DE2448702A1

DE2448702A1 - Hilfskraftlenkung fuer kraftfahrzeuge mit zentralhydraulik

Info

Publication number: DE2448702A1
Application number: DE19742448702
Authority: DE
Inventors: Erich Jablonsky
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1974-10-12
Filing date: 1974-10-12
Publication date: 1976-04-15
Also published as: CS194727B2; SE7511407L; BR7506651A; DE2448702B2; GB1504351A; DE2448702C3; FR2287374B1; JPS5744504B2; ES440935A1; FR2287374A1; SU663286A3; IT1056136B; JPS5176737A; SE399221B

Description

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ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit

Zentralhydraulik

Stand der Technik;

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit Zentralhydraulik nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In Kraftfahrzeugen mit Zentralhydraulik werden mehrere voneinander unabhängige Verbraucher, wie z. B. Lenkung, Bremsen und Niveauregelung, deren Drucke-lbedarf unterschiedlich groß ist, von einer einzigen Druckquelle versorgt. Um die Größe der Druckquelle klein zu halten, ist normalerweise ein Druckspeicher vorgesehen, welcher die Aufgabe hat, in Zeiten geringen Verbrauchs Drucköl zu speichern. Infolge des

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hohen Speicherdruckes, der etwa doppelt so hoch liegt als der höchste Arbeitsdruck im normalen Lenkbereich, ist die Hilfskraftlenkung so ausgelegt, daß die zugehörige Steuereinrichtung in der Neutrallage den Durchfluß zu einem Ölbehälter sperrt.

Eine derartige Hilfskraftlenkung ist z. B. aus der DT-OS 2 222 334 bekannt, deren Steuereinrichtung aus zwei Steuerkolben und zwei Lenkkraftbegrenzungsventilen besteht, die jeweils gleichachsig zueinander angeordnet sind. In den Auslenkstellungen des Lenkhandrades wird hierbei dem Druckraum eines Servomotors Drucköl zugeleitet, während der andere Steuerkolben den zu entlastenden Druckraum mit dem Ölbehälter verbindet. Die Lenkkraftbegrenzungsventile haben hierbei die Aufgabe, am Lenkhandrad über eine Verstelleinrichtung einerseits eine proportionale Rückwirkungskraft zu erzeugen und andererseits diese Rückwirkungskraft über einen bestimmten Höchstwert hinaus nicht weiter ansteigen zu lassen. Ein solches Lenkkraftbegrenzungsventil besteht im wesentlichen aus einem vom Arbeitsdruck beaufschlagten Reaktionskolben und einem koaxial angeordneten, auf einer Teilfläche vom Speicherdruck beaufschlagten Begrenzungskolben. Dieses Ventil arbeitet als Druckwaage, d. h., die Begrenzung

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der Rückwirkungskraft wird rein hydraulisch vorgenommen. Um ausreichend große Rückwirkungskräfte am Lenkhandrad zu erhalten, weisen der Reaktionskolben und der Begrenzungskolben verhältnismäßig große Durchmesser auf. Es hat sich hierbei gezeigt, daß bei der kurzen Führung des Reaktionskolbens eine leichte Klemmneigung nicht auszuschließen ist. Hinzu kommt der Nachteil einer relativ großen Dichtlänge, insbesondere am Begrenzungskolben.

Eine weitere Hilfskraftlenkung mit den eingangs ausgeführten Baumerkmalen ist in der DT-OS 2 131 276 beschrieben. Die Steuereinrichtung dieser Lenkung enthält für jede Lenkrichtung ein Lenkraftbegrenzungsventil mit jeweils einer vorgespannten Feder. Die Vorspannung dieser Federn bestimmt hierbei die Höhe der maximalen Rückwirkungskraft, die der Fahrer beispielsweise bei einem Einparkmanöver am Lenkhandrad überwinden muß. Diese Steuereinrichtung weist einen verhältnismäßig großen Bauaufwand auf.

Aufgabe und Lösung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Erzeugen und Begrenzen der Lenkkraft für eine Hilfskraftlenkung mit Speicherbetrieb anzugeben, die ein einwandfreies Betriebsverhalten sichert und die Rückwirkungs-

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kungskräfte in ausreichender Höhe auch bei kleinem Bauraum ermöglicht. Die Begrenzungseinrichtung soll des weiteren Vorteile hinsichtlich der'Fertigung und der benötigten Bauteile aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.

Erläuterung der Erfindung:

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert;

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hilfskraftlenkung mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie II II der Fig. 1 bei weggelassenem Lenkgetriebegehäuse mit einer schematischen Darstellung des ölkreislaufes.

Nach Fig. 1 ist in einem als Servozylinder ausgebildeten Lenkgetriebegehäuse 1 ein Arbeitskolben 2 gleichzeitig als Lenkmutter ausgeführt, die einerseits mit einer Segment-

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welle 3 und andererseits über eine Kugelreihe 4 mit einer
Gewindespindel 5 im Eingriff steht. Die Gewindespindel 5 ist über einen Drehstab 6 mit einer Lenkspindel 7 verbunden,
welche ein nicht dargestelltes Lenkhandrad trägt. Im Spindelkopf 8 der Gewindespindel 5 ist eine Steuereinrichtung 9 mit einem quer zur Spindelachse liegenden Rückwirkungskolben 10 und einem ebenso angeordneten Steuerkolben 11 eingebaut.
Zwei am unteren Ende der Lenkspindel 7 angeordnete, ungleich lange Zapfen 12 und 13 ragen durch Bohrungen 14 bzw. 15 im
Spindelkopf 8 und greifen in den Rückwirkungskolben 10 bzw. den Steuerkolben 11 ein, so daß diese Kolben beim Einleiten einer Drehbewegung mit dem Spindelkopf drehend, axial gegeneinander verstellt werden. Hierbei erfolgt eine elastische
Verdrehung des Drehstabs 6, bis am Steuerkolben 11 gebildete Ringnuten, die anhand von Fig. 2 noch näher zu erläutern
sind, geöffnet bzw. geschlossen werden, so daß jeweils einer Seite des Arbeitskolbens 2 Drucköl zuströmt. - Bei einem
evtl. Ausfall der ölpumpe oder beim Bruch einer Hydraulikleitung kann auch mechanisch weitergelenkt werden. In diesem Falle treiben die Zapfen 12 und 13 nach Überwinden des durch die Bohrungen 14 bzw. 15 festgelegten Steuerspiels S (Fig. 2) die Gewindespindel 5 direkt an. Wenn das Lenkhandrad losgelassen wird, führt der Drehstab 6 die beiden Kolben 10 und
11 in die Neutrallage zurück.

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Der Arbeitskolben 2 unterteilt das Lenkgetriebegehäuse 1 in zwei Druckräume 16 und 17. Die Zuführung des Drucköls zur Steuereinrichtung 9 erfolgt über einen Anschluß 18 im Lenkgetriebegehäuse 1, ein koaxial durch den Arbeitskolben 2 bis in die Gewindespindel 5 geführtes Rohr 21, eine Axialbohrung 22 sowie über einen angedeuteten Verbindungskanal 23, der in Zulaufkanäle 29 und 30 (Fig. 2) mündet. Der Zulaufkanal 29 bzw. 30 kann über den Steuerkolben 11 an eine Ringnut 25 bzw. 26 angeschlossen werden, die wie strichpunktiert angedeutet, mit dem Druckraum 16 bzw. 17 verbunden ist. Die Ringnut 25 bzw. 26 kann über die Steuereinrichtung 9 außerdem mit einem Rücklaufraum 27 verbunden werden, der zu einem Anschluß 28 führt. Dieser hat über eine nicht gezeichnete Schlauchleitung mit einem ölbehälter Verbindung.

In Fig. 2 fördert eine Pumpe 31 Drucköl von dem Behälter 32 über ein Speicherladeventil 33 und eine Leitung 34 zu einem Speicher 35. Von einer zum Zulaufkanal 29 bzw. 30 führenden Leitung 24 zweigen hinter dem Speicher 35 Leitungen 36 und 37 ab, die an weitere Verbraucher, z. B. die Bremsen und eine Niveauregelung, angeschlossen sind. Da Rückwirkungskolben 10 und Steuerkolben 11 symmetrisch ausgebildet sind, werden in der folgenden Beschreibung für die

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übereinstimmenden Baumerkmale dieselben Bezugsziffern verwendet, zur Unterscheidung ist jedoch jeweils eine Kolbenhälfte mit dem zusätzlichen Buchstaben A bezeichnet. Der Zulaüfkanal 29 bzw. 30 leitet das Drucköl Ringnuten 40 bzw. 41 im Spindelkopf 8 zu. Diese Ringnuten 40 und 41 wirken mit Ringnuten 43 und 43 A am Steuerkolben 11 zusammen. Die Ringnut 43 bzw. 43 A ist über eine Leitung 44 bzw. 45 an den Druckraum 16 bzw. 17 angeschlossen. Da die Hilfskraftlenkung mit dem Speicher 35 betrieben wird und dieser sich nicht entladen darf, sind die Ringnuten 40 und 41 in der gezeichneten Neutrallage gegenüber den zu den Druckräumen 16, 17 führenden Ringnuten 43 und 43 A gesperrt, d. h., es ist kein Durchlauf von Drucköl möglich, solange nicht gelenkt wird.

Im Spindelkopf 8 sind weitere mit den Steuerkolben-Ringnuten 43 und 43 A zusammenwirkende Ringnuten 38 bzw. 39 eingedreht, welche über eine gemeinsame Rücklaufleitung 47 an den Behälter 32 angeschlossen sind.

Der Steuerkolben 11 weist zu beiden Seiten Sackbohrungen 48 und 48 A auf, in welche jeweils eine in einem Deckel bzw. 50 A gehaltene Stellschraube 51 bzw. 51 A mit einer Zentrierfeder 52 bzw. 52 A hineinragt. Die Zentrierfeder 52 bzw. 52 A stützt sich unter Vorspannung einerseits am Deckel

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bzw. 50 A und andererseits an einer von der Stellschraube bzw. 51 A gehaltenen Scheibe 49 bzw. 49 A ab. Diese Zentriereinrichtung 51, 52 bzw. 51 A, 52 A dient sowohl zur exakten Einstellung des Steuerkolbens 11 bei der Montage in die dargestellte Neutrallage, als auch zur Unterstützung des Drehstabes 6 bei der Rückführung des Steuerkolbens in die Neutrallage.

Zum schnelleren Auffüllen des Servozylinders können Nachsaugeventile 53 und 54 zwischen die Rücklaufleitung und die zu dem Druckraum 16 bzw. 17 führende Leitung 44 bzw. 45 eingebaut sein.

Von der Leitung 45 bzw. 44 ist eine Zweigleitung 55 bzw. 56 zu einem Kanal 57 bzw. 58 geführt. Diese Kanäle und 58 münden in Ringnuten 60 bzw. 60 A des Rückwirkungskolbens 10. In den Rückwirkungskolben 10 sind beidseitig Hülsen 61 und 61 A eingesetzt, in welchen jeweils ein Abschaltkolben 62 bzw. 62 A axial verschieblich geführt ist. Die durch eine Feder 63 belasteten Abschaltkolben 62 und 62 A stützen sich in ihrer Ausgangsstellung an einer Kante bzw. 64 A an der Hülse 61 bzw. 61 A ab. Der Federraum 65 steht über einen Rücklaufkanal 66 mit der Rücklaufleitung

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in Verbindung. Die mit den Druckräumen 17 bzw. 16 verbundenen Ringnuten 60 bzw. 60 A im Rückwirkungskolben 10 sind über eine Bohrung 67 bzw. 67 A in der Hülse 61 bzw. 61 A und über eine im Abschaltkolben 62 bzw. 62 A vorgesehene Ringnut 70 bzw. 70 A, eine Radialbohrung 71 bzw. 71 A und eine Axialbohrung 72 bzw. 72 A mit einer Rückwirkungskammer 80 bzw. 80 A verbunden. In der Rückwirkungskammer 80 bzw. 80 A ist eine Stirnfläche 81 bzw. 81 A am Rückwirkungskolben 10 vom Arbeitsdruck beaufschlagbar. Die durch einen Stift 82 im Rückwirkungskolben 10 befestigte Hülse 61 A kann zusammen mit dem Abschaltkolben 62 A auf einfache Weise ausgebaut werden, so daß die, die maximale Rückwirkungskraft am Lenkhandrad bestimmende Feder 63 austauschbar ist.

Die Wirkungsweise;

Beim Lenken im normalen Fahrbetrieb arbeitet die Hilfskraftlenkung wie folgt:

Wird in Fig. 2 die Lenkspindel 7 mit den Zapfen 12 bzw. 13 aus der Neutrallage beispielsweise nach rechts gedreht, so verstellen die Zapfen den Rückwirkungskolben 10 und den Steuerkolben 11 um einen gewissen Betrag innerhalb des Steuerspiels "S" in Richtung der Pfeile. Die so von Hand

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eingeleitete Drehbewegung wird nunmehr durch eine vielfach größere hydraulische Hilfskraft unterstützt, indem das unter Speicherdruck stehende Drucköl über den Steuerkolben 11 dem Arbeitskolben 2 zugeleitet wird« Dadurch, daß der Steuerkolben 11 gegen die Kraft der Zentrierfeder 52 nach links verstellt ist, erhält die den Speicherdruck führende Leitung über die beiden miteinander verbundenen Ringnuten 40 und 43 mit der zum Druckraum 16 führenden Leitung 44 Verbindung, so daß sich der Arbeitskolben 2 nach rechts bewegt. Das dabei aus dem Druckraum 17 verdrängte öl kann über die Leitung 45, die miteinander verbundenen Ringnuten 43 A, 39 und über die Rücklaufleitung 47 zum Behälter 32 abströmen» Während dieses Lenkvorganges wird der im Druckraum 16 herrschende Arbeitsdruck über die Zweigleitung 56 der Ringnut 60 A des Rückwirkungskolbens 10 zugeführt. Von der Ringnut 60 A gelangt der Arbeitsdruck über die Bohrung 67 A, die Ringnut 70 A und über die Axialbohrung 72 A in die Rückwirkungskammer 80 A, in welcher dieser Druck die Stirnfläche 81 A belastet. Da der Rückwirkungskolben 10 in Pfeilrichtung nach rechts bewegt wird, muß demzufolge der Arbeitsdruck in der Rückwirkungskammer 80 A, der als proportionale Rückwirkungskraft am Lenkhandrad spürbar ist, vom Fahrer überwunden werden» Hieraus ergibt sich das sogenannte Lenkgefühl,, d. h., die Hilfskraftlenkung vermittelt den erwünschten Kontakt mit der

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Fahrbahn. Da der normale Lenkbereich etwa nur ein Drittel des Gesamtlenkradweges ausmacht, ist der Anstieg der Rückwirkungskraft auf einen Höchstwert nur innerhalb dieses Bereiches erwünscht. Beim Einparken soll kein weiterer Lenkkraftanstieg spürbar sein. Die Begrenzung der Rückwirkungskraft auf einen Höchstwert geschieht wie folgt:

Bei einer bestimmten Höhe des Arbeitsdruckes in der Rückwirkungskammer 80 A wird die Kraft der Feder 63 durch die auf die Endfläche des Abschaltkolbens 62 A wirkende Druckkraft überwunden, so daß sich der Abschaltkolben nach links bewegt. Dabei wird die Ringnut 70 A an der Bohrung 67 A vorbeibewegt und der Ölzustrom von der Ringnut 60 A zur Rückwirkungskammer 80 A gesperrt. Stellt sich durch Lecköl ein weiterer Druckanstieg in der Rückwirkungskammer 80 A ein, so verschiebt sich der Abschaltkolben 62 A so weit nach links, bis die Kante 64 A, die in diesem Falle außen als Anschlag auch als Steuerkante wirkt, die Ringnut 70 A freigibt. Die Rückwirkungskammer 80 A ist auf diese Weise kurzzeitig über den Federraum 65 und den Rücklaufkanal 66 mit dem Behälter 32 verbunden, so daß der Drucküberschuß abgebaut werden kann. Die am Lenkhandrad spürbare Rückwirkungskraft ist damit auf einen Höchstwert begrenzt.

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Wird die Lenkspindel 7 gemäß Fig. 2 nach links gedreht, so verstellen die Zapfen 12 bzw. 13 den Rückwirkungskolben nach links und den Steuerkolben 11 nach rechts. Dabei gelangt das Drucköl von der Leitung 24 über die Ringnuten 41, 43 A und die Leitung 45 in den Druckraum 17. Der Druckraum 16 ist dagegen über die Leitung 44, die Ringnuten 43, 38 und die Rücklaufleitung 47 zum Behälter 32 entlastet. Der Arbeitskolben 2 bewegt sich nach links. Da in dieser Lenkrichtung die Rückwirkungskraft in der Kammer 80 erzeugt wird, erfolgt die Lenkkraftbegrenzung beim Einparken durch den Abschaltkolben 62, der in gleicher Weise wirkt wie der Abschaltkolben 62 A.

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Claims

Patan tansprüche

1. Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit Zentralhydratflik, bestehend aus einer Ölpumpe, einem Druckspeicher, einem mit dem Lenkgetriebe vereinigten Servomotor und einer durch das Lenkhandrad betätigbaren Steuereinrichtung mit quer zur Lenkspindelachse gelagerten und durch Betätigungszapfen in entgegengesetzten Richtungen verschiebbaren Steuer- und Rückwirkungskolben, die in ihrer durch eine Zentriereinrichtung bestimmten Neutralstellung den Druckölzufluß sperren und wobei der Rückwirkungskolben eine Einrichtung zum Begrenzen der am Lenkhandrad spürbaren Rückwirkungskraft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwirkungskolben (10) beidseitig Rückwirkungskammern (80 bzw. 80 A) aufweist und in den Rückwirkungskolben zum Begrenzen der Rückwirkungskraft zwei durch eine Feder (63) belastete Abschaltkolben (62 bzw. 62 A) eingesetzt sind und daß der zwischen den beiden Abschaltkolben (62 und 62 A) liegende Federraum (65) an einen Rücklaufkanal (66) angeschlossen ist.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in den Rückwirkungskolben (10) als Anschläge für die Abschaltkolben (62 bzw. 62 A) Hülsen (61 bzw. 61 A) eingesetzt sind, an denen jeweils eine Steuerkante (64 bzw. 64 Ä) gebildet ist.

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3. Hilfskraftlenkung nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Hülsen (61 bzw. 61 A) durch einen demontierbaren Stift (82) gesichert ist.

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