DE1238789B - Druckmittelsteuereinrichtung in durch Hilfskraft unterstuetzten Lenkungen, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

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AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 63 c - 47

Nummer: 1238 789

Aktenzeichen: Z1163411/63 c

1 238 789 Anmeldetag: 6.Juli 1965

Auslegetag: 13. April 1967

Die Erfindung betrifft eine Druckmittelsteuereinrichtung in durch Hilfskraft unterstützten Lenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei in einem durch die Lenkspindel drehbaren Steuerteil quer zur Lenkspindelachse gelagerten und in entgegengesetzten Richtungen verschiebbaren und als Ventilkolben ausgebildeten Steuer- und Rückwirkungskolben mit ungleich großen, von dem in einer die Kolben umgebenden Ringnut herrschenden Druckmittel beaufschlagten Endflächen und mit einer der kleineren Endfläche zuschaltbaren Ringfiäche, wobei jeweils einer der Steuer- und Rückwirkungskolben bei Lenkausschlag in beiden Richtungen eine vom Arbeitsdruck abhängige, seiner Bewegung entgegengesetzte Rückwirkungskraft erfährt, während der andere Kolben druckneutral bleibt.

Die Hilfskraftlenkung der beschriebenen Art ist so ausgeführt, daß im gesamten Lenkungsbereich am Lenkrad eine dem Druck des Arbeitsmittels proportionale Reaktionskraft zu überwinden ist. Dies hat zur Folge, daß auch bei großem Lenkausschlag, der üblicherweise bei geringen Fahrgeschwindigkeiten, oder im Stand beim Parken vorkommt, unerwünscht hohe Reaktionskräfte auftreten.

Ein sogenanntes Abschneiden des manuellen Lenkkraftanteils ist an sich bekannt, jedoch konnte es bisher noch nicht bei Lenkungen mit zusammen mit der Lenkspindel drehenden Steuerventilen vorgesehen werden, insbesondere bei solchen, bei denen die Steuerventile in der Zulaufnut angeordnet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, in der bei größerem Lenkausschlag und hohem Druckmitteldruck die Reaktionskraft herabgesetzt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Rückwirkungskraft durch eine Zusatzeinrichtung ab einer bestimmten Lenkkraftgröße in an sich bekannter Weise abgeschaltet wird oder nur noch gering ansteigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist jeweils ein Teil der größeren Endfläche jedes der beiden mit einem Kanal versehenen Ventilkolben durch eine in dem Ventilkolben unter der Wirkung des Arbeitsmittels gegen die Kraft einer Feder begrenzt verschiebbare und mit weiteren mit dem genannten Kanal zusammenwirkenden Steuerkanälen versehene Steuerbüchse gegen die vom Druckmittel beaufschlagte Ringnut bei einem die entsprechende Gegenkraft der Feder überwiegenden Arbeitsmitteldruck abschließbar.

Eine weitere Ausführungsform enthält nur ein zwi-Druckmittelsteuereinrichtung in durch Hilfskraft unterstützten Lenkungen, insbesondere für
Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen
Aktiengesellschaft,
Friedrichshafen, Löwentalerstr. 100

Als Erfinder benannt:

Erich Jablonsky, Schwäbisch-Gmünd

^x5 sehen den beiden Steuer- und Rückwirkungskolben im Gehäuse zu der als Druckmittelzulauf dienenden Ringnut offenes Überdruckventil, dessen Druckmitteleinlaß über zwei bei Überschreiten des vorgegebenen Druckes abschließbare Kanalsysteme mit je einer ringförmigen Teilfläche der Steuerkolben verbunden ist, wobei die Teilflächen mit der Ringnut ferner über je einen im Gehäuse und in den Büchsen vorhandenen Kanal verbunden sind, von denen jeweils einer durch den in Richtung einer größeren Endfläche verstellten Steuerschieber verschließbar ist, so daß die ringförmige Teilfläche bei gleichzeitigem Ansprechen des Überdruckventils jeweils vom Druckmittelzulauf getrennt ist.

Die Steuereinrichtung nach der Erfindung hat bis zu einem bestimmten Arbeitsdruck eine diesem proportionalen Rückwirkung am Lenkrad und bei höheren Drücken, wie sie beim Parken auftreten, eine konstante Rückwirkung, deren Höhe durch die Wahl der Abmessungen der Steuerteile beliebig bestimmt werden kann.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Steuereinrichtung in der Neutralstellung,

F i g. 2 die Steuereinrichtung bei Rechts-Kurvenfahrt,

F i g. 3 die Steuereinrichtung in einer Stellung bei parkendem Fahrzeug, in welchem das Lenkrad nach rechts eingeschlagen wird,

F i g. 4 Diagramme für den Verlauf der Reaktionskraft bei verschiedener Bemessung des abschaltbaren Kolbenflächenanteils und

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel mit nur einem Überdruckventil.

Das Steuergehäuse 1 des einen Steuerteils einer Hydrolenkung ist in einer Drucköl enthaltenden

709 549/245

Ringnut 2 um die Achse O der Lenkspindel drehbar gelagert. Von dem anderen ebenfalls um die Achse O drehbaren Steuerteil der Lenkung sind die beiden Zapfen 5 und 5' im Schnitt dargestellt, welche die Teile einer nicht gezeichneten Gabelwelle bilden. Die Zapfen 5 und 5' greifen in Langlöcher 6 bzw. 6' von zwei Steuerkolben 8 bzw. 8' ein. Beide Steuerkolben 8 und 8' bewegen sich je in der Bohrung 10 bzw. 10' von Büchsen 11 bzw. 11'. Die Büchsen sind in das Steuergehäuse 1 eingepreßt. Das Steuergehäuse 1 und die Gabelwelle sind über einen Drehstab 3 mit der nicht dargestellten Lenkschnecke bzw. Lenkspindel verbunden. Wirkt kein Drehmoment auf die Lenkspindel, so nehmen das Steuergehäuse 1 und die Steuerkolben 8 und 8' die in F i g. 1 gezeichnete Neutralstellung zueinander ein.

Wird das Lenkrad mit der Lenkspindel während der Fahrt nach rechts gedreht, so verdrehen sich das Steuergehäuse 1 und die nicht dargestellte Gabelwelle mit den Zapfen 5 und 5' federnd gegeneinander, wodurch die Ventilkolben 8 und 8' in Richtung der Pfeile (F i g. 2) verstellt werden. Bei einer Linksdrehung am Lenkrad werden die Steuerkolben 8 und 8' entgegen den eingezeichneten Pfeilen verstellt. Es ist dabei zu beachten, daß sich das Steuergehäuse 1 mit der Lenkspindel um die Achse O dreht und im allgemeinen eine Schräglage einnimmt. Der Einfachheit halber ist jedoch das Steuergehäuse 1 immer in der gleichen Stellung gezeichnet.

Der Steuerkolben 8 ist mit Steuerkanten 12 und 13 versehen, die mit entsprechenden Steuerkanten 15 und 16 in der Büchseil zusammenwirken. In die Büchse 11 sind Ringnuten 18 und 19 eingearbeitet, die über Bohrungen 20 bzw. 21 in den Raum 23 bzw. in die Ringnut 24 münden. Der Raum 23 und die Ringnut 24 stehen über die Bohrungen 25 bzw. 26 im Gehäuse 1 mit dem Druckraum 7' bzw. 7 eines Servozylinders in Verbindung. Entsprechend ist die Bohrung 25' bzw. 26' an den Druckraum 7 bzw. 7' angeschlossen.

Am Ventilkolben 8 ist eine Kolbenfläche 28 und eine weitere Kolbenfläche gebildet, die sich aus den Flächen 29 und 30 zusammensetzt.

In einer Bohrung des Ventilkolbens 8 ist eine Büchse 31 eingesetzt, die mit dem Ventilkolben durch einen Stift 32 fest verbunden ist. In das eine Ende der Büchse 31 ist eine Ventilbüchse 34 eingeführt, die sich über einen Bund an einer Feder 36 abstützt, die sich ihrerseits an dem Ventilkolben 8 an der Fläche 37 abstützt. Ein in einem Deckel 38 befestigter und mit einem Bund versehener Bolzen 39 ist durch die Büchse 34 hindurchgeführt und begrenzt deren Hub.

Der in der Ringnut 2 herrschende Druck ist auch über eine Zulaufnut 40 in einem Ringraum 42 wirksam. Ebenso ist ein durch den Deckel 38 gebildeter Druckraum 43 über einen Kanal 45, eine Ringnut 46, eine Bohrung 48 und eine Zulaufnut 50 an die Ringnut 2 angeschlossen. Der Federraum 51 dagegen steht über einen Kanal 52 mit dem Ölrücklauf in Verbindung.

Da die beiden Steuerventile in ihrem Aufbau übereinstimmen, werden für beide Teile dieselben Bezugsnummern benutzt, jedoch sind zur Unterscheidung die Bezugsziffern des einen Steuerventils mit Strichen versehen.

Die Druckmittelsteuereinrichtung wirkt wie folgt: Wird das Lenkrad beispielsweise nach rechts gedreht, so bewegen sich die Zapfen 5 und 5' gleichsinnig um

die Achse O. Das Gehäuse 1 folgt den Zapfen 5 und 5' nach, und zwar mit einer gewissen Winkelverschiebung infolge des zwischen den beiden Steuerteilen wirkenden Drehstabes 3. Dabei wird der Steuerkolben 8' nach rechts und der Steuerkolben 8 nach links verstellt. Die Steuerkanten 12' und 13' an dem nunmehr druckneutralen Steuerkolben 8' entfernen sich weiter voneinander, während sich die Steuerkanten 12 und 13 am Steuerkolben 8 schließen, ίο Das Druckmittel strömt jetzt von der Ringnut 2 durch die offene Steuerkante 12' und die Bohrung 25' in den Druckraum 7, während der Druckmittelrücklauf von der Steuerkante 13 abgeschlossen ist. Das im anderen Zylinder-Druckraum 7' vorhandene Druckmittel kann über die offene Steuerkante 13' zum ölrücklauf abfließen.

Da die Kraft der Federn 36 und 36' zunächst noch größer ist als die auf die Steuerbüchse 34 bzw. 34' wirkende hydraulische Kraft, so werden die Steuerbüchsen 34 und 34' gegen die Büchsen 31 bzw. 31' gedrückt. Die Steuerkanäle 45, 46 und 48 bzw. 45', 46', 48' überdecken sich, so daß in den Räumen 43 und 43' der volle Arbeitsdruck des Druckmittels herrscht.

Da die Kolbenfläche 28 kleiner ist als die gegenüberliegende Kolbenfläche 29, 30, wirkt infolge des in der Ringnut 2 herrschenden Arbeitsdruckes auf den Kolben 8 eine Differenzkraft entgegengesetzt zu der in F i g. 2 angegebenen Pfeilrichtung. Diese Differenzkraft, die proportional zum Arbeitsdruck ist, wird am Lenkrad als Reaktionskraft spürbar.

Der zweite Ventilkolben 8' ist dabei druckneutral, weil auf die Kolbenfläche 28' und auf die im Raum 23' liegende Ringfläche 17' zusammen die gleiche Kraft wirkt, wie auf die gegenüberliegende Kolbenfläche 29', 30'.

Wird das Lenkrad bei stehendem Fahrzeug nach rechts eingeschlagen, so werden die beiden Ventilkolben 8 und 8' wieder in Pfeilrichtung (F i g. 3) verstellt und der Durchfluß des Druckmittels durch die Ventileinrichtung erfolgt wie bereits oben ausgeführt. Der in der Ringnut 2 herrschende Arbeitsdruck baut sich zunächst wieder in beiden Räumen 43 und 43' auf. Da bei stehendem Fahrzeug die Lenkkräfte erheblich höher sind als bei fahrendem Fahrzeug, steigt infolge des erhöhten Arbeitsdruckes die auf die Steuerbüchse 34 bzw. 34' wirkende Kraft über die Kraft der vorgespannten Federn 36 bzw. 36' an, so daß die Steuerbüchsen nach rechts verschoben werden. Die Büchse 34' legt sich am Bund des Bolzens 39' an. Der Raum 43' bleibt dabei über den Ringraum 42', die Bohrung 45', die Ringnut 46' und die Zulaufnut 50' mit der Ringnut 2 in Verbindung. An dem nach links verstellten Ventilkolben 8 hingegen wird die gegenseitige Verschiebung der Büchsen 31 und 34 so groß, daß die Verbindung zwischen der Bohrung 45 und der Ringnut 46 unterbrochen ist und sich kein höherer Druck mehr in dem Raum 43 ausbilden kann.

Wenn der Druck im Raum 43 durch Lecköl weiter ansteigt, dann schiebt sich die Büchse 34 noch weiter nach rechts, bis die Ringnut 46 mit dem Federraum 51 in Verbindung steht. Da der Federraum 51 über den Kanal 52 mit dem Ölrücklauf verbunden ist, kann der Überdruck abgebaut werden. Damit ist nur noch die Kraft der Feder 36 am Lenkrad wirksam.

In F i g. 4 ist der Einfluß der verschiedenen Ventilkolbenflächen auf die Lenkkraft dargestellt.

Claims (1)

Das Diagramm zeigt bei P die Höhe der Lenkkraft an, während mit η die Lenkradumrehungen nach einer Seite, in diesem Fall von Mitte nach rechts, angegeben sind. Die Größe des manuellen Kraftanteils beim Lenken (Linie I in Fig. 4), auch Reaktionskraft genannt, wird durch die Größe der Flächen 17 und 17' erreicht. Bei Vergrößerung der Flächen 17 und 17' wird der manuelle Lenkanteil größer (Linie II). Bei Verkleinerung derselben wird der Lenkanteil kleiner (Linie III). Während beim Fahren nur bis etwa 50% des Öldruckes benötigt wird, steigt derselbe beim Parken bis zu 100% an. Da aber beim Parken ein Ansteigen der Kraft unerwünscht ist, wird durch die erfmdungsgemäße Einrichtung die Lenkkraft auf eine bestimmte Höhe begrenzt (Linie IV). Die Lenkkraft bleibt dabei in konstanter Höhe. Dies wird erreicht durch Flächengleichheit zwischen den Flächen 17 bzw. 17' und 30 bzw. 30'. Die Linie IV kann noch beeinflußt werden durch Veränderung der Fläche 30 bzw. 30'. Wenn die Fläche 30 bzw. 30' kleiner ist als die Fläche 17 bzw. 17', verläuft der Kraftanstieg nach der Linie V, d. h. nach dem Abschaltpunkt »A« steigt die Lenkkraft noch etwas an. Wenn hingegen die Fläche 30 bzw. 30' größer als die Fläche 17 bzw. 17' ist, fällt die Lenkkraft nach dem Abschaltpunkt ab und verläuft nach der Linie VI. F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem statt der beiden in den Ventilschiebern gelagerten Überdruckventilen nur ein einziges Überdruckventil im Gehäusemittelteil 101 des Gehäuses 1 zwischen den Steuerschiebern 108 und 108' vorhanden ist. Eine Steuerbüchse 134 ist gegen den Druck einer Feder 151 in einem über eine Bohrung 152 und den Raum 153 mit dem Rücklauf verbundenen Federraum 136 in beiden Richtungen begrenzt verschiebbar auf einem Haltebolzen 139 gelagert. Die Steuerbüchse ist über einen Ringraum 103 und eine Bohrung 104 in einem Deckel 102 mit dem Druckmittelzulaufraum 2 verbunden. Die beiden Ventilschieber 108 und 108' sind abgesetzt und bilden mit zwei, mit festen Buchsen 105 bzw. 105' verbundenen Deckeln 120 bzw. 120' je einen Ringraum 129 bzw. 129', der über eine Bohrung 110 bzw. 110' mit dem Raum 2 verbunden ist. Je eine weitere Bohrung 111 bzw. 111' führt von dem Ringraum durch die feste Buchse 105 bzw. 105' zu der Steuerbuchse 134. Der obere Ventilschieber 108' ist nach rechts und der untere Schieber 108 nach links verstellt gezeichnet. Die Steuerbuchse weist eine Ringnut 113 auf, die einerseits mit dem Ringraum 103 verbunden ist. Durch Querbohrungen 112 und 112' kann die Ringnut mit den Bohrungen 111 bzw. III' in Verbindung treten. Der Ringraum 129 bzw. 129' kann über die Bohrungen 117 bzw. 117' und 118 bzw. 118' und Ringnuten 115 bzw. 115' und 116 bzw. 116' in den Ventilschiebern, und eine Ringnut 114 bzw. 114' in der Buchse 105 bzw. 105' mit einer Mittelbohrung 119 bzw. 119' in den Steuerschiebern verbunden werden, welche in einen Rückflußraum 121 bzw. 121' einmündet. Die übrigen Ringnuten 19 und 19' in den Buchsen 105 bzw. 105', die Ringnuten 24 und 24' in den Ventilschiebern, die Bohrungen 21 und 21', sowie die Rücklauföffnungen 121 und 121' haben die gleiche Form und Funktion wie die entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 in der Stellung gemäß Fig. 3. Es stehen also die Nuten 19 und 24 unter Druck, die Nuten 19' und 24' sind drucklos. Die Steuereinrichtung ist in einer Lenkstellung dargestellt, welche derjenigen der F i g. 3 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Der Arbeitsdruck hat einen vorbestimmten Wert überschritten, welcher im Punkt A des Diagramms nach F i g. 4 herrscht. Die Steuerbuchse 134 ist entgegen dem Druck der Feder 151 aus ihrer Öffnungsstellung am Bund des Federraumes 136 nach rechts verschoben, so daß die Bohrungen 112 und 112' nicht mehr mit den Bohrungen 111 bzw. 111' in Verbindung stehen. Der Ringraum 129' ist über die Bohrung 110' mit dem Druckraum 2 verbunden. Ebenso herrscht im Zylinderraum 143' der gleiche Druck wie im Raum 2. Die gesamte linke Stirnfläche des Ventilschiebers 108' ist also vom Arbeitsdruck beaufschlagt, da gemäß F i g. 3 auch die gesamte rechte Stirnfläche des Ventilschiebers 108' unter Druck steht, so sind die hydraulischen Kräfte des Schiebers 108' ausgeglichen. Der in seiner linken Ausschlagstellung gezeichnete Ventilschieber 108 überdeckt die Bohrung 110. Da auch die Bohrung 111 durch die Ventilbuchse 134 vom Druckraum 2 abgeschnitten ist, so kann sich im Ringraum 129 kein höherer Druck ausbilden als dem vorgenannten, in Punkt A der F i g. 4 herrschenden Druck entspricht. Der Ringraum 129 ist über die Bohrungen 117 und 118 sowie die Ringnuten 114, 115 und 116 mit der Entlüftungsbohrung 119 verbunden. Wenn der Druck im Raum 2 unter den durch die Kraft der Feder 151 bestimmbaren Druck sinkt, bewegt sich die Steuerbüchse 134 zurück nach links an ihren Anschlag und die Bohrung 112 verbindet den Ringraum 113 mit der Bohrung 111. Der Ringraum 129 erhält somit den vollen Druck aus dem Arbeitsraum 2. Es wirkt somit auf den Ventilkolben 108 eine Reaktionskraft gleich der im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2. Ist der Ringraum 129, wie oben beschrieben, drucklos, und ist die Kolbenfläche im Raum 143 gleich der Kolbenfläche 28 (F i g. 3), so ist auch der Ventilschieber 108 drucklos. Der Fahrer würde beim Lenken in langsamer Fahrt oder beim Parken keine Handkraft am Lenkrad verspüren. Wird die kleinere Kolbenfläche des Ventilschiebers 108 bzw. 108' im Raum 143 bzw. 143' jedoch etwas größer bemessen als die Fläche 28 bzw. 28', so wirkt bei erhöhtem Arbeitsdruck eine proportional mit dem Arbeitsdruck nur noch gering ansteigende Reaktionskraft, deren Größe durch die vorhandene Flächendifferenz zwischen den beiden kleineren Stirnflächen der Ventilschieber bestimmt werden kann. Patentansprüche:

1. Druckmittelsteuereinrichtung in durch Hilfskraft unterstützten Lenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei in einem durch die Lenkspindel drehbaren Steuerteü quer zur Lenkspindelachse gelagerten und in entgegengesetzten Richtungen verschiebbaren und als Ventilkolben ausgebildeten Steuer- und Rückwirkungskolben mit ungleich großen, von dem in einer die Kolben umgebenden Ringnut herrschenden Druckmittel beaufschlagten Endflächen und mit einer der kleineren Endfläche zuschaltbaren Ringfläche, wobei jeweils einer der Steuer- und Rückwirkungskolben