DE4221459A1

DE4221459A1 - Hydraulische Servolenkung mit Belastungsschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE4221459A1
Application number: DE19924221459
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Beer
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-05

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische, insbesondere eine elektrohydraulische Servolenkung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, die mit einer Belastungsschutzeinrichtung versehen ist.

Gattungsgemäße Servolenkungen sind bereits für Kugelumlauflenkungen beschrieben worden. Beispielsweise schlägt die DE-OS 39 29 572 vor, eine hohle Schaltstange zwischen den Arbeitskammern des Hydraulikzylinders auszubilden, an deren Enden sich Kugelventile befinden und die Öffnungen aufweisen, die im Endanschlag des Kolbens eine Verbindung zwischen der druckbelasteten Arbeitskammer und der anderen Arbeitskammer herstellen. Diese, bei kurzen Kolbenhüben und großen Kolbenflächen ohne allzu großen Aufwand mögliche Lösung, läßt sich nicht sinnvoll auf Kolben mit kleinen Wirkflächen und langen Hubwegen übertragen, wie sie üblicherweise bei Zahnstangenlenkungen vorliegt. Zudem sind die hier notwendigen Ventile arbeitsaufwendig in der Produktion und im Betrieb störungsanfällig.

Eine andere Lösung schlägt die US-PS 43 28 068 vor. Hier ist ein Bypass zwischen den beiden Arbeitskammern des Hydraulikzylinders über eine außerhalb des Zylinders ver laufende Leitung vorgesehen, die über Kugelventile mit den Arbeitskammern des Zylinders verbunden sind. Die Kugeln der Ventile sind mit Federn vorgespannt und ragen in die Arbeitskammern hinein. Die Ventile öffnen nur, wenn die zugehörige Arbeitskammer druckbeaufschlagt ist, oder der Kolben die Kugel überfährt. Dies geschieht in den Endanschlägen des Kolbens und bewirkt, daß das Druckmittel in die nicht druckbeaufschlagte Kammer überströmen kann und der Kolben somit nicht weiter bewegt wird. Auch dieser Vorschlag hat den Nachteil, Ventile zu benötigen, aber auch die außerhalb des Zylinders verlaufende Rohrverbindung ist wegen ihrer exponierten Lage als störungsanfällig einzustufen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine hydraulische Servolenkung mit Belastungsschutzeinrichtung vorzuschlagen, die einfach aufgebaut, kostengünstig herzustellen und betriebssicher ist, und somit die Pumpe der hydraulischen Servolenkung in den Endanschlägen der Lenkung vor energieverzehrenden und lebensdauerverkürzenden Überlastungen schützt, was besonders bei elektrohydraulischen Servolenkungen erwünscht ist.

Erfindungsgemäß wird in Anspruch 1 vorgeschlagen, eine Verbindung von der druckbelasteten Arbeitskammer direkt zu dem Druckanschluß der anderen Arbeitskammer zu schaffen, was die Anzahl der zu verwendeten Bauteile, insbesondere der Ventile, und den Herstellungsaufwand reduziert. Diese Verbindung kann z. B. über Rohre oder Schläuche erfolgen, die außerhalb des Hydraulikzylinders zum Druckanschluß führen. In vorteilhafter Weise aber läßt sich diese Verbindung nach Anspruch 2 über Öffnungen realisieren, die vom Druckanschluß zur zugehörigen Arbeitskammer führen und nur dann eine Verbindung zur anderen Arbeitskammer bilden, wenn der Arbeitskolben sich im Endanschlag befindet und somit die Verbindung freigibt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht dazu nach Anspruch 3 vor, Bohrungen anzubringen, die vom Druckanschluß zum Hydraulikzylinder führen und dort so münden, daß die Dichtung des Arbeitskolbens sie erst kurz vor Erreichen des Endanschlags überfährt und somit den Weg zur anderen, der druckbeaufschlagten Arbeitskammer freigibt.

Dabei können eine oder mehrere quer zur Achse des Hydraulikzylinder verlaufende Bohrungen vorgesehen sein, eine bevorzugte Ausführungsform sieht eine senkrecht und eine parallel zur Hydraulikachse verlaufende, miteinander verbundene Bohrungen vor. Der Kolben überfährt dann nur die radial ausgeführte Bohrung.

Eine weitere geeignete Maßnahme besteht darin, nach Anspruch 4 in der Innenwandung des Hydraulikzylinders eine oder mehrere Vertiefungen anzubringen, die ebenfalls nur in der Endstellung des Kolbens einen Weg von der druckbeaufschlagten Arbeitskammer zum Druckanschluß der anderen Arbeitskammer freigeben. Dabei ist vorzusehen, die Vertiefungen möglichst sanft, also ohne scharfe Kanten, in die Zylinderwandung einzubringen um einem schnellen Verschleiß der Kolbendichtung vorzubeugen.

Eine besonders einfach herzustellende Ausführungsform sieht nach Anspruch 5 vor, als Vertiefungen eine oder mehrere axial verlaufende Nuten anzubringen, deren Querschnitt sowohl eckig als auch rund sein kann, und die im Übergangsbereich zum Zylinder abgeflacht oder abgerundet ausgeführt sein können. Die benötigte Länge der Nuten hängt dabei von der Breite des Kolbens ab.

Eine besonders gleichmäßige Belastung der Kolbendichtung ergibt sich, wenn man die Nut bzw. die Nuten nach Anspruch 6 an ihrem zur Mittelstellung des Kolbens weisenden Ende in eine umlaufende Ringnut münden läßt.

Verlängert man diese Ringnut nach Anspruch 7 in Richtung der Endstellung des Kolbens mindestens soweit, daß ein Überströmen der Kolbendichtung ermöglicht ist, kann auf die Ausführung der axial verlaufenden Nuten verzichtet werden. Zur Herstellung der umlaufenden Nut ist dann nur noch ein Arbeitsgang notwendig.

Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, nach Anspruch 8 eine einzige, U-förmige Nut vorzusehen, deren Durchlaßfläche weniger als 1 mm² groß ist und deren axiale Ausdehnung von der Mitte des Duckanschlusses aus gemessen, nicht mehr als 10 mm beträgt.

Auch bei den anderen vorgeschlagenen Ausführungsformen erweist sich einen wirksamen Querschnitt der Öffnungen von 1 mm² oder weniger, nach Anspruch 9, als besonders geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Hydraulik zylinder einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 entlang der Linie A-A,

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung des in Fig. 2 markierten Bereichs,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Hydraulik zylinder einer zweiten Ausführungsform im Bereich des Druckanschlusses,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Hydraulik zylinder einer dritten Ausführungsform im Bereich des Druckanschlusses.

In Fig. 1 ist der Hydraulikzylinder 2 einer hydraulischen Servolenkanlage abgebildet, in dem ein Arbeitskolben 1 der mit Kolbenstangen 3a, 3b verbunden ist, über die Kolbendichtung 14, dichtend geführt wird. Die Kolbenstangen sind in bekannter Weise mit dem Lenkgestänge des Fahrzeugs verbunden. Im Bereich des linken und des rechten Endanschlags des Arbeitskolbens 1 sind am Hydraukzylinder zwei Druckanschlüsse 6, 7 angebracht, die in bekannter Weise über ein nicht dargestelltes Lenkventil mit der Druck- bzw. der Saugseite der Hydraulikpumpe verbunden sind und somit zum Zu- bzw. zum Abfluß des Druckmediums in bzw. aus dem Hydraulikzylinder 2 dienen.

Die Arbeitskammern 4, 5 sind durch den Arbeitskolben 1 getrennt, ihre Größe hängt von der jeweiligen Stellung des Arbeitskolbens 1 im Hydraulikzylinder 2 ab. In der Innen wandung des Hydraulikzylinders 2 sind endseitig U-förmige Nuten 8, 9 angebracht, die sich von den Mitten des je weiligen Druckanschlusses 6, 7 gemessen, jeweils 10 mm in Richtung der Mittenstellung des Arbeitskolbens 1 er strecken. Erreicht der Arbeitskolben 1 seine linke bzw. rechte Endstellung, so überfährt die Kolbendichtung 14 einen Teil der entsprechenden Nut 8 bzw. 9, wodurch eine Verbindung von der druckbelasteten Arbeitskammer 5 bzw. 4 zum Druckanschluß 6 bzw. 7 der anderen Arbeitskammer 4 bzw. 5 hergestellt wird, über die das Druckmittel ab fließen kann. Dies bedeutet, daß die Hydraulikpumpe im Endanschlag des Arbeitskolbens 1 nicht gegen einen hohen Druck pumpen muß, sondern lediglich das Druckmittel umwälzt, was einen wesentlich geringeren Energieverbrauch sowie eine geringere Aufheizung der Pumpe zur Folge hat, und somit deren Lebensdauer erhöht.

Die in diesem Ausführungsbeispiel gewählte Form und die Maße der Nuten sind in Fig. 1, Fig. 2 und vergrößert in Fig. 3 abgebildet. Für die Tiefe der Nut ist an ihrer tiefsten Stelle 1 mm vorgesehen, die Breite beträgt 1 mm der Radius der Rundungen des "U" beträgt 0,25 mm, der Übergang zur Innenwand des Hydraulikzylinders ist gratfrei ausgeführt, die Rundung am Ende der Nut weist einen Radius von 0,5 mm auf.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung der beschriebenen Ausführungsform, bei der eine oder mehrere axiale Nuten 9 in eine umlaufende Ringnut 12 münden, in der sich die Kolbendichtung 14 im Endanschlag des Arbeitskolbens 1 ohne einen ihren Verschleiß beschleunigenden ungleichmäßigen Kontakt mit der Innenwandung des Hydraulikzylinders 2 befindet.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der das Druckmittel in Kolbenendstellung über Bohrungen 10, 11 abfließen kann, die wie hier dargestellt aus einer zur Achse des Hydraulikzylinders 2 senkrechten Bohrung 10 und einer dazu parallelen Bohrung 11 besteht.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitskolben
2 Hydraulikzylinder
3 Kolbenstange
4 Arbeitskammer
5 Arbeitskammer
6 Druckanschluß
7 Druckanschluß
8 Nut
9 Nut
10 Bohrung
11 Bohrung
12 Ringnut
13
14 Kolbendichtung

Claims

1. Hydraulische Servolenkung, bei der ein Arbeitskolben (1) in einem Hydraulikzylinder (2) geführt ist, der mit einer Belastungsschutzeinrichtung versehen ist, welche in der Endstellung des Arbeitskolbens (1) für das den Arbeitskolben (1) antreibende Druckmittel einen Weg von dem druckbaufschlagten Arbeitsraum (4 bzw. 5) zu einem Raum geringeren Drucks freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Weg zum Druckanschluß (7) bzw. (6) der anderen Arbeitskammer (5) bzw. (4) führt.

2. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg durch eine Öffnung gebildet ist, die in der Endstellung des Arbeitskolbens (2) die druckbeaufschlagte Arbeitskammer (4) bzw. (5) mit dem Druckanschluß (7) bzw. (6) der anderen Kammer (5) bzw. (4) verbindet.

3. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung aus mindestens einer Bohrung (10,11) gebildet wird, die in der Wand des Hydraulikzylinders (2) angebracht ist.

4. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung mindestens eine in der Innenwandung des Hydraulikzylinders angebrachte Vertiefung ist.

5. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vertiefungen axial verlaufende Nuten (8,9) vorgesehen sind.

6. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8,9) an ihren zur Mittelstellung des Kolbens liegenden Enden in eine umlaufende Ringnut (12) münden.

7. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine umlauf ende sich über den gesamten Umfang erstreckende Ausnehmung ist, deren Breite größer als die der Kolbendichtung (14) ist.

8. Hydraulische Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige U-förmige Nut (8, 9) vorgesehen ist, deren Durchlaßfläche weniger als 1 mm² und deren Länge nicht mehr als 10 mm beträgt.

9. Hydraulische Servolenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte wirksame Öffnungsquerschnitt der Vertiefungen bzw. Bohrungen nicht mehr als 1 mm² beträgt.