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Dokumentenidentifikation DE3624980C2 08.02.1990
Titel Druckmittelsteuereinrichtung für Hilfskraftlenkungen
Anmelder Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, 7990 Friedrichshafen, DE
Erfinder Lang, Armin, 7070 Schwäbisch Gmünd, DE
DE-Anmeldedatum 24.07.1986
DE-Aktenzeichen 3624980
Offenlegungstag 12.03.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.02.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.02.1990
Free division/divided out on the grounds of lack of unity 36448869
IPC-Hauptklasse B62D 5/087
IPC-Nebenklasse B62D 5/08   
Zusammenfassung Eine Druckmittelsteuereinrichtung für Hilfskraftlenkungen enthält ein Steuerventil (1) mit einem in einem Ventilgehäuse (5) verschiebbaren Ventilkolben (6) für die Steuerung eines Druckmittels zu und von einem Servomotor (2). An den Enden des Steuerventils (1) sind zwei Rückwirkungsräume (16, 17) angeordnet, die über zwei Drosselstellen (19, 20) und eine als hydraulisch nachgiebiges Glied wirkende Verbindungsleitung (18) miteinander verbunden sind. Die Rückwirkungsräume (16, 17) sind über je ein Zulaufsteuerkantenpaar (31, 32) mit dem Arbeitsdruck des Servomotors (2) beaufschlagbar. Angrenzend an die Rückwirkungsräume (16, 17) sind Ablaufsteuerkantenpaare (35, 36) angeordnet, über die bei verstelltem Ventilkolben (6) der jeweils nicht mit Druck beaufschlagte Rückwirkungsraum (16, 17) unter Umgehung der Drosselstellen (19, 20) mit der Verbindungsleitung (18) verbindbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Druckmittelsteuerung für Hilfskraftlenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Lenkung ist bekannt aus der DE-OS 32 48 252. Bei einer solchen Lenkung wird die auf das Steuerventil einwirkende hydraulische Rückwirkung sowohl zur Schaffung eines guten Lenkgefühles als auch zur Stabilisierung des Steuerventils und zu einer feinfühligen Einstellung benützt. Nachteilig dabei ist, daß in kritischen Anwendungsfällen die hydraulische Rückwirkung oder die mechanische Zentrierung groß sein müßte, um eine ausreichende Stabilisierung des Ventils sicherzustellen. Durch entsprechende Dimensionierung der Drosselstellen können zwar die Rückwirkungsräume als Dämpfungsräume wirken, ohne die statischen Betätigungskräfte anzuheben. Diese Dämpfung wirkt aber auch einer raschen Auslenkung des Ventils entgegen und führt so zu unerwünschten Regelverzögerungen, wodurch beispielsweise Stöße von der Fahrbahn nicht rasch genug abgefangen oder eine schnelle Lenkbewegung gehemmt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Druckmittelsteuereinrichtung derart zu verbessern, daß das Steuerventil auch bei kleiner hydraulischer Rückwirkung und geringen statischen Betätigungskräften in kritischen Betriebszuständen stabil arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Druckmittelsteuereinrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Überbrückung der Drosselstelle, die zu dem jeweils vergrößerten Rückwirkungsraum führt, durch ein Rückwirkungssteuerkantenpaar wird eine schnelle Rückführung des Ventilkolbens aus seiner ausgelenkten Stellung bis in seine Neutralstellung erreicht.

Wird der Zulauf zu den Rückwirkungsräumen durch ein zusätzliches Zulaufsteuerkantenpaar nach Anspruch 2 gesteuert, so kann das Druckmittel aus dem mit dem Arbeitsdruck beaufschlagten Rückwirkungsraum bei einer Verstellung des Ventilkolbens aus seiner Neutralstellung abströmen, so daß eine schnelle Verstellung des Ventils möglich ist. Eine der Auslenkung des Ventilkolbens entgegenwirkende Kraft (Rückwirkungskraft) entsteht erst dann, wenn sich im Servomotor tatsächlich ein Druck aufgebaut hat.

Durch die Auslegung der Zulauf- und der Rückwirkungssteuerkantenpaare mit Null-Überdeckung gemäß Anspruch 3 wird die Rückstellung des Ventilkolbens bis in seine mittlere Neutralstellung erreicht.

Die Zulaufsteuerkantenpaare können durch Rückschlagventile ersetzt werden, wie dies im Anspruch 4 angegeben ist. Dadurch wird zwar die Auslenkung des Ventilkolbens etwas verzögert. Durch das Wegfallen der Zulaufsteuerkantenpaare kann jedoch das Steuerventil entsprechend verkürzt werden. Außerdem wird eine über die Neutralstellung hinausgehende Rückstellbewegung, die durch die mechanische Koppelung des Ventilkolbens mit dem Kolben des Servomotors bewirkt werden könnte, hydraulisch gedämpft.

Zur Festlegung der Zeitkonstante der dynamischen Steuerung der Rückwirkungsräume kann in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Rückwirkungsräumen gemäß Anspruch 7 ein Speicherelement von einer bestimmten Größe eingebaut werden.

Wird die Verbindungsleitung zwischen den beiden Drosselstellen über eine weitere Drosselstelle gemäß Anspruch 8 mit dem Behälter verbunden, so läßt sich damit eine zusätzliche, statische Rückwirkung realisieren. Wird diese Drosselstelle mit einem veränderbaren Querschnitt ausgestattet, so kann die hydraulische Rückwirkung - je nach gewünschtem Betriebsverhalten - den Wert Null oder einen bestimmten Maximalwert aufweisen.

Werden die beiden, in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Rückwirkungsräumen angeordneten Drosselstellen durch Einkerbungen gemäß Anspruch 10 und 11 ersetzt, so ergibt sich die Möglichkeit, durch entsprechende Formgebung der Einkerbungen das Regelverhalten über den Verstellweg des Ventilkolbens zusätzlich zu beeinflussen. Außerdem haben derartige Einkerbungen den Vorteil, daß sie wechselweise immer wieder geöffnet werden, wodurch ein allmähliches Zusetzen durch mögliche Fremdkörper vermieden wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer, in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Druckmittelsteuereinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel mit Zulaufsteuerkantenpaaren;

Fig. 2 die Steuereinrichtung nach Fig. 1, jedoch mit Rückschlagventilen;

Fig. 3 die Steuereinrichtung nach Fig. 2, jedoch mit einer zusätzlichen Drosselstelle;

Fig. 4 die Steuereinrichtung nach Fig. 2 mit einer besonderen Ausbildung der Drosselstellen.

Die Steuereinrichtung besteht im wesentlichen aus einem in einem nicht dargestellten Lenkgetriebe angeordneten Steuerventil 1, über das einem Servomotor 2 Druckmittel von einer Servopumpe 3 zugeführt und von dort in einen Behälter 4 zurückgeführt wird.

Das Steuerventil 1 enthält in einem Ventilgehäuse 5 einen Ventilkolben 6, der über ein Lenkhandrad verschiebbar ist und mit einem Servokolben 7 des Servomotors 2 mechanisch gekoppelt ist.

Das Druckmittel wird dem Steuerventil 1 von der Servopumpe 3 in zwei Gehäuseringnuten 8 und 9 zugeführt. Zwei Kolbennuten 10 und 11 des Ventilkolbens 6 stehen über zwei Leitungen 12 und 13 mit den beiden Arbeitsräumen des Servomotors 2 in Verbindung. Eine zentrale Gehäuseringnut 14 steht über eine Rücklaufleitung 15 in Verbindung mit dem Behälter 4.

An den Enden des Ventilkolbens 6 sind Rückwirkungsräume 16 und 17 angeordnet. Die Rückwirkungsräume 16 und 17 sind über eine Verbindungsleitung 18 miteinander verbunden. Benachbart zu den Rückwirkungsräumen 16 und 17 sind in der Verbindungsleitung 18 feste Drosselstellen 19 und 20 angeordnet.

Zwischen die Kolbennuten 10 und 11 und die Gehäuseringnuten 8, 9 und 14 begrenzenden Steuerkanten sind vier Steuerkantenpaare 21, 22, 23 und 24 gebildet, durch die der Druckmittelstrom zu und von den beiden Arbeitsräumen des Servomotors 2 geregelt wird.

Axial außerhalb der bisher beschriebenen Kolbennuten 10 und 11 ist je eine äußere Kolbennut 25 bzw. 26 an dem Ventilkolben 6 angeordnet. Axial außerhalb der bisher beschriebenen Gehäuseringnuten 8 und 9 sind auf jeder Seite des Ventilgehäuses 5 zwei weitere Gehäuseringnuten 27 bzw. 28 und 29 bzw. 30 angeordnet. Zusammenwirkende Steuerkanten der Kolbennuten 25 bzw. 26 und der Gehäuseringnuten 27 bzw. 28 bilden zusammen je ein Zulaufsteuerkantenpaar 31 bzw. 32. Die Gehäuseringnuten 29 und 30 sind benachbart zu den Rückwirkungsräumen 16 und 17 angeordnet. Axial äußere Endsteuerkanten 33 und 34 des Ventilkolbens 6 bilden zusammen mit Steuerkanten der Gehäuseringnuten 29 und 30 Rückwirkungssteuerkantenpaare 35 und 36. Der Ventilkolben 6 wird in drucklosem Zusand durch zwei Federn 37 und 38 in seiner zentralen Neutralstellung gehalten. In dieser Neutralstellung haben die Zulaufsteuerkantenpaare 31 und 32 und die Rückwirkungssteuerkantenpaare 35 und 36 Null-Überdeckung. Zur Erzielung einer bestimmten gewünschten Beeinflussung der Charakteristik für die Beaufschlagung der Rückwirkungsräume 16 und 17 ist für die Zulaufsteuerkantenpaare 31 und 32 und die Ablaufsteuerkantenpaare 35 und 36 jedoch auch eine positive oder eine negative Überdeckung vorstellbar.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Zulaufsteuerkanten 31 und 32 ersetzt durch zwei Rückschlagventile 39 und 40. Die Rückschlagventile 39 und 40 sind zwischen den Leitungen 12 und 13 einerseits und den Rückwirkungsräumen 16 und 17 andererseits angeordnet und können nur in Richtung auf den jeweiligen Rückwirkungsraum durchströmt werden. Mit der Anordnung der beiden Rückschlagventile 39 und 40 entfallen außer den Zulaufsteuerkantenpaaren 31 und 32 auch die zugehörigen äußeren Kolbennuten 25 und 26 und die Gehäuseringnuten 27 und 28. Die übrige Ausbildung dieses Ausführungsbeispieles entspricht dem Beispiel der Fig. 1.

Sowohl die Zulaufsteuerkantenpaare 31 und 32 als auch die Rückschlagventile 39 und 40 bilden eine Einrichtung für die Beaufschlagung eines der Rückwirkungsräume 16 und 17 mit dem Arbeitsdruck des Arbeitsraumes des Servomotors 2, der entsprechend der Lenkrichtung den jeweils höheren Druck aufweist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwischen der Verbindungsleitung 18 und dem Behälter 4 eine zusätzliche Drosselstelle 41 angeordnet, die hier als Drosselstelle mit veränderbarem Querschnitt dargestellt ist. Als Alternative zu den in Fig. 2 außerhalb des Steuerventils angeordneten Rückschlagventilen 39 und 40 sind in Fig. 3 zwei Rückschlagventile 42 und 43 in den Ventilkolben 44 in entsprechender Weise angeordnet. Die Wirkungsweise dieser Rückschlagventile ist die gleiche wie die der Rückschlagventile 39 und 40 aus Fig. 2.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die in der Verbindungsleitung 18 angeordneten Drosselstellen 19 und 20 durch Einkerbungen 45 und 46 in den Endbunden 47 und 48 des Ventilkolbens 49 ersetzt. Die Einkerbungen 45 und 46 weisen in einem Axialschnitt durch den Ventilkolben 49 beispielsweise einen dreieckförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt kann jedoch auch eine andere Form haben, so daß der wirksame Querschnitt der Einkerbungen 45 und 46 abhängig von der Stellung des Ventilkolbens 49 in bestimmter Weise veränderbar ist. Dadurch kann das Regelverhalten über den Ventilweg zusätzlich beeinflußt werden.

Im folgenden wird die Funktion der Druckmittelsteuereinrichtung beschrieben:

Wird in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Ventilkolben 6 beispielsweise nach links verschoben, so wird durch die Steuerkantenpaare 21, 22, 23 und 24 in bekannter Weise der linke Arbeitsraum des Servomotors 2 mit Druck beaufschlagt. Der rechte Arbeitsraum des Servomotors 2 ist an den Behälter 4 angeschlossen. Durch Öffnen des Zulaufsteuerkantenpaares 31 und weiteres Schließen des Ablaufsteuerkantenpaares 35 wird gleichzeitig der Rückwirkungsraum 16 mit Druck beaufschlagt. Durch ein weiteres Schließen des Zulaufsteuerkantenpaares 32 bleibt der Rückwirkungsraum 17 zunächst drucklos. Dadurch entsteht eine Rückwirkungskraft, die der Auslenkung des Ventilkolbens 6 entgegenwirkt und diesen abhängig von dem Druck in dem Servomotor 2 wieder in Richtung Neutralstellung nach rechts zurückschiebt. Damit eine Rückstellbewegung des Ventilkolbens 9 nicht durch das in dem Rückwirkungsraum 17 enthaltene Druckmittel gebremst wird, kann dieses Druckmittel über das Ablaufsteuerkantenpaar 36 unter Umgehung der Drosselstelle 20 unmittelbar in die Verbindungsleitung 18 abströmen. Dabei wirkt die Verbindungsleitung 18 als Speicher. Die Zeitkonstante der dynamischen Rückwirkung wird hierbei bestimmt durch den Querschnitt der beiden Drosselstellen 19 und 20 und durch die Größe des durch die Verbindungsleitung 18 gebildeten Speichers. Normalerweise reicht die Kapazität der Verbindungsleitung 18 als Speicherelement aus. In Sonderfällen kann jedoch die Anordnung eines zusätzlichen Speichers 50, wie er beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, erforderlich sein. Durch das bis zur Rückkehr des Ventilkolbens 6 in seine Neutralstellung offene Ablaufsteuerkantenpaar 36 wird verhindert, daß sich bei einer Rückstellbewegung des Ventilkolbens 6 nach rechts wegen der Drosselstelle 20 in dem Rückwirkungsraum 17 sofort ein Gegendruck aufbaut, der eine rasche Rückstellung des Ventilkolbens 6 unmöglich machen würde.

Trifft auf die Kolbenstange des Servokolbens 7 des Servomotors 2 ein von den gelenkten Fahrzeugrädern herrührender Stoß auf, der den Servokolben 7 beispielsweise nach links verstellt, so wird wegen der mechanischen Kopplung auch der Ventilkolben 6 nach links verstellt. Diese Verstellung erfolgt sehr rasch, da das in dem Rückwirkungsraum 16 enthaltene Druckmittel über das Zulaufsteuerkantenpaar 31 zur Servomotorleitung 12 abströmen kann, bis sich dort ein Druck aufgebaut hat. Die Rückstellung des Ventilkolbens 6 bis in seine Neutralstellung erfolgt auch in diesem Betriebszustand wegen des geöffneten Ablaufsteuerkantenpaares 36 rasch, weil das Druckmittel im sich verkleinernden Rückwirkungsraum 17 unter Umgehung der Drosselstelle 20 zum Speichermedium 18, 50 abströmen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird durch das Rückschlagventil 39 eine durch einen Stoß hervorgerufene Verstellung des Ventilkolbens nach links etwas gedämpft. Die Rückstellung erfolgt aber in gleicher Weise.

Durch die Anordnung der Ablaufsteuerkanten 35 und 36 wird also eine durch dynamische Vorgänge im Servomotor erzeugte Drucküberhöhung verhindert, weil die rasche Rückstellung des Ventilschiebers 6 in seine Neutralstellung einen schnellen Druckabbau zur Folge hat. Da die Ventilrückstellung dynamischer Natur ist, werden dadurch die statischen Haltekräfte, die zum Auslenken des Ventilkolbens aus seiner Neutralstellung heraus erforderlich sind, nicht beeinflußt.

Durch die in Fig. 3 dargestellte veränderliche Drosselstelle 41 kann die hydraulische Rückwirkung zwischen dem Wert Null und dem durch den Querschnitt des Ventilkolbens vorgegebenen Maximalwert verändert werden. Theoretisch wäre eine gewisse Drosselöffnung zwischen der Verbindungsleitung 18 und dem Behälter 4 immer notwendig, um einen Druckabbau aus den Rückwirkungsräumen 16 und 17 zu gewährleisten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß in der Praxis die inneren Leckverluste des Steuerventils 1 für diesen Druckabbau ausreichen. Dadurch ist die Funktion auch bei vollständig geschlossener Drosselstelle 41 bzw. bei nicht vorhandener Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 18 und dem Behälter 4, wie dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, gewährleistet.

Die Funktion der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2, 3 und 4 entspricht im wesentlichen der Funktion des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1.

Die Erfindung findet bevorzugt Anwendung bei Hilfskraftlenkungen mit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges veränderbarer hydraulischer Rückwirkungskraft. Die Steuerventile dieser Lenkungen dürfen wegen der gewünschten kleinen Parkierkräfte nur eine sehr schwache Federzentrierung haben, die allein nicht ausreichen würde, um bei allen Fahrzuständen ein stabiles Arbeiten des Steuerventils ohne Überschwingen zu gewährleisten.


Anspruch[de]
  1. 1. Druckmittelsteuereinrichtung für Hilfskraftlenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, enthaltend ein Steuerventil (1) mit wenigstens einem in einem Ventilgehäuse (5) verschiebbaren Ventilkolben (6), mit einem Zulaufanschluß für eine Servopumpe (3), mit einem Rücklaufanschluß für einen Behälter (4), mit zwei Anschlüssen für die beiden Arbeitsräume eines Servomotors (2) und mit zwei Rückwirkungsräumen (16, 17), die über zwei Drosselstellen (19, 20; 45, 46) und ein hydraulisch nachgiebiges Glied (Verbindungsleitung 18) miteinander verbunden sind und mit einer Steuereinrichtung zur Druckbeaufschlagung der Rückwirkungsräume (16, 17) dadurch gekennzeichnet, daß je nach Auslenkung des Ventilkolbens (6) die zum jeweils vergrößerten Rückwirkungsraum (16, 17) führende Drosselstelle (19, 20; 45, 46) durch ein am Ventilkolben (6) bzw. dem Ventilgehäuse (5) angeordnetes Rückwirkungssteuerkantenpaar (35, 36) überbrückbar ist.
  2. 2. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Druckbeaufschlagung der Rückwirkungsräume (16, 17) durch je ein Zulaufsteuerkantenpaar (31, 32) gebildet ist.
  3. 3. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten des Zulaufsteuerkantenpaares (31, 32) in Neutralstellung des Steuerventils (1) Null-Überdeckung haben.
  4. 4. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Druckbeaufschlagung der Rückwirkungsräume (16, 17) durch je ein nur in Richtung auf den zugehörigen Rückwirkungsraum (16, 17) durchströmbares Rückschlagventil (39, 40; 42, 43) gebildet ist.
  5. 5. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten des Rückwirkungssteuerkantenpaares (35, 36) in Neutralstellung des Steuerventils (1) Null-Überdeckung haben.
  6. 6. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (18) ein Speicherelement enthält.
  7. 7. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (18) über eine Drosselstelle (41) mit dem Behälter (4) verbunden ist.
  8. 8. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (41) einen veränderbaren Querschnitt aufweist.
  9. 9. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen durch an dem Ventilkolben (6) bzw. an dem Ventilgehäuse (5) ausgebildete Einkerbungen (45, 46) gebildet sind.
  10. 10. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Einkerbungen (45, 46) abhängig von der Stellung des Ventilkolbens (6) veränderbar ist.






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