-
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Lenkungssysteme von Kraftfahrzeugen und genauer ausgedrückt Servolenkungssysteme von Kraftfahrzeugen, ob diese nun hydraulisch, elektrisch oder anders geartet sind.
-
Bei Servolenkungssystemen ist das Servodrehmoment oder die Servokraft, die von dem System bereitgestellt wird, um den Fahrer des Fahrzeugs zu entlasten, an das Drehmoment gebunden, das durch den Fahrer auf das Lenkrad des Fahrzeugs ausgeübt und auch als Lenkraddrehmoment bezeichnet wird. Dazu wird das Lenkraddrehmoment, anhand dessen die Stärke der Unterstützungswirkung gesteuert wird, durch einen Drehmomentsensor gemessen. Unter den verwendeten Drehmomentsensoren ist der geläufigste Sensor ein Winkelsensor, der einen Drehstab aus Metall verwendet und derart angeordnet ist, dass der Drehwinkel des Stabs eine steigende, insbesondere lineare Funktion des an das Lenkrad angelegten Drehmoments ist.
-
Insbesondere ist im Falle einer hydraulischen Servolenkung der Drehstab für gewöhnlich so in das Servoventil eingebaut, dass dieser Drehstab nicht nur das Drehmoment am Lenkrad misst, sondern auch noch in Abhängigkeit seines momentanen Drehwinkels die Verteilung der Hydraulikflüssigkeit durch das Servoventil direkt steuert.
-
Dieser Stand der Technik ist durch 1 der beigefügten Schemazeichnung dargestellt, die eine Längsschnittansicht eines herkömmlichen Servoventils und seiner angrenzenden Abschnitte des hydraulischen Lenkungssystems ist.
-
Das Servoventil, das hier insgesamt durch das Bezugszeichen 2 angegeben ist, umfasst einen drehenden Abschnitt 3, der mittels eines Drehstabs 4 mit einem Lenkritzel 5 verbunden ist, das mit der Zahnstange 6 der Lenkung in Eingriff gelangt, wobei eine Stößelvorrichtung 7 auf die Rückseite der Zahnstange 6 einwirkt, um diese gegen das Ritzel 5 zu drücken.
-
Der drehende Abschnitt 3 des Servoventils 2 ist von einem drehbaren Mantel 8 umgeben, der mit dem Ritzel 5 drehfest verbunden ist. Dieser drehende Abschnitt 3 ist auch über sein vom Ritzel 5 entferntes Ende mit der (nicht dargestellten) Lenksäule des betreffenden Fahrzeugs drehfest verbunden. Der drehende Abschnitt 3, das Ritzel 5 und der Mantel 8 sind somit entlang einer gemeinsamen Mittelachse A mit Hilfe von Lagern 10, 11 und 12 in einem Ventilgehäuse 9 gelagert.
-
Das Servoventil 2 umfasst auch noch hier nicht im Detail dargestellte, mit Öl gefüllte Kanäle und Kammern, die es ihm ermöglichen, sich im Gebrauch wie ein Hydraulikverteiler zu verhalten, der einen Öldruck bereitstellt, der eine steigende Funktion des Drehmoments am Lenkrad, anders ausgedrückt, des durch die Lenksäule an dieses Ventil 2 angelegten Drehmoments ist und den Drehstab 4 verformt. Der Öldruck und der sich daraus ergebende Ölaustrag versorgen die eine oder die andere der beiden mit der Zahnstange 6 verbundenen Zylinderkammern, um die Verschiebungskraft dieser Zahnstange 6 zu verstärken, wobei die Bewegungen der Zahnstange die Ausrichtung der Leiträder des betreffenden Fahrzeugs steuern.
-
Als Beispiel für ein solches Hilfsventil mit Drehstab wird auf die französischen Patentanmeldungen
FR 2 752 809 ,
FR 2 810 957 und
FR 2 869 864 verwiesen.
-
Im Falle einer elektrischen Servolenkung ist die Verwendung eines Drehstabs oder eines analogen verformbaren Elements immer noch in Verbindung mit einem elektrischen, magnetischen Sensor oder einem Dehnungsmesssensor möglich, der entweder den Drehwinkel oder direkt das Lenkraddrehmoment liefert – siehe zum Beispiel das
US-Patent 5975136 oder das deutsche Patent
DE 102 00 409 A1 .
-
Das Vorhandensein eines Drehstabs, der zwingend eine bestimmte Länge besitzen muss, um zu einem verwertbaren Drehwinkel zu führen, bringt im Falle einer hydraulischen Servolenkung einen erheblichen Platzbedarf des Servoventils oder insbesondere im Falle einer elektrischen Servolenkung einen erheblichen Platzbedarf irgendeines anderen als Drehmomentsensor verwendeten Teils des Lenkungssystems mit sich.
-
Außerdem stellt der Drehstab eine gänzlich metallische, also ungedämpfte Verbindung zwischen dem Mechanismus aus Ritzel und Zahnstange der Lenkung einerseits und der Lenksäule und/oder dem Lenkrad andererseits her, so dass er Geräusche und Schwingungen vollständig überträgt, die Belästigungen darstellen können und für den guten Funktionsablauf der Lenkung von Schaden sein können. Die Lösung für dieses Problem wird gegenwärtig nur durch das Hinzufügen eines beispielsweise aus Kautschuk bestehenden Dämpfungselements zum Ventil oder Drehstab geboten (siehe
US-Patent 5058695 ).
-
Eine weitere gattungsgemäße Kraftfahrzeugservolenkung wird in der Druckschrift
DE 35 22 268 C2 beschrieben, bei der ein auf die Antriebswelle ausgeübtes externes Drehmoment über Gummistücke auf die Antriebswelle übertragen wird.
-
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, allen diesen Nachteilen abzuhelfen, indem eine Lösung bereitgestellt wird, die den Drehstab und von daher seine Nachteile entfallen lässt, also eine Lösung, die eine kompaktere und einfachere Ausführung des Servoventils und jeglichen in einer Servolenkung als Lenkraddrehmomentsensor dienenden Teils zulässt, indem gleichzeitig eine Filterung der Geräusch- und Schwingungsanstiege ermöglicht wird.
-
Dazu hat die Erfindung eine Kraftfahrzeugservolenkung zum Gegenstand, die zwischen dem Lenkrad einerseits und dem Mechanismus mit Ritzel und Zahnstange andererseits einen Drehmomentsensor für das Lenkraddrehmoment aufweist, anhand dessen die Stärke der Unterstützungswirkung gesteuert wird, wobei sich der Drehmomentsensor aus einem Winkelsensor, der in der Lage ist, den Winkelabstand zwischen einem drehenden Abschnitt, der mit dem Lenkrad verbunden ist, und einem drehenden Abschnitt zu messen, der mit dem Ritzel verbunden oder durch dieses Ritzel selbst gebildet ist, zusammensetzt, wobei der Drehmomentsensor mindestens ein Teil aus nachgiebigem, in der Umfangsrichtung elastisch verformbarem Material aufweist, das zwischen dem drehenden Abschnitt, der mit dem Lenkrad verbunden ist, und dem drehenden Abschnitt, der mit dem Ritzel verbunden oder durch das Ritzel selbst gebildet ist, eingesetzt ist, wobei die Verformung dieses nachgiebigen Teils einen Messwert für den Winkel oder das Drehmoment liefert. Die Servolenkung zeichnet sich dadurch aus, dass das Material, aus dem das Teil besteht, ein nachgiebiges Material von der Art eines Elastomers oder thermoplastischen Elastomers ist, und dass das nachgiebige Teil eine allgemeine Ringform besitzt, jedoch mit nicht kreisförmigen inneren und äußeren Konturen, sodass es sich an den beiden drehenden Abschnitten festsetzen kann, wobei diese beiden drehenden Abschnitte koaxial zueinander angeordnet sind.
-
Somit wird nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung die Funktion des herkömmlichen Drehstabs durch ein aus einem nachgiebigen Material hergestelltes Teil sichergestellt, das von sich aus eine Winkelmessung ermöglicht, wobei dieses Teil zwischen einem ersten starren Abschnitt, der als Antriebswelle des Drehmomentsensors bezeichnet werden kann, und einem zweiten starren Abschnitt, der als Abtriebswelle desselben Drehmomentsensors bezeichnet werden kann, eingesetzt ist.
-
Da dieses nachgiebige Teil dazu berufen ist, sich in Abhängigkeit von der Größe des zu messenden Drehmoments auf progressive Weise zu verformen, sollte der Wert der Steifigkeit dieses Teils zweckmäßig gewählt werden, indem auf die Beschaffenheit des Materials, aus dem das nachgiebige Teil besteht, sowie auf die Geometrie dieses Teils gesetzt wird.
-
Was die Geometrie dieses nachgiebigen Teils anbelangt, so besitzt dieses eine allgemeine Ringform, jedoch mit nicht kreisförmigen inneren und äußeren Umrisslinien, damit es sich an den beiden drehenden Abschnitten festsetzen kann, wovon einer mit dem Lenkrad verbunden ist und der andere mit dem Ritzel verbunden oder durch das Ritzel selbst gebildet ist, wobei diese beiden drehenden Abschnitte koaxial verteilt sind.
-
Somit ist das nachgiebige Teil zwischen einer innenliegend angeordneten Antriebswelle des Drehmomentsensors und einer außenliegend angeordneten Abtriebswelle des Drehmomentsensors, oder umgekehrt, eingesetzt, wobei die inneren und äußeren Umrisslinien des nachgiebigen Teils winkelige Formen oder Formgebungen von der Art von Ausklinkungen zum Festsetzen an komplementären Formgebungen aufweisen können, die an den beiden drehenden Abschnitten, anders ausgedrückt, an der An- und Abtriebswelle des Drehmomentsensors vorgesehen sind. Darüber hinaus kann das Teil aus nachgiebigem Material Ausnehmungen umfassen, deren Anzahl, Abmessungen und Anordnung ausgewählt sind, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
-
Insbesondere ist das Teil aus nachgiebigem Material im Falle einer hydraulischen Servolenkung zwischen dem drehenden Abschnitt des Servoventils, wobei der drehende Abschnitt hier die Antriebswelle des Drehmomentsensors darstellt, und dem Ritzel einsetzbar, das dann die Abtriebswelle des Drehmomentsensors bildet, wobei das Ende des drehenden Abschnitts das Ende des Ritzels umschließt oder von diesem Ende umschlossen ist.
-
In der einfachsten Ausführung verbindet das Teil aus nachgiebigem Material direkt den drehenden Abschnitt, der die Antriebswelle des Drehmomentsensors bildet, mit dem drehenden Abschnitt, der die Abtriebswelle des Drehmomentsensors bildet, indem die drehfeste Verbindung zwischen diesen beiden Abschnitten oder Wellen sichergestellt wird.
-
Nach einer anderen Ausführung ist das Teil aus nachgiebigem Material zwischen einem innenliegenden, starren, ringförmigen Teil und einem außenliegenden, starren, ringförmigen Teil eingesetzt, um einen Einsatz zu bilden, der seinerseits zwischen der An- und Abtriebswelle des Drehmomentsensors eingefügt ist.
-
In der Gesamtheit erhält man auf diese Weise einen Drehmomentsensor, dessen Platzbedarf insbesondere in der axialen Richtung reduziert ist, wodurch sich auch die Abmessungen der Teileinheit wie etwa dem Servoventil, das diesen Drehmomentsensor aufnimmt, reduzieren lassen.
-
Darüber hinaus ist die erfindungsgegenständliche Lösung besonders einfach und lässt insbesondere den Drehstab aus Metall entfallen, der ein technisches Teil ist, das einer Oberflächenbehandlung und einer spezifischen Montage bedarf. Somit erbringt die Erfindung auch eine Kostensenkung gegenüber der aktuellen Ausführung mit Drehstab.
-
Zugegebenermaßen ist im Falle eines Einsatzes, der sich aus dem nachgiebigen Teil und zwei starren ringförmigen Teilen zusammensetzt, die Anzahl an Bauteilen ein wenig erhöht, aber zu Gunsten des Vorteils einer Vormontage, welche die Arbeitsabläufe zum Zusammenbau des Lenkungssystems erleichtert.
-
Im Falle der Anwendung der Erfindung auf eine hydraulische Servolenkung werden die Auslegung und die Formen des Servoventils nicht grundsätzlich verändert, was als ein zusätzlicher Vorteil angesehen werden kann.
-
Schließlich trägt das nachgiebige Material des Drehmomentsensors eine nicht vernachlässigbare Dämpfungseigenschaft bei, wodurch es ermöglicht wird, bestimmte Geräusch- und Schwingungsfrequenzen herauszufiltern, die für den guten Funktionsablauf der Lenkung schädlich sind.
-
Jedenfalls wird die Erfindung mittels der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Schemazeichnung besser verständlich, die beispielhaft einige Ausführungsformen dieser Kraftfahrzeugservolenkung darstellt: Die (bereits erwähnte) 1 ist eine Teilansicht im Schnitt einer hydraulischen Servolenkung nach dem Stand der Technik, die insbesondere das Servoventil zeigt;
-
2 ist eine 1 ähnliche Schnittansicht, die aber eine Servolenkung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3 ist eine Teilansicht im Schnitt im vergrößerten Maßstab entlang der Linie III-III von 2, die im Spezielleren den Drehmomentsensor mit seinem Teil aus nachgiebigem Material zeigt;
-
4 ist eine 3 ähnliche Schnittansicht, die eine Variante des Drehmomentsensors mit Einsatz darstellt.
-
In 2 sind die Bestandteile des Lenkungssystems und insbesondere das Servoventil 2, die den in 1 zu sehenden Bestandteilen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht Gegenstand einer neuen Beschreibung.
-
Im Inneren des Servoventils 2 ist das Lenkritzel 5 durch ein ringförmiges Endteil 5a verlängert, das eine auf der Achse A zentrierte Ausnehmung bildet, während der drehende Abschnitt 3 ein Ende umfasst, das in diese Ausnehmung eingreift, also vom Ende 5a des Ritzels umschlossen ist. An dieser Stelle ist ein Drehmomentsensor 13 gebildet, der in 3 detaillierter gezeigt ist.
-
Das Ende des drehenden Abschnitts 3, das die Antriebswelle des Drehmomentsensors 13 darstellt, besitzt hier einen massiven Schnitt mit winkliger Umrisslinie in der allgemeinen Form eines Rechtecks mit zwei langen geradlinigen Seiten und zwei kurzen gekrümmten Seiten. Das ringförmige Ende 5a des Ritzels 5 besitzt einen Schnitt mit einer winkligen inneren Umrisslinie, die im Wesentlichen der vorhergehenden Umrisslinie entspricht und mit dieser einen Ringspalt mit winkligen inneren und äußeren Umrisslinien bildet.
-
In diesen Spalt ist ein nachgiebiges Teil 14 mit entsprechender Form aus elastisch verformbarem Material von der Art eines Elastomers oder thermoplastischen Elastomers eingesetzt. Das nachgiebige Teil 14 besitzt also eine winklige innere Umrisslinie 14a und auch eine winklige äußere Umrisslinie 14b, mittels derer es eine drehfeste Verbindung zwischen dem drehenden Abschnitt 3 und dem Ritzel 5 herstellt. Darüber hinaus kann das nachgiebige Teil 14 insbesondere in seinen dickeren Bereichen Ausnehmungen 14c aufweisen, die es ermöglichen, seine Steifigkeit einzustellen.
-
Im Funktionsverlauf der (hier hydraulischen) Servolenkung und in Abhängigkeit vom Lenkraddrehmoment verformt sich das nachgiebige Teil 14 elastisch in der Umfangsrichtung, wodurch eine mehr oder weniger große Winkelverschiebung zwischen dem drehenden Abschnitt 3 einerseits und dem Ritzel 5, also auch dem Mantel 8 andererseits ermöglicht wird, was das Servoventil 2 bei der Ausübung der Funktion ansteuert, die für gewöhnlich durch den Drehstab sichergestellt wird.
-
14 stellt eine andere Ausführungsform des Drehmomentsensors 13 dar, der hier aus dem nachgiebigen Teil 14, einem innenliegenden, ringförmigen Metallteil 15 und einem außenliegenden, ringförmigen Metallteil 16 besteht, die zu einem ”Einsatz” 17 vereint sind.
-
Das nachgiebige Teil 14, das eine allgemeine Ringform hat, besitzt ein Innenprofil 14a mit vier Ausklinkungen 18, die kreuzförmig angeordnet sind. Es besitzt ein kreuzförmiges Außenprofil 14b mit vier Ausklinkungen 19, die in Bezug auf die vorhergehenden Ausklinkungen 18 winklig versetzt sind. Gegebenenfalls sind Ausnehmungen 14c in den dickeren Bereichen des Teils 14 ausgebildet, die zwischen den verschiedenen Ausklinkungen 18 und 19 vorhanden sind.
-
Das innenliegende ringförmige Metallteil 15 umfasst außen Rippen 15a, hier vier an der Zahl, die jeweils in die Ausklinkungen 18 des nachgiebigen Teils 14 eingreifen. Dieses innenliegende starre Teil 15 weist auch noch an seiner eigenen inneren Umrisslinie Auskehlungen 15b auf, die für seine drehfeste Verbindung mit dem drehenden Abschnitt 3 oder irgendeinem anderen drehenden Element vorgesehen sind, das die Antriebswelle des Drehmomentsensors 13 bildet.
-
Das außenliegende Metallteil 16 umfasst innen Rippen 16a, hier vier an der Zahl, die jeweils in die Ausklinkungen 19 des nachgiebigen Teils 14 eingreifen. Dieses außenliegende starre Teil 16 weist auch noch an seiner einen äußeren Umrisslinie Auskehlungen 16b auf, die für seine drehfeste Verbindung mit dem Ende 5a des Lenkritzels 5 oder irgendeinem anderen drehenden Element vorgesehen sind, das die Abtriebswelle des Drehmomentsensors 13 bildet.
-
Der vormontierte Einsatz 16 kann somit mühelos zwischen den beiden Elementen angebracht werden, welche die Antriebs- bzw. Abtriebswelle des Drehmomentsensors 13 bilden.
-
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die einzigen vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen dieser Servolenkung und vor allem ihres Drehmomentsensors; vielmehr umfasst sie alle Ausführungs- und Anwendungsvarianten, die demselben Prinzip gehorchen.
-
So würde man sich insbesondere nicht vom Rahmen der Erfindung entfernen:
- – wenn das nachgiebige Teil aus irgendeinem geeigneten Material mit elastischen Verformungseigenschaften hergestellt würde;
- – wenn den inneren und äußeren Umrisslinien des nachgiebigen Teils irgendwelche (nicht kreisrunden) Formen verliehen würden;
- – wenn die Positionen der Elemente, welche die An- und Abtriebswelle des Drehmomentsensors bilden, ausgetauscht würden, wobei dann die Antriebswelle das nachgiebige Teil und die Abtriebswelle umschließen könnte;
- – wenn ein solcher Drehmomentsensor für Servolenkungen jeglicher Art, nicht nur für hydraulische Servolenkungen, sondern auch elektrische Servolenkungen bestimmt würde;
- – wenn insbesondere im Falle der Anwendung auf eine elektrische Servolenkung der Drehmomentsensor an einem beliebigen zweckmäßigen Punkt des Lenkungssystems zwischen dem Lenkrad einerseits und dem Mechanismus Ritzel/Zahnstange andererseits angesetzt würde.
