DE1140094B - Lenkgetriebe fuer Kraftfahrzeuge mit hydraulischer Lenkhilfe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

F 30612 Π/63 c

ANMELDETAG: 23. F E B RU AR 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 22. NOVEMBER 1962

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Lenkspindel, die beim Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes entgegen der Wirkung von Rückstellfedern axial verschiebar ist und bei der Axialverschiebung über ein Steuerventil auf einen Servomotor mit einem durch ein Hydraulikmedium beaufschlagbaren Kolben einwirkt, der zwei Druckräume des Servomotorzylinders voneinander trennt, in dessen einen das mit dem Kolben in Verbindung stehende Ende der Lenkspindel hineinragt, so daß sie bei Aufbau eines Druckes des Hydraulikmediums in diesem Druckraum in axialer Richtung druckbeaufschlagt wird, und mit einem mit der Lenkspindel verbundenen Bauteil, der eine Fläche aufweist, die zum Ausgleich der durch die Beaufschlagung der Lenkspindelquerschnittsfläche erzeugten Kräfte mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird, nach dem Zusatzpatent 1113 644.

Durch geeignete Dimensionierung der druckbeaufschlagten Flächen des mit der Lenkspindel verbundenen Bauteils läßt sich bei dem Lenkgetriebe nach dem Zusatzpatent eine Kompensation der für die Ermittlung der wirksamen Kolbenflächen von der Spindelseiten Kolbenfläche teilweise abzuziehenden Lenkspindelquerschnittsfläche erzielen, so daß durch Lenkradausschläge hervorgerufene, nach beiden möglichen Richtungen gleich große axiale Verschiebungen der Lenkspindel zu gleichen, die Lenkung unterstützenden Hilfskräften führen.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche weitere Ausgestaltung und Verbesserung des Lenkgetriebes nach dem Hauptpatent, daß auch ein Ausgleich und eine Aufeinanderabstimmung der am Lenkrad fühlbaren Reaktionskräfte des Hydraulikmediums auf besonders einfache Weise erreicht wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die druckmittelzulaufseitigen, druckbeaufschlagbaren wirksamen Flächen des mit der Lenkspindel verbundenen Bauteils sowie eines weiteren auf der Lenkspindel angeordneten Bauteils in ihrer Größe derart voneinander abweichen, daß die auf das Lenkrohr wirkenden Rückstellkräfte bei Links- und Rechtslenfkung gleich groß sind.

Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung sind die erwähnten Bauteile durch Ventilkörper des in an sich bekannter Weise als Ringventil ausgebildeten Steuerventils gebildet. In besonders zweckmäßiger Weise ist in dem Steuerventil spindelseitig ein von einem Hohlkolben gebildeter beweglicher Ventilkörper vorgesehen, wie dies an sich bekannt ist, der von einem festen Ventilkörper in Form einer Fülhrungsbüdhse getragen wird, die auf einer an Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge
mit hydraulischer Lenkhilfe

Zusatz zum Zusatzpatent 1113 644

Anmelder:

Fulminawerk K. G. Franz Müller,
Mannheim-Friedrichsfeld

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 20. April 1959 (Nr. 13 392)

Hermann Reiter, Ludwigshafen/Rhein,
ist als Erfinder genannt worden

sich bekannten, mit dem Lenkrohr verbundenen Steuerhülse sitzt, während lenkrohrseitig in an sich bekannter Weise ein ebenfalls von einem Hohlkolben gebildeter beweglicher Ventilkörper unmittelbar auf der Steuerhülse angeordnet ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die druckbeaufschlagbare Fläche der spindelseitigen Ventilkörper größer ist als die Querschnittsfläche der in den Druckraum des Servomotors hineinragenden Spindel. Vorzugsweise ist gemäß der Erfindung die wirksame Fläche des lenkrohrseitigen Ventilkörpers im wesentlichen gleich der Summe der wirksamen Fläche des spindelseitigen Hohlkolbens und der doppelten wirksamen Fläche der spindelseitigen, den festen Ventilkörper bildenden Führungsbüchse abzüglich der Querschnittsfläche der in den Druckraum des Servomotors hineinragenden Spindel.

Diese Lenkgetriebeausgestaltung stellt insofern das erreichbare Optimum dar, als beim Lenken in Abhängigkeit von dem am Lenkrad aufgewandten Drehmoment unabhängig von der Drehrichtung des Lenkrades die gewünschte Lenkhilfskraft erzeugt wird und beim Lenken die gewünschte Reaktionskraft eintritt, einerlei, ob nach rechts oder nach links gelenkt wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung einer Lenkung nach der Erfindung, schematisch,

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Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Lenkgetriebe nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer ersten Ausführungsform der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweiten, mit Fig. 2 übereinstimmenden Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls stark vergrößert.

Fig. 1 zeigt eine Lenksäule eines Kraftfahrzeuges,

Die Ölzulaufleitung ist an eine Bohrung 44 des Gehäuses 28 und die Ölrückleitung an eine Bohrung 45 angeschlossen. Die Zulaufbohrung 44 führt zu einem Ringraum 46, der durch die Hohlkolben 32 und 33 je nach axialer Verschiebung des Lenkrohres bzw. der Lenkspindel aus der dargestellten neutralen Mittellage abschließbar ist. Der an der Außenseite des Kolbens 32 vorhandene, mit dem Ringraum 46 in Verbindung stehende Ringraum 47 ist über eine

die im wesentlichen aus dem Lenkrad 1, der das io Leitung 48 mit dem lenkhebelseitigen Druckraum 16 Lenkrohr umgebenden Säule 2 und dem das Lenk- verbunden. Der an der Außenseite des Kolbens 33 getriebe und das Steuerventil enthaltenden Gehäuse 3 befindliche Ringraum 49 steht mit dem spindelseitibesteht. Dem Steuerventil wird Drucköl aus einem
Sammelbehälter 4 über eine ständig laufende Pumpe 5

und eine Leitung 6 zugeführt. Über eine Leitung 7 fließt das Drucköl in den Sammelbehälter 4 wieder zurück. Das Lenkgetriebe wirkt auf einen Lenkhebel 8, der über einen Lenker 9 mit den zu lenkenden Fahrzeugrädern in Verbindung steht.

gen Druckraum 17 über eine Leitung 50 in Verbindung.

Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 3 ist folgende: In der dargestellten Lage des Lenkrohres 20 befindet sich das Steuerventil in Mittelstellung. In diesem Falle fließt das durch die Bohrung 44 zuströmende Drucköl in Richtung der in der

Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 zeigt die 20 Zeichnung eingetragenen Pfeile zur Rücklaufleitung Inneneinrichtung des Gehäuses 3. Ein Teil des Ge- 45, ohne einen wirksamen Druck auf den Kolben 10 häuses 3 ist als Zylinder ausgebildet, in dem ein ausgeübt zu haben. Überschreitet das über das Lenk-Hohlkolben 10 geführt ist. Der Hohlkolben steht über rohr 27 zu übertragende Lenkdrehmoment ein beeinen Lenker 11 mit dem Hebel 12 in Verbindung, stimmtes Maß, weil beispielsweise die gelenkten der fest auf der Lenkwelle 13 sitzt. Diese ist in dem 25 Räder einen größeren Lenkwiderstand leisten, dann Gehäuse 3 gelagert und trägt außen den Lenkhebel 8. schraubt sich die Lenkspindel 15 beispielsweise aus Auf dem Hohlkolben 10 ist eine Hohlmutter 14 auf- der Hohlmutter 14 heraus. Das Lenkrohr 20 und die geschraubt, die über ein Gewinde mit einer Lenk- mit ihm verbundenen Teile, nämlich die Steuerhülse spindel 15 in Verbindung steht. Der Kolben 10 unter- 25, die auf ihr sitzenden Führungsbüchsen. 26 und 27 teilt den Zylinder in zwei Druckräume 16 und 17. 30 sowie die Hohlkolben 32 und 33 bewegen sich nach Der Druckraum 17 steht über eine Bohrung 18 der rechts. Es wird zunächst der Steuerschlitz 37 ge-Hohlmutter 14 mit dem Hohlraum 19 des Kolbens 10 schlossen, so daß das Drucköl über diesen Schlitz in Verbindung. nicht mehr zum Rücklauf gelangen kann. Das Öl

Die am Ende des Lenkrohres 20 befindliche Lenk- fließt unter Druck über die Leitung 50 in den Raum spindel 15 ragt durch eine Öffnung 21 in einer den 35 17 und bewegt den Kolben 10 des Servomotors nach Druckraum 17 von den Räumen des Steuerventils 22 links. Damit leistet der Servomotor die gewünschte trennenden Büchse 23. Die Spindel 15 ist in der Lenkhilfe. Der Druckraum 16 bleibt dabei über eine Büchse 23 mit Hilfe einer Dichtung 24 zum Steuer- ihn mit dem Steuerventil verbindende Leitung 51 ventil 22 hin abgedichtet. (s. Fig. 2) an den Rücklauf 45 angeschlossen. Wenn

In der Entwicklung des erfindungsgemäß ausgebil- 40 ein sehr großes Drehmoment überwunden werden deten Lenkgetriebes geht dem in Fig. 2 und in größe- muß, d. h. wenn eine starke Lenkhilfe gewünscht

wird, bewegt sich die Lenkspindel so weit nach rechts, daß der Kolben 32 den Durchfluß von Drucköl vollkommen absperrt. Das Drucköl kann auf diese Weise in voller Kraft über die Leitung 50 auf den Kolben 10 einwirken.

Bei Linksdrehung des Lenkrohres 20 wirkt das Ventil in umgekehrter Richtung, so daß der Kolben 10 des Servomotors durch den Öldruck nach rechts in nicht näher dargestellter Weise im Ventilgehäuse 50 verschoben wird.

28 derart geführt, daß die Steuerhülse 25 das Lenk- Wie sich aus Fig. 3 klar ersehen läßt, besitzen die

Kolben 32 und 33 an ihrer zulaufseitigen Fläche schmale Stützkanten 52 und 53, die bei Verschieben der Lenkspindel nach rechts bzw. links an den jeden 31 des Lenkrohres 20 abstützen. Auf der Füh- 55 weils gegenüberliegenden Flächen 54 und 55 des rungsbüchse 26 sitzt ein ringförmiger Hohlkolben 32 Ventilgehäuses 28 zur Anlage kommen. Wenn sich

die Hohlkolben 32 und 33 an den Flächen 54 bzw. 55 abstützen, bleiben die zwischen den Stützkanten 52 und 53 und den Innenkanten 56 und 57 befind-

flossen werden. Den Hohlkolben 32 und 33 sind im 60 liehen ringförmigen Flächen als druckbeaufschlagbare Ventilgehäuse 28 sitzende ringförmige Anschläge 34 Hohlkolbenflächen 58 und 59 übrig. Die Hohlkolben- und 35 zugeordnet, mit denen sie Steuerschlitze 36 fläche 58 ist mindestens gleich der von dem Durch- und 37 bilden. Die Hohlkolben 32 und 33 stehen messer 60 bestimmten Querschnittsfläche 61 der in unter der Wirkung von Tellerfedern 38 und 39, die den Druckraum 17 hineinragenden Lenkspindel 15. sich über Ringe 40 und 41 abstützen. Diese Ringe 40 6g Da der Druck des Hydraulikmediums auf die Quer- und 41 liegen an einem äußeren Ringflansch 42 der schnittsfläche 61 stets gleich dem Druck auf die Steuerhülse 25 und einem inneren Ringflansch 43 des Hohlkolbenfläche 58 ist, heben sich wegen der Gehäuses 28 an. Gleichheit der beaufschlagten Flächen die Kräfte, die

rem Maßstab in Fig. 4 dargestellten Steuerventil das Steuerventil gemäß Fig. 3 voraus. Im folgenden wird deshalb zuerst der Aufbau und die Wirkungsweise des in Fig. 3 gezeigten Steuerventils beschrieben.

Das mit der Lenkspindel 15 versehene Ende des Lenkrohres 20 ist von einer Steuerhülse 25 umgeben, auf deren Enden je eine Führungsbüchse 26 bzw. 27 aufgesetzt ist. Die Führungsbüchsen 26 und 27 sind

rohr 20 mit gleich großem Abstand 29 umgibt. Die äußeren Stirnseiten der Führungsbüchsen 26 und 27 werden von Nadellagern 30 erfaßt, die sich an Bun-

und auf der Führungsbüchse 27 ein ringförmiger Hohlkolben 33. Beide Hohlkolben 32 und 33 sind nur innen geführt und können außen von Öl um-

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bestrebt sind, das Lenkrohr axial zu verschieben und dadurch eine ungewollte Ventilkörperverstellung vorzunehmen, auf. Somit wird eine völlige Kompensation der in Abzug zu bringenden Querschnittsfläche der Lenkspindel erreicht, d. h., die wirksamen Flächen des Zylinderkolbens 10 sind nunmehr gleich groß. Der gleichzeitig auf die ringförmige Stirnfläche 62 der Führungsbüchse 26 wirkende Flüssigkeitsdruck kann außer Betracht bleiben, da auf die entsprechend dimensionierte ringförmige Stirnfläche 63 der Führungsbüchse 27 ein gleich großer Druck wirkt und die von den Drücken hervorgerufenen Kräfte sich gegenseitig aufheben. Die gewünschte Kompensation der Lenkspindelquerschnittsfläche 61 ist nur erforderlich, wenn der Druckraum 17 beaufschlagt wird. Wie eingangs erwähnt, ist dazu eine Verschiebung des Lenkrohres 20 nach rechts erforderlich. Da der Hohlkolben 33 nach dem Verschließen des Steuerschlitzes 37 sich unter Spannung der Tellerfedern 39 von seinem Sitz abhebt, werden die von dem Hydraulikmedium auf seine Hohlkolbenfläche 59 wirkenden Kräfte auf den ringförmigen Anschlag 35 und damit das Ventilgehäuse 28 übertragen.

Abweichend von der Steuerventilausbildung nach Fig. 3 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 nur der spindelseitige Hohlkolben 64 auf einer Führungsbüchse 65 verschiebar angeordnet. Der Hohlkolben 66 sitzt dagegen unmittelbar axial verschiebar auf der Steuerhülse 67. Der Hohlkolben 64 mit seiner druckmittelzulaufseitigen druckbeaufschlagbaren Fläche F₁₁, die in der Zeichnung durch eine Strichverstärkung hervorgehoben ist, bildet den abgefederten beweglichen Teil des spindelseitigen Ventilkörpers und die druckbeaufschlagbare ringförmige Stirnfläche F₆ der Führungsbüchse 65 den festen Teil des spindelseitigen Ventilkörpers. Der lenkrohrseitige Ventilkörper wird ausschließlich durch den abgefederten Hohlkolben 66 gebildet. Die wirksamen Flächen der beiden Ventilkörper sind in bezug auf die Querschnittsfläche F₅ der in den Druckraum 17 eindringenden Spindel 15 abgestimmt, und zwar derart, daß einmal eine völlige Kompensation der Querschnittsfläche und damit ein Ausgleich der wirksamen Flächen des Zylinderkolbens 10 erreicht ist und daß zum anderen auf das Lenkrohr wirkende Reaktionskräfte auftreten, die bei Links- und bei Rechslenkung gleich groß sind. Um diese Bedingung zu erfüllen, ist die wirksame Fläche des spindelseitigen Ventilkörpers größer als die Querschnittsfläche F₅ der in den Druckraum 17 hineinragenden Spindel 15.

Bezeichnet man die wirksame Fläche des spindelseitigen Ventilkörpers als F₁, dann gilt die folgende Beziehung

rechten Seite die Fläche F_r. Die Querschnittsfläche F_s der Spindel 15 wird durch das Druckmittel nicht beaufschlagt. Für die sich am Lenkrad bemerkbar machende Reaktionskraft ist die Flächendifferenz

maßgebend. Die Fläche F_k ist in der Zeichnung durch Verstärkung einer Linie veranschaulicht.

Eine gleich große Reaktions- bzw. Rückstellkraft soll auch dann wirksam sein, wenn ein entgegengesetzter Lenkausschlag erfolgt, d. h. wenn die Lenkspindel in die in Fig. 4 abgebildete Lage verschoben wird und der Druckraum 17 durch das Hydraulikmedium beaufschlagt wird. Dabei kommen die Kolben 64 und 66 zu Anlage an der Fläche 54 des Gehäuses 28 bzw. an dem Anschlag 35. Der Druck des Hydraulikmediums wirkt jetzt lediglich auf die Flächen F₅ sowie auf die Flächen F_n und F₆. Um eine Gleichheit der Rückstellkräfte zu erzielen, muß die Differenz dieser Flächen gleich der für die Rückstellkraft maßgebenden Fläche F_k sein:

Daraus folgt:

F_r = F_n + 2F₆ -F₅

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Es sei ferner die wirksame Fläche des Hohlkolbens 66, die ebenso wie die wirksame Fläche F_n des Hohlkolbens 64 nicht mit der gesamten Stirnfläche übereinstimmt, sondern etwas geringer ist, mit F_r bezeichnet.

Bei Verschieben der Lenkspindel nach links, d. h. also in entgegengesetzter Richtung zu der in Fig. 4 dargestellten Lage, wird der Druckraum 16 beaufschlagt, und es liegen folgende Verhältnisse vor: Die Hohlkolben 64 und 66 kommen an dem ringsförmigen Anschlag 34 bzw. der Fläche 55 des Gehäuses 28 zur Anlage. Das Hydraulikmedium beaufschlagt auf der linken Seite lediglich die Fläche F₆ und auf der Optimale Verhältnisse liegen also dann vor, wenn die wirksame Fläche F₁. des lenkrohrseitigen Ventilkörpers 66 gleich ist der Summe der wirksamen Fläche F_n des spindelseitigen Hohlkolbens 64 und der doppelten wirksamen Fläche F₆ der spindelseitigen, den festen Ventilkörper bildenden Führungsbüchse abzüglich der Querschnittsfläche F₅ der in den Druckraum 17 des Servomotors hineinragenden Spindel 15.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Lenkspindel, die beim Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes entgegen der Wirkung von Rückstellfedern axial verschiebbar ist und bei der Axialverschiebung über ein Steuerventil auf einen Servomotor mit einem durch ein Hydraulikmedium beaufschlagbaren Kolben einwirkt, der zwei Druckräume des Servomotorzylinders voneinander trennt, in dessen einen das mit dem Kolben in Verbindung stehende Ende der Lenkspindel hineinragt, so daß sie bei Aufbau eines Druckes des Hydraulikmediums in diesem Druckraum in axialer Richtung druckbeaufschlagt wird, und mit einem mit der Lenkspindel verbundenen Bauteil, der eine Fläche aufweist, die zum Ausgleich der durch die Beaufschlagung der Lenkspindelquerschnittsfläche erzeugten Kräfte mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird, nach Zusatzpatent 1113 644, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelzulaufseitigen, druckbeaufschlagbaren wirksamen Flächen (F_n und F₆; F_r) des mit der Lenkspindel verbundenen Bauteils (64 und 65) sowie eines weiteren auf der Lenkspindel angeordneten Bauteils (66) in ihrer Größe derart voneinander abweichen, daß die auf das Lenkrohr (20) wirkenden Rückstellkräfte bei Links- und Rechtslenkung gleich groß sind.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Bauteile durch Ventilkörper (64 und 65; 66) des in an sich be-

kannter Weise als Ringventil ausgebildeten Steuerventils (22) gebildet sind.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerventil (22) spindelseitig ein von einem Hohlkolben (64) gebildeter beweglicher Ventilkörper vorgesehen ist, wie dies an sich bekannt ist, der von einem festen Ventilkörper in Form einer Führungsbüchse (65) getragen wird, die auf einer an sich bekannten mit dem Lenkrohr (20) verbundenen Steuer- hülse (67) sitzt, während lerikrohrseitig in an sich bekannter Weise ein ebenfalls von einem Hohlkolben (66) gebildeter beweglicher Ventilkörper unmittelbar auf der Steuerhülse (67) angeordnet ist.

4. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagbare Fläche (F_n und F₀) der spindel-

seitigen Ventilkörper (64 und 65) größer ist als die Querschnittsfläche (F_s) der in den Druckraum (17) des Servomotors hineinragenden Spindel (15).

5. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des lenkrohrseitigen Ventilkörpers im wesentlichen gleich der Summe der wirksamen Fläche (F_n) des spindelseitigen Hohlkolbens (64) und der doppelten wirksamen Fläche (F₀) der spindelseitigen, den festen Ventilkörper bildenden Führungsbüchse (65) abzüglich der Querschnittsfläche (F_s) der in den Druckraum (17) des Servomotors hineinragenden Spindel (15) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1047 038.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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