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DE2249181A1 - Hydraulische lenkbegrenzung fuer servolenkanlagen, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Hydraulische lenkbegrenzung fuer servolenkanlagen, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

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DE2249181A1
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servo
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Armin Lang
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/10—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of power unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Description

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN 2249181
Aktiengesellschaft Friedrichshafen
Hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Servopumpe, einer Steuerpumpe, einem Steuerventil und mindestens einem Servomotor mit zwei Druckräumen.
Bekannte hydraulische Lenkbegrenzungen für Servolenkanlagen dienen dazu, den Abschaltpunkt für die Hilfskraft unabhängig vom Endpunkt der Kolbenbewegung mittels besonderer Abschaltventile , die oftmals einstellbar sind, festzulegen. Dadurch werden Beschädigungen am Lenksystem vermieden und es können größere Einbau- und Fertigungstoleranzen angewendet werden. Bei den gebräuchlichen Lenkanlagen mit hydraulischer . Hilfskraft wird der Servomotor am jeweiligen Abschaltpunkt dadurch hydraulisch entlastet, daß der beaufschlagte Druckraum des Servomotors auf den Rücklauf geschaltet wird. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei Lenksystemen mit einer mechanischen Verbindung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Rädern möglich, aber nicht bei hydrostatischen Lenkanlagen anwendbar,
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wo die Synchronisation zwischen Lenkhandrad und Servomotor über eine Steuerpumpe erfolgt, und die bei der Entlastung eines beaufschlagten Druckraumes des Servomotors zum Rücklauf verloren ginge.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung eine hydraulische Abschaltung für hydrostatische Lenkanlagen ohne Verlust der Synchronisation zu schaffen, was dadurch erreicht werden kann, daß die Entlastung zum Rücklauf nicht am Servomotor, sondern an der Servopumpe erfolgt.
Die Erfindung besteht darin, daß für jeden Druckraum des
Servomotors ein mittels des Servokolbens betätigbares Abschalt-
ventil vorhanden ist, das über eine Steuerleitung an die Federseite einer von einer Steuerdrossel überbrückten, federbelasteten Druckwaage angeschlossen ist, während die der Feder abgewandtei Seite der Druckwaage an die von der Servopumpe zum Steuerventil führende Druckmittelleitung angeschlossen ist, wobei in den beiden Abschaltstellungen des Servokolbens das entsprechende Abschaltventil die Federseite der Druckwaage über den entlasteten Druckraum mit der Rücklaufleitung und die andere Seite der Druckwaage mit einer die Servopumpe überbrückendenUmgehungsleitung verbindet.
Ferner gehört es zur Erfindung, daß die beiden Abschaltventile in den Stirnwänden des Servomotors oder im Servokolben oder an einer beliebigen anderen Stelle des Lenksystems angeordnet sein können,
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daß die Abschaltventile einstellbar sind und auch als druckentlastetes Ventil ausgebildet sein können.
Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß zwischen der Druckwaage und dem Servomotor ein in Richtung Servomotor öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist, an dessen Stelle jeweils ein mit dem Abschaltventil integriertes Rückschlagventil treten kann.
Die Vorteile der Erfindung bestehen einmal darin, daß die Synchronisation zwischen Lenkhandrad und gelenkten Rädern, die bei einer normalen hydrostatischen Servolenkeinrichtung durch die als Dosiereinrichtung wirkende Steuerpumpe gewährleistet ist, auch bei Verwendung einer hydraulischen Lenkbegrenzung erhalten bleibt. Zum anderen bewirkt das Rückschlagventil zwischen der Druckwaage und den Abschaltventilen, daß bei Fahrbahnstößen auf die gelenkten Räder ein Entweichen des Druckmittels aus dem Servomotor über die Abschaltventile, die Steuerdrossel und das Steuerventil zum Rücklauf unterbunden wird, was besonders für Lenkungen notwendig ist, deren Steuerventil in Neutralstellung blockierte Anschlüsse zum Servomotor aufweist. Das zwischen Servopumpe und Steuerventil angeordnete Rückschlagventil hat die Aufgabe nach erfolgter Abschaltung eines Druckraumes in der Abschaltstellung des Servokolbens ein Zurückschlagen des Lenkhandrades wegen der plötzlich fehlenden ServounterStützung an der Steuerpumpe zu verhindern.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung und ihre Wirkungsweise sind nachstehend anhand einer Zeichnung mit verschiedenen Aus führung sformen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine hydrostatische Lenkanlage mit hydraulischer Lenkbegrenzung, in
Fig. 2 einen Servomotor mit integrierten Abschalt- und Rückschlagventilen, in
Fig. 3 im Kolben des Servomotors eingebaute Abschaltventile, in
Fig. 4 ein druckentlastetes Abschaltventil, in Fig. 5 ein einstellbares Abschaltventil, in
Fig. 6 getrennte Abschaltventile bei einem Knickgelenkfahrzeug, und in
Fig. 7 ein Abschaltventil nach Fig. 6 in größerem Maßstab.
In einer hydrostatischen Lenkanlage 1 ist eine Servopumpe über eine Druckmittelleitung 3 und eine Rücklaufleitung mit einem Behälter 5 an ein Steuerventil 6 angeschlossen, das zusammen mit einer Steuerpumpe 7 einen Lenkungsteil 8 bildet.
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Zwischen dem Steuerventil 6, das drei Schaltstellung 'a, b und c aufweist, und der Steuerpumpe 7 sind zwei Leitungen 9 und 10 vorgesehen. Die Druckleitungen 9a und lOa dienen zur hydraulischen Betätigung des Steuerventils 6j das Steuerventil kann auch mechanisch betätigbar sein. Ferner führen von dem Steuerventil 6 Leitungen 11 und 12 zu einem Servomotor 13, dessen Druckräume 131 und 132 von einem Servokolben 133 getrennt werden. In den Stirnwänden des Servomotors 13 sind Abschaltventile 14 und 15 angeordnet, die nach außen an- eine Steuerleitung 16 angeschlossen sind und nach innen mit einem Stift 141 bzw, 151 in den Druckraum 131 bzw. 132 hineinragen. In der Steuerleitung 16 ist zwischen dem Servomotor 13 und einer Druckwaage 18 ein Rückschlagventil 17 angeordnet. Die Druckwaage 18, die zwischen der Druckmittelleitung 3 und der Steuerleitung 16 vorgesehen ist, wird von einer Steuerdrossel 19 überbrückt. Eine Umgehungsleitung 20 verbindet die Druckwaage 18 direkt mit der Rücklaufleitung 4. Ferner ist in der Druckmittelleitung 3 ein Rückschlagventil 21 und eine Stromdrossel 22 eingebaut.
Zur Wirkungsweise der Lenkanlage ist folgendes zu bemerken: Wird beispielsweise so gelenkt, daß durch die Steuerpumpe 7 in der Leitung 10 ein höherer Druck vorhanden ist als in der Leitung 9, so wird dieser Differenzdruck über die Leitungen 10a und 9a auch auf das Steuerventil 6 übertragen, das in die Schaltstellung c verstellt wird, so daß der Druckraum
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132 über die Leitung 12 beaufschlagt wird. Dadurch wird der Servokolben 133 nach links bewegt und das nicht beaufschlagte Druckmittel aus dem Druckraum 131 über die Leitung 11, das Steuerventil 6 und die Rücklaufleitung 4 zur Saugseite der Servopumpe 2 bzw. zum Behälter 5 verdrängt. Sobald der Servokolben 133 seine linke Abschaltstellung erreicht, öffnet dieser über den Stift 141 das Abschaltventil 14. Da die Druckwaage 18 zwischen der Druckmittelleitung 3 und der Steuerist
leitung 16 derart angeordnet-f daß der an der Oberseite der Druckwaage 18 herrschende Arbeitsdruck über die Steuerdrossel 19 auch an der Unterseite wirksam ist und über das Rückschlagventil 17 das Abschaltventil 14 beaufschlagt hat, wird beim öffnen des Abschaltventils 14 die Unterseite der Druckwaage zum Rücklauf hin entlastet, so daß der Kolben der Druckwaage 18 den Weg zwischen der Druckmittelleitung 3 und der Umgehungsleitung 20 freigibt, wodurch die Servopumpe 2 unmittelbar in den Rücklauf fördert. Durch den fehlenden Druck an der Servopumpe 2 steht nunmehr über der Steuerpumpe 7 der volle Arbeitsdruck und es kann nur noch von Hand ohne hydraulische Unterstützung gelenkt werden. Hierbei ist es die Aufgabe des Rückschlagventils 21 ein Zurückschlagen des Lenkhandrades bei einer Abschaltung wegen der plötzlich fehlenden Servounterstützung zu verhindern. Dies gilt auch für die.weiter unter beschriebenen anderen Ausführungsformen der Abschaltventile. Bei einer Abschaltung bleibt die ,Synchronisation zwischen Lenkung und Servomotor voll erhalten,da auf der Druckseite des Servomotors, also im Druckraum 132 das Druckmittel nicht
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entweichen kann. Allerdings muß der öffnungsdruck der Abschaltventile, hier des Abschaltventils 15 größer sein, als der durch die Steuerpumpe 7 von Hand erzeugte Druck, um eine Rückströmung über das rechte Abschaltventil 15 zum geöffneten linken Abschaltventil 14 und von dort über den entlasteten Druckraum zum Behälter 5 zu verhindern. Diese Bedingung hinsichtlich des Öffnungsdruckes kann außeracht bleiben, wenn als Abschaltventile druckentlastete Abschaltventile nach Fig. 4 verwendet werden.
Wird nach erfolgter Abschaltung die Lenkrichtung geändert, dann wird das Steuerventil 6 in die Schaltstellung a verstellt, so daß der linke Druckraum 131 vom Rücklauf getrennt und auf d'ie Druckseite der Steuerpumpe 7 geschaltet wird. Dadurch kann das Druckmittel von der Unterseite der Druckwaage 18 nicht mehr über das linke Abschaltventil 14 entweichen. Vielmehr bildet sich über die Steuerdrossel 19 an der Unterseite der Druckwaage 18 ein Druckgleichgewicht, wodurch der Kolben der Druckwaage von der Schließfeder nach oben gedrückt wird und so den Rücklauf über die Umgehungsleitung 20 verschließt. Auf diese Weise ist die Druckmittelversorgung für den Druckraum 131 wieder hergestellt und die hydrostatische Servolenkanlage funktionsfähig. Sobald dann der Servokolben 133 seine rechte Abschaltstellung erreicht, wird über den Stift 151 das rechte Abschaltventil 15 geöffnet und die Entlastung erfolgt in entsprechender Weise wie zuvor beschrieben.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, bei der ein Servomotor 23, dessen Druckräume 231 und 232 von einem Servokolben 233 getrennt werden, in den beiden Stirnwänden je ein Abschaltventil 24 und 25 aufweist, die jeweils mit einem Rückschlagventil 27a bzw. 27b zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Die an eine Steuerleitung 26 angeschlossenen Rückschlagventile 27a und 27b lassen das Druckmittel nur in Richtung zu den Druckräumen 231 und 232 fließen, weshalb der Öffnungsdruck für die Abschaltventile 24 und 25 kleiner sein kann, als der von der Steuerpumpe 7 manuell erzeugte Druck. Außerdem entfällt das Rückschlagventil 17, dessen Funktion von den integrierten Rückschlagventilen 27a und 27b übernommen wird, und die darin besteht, bei Fahrbahnstößen ein Entweichen des Druckmittels aus den Druckräumen 131 und 132 bzw. 231 und 232 über die Steuerdrossel 19 zu verhindern. Die Anordnung der Rückschlagventile 27a und 27b in den Stirnwänden des Servomotors 23 bringt den weiteren Vorteil erhöhter Sicherheit, da bei einem Bruch der Steuerleitung 26 das von dem Lenkungsteil 8 kommende Druckmittel über die Steuer leitung 2 6 nicht abfließen kann.
Die Steuerdrossel 19 bestimmt die erforderlichen Querschnitte der Abschaltventile 14, 15 bzw. 24, 25 und der Steuerleitung bzw. 26 zwischen dem Servomotor 13 bzw. 23 und der Druckwaage Sie kann umso kleiner sein, je dichter die Abschaltventile sind,
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die deshalb vorteilhafterweise als Sitzventile ausgebildet sind.
Was schließlich die Stromdrossel 22 betrifft/ so kann mit ihrer Hilfe die Druckwaage gleichzeitig zur Strombegrenzung verwendet werden. Sie begrenzt den Druckmittelstrom zur Lenkung auf einen Wert, der durch einen dem Querschnitt und der Federkraft des Kolbens der Druckwaage 18 entsprechenden Steuerdruck an der Stromdrossel 22 bestimmt ist.
Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der für einen Servomotor 33, dessen Druckräume 331 und 332 von einem Servokolben 333 getrennt werden, zwei Abschaltventile 34 und 35 im Servokolben 333 gegenseitig angeordnet sind. Ebenfalls ist ein Rückschlagventil 37 im Servokolben 333 untergebracht. Dies setzt voraus, daß eine zur Druckwaage 18 führende Steuerleitung 36 an der Kolbenstange 38 angeschlossen ist, die über eine axiale Bohrung 39 zu dem Rückschlagventil 37 und von diesem über eine radiale Bohrung 40 zu den Abschaltventilen 34 und 35 führt.
■ Besondere Ausbildungsformen der Abschaltventile zeigen Fig. 4 und 5, die jeweils die Abschaltvorrichtung nur für den rechten Druckraum des Servomotors zeigen. Im ersten Fall ist ein druckentlastetes Abschaltventil 45 in der Stirnwand eines Servomotors 43 angeordnet. Während die vom Lenkungsteil 8 kommende Leitung 12 mit einem Druckraum 432 verbunden ist, ist
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eine Steuerleitung 46 an das Abschaltventil 45 angeschlossen. Sobald der nicht dargestellte Servokolben gegen den federbelasteten Kolben 47 des Abschaltventils 45 fährt, wird über eine radiale Bohrung 48 und eine axiale Bohrung 49 eine Verbindung zwischen der Steuerleitung 46 und dem Druckraum 432 hergestellt, wodurch die Unterseite der Druckwaage entlastet wird. Im zweiten Fall ist in der Stirnwand eines Servomotors 53 mit einem rechten Druckraum 532 ein einstellbares Abschaltventil 55 mit einer Steuerleitung 56 angeordnet. Mit dem Abschaltventil 55 ist ein Rückschlagventil 57 in einer einstellbaren, beispielsweise mit einem Gewinde versehenen Ventilhülse 58 zusammengefaßt, die mittels einer Gegenmutter 59 gesichert ist. Sobald der Servokolben bei der einen Lenkrichtung gegen das Abschaltventil 55 fährt und dieses öffnet, wird der Hochdruck in der Steuerleitung 56 über das öffnende Rückschlagventil 57 zum Druckraum 532 hin entlastet und über die Leitung 12 mit dem Rücklauf verbunden. Dadurch wird der Zufluß zum belasteten Druckraum unterbunden, weil die Druckwaage 18 die Druckleitung 3 auf die Umgehungsleitung 20 geschaltet hat, wie bei jedem Abschaltvorgang. Beim Lenken in die entgegengesetzte Richtung gilt das Entsprechende für das Abschaltventil an der anderen Stirnwand des Servomotors 53.
In Fig. 6 ist ein Anwendungsbeispiel der Abschalteinrichtung für ein Knickgelenkfahrzeug 60 gezeigt, mit einem Vorderwagen und einem Hinterwagen 62, die über zwei Servomotoren 63 und
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gelenkt werden. Für jede Lenkrichtung ist am Hinterwagen 62 ein Abschaltventil 65 bzw. 66 vorgesehen, das über einen am Vorderwagen 61 befestigten Arm 67 bzw» 68 betätigt wird,, sobald die Grenze eines Lenkausschlages erreicht ist., Ein Druckraum 69 des Servomotors 63 ist über eine Leitung 70 mit einem Druckraum 71 des Servomotors 64 verbunden und ein Druckraum 72 über eine Leitung 73"mit einem entsprechenden Druckraum 74„ Von einem nicht dargestellten Steuerventil führt eine Leitung 75 zu einem seitlichen Anschluß 76 des Abschaltventils 65 und zu dem Druckraum 72. Eine zweite Leitung 77 führt von dem Steuerventil zu einem seitlichen Anschluß 78 des Abschaltventils 66 und zu dem Druckraum 71. Ferner führt eine Leitung 79 von der Federseite einer nicht dargestellten Druckwaage zu axialen Anschlüssen 80 und 81 der Abschaltventile 65 und 66„ Zum leichteren Verständnis der Wirkungsweise der Abschaltventile 65 und 66 ist in Fig. 7 eine vergrößerte Schnittzeichnung des Abschaltventils 66 gezeigt»
Während die Funktion der Lenkanlage,, insbesondere des in Fig. 6 nicht mehr dargestellten Steuerventils und der Druckwaage bereits weiter oben beschrieben worden ist, wird nachstehend ein Abschaltvorgang bei einem Knickgelenkfahrzeug anhand von Fig. 6 und 7 näher erläutert. Wird beispielsweise derart gelenkt e daß der Vorderwagen 61 nach rechts ausgelenkt wird,? so erhält der Druckraum 72 des Servomotors 63 und der Druckraum 74 des Servo-
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motors 64 über die Leitung 75 bzw. die Leitung 73 das Hochdruckmittel zugesteuert, während das entlastete Druckmittel aus dem Druckraum 69 und aus dem Druckraum 71 über die Leitungen 70 und 77 und das Steuerventil zu einem Behälter verdrängt wird. Gleichzeitig wird der an der Federseite der Druckwaage herrschende Arbeitsdruck über die Leitung 79 und den Anschluß 80 bzw. 81 dem Abschaltventil 65 bzw. 66 zugeführt. Wenn nun im Verlauf der Rechtslenkung der rechte Arm 68 des Vorderwagens 61 sich dem Abschaltventil 66 soweit genähert hatf daß das Abschaltventil 66 über einen Stift 82 geöffnet und dadurch eine Verbindung zwischen dem unter Hochdruck stehenden Anschluß 81 und dem unter Niederdruck stehenden Anschluß 78 hergestellt wird, dann wird die Federseite der Druckwaage entlastet und der Kolben der Druckwaage verstellt, wodurch die Servopumpe in den Rücklauf fördert. Damit ist die weitere Zufuhr von Hochdruckmittel zu den Servomotoren 63 und 65 unterbrochen und diese somit abgeschaltet. Bei einem Lenkvorgang in entgegengesetzter Richtung, bei dem die Leitung 77 und die Leitung 75 Niederdruck führt, wird die Abschaltung der Servormotoren 63 und 65 in entsprechender Weise über das Abschaltventil 65 erreicht.
3.10.1972
T-PA mü-wl Akte 5109
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Claims (8)

  1. Patentansprüche :
    1Λ Hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbe- ^-' sondere Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Servopumpe, einer Steuerpumpe, einem Steuerventil und mindestens einem Servomotor mit zwei" Druckräumen, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Druckraum (131, 132) des Servomotors (13) ein mittels des Servokolbens (133) betätigbares Abschaltventil (14, 15) vorhanden ist, das über eine Steuerleitung (16) an die Federseite einer von einer Steuerdrossel (19) überbrückten, federbelasteten
    der
    Druckwaage (18) angeschlossen ist, währen die/Feder abgekehrte Seite der Druckwaage an die von der Servopumpe (2) zum Steuerventil (6) führende Druckmittelleitung (3) angeschlossen ist, wobei in den beiden Äbschaltstellungen des Servokolbens (133) das entsprechende Abschaltventil (14 bzw. 15) die Federseite der Druckwaage (18) über den entlasteten Druckraum (132 bzw. 131) mit der Rücklaufleitung (4) und die andere Seite der Druckwaage (18) mit einer die Servopumpe (2) überbrückenden Umgehungsleitung (20) verbindet.
  2. 2. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschaltventile (14 und 15) in den Stirnwänden des Servomotors (13) angeordnet sind.
    .A 09815/0637
    .,. 22A918
    **■
  3. 3. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschaltventile (34 und 35) im Servokolben (333) des Servomotors (33) angeordnet sind.
  4. 4. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltventile (55) einstellbar sind.
  5. 5. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltventile als druckentlastete Abschaltventile (45) ausgebildet sind.
  6. 6. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckwaage (18) und dem Servomotor (13) ein in Richtung Servomotor öffnendes Rückschlagventil (17) angeordnet ist.
  7. 7. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltventile (24, 25) mit je einem integrierten Rückschlagventil (27a bzw. 27b) versehen sind.
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  8. 8. Hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß Abschaltventile (65, 66) getrennt von den Servomotoren (63, 64) an beliebiger Stelle des Kraftfahrzeuges, beispielsweise am Hinterwagen (62) eines Knickgelenkfahrzeuges (60) derart angeordnet sind, daß sie über, als mechanische Lenkbegrenzungsanschläge dienende Arme (67, 68) betätigbar sind.
    3.10.1972
    T-PA mü-wl ' Akte 5109
    40981 5/0637
    Leerseite
DE2249181A 1972-10-06 1972-10-06 Hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge Expired DE2249181C3 (de)

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