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Die
Erfindung betrifft eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere für
ein Nutzkraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
größeren Kraftfahrzeugen,
insbesondere in Nutzkraftwagen (NKW), werden häufig Lenkungen mit Kugelumlaufgetrieben.
Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen werden überwiegend in kleinen und mittelgroßen Kraftfahrzeugen
eingesetzt, wo sie in der üblichen
Ausführung
Lenkkräfte
von nicht wesentlich mehr als 8.000 N erzeugen. Diese Kräfte reichen
jedoch nicht aus, um schwerere Kraftfahrzeuge, insbesondere Nutzkraftfahrzeuge,
zu lenken: Deshalb müssten
dort zumindest im Hydraulikteil größer dimensionierte Lenkungen
eingesetzt werden oder alternativ dazu die genannten Kugelumlauflenkungen oder
rein hydraulische Lenkungen. Schon allein aus Kostengründen ist
es jedoch wünschenswert,
Zahnstangenlenkungen oder zumindest Teile davon herzustellen, die
gleichermaßen
in kleinen, mittleren und schweren Fahrzeugen eingesetzt werden
können. Bevorzugt
möchte
man hier auf Standardlenkungen oder Komponenten davon zurückgreifen
können. Auch
aus funktionellen Gründen,
insbesondere was Lenkverhalten und Reibung angeht, ist die Zahnstangenlenkung
zu bevorzugen. Diese Zielsetzung bestimmt derzeitige Entwicklungstrends
in der Automobilindustrie, vor allem in der Entwicklung von Lenkungen
für NKW
mit Einzelradaufhängung.
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Aus
der
DE 41 30 989 A1 ist
eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung bekannt, die ein mehrteiliges Lenkgehäuse aufweist,
das ein erstes Gehäuseteil und
ein dazu parallel angeordnetes zweites Gehäuseteil umfasst. In dem ersten
Gehäuseteil
ist eine Zahnstange axial verschiebbar angeordnet ist und an die
eine Kolbenstange mit einem hydraulischen Kolben angeordnet ist.
Auf die Zahnstange wirkt eine mechanische Lenkkraft entsprechend
einem mechanischem Lenkmoment, das auf ein kämmend in die Zahnstange eingreifendes
Ritzel wirkt. Das erste Gehäuseteil umfasst
auch eine erste Zylinder-Kolben-Einheit (s. dort "5" in
1).
In dieser Einheit wird eine erste hydraulische Hilfskraft erzeugt,
die zusammen mit der an der Zahnstange erzeugten mechanischen Lenkkraft
eine resultierende Zanstangen-Lenkkraft
bildet. Darüber
hinaus ist das zweite Gehäuseteil
als eine zweite hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit (s. "13" in
1) ausgebildet, in der ein Kolben und
eine damit verbundene Kolbenstange axial verschiebbar angeordnet
sind, die eine zweite hydraulische Hilfslenkkraft verschiebt entsprechend
einem hydraulischen Druck, den ein gesteuerter Hydraulikkreis erzeugt.
Sowohl die aus dem ersten Gehäuseteil
kommende Zahnstangen-Lenkkraft als auch aus dem zweiten Gehäuseteil
kommende hydraulische Hilfslenkkraft werden über ein Joch zusammen auf das
Lenkgestänge
des Fahrzeuges geführt.
Es sind also dort zwei hydraulische Lenkkreise vorgesehen, die beide
zusätzliche
Hilfslenkkräfte
erzeugen. Mit anderen Worten: Die eigentliche Zahnstangen-Hilfskraftlenkung,
die sich in dem ersten Gehäuseteil
("5") befindet ist um
einen hydraulische Hilfszylinder, der sich in dem zweiten Gehäuseteil ("13") befindet, erweitert
worden. Diese Konstruktion ist jedoch aufwendig und schwierig zu
dimensionieren, weil die beiden hydraulischen Lenkkreise aufeinander
abgestimmt werden müssen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung
der eingangs genannten Art konstruktiv so zu gestalten, dass die oben
genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Demnach
wird vorgeschlagen, die im ersten Gehäuseteil angeordnete Zahnstange
an einem ihrer beiden Enden als Schubstange auszubilden, wodurch
auf die Schubstange ausschließlich
die mechanische Lenkkraft einwirkt, und innerhalb der Hilfskraftlenkung
ausschließlich
in dem hydraulischen Zylinder den hydraulischen Druck wirken zu
lassen, wodurch auf die Kolbenstange ausschließlich die hydraulische Hilfslenkkraft
einwirkt.
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Das
hat den Vorteil, dass konstruktiv getrennt wird zwischen mechanischer
Lenkkrafterzeugung und hydraulisch erzeugter Lenkkrafterzeugung. Da
beide Kraftanteile separat in einzelnen Gehäusemodulen erzeugt werden,
lassen sich die jeweiligen konstruktiven Anforderungen optimal umsetzten.
Jedes Modul kann also optimal dimensioniert werden, wobei die Verwendung
von kostengünstigen
Standardteilen vereinfacht wird. Zudem reduziert sich das Gewicht
der Lenkung.
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Außerdem ist
durch den modularen Aufbau eine flexible Positionierung des mechanischen
Teils (zweiter Gehäuseteil)
möglich.
Weiterhin führt
die Konstruktion zu einer kürzeren
Baulänge
im Vergleich mit herkömmlichen
Lösungen,
insbesondere mit Seitenantriebslösungen.
Die vorgeschlagene Konstruktion verbessert deutlich die Einfederung
der Achse, sodass weniger Lenkfehler auftreten.
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Die
modulare Bauweise ermöglicht
eine sehr flexible Gestaltung und Dimensionierung der einzelnen
Gehäuseteile.
So kann ein Teil (z.B. das hydraulische Teil) als Grundmodul für verschiedene
Einbauvarianten dienen, wobei das andere Teil (z.B. das mechanische
Teil) auf die jeweilige Einbausituation hin optimal angepasst wird.
Diese hohe Flexibilität
ist besonders im Bereich von kleineren Serien, wie dies bei NKW-Lenkungen
der Fall ist, von technischen und auch wirtschaftlichen Vorteil.
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Bevorzugte
Ausführungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
besonderer Vorteil ergibt sich demnach, wenn die Kolbenstange des
hydraulischen Gehäuseteils
(Hydraulikzylinder) direkt auf das Lenkgestänge des Fahrzeuges wirkt. Damit
wird die hydraulische Lenkkraft, die insbesondere bei NKW-Lenkungen, die wesentliche
Komponente darstellt, unmittelbar auf die Spurstange geführt, wodurch
eine direkte Lenkeinwirkung erfolgt.
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Auch
ergibt sich ein besonderer Vorteil, wenn die Gehäuseteile als austauschbare
Gehäusemodule ausgebildet
sind, insbesondere, wenn Verbindungsmittel vorgesehen sind, mittels
denen das erste Gehäuseteile
an das zweite Gehäuseteil
in parallel Ausrichtung zueinander befestigt ist, wobei das erste
Gehäuseteile
in zwei um 180 Grad zueinander versetzten Positionen an das zweite
Gehäuseteil
befestigbar ist. Durch diese Maßnahmen
wird ein sehr flexible Konstruktion geschaffen, die besonders im
Hinblick auf den Einbau in Links- oder Rechtslenker-Fahrzeugen vorteilhaft
ist.
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Die
Erfindung wird nun näher
anhand eines Ausführungsbeispiels
und anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben:
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1 zeigt
in der Gesamtansicht eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zahnstangen-Hilfskraftlenkung;
und
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2 zeigt
im Querschnitt den Aufbau dieser Zahnstangen-Hilfskraftlenkung.
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In
der 1 ist eine schematische Explosionszeichnung einer
erfindungsgemäß ausgeführten Lenkung 100 dargestellt.
Das Lenkgehäuse
ist modular aufgebaut und unterteilt sich in einen ersten Gehäuseteil 110 und
einen zweiten Gehäuseteil 120. Beide
Gehäuseteile
sind parallel zueinander angeordnet und über Befestigungsmittel 130 miteinander verbunden.
Aus dem ersten Gehäuseteil 110 ragt eine
Schubstange 114 heraus, die mit einer Zahnstange verbunden
ist, welche entsprechend des vom Fahrzeugführer vorgegebenen Lenkmomentes
mechanisch verschoben wird. Aus dem zweiten Gehäuseteil 120 ragt eine
Kolbenstange 124 heraus, die entsprechend einer einstellbaren
Lenkunterstützung mittels
eines Hydraulikkreises ausgelenkt wird. Die Funktionen werden später noch
anhand der 2 näher beschrieben.
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Wie
die 1 zeigt, ragen die Schubstange 114 aus
dem ersten Gehäuseteil 110 und
die Kolbenstange 124 aus dem zweiten Gehäuseteil 120 heraus und
sind über
ein Joch 20 mechanisch miteinander verbunden. Die beiden
Stangen 114 und 124 wirken zusammen auf das Lenkgestänge 18 des
Fahrzeuges ein. Somit wird eine aus dem ersten Gehäuseteil 110 kommende
mechanische Lenkkraft mit einer aus dem zweiten Gehäuseteil 120 kommenden
hydraulischen Hilfslenkkraft zu einer Gesamtlenkkraft zusammen geführt. Dabei
wird vorzugsweise die hydraulische Kraft über die Kolbenstange 124 direkt
auf das Lenkgestänge 18 geführt.
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Der
für die
Auslenkung der Kolbenstange 124 benötigte hydraulische Druck wird
von einem nicht dargestellten gesteuerten Hydraulikkreis erzeugt.
Die Steuerung dieses Hydraulikkreises erfolgt über ein Steuerventil 31,
das wiederum am mechanischen Eingangsteil der Zahnstangenlenkung
(Gehäuseteil 110)
angeordnet ist. Im wesentlichen umfaßt dieses Steuerventil 31 einen
Drehmomentenstab und einen Drehschieber, mittels denen der hydraulische
Druck entsprechend dem am Handrad eingestellten Lenkmoment verändert wird.
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Die
beiden Gehäuseteile 110 und 120 sind zueinander
parallel ausgerichtet und können
durch Lösen
der Verbindungselemente 130 und des Joches 20 einfach
voneinander getrennt werden. Es ist auch möglich; dass der mechanische
Teil (Gehäuseteil 110)
in Gegenrichtung, d.h. um 180 Grad versetzt, an dem anderen Gehäuseteil 120 angeordnet
wird. In der dargestellten Weise ist die Anordnung für einen Linkslenker
ausgelegt. In der nicht dargestellten entgegengesetzten Weise wäre die Lenkanlage
für einen
Rechtslenker ausgelegt. Es lassen sich also durch die modulare Aufbauweise
sehr leicht Linslenk- als auch Rechtslenkanlagen darstellen.
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Die 2 zeigt
nun im näheren
Detail den Aufbau der beschriebenen Lenkung. Wie dort zu sehen ist,
befindet sich in dem ersten Gehäuseteil 110 die
Zahnstange 111 und die daran angeschlossene Schubstange 114,
die beide axial verschiebbar angeordnet sind. In die Zahnstange 111 greift
ein Ritzel 112 kämmend
ein und übt
auf die Zahnstange 111 und somit auch auf die Schubstange 114 eine
mechanische Verschiebekraft aus.
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Diese
Konstruktion kann nun wie folgt bewegt werden:
Bei einer ersten
Ausführung,
die hier nicht dargestellt ist, wirkt auf das Ritzel ein mechanisches
Lenkmoment, das der Fahrzeugführer
manuell am Lenkrad des Fahrzeuges vorgibt und das über eine
Lenksäule auf
das Ritzel geleitet wird. Diese Konstruktion garantiert eine rein
mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgestänge und
ist deshalb bevorzugt für
PKWs geeignet. In diesem Fall handelt es sich also um eine rein
mechanische Lenkkraft, die die Zahnstange bewegt und somit die damit
verbundene Schubstange auslenkt. Durch die modulare Bauweise ist
es leicht möglich
den hydraulischen Teil (Modul 120) und den mechanischen
Teil (Modul 110) jeweils für sich zu dimensionieren. Das
Modul 120 kann beispielsweise als Grundmodul für verschiedenste
Ausführungen
dienen. Das Modul 110 wird dann entsprechend der mechanischen
Anforderungen an die Zahnstangenlenkung, insbesondere an die jeweils erforderliche Übersetzung;
angepasst.
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In
dem hier in der 2 dargestellten Fall, der bevorzugt
in NKWs und Spezialfahrzeugen eingesetzt wird, ist zwischen Lenkrad
und Ritzel ein hydraulischer Steuerkreis 21 vorgesehen.
Demnach wirkt auf das gezeigte Ritzel 112 ein hydraulisch
erzeugtes Lenkmoment, dass von einem Steuerventil 31 kommt,
welches ausgelenkt wird mittels des hydraulischen Steuerkreises 21.
Mittels einer Pumpe 25 und entsprechend den Lenkradbewegungen
an dem Fahrzeug-Lenkrad 29 wird ein hydraulischen Druck
auf das Steuerventil 31 ausgeübt, wodurch das Ritzel 112 sich
bewegt und die Zahnstange 112 mechanisch verschiebt. Es
handelt sich also auch in diesem Fall um eine mechanische Lenkkraft,
die in dem ersten Gehäuseteil 110 wirkt
und die Zahnstange 111 bewegt sowie die damit verbundene
Schubstange 114 auslenkt.
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Getrennt
von dieser mechanischen Auslenkung befinden sich in dem zweiten
Gehäuseteil 120 folgende
Mittel, die eine unterstützende
hydraulische Auslenkung bewirken:
Es handelt sich dabei um
einen Hydraulikzylinder mit Kolben 123, auf den ein hydraulischer
Druck ausgeübt
wird, der von einem steuerbaren Hydraulikkreis 22 erzeugt
wird. Der Kolben teilt den Hydraulilzylinder in zwei Arbeitsräume, wobei
je nach Druckdifferenz zwischen den Räumen, der Kolben 123 sowie die
damit verbundene Kolbenstange 124 verschoben werden. Es
handelt sich hier also um eine hydraulische Lenkkraft, die die Auslenkung
der Kolbenstange 124 bewirkt.
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Wie
auch aus dieser 2 ersichtlich ist, ergibt sich
in der Betrachtung der Gesamtkonstruktion, dass das erste Gehäuseteil 110 ausschließlich die mechanischen
Anteile zur Krafterzeugung und das zweite Gehäuseteil 120 ausschließlich die
hydraulischen Anteile enthält:
Das bedeutet, dass zwischen der mechanischen Lenkeinwirkung und
der hydraulischen hilfsunterstützenden
Lenkeinwirkung konstruktiv getrennt wird.
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Dies
hat u.a. besonderen Vorteil, dass beide Teile separat voneinander
dimensioniert werden können.
Wenn beispielsweise die Zahnstangenlenkung des ersten Gehäuseteils 110 aus
Standardkomponenten zusammen gesetzt wird, so muss nur noch für das zweite
Gehäuseteil 120 eine
Dimensionierung durchgeführt
werden, so dass der hydraulische Kraftanteil zusammen mit dem mechanisch
erzeugten Kraftanteil eine Gesamtlenkkraft erzeugt, die für das jeweilige
Fahrzeug benötigt
wird.
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Es
wird also der rein mechanische Kraftanteil durch eine herkömmliche
Zahnstangenlenkung ohne jegliche Hydraulikunterstützung erzeugt,
wohingegen der hydraulische Anteil (Gehäuseteil 120) allein
die zusätzlich
erforderlichen Kräfte
liefert und entsprechend dimensioniert werden kann.
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Zum
Hydraulikkreis 22 ist zu sagen, dass er im wesentlichen
aus einer Pumpe 27 besteht, die von dem Fahrzeugmotor 30 angetrieben
wird, und aus einem Steuerventil 32, mittels dem der hydraulischen Druck
für die
Zylinderkolbenanordnung im Gehäuseteil 120 erzeugt
wird.
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Der
in der 2 ebenfalls dargestellte Steuerhydraulikkreis 21 dient
lediglich zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen dem Lenkrad 29 und dem
Ritzel 112. Dieser Steuerhydraulikkreis 21 könnte auch
durch eine rein mechanische Verbindung (Lenksäule) ersetzt werden.
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Beide
Hydraulikkreise 21 und 22 verfügen über einen Druckmittelbehälter, die
auch miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sein können.