DE945553C

DE945553C - Hydraulische Hilfskraftlenkung mit Fluessigkeitsumlauf

Info

Publication number: DE945553C
Application number: DEG11021A
Authority: DE
Inventors: Clovis W Lincoln
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1952-04-23
Filing date: 1953-02-24
Publication date: 1956-07-12
Also published as: GB724839A; FR63842E; DE924727C; FR66195E; GB746564A; DE1159786B; US2702529A; GB724411A; FR1078470A

Description

Die Erfindung ist eine Verbesserung des Gegenstandes des Patentes 927 616, das sich auf eine hydraulische Hilfskraftlenkung mit Flüssigkeitsumlauf und einen vom Lenkrad betätigbaren Steuerschieber eines Steuerventils für den Servomotor bezieht. Die Verbesserung, für die nur im Zusammenhang mit dem Hauptpatent Schutz beansprucht wird, besteht darin, daß die Endsteuerbunde einen größeren Durchmesser haben als der mittlere Steuerbund. .

Durch diese Ausbildung wird mit einfachen Mitteln eine Rückstellkraft bei jedem Ansprechen des Ventils erreicht, indem bei einer Bewegung des Steuerschiebers zwecks Erzielung einer Lenkbewegung die Druckflüssigkeit über die Druckschlitze zum Druckauslaß tritt und durch Einwirken auf die Steuerbunde verschiedenen Durchmessers die Rückstellkraft erzeugt.

Bei Servoeinrichtungen ohne Flüssigkeitsumlauf ist es zwar bekannt, den Kolben des Servomotors als Differentialkolben auszubilden, der jedoch allein die Bewegung des beiderseits mit gleichem Druck beaufschlagten Kolbens ermöglichen soll. Eine Rückstellkraft, die jedoch nur in einer Richtung wirken kann, wird dort durch einen zweiten Differentialkolben ermöglicht. Für Servoeinrichtungen mit Flüssigkeitsumlauf, bei denen also die wahlweise Steuerung der Druckflüssigkeit auf eine

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der beiden Seiten des Servomotors unter gleichzeitiger Entlastung der anderen Seite erforderlich ist, kann mit der bekannten Einrichtung eine wahlweise, in einer der beiden Richtungen wirkende Rückstellkraft nicht erreicht werden.

Bei einer anderen, eine Rückstellkraft aufweisen-■" den Servoeinrichtung mit Flüssigkeitsumlauf ist nachteilig, daß zwei starr miteinander verbundene Ventilteller genau gleichzeitig und gleichmäßig auf ίο ihre Ventilsitze auftreffen müssen. Weiterhin müssen bei dieser Bauart sechs zylindrische Flächen mit drei verschiedenen Durchmessern bearbeitet werden, während bei der Erfindung lediglich drei zylindrische Flächen mit zwei verschiedenen Durchmessern zu bearbeiten sind. Darüber hinaus ist aber bei der erfindungsgemäßen Bauart, bei der die Steuerbunde die Schlitze überschleifen, eine wesentlich geringere Abnutzung im Betrieb zu erwarten als bei den bei jedem Steuervorgang gegen die Ventilsitze anfahrenden Ventiltellern der bekannten Bauart. Jede Abnutzung an diesen Teilen, und diese ist nicht zu vermeiden, wird die Arbeitsweise des Ventils verachlechtern.

Bei einer Lage des Steuerschiebers außerhalb der Mittellage ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Bauart der Vorteil, daß die Druckauslässe zum Servomotor gleichen Querschnitt haben und daß das zu entlastende Ende des Servomotors über eine weite Öffnung mit dem Behälter verbunden ist, während die zu beaufschlagende Seite eine verhältnismäßig gedrosselte Zuleitung für den Flüssigkeitsdruck und eine enge, noch teilweise offene Verbindung mit dem Auslaß hat. Dies sichert den geringsten Widerstand für die Bewegung des dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzten Kolbens des Servomotors. Bei der bekannten Bauart dagegen haben die Steueröffnungen zwischen der zu entlastenden Servoseite und dem Auslaß und zwischen der zu beaufschlagenden Servoseite und der Druckflüssigkeitsquelle gleiche Durchlaßweite. Die letztere Verbindung hat jedoch größeren Durchmesser. Die Flüssigkeit kann daher der einen Servoseite leichter zuströmen, als sie von der anderen abströmt. Der der Bewegung des Servokolbens entgegenwirkende Widerstand ist also erhöht, da es notwendig ist, die Flüssigkeit von der zu entlastenden Seite gegen größeren Widerstand als normal zu verdrängen.

Die Bauart nach der Erfindung ist daher im Be-5'o trieb vorteilhafter und in der Herstellung billiger. In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es ist

Fig. ι ein axialer Schnitt durch das Steuerventil einer hydraulischen Hilfskraftlenkung nach der Erfindung, und

Fig. 2 bis 4 sind der Fig. 1 entsprechende Schnitte bei verschiedenen Stellungen des Steuerventils.

Auf einer Spurstange 13 des Lenkgestänges, vorzugsweise an der Verbindungsstelle mit dem Lenkstockhebel des Lenkgetriebes, ist das hydraulische Steuerventil 14 befestigt. Das Ventil kann jedoch an jeder Stelle des Lenkgestänges befestigt werden, wo die von Hand am Lenkrad ausgeübte Kraft oder der der Lenkung entgegenwirkende Lenkwiderstand, der die Lenkräder des Fahrzeuges automatisch in die Geradeauslage zu richten sucht, zur Betätigung des Steuerventils verfügbar ist. Das Gehäuse 15 des Steuerventils 14 ist fest mit der Spurstange 13 (Fig. 1, rechts) verbunden und enthält einen beweglichen Steuerschieber 16, mit dem der Kugeizapfen 17 des Lenksipckhebels mittels zweier Kugelpfannen 37 verbunden ist.

Das hydraulische System, das vorzugsweise angewendet wird, umfaßt eine vom Fahrzeugmotor angetriebene Pumpe, einen mit der Saugseite der Pumpe verbundenen Behälter für die Druckflüssigkeit (nicht gezeichnet) und einen doppelt wirkenden Servozylinder. Der in dem hydraulischen System im allgemeinen angewandte Druck beträgt 35 bis 70 kg/cm², wobei 53 kg/cm² einen bevorzugten Druck darstellt.

Das Ventilgehäuse 15 wird vorzugsweise aus drei Teilen gebildet (Fig. 1), und zwar aus einem mittleren Teil 15, einer auf das Gewindeende 130 der Spurstange 13 aufgeschraubten und durch eine Gegenmutter 28 gesicherten Büchse 26 und einem Deckel 27. Diese drei Teile werden durch Schraubenbolzen 29 fest zusammengehalten. Der bewegliche Steuerschieber 16 des Ventils 14 ist in der Mitte mit einem doppelten Steuerbund 30 und an beiden Enden mit je einem Steuerbund 31 größeren Durchmessers versehen. Zwischen dem mittleren Steuerbund 30 und den Endsteuerbunden 31 befindet sich ein Paar ringförmiger, miteinander in Verbindung stehender Kammern 32. Schultern 33 und 34 der Büchse 26 und des Deckels 27 und die Stirnflächen 35 des Gehäuses 15 bilden Anschläge für den Steuerschieber 16, wie nachstehend beschrieben wird.

Der Ventilschieber 16 hat einen zentralen Schaft 36, dessen erweitertes hohles Ende 360 die kugelförmigen Lag'erpfannen 37 für den Kugelzapfen 17 des Lenkstockhebels und eine Druckfeder 38 aufnimmt, Diese Feder sitzt auf einem Bolzen 40 eines Gewindestopf ens 39 und ist an der benachbarten Kugelpfanne 37 des Kugelzapfens 17 abgestützt. Die Büchse 26 hat eine nicht dargestellte öffnung, mit der eine Öffnung in dem Endstück 360 des Schaftes 36 fluchtet, durch die no das Kugelende no des'Lenkstockhebels eingeführt werden kann.

Auf dem an den erweiterten Teil 360 angrenzenden Endteil des Ventilschaftes 36 und dem anderen, dem Gehäusedeckel 27 zugekehrten Ende des Schaftes 36 sitzen eine Buchse 41, eine Widerlagerscheibe 42 und eine Druckscheibe 44 für eine das Ventil zentrierende Feder 43. Der mittlere Teil des Schaftes 36 trägt ein Ventil 45 mit abgestuften Führungsflächen, das aus zwei Teilen 450 zusammengesetzt ist. Das Ende 46 des Ventilschaftes 36 hat Gewinde für eine Schraubenmutter 47 zum Zusammenhalten der Ventilteile.

Die mittlere oder neutrale Stellung des Steuerschiebers 16 ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und wird durch die zentrierenden Ventilfedern 43

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zwischen den Scheiben42undi 44 nachgiebig auf recht-

. erhalten. Wenn der Steuerschieber 16 in einer von beiden Richtungen, z. B. nach links gemäß Fig. 3 und 4, bewegt wird, so berührt das Steuerventil 45 die links liegende Druckscheibe 44 und drückt die betreffende Feder 43 zusammen (Fig. 3 und 4).

Die Bewegung des Steuerschiebers 16 ist in den Fig. 3 und 4 stark vergrößert dargestellt. Einschlagen des Lenkrades von Hand bewirkt eine Schwenkung des Lenkstockhebels und folglich über den Steuerschieber 16 eine seitliche Bewegung der Spurstange 13.

Die zentrierenden Federn 43 werden vorzugsweise so stark gewählt, daß eine Relativbewegung des Steuerschiebers 16 im Gehäuse 15 so lange verhindert ist, als die von Hand ausgeübte Lenkkraft eine gewisse Größe, z.B. 1,5 kg, nicht überschreitet. Wenn die von Hand ausgeübte Lenkkraft größer ist als 1,5 kg, wird die Kraftlenkung wirksam und der Steuerschieber 16 aus der in den Fig. 1 und 2 gezeigten neutralen Lage nach links bewegt, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wobei das Ausmaß seiner Bewegung von der Größe der auf das Lenkrad ausgeübten über 1,5 kg hinausgehenden Kraft abhängig ist.

Das Ventilgehäuse 15 hat eine Einlaßöffnung 50 für die Druckflüssigkeit, zwei Auslaß öffnungen 51 zum Flüssigkeitsbehälter und zwei zu dem Servozylinder führende öffnungen 52, die mittels biegsamer Schlauchleitungen mit den beiden Seiten des ' Servozylinders verbunden sind. An Stelle eines doppelt wirkenden Servozylinders können zwei einfach wirkende Zylinder oder mit anderen flüssigen Mitteln betriebene Servomotoren treten, und die beiden Auslaßöffnungen 51 des Steuerventils 14 können innerhalb des Ventils 14 oder eines Verteilungsrohres zu einem einzigen Auslaß vereinigt werden.

Das Ventilgehäuse 15 ist ferner mit einem Paar ringförmiger Einlaßkanäle 53, die mit dem Einlaßkanal 50 in Verbindung stehen, und einem Paar ringförmiger Auslaßkanäle 54 versehen, die mit den Auslaßöffnungen 51 Verbindung haben. Zwischen jedem ringförmigen Einlaßkanal 53 und jedem Auslaßkanal 54 liegt eine Öffnung 52, die zu der jeweils beaufschlagten Seite des Servozylinders führt.

In der neutralen Stellung tritt die Druckflüssigkeit von der Pumpe durch die Einlaßöffnung 50 in das Ventilgehäuse ein und durch die ringförmigen Einlaßkanäle 53 und die Druckschlitze 55 in die ringförmigen Kammern 32. Aus den Kammern 32 tritt Flüssigkeit in die ringförmigen Auslaßkanäle 54 und die Auslaßöffnungen 52. Die" Räume 56 zwischen den ringförmigen miteinander verbundenen Kammern 32 und den ringförmigen Auslaßkanälen 54 werden Überlaufschlitze genannt. Aus den ringförmigen Auslaßkanälen 54 strömt die Flüssigkeit zu dem Ölbehälter zurück. Aus den Öffnungen 52 fließt sie zu dem Servozylinder.

Das hydraulische System ist also ein Kreislaufsystem, bei dem unter Druck stehende Flüssigkeit jederzeit verfügbar ist, um auf das Lenkgestänge hydraulische Lenkkraft zu übertragen, wenn der Steuerschieber 16 eine Bewegung ausführt.

Wenn beim Nehmen einer Linkskurve der Widerstand der Handlenkung das vorgesehene Maß überschreitet, wird das Steuerventil 14 aus seiner in Fig. ι dargestellten neutralen Stellung nach links in die in Fig. 3 gezeichnete Stellung bewegt. Dabei wird der Druckschlitz 55 links von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 geschlossen, und die Flüssigkeit kehrt aus dem einen Ende des Servozylinders über die Öffnungen 52 und 51 zur Linken des Einlaßkanals 53 zu dem Behälter zurück. Der Überlaufschlitz 56 zwischen dem ringförmigen Auslaßkanal 54 und der Kammer 32 links von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 wird weiter geöffnet. Jetzt wird Flüssigkeit unter Druck durch den Einlaßschlitz 50, die ringförmigen Einlaßkanäle 53 und den vollgeöffneten Druckschlitz 55 durch die Kammer 32, die Öffnung 52 rechts von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 und von dort zu dem anderen Ende des Servozylinders geleitet; gleichzeitig fließt etwas von der unter Druck stehenden Flüssigkeit aus der Kammer 32 durch den teilweise geschlossenen Überlaufschlitz 56 rechts von dem Einlaßkanal 53 zu dem Behälter. Dadurch wird der Stoß bei Beginn der Kraftlenkung auf das Lenkgestänge gedämpft, der sonst auftreten würde, wenn die Überlaufschlitze 56 nicht größer und breiter als die Druckschlitze 55 wären.

Zusätzliche von Hand ausgeübte Lenkkraft bewirkt eine weitere Bewegung des Ventilschiebers 16 nach links bis in die Stellung nach Fig. 4, bei der die volle hydraulische Lenkkraft zur Wirkung kommt. In dieser Stellung bleibt der Druckschlitz 55 links von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 geschlossen, und Flüssigkeit wird von dem einen Ende des Servozylinders durch die öffnung 52 und die Auslaßöffnung 51 links von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 zu dem Behälter zurückgeleitet. Der Überlauf schlitz 56 zwischen dem ringförmigen Auslaßkanal 54 und der Kammer 32 links von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 hat seine volle Offenstellung eingenommen. Von der Pumpe kommende Druckflüssigkeit wird weiterhin durch die Einlaßöffnung 50, den ringförmigen Einlaßkanal 53 und den voll geöffneten Druckschlitz 55 durch die Kammer 32 und die öffnung 52 rechts von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 geleitet. Nun wird Flüssigkeit unter Druck über die öffnung 52 rechts von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 dem anderen Ende des Servozylinders zugeführt, ohne irgendwie zu dem Behälter zu gelangen, da der Überlaufschlitz 56 rechts von dem ringförmigen Einlaßkanal 53 vollkommen geschlossen ist. Auf diese Weise wird der ganze verfügbare hydraulische Druck von der Pumpe dem Servozylinder zugeführt. Die Zunahme der Kraftlenkleistung von der anfänglich gedämpften bis zu ihrer vollen Wirkung erfolgt also allmählich, und sie ist proportional zu der an dem Lenkrad von Hand ausgeübten Kraft, die erforderlich ist, um die Kraft oder die Kräfte zu überwinden, die der Lenkung Widerstand leisten und dauernd versuchen, den Ventil-

schieber 16 in seine neutrale Mittellage zurückzuführen.

Ein Rückschlag-Kugelventil kann zwischen dem ringförmigen Einlaßkanal 53 und einem Auslaßkanal 54 eingebaut werden, um einen Umlauf der Flüssigkeit innerhalb des Systems zu ermöglichen, wenn die Pumpe versagt oder bei abgestelltem Motor eine Lenkung durch Anschieben oder Schleppen des Fahrzeuges vorgenommen wird.

Da der mittlere Steuerbund 30 des Ventilschiebers 16 kleiner im Durchmesser ist als die Endsteuerbunde 31, haben die nach innen gerichteten Ringflächen 310 der größeren Endsteuerbunde 31 einen größeren Flächeninhalt als die nach außen gewandten Ringflächen 300 des mittleren Steuerbundes 30. Daher übt der Flüssigkeitsdruck in den Kammern 32 einen stärkeren Druck gegen die Flächen 310 aus als gegen die Flächen 300, so daß der Ventilschieber 16, wenn er aus der Mittellage verschoben ist, einem resultierenden, auf seine mittlere oder neutrale Lage hin (Fig. 2) gerichteten Druck ausgesetzt ist. Je weiter der Ventilschieber 16 von der Mitte entfernt ist, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, um so größer wird der resultierende, zentrierende Druck;, je größer aber der Durchlaß durch die Überlaufschlitze 56 ist, der in Fig. 4 links ein Höchstmaß erreicht, um so geringer ist der hydraulische, zentrierende Einfluß auf den Ventilschieber 16.

Da die Drücke in den ringförmigen Einlaßkanälen S3 und 54 entsprechend dem Ausmaß der Bewegung des Steuerschiebers 16 aus seiner neutralen Lage zunehmen, erfährt der Fahrer am Steuerrad eine entsprechende Zunahme des Lenk-Widerstandes, empfindet also das Lenkgefühl, an das er bei der Handlenkung ohne zusätzliche Kraftlenkung gewöhnt ist.

Die Benutzung von Überlauf schlitzen, die sowohl größer im Durchmesser als auch breiter als die Druckschlitze im Gehäuse 15 sind, ist insofern besonders vorteilhaft, als das Steuerventil mit weniger Widerstand als sonst in die neutrale Lage zurückgebracht wird. Ein Steuerschieber, dessen Endsteuerbunde größeren Durchmesser aufweisen als die mittleren Steuerbunde, stellt nicht nur ein wirksames Mittel zur Rückführung des Steuerschiebers dar, sondern verringert auch jedes Verzögern oder Verlangsamen in der selbsttätigen Rückführung des Lenkgetriebes oder der Umlenkung in die entgegengesetzte Richtung, wenn die Kraftlenkung ausgeschaltet ist.

Die Wirkung, die entsteht, wenn die Überlaufschlitze sowohl breiter als auch im Durchmesser größer als die Druckschlitze gemacht werden, kann erreicht werden, wenn die Überlaufschlitze und Druckschlitze gleich breit und die Überlaufschlitze im Durchmesser größer als die Druckschlitze gemacht werden, so daß die Überlaufschlitze immer noch einen größeren Flächeninhalt aufweisen als die Druckschlitze. Dies kann durch Bemessung der Durchmesser der mittleren Steuerbunde und der Endsteuerbunde im richtigen Verhältnis allein oder zusätzlich durch Vergrößerung der Weite der Überlaufschlitze erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Hydraulische Hilfskraftlenkung mit Flüssigkeitsumlauf und einem vom Lenkrad betätigbaren Steuerschieber eines Steuerventils für den Servomotor, wobei in der neutralen Stellung des einen mittleren und zwei Endsteuerbunde aufweisenden Steuerschiebers die Überlaufschlitze im Steuerventil breiter als die Druckschlitze sind, nach Patent 927 616, dadurch gekennzeichnet, daß die Endsteuerbunde einen größeren Durchmesser haben als der mittlere Steuerbund.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 729091; schweizerische Patentschrift Nr. 231 814; USA.-Patentschriften Nr. 2 314 165, 2368741, 2 427 340, 2 487 618, 2 557 936, 2 521 652.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 554 7.56