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Lenkvorrichtung mit Servomotor für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine Lenkvorrichtung mit Servomotor für Kraftfahrzeuge, bei der die Lenkwelle zwei
im wesentlichen fluchtende und im begrenzten Maße relativ zueinander drehbare Wellenabschnitte
aufweist und die relativen Drehbewegungen in axiale Verstellbewegungen eines Steuerschiebers
für den Servomotor umgewandelt werden.
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Derartige Lenkvorrichtungen sind bereits bekannt. So ist bei einer
bekannten Lenkvorrichtung dieser Art die Lenkwelle mit einem Gewindeteil in die
gegen Längsbewegung gesicherte Schnecke eingeschraubt, so daß die Lenkwelle mit
dem Steuerventil bei überschreiten eines bestimmten Lenkwiderstandes eine Längsverschiebung
erfährt. Der Ventilschieber selbst steht dabei unter der Wirkung zweier in entgegengesetzten
Richtungen vorgespannter Federn, die mit Hilfe von Anschlägen bestrebt sind, den
Schieber in seiner neutralen Stellung zu halten. Bei einer anderen bekannten Hilfskraftlenkvorrichtung
ist der Ventilschieber mit einer durch die hohle Lenkwelle geführten Betätigungsstange
verbunden. Im Bereich des Lenkrades ist das Ende der Stange über radiale Verbindungsglieder
mit einem zweiarmigen Hebel verbunden, der an im Abstand voneinander liegenden Anlenkpunkten
mit relativ zueinander drehbaren Wellenabschnitten der Lenkwelle, nämlich mit dem
Lenkrad und einer die Betätigungsstange konzentrisch umgebenden und mit der Schneckenwelle
direkt verbundenen Hohlwelle, verbunden ist. Bei relativen Drehungen zwischen diesen
beiden Wellenabschnitten wird der Hebel verschwenkt und damit die Betätigungsstange
für den Ventilschieber axial verschoben. Auf die Schnecke einwirkende Stöße od.
dgl. können hierbei direkt und ungedämpft auf den Ventilschieber einwirken. Es ist
auch bekannt, in der Lenkwelle eine Schwachstelle in Form eines Torsionsstabes vorzusehen,
der bei überschreiten eines vorbestimmten Lenkwiderstandes tordiert. Die dabei auftretenden
Längenänderungen werden über eine mit einem Ende mit dem Torsionsstab fest verbundene
Hülse über eine Umlenkverbindung als Steuerbewegung auf den Ventilschieber übertragen.
Auf dem gleichen Wege gelangen aber auch Stöße od. dgl. von der Schnecke ungehindert
zum Ventilschieber. Bei einer anderen bekannten Hilfskraftlenkvorrichtung sind zwei
konzentrisch ineinanderragende Wellenabschnitte der Lenkwelle durch einen zwischen
den konzentrischen Wellen angeordneten Gummiring elastisch miteinander verbunden.
Die Relativdrehungen der beiden Abschnitte dienen zur Steuerung des Ventilschiebers.
Zu diezem Zweck weist der äußere Wellenabschnitt Schräg zur Wellenachse verlaufende
Führungsschlitze auf, in die in einem Axialschlitz des inneren Wellenabschnittes
gleitende radiale Stifte eingreifen. Statt des Gummiringes können auch zwei zur
Wellenachse konzentrische Schraubenfedern dafür sorgen, daß die Wellenabschnitte
sowohl axial als auch in Umfangsrichtung relativ zueinander bewegbar sind. Normalerweise
wird hierbei die Lenkkraft über die Federn direkt zwischen den beiden Wellenabschnitten
übertragen. Sobald der Lenkwiderstand jedoch einen vorbestimmten Wert überschreitet,
erfolgt eine Relativbewegung zwischen den Wellenabschnitten, die als Stehbewegung
auf den Ventilschieber übertragen wird. In beiden Fällen sind die Schnecke und der
Ventilschieber über einen direkten metallischen übertragungsweg miteinander verbunden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hilfskraftlenkvorrichtung dieser
Art zu schaffen, bei der die Verstellbewegung des Ventilschiebers in Abhängigkeit
vom Lenkwiderstand mit sehr einfachen und raumsparenden Mitteln sicher erreicht
wird und das Steuerventil von den von der Fahrbahn herrührenden Stößen entlastet
wird, so daß eine ruhige, nur auf die eigentlichen Lenkausschläge ansprechende Lenkwirkung
durch die Hilfskraft erhalten wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an den
Verbindungsstellen zwischen diesen Elementen und den Wellenabschnitten Gummi oder
dergleichen verformbares Material angeordnet ist, und zwar derart, daß bei einer
relativen Drehung der beiden Wellenabschnitte die Verstellkräfte für das Steuerventil
über das elastische Glied übertragen werden. Durch die Erfindung wird ein direkter
metallischer Übertragungsweg zu dem Schieberventil für die von der Fahrbahn herrührenden
Stöße vermieden, indem
an den Stellen, an denen die Kräfte für
die Verstellung des Steuerschiebers abgeleitet werden, elastische Dämpfungsglieder
eingeschaltet sind. Die Erfindung erlaubt weiterhin eine ganz besonders einfache
Ausgestaltung des Kraftübertragungsweges, wenn die sich überlappenden Wellenabschnitte
der Lenkwelle mit jeweils einem oder mehreren Schraubengängen versehen werden, die
mit erheblichem Flankenspiel ineinandergreifen. Bei dieser Ausführungsform ist der
zwischen den Flanken verbleibende Zwischenraum im Bereich der Schraubengänge mit
einem elastisch zusammendrückbaren Material im wesentlichen vollständig ausgefüllt.
Die beiderseitigen Flanken der Schraubengänge bilden dabei die Stützflächen für
das elastische Material und dienen zur Übertragung der Lenkkraft. Eine relative
Drehung der beiden Wellenabschnitte führt zu einer Verformung des elastischen Materials.
Diese Verformung ruft ihrerseits die gewünschte axiale Stellbewegung für den Ventilschieber
hervor. Gleichzeitig wird durch diese Verformung eine elastische Rückstellkraft
erzeugt, die in zahlreichen Fällen besondere Federmittel wenigstens teilweise überflüssig
macht. Vor allem ergibt sich eine sehr kompakte und robuste Anordnung, die auch
bei schwierigen Betriebsverhältnissen zuverlässig arbeitet. Ein weiterer Vorteil
der Anordnung besteht darin, daß ein direkter Kontakt zwischen Teilen der beiden
Wellenabschnitte vermieden ist, so daß gleichzeitig im Lenksystem auftretende Stöße
durch das elastische Material gedämpft und damit von der Beeinflussung der Schieberstellung
weitgehend ausgeschaltet werden. Dadurch ist die Hilfskraftlenkung sehr ruhig, gleichmäßig
und bietet eine sehr gute Lenksicherheit.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt teilweise im Längsschnitt ein Lenkgetriebe, wie es
für die Zwecke der Erfindung bevorzugt Verwendung finden kann; F i g. 2 ist ein
Schnitt längs der Linie 11-1l in Fig.l; F i g. 3 ist ein Querschnitt durch eine
abgewandelte Ausbildungsform der Vorrichtung nach F i g. 1; F i g. 4 zeigt im Schnitt
eine abgewandelte Ausführungsform der übertragungsvorrichtung für die Schieberverstellkräfte
; F i g. 5 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete Außenansicht der Vorrichtung
nach F i g. 4.
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Gemäß F i g. 1 und 2 umfaßt die erfindungsgemäß gestaltete Konstruktion
ein Lenkgetriebegehäuse 10, innerhalb dessen die auf die Lenkschneckenwelle 11 a
als Drehkraft aufgebrachte Lenkkraft auf eine Kraftabgabewelle bzw. Lenkstockwelle
12 übertragen wird. Die Lenkschneckenwelle 11a steht in Antriebsverbin-3ung mit
einer Lenkradwelle 13 a.
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Die Lenkschneckenwelle 11a besteht mit einer ;anduhrförmigen Schnecke
15 aus einem Stück oder ist mit ihr fest verbunden. Die Schnecke ist in dem Gehäuse
10 in Wälzlagern 16 und 17 gelagert. Die 3anduhrförmige Schnecke besitzt eine Steuerkurve
18, Sie so genutet ist, daß sie mit zwei in einem seitlichen Abstand voneinander
angeordneten Rollen 19 und 20 msammenarbeiten kann, welche ihrerseits in Wälzlagern
25 und 26 laufen und gegenüber der Lenk-;tockwelle 12 drehbar sind.
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An dem von dem Lenkrad abgewandten Ende des 3ehäuses 10 ist ein Verschlußdeckel
10b vorgesehen, der die Öffnung 10c verschließt, durch die hindurch die sanduhrförmige
Schnecke 15 während des Zusammenbaus eingeführt wird; zusammen mit dem Dichtungsring
35 bildet der Deckel 10b eine Abdich-5 tung, die das Gehäuse 10 gegen den
Durchtritt von Druckflüssigkeit sichert. Der Deckel 10b weist eine Längsbohrung
36 auf, deren Achse im wesentlichen mit der Drehachse der Lenkschneckenwelle 11
a zusammenfällt. Gemäß F i g. 1 ist in der Bohrung 36 ein hin- und herbewegbarer
Steuerschieber 37 angeordnet, der in F i g. 1 nach rechts vorgespannt ist. Zu diesem
Zweck ist eine sehr kräftige Feder 38 mit hoher Federkonstante vorgesehen, die z.
B. etwa 220 kg7cm beträgt. Die Feder 38 greift an dem Steuerschieber 37 unter Vermittlung
durch eine zur Kraftverteilung dienende Kugel 39 und eine gelochte Scheibe 40 an,
um den Schieber im Eingriff mit der Ventilbetätigungsstange 416 zu halten, die sich
durch hohl ausgebildete Schneckenwelle 11a hindurch erstreckt.
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Der Steuerschieber 37 wird durch den Druck des von ihm gesteuerten
hydraulischen Strömungsmittels nicht beeinflußt. Es sind also keine hydraulischen
Mittel vorgesehen, um dem Fahrer ein Lenkgefühl zu vermitteln. Die gesamte Ausgleichskraft,
die das Ventil steuert, wird vielmehr durch die Feder 38 und eine noch zu beschreibende
Einrichtung aufgebracht.
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Die kräftige Feder 38 trägt den größten Teil zu derjenigen Kraft bei,
die überwunden werden muß, wenn der Schieber 37 bewegt werden soll. Die Mittellage
des Schiebers läßt sich daher sehr leicht mit Hilfe einer kleinen Verstellung der
Feder 38 einstellen. Zu diesem Zweck kann man die die Feder 38 umschließende Hülse
55 in der zugehörigen Gewindebohrung drehen. Wenn die Hülse 55 etwas nach rechts
bewegt wird, wird der Schieber 37 um einen etwas geringeren Betrag nach rechts bewegt,
und wenn sie nach links verstellt wird, folgt ihr der Schieber um einen etwas geringeren
Betrag nach. In keinem Falle wird jedoch durch das Einstellen des Schiebers mit
Hilfe der Hülse 55 diejenige Kraft beeinflußt, die erforderlich ist, um den Schieber
aus seiner Mittellage herauszubewegen.
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Man kann die Kraft, die benötigt wird, um den Schieber 37 um eine
gegebene Strecke aus seiner neutralen Stellung in eine Betriebs- bzw. Steuerstellung
zu bringen, dadurch verändern, daß man die Feder 38 durch eine andere Feder mit
unterschiedlicher Federkonstante ersetzt.
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Das beschriebene Ventil dient zum Steuern des Lenkhilfskolbens 60,
der gemäß F i g. 1 in einer Bohrung 61 des Gehäuses 10 hin- und herbewegbar angeordnet
ist. Wenn die Betätigungsstange 41 b in F i g. 1 nach links bewegt wird, wird der
Ventilschieber 37 ebenfalls nach links bewegt, so daß das Druckmittel über einen
Kanal 62 zu einem Kanal 63 strömt, um den Kolben nach rechts zu beaufschlagen.
Eine Bewegung des Kolbens nach rechts ruft eine entgegen dem Uhrzeigersinne erfolgende
Drehbewegung der Lenkstockwelle 12 hervor, da der Kolben durch eine Verbindungsstange
70 mit dem Gelenkpunkt 70a verbunden ist. Wenn die Betätigungstange 41 b dagegen
nach rechts bewegt wird, unterbricht der Schieber 37 die Verbindung zwischen den
Kanälen 62 und 63 und stellt eine Verbindung zwischen den Kanälen 62 und 64 her.
Der Kanal 64 führt zu der Kammer 68. Wenn diese mit Druck beaufschlagt wird, bewegt
sich der Kolben nach links, so daß die
Lenkstockwelle 12 im Uhrzeigersinne
gedreht wird. Die Stege des Steuerschiebers 37 sind mit Kerben bzw. Einschnitten
versehen, um ein zügiges und dabei kräftiges Wirksamwerden der Kraftbetätigung zu
gewährleisten.
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Die Welle 13c trägt eine Trommel bzw. einen Mantel 13b mit
schraubenlinienförmigen Flächen 13 c. Die Welle 11a ist mit radial nach außen vorspringenden,
zu den Flächen 13 c passenden schraubenlinienförmigen Flächen 11b versehen. Zwischen
den Bauteilen 11b. und 13c liegt ein ringförmiger Körper 9 aus Gummi oder einem
ähnlichen nachgiebigen Material, der Drehkräfte zwischen den beiden Bauteilen übertragen
kann. Wenn auf die Welle 13a ein Drehmoment in der einen oder anderen Richtung aufgebracht
wird, bewirkt die durch die schraubenlinienförmigen Flächen gebildete Verbindung
13c, 9, 11 b eine axiale Verschiebung der Welle 13 a gegenüber der Welle
11 a. Bei dieser Anordnung kann sich die Welle 13a axial bewegen, während
axiale Bewegungen der Welle 11a verhindert sind. Jede axiale Bewegung der Welle
13a ruft eine geradlinige Bewegung der Stange 41 b zum Betätigen des Ventils 37
hervor. Die Gummibuchse 8 und der Gummikörper 9 lassen Winkelversetzungen zwischen
den Mittellinien der Wellen 13 a und 11 a zu, so daß die Verbindung
in begrenztem Ausmaß nach Art eines Kardangelenks wirkt, ohne die Arbeitsweise des
Ventils 37 nachteilig zu beeinflussen.
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Bei dieser Anordnung kann eine nach links wirkende Vorspannung der
Betätigungsstange 41 b dadurch aufgebracht werden, daß die Gummibuchse 8 vorgespannt
ist. Alternativ kann zu diesem Zweck eine verhältnismäßig schwache Feder 42a vorgesehen
sein. Bei einer weiteren Abwandlung kann der Gummikörper 9 so ausgebildet und angeordnet
sein, daß er die gesamte auf den Steuerschieber 37 wirkende Vorspannkraft liefert,
so daß man auch die Feder 38 fortlassen kann. Bei der Gummikupplung kann man eine
sehr hohe Federkonstante vorsehen, wenn man Gummi von ausreichender Härte in genügender
Menge verwendet. Wenn der Gummikörper 9 eine Dicke von etwa 4 mm und eine Länge
von etwa 25 mm besitzt und wenn die Stege eine Steigung von etwa 100 mm aufweisen,
kann man bei entsprechender Härte des Gummis eine Federkonstante von etwa 360 kg/cm
erreichen. Wenn man die Kupplung in dieser Weise ausbildet, erhält man eine begrenzte
allseitige Beweglichkeit, wobei axiale Bewegungen möglich sind und solchen axialen
Bewegungen in beiden Richtungen ein Widerstand entgegengesetzt wird. Diese Kupplung
läßt sich mit einem niedrigen Kostenaufwand herstellen.
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Die Verwendung von Gummi zwischen den Stegen 11 b und den Nuten 13
c ist für das einwandfreie Arbeiten der Kupplung erforderlich. Allerdings kann man
gemäß F i g. 3 den Gummi zwischen einander benachbarten Stegen entfernen, wodurch
der Drehwiderstand der Kupplung herabgesetzt wird. Gemäß den F i g. 2 und 3 ragen
die Stege 11 b radial über den kleinsten Durchmesser des Mantels 13 b hinaus. Infolgedessen
ist auch eine mechanische Verbindung für den Fall vorhanden, daß die Gummilagen
auf irgendeine Weise beschädigt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 und 5, das bei dem Lenkgetriebe
gemäß F i g. 1 verwendet werden kann, wird die Ventilbetätigungsstange 41 durch
eine Platte 47 unterstützt, die ihrerseits gegenüber der Lenkschneckenwelle 11 axial
hin- und herbewegbar ist. Die Lenkradwelle 13 trägt eine einen Flansch bildende
Platte 72, mit der die auf die Betätigungsstange 41 aufgeschobene Abstandshülse
49 verhältnismäßig locker verbunden ist. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, ist die Betätigungsstange
41 von der Platte 72 durch in einem gegenseitigen Abstand angeordnete Gummischeiben
73 und 74 getrennt, die es der Stange 41 ermöglichen, sich innerhalb ihres verhältnismäßig
kleinen Betriebsbereichs ungehindert zu bewegen. Diese nachgiebige Verbindung ermöglicht
es dem rechten Ende der Stange 41, sich auszurichten, wenn die Drehachse der Schneckenwelle
11 gegenüber der Lenkradwelle 13 geringfügig verwinkelt ist.
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Gemäß F i g. 4. und 5 ist die Platte 47 mit dem Gehäuse 44 durch mehrere
Glieder 75 verbunden, die auf vorspringenden Zapfen 76 des Gehäuses 44 und Zapfen
77 der Platte 47 drehbar gelagert sind. Diese Verbindungsglieder 75 sind gegenüber
den zugehörigen Zapfen 76 und 77 durch nachgiebige Buchsen 78 abgepuffert. Ferner
ist die Platte 47 mit der Platte 72 durch mehrere Mitnehmerstifte 79 zwangläufig
verbunden, die sich von der Platte 72 aus durch die Platte 47 und bei 80 auch durch
den Flansch des Gehäuses 44 erstrecken. Die Öffnung 80 in dem Gehäuseflansch besitzt
in der Umfangsrichtung eine Abmessung, die etwas größer ist als der Durchmesser
des Mitnehmerstiftes 79, so daß ein toter Gang zwischen den Platten 47 und 72 einerseits
und dem Gehäuse 44 andererseits vorhanden ist.
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Wenn die Lenkradwelle 13 bei der soeben beschriebenen Anordnung gedreht
wird, werden somit die Mitnehmerstifte 79 und die Platte 47 zwangläufig gedreht.
Erfolgt die Drehung der Lenkradwelle im Sinne des Abbiegens nach rechts, so bewegen
sich die Gelenkbolzen 77 im Uhrzeigersinne. Infolge der auf die Schneckenwelle aufgebrachten
Lenkbelastung verzögert sich jedoch die Bewegung des Gehäuses 44. Der tote Gang
bei 80 ermöglicht es somit der Platte 47, sich gegenüber dem Gehäuse 44 relativ
zu drehen. Wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinne gedreht wird, werden die Verbindungsglieder
75 gegenüber den Gelenkbolzen 76 entgegen dem Uhrzeigersinne - geschwenkt. Diese
Schwenkbewegung ruft eine axiale Bewegung der Ventilbetätigungsstange 41 nach links
hervor, so daß der Kanal 62 des Steuerventils mit dem Kanal 63 verbunden
wird. Infolgedessen wird die Lenkstockwelle 12 entgegen dem Uhrzeigersinne
gedreht, und es werden die lenkbaren Räder des Fahrzeugs: nach rechts eingeschlagen.
Eine Drehbewegung der Lenkradwelle 13 im Sinne des Abbiegens nach links, d. h. eine
Drehung entgegen dem Uhrzeigersinne, ruft eine Schwenkbewegung der Glieder 75 im
Uhrzeigersinne um die Gelenkbolzen 76 hervor, wobei die Betätigungsstange
41 nach rechts bewegt wird.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist der Steuerschieber 37 mit der
Betätigungsstange 41 bzw. 41 b durch einen keilförmigen Fortsatz 37a verbunden,
dessen Schmalseite in F i g. 1 zu erkennen ist. Der Steuerschieber wird somit zusammen
mit der Stange 41 bzw. 41 b gedreht. Diese Drehbewegung wird von der Lenkradwelle
13 aus über die elastische Verbindung 76, 78 in F i g. 4 bzw. 9 in F i g. 2 zwischen
der Schneckenwelle 11 bzw. 11 a und der Stange 41 bzw. 41 b auf den Steuerschieber
37 übertragen. Die auf diese Weise herbeigeführte Drehbewegung des
Steuerschiebers
bewirkt ein zwangläufiges Losbrechen der Dichtungsflächen zwischen den verschiedenen
Stegen des Steuerschiebers und dem Ventilgehäuse, so daß das Aufbringen zusätzlicher
Kräfte vermieden wird, das bei Ventilen anderer Bauart gewöhnlich zum Losbrechen
des Steuerschiebers erforderlich ist, wenn der Schieber längs seiner Achse bewegt
werden soll.
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Bei der in den Figuren dargestellten Universalgelenkverbindung wird
die axiale Bewegung der Ventilbetätigungsstange durch ein begrenzte allseitige Bewegungen
zulassendes Universalgelenk in Form einer einfachen Verbindung unter Benutzung von
Gummi oder einem ähnlichen nachgiebigen Material gesteuert.
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Nach links ist der Steuerschieber durch eine schwache Zugfeder 42
(F i g. 4) vorgespannt, deren Federkonstante erheblich kleiner ist als diejenige
der Feder 38 (F i g. 1) und z. B. etwa 18 kg/cm beträgt.
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Die Befestigung der Feder 42 an der Ventilbetätigungsstange 41 ist
deutlicher aus F i g. 4 und 5 ersichtlich. An der Welle 41 ist mit Hilfe von Halteringen
45 und 46 ein gegenüber der Welle axial nicht bewegliches Gehäuse 44 befestigt.
Die Stange 41
trägt eine Platte 47, die mit der Stange durch eine Scheibe
48, ein Abstandsstück 49, eine Scheibe 50 und eine Mutter 51, welche die Platte
47 gegen eine Schulter 41 a der Stange 41 drückt, starr verbunden ist. Die Feder
42 ist in dem Gehäuse 44 mit Hilfe eines exzentrischen Stiftes 52 befestigt, der
an einer Stellschraube 53 angebracht ist. Das andere Ende der Feder ist bei 54 in
die Platte 47 eingehakt, so daß die Feder gespannt ist.