DE3002598C2

DE3002598C2 -

Info

Publication number: DE3002598C2
Application number: DE3002598A
Authority: DE
Inventors: Arthur Ernest Mosman Neusuedwales/New South Wales Au Bishop
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1991-04-11
Also published as: US4445422A; ES487803A0; GB2042442B; JPS55102780A; DE3002598A1; JPH0120106B2; ES8100189A1; GB2042442A

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 35 815 ist ein Drehschieberlenkventil für Hilfskraftlenkungen an Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem in steuernder Stellung der erwünschte Rücklaufstaudruck erzeugt wird, während hingegen in Neutralstellung des Lenkventils die Lenkungsfunktion nicht nachteilig beeinflußt wird, d. h. kein Staudruck vorhanden ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Rücklaufsteuerkanten des Drehschiebers als erste Schließkanten so ausgebildet sind, daß sie nach kurzem Steuerweg schließen, während die Zulaufsteuerkanten die zur Erzeugung der Ventilkennlinie notwendigen Drosselstellungen einnehmen. Außerdem ist zwischen den ersten Schließkanten und dem Rücklaufanschluß für jede Lenkrichtung jeweils eine weitere Schließkante zwischen Ventilbüchse und Drehschieber gebildet, die durch ihre Schließfunktion eine Drosselstelle für den gesamten Förderstrom zuschaltet. Dabei ist in Neutralstellung des Drehschiebers zwischen dem Zulaufanschluß und dem Rücklaufanschluß eine ungedrosselte Verbindung gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehschieber der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringen Drehungen aus der Neutralstellung lediglich geringe hydraulische Hilfskräfte wirksam werden, während bei großen Verdrehungen aus der Neutralstellung, wie sie unter großen Lenkmomenten auftreten, die volle hydraulische Hilfskraft zur Verfügung steht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hilfskraftlenkung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Drehschieber von Fig. 2, und zwar entlang der Linie B-B in einer vereinfachten Ausführungsform mit zwei Flüssigkeitsdurchlässen,

Fig. 4 die Abhängigkeit der Öffnungsquerschnitte von der Verdrehung der Drehschieberteile,

Fig. 5 die Verstärkungskennlinie des Ventils,

Fig. 6 ein Diagramm, das den Ölfluß durch das Ventil beschreibt,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Nullpunktbereichs der Darstellung von Fig. 5 und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Steuerbuchse des in Fig. 3 gezeigten Drehschiebers.

Es wird darauf hingewiesen, daß in den Fig. 2, 3 und 8 aus Gründen der Klarheit und Einfachheit der Beschreibung gegenüber der praktischen Ausführung sehr vereinfachte Ventile dargestellt sind.

Eine motorgetriebene Pumpe 1 ist mit dem Lenkgetriebe durch eine Einlaßleitung I und eine Rücklaufleitung R verbunden.

Die Lenkspindel 2 eines Fahrzeugs ist mit einem Ventilschieber 3 gekoppelt. Der Ventilschieber 3 sitzt in einer Steuerbuchse 4. Nicht gezeigte Anschläge begrenzen die relative Drehung zwischen den Ventilteilen auf etwa 7° beiderseits der Mittellage. Der Ventilschieber 3 und die Steuerbuchse 4 werden mit Hilfe eines Torsionsstabes 5 auf Neutralstellung zentriert. Die Steuerbuchse 4 ist durch Lager 6 und 7 im Gehäuse 8 gelagert und mit einer Reihe von Dichtungen 9 ausgerüstet, die eine Reihe umlaufender Nuten 10 voneinander trennen. Diese Nuten 10 stehen durch Gehäusebohrungen mit der Einlaßleitung I, der Auslaßleitung R, einer Leitung CL bzw. einer Leitung CR in Verbindung. Die Leitungen CL bzw. CR sind an die Arbeitsräume eines Servozylinders 11 angeschlossen. Der Servozylinder 11 ist koaxial zu einer Zahnstange angeordnet und enthält eine Kolbenstange 12 mit einem Kolben 14. Die Steuerbuchse 4 ist einstückig mit einem Ritzel 13 ausgebildet, welches mit der Zahnstange kämmt. Die Enden der Zahnstange bzw. der Kolbenstange 12 sind durch Spurstangen 12a mit den Lenkhebeln der Lenkräder des Fahrzeuges verbunden.

In Fig. 2 sind diejenigen der umlaufenden Nuten 10, die Verbindung zu den Leitungen CL und CR haben, jeweils mit gebohrten Kanälen 15 bzw. 16 versehen, die in der Innenseite der Steuerbuchse 4 enden.

Die der Einlaßleitung I und der Rücklaufleitung R zugeordneten Nuten 10 sind jeweils mit Bohrung 17 und 18 versehen, die in sich axial erstreckende Einlaß- bzw. Rückflußöffnungen 19 und 20 münden, die entsprechend in der Innenwand der Steuerbuchse 4 ausgebildet sind.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Ventils dargestellt, welches aus Gründen der Einfachheit lediglich einen einzigen Satz Steuerkanten aufweist, während tatsächlich Ventile mit 2, 3 oder sogar 4 Sätzen verwendet werden. Falls also zwei Sätze von Steuerkanten eingesetzt werden, würden alle Merkmale in der unteren Hälfte der Figur wiederholt werden, beispielsweise würde eine zweite Rückflußöffnung 18 angeordnet.

In Fig. 3 ist der Ventilschieber 3 entsprechend einer Rechtsdrehung um einen kleinen Winkel 21 aus der Mittelstellung verdreht dargestellt. Zylinderöffnungen 22 und 23, die in der äußeren Oberfläche des Ventilschiebers 3 ausgebildet sind, sind an den Enden genauso verschlossen, wie eine sich axial erstreckende Einlaß- bzw. Rückflußöffnung 19 bzw. 20 in der Steuerbuchse 4.

Bei einem Ventil, das entsprechend der Erfindung gebaut ist, werden zusätzliche variable Drosseln 42, 43 in jedem der Rechtslenk- und Linkslenkzweige des Ventils angeordnet, entweder zwischen der axialen Einlaßöffnung 19 und den Zylinderöffnungen 22 und 23 oder zwischen diesen Öffnungen und der axialen Rückflußöffnung 20. Letztere Anordnung ist bevorzugt. Die einzigartige Wirkung dieser zusätzlichen variablen Drosseln 42 und 43 besteht zuerst darin, daß diese zur Mittelstellung einen kleineren Querschnitt als jede der anderen Öffnungen im Strömungszweig haben, und zweitens daß sie sich nur bis auf einen vorherbestimmten Wert schließen.

Diese zusätzlichen Drosseln 42, 43 sind notwendig, um den Ölfluß im Ventil bei kleinen Drehwinkeln zu beeinflussen, aber dieses bei größeren Winkeln zu unterlassen, so daß bei größeren Steuerwinkeln eine Steuerfunktion der üblichen Art erzielt wird.

Fig. 3 zeigt außerdem erste Drosseln 44 bis 47, Abrundungen 28 an den Steuerkanten des Drehschiebers 3 sowie Aussparungen 72 an den der Rückflußöffnung 20 zugewandten Seiten der Steuerkanten.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der verschiedenen Öffnungsquerschnitte von dem jeweiligen Drehwinkel des gegenüber der Steuerbuchse 4 verdrehten Ventilschiebers 3. Die den Drosseln 42- 47 zugeordneten Öffnungsquerschnitte sind bei Rechtsdrehnung des Ventilschiebers 3 mit einem Apostroph, bei Linksdrehung mit zwei Apostrophen versehen. Wenn sich also in Fig. 3 die rechte obere Steuerkante des Ventilschiebers 3 der zugehörigen Steuerkante der Steuerbuchse 4 nähert, dann verändert sich für die Drossel 45 ihr Querschnitt 45′ in Richtung auf 0, während sich der Querschnitt 46′ der Drossel 46 vergrößert. In ähnlicher Weise verringert sich gleichzeitig der Querschnitt 47′ der Drossel 47 in Richtung auf 0, wobei aufgrund der Abrundung 28 von Fig. 3 die Annäherung an 0 erst bei größerem Winkel und damit allmählich erfolgt. Für die erfindungsgemäßen zusätzlichen Drosseln 42 und 43 ist nun aus Fig. 4 zu entnehmen, daß sich für die Drossel 42 der Querschnitt 42′ zunächst in Richtung auf 0 verringert, und zwar bis zum Punkt 66. Von hier aus bleibt der Querschnitt gemäß dem horizontalen Verlauf der Querschnittsfläche 42′ unverändert offen. Gleichzeitig vergrößert sich für die Drossel 44 ihre Querschnittsfläche 44′ stetig. Bei einer Drehung des Ventilschiebers 3 in die Winkelstellung 21 hat für die Drossel 45 der Querschnitt 45′ also auf den Querschnitt 54 abgenommen, während sich gleichzeitig für die Drossel 46 der Querschnitt 46′ auf den Querschnitt 53 vergrößert hat. Man erkennt aus Fig. 4, daß der Querschnitt 54 kleiner als der Querschnitt 53 ist, während der Druck P_L gleich oder größer als P_R sein muß. Daraus folgt, daß Q_R zumindest um das Verhältnis (53) : (54) größer als Q_L sein muß. Dies ist unabhängig davon, daß die Drossel 47 geschlossen und die Drossel 44 geöffnet hat, was den Druck P_L reduziert und den Druck P_R erhöht.

Es sei nun angenommen, daß die Öldurchflußmenge in Litern pro Minute mit Q, der Querschnitt in cm² mit A und der Druck in bar mit P bezeichnet wird, wobei die Indices L und R für "links" und "rechts" stehen. Dann gilt folgende Beziehung:

Darin ist K eine Konstante, die für Hydrauliköle üblicherweise etwa 31,9 beträgt.

Man kann die beiden Drücke P_L und P_R gleichsetzen, so daß sich folgende Beziehung ergibt:

Setzt man nun die Werte für die Querschnitte 52 und 63 ein, dann verbleiben zwei weitere Variable, nämlich die Querschnitte 55 und 64. Sobald man einen davon festlegt, steht auch der andere fest.

Fig. 5 zeigt den Druckverlauf im Drehschieber bei kleiner Winkeldrehung 21′. Die Druckkurve 75 ist im Bereich um 0° etwa horizontal und steigt dann im rechten Bereich stark an, während sie im linken Zweig stark abfällt.

In Fig. 6 sind zu den Drosseln 42-47 in Klammern die in Fig. 4 erkennbaren Querschnitte angegeben.

Fig. 7 zeigt einen vergrößerten Nullpunktbereich von Fig. 5 mit verschiedenen Druckkurven 75, 76 und 77 sowie für verschiedene Lenkwinkel 21′ und 21′′.

Fig. 8 zeigt die Steuerbuchse 4 in perspektivischer Darstellung, wobei man die Zylinderöffnung 23 erkennt und wobei in Abwandlung des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels die Steuerkanten der Steuerbuchse 4 mit einer Abrundung 28′ und mit einer Aussparung 72′ versehen sind. Die zugehörige Steuerkante 73′ des Ventilschiebers 3 ist strichpunktiert dargestellt. Sie entspricht in kinematischer Umkehr der Steuerkante 73 des Ausführungsbeispiels von Fig. 3. Die Steuerkante 73′′ deutet eine andere Winkelstellung des Ventilschiebers 3 an.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Aussparung 72′ so groß bemessen ist, daß sie durch die Steuerkante 73′ oder 73′′ niemals gänzlich geschlossen werden kann.

Anstelle der Aussparung 72′ kann auch eine Steuerbohrung 74 vorgesehen sein, die in Fig. 8 nur strichpunktiert angedeutet ist. Gegebenenfalls können mehrere derartige Steuerbohrungen 74 vorgesehen sein.

Claims

1. Hydraulisches Steuerventil für eine Hilfskraftlenkung von Kraftfahrzeugen mit
einer Einlaßöffnung (19) und einer Rückflußöffnung (20) für Hydraulikfluid, das von einer Pumpe zugeführt wird;
Zylinderöffnungen (22, 23) für den Anschluß an die rechte und linke Seite eines Hydraulikzylinders, der zur Kraftverstärkung für die von einem Lenkrad zu den Kraftfahrzeugrädern zu übertragende Kraft angeordnet ist,
wobei das Ventil mindestens ein Paar symmetrisch angeordneter Durchlässe aufweist, welche die Einlaßöffnung (19) an die Rückflußöffnung (20) anschließen;
jeder Durchlaß zwei erste Drosseln (45, 44; 46, 47) mit veränderlichem Querschnitt aufweist, die durch die beiden relativ zueinander bewegbaren Teile des Ventils gebildet sind, wobei jeweils eine der Zylinderöffnungen (22 bzw. 23) dazwischenliegt; und
die Drosseln (45, 44; 46, 47) derart angeordnet sind, daß bei einer Relativbewegung der Teile gegeneinander aus ihrer neutralen Position in Abhängigkeit vom eingeleiteten Lenkmoment die erste Drossel (45 oder 46) in dem Durchlaß öffnet, während die zweite Drossel (44 oder 47) schließt;
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Paar der Durchlässe eine zusätzliche Drossel (42, 43) zwischen der zugehörigen Zylinderöffnung (22 bzw. 23) und der Rückflußöffnung (20) angeordnet ist, die schließt, wenn die zweite der beiden ersten zwischen der Einlaßöffnung (19) und der Rückflußöffnung (20) liegenden Drosseln (44 oder 47) öffnet, und umgekehrt, und
daß die zu den zusätzlichen Drosseln (42, 43) gehörigen Steuerkanten des Ventilschiebers derart gestaltet sind, daß diese zusätzlichen Drosseln (42, 43) ausgehend von der Ventilneutralstellung zunächst schnell an Öffnungsfläche bis auf einen vorherbestimmten Grad von Relativbewegung der Teile gegeneinander abnehmen und anschließend eine im wesentlichen konstante Öffnungsfläche während weiterer Relativbewegung aufrechterhalten.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Drehschieberventil mit einer äußeren Buchse (4) und einem inneren, konzentrischen Schieber ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den zusätzlichen Drosseln (42, 43) des Ventilschiebers gehörigen Steuerkanten auf einem kleinen Abschnitt ihrer Längserstreckung je eine Aussparung (72) aufweisen, die im wesentlichen von konstanter radialer Breite und Tiefe sowie von derartiger Umfangslänge ist, daß die Drosseln (42, 43) auch bei Vollaussteuerung des Ventils nicht vollständig schließen.