Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Lenkhilfesystem mit einem Tank und mit einer Lenkhelfpumpe, welche Druckmittel aus einem Saugbereich ansaugt und unter Druck ins Lenkhilfesystem fördert.

Derartige Lenkhilfesysteme sind bekannt. Dabei ergibt sich das Problem, dass Kavitation durch zu niedrige Saugdrücke an der Lenkhelfpumpe auftritt und damit die Drehzahl und die Fördermenge der Lenkhelfpumpe beschränkt ist. Anderenfalls erfordern derartige Lenkhelfpumpen aufwendige, teure Injektorkonstruktionen, um höhere Saugdrücke zu realisieren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Lenkhilfesystem darzustellen, welches diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches Lenkhilfesystem mit einem Tank und mit einer Lenkhelfpumpe, welche Druckmittel aus einem Saugbereich ansaugt und unter Druck ins Lenkhilfesystem fördert, wobei der Saugbereich des Lenkhilfesystems hermetisch von der Atmosphäre abgekoppelt ist und eine Ventilvorrichtung zum Aufbau eines Vorspanndrucks im Saugbereich aufweist. Bevorzugt wird ein Lenkhilfesystem, bei welchem die Ventilvorrichtung ein Rückschlagventil zum Luftansaugen bei Unterdruck im Saugbereich aufweist und ein Druckbegrenzungsventil bzw. Vorspannventil zum Luftablassen bei Überdruck im Saugbereich aufweist.

Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, dass die Abkoppelung des Niederdruckbereichs bzw. Saugbereichs eines Lenksystems von der Atmosphäre durch Verwendung eines hermetischen Tanks bzw. eines hermetisch abgedichteten Saugbereiches in Verbindung mit einer Zusatzeinrichtung, welche das erforderliche Druckniveau im Saugbereich regelt, zu einer Verbesserung des Ansaugdruckes der Pumpe führt. In heute üblichen Lenksystemen ändert sich durch den Temperaturgang während des Betriebes ständig der Pegelstand des Druckmittels im Behälter bzw. Tank. Über eine Entlüftung wird dafür gesorgt, dass man immer Ausgleichsdruck zur Umgebung hat, unabhängig vom Pegelstand im Behälter. Ersetzt man die Entlüftung durch ein selbstansaugendes Druckbegrenzungsventil, kann man die Pegeländerungen des Öls in Verbindung mit diesem Ventil dazu nutzen, den Behälterinnendruck und damit den Saugdruck der Pumpe gezielt zu regeln. Dabei übernimmt die Flüssigkeitssäule im Tank die Funktion einer Kolbenpumpe.

Ein erfindungsgemäßes Lenkhilfesystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Öffnungsdruck des Rückschlagventils kleiner ist, ggf. wesentlich kleiner als der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils. Das hat den Vorteil, dass bei niedrigen Temperaturen schon durch geringes Abfallen des Druckes im Behälter das Rückschlagventil öffnet und Luft aus der Umgebung in den Behälter gesaugt wird, bis annähernd ein Druckausgleich zur Atmosphäre erreicht ist. Die Druckdifferenz, welche am Rückschlagventil abfällt, soll also möglichst klein sein. Bei ansteigenden Temperaturen im Betrieb durch den Ölpegelanstieg im Tank und durch dieses zusätzliche Luftvolumen wird dann ein Überdruck im System erzeugt. Bei Überschreiten eines definierten Druckes kann jederzeit durch das Druckbegrenzungsventil wieder Luft abgeblasen werden. Der Druck im Saugbereich ist so ohne weitere Hilfsmittel selbständig einregelbar, und der maximale Ansaugdruck der Lenkhelfpumpe wird durch den Öffnungsdruck dieses Druckbegrenzungsventils bestimmt. Eine Voreinstellung des Systems beim Öffnen des Behälters oder bei der Erstbefüllung ist nicht zwingend erforderlich, da nach dem Start durch Erwärmung des Systems diese Effekte selbsttätig eintreten.

Bevorzugt wird ein Lenkhilfesystem, bei welchem beide Ventilfunktionseinheiten als eine Ventilvorrichtung bzw. Ventilbaugruppe in einem gemeinsamen Ventilgehäuse angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass beide Ventilfunktionseinheiten, also die für die vorher beschriebenen Funktionen notwendige Ventilbaugruppe, als eine Einheit im Saugbereich angeordnet werden können und dort beispielsweise diese Einheit gegen eine Befüllkappe eines Tanks bzw. Behälters ausgetauscht werden kann. Somit können vorhandene Systeme leicht auf Druckvorspannung im Saugbereich umgestellt werden. Es können auch vorhandene Behälter nachgerüstet werden.

Ein erfindungsgemäßes Lenkhilfesystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventilsitzhülse des Rückschlagventils gleichzeitig mit dem Schließkörper des Rückschlagventils, insbesondere einer Kugel, einen Druckbegrenzungsventilkolben darstellt. Auch wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei dem die Druckbegrenzungsfunktion realisiert wird, indem die Ventilsitzhülse mit dem Rückschlagventilschließkörper bzw. der Kugel gegen einen Aufstoßbolzen fährt, welcher den Schließkörper bzw. die Kugel vom Sitz wegdrückt, also das Rückschlagventil öffnet. Das Rückschlagventil wird also einmal durch Unterdruck im Saugbereich gegen seine Schließfeder geöffnet und ein zweites Mal durch einen Bolzen bei Überdruck im Saugbereich. Das Rückschlagventil weist damit zwei verschiedene Betätigungsarten auf.

Bevorzugt wird ein Lenkhilfesystem, bei welchem der Aufstoßbolzen an einer Hülse mit Durchlassöffnungen angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass der Aufstoßbolzen durch die Hülse si-

cher geführt wird und trotzdem eine Luftdurchführung von der Atmosphäre in den Tank innerhalb des Ventilgehäuses durch die Durchlassöffnungen möglich ist.

Auch wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei welchem der Schließkörper bzw. die Kugel des Rückschlagventils durch eine erste, schwache Feder gegen des Sitz gedrückt wird. Die schwache Feder sorgt dafür, dass das Rückschlagventil schon bei einem geringen Unterschreiten des Atmosphärendrucks im Saugbereich öffnet und damit den Druckausgleich und den Anstieg des Luftvolumens im Behälter gewährleistet.

Weiterhin wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei welchem die Ventilsitzhülse durch eine zweite, stärkere Feder gegen einen Anschlag im Ventilgehäuse gedrückt wird, also weg vom Aufstoßbolzen. Das hat den Vorteil, dass durch die stärkere Feder in Verbindung mit der Kolbenfläche, welche die Druckbegrenzungsfunktion wahrnimmt, ein entsprechend hoher Vorspann- bzw. Aufladedruck für den Saugbereich der Lenkhelfpumpe einstellbar ist.

Auch wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei welchem das Ventilgehäuse eine Ventilsitzhülse, ein Kugelrückschlagventil, eine erste Feder, eine zweite stärkere Feder, einen Aufstoßbolzen mit einer Hülse mit Durchlassöffnungen und eine Öffnung zur Atmosphäre aufweist. Das hat den Vorteil, dass diese eine Ventilbaugruppe zwei Ventilfunktionen konstruktiv in sich vereint, nämlich die eines Rückschlagventils und eines Druckbegrenzungsventils, und damit an beliebigen Orten im Saugbereich des Lenkhilfesystems einsetzbar ist bzw. dort vorhandene Belüftungseinrichtungen ersetzen kann, um so den Saugbereich unter Atmosphärendruck gegen einen Saugbereich mit Vorspanndruck abzuändern.

Auch wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei welchem das Ventilgehäuse im oder am Tank, oder am Tankdeckel angeordnet ist.

Ein erfindungsgemäßes Lenkhilfesystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Ölsäule im Tank als Kolben zur Vorspannung bzw. zur Ansaugung der Luft im Saugbereich bzw. Tank wirkt. Der Pegelstand im Tank ändert sich laufend durch den Temperaturgang des Öls und des Lenksystems während des Betriebs. Diese Änderung des Pegelstandes kann man zur Ansaugung und Komprimierung der Restluft im Öltank benutzen, indem man die Ölsäule im Tank als Kolben benutzt.

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Weiterhin wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei welchem durch die Vorspannung der Luft im Tank bzw. Saugbereich der Ansaugdruck der Lenkhelfpumpe erhöht wird. Das hat den Vorteil, dass Kavitation bei hohen Drehzahlen bzw. großen Fördermengen vermieden werden kann und gegebenenfalls teure Injektorkonstruktionen unnötig sind.

Auch wird ein Lenkhilfesystem bevorzugt, bei welchem die Ventilvorrichtung in eine vorhandene Befüllkappe des Tankes oder Saugbereiches integriert werden kann, also gegebenenfalls gegen die vorhandene Belüftungseinrichtung ausgetauscht werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Figur beschrieben:

Die Figur zeigt im Querschnitt eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung.

In einer Wand 1 eines Ölbehälters bzw. Tanks, welche beispielsweise zu dem Behälterdeckel gehören kann, ist eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 3 angeordnet. Während auf der Seite 5 der Behälterwand Atmosphärendruck herrscht, ist die Seite 7 der Behälterwand 1 dem Saugbereich des Lenkhilfesystems zugewandt, stellt also die Innenseite des Ölbehälters dar. Der Ölbehälter selbst und der Saugbereich des Lenkhilfesystems sind gegenüber dem Umgebungsdruck hermetisch abgedichtet. Die Ventilvorrichtung 3 weist ein Ventilgehäuse 9 auf. Im Ventilgehäuse 9 ist eine Ventilsitzhülse 11 verschieblich gelagert. Die Ventilsitzhülse 11 enthält einen kegeligen Ventilsitz 13, welcher als Ventilsitz für einen Schließkörper 15 in Gestalt einer Kugel dient. Die Kugel 15 und der Ventilsitz 13 sind zur besseren Kenntlichmachung der Einzelteile im geöffneten Zustand dargestellt, tatsächlich würde die Kugel 15 aber durch eine erste, relativ schwache Feder 17 gegen den Ventilsitz 13 gedrückt. Eine zweite, wesentlich stärkere Feder 19 drückt die Ventilsitzhülse 11 gegen einen Anschlag 21 des Ventilgehäuses 9. Die Feder 17 stützt sich dabei auf einer Lagerscheibe 23 ab, welche eine Öffnung 25 zum Innenraum des Tanks hin aufweist. Im oberen Teil des Ventilgehäuses 9 ist ein Aufstoßbolzen 27 an einer Abstützhülse 29 angeordnet, welche Durchlassöffnungen 31 aufweist und sich mit einem Kragen 33 innerhalb des Ventilgehäuses 9 gegen die zweite Feder 19 abstützt. Das Ventilgehäuse 9 weist weiterhin eine Öffnung 35 zur Atmosphäre hin auf.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung wird wie folgt beschrieben: Fällt der Druck innerhalb des Behälters, also im Bereich 7, in Folge niedriger Öltemperaturen bzw. niedriger Ölstandspegel im Behälter unter ein voreingestelltes Niveau, welches durch den Schließ-

druck des Rückschlagventils, durch die Kugel 15 und die Feder 17 gebildet, einstellbar ist, öffnet das Rückschlagventil 15, wie in der Figur dargestellt, und es wird Luft aus der Umgebung, also dem Bereich 5, durch die Öffnung 35 und durch die Öffnungen 31 vorbei an dem Aufstoßstift 27 und am Rückschlagventilkolben 15 durch die Öffnung 25 hindurch in den Behälter gesaugt, bis in etwa ein Druckausgleich zur Atmosphäre erreicht ist. Der Druck wird etwas niedriger als der Atmosphärendruck sein, was durch die Druckdifferenz, bedingt durch die Feder 17 und die Kolbenfläche 15 des Rückschlagventils definiert wird.

Bei ansteigenden Temperaturen des Druckmittels im Betrieb wird durch den Anstieg des Druckmittelpegels und damit durch Verdichten dieses zusätzlichen Luftvolumens zu dem schon vorhandenen Luftvolumen als auch durch Erwärmen und Ausdehnen der Luft ein Überdruck innerhalb des Hydrauliksystems im Saugbereich erzeugt. Bei Überschreiten eines maximalen Druckes, der jetzt durch die Summe der Kolbenfläche des Rückschlagventils 15 und der Kolbenfläche der Ventilsitzhülse 11 gegen die zweite Feder 19 definiert wird, verschiebt sich die Ventilsitzhülse 11 nach oben, bis die Kugel 15 gegen den Aufstoßbolzen 27 fährt und damit die Kugel 15 von ihrem Sitz 13 hinwegdrückt wird. Damit ist kein weiterer Druckanstieg im Ansaugbereich möglich, der Druck bleibt auf dem Niveau, welches durch die Feder 19 und die beiden zusammenwirkenden Druckwirkflächen des so genannten Druckbegrenzungsventils definiert ist. Der maximale Druck im Ansaugbereich, also der Vorspanndruck, ist also so ohne weitere Hilfsmittel selbstständig einstellbar.

Integriert man die Ventilvorrichtung 3 direkt in die Befüllkappe eines Ölbehälters, können vorhandene Systeme leicht auf vorgespannte Systeme umgestellt werden. Es können vorhandene Behälter nachgerüstet werden. Eventuell muss das Lenkgetriebe und die Lenkhelfpumpe für höhere Saugdrücke oder Stillstandsdrücke ausgelegt werden. Vorteil der Erfindung ist auf jeden Fall, dass durch den vorgespannten Ansaugdruck ein kavitationsfreier Betrieb von Lenkhelfpumpen bei deutlich höheren Drehzahlen bzw. Fördermengen möglich ist.

Bezuqszeichenliste

I Wand eines Ölbehälters 3 Ventilvorrichtung

5 Behälterwandseite mit Atmosphärendruck

7 Behälterwandseite im Saugbereich

9 Ventilgehäuse

I 1 Ventilsitzhülse

13 kegeliger Ventilsitz

15 Schließkörper (Kugel)

17 erste, schwache Feder

19 zweite, stärkere Feder

21 Anschlag des Ventilgehäuses 9

23 Lagerscheibe

25 Öffnung zum Innenraum des Tanks

27 Aufstoßbolzen

29 Abstützhülse

31 Durchlassöffnungen der Abstützhülse 29

33 Kragen der Abstützhülse 29

35 Öffnung des Ventilgehäuses 9 zur Atmosphäre