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Dämpfungseinrichtung im Lenkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung im Lenkgetriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einer mit dem Lenkgestänge verbundenen und durch die Lenkspindel
verschiebbaren Lenkmutter, die als doppeltwirkender Kolben ausgebildet ist und sich
in einem durch den Kolben in zwei Kammern geteilten ölgefüllten Raum bewegt, wobei
die beiden Kammern durch überströmöffnungen miteinander verbunden sind.
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Lenkeinrichtungen sollen möglichst leichtgängig sein und mit verhältnismäßig
wenigen Lenkhandradumdrehungen auskommen. Nachteilig ist dabei, daß mit der Verbesserung
des Wirkungsgrades des Lenkgetriebes sich auch die von der Fahrbahn auf die Lenkspindel
bzw. auf das Lenkhandrad kommenden Stöße in verstärktem Maße bemerkbar machen. Aus
diesem Grunde wurden bisher die Lenkeinrichtungen so ausgelegt, daß die Reibung
im Lenkgetriebe sowie die Beschleunigung der Massen der Lenkspindel und des Lenkrades
bei Auftreten eines Stoßes von der Fahrbahn den Stoß am Lenkhandrad wohl spürbar
werden ließen, jedoch ohne Gefahr mit Handkraft gehalten werden konnten. Diese Auslegung
der Lenkeinrichtungen geht jedoch auf Kosten der Leichtgängigkeit, so daß insbesondere
schwerere Fahrzeuge nur mit großem Kraftaufwand und mittels einer großen Anzahl
von Lenkhandradumdrehungen. gelenkt werden können. Man ist deshalb dazu übergegangen,
Lenkgetriebe mit durch umlaufende Kugeln auf der Lenkspindel gelagerter Lenkmutter
zu bauen, wobei zur Aufnahme der -Fahrbahnstöße am Lenkgestänge Stoßdämpfer vorgesehen
sind.
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Es ist eine Spindellenkung mit hydraulischer Dämpfung durch einen
außerhalb des Lenkrohres liegenden Überströmkanal bekannt. Der Überströmkanal ist
in der Neutralstellung der Lenkung durch einen Gleitstein der Lenkmutter geschlossen.
Erst bei einem gewissen Lenkausschlag wird der Kanal freigegeben. Die Lenkung ist
dadurch bei kleinen Ausschlägen schwergängig.
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Ferner sind Lenkungen mit zwei vom eigentlichen Lenkgetriebe getrennten
Stoßdämpferrohren bekannt, die sich ineinander bewegen und mit zwei federbelasteten
Ventilen versehen -sind. Die Ventile sind bei normaler Lenkbetätigung offen und
werden bei Auftreten von Stößen zugedrückt, wobei eine zentrale Ausgleichbohrung
offenbleibt.
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Die Erfindung besteht _ gegenüber den bekannten Lenkeinrichtungen
darin, daß die die beiden Dämpfungskammern verbindenden Überströmöffnungen in der
Lenkmutter angeordnet sind. Somit ist vorteilhaft das Lenkgetriebe gleichzeitig
als Stoßdämpfer ausgebildet, wodurch für die Stoßdämpfungseinrichtung nur geringer
Raum benötigt wird. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in die
Lenkmutter ein doppeltwirkendes Ventil eingesetzt ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig.1 zeigt ein Lenkgetriebe mit Kugelumlauflagerung der Lenkmutter
und einen die Lenkbewegung übertragenden Kurbeltrieb, längsgeschnitten; Fig. 2 zeigt
ein Lenkgetriebe gleicher Art wie in Fig. 1, jedoch mit als Zahnstange ausgebildeter
Lenkmutter und einem die Lenkbewegung übertragenden Zahnsegment, in einem Längsschnitt;
Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 mit beispielsweiser
Anordnung der Dichtringe; ' Fig. 4 bis 6 zeigen in Teilschnitten die beispielsweise
Anordnung bzw. Ausbildung der Ventile zur Stoßdämpfung; Fig. 7 zeigt die Anordnung
eines Ölreservebehälters an einer der Kammern, in einem Ausschnitt nach Fig. 1,
längsgeschnitten: In Fig. 1 ist mit 1- das Lenkgetriebegehäuse bezeichnet. Die Bohrung
des Lenkgehäuses dient zur Aufnahme und Führung einer axial in beiden Richtungen
bewegbaren Lenkmutter 2: In die Lenkmutter 2 greift in bekannter Weise die Lenkschnecke
einer mit dem nicht dargestellten Lenkhandrad verbundenen Lenkspindel 4 unter Vermittlung
von umlaufenden Kugeln 5 ein. Die Lenkspindel 4 stützt sich vermittels zweier Axiallager
7 und 8 am Lenkgetriebegehäuse 1 ab, wobei sich die einen Laufringe 10 und 11 an
einem Bund 13 -der Lenkspindel 4 und die beiden anderen Laufringe 15 und
16 in einer Ausnehmung am Lenkgehäuse 1 bzw. an einem am Lenkgetriebegehäuse gehalteneu
Ring
17 anlegen. Am Kopf 18 der Lenkmutter 2 ist das eine Glied 20 eines Kurbeltriebes
20, 21 angelenkt, wobei das andere Glied 21 fest mit der Lenkwelle 24 verbunden
ist.
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Die Lenkmutter 2 ist hierbei als doppeltwirkender Kolben ausgebildet,
wobei das Lenkgetriebegehäuse 1 als Zylinder dient. Durch die als Kolben ausgebildete
Lenkmutter 2 sind im Gehäuse 1 Ölkammern 30 und 31 gebildet, die durch die mit Stopfen
32 bzw. 33 verschließbaren Öffnungen 35 bzw. 36 gefüllt werden. Am Kolben 2 ist
eine die Ölkammern 30 bzw. 31 gegeneinander abschließende Dichtung 38 zum Verhindern
des Ölübertritts von einer Kammer in die andere vorgesehen. Die Kammer 31 ist mittels
der Dichtungen 40 und 41 bzw. 62 und die Kammer 30 mittels der in Fig. 3 gezeigten
Dichtungen 44 und 45 bzw. 63 nach außen abgeschlossen. Die Ölkammern 30 und 31 stehen
hierbei über einen Überströmkana148 in Verbindung. Der Kanal 48 ist in einer Größenordnung
gehalten, die es beim Lenken ermöglicht, daß das aus der einen Kammer, entsprechend
der Bewegungsrichtung des Kolbens bzw. der Lenkmutter 2, verdrängte Öl in
die andere Kammer überströmen kann, ohne den Lenkvorgang zu hemmen. Bei auftretenden
Stößen von der Fahrbahn her jedoch wirkt der verengte Durchlaß 48 als Drosselkanal,
so daß der Stoß vom Ölpolster gegen das Lenkgetriebegehäuse 1 abgefangen wird, ohne
auf 'die Lenkspindel 4 übertragen zu werden.
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Durch den konstruktiven Aufbau des Lenkgetriebes nach Fig. 1 bedingt,
ist hier beispielsweise eine erweiterte Bohrung 50 vorgesehen, die das Überströmen
des Öles aus der Kammer 30 in den durch eine Aussparung gebildeten Ringraum 51 am
Kolben ermöglicht, ohne eine Drosselung zu bewirken.
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In Fig. 2 ist zum Unterschied gegenüber Fig. 1 eine als Zahnstange
53 ausgebildete und als Kolben dienende Lenkmutter 54 vorgesehen. Die Zahnstange
53 greift in ein auf der Lenkwelle 55 festes Zahnsegment 56 ein. Zum Einstellen
des Zahnspieles ist vorteilhaft eine am Lenkgehäuse 1 gelagerte Rolle 57 vorgesehen,
die sich gegen eine Lauffläche 58 des Kolbens 54 anlegt. Die Ölkammern 59 und 60
stehen auch hier, wie bereits bei Fig. 1 beschrieben, über eine Überström- bzw.
Drosselöffnung 61 in Verbindung und sind gegeneinander und nach außen durch die
Dichtung 52 bzw. 64 abgeschlossen.
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Für größere Lenkungen für schwerere Fahrzeuge, bei welchen sich auch
die Stöße von der Fahrbahn stärker auswirken, reicht die vorbeschriebene Drosseleinrichtung
und auch die notwendige größere Durchflußmenge bei normaler Lenkbetätigung von einer
zur anderen Kammer nicht aus. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung die Anordnung
von Ventilen zwischen den Ölkammern vor.
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In Fig. 4 ist beispielsweise eine solche Ventilanordnung dargestellt.
An Stelle einer Ausgleichöffnung 48 bzw. 61 ist hier in der als Kolben ausgebildeten
Lenkmutter 2 bzw. 54 nach Fig. 1 und 2 eine Ausnehmung 70 vorgesehen, die zur Aufnahme
eines doppeltwirkenden Ventilkolbens 71 dient. Der Ventilkolben 71 besitzt beiderseitig
Ventilflächen 74 bzw. 75, die sich an entsprechend ausgebildeten Gegenflächen 76
bzw. 77 an der Lenkmutter 2 bzw. 54 anlegen können. Durch die Wirkung zweier unter
Vorspannung eingesetzter Druckfedern 78 bzw. 79, die sich einerseits an einem Bund
80 bzw. 81 einer Durchlaßbohrung 82 bzw. 83 und andererseits am Ventilkolben 71
abstützen, wird letzterer in unbeaufschlagtem Zustand in seiner Neutrallage gehalten,
wobei Ringräume 84 bzw. 85 gebildet sind. Mittels eines Schraubstückes 89 werden
der Ventilkolben 71 sowie die Druckfedern 78 und 79 an der Lenkmutter 2 bzw. 54
eingesetzt und gehalten. Über die Durchlaßbohrungen 82 bzw. 83 und die Ringräume
84 bzw, 85 sowie über eine im Ventilkolben 71 vorgesehene Bohrung 86 stehen die
beiden Ölkammern 30 und 31 (Fig. 1) bzw. die Ölkammern 59 und 60 (Fig. 2) miteinander
in Verbindung und gestatten bei normaler Lenkbetätigung das Überströmen des Öles
von einer zur anderen Ölkammer. In die Führung 87 sind Durchlaßöffnungen 88 eingearbeitet.
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Bei einem plötzlich auftretenden Stoß auf das Lenkgetriebe wird durch
den sich vor dem Überströmkanal bildenden Staudruck entsprechend der Stoßrichtung
der Ventilkolben 71 entgegen der Stoßrichtung gegen die Wirkung einer der Druckfedern
78 bzw. 79 verschoben und legt sich an die Ventilflächen 76 bzw. 77 in der Lenkmutter
2 bzw. 54 an, wobei die Verbindung der beiden Ölkammern 30 und 31 bzw. 59 und 60
unterbrochen wird. Der Stoß wird nunmehr mittels des durch die Drosselung der Durchflußmenge
von einer zur anderen Ölkammer gebildeten Ölpolsters über das Lenkgetriebegehäuse
1 abgefangen, so daß der Stoß nicht auf die Lenkspindel 4 übertragen wird. Der Überströmkanal
86 stellt dabei nach Abklingen des Stoßes einen Druckausgleich zwischen den Ölkammern
30 und 31 bzw. 59- und 60 her, und der Ventilkolben 71 wird mittels der Druckfedern
78 bzw. 79 wieder in seine Neutrallage zurückgeführt.
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An Stelle des Ventilkolbens nach Fig. 4 ist in Fig. 5 beispielsweise
in eine Bohrung 90 an der Lenkmutter 2 bzw. 54 ein Ventilstück 91 eingeschraubt
oder eingepreßt. An beiden Enden des Ventilstückes 91 bzw. an den Stirnseiten der
Lenkmutter bzw. am Ve=ntilstück 91 sind Aussparungen 93 und 94 bzw. 95 und 96 vorgesehen,
in welche ringförmige Dichtungskörper 97 bzw. 98 aus flexiblem Werkstoff eingesetzt
sind. Diese Dichtkörper haben vorwiegend U-förmigen Querschnitt, wobei deren offene
Stirnseite den Ölkammern 30 und 31 bzw. 59 und 60 zugekehrt ist. Der innere Dichtringtei1100
bzw. 101 verläuft keilförmig nach außen und bildet eine Dichtlippe. Der Dichtkörper
97 bzw. 98 liegt mit seiner äußeren Umfangsfläche an der entsprechenden Gegenfläche
der Lenkmutter 2 bzw. 54 an, während zwischen der Bohrung 105 und 106 der Dichtkörper
97 bzw. 98 und dem abgesetzten Teil des Ventilstückes 91 ein Ringraum 109 bzw. 110
belassen ist. Die beiden Ringräume 109 bzw. 110 münden in die Ölkammern 30 und 31
(Fig. 1) bzw. 59 und 60 (Fig. 2) und stehen durch einen in das Ventilstück 91 eingearbeiteten
Kanal 112 miteinander in Verbindung. Die Ölkammern sind außerdem dauernd über einen
Überströmkanal 115 miteinander verbunden.
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Bei normaler Lenkbewegung kann das in den beiden Ölkammern 30 und
31 bzw. 59 und 60 vorhandene Öl entsprechend derBewegungsrichtung derLenkmutter
2 bzw. 54 frei über die Ringräume 109 bzw. 110 und über den Kanal 112 von der einen
zur anderen Kammer überströmen. Bei Auftreten eines Stoßes von der Straße her werden
die Dichtlippen 100 bzw. 101 durch den sich bildenden Ölstaudruck je nach Stoßrichtung
gegen das Ventilstück 91 gepreßt, und die Verbindung zwischen den Ölkammern 30 und
31 bzw. -59 und 60 wird unterbrochen. Der Stoß wird dabei durch das Ölpolster über
das Gehäuse 1 abgefangen und von der Lenkspindel 4 ferngehalten. Für einen Druckausgleich
bzw. für den Ausgleich des Öles zwischen den Kammern erfolgt der Übertritt des Öles
über den verengten Teil 115 einer Bohrung 114.
In Fig. 6 ist ein
in die Lenkmutter 2 bzw. 54 eingesetztes Ventil dargestellt, bei welchem das freie
Übertreten des Druckmittels von einer Ölkammer in die andere je nach Bewegungsrichtung
der Lenkmutter mittels eines mit Steuernuten versehenen Ventilkörpers erfolgt. Mit
120 ist ein in eine Bohrung 121 eingesetzter, axial in beiden Richtungen bewegbarer
Ventilkörper bezeichnet. Der Ventilkörper ist mit durch Ringnuten 122 bzw. 123 gebildeten
Steuerkanten 125 bzw. 126 versehen. Diese Steuerkanten arbeiten mit durch eine in
der Bohrung 121 vorhandene Ringnut 127 gebildeten Steuerkanten 130 bzw. 131 zusammen.
In Bohrungen 147 bzw. 148 am Ventilkörper 120 sind unter gewisser Vorspannung Druckfedern
133 bzw. 134 eingesetzt, die sich an durch Sprengringe 136 bzw. 137 in der Bohrung
121 der Lenkmutter 2 bzw. 54 gehaltenen Scheiben 138 bzw. 139 abstützen und den
Ventilkörper in seiner Mittellage bzw. Neutrallage halten. In die Ringnuten 122
bzw. 123 münden Kanäle 140 bzw. 141, die mit den Ölkammern 30 und 31 bzw. 59 und
60 in Verbindung stehen. Außerdem besteht eine Verbindung der Ölkammern über die
Bohrungen 147 bzw. 148 und durch einen Überströmkanal 145. An Stelle der Kanäle
140 und 141 können auch die strichpunktiert eingezeichneten Kanäle 140' und 141'
im Ventilkörper 120 angeordnet sein, so. daß die Ringnuten 122 bzw. 123 über die
Bohrungen 147 bzw. 148 mit den Kammern 30 und 31 bzw. 59 und 60 in Verbindung stehen.
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Bei normaler Lenkbetätigung, d. h. bei Verstellen der Lenkmutter 2
bzw. 54 in der einen oder in der anderen Richtung, kann das Öl über die Kanäle 140
bzw. 141 sowie die Ringräume 122 bzw. 123 und 127 von einer Kammer in die
andere überströmen. Tritt jedoch ein Stoß von der Fahrbahn her auf, so wird der
Ventilkörper 120 je nach Stoßrichtung in der einen oder in der anderen Richtung
verstellt. Dadurch verschließen die Steuerkanten 125 und 126 bzw. 130 und 131 den
Übertritt des Öles von der einen zur anderen Ölkammer. Der Stoß wird somit über
das sich vor dem Kolben durch den ölstaudruck vor der Ausgleichöffnung 145 bildende
Ölpolster vom Gehäuse 1 abgefangen und von der Lenkspindel 4 ferngehalten. Durch
die überströmöffnung 145 erfolgt nach Abklingen des Stoßes der Ausgleich zwischen
den Ölkammern 30 und 31 bzw. 59 und 60.
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In Fig. 7 ist an Stelle einer der die Ölkammern 30 und 31 bzw. 59
und 60 abschließenden Stopfen ein Ölreservebehälter 150 vorgesehen. Letzterer ist
beispielsweise unmittelbar mittels eines Gewindeansatzes 152 in das Lenkgetriebegehäuse
1 eingeschraubt. Der Ölreservebehälter 150 ist durch eine Kappe 154 abgeschlossen
und weist einen in eine Bohrung 155, der Bodenfläche 156 eingesetzten Ventilkolben
157 auf. Mittels seiner Ventilfläche 158 kann sich der Ventilkolben 157 gegen eine
entsprechend ausgebildete Gegenfläche 159, am Reservebehälter 150 anlegen. Am Ventilkolben
157 ist eine Verbindung 161 vorgesehen, über welche das im Reservebehälter 150 befindliche
Öl bei geöffneten Ventilkolben (wie in Fig. 7 dargestellt) in die Kammer 31 bzw.
60 gelangen kann. Mittels eines am Ventilkolben 157 vorhandenen Sprengringes 164
und einer Anlagescheibe 165 wird der durch sein Eigengewicht oder durch eine Federungseinrichtung
in Öffnungsstellung gehaltene Ventilkolben 157 am Durchfallen gehindert. Über eine
Druckausgleichbohrung 170 geringer Abmessung am Ventilkolben 157 ist eine dauernde
Verbindung zwischen dem Reservebehälter 150 und der Ölkammer 31 bzw. 60 hergestellt,
deren Funktion noch erläutert ist. Die Wirkungsweise ist dabei wie folgt: Das Ventil
157 ist bei normaler Lenkbetätigung und nicht durch Stöße becinflußtem Lenkgetriebe
geöffnet, so daß durch Leckverluste od, dgl. aus den Kammern 30, und 31 bzw. 59
und 60 austretendes 0I ständig aus dem Reservebehälter 150 nachgefüllt und die eventuelle
Bildung von Luftpolstern vermieden wird. Wird bei einem Schlag von der Straße her
auf das Lenkgetriebe die Lenkmutter 2 bzw, 54 beispielsweise nach rechts gestoßen,
so bildet sieh vor dem Kolben bzw. in der Kammer 31 bzw. 60 ein Ölpolster aus, durch
dessen Druck der Ventilkolben 157 in Verbindung zwischen der Kammer 31 bzw. 60 und
dem Reservebehälter 150 absperrt, wodurch ein Ausweichen des Öles in den Behälter
150 vermieden und die Bildung des Ölpolsters gewährleistet wird. Nach Abklingen
des Stoßes wird der Ventilkolben 157 durch sein Eigengewicht oder vermittels einer
Federungseinrichtung wieder in seine Öffnungsstellung zurückgeführt, und zwar nachdem
über die Druckausgleichbohrung 170 ein Druckausgleich zwischen der Kammer 30 bzw.
559 erfolgt ist. Der Reservebehälter 150 kann auch den konstruktiven Verhältnissen
entsprechend vom Lenkgetriebegehäuse 1 entfernt vorgesehen sein und durch eine Leitung
mit den Kammern 30 und 31 bzw. 59 und 60 in Verbindung stehen.