DE2934100C2

DE2934100C2 - Hydrostatische Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE2934100C2
Application number: DE19792934100
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing.(grad.) 7075 Mutlangen Fassbender
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1979-08-23
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE2934100A1

Description

— Das Steuerventil ist einerseits über Druckkanäle an die Steuerpumpe und andererseits über Verbindungskanäle an Druckräume eines den Einschlag der Fahrzeuglenkorgane bewirkenden Stellmotors angeschlossen;

— in der Neutralstellung des Steuerventils ist die Servopumpe über Steuernuten des Steuerventils mit einem zum Druckmittelbehälter führenden Rücklaufkanal verbunden;

— in der Neutralstellung des Steuerventils ist außerdem die Sleuerpumpe über die Druckkanäle und die Verbindungskanäle mit den Druckräumen des Stellmotors verbunden;

— zwischen den Druckkanälen und dem Rücklaufkanal ist je ein Nachsaugeventil angeordnet;

— nur einer der Druckräume des Stellmotors ist von einer Kolbenstange durchsetzt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— In einer Gehäusebohrung (34A) ist ein Schaltschieber (34B) eines Schaltventil (34) aufgenommen, der durch eine Druckfeder (33) gegen einen Anschlag in der Gehäusebohrung (34A) vorgespannt ist;

— der die Druckfeder (33) aufnehmende Betätigungsraum des Schaltventils (34) ist an die zum von der Kolbenstange (42) abgelegenen Druckraum (22) des Stellmotors (24) führende Verbindungsleitung (20) und der andere Betätigungsraum an die zum kolbensiangenseitigen Druckraum (23) führende Verbindungsleitung (21) angeschlossen;

— vom anderen Betätigungsraum führt im Schaltschieber (34ß,)ein Kanal (34Qzu einer Ringnut (38) in der Wandung des Schaltschiebers (34B), die bei an seinem Anschlag anliegenden Schaltschieber in Verbindung mit einer Gehäuseringnut (37) in der ihn aufnehmenden Gehäusebohrung (34B) steht und bei ausgesteuertem Schaltschieber von dieser getrennt ist;

— der Kanal (34C) ist durch ein in Richtung zur Ringnut (38) öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil (40) verschlossen;

— die Gehäuseringnut (37) ist über das Steuerventil (8) in dessen Neutralstellungsbereich mit dem Rücklauf kanal (27) verbunden;

— die Vorspannungen der Federn des Rückschlagventils (40) und des Schaltventils (34) sind derart ausgeführt, daß die erforderliche Druckdifferenz zum öffnen des Rückschlagventils größer ist als diejenige zum Verschieben des Schaltschiebers (345,) des Schaltventils (34) aus seiner Neutrallage.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseringnut (37) mit einem von der Servopumpe (13) zu dem Steuerventil (8) führenden Zulaufkanal (14) verbunden ist

3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (34) im Lenkungsgehäuse (15) angeordnet ist

4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Gehäusebohrung (34Λ/ für das Schaltventil (34) spiegelbildlich zur Quermittelebene der Gehäuseringnut (37) ausgebildet isL

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei derartigen hydrostatischen Lenkanlagen treten wegen des nicht ausgeglichenen Stellmotors in verschiedener Hinsicht Proble-.ne auf. Bei einer aus der DE-OS 24 19 672 bekannten Hilfskraftlenkung der genannten Art werden die infolge der unterschiedlichen Hubvolumina des Stellmotors zusätzlich erforderlichen Druckmittelmengen über ein zwischen einer Rücklaufleitung und einer von der Steuerpumpe zum kolbenstangenfreien Druckraum des Stellmotors führenden Verbindungsleitung angeordnetes Nachsaugeventil nachgesaugt. Unter bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei auf die gelenkten Fahrzeugräder wirkenden Stoßen, führen die auf die Kolbenstange des Stellmotors einwirkenden Kräfte zu unzulässig hohen Drücken im

jo Hydrauliksystem. Bei einer anderen bekannten Einrichtung (DE-AS 21 56 841) werden derartige Beschädigungen der Hydraulikanlage durch den Einbau einer Ventilkombination, durch die ein Überdruck in dem Stellmotor und den anschließenden Leitungen durch Abgabe von Druckflüssigkeit in einen Behälter abgebaut werden kann, verhindert. Der Nachteil dieser Anordnung liegt jedoch darin, daß durch die Abgabe von Druckflüssigkeit aus dem Stellmotor die Synchronisation zwischen der Bewegung des Lenkhandrades und der Steuerpumpe einerseits und der Bewegung der gelenkten Fahrzeugräder und der Kolbenstange des Stellmotors andererseits verloren geht. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß der Ansprechdruck der Überdruckventile dieser Ventilkombination auf den maximal zulässigen Arbeitsdruck ausgelegt sein muß. Dieser kann bis zu 200 bar betragen. Dadurch entstehen beim Ansprechen der Ventile unerwünschte Geräusche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

so hydrostatische Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 derart zu verbessern, daß keine unzulässig hohen Druckspitzen in der Lenkanlage auftreten, wobei die synchrone Bewegung von Stellmotor und Lenkhandrad nicht gestört werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine hydrostatische Hilfskraftlenkung nach der Erfindung in Neutralstellung,

F i g. 2 den Längsschnitt nach F i g. 1 in einer geringfügig modifizierten Ausführungsform.

Beim Drehen des Lenkhandrades 1 wird ein Rotor 2

einer Steuerpumpe 3 über eine Lenkspindel 4, eine i?rehstabfeder 5 und eine Gelenkwelle 6 angetrieben. Dabei wird die Drehstabfeder 5 in sich verdreht, so daß eine Relativverdrehung zwischen Lenkspindel 4 und Gelenkwelle 6 stattfindet Eine mit einer Radialbohrung 9 versehene Ventilbüchse 7 eines Steuerventils 8 ist einerseits über eine Mitnehmerverzahnung mit der Gelenkwelle 6 und andererseits über einen Schrägschlitz 10, in welchen ein in die Lenkspindel eingepreßter Mitnehme; stift 11 eingreift, mit der Lenkspindel 4 verbunden. Durch diese Anordnung ist eine Axialverschiebung der Ventilbüchse 7 möglich. Der Verdrehwinkel zwischen der Lenkspindel 4, der Gelenkwelle 6 und der Ventilbüchse 7 ist durch einen als Totgang-Kupplung wirkenden Anschlagring 12 begrenzt, welcher mit is einer Außenverzahnung in eine Innenverzahnung der Ventilbüchse 7 eingreift. Der Anschlagring 12 greift außerdem über eine Innenverzahnung mit Flankenspiel in eine Außenverzahnung der Lenkspindel 4 ein, so daß ein gewisses Verdrehspiel entsteht Der Arbeitsstrom einer Servopumpe 13 wird über Zulaufkanäle 14 und 14/4 im Lenkungsgehäuse 15, je nach Drehrichtung des Lenkhandrades 1, über Steueröffnungen 41 oder 4M einem Druckkanal 16 bzw. 17 und damit der Steuerpumpe 3 zugeleitet. Der Arbeitsdruck der Servopumpe 13 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 18 auf einen Höchstwert begrenzt.

Der von der Steuerpumpe dosierte Arbeitsstrom gelangt entsprechend dem Lenkeinschlag vom Druckkanal 16 oder 17 über einen Verbindungskanal 20 oder 3« 21 zu einem Druckraum 22 oder 23 eines Stellmotors 24. Das aus dem entlasteten Druckraum des Stellmotors 24 verdrängte Öl fließt drucklos über den Verbindungskanal 20 oder 21, über das Steuerventil 8 und über einen Zwischenkanal 25 oder 26 zu einem Rücklaufkanal 27, ^ der zu einem Behälter 28 führt.

Die zu der Steuerpumpe 3 führenden Druckkanäle 16 und 17 sind über Nachsaugeventile 29 bzw. 30 direkt bzw. über den Kanal 26 mit dem Rücklaufkanal 27 verbunden. Über eine Steueröffnung 31 des Steuerventils 8 bzw. über den Kanal 17, den Innenraum der Ventilbüchse 7, die Querbohrung 9 und eine weitere Steueröffnung 22 können die Nachsaugeventile 29 und 30 bei entsprechender Stellung der Ventilbüchse 7 auch die Druckräume 22 und 23 des Stellmotors 24 befüllen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem als Druckwaage ausgebildeten, durch eine Druckfeder 33 belasteten Schaltventil 34. Dabei ist in einer Gehäusebohrung 34Λ ein Schaltschieber 34ß verschiebbar aufgenommen, der durch die Druckfeder 33 gegen "'" einen Anschlag in der Gehäusebohrung 34Λ vorgespannt ist. Der die Druckfeder 33 aufnehmende Betätigungsraum des Schaltventils 34 ist an dis zum großen, von der Kolbenstange 42 abgelegenen Druckraum 22 des Stellmotors 24 führende Verbindungslei- ^3r> tung angeschlossen. Der andere Betätigungsraum ist an die zum kleinen, kolbenstangenseitigen Druckraum 23 führende Verbindungsleitung 21 angeschlossen. Von dem anderen, der Druckfeder 33 gegenüberliegenden Betätigungsraum des Schaitventils 34 führt in dem ^b0 Schaltschieber 34S ein Kanal 34Czu einer Ringnut 38 in der Wandung des Schaltschiebers 34ß. Die Ringnut 38 bildet zusammen mit einer in dem Gehäuse 15 angeordneten Gehäuseringnut 37 eine Steueröffnung 39. die in der in F i g. 1 dargestellten Neutralstellung des °⁵ Schaltschiebers 34ß geöffnet ist. Bei ausgesteuertem Schaltschieber ist die Steueröffnung 39 geschlossen. Die Gehäuseringnut 37 ist mit dem Kanal 14 verbunden, an den auch die Druckseite der Servopumpe 13 angeschlossen ist Der Kanal 34Cist durch ein in Richtung zu der Ringnut 38 öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil 40 verschlossen. Die Gehäuscringnut 37 ist im Bereich der Neutralstellung des Steuerventils 8 über das Steuerventil 8 und den Rücklaufkanal 27 mit dem Druckmittelbehälter 28 verbunden. Die Vorspannungen der Federn des Rückschlagventils 40 und des Schaltventils 34 sind derart ausgeführt, daß die erforderliche Druckdifferenz zum öffnen des Rückschlagventils größer ist als diejenige zum Verschieben des Schaltschiebers 34B aus einer Neutrallage. Der Druck zum öffnen des federbelasteten Rückschlagventils 40 ist damit größer als der zum Verschieben des Schaltschiebers 34ß aus seiner Neutrallage erforderliche Druck, d.h. größer als die Kraft der Druckfeder bei einer Stellung des Schaltschiebers 34, in der die Steueröffnung 39 gerade geschlossen ist, dividiert durch die Größe der Stirnfläche 35.

Die Hilfskraftlenkung ist in Fig. I in der Neutralstellung gezeichnet, in der die Ventilbüchse 7 ihre Mittelstellung einnimmt Diese Mittelstellung ergibt sich immer dann, wenn auf das Lenkhandrad 1 und die gelenkten Fahrzeugräder bzw. den Stellmotor 24 keine Kräfte einwirken. Der von der Servopumpe 13 erzeugte Förderstrom wird von dem Zulaufkanal 14 über die Ventilbüchse 7 in die Zwischenkanäle 25 und 26 geleitet und von diesen über den Rücklaufkanal 27 dem Behälter 28 zugeführt Da? öl in den anderen Kanälen und in der Steuerpumpe 3 ist dabei nicht in Bewegung. Die Verbindungskanäle 20 und 21 des Stellmotors 24 sind durch einen Ringspalt der am Steuerventil 8 gebildeten Steueröffnungen 31 und 32 mit den Druckkanälen 16 bzw. 17 der Steuerpumpe 3 verbunden. Dadurch kann das Lenksystem von den gelenkten Fahrzeugrädern her bewegt werden.

Wirkt auf die gelenkten Räder und damit auf die Kolbenstange 42 des Stellmotors 24 eine äußere Kraft, beispielsweise die Rückstellkraft aus einer Kurveneinschlagstellung in einer solchen Richtung, daß sich der kolbenseitige Druckraum 22 verkleinert, dann fließt ein ölstrom von dem Druckraum 22 über den Verbindungskanal 20, die Steueröffnung 31 und den Druckkanai 16 zu der Steuerpumpe 3. Beim Durchströmen der Steuerpumpe 3 wird diese in eine Drehbewegung versetzt. Das Reibmoment der Lenkspindel 4 in ihrer Lagerung und ihrer Dichtung sowie ein eventuelles »Durch-die-Hand-Gleitenlassen« des Lenkhandrades 1 bewirken eine Verstellung der. Ventilbüchse 7 in Richtung zum Lenkhandrad 1 hin. Dadurch wird die Steueröffnung 31 weiter geöffnet. Der die Steuerpumpe 3 antreibende Ölstrom verläßt die Steuerpumpe zum Druckkanal 17. Ist die Ventilbüchse 7 noch nicht so weit zum Lenkhandrad 1 hin verschoben, daß die Steueröffnung 41 geöffnet hat, dann muß der von der Steuerpumpe 3 kommende Ölstrom durch die zentrale Bohrung der Ventilbüchse 7, die Querbohrung 9, die Steueröffnung 32 und den Verbindungskanal 21 zu dem kolbenstangenseitigen Druckraum 23 des Stellmotors 24 fließen.

Da aus dem Druckraum 22 mehr Öl ausströmt, als der Druckraum 23 aufnehmen kann, steigt ohne die erfinduiigsgemäße Einrichtung der Druck in den Druckräumen 22 und 23 gleichermaßen so lange an, bis er die Größe »Querschnitt der Kolbenstange 22 dividiert durch die an der Kolbenstange 22 angreifende Kraft« erreicht und damit die Bewegung des Stellmotors 24 zum Stillstand gebracht hat. In diesem

Betriebszustand stützt sich die ganze an der Kolbenstange 42 angreifende Kraft hydraulisch über den relativ kleinen Kolbenstangenquerschnitt ab, d. h. die Drücke im Lenksystem können unkontrolliert hoch ansteigen. Außerdem ist eine weitere selbsttätige Bewegung der Lenkanlage durch die an der Kolbenstange angreifende Kraft in Richtung auf ein Verkleinern des Druckraumes 22 nicht mehr möglich, d. h. die Lenkanlage ist in dieser Bewegungsrichtung blockiert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat folgende Wirkung:

Der Schaltschieber 34fl befindet sich bei dem oben beschriebenen Betriebszustand in der in F i g. 1 dargestellten Neutrallage, da die Drücke in den Verbindungskanälen 20 und 21, die auf die beiden Stirnflächen des Schaltschiebers 34S wirken, gleichermaßen ansteigen und damit die Kraft der Feder 33 alleine die Lage des Schaltschiebers 34ß bestimmt. Erreicht der Druck in dem Verbindungskanal 21 eine Höhe, die dem Öffnungsdruck des Rückschlagventiles 40 entspricht, dann kann der von dem Druckraum 23 nicht aufgenommene überschüssige ölstrom über das Rückschlagventil 40, die Steueröffnung 39 und die Gehäuseringnut 37 in den Zulaufkanal 14 und von dort über das Steuerventil 8, die Zwischenkanäle 25 und 26 und den Rücklaufkanal 27 zum Behälter 28 fließen. Die Steuerpumpe 3 und damit das Lenkhandrad 1 drehen sich dabei entsprechend dem aus dem Druckraum 22 ausgeschobenen ölstrom mil, d. h. die synchrone Bewegung von Stellmotor 24 und Lenkhandrad 1 wird jo durch den über das Rückschlagventil 40 abfließenden Teilstrom nicht gestört.

Wirkt auf die Kolbenstange 42 des Stellmotors 42 eine äußere Kraft in einer solchen Richtung, daß sich der kolbenstangenseitige Druckraum 23 verkleinert, dann fließt ein ölstrom in umgekehrter Richtung von dem Druckraum 23 über die Steuerpumpe 3 zu dem Druckraum 22. Da der Druckraum 22 mehr öl aufnehmen kann als aus dem Druckraum 23 verdrängt wird, muß das fehlende Ölvolumen über das Nachsauge- -to ventil 29 aufgefüllt werden. Im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen umgekehrten Vorgang kann der Druck in den Druckräumen 22 und 23 jetzt nicht mehr gleichermaßen auf eine unkontrollierte Höhe ansteigen.

Es ist vielmehr so, daß der Druck bei dem jetzt beschriebenen Vorgang in dem Druckraum 23 stets höher ist als der in dem Druckraum 22. Um zu verhindern, daß der von dem Druckraum 23 verdrängte ölstrom unter Umgehung der Steuerpumpe 3 direkt über das Rückschlagventil 40, die Steueröffnung 39 und das Steuerventil 8 in den Behälter 28 fließt, muß die Feder 33 so ausgelegt sein, daß sich der Schaltschieber 345 bei einem kleinen Druckgefälle über dem Schaltschieber 34ß gegen die Feder 33 verschiebt und damit die Steueröffnung 39 schließt.

Der öffnungsdruck des Rückschlagventils muß also höher sein als das letztgenannte Druckgefälle. Dadurch wird erreicht, daß beim Verschieben des Schallschiebers 34S gegen die Feder 33 kein öl über das Rückschlagventil 40 abströmt.

Das Anschließen der Gehäuseringnut 37 an den mit der Servopumpe 13 verbundenen Zulaufkanal 14 hat den Vorteil, daß von dem über die Steuerpumpe 3 dosierten ölstrom, der in den Verbindungskanälen 20 oder 21 und damit auch an den Stirnflächen 35 und 36 des Schaltschiebers 34ß ansteht, so gut wie kein Leckölstrom von der Stirnfläche 35 bzw. 36 zu der Kolbenringnut 37 abströmen kann, da zwischen der Kolbenringnut 37 und dem mit der Steuerpumpe 3 verbundenen Verbindungskanal 20 bzw. 21 nur ein sehr geringes Druckgefälle besteht.

Die in Fig.2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 dadurch, daß der Einbauraum für das Schaltventil 34 in dem Lenkungsgehäuse 15 in axialer Richtung symmetrisch ausgebildet ist. Das bedeutet, daß die Entfernung »A« der einen axialen Endfläche 43 des Einbauraumes des Schaltventils 34 von der Gehäuseringnut 37 gleichgroß ist wie die Entfernung »B« der anderen axialen Endfläche 43/4 des Einbauraumes des Schaftventils 34 von der Gehäuseringnut 37. Dann läßt sich die Lenkanlage, unabhängig davon, ob der kolbenstangenseitige Druckraum 23 des Stellmotors 24 an den Verbindungskanal 20 oder 21 angeschlossen ist, mit gleichen Teilen aufbauen. Es muß hierzu lediglich der Schaltschieber 345 einschließlich der Feder 33 um 180° verdreht eingebaut werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ϊ. Hydrostatische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer von einem Lenkhandrad antreibbaren, als Dosiereinrichtung wirkenden Steuerpumpe, einer Servopumpe, einem in Abhängigkeit von der Drehung des Lenkhandrades verstellbaren Steuerventil, einem Druckmittelbehälter und mit folgenden weiteren Merkmalen: