AT398743B - Servolenkung für ein fahrzeug, insbesondere ein motorboot - Google Patents

Description

AT 398 743 B

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Motorboot, mit einem Steuerorgan und einer davon über einen Seilzug mit Seele und Hülle betätigbaren Steuereinrichtung, wobei die Seele unmittelbar mechanisch und die Hülle über ein Steuerventil und einen Stellzylinder hydraulisch mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht.

Derartige Anordnungen sind beispielsweise aus der US-PS 4 295 833 bzw. der DE-OS 40 39 425 bekannt und werden beispielsweise für ieistungsstärkere Motorboote eingesetzt, die sich ohne eine derartige hydraulische Kraftunterstützung nur sehr schwer lenken lassen. Es wird dabei das Prinzip des Kraftvergleichs ausgenützt, wobei bei Betätigung des Steuerorganes (insbesonders händischer Betätigung eines Steuerrades od. dgl.) nicht nur über die bestehende mechanische Verbindung der Seele des Seilzuges ein Drehmoment auf die Steuereinrichtung ausgeübt wird, sondern zugleich auch eine Druckmittelverbindung zu bzw. von dem jeweils gewünschten Arbeitsraum des Stellzylinders gesteuert wird, sodaß die am Steuerorgan bzw. Steuerrad ausgeübte Lenkkraft in der erforderlichen Richtung verstärkt wird. Die Betätigung des hydraulischen Steuerventils erfolgt dabei durch die auftretende Verformung des Seiizuges -wenn nach erfolgter Verstellung der Steuereinrichtung die Verformung des Seilzuges über das Steuerorgan wieder aufgehoben wird, kehrt das Steuerventil in seine Mittelstellung zurück, womit die Verstellung der Steuereinrichtung abgeschlossen ist.

Ein Nachteil der bekannten Anordnungen der genannten Art ist insbesonders darin begründet, daß derartige Servolenkungen in sich geschlossene Regelkreise darstellen, welche aufgrund unvermeidlicher Toleranzen bzw. Spiel im Seilzug, in den Bolzen u. dgl. sehr zu Schwingungen neigen, was Probleme bei der Lenkung bedingen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Servolenkung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die angeführten Nachteile der bekannten derartigen Anordnungen vermieden werden und daß insbesonders mit einfachen Mitteln ein Schwingen des Regelkreises der hydraulischen Lenkverstärkung verhindert wird.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Hülle bzw. der damit verbundene Steuerkolben des Steuerventils eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der axialen Bewegung des Steuerkolbens aufweist. Wird nun die Servolenkung durch eine Störkraft oder andere Umstände zum oben beschriebenen Schwingen angeregt und dabei der Steuerkolben des Steuerventils axial ausgelenkt, so wird diese Auslenkung durch die beschriebene Dämpfungseinrichtung in beiden möglichen Bewegungsrichtungen gedämpft, womit der Steuerkolben und damit die Hydraulik der Servolenkung binnen kürzester Zeit wieder in Mittel- bzw. Ruhestellung ist. An sich wäre es zu diesem Zweck auch möglich, in die Zu- und Abströmkanäle des hydraulischen Stellzylinders entsprechende Drosseln einzubauen, die die Bewegung des Stellkolbens selbst hydraulisch dämpfen. Obwohl diese Art der Dämpfung sehr effektiv ist, ist sie aber in Herstellung, Montage und Wartung relativ teuer und damit nicht für alle Anwendungen geeignet, wogegen die oben beschriebene Lösung nach der vorliegenden Erfindung die Bewegung des Steuerkolbens direkt auf relativ einfach zu bewerkstelligende Weise beeinflußt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dämpfungseinrichtung einen auf der Hülle bzw. dem Steuerkolben feststehend angeordneten Dämpfungskolben aufweist, der zur hydraulischen Dämpfung jeweils in einen von zwei beidseitig vorgesehenen, ölgefüllten Dämpfungsräumen eintaucht. Dies ergibt eine besonders einfache Art der Dämpfung der Bewegung des Steuerkolbens, die noch dazu verschleißfrei und praktisch wartungsfrei arbeitet.

Im letztgenannten Zusammenhang besonders vorteilhaft ist eine weitere Ausbildung der Erfindung, gemäß welcher der Dämpfungskolben beidseits der Mittelstellung der Hülle bzw. des Steuerkolbens einen freien, ungedämpften Weg bis zum dämpfenden Eintauchen in den jeweiligen Dämpfungsraum aufweist. Damit können im Bereich der Mittelstellung der hydraulischen Komponenten der Servolenkung schnelle Ausgleichsbewegungen ungedämpft erfolgen, was beispielsweise dazu ausgenützt werden kann, Rückkoppelungen von der Steuereinrichtung her rasch gegenzusteuern. Weiters ermöglichen diese ungedämpften Wegstrecken auch eine relativ einfache Versorgung der Dämpfungsräume mit Öl- bzw. Hydraulikmedium auch bei der anfänglichen Inbetriebnahme der Servolenkung.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung kann im Steuerkolben eine Einfräsung vorgesehen sein, die in der Mittelstellung des Steuerkolbens über einen Ringraum mit den beiden Dämpfungsräumen verbunden ist. Durch diese Maßnahme wird eine sichere Befütterung der Dämpfungsräume mit Öl gewährleistet.

Die Dämpfungsräume können nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aber auch über separate Bohrungen bzw. Kanäle mit Hydraulik-medium versorgt sein, wobei dann die angeführten freien Wegstrecken bzw. die entsprechenden negativen Überschneidungen für die Ölbefüllung der Dämpfungsräume nicht mehr unumgänglich sind.

Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig.1 zeigt dabei einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße 2

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Servolenkung, die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung des Details II aus Fig. 1 in unterschiedlichen Stellungen der Servolenkung und Fig. 4 zeigt in einem den Fig. 2 und 3 entsprechenden Detailschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Servolenkung besteht im wesentlichen aus einem hier als Steuerorgan dienenden Steuerrad 1, einer Baueinheit 2 für die hydraulische Lenkunterstützung und einer Steuereinrichtung 3, beispielsweise dem Ruder oder dem sogenannten Z-Antrieb eines Motorboots. Davon abgesehen könnte die Steuereinrichtung 3 aber natürlich auch in die Lenkung eines Landfahrzeuges integriert bzw. auf diese wirkend sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Steuereinrichtung 3 als auch die Baueinheit 2 um je eine beispielsweise im Bootskörper eines nicht weiter dargestellten Motorbootes ortsfest angeordnete Achse 4 schwenkbar gelagert.

Das Steuerrad 1 ist auf ebenfalls nicht dargestellte Weise beispielsweise am Bootskörper ortsfest verankert. Vom Steuerrad 1 führt ein Seilzug 5, der eine Hülle 6 und eine Seele 7 aufweist, zur Baueinheit 2, welche im wesentlichen aus dem Steuerventil 8 und einem Stellzylinder 9 besteht. Im Stellzylinder 9 sind ein Stellkolben 10 und die entsprechende Kolbenstange 11 angeordnet. Die Kolbenstange 11 ist auf hier nicht weiter dargestellte Weise abgedichtet durch das Gehäuse 12 nach außen geführt und formschlüssig mit einem Hebel 13 verbunden, der seinerseits über einen Bolzen 14 mit der Steuereinrichtung 3 in Verbindung steht.

Der im Ventilgehäuse 12 untergebrachte Kolben 15 des Steuerventiles 8 ist hier als Schieber ausgebildet und über eine Gewindemutter 16 mit der Hülle 6 des Seilzuges 5 verbunden. Der Kolben 15 wird nach außen an der in der Darstellung oberen und unteren Seite mit je einer Dichtung 20 abgedichtet. Ein Bolzen 25 verbindet weiters den Hebel 13 mit der Seele 7 und stellt damit eine starre Verbindung zwischen Seele 7, Hebel 13 und Kolbenstange 11 her.

Das Gehäuse 12 ist mit den erforderlichen Anschlüssen für eine Druckmittelpumpe 26 und einen zu einem nicht weiter dargestellten Tank führenden Anschluß 27 versehen. Mittels eines Kanals 28 ist der Ringraum 29 mit dem Zylinderraum 30 verbunden, der an der der Kolbenstange 11 abgewendeten Seite des Stellzylinders 9 ausgebildet ist. Ein weiterer Kanal 31 verbindet seinerseits den Ringraum 32 am Steuerventil 8 mit dem Zylinderraum 33 auf der Seite der Kolbenstange 11. Die beiden Ringräume 34 und 35 für den Tankanschluß sind über eine hier nicht dargestellte Bohrung miteinander verbunden.

Die dargestellte Servolenkung arbeitet nach dem Prinzip des Kraftvergleichs. Durch Betätigung des Steuerrades 1 wird nicht nur über die bestehende mechanische Verbindung durch die Seele 7 ein Drehmoment auf die Steuereinrichtung 3 ausgeübt, sondern es wird zugleich auch die Druckmittel zu- bzw. -abfuhr zu bzw. von dem jeweils gewünschten Zyiinderraum 30 bzw. 33 gesteuert, so daß die Lenkkraft in der gewünschten Richtung verstärkt wird. Die Betätigung des Kolbens 15 des Steuerventils 8 erfolgt dabei über eine Verformung des Seilzuges 5. Wenn nach erfolgter Verstellung der Steuereinrichtung 3 die Verformung des Seilzuges 5 aufgehoben wird, kehrt der Kolben 15 wieder in seine Mittelstellung zurück, womit die Verstellung der Steuereinrichtung 3 abgeschlossen ist.

In der Mittelstellung des Kolbens 15 sind die beiden Zylinderräume 30 bzw. 33 jeweils drucklos über die beiden Kanäle 28 und 31 und die Ringräume 34 und 35 mit dem Tankanschluß 27 verbunden.

Die Betätigung der Servolenkung über den Seilzug 5 geschieht folgendermaßen: Wenn das Steuerrad 1 gegen den Uhrzeigersinn nach links gedreht wird, wird die Seele 7 des Seilzuges auf Zug beansprucht, wobei über den Bolzen 25, den Hebel 13 und die Kolbenstange 11 eine Kraft in Richtung "Einfahren" auf den Stellkolben ausgeübt wird. Ebenso bewegt sich damit die Steuereinrichtung 3 in die gewünschte Drehrichtung im Uhrzeigersinn. Die Seele 7 des Seilzugs 5 versucht nun, innerhalb der Hülle 6 eine gestreckte Lage einzunehmen, wobei sich die Hülle 6 dieser gestreckten Lage anpaßt und den Kolben 15 in der Darstellung nach unten verschiebt. In dieser Stellung ist der Druckmittelanschluß 26 über den Ringraum 36, den Kanal 31 und den Zylinderraum 33 verbunden - ebenso ist dabei der Zylinderraum mit dem Tankanschluß 27 verbunden. Dies hat zufolge, daß das in den Zylinderraum 33 einfließende Druckmedium den Stellkolben 11 gleichfalls in Richtung "Einfahren" verstellt. Die gewünschte Betätigung der Servolenkung erfolgt damit mit Hilfe des Stellzylinders 9.

Bei Bewegung des Steuerrades 1 im Uhrzeigersinn sind lediglich die vorher beschriebenen Bewegungsrichtungen umzudrehen, wobei der Stellkolben 10 in Richtung "Ausfahren" verstellt wird.

Wie der obigen Beschreibung der Servolenkung zu entnehmen ist, handelt es sich dabei um einen geschlossenen Regelkreis. Da beispielsweise im Seilzug 5, im Lenkgetriebe 17, in den Bolzen 25 und 14 usw. aus konstruktiven Gründen Spiel nicht zu vermeiden ist, neigt dieser Regelkreis unter verschiedenen Umständen zu Schwingungen, die natürlich die Handhabbarkeit und allgemeine Brauchbarkeit der Servolenkung beieinträchtigen. Um diesen Nachteil zu beseitigen ist vorgesehen, daß die Hülle 6 bzw. der damit verbundene Steuerkolben 15 des Steuerventils 8 eine Dämpfungseinrichtung 18 zur Dämpfung der axialen Bewegung des Steuerkolbens 15 aufweist. In der Dämpfungseinrichtung 18 ist zu diesem Zweck ein auf 3

Claims (5)

1. AT 398 743 B dem Steuerkolben 15 feststehend angeordneter Dämpfungskolben 19 vorgesehen, der zur hydraulischen Dämpfung der axialen Bewegung des Steuerkolbens 15 jeweils in einen von zwei beidseitig vorgesehenen, ölgefüllten Dämpfungsräumen 24 eintaucht. Der Dämpfungskolben 19 hat beidseits der Mittelstellung der Hülle 6 bzw. des Steuerkolbens 15 einen freien, ungedämpften Weg bis zum dämpfenden Eintauchen in 5 den jeweiligen Dämpfungsraum 24, sodaß sich unmittelbar um die Mittelstellung eine freie ungedämpfte Beweglichkeit des Steuerkolbens 15 ergibt. Da zu Beginn beispielsweise einer Fahrt mit einem mit einer derartigen Servolenkung ausgerüsteten Motorboot die Dämpfungsräume 24 möglicherweise nicht mit Hydrauliköl gefüllt sind, ist bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsvariante vom Ringraum 34 aus über eine negative Überdeckung 21, eine io Einfräsung 22 (im Steuerkolben 15), eine negative Überdeckung 23 im Dämpfungsraum 24, eine weitere negative Überdeckung 36, eine Einfräsung 37 im Gehäuse 12 und die negative Überdeckung 38 eine Verbindung bis zum in der Darstellung unteren Dämpfungsraum 24 geschaffen, die eine zuverlässige Ölversorgung der Dämpfungseinrichtung 18 mit Hydrauliköl sicherstellt. In der dargestellten Ausführung wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Steuerkolben 15 und 15 Dämpfungskolben 19 mittels Sicherungsringen 39 hergestellt. Als Anschlag für die mögliche Bewegung des Steuerkolbens 15 dient nach oben hin die Zusammenwirkung zwischen .Dämpfungskolben 19 und entsprechendem Ansatz am Gehäuse 12 - nach unten hin steht der Dämpfungskolben 19 am Ende der erlaubten Bewegung des Steuerkolbens 15 an einem eingesetzten Ring 40 an. Wird die dargestellte Servolenkeinheit durch eine Störkraft oder andere Umstände zum Schwingen 20 angeregt und dabei der Steuerkolben 15 zum Beispiel nach unten in der Darstellung ausgelenkt, so ist dies ausgehend von der in Fig. 1 ersichtlichen Mittelstellung nur soweit ungedämpft möglich, bis entsprechend Fig. 3 die kurze negative Überdeckung 38 überfahren ist; danach muß das Öl im zugeordneten, unteren Dämpfungsraum 24 Über den Spalt 41 fließen, wodurch der Steuerkolben 15 hydraulisch gedämpft und die Servolenkung stabilisiert ist. 25 Bei einer Auslenkung des Steuerkolbens 15 in der Darstellung nach oben (gemäß Fig. 2) überfährt zuerst der Dämpfungskolben 19 die negative Überdeckung 36, wobei auch die negative Überdeckung bei 23 schließt. Somit ist der entsprechende Dämpfungsraum 24 abgesperrt und das Hydrauliköl gezwungen über den Spalt 42 zu fließen. Auch damit ist der Steuerkolben 15 und damit die gesamte Servolenkung entsprechend hydraulisch gedämpft. 30 Außer der Sicherung der Ölbefüllung der Dämpfungsräume 24 haben die genannten negativen Überdeckungen unter Umständen noch die Aufgabe, bei Auftreten kurzer und plötzlicher Rückwirkungskräfte von der Steuereinrichtung 3 her, kurze, ungedämpfte und damit schnelle Reaktionsbewegungen des Steuerkolbens 15 zu ermöglichen, um diese Rückwirkungskräfte auszugleichen. Die in Fig. 4 ersichtliche andere Ausführung unterscheidet sich im wesentlichem nur darin von der 35 bisher besprochenen, daß hier nun die Dämpfungsräume 24 über eine separate Bohrung bzw. einen Kanal 43 mit Hydrauliköl gefüllt werden, welches vom Ringraum 34 zugeleitet wird. Bezüglich der anderen Merkmale und Vorteile der Ausführung nach Fig. 4 wird zur Vermeidung von Wiederholungen nur ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zu der Anordnung nach den Fig. 1-3 verwiesen. Abgesehen von der dargestellten und beschriebenen hydraulischen Dämpfung des Steuerkolbens 15 40 könnte natürlich die Dämpfungseinrichtung 18 auch auf andere, geeignete und bekannte Weise ausgeführt werden - so wäre beispielsweise eine Reibungsdämpfung oder ähnliches durchaus möglich, soweit damit nur unerwünschte Schwingungen in der Bewegung des Steuerkolbens bzw. der Servolenkung insgesamt unterdrückt werden. 45 Patentansprüche 1. Servolenkung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Motorboot, mit einem Steuerorgan und einer davon über einen Seilzug mit Seele und Hülle betätigbaren Steuereinrichtung, wobei die Seele unmittelbar mechanisch und die Hülle über ein Steuerventil und einen Stellzylinder hydraulisch mit der Steuerein- 50 richtung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (6) bzw. der damit verbundene Steuerkolben (15) des Steuerventils (8) eine Dämpfungseinrichtung (18) zur Dämpfung der axialen Bewegung des Steuerkolbens (15) aufweist.
2. 2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung (18) einen 55 auf der Hülle (6) bzw. dem Steuerkolben (15) feststehend angeordneten Dämpfungskolben (19) aufweist, der zur hydraulischen Dämpfung jeweils in einen von zwei beidseitig vorgesehenen, ölgefüllten Dämpfungsräumen (24) eintaucht. 4 AT 398 743 B
3. 3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (19) beidseits der Mittelstellung der Hülle (6) bzw. des Steuerkolbens (15) einen freien, ungedämpften Weg bis zum dämpfenden Eintauchen in den jeweiligen Dämpfungsraum (24) aufweist.
4. 4. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkolben (15) eine Einfräsung (22) vorgesehen ist, die in der Mittelstellung des Steuerkolbens (15) über einen Ringraum (34) mit den beiden Dämpfungsräumen (24) verbunden ist.
5. 5. Servolenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsräume (24) über separate Bohrungen bzw. Kanäle (22,43) mit Hydraulikmedium versorgt sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5