der Antriebswelle 1 liegt. Im Steuerzapfen 2 sind zwei Druckleitungen 15 und 16 ange­ bracht, die einerseits mit je einer der zwei Arbeits­ kammern des Servozylinders 14, andererseits über die Steueröffnungen 17 und 18 mit dem Zylinderstern 3, sowie über die Bohrungen 4 und 5 mit dem Hydraulikflüssigkeits­ behälter 10 verbunden sind. Im Servozylinder 14 befindet sich ein Arbeitskolben, der in bekannter Weise mit dem Lenkgestänge verbunden ist, um eine Lenkunterstützung ab­ zugeben. Der Zylinderstern 3 ist über Schrägkulissen 8 in Schlitzen der Kupplung 6, die axial fest in der Antriebs­ welle 1 angebracht ist, geführt, und mit Hilfe von Zentrierfedern 9 in einer Mittenposition fixiert. Bei Rotation der Antriebswelle 1 in eine Richtung bewirken die Schrägkulissen 8 und das Trägheitsmoment des Zylinder­ sterns 3 dessen axiale Verschiebung, z. B. nach oben, während bei Rotation der Antriebswelle 2 mit entgegenge­ setztem Drehsinn eine axiale Verschiebung des Zylinder­ sterns 3 in die andere Richtung, hier nach unten, erfolgt. Die Länge des Verschiebungswegs wird dabei zum einen von der Elastizität der Zentrierfedern 9 und zum anderen von der Rotationsfrequenz des Elektromotors bestimmt und kann z. B. durch in den Zentrierfedern 9 geführte Hubbegrenzer 19 oder die Länge der zusammengepreßten Zentrierfedern 9 limitiert werden. Die Verschiebung des Zylindersterns 3 nach oben bzw. nach unten bewirkt ein Verschließen einer der Bohrungen 4 bzw. 5 und damit ein Abkoppeln einer der Druckleitungen 15 bzw. 16 vom Hydraulikflüssigkeits­ behälter 10, während die jeweils andere mit diesem ver­ bunden bleibt. Größe und Anordnung der Bohrungen 3 und 4 sowie der Steueröffnungen 17 und 18, und die maximal mögliche Verschiebung des Zylindersterns 3 sind so ausgelegt, daß selbst bei maximaler Verschiebung die Steueröffnungen 17 und 18 keine Verbindung zum Hydraulik­ flüssigkeitsbehälter 10, wohl aber zu den Öffnungen der Radialkolben 12 haben. Dies bedeutet, daß die Funktion der Pumpe 11 nicht beeinträchtigt ist. Fig. 1 shows a section through the reversible pump 11 of the hydraulic power steering system according to the invention, which is connected to the reversible electric motor via the drive shaft 1 and is connected via the pressure lines 15 and 16 to the working chambers of the servo cylinder 14 . Pressure relief valves 22 , 23 are provided between the pressure lines 15 and 16 . In the embodiment described here, the pump housing 7 is simultaneously the outer wall of the hydraulic fluid container 10 . The control pin 2 of the pump is located opposite the drive shaft 1 , the axis of which lies on an imaginary extension of the axis of the drive shaft 1 . In the control pin 2 , two pressure lines 15 and 16 are introduced , the one with one of the two working chambers of the servo cylinder 14 , on the other hand via the control openings 17 and 18 with the cylinder star 3 , and via the holes 4 and 5 with the hydraulic fluid container 10 are. In the servo cylinder 14 there is a working piston, which is connected in a known manner to the steering linkage in order to give steering assistance. The cylinder star 3 is guided over inclined links 8 in slots of the coupling 6 , which is axially fixed in the drive shaft 1 , and fixed by means of centering springs 9 in a central position. When the drive shaft 1 rotates in one direction, the inclined links 8 and the moment of inertia of the cylinder star 3 cause its axial displacement, for. B. upwards, while with rotation of the drive shaft 2 with opposite direction of rotation, an axial displacement of the cylinder star 3 in the other direction, here down, takes place. The length of the displacement path is determined on the one hand by the elasticity of the centering springs 9 and on the other hand by the frequency of rotation of the electric motor and can, for. B. are limited by stroke limiters 19 guided in the centering springs 9 or the length of the compressed centering springs 9 . The displacement of the cylinder star 3 up or down causes a closure of one of the bores 4 and 5 and thus a decoupling of the pressure lines 15 and 16 from the hydraulic fluid container 10 , while the other remains connected with this ver. Size and arrangement of the holes 3 and 4 and the control openings 17 and 18 , and the maximum possible displacement of the cylinder star 3 are designed so that even at maximum displacement, the control openings 17 and 18 no connection to the hydraulic fluid container 10 , but probably to the openings of the Have radial piston 12 . This means that the function of the pump 11 is not impaired.

In Fig. 2 ist diese verdeutlicht. Die Radialkolben 12 sind in Bohrungen des Zylindersterns 3 geführt und werden mittels Kolbenfedern 20 nach außen gedrückt. Dort sind sie über Kugeln 21 in einem Lagerring 13 gelagert, der am be­ züglich der Achse des Steuerzapfens 2 exzentrisch ange­ ordneten Pumpengehäuse 7 gleitend angebracht ist, und da­ her sowohl mit dem Zylinderstern 3 rotieren, als auch dessen axialer Verschiebung folgen kann. Rotation des Zylindersterns 3 bewirkt, daß sich jeweils einer der Radialkolben 12 in Richtung des Steuerzapfens 2 bewegt, während sich der andere davon entfernt. Das heißt, in eine der Druckleitungen 15 bzw. 16 wird über die Steuer­ öffnungen 17 bzw. 18 Hydraulikflüssigkeit eingepreßt, aus der jeweils anderen herausgesaugt. Dies geschieht unab­ hängig von der axialen Verschiebung des Zylindersterns 3. Der Zylinderstern 3 kann, wie dargestellt, zwei Kolben aufweisen, es sind aber auch mehrere, z. B. drei möglich. Die in Fig. 1 dargestellten Größenverhältnisse der Be­ festigung des Zylindersterns 3 sind der Übersichtlichkeit wegen übertrieben groß dargestellt, für die Funktions­ fähigkeit der Pumpe 11 sind wesentlich kleinere Abmessungen ausreichend.This is illustrated in FIG. 2. The radial pistons 12 are guided in bores of the cylindrical star 3 and are pressed outwards by means of piston springs 20 . There they are mounted on balls 21 in a bearing ring 13 , which is slidably mounted on the pump pin 7, which is arranged eccentrically with respect to the axis of the control pin 2 , and since it can both rotate with the cylindrical star 3 and also follow its axial displacement. Rotation of the cylindrical star 3 causes one of the radial pistons 12 to move in the direction of the control pin 2 while the other moves away from it. That is, hydraulic fluid is injected into one of the pressure lines 15 and 16 via the control openings 17 and 18 and sucked out of the other. This happens regardless of the axial displacement of the cylindrical star 3 . The cylinder star 3 can, as shown, have two pistons, but there are also several, for. B. three possible. The proportions shown in Fig. 1 of the fastening of the cylinder star 3 are exaggerated for clarity, for the functionality of the pump 11 , much smaller dimensions are sufficient.

BezugszeichenlisteReference list

 1 Antriebswelle
 2 Steuerzapfen
 3 Zylinderstern
 4 Bohrung
 5 Bohrung
 6 Kupplung
 7 Pumpengehäuse
 8 Schrägkulissen
 9 Zentrierfeder
10 Behälter
11 Pumpe
12 Radialkolben
13 Lagerung
14 Servozylinder
15 Druckleitung
16 Druckleitung
17 Steueröffnung
18 Steueröffnung
19 Hubbegrenzer
20 Kolbenfedern
21 Kugel
22 Überdruckventil
23 Überdruckventil 1 drive shaft
2 control pins
3 cylinder star
4 hole
5 hole
6 clutch
7 pump housing
8 sloping backdrops
9 centering spring
10 containers
11 pump
12 radial pistons
13 storage
14 servo cylinders
15 pressure line
16 pressure line
17 control opening
18 control opening
19 stroke limiters
20 piston springs
21 bullet
22 pressure relief valve
23 pressure relief valve

Claims (8)

1. Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, mit einem mit einem Lenkgestänge gekoppelten Arbeitskolben, der in einem Servozylinder (14) zwei Arbeitskammern vonein­ ander trennt, und eine von einem Elektromotor ange­ triebenen Pumpe (11), wobei die Arbeitskammern mit dem von der Pumpe geförderten Druckmittel beauf­ schlagbar sind und die Pumpe als reversierbare Pumpe (11) ausgeführt ist, deren Drehrichtung von der des Handlenkrads vorgegeben und deren Drehzahl von der Lenkgeschwindigkeit bestimmt wird und bei der die Pumpenanschlüsse jeweils unmittelbar mit der zuge­ ordneten Arbeitskammer und mittels einer Ventilein­ richtung mit einem Behälter (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung in die Pumpe (11) integriert ist.1. Power steering for motor vehicles, with a working piston coupled to a steering linkage, which separates two working chambers from one another in a servo cylinder ( 14 ), and a pump driven by an electric motor ( 11 ), the working chambers with the pressure medium conveyed by the pump are beatable and the pump is designed as a reversible pump ( 11 ), the direction of rotation of which is predetermined by that of the hand steering wheel and the speed of which is determined by the steering speed, and in which the pump connections each directly with the assigned working chamber and by means of a valve device with a container ( 10 ) are connected, characterized in that the valve device is integrated in the pump ( 11 ). 2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß deren reversierbare Pumpe (11) eine Radialkolbenpumpe mit innenliegendem Steuerzapfen (2) und umlaufendem Zylinderstern (3) ist und die Ventileinrichtung aus Ventilsteuerung sowie Steuerzapfen und Zylinderstern der Pumpe (11) gebildet wird.2. Power steering system according to claim 1, characterized in that the reversible pump ( 11 ) is a radial piston pump with an internal control pin ( 2 ) and rotating cylinder star ( 3 ) and the valve device from the valve control and control pin and cylinder star of the pump ( 11 ) is formed. 3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zylinderstern (3) in Abhängigkeit von seiner Drehrichtung auf dem Steuer­ zapfen (2) axial verschiebbar ist, und daß in dem Steuerzapfen (2) Bohrungen (4, 5) ober- und unterhalb der Mittenposition des Zylindersterns vorhanden sind. 3. Power steering system according to claim 2, characterized in that the cylinder star ( 3 ) depending on its direction of rotation on the control pin ( 2 ) is axially displaceable, and that in the control pin ( 2 ) bores ( 4 , 5 ) above and exist below the center position of the cylindrical star. 4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Radialkolben (12) in einem Lagerring (13) kugelgelagert sind und daß der Lagerring (13) gleitend auf der Innenwandung der Pumpe (11) angebracht ist.4. Power steering system according to claim 3, characterized in that the radial piston ( 12 ) in a bearing ring ( 13 ) are ball-bearing and that the bearing ring ( 13 ) is slidably mounted on the inner wall of the pump ( 11 ). 5. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Antrieb des Zylin­ dersterns (3) der Pumpe (11) eine Verbindung zwischen diesem und der Antriebswelle (1) des Elektromotors besteht, und daß diese als Ventilsteuerung ausge­ bildet ist, indem die Antriebswelle (1) mit einer axial festen Kupplung (6) verbunden ist, in dieser Kupplung (6) Schlitze vorhanden sind, und in diese Schlitze Schrägkulissen (8) eingreifen, die mit dem Zylinderstern (3) verbunden sind und daß zwischen Kupplung (6) und Zylinderstern (3) Zentrierfedern (9) angebracht sind.5. Power steering according to claim 4, characterized in that for driving the Zylin dersterns ( 3 ) of the pump ( 11 ) there is a connection between this and the drive shaft ( 1 ) of the electric motor, and that this is formed as a valve control by the Drive shaft ( 1 ) is connected to an axially fixed coupling ( 6 ), slots are present in this coupling ( 6 ), and oblique slots ( 8 ) engage in these slots, which are connected to the cylinder star ( 3 ) and that between the coupling ( 6 ) and cylindrical star ( 3 ) centering springs ( 9 ) are attached. 6. Hilfskraftlenkung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (10) mit der Pumpe (11) eine Baueinheit bildet.6. Power steering according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 10 ) with the pump ( 11 ) forms a structural unit. 7. Hilfskraftlenkung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Überdruckventile (22, 23) zwischen den Arbeitskammern des Servozylinders (14) und dem Hydraulikflüssig­ keitsbehälter (10) vorhanden sind. 7. Power steering system according to one of the preceding claims, characterized in that pressure relief valves ( 22 , 23 ) are present between the working chambers of the servo cylinder ( 14 ) and the hydraulic fluid tank ( 10 ). 8. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überdruckventile (22, 23) mit elektrischen Schaltern versehen sind, die bei Ansprechen von einem oder mehreren der Überdruck­ ventile die Stromversorgung des Elektromotors ab­ schalten.8. Power steering system according to claim 7, characterized in that the pressure relief valves ( 22 , 23 ) are provided with electrical switches which switch off the power supply of the electric motor when one or more of the pressure relief valves respond.