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Hydraulische Servoeinrichtung für Zahnstangenlenkungen in Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servoeinrichtung für Zahnstangenlenkungen
in Kraftfahrzeugen. Das Gehäuse der Zahnstangenlenkung eignet sich zur Unterbringung
des Motors der Servoeinrichtung, da die Führung der Zahnstange gleichzeitig als
Zylinder des Servomotors ausgebildet werden kann. Wenn dabei die Zahnstange innerhalb
des Kolbens des Servomotors angeordnet wird, so entsteht ein doppelt wirkender Arbeitszylinder
mit zu beiden Seiten des Kolbens liegenden Arbeitsräumen. Durch die Deckel des Arbeitszylinders
treten, zu beiden Seiten des Zylinders Kolbenstangen nach außen, an die über Gestänge
die zu lenkenden Räder angelenkt werden.
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Es sind bereits derartige Servoeinrichtungen bekannt, bei denen Zahnstange
und Kolben des Servomotors koaxial zueinander angeordnet sind und die Zahnstange
in bezug auf den Kolben eine geringe axiale Beweglichkeit besitzt. Zur Steuerung
der Arbeitsflüssigkeit für die beiderseits des Kolbens liegenden Arbeitsräume des
Servomotors greifen die Enden der Zahnstange als Steuerschieber in entsprechend
ausgebildete Köpfe des Arbeitskolbens derart, daß bei einer Relativbewegung zwischen
Zahnstange und Kolben durch Anordnung von Steuerkanten das Druckmittel entsprechend
der Lenkradbewegung den Arbeitsräumen zugeführt wird.
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Bei dieser bekannten Ausführung, bei der Zahnstange und Steuerschieber
ein Teil und die Steuerschieber an den Enden der Zahnstange angeordnet sind, wirken
auf die Steuerschieber erwischen dem Ritzel und der Zahnstange des Lenkgetriebes
auftretende Verstellkräfte. Diese können erheblich sein, wenn die Servoeinrichtung
ausfällt und die gesamten Lenkkräfte durch das Lenkgetriebe übertragen werden müssen.
Außerdem entsteht durch die Anordnung von Zahnstange und Steuerschieber hintereinander
eine beträchtliche Baulänge des gesamten Aggregats.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und besteht darin, daß in
einer den Servokolben axial durchlaufenden Bohrung der Steuerkolben als besonderer
Teil für sich und in einer an der Kolbenlauffläche vorgesehenen Einfräsung die Zahnstange
mit einem senkrecht abstehenden Ansatz für das Betätigen des Steuerkolbens angeordnet
sind. Hierdurch ergeben sich noch folgende Vorteile: In an sich bekannter Weise
lassen sich an den Stirnseiten des Steuerkolbens Reaktionsräume unterbringen, in
denen der gleiche Druck wirksam ist wie in den zugehörigen Arbeitsräumen. Es wird
dadurch erreicht, daß der Fahrzeuglenker einen Anteil der auf die zu lenkenden Räder
wirkenden Kräfte am Lenkrad spürt. Die Zuleitung und Ableitung des Arbeitsmittels
kann in an sich bekannter Weise durch zwei fest verlegte Leitungen erfolgen, welche
innerhalb des Hubbereichs des Arbeitskolbens münden. Bewegliche Leitungen, z. B.
Schläuche, die häufig Anlaß zu Störungen sind, werden dadurch überflüssig.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
und nachstehend erläutert. Abb. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Servozylinder
und durch die darin untergebrachte Steuerung dar; Abb. 2 gibt einen Schnitt gemäß
der Linie A -B der Abb. 1 wieder.
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Der doppelt wirkende Servozylinder 1 ist am Fahrzeug befestigt. Er
hat die Arbeitsräume 2 und 3. Der Zylinder umschließt einen Kolben 4, an welchem
zu beiden Seiten je eine Kolbenstange 33 bzw. 34 befestigt ist. Die Kolbenstangen
sind über nicht dargestellte Gestänge und Gelenke mit den zu lenkenden Rädern verbunden.
Der Kolben 4 hat eine Einfräsung 5, in die eine Zahnstange 6 eingelegt ist. Die
Länge der Zahnstange ist etwas kleiner als die Länge der Einfräsung, so daß die
Zahnstange gegenüber dem Kolben ein begrenztes Axialspiel hat. Ein Ritzel7; welches
in dem mit dem Zylinder verbundenen Gehäuse 8 gelagert ist, dient zur Bewegung der
Zahnstange vom Lenkrad her. Die Zahnstange 6 hat
einen Ansatz 9,
der in eine Bohrung des Steuerkolbens 10 .eingreift. In einer anderen, nicht dargestellten
Ausführung kann ein dem Ansatz 9 entsprechender Hebel vorgesehen werden, welcher
im Kolben 4 derart gelagert ist, daß er einen »kleinen« Weg der Zahnstange 6 in
einen »großen« Weg des Steuerkolbens 10 übersetzt. Der Steuerkolben 10 ist in einer
Bohrung untergebracht, die den Arbeitskolben 4 zentral durchläuft. Er wird innerhalb
des Arbeitskolbens durch je einen federbelasteten Teller 11 in seiner Mittellage
gehalten, solange keine Kräfte auf ihn wirken. Die Federkraft der Federn 12 ist
gegenüber der zur Lenkung des Fahrzeuges erforderlichen Kraft klein. Federteller
11 und Federn 12 sind in Bohrungen 13 an jedem Ende des Arbeitskolbens beweglich
untergebracht. Die Kolbenstangen 33 und 34 sind mit Hilfe von Gewinden 14 in diesen
Bohrungen befestigt.
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Durch im folgenden näher bezeichnete Bohrungen, Bunde und Nuten erfolgt
die Steuerung des Arbeitsmittels derart, daß bei Rechtsdrehung des Ritzels unter
Druck stehendes Arbeitsmedium auf die linke Seite des Arbeitskolbens wirkt und gleichzeitig
auf die rechte Stirnfläche des Steuerkolbens. Bei Linksdrehung des Ritzels wirkt
umgekehrt unter Druck stehendes Arbeitsmittel auf die rechte Seite des Arbeitskolbens
und auf die linke Seite des Steuerkolbens. Zur Lenkung der Räder läuft der folgendeVorgang
ab. Bei Geradeausfahrt befindet sich die gesamte Anordnung in der dargestellten
Lage. Über eine Bohrung 15, eine Nut 16 im Arbeitskolben und weitere Bohrungen 17
und 18 sind die Räume 19 und 20 des aus Arbeitskolben und Steuerkolben gebildeten
Steuerventils mit der Druckseite der nicht dargestellten Ölpumpe verbunden. Bohrungen
21 und 22, welche die Arbeitsräume 2 und 3 des Servozylinders mit dem Steuerventil
verbinden, sind durch die Bunde des Steuerkolbens 10 verschlossen. Ebenso sind die
Bohrungen 23 und 24, welche über die Bohrungen 21 und 22 des Arbeitskolbens die
Stirnseiten des Steuerkolbens mit den Arbeitsräumen des Arbeitskolbens verbinden,
verschlossen. Auf den Arbeitskolben wirken daher keinerlei Kräfte des Arbeitsmediums.
Kräfte, die etwa durch Fahrbahnunebenheiten an den Kolbenstangen 33 oder 34 angreifen,
werden von dem in den Arbeitsräumen 2 und 3 eingeschlossenen Öl aufgenommen.
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Soll ein Ausschlag der Räder etwa nach rechts hervorgerufen werden,
so wird das Lenkrad und damit das Ritzel 7 in Uhrzeigerrichtung gedreht. Die Zahnstange
6 bewegt sich relativ zum Arbeitskolben 4 in Richtung der rechten Begrenzung 25
ihres Hubs. Bei dieser Bewegung nimmt sie den Steuerkolben 10 mit. Der Arbeitskolben
4 bleibt zunächst in seiner ursprünglichen Lage. Dadurch öffnet der Steuerschieber
die Bohrung 22 und verbindet sie mit der Bohrung 17, so daß Drucköl in den Arbeitsraum
3 des Arbeitszylinders einströmen kann. Gleichzeitig wird die Bohrung 21 mit einer
Bohrung 26 im Arbeitskolben verbunden. Durch diese Bohrung 26 ist der Ansatz 9 der
Zahnstange 6 zur Betätigung des Steuerschiebers hindurchgeführt. Die Bohrung 26
steht über eine Nut 27 und Kanäle 28 mit dem Gehäuse des Lenkritzels 7 in Verbindung;
welches mit einer Bohrung 30 versehen ist, in der durch Verschraubung die Rücklaufleitung
des Arbeitsmittels zur Förderpumpe angebracht ist. Das Arbeitsmittel aus dem Arbeitsraum
2 des Servozylinders kann daher drucklos zur Pumpe zurückfließen. Der Arbeitskolben
4 bewegt sich, dem Lenkimpuls entsprechend, nach rechts. Da gleichzeitig mit der
Bohrung 22 auch die Bohrung 24 für unter Druck stehendes Arbeitsmittel freigegeben
wird, herrscht im Raum 31 an der Stirnseite des Steuerkolbens der gleiche Druck
wie im Arbeitsraum 3 des Arbeitszylinders. Dieser Druck, dem die Federkraft der
Feder 12 überlagert ist, pflanzt sich über den Steuerschieber, den Ansatz 9 der
Zahnstange, über die Zahnstange 6, das Ritzel 7 und die daran anschließende Lenksäule
auf das Lenkrad fort und gibt dem Fahrzeuglenker ein Gefühl für die durch die Lenkung
zu überwindenden Widerstände. Sobald die Bewegung des Lenkrades aufhört, kommt die
Zahnstange und damit der Steuerkolben zum Stillstand. Der Arbeitskolben setzt so
lange seine Bewegung in der vorherigen Richtung fort, bis die Steuerkanten von Arbeitskolben
und Steuerkolben sich überdecken und kein Arbeitsmittel mehr in den Arbeitsraum
3 des Arbeitszylinders gelangen kann. Der Steuerkolben nimmt zum Arbeitskolben wieder
die in der Zeichnung dargestellte Lage ein.
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Bei Drehen des Ritzels 7 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zur Lenkung
der Räder in der entgegengesetzen Richtung läuft der geschilderte Vorgang sinngemäß
umgekehrt ab., Es wird der Arbeitsraum 2 des Arbeitszylinders mit der Druckseite
der Pumpe verbunden, der Arbeitsraum 3 dagegen mit der Saugseite. Über die Leitung
23 wird der Raum 32: an der Stirnseite des Steuerkolbens mit dem Arbeitsraum 2 des
Arbeitszylinders verbunden.
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Die erläuterte Anordnung bewirkt, daß die Stellung des Arbeitskolbens
4 mit sehr geringen Abweichungen der Stellung des Lenkrades folgt, wobei mit Hilfe
des Lenkrades die Stellungswahl vorgenommen wird, die Einstellung selbst jedoch
mit Hilfe der Servoeinrichtung erfolgt. Bei Versagen der Servoeinrichtung können
das Ritzel 7 und die Zahnstange 6 jedoch mit voller Wirksamkeit zur rein mechanischen
Lenkung verwendet werden.