DE1181077B - Fluessigkeitshilfskraftlenkung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4i07¥W PATENTAMT Internat. Kl.: B 62 d

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 63 c-47

1181077
G 25334II/63 c
19. September 1958
5. November 1964

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitshilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, bei der ein Teil einer ein handbetätigtes drehbares Lenkglied mit einem Lenkgetriebe verbindenden Lenkwelle als Torsionsstabfeder ausgebildet ist, die die Einstellung von konzentrisch ineinandergreifenden Büchsen eines die Lenkwelle umgebenden Servosteuerventils bewirkt.

Bei einer bekannten Bauart wird die Verdrehung des Torsionsstabes benutzt, um eine Relativbewegung zwischen zwei Elementen eines Schieberventils zu bewirken. Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß die drehende Bewegung des Lenkgliedes in eine lineare Bewegung des Ventils umgewandelt werden muß. Diese Umwandlung bedingt notwendigerweise einen toten Gang, der das anfängliehe Ansprechen des Ventils verzögert und damit die Wirkung unzuverlässig macht.

Es sind auch Drehschieberventile bekannt, bei denen die Rückführung durch Schraubendruckfedern bewirkt wird. In der Praxis müssen diese Druck- »0 federn vorgespannt sein, und damit wird die Hilfskraft erst wirksam, nachdem das Lenkglied bereits um einen gewissen Winkel gedreht worden ist. Beim Einsetzen der Hilfskraft ergibt sich ein Übergang, der ein unerwünschtes Steuergefühl am Lenkglied bedingt. Der Fahrer gewinnt nämlich den Eindruck, daß er die Beherrschung des Fahrzeuges am Übergangspunkt verliert. Ein weiterer Nachteil der Drehschieberventile mit Druckfedern besteht darin, daß sie raumsperrig sind, da die Druckfedern außerhalb der Büchsen angeordnet werden müssen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Einstellung des Steuerventils durch die an sich bekannte relative Verdrehung zwischen den konzentrischen Büchsen erfolgt und daß die beiden Büchsen mit den einander entgegengesetzten Enden der Torsionsstabfeder drehfest verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung beginnt sich die Torsionsstabfeder sofort zu verwinden, wenn auf das Lenkglied eine Kraft ausgeübt wird, und da die drehende Bewegung zu den Elementen des Steuerventils beibehalten wird, spricht das Steuerventil sehr feinfühlig an. Die durch die Torsionsstabfeder bedingte Rückstellkraft ist dem Winkelausschlag des Lenkglieder proportional. Dabei ist der Aufbau sehr einfach, denn es ist lediglich erforderlieh, die beiden Steuerventilelemente und die Torsionsstabfeder in einem geeigneten Gehäuse anzuordnen. Diese Vereinfachung ist bei den verwendeten hohen Drücken sehr wichtig, denn sie vermindert die Möglichkeit von Leckagen und Verformungen, die andernsfalls ein unzuverlässiges Arbeiten verursachen.

Flüssigkeitshilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwalt,

Berlin 12, Bolivarallee 9

Als Erfinder benannt:
Philip Barnhart Zeigler,
William Blair Thompson,
Saginaw, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Oktober 1957

(687728)

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Torsionsstabfeder zum mindesten zu einem Teil innerhalb der Büchsen des Steuerventils liegt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Steuerventil einen oder mehrere axiale Steuerbunde hat, deren Kanten in an sich bekannter Weise wenigstens zum Teil vom parallelen Verlauf abweichen, um am Lenkglied ein proportionales Steuergefühl zu erzeugen. Ferner wird vorgeschlagen, daß an jeder Seite des axialen Steuerbundes eine axiale Nut vorgesehen ist, deren Grundflächen bogenförmig gestaltet sind, um einen günstigen Flüssigkeitsdruchstrom im Ventil zu sichern.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 ein Längsschnitt durch eine Hilfskraftlenkung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1,

F i g. 3 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht eines Teiles des Steuerventils,

409 710/251

F i g. 4 ein Schnitt durch dieses Teil nach der Linie4-4 der Fig. 7,

F i g. 5 ein Schnitt durch ein anderes Teil des Ventils,

F i g. 6 eine Seitenansicht dieses Teils, F i g. 7 ein Schnitt nach der Linie 7-7 der F i g. 2 und

F i g. 8 ein Schnitt nach der Linie 8-8 der F i g. 2. Eine nachgiebige Kupplung 10 verbindet das untere Ende einer ein nicht gezeichnetes Lenkrad tragenden Lenkwelle 12 mit dem äußeren Ende eines Wellenstummels 16. Der Wellenstummel 16 hat am inneren Ende (F i g. 8) einen Flansch 17. In der Nähe des vorderen Endes sind eine sie umgebende Flüssigkeitsdichtung 18 und ein Nadellager 20 vorgesehen, die beide in einem Haltestutzen 22 gelagert sind, der in das Ende eines Gehäuses 24 eines Hilfskraftsteuerventils eingeschraubt und durch eine Mutter 26 gesichert ist. Am inneren Rand hat der Haltestutzen 22 außen eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme eines Drucklagers 28 für eine äußere Büchse 30 des Steuerventils. Zwischen der Büchse 30 und dem Drucklager 28 ist eine wellenförmige Abstandsscheibe 32 vorgesehen. An den Stirnseiten hat die Büchse 30 innere Ausnehmungen zur Aufnahme von Ringen 34 und 36.

Das Ventilgehäuse 24 sitzt an einem Servozylinder 40, der einen Kolben 42 enthält. Der Kolben 42 hat außen eine Zahnstange, die mit einem Zahnsektor 44 kämmt, der ein Teil einer Lenkstockwelle 46 ist. Die Lenkstockwelle 46 ist mit einem nicht dargestellten Lenkstockhebel verbunden, an den das Lenkgestänge angeschlossen ist.

Der Kolben 42 hat eine Bohrung mit einem Schraubengang, der mit einem Schraubengang am Außenumfang einer Schneckenwelle 48, die in der Kolbenbohrung liegt, eine Laufbahn für Kugeln 50 bildet. Ein Rücklaufrohr 52 sichert den Umlauf der Kugeln. Am linken Ende ist die Kolbenbohrung durch eine Kappe 54 verschlossen, während das linke Ende des Zylinders 40 durch eine ähnliche, aber größere Kappe 56 verschlossen ist.

Das obere Ende der Schneckenwelle 48 hat einen Flansch, in dem ein Stift 62 sitzt, welcher in einen Schlitz 60 der Ventilbüchse 30 eingreift (Fig. 2). Der Flansch der Schnecke liegt gegen ein Drucklager 64 an, zwischen dem und einer Wand des Gehäuses 24 eine Tellerfeder 66 liegt. Die Feder 66 und der Haltestutzen 22 üben auf die Lager 28 und 64 eine Vorbelastung aus.

Innerhalb der äußeren Büchse 30 des Steuerventils liegt eine innere Büchse 70, die über einen Stift 72 mit dem Wellenstummel 16 verbunden ist. Der Wellenstummel 16 hat eine Schulter, gegen die ein Sprengring 74 anliegt, welcher als Sitz für eine Dämpferfeder 76 dient. Das andere Ende dieser Feder liegt gegen eine Schulter der Büchse 70 an.

Der Wellenstummel 16 hat eine zentrale Bohrung zur Aufnahme eines Torsionsstabes 78, der mit diesem am äußeren Ende durch einen Stift 80 verbunden ist. Zwischen dem Wellenstummel 16 und dem Torsionsstab 78 liegen ein Ring 83 und eine Dichtung 84. Am inneren Ende ist der Torsionsstab 78 über ein Lager 86 auf dem Wellenstummel 16 abgestützt und durch einen Stift 88 mit einem Verbindungsstück 90 verbunden, das eine Nabe 92 und einen Flansch 94 hat. Der Flansch 94 hat zwei Ausnehmungen, in die Lappen 100 der Schneckenwelle 48 ragen. Die Lappen 100 ragen auch mit geringem Spiel durch Schlitze am Umfang des Flansches 17 des Wellenstummels 16 (F i g. 8).

Ein an der Innenwand der Büchse 30 sitzender Zapfen 102 ragt in einen Schlitz 104 des Flansches 94 des Verbindungsstückes 90 (Fig. 2).

Es drehen sich somit der Wellenstummel 16, das äußere Ende des Torsionsstabes 78 und die innere Büchse 70 gemeinsam, und auch die Schneckenwelle ίο 48, die äußere Büchse 30 und das innere Ende des Torsionsstabes 78 drehen sich ebenfalls gemeinsam, sobald das Spiel zwischen den Lappen 100 und den Rändern der Umfangsschlitze des Wellenstummels 16 aufgenommen ist.

Die äußere Büchse 30 hat am Außenumfang drei Ringnuten 110, 112 und 114, die durch Dichtungen 118 aufnehmende Ringnuten 116 abgedichtet voneinander getrennt sind (Fig. 1 und 2). Die mittlere Ringnut 110 ist ein Druckkanal, da sie Verbindung mit einer Druckleitung 120 hat (Fig. 1), die von einer aus einem Behälter 124 ansaugenden Pumpe 122 der Hilfskraftlenkung Druckflüssigkeit erhält. Die beiden anderen Ringnuten 112 und 114 sind Zuteilkanäle, da sie über Leitungen 130 bzw. 132 mit dem unteren bzw. oberen Ende des Servozylinders 40 verbunden sind.

Die Ringnut 110 hat über den Umfang verteilt vier genau radiale Kanäle 134 zur Bohrung der äußeren Büchse 30. Die Ringnut 112 hat über den Umfang verteilt vier geneigte radiale Kanäle 136 zur Bohrung der Büchse 30, und die Ringnut 114 hat über den Umfang verteilt vier in entgegengesetzter Richtung geneigte radiale Kanäle 138 zur Bohrung der Büchse 30.

Jeder der radialen Kanäle 134 führt zu je einer axialen Nut 140 an der Innenfläche der Büchse 30, und jeder Kanal 136 liegt mit axialem und radialem Abstand auf der einen Seite eines benachbarten Kanals 134, während jeder Kanal 138 mit axialem und radialem Abstand auf der anderen Seite des benachbarten Kanals 134 liegt. Beiderseits der einzelnen Gruppen von Kanälen 134, 136 und 138 ist je eine breite axiale Nut 142 bzw. 144 in der Büchse 30 vorgesehen. Die Mündungen der axialen Nuten 140, 142 und 144 sind durch die Ringe 34 und 36 verschlossen.

Die innere Büchse 70 hat am Außenumfang vier Paare von axialen Nuten 146 und 148, die bogenförmig gestaltet sind (F i g. 5 und 6) und von den Stirnseiten der Büchse 70 getrennt sind. Zwischen den Nuten 146 und 148 jeden Paares ist ein Steuerbund 160 und an beiden Seiten jeden Paares je ein breiterer Steuerbund 162 bzw. 164 gebildet (F i g. 6 und 7). Die Kanten der Steuerbunde 160 haben Abschrägungen 161 (F i g. 6). Radiale Kanäle 150 in den Steuerbunden 162 und 164 führen zu einer Kammer 154, in der die Dämpferfeder 76 liegt und die durch die wellenförmige Abstandsscheibe 32 mit einer zum Behälter 124 führenden Abflußleitung 158 verbunden ist.

Der Torsionsstab 78 unterliegt in der Geradeausfahrtstellung der Lenkung, wenn die Teile des Steuerventils in der neutralen zentrierten Lage sind, keiner Torsionsbeanspruchung. In dieser Lage sind die Nuten 140 der Büchse 30 durch die Abschrägungen 161 mit den Nuten 146 und 148 der Büchse 70 verbunden. Die Nuten 146 und 148 stehen mit den Kanälen 136 und 138 in der Büchse 30 in Verbindung,

Claims (1)

1. 5 6

   so daß die Druckflüssigkeit von der Druckleitung in die zentrierte Lage zur Büchse 30 zurück, und es 120 zu den Zuteilleitungen 130 und 132 auf beide wirkt keine Hilfskraft mehr. Der Lenkwiderstand Seiten des Servozylinders 40 strömen kann. Die veranlaßt dann eine Bewegung des Kolbens 42 und Nuten 146 und 148 überlappen auch die Nuten 142 ein Drehen der Schneckenwelle 48 und der Büchse und 144, die mit dem Kanal 150 in Verbindung 5 30 zurück in die Geradeausfahrtstellung. Bei sich stehen, so daß die Druckflüssigkeit von der Druck- drehender Büchse 30 nimmt der torsionsfreie Torleitung 120 auch zur Abflußleitung 158 strömen kann sionsstab 78 den Wellenstummel 16 und die Büchse und das Ventil gegen den statischen Flüssigkeits- 70 mit.
   druck im Zylinder 40 durchströmt. Wird während der Rückkehr in die Geradeaus-

   Es sind somit axiale Zuteilöffnungen zwischen den io fahrtstellung das Lenkrad in einer Zwischenstellung

   Kanten der Steuerbunde 160 und den Kanten der festgehalten, so bewirkt der Lenkwiderstand ein

   Nuten 140 und axiale Abflußöffnungen zwischen den Drehen der Schneckenwelle 48 und der Büchse 30

   Kanten der Nuten 142 und 144 und den Kanten der gegen den Torsionswiderstand des Torsionsstabes 78.

   Steuerbunde 162 und 164 gebildet. Die relative Verlagerung zwischen den Büchsen 30

   . 15 und 70 veranlaßt die Zufuhr von Druckflüssigkeit

   Arbeitsweise _zum Servozylinder, so daß eine weitere Bewegung

   Die Ventilbüchse 30 dreht sich mit der Schnecken- des Kolbens verhindert wird.

   welle 48, die in der Geradeausfahrtstellung bleibt, Der Druck auf den Kolben entspricht dem Lenk-

   sofern nicht von außen auf die lenkbaren Räder wir- widerstand und wird durch die relative Verlagerung

   kende Kräfte eine Verstellung veranlassen wollen. 20 der Büchsen des Ventils bestimmt. Die relative Ver-

   Die Ventilbüchse 70 dreht sich mit der Lenkwelle lagerung der Büchsen zueinander bedingt ein Ver-

   12, so daß sie bei Einleitung einer Lenkbewegung winden oder Entspannen des Torsionsstabes, und das

   durch das Lenkrad gedreht wird. Ausmaß der Verwindung ist von der relativen Ver-

   Der an einander entgegengesetzten Enden mit dem lagerung abhängig. Die Lenkkraft am Lenkrad ist

   Wellenstummel 16 und der Schneckenwelle 48 ver- 35 ausreichend, um ein Verwinden des Torsionsstabes

   bundene Torsionsstab 78 beginnt sofort bei Beginn in ausreichendem Maße zu erreichen, um die Ventil-

   der Lenkkraft zu tordieren und ergibt einen federn- büchsen zueinander zu verstellen und dadurch einen

   den Widerstand gegen die Drehbewegung der inne- ausreichenden Flüssigkeitsdruck auf den Kolben zu

   ren Büchse 70 gegenüber der äußeren Büchse 30, bis steuern, um den Lenkwiderstand auszugleichen,

   das Spiel zwischen den Lappen 100 und den Schiit- 30 Die Lenkkraft ist dem Grad der Verwindung

   zen in dem Wellenstumpfflansch 17 aufgenommen direkt proportional, so daß am Lenkrad eine doppelt

   ist, worauf keine weitere Relativbewegung der Buch- so große Kraft aufzuwenden ist, wenn der Torsions-

   sen zueinander auftritt. stab um die doppelte Gradzahl verwunden wird. Die

   Bei einem Rechtseinschlag der Räder bewirkt die Federkonstante des Torsionsstabes ergibt sich aus

   Büchse 70, daß die Steuerbunde 160 die Zuteil- 35 seinem Durchmesser und seiner Länge und beträgt

   öffnungen schließen, um die radialen Kanäle 138 von vorzugsweise etwa 11,5 kg/cm je Grad Verwindung,

   den axialen Nuten 140 und den radialen Kanälen So wird z. B. beim Einparken oder schwerer Len-

   134 zu trennen und die anderen Zuteilöffnungen wei- kung, wenn also der Lenkwiderstand am größten und

   ter zu öffnen. Dadurch wird der Druckflüssigkeits- größter Druck für den Servozylinder erforderlich ist,

   strom auf die radialen Kanäle 136 beschränkt, die 40 der Torsionsstab etwa um 3° verwunden, und die er-

   über die Zuleitung 130 mit dem unteren Ende des forderliche Kraft am Lenkrad ist dreimal so groß,

   Servozylinders 40 verbunden sind. Gleichzeitig schlie- um die Verlagerung der Büchsen zu erreichen, wie

   ßen die Steuerbunde 162 und 164 die zu den radi- im Falle geringen Lenkwiderstandes, z. B. bei Fahrt

   alen Kanälen 136 führenden Auslaßöffnungen von mit normaler Reisegeschwindigkeit auf der Land-

   den axialen Nuten 142 und 144 ab und öffnen die 45 straße, bei dem der Torsionsstab um 1° verwunden

   anderen Auslaßöffnungen zwischen den axialen Nu- wird. Der Fahrer erhält somit ein proportionales

   ten 142 und 144 und den Kanälen 138. Es entsteht Steuergefühl.

   zwischen beiden Seiten des Kolbens 42 eine Druck- Die Abschrägung 161 läßt die die Steueröffnungen

   differenz, so daß dieser die gewünschte Servounter- bildenden Kanten der Büchse mindestens zum Teil

   Stützung leistet. Die Bewegung des Kolbens 42 ver- 50 nichtparallel werden, so daß die Geschwindigkeit des

   anlaßt ein Drehen der Schneckenwelle und der mit Druckanstieges bei relativer Bewegung der Büchsen

   ihr verbundenen äußeren Büchse 30, die dauernd allmählich erfolgt. Auch können die Kanten der

   versucht, die innere Büchse 70 einzuholen. Nuten 140 abgeschrägt und die Kanten der Steuer-

   Wird die Lenkkraft am Lenkrad verringert, dieses bunde 160 gerade sein. Zusätzlich können auch die aber in der Einschlagstellung belassen, so erhält der 55 Kanten der Steuerbunde 162 und 164 oder der Nuten Kolben 42 weiterhin Druckflüssigkeit, so daß die 142 und 144 abgeschrägt werden.
   Schneckenwelle 48 weitergedreht wird, bis die Statt der Abschrägungen könnten zur Erreichung Büchse 30 zur Büchse 70 eine solche Lage einnimmt, der gleichen Wirkung auch Ausnehmungen entspredaß die Druckflüssigkeitszufuhr zur Leitung 130 chenden Abstandes von den Kanten der Steuerbunde durch teilweises Schließen der Öffnungen zwischen 60 oder Nuten, die die Steueröffnungen bilden, verwenden Nuten 140 und den Kanälen 136 durch die det werden.
   Steuerbunde 160 vermindert wird. Die Büchsen 30 Patentansprüche·
   und 70 bleiben etwas außerhalb der zentrierten Stellung, um eine ausreichende Druckdifferenz zur Über- 1. Flüssigkeitshilfskraftlenkung für Kraftfahrwindung des Lenkwiderstandes bei eingeschlagenen 65 zeuge, bei der ein Teil einer ein handbetätigtes Rädern zu sichern. drehbares Lenkglied mit einem Lenkgetriebe ver-

   Wird das Lenkrad völlig freigegeben, so dreht der bindenden Lenkwelle als Torsionsstabfeder aus-

   Torsionsstab 78 die Büchse 70 und die Lenkwelle 12 gebildet ist, die die Einstellung von konzentrisch

   ineinandergreifenden Büchsen eines die Lenkwelle umgebenden Servosteuerventils bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Steuerventils durch die an sich bekannte relative Verdrehung zwischen den konzentrischen Büchsen (30 und 70) erfolgt und daß die beiden Büchsen mit den einander entgegengesetzten Enden der Torsionsstabfeder (78) drehfest verbunden sind.

   2. Flüssigkeitshilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsstabfeder (78) zum mindesten zu einem Teil innerhalb der Büchsen (30 und 70) des Steuerventils liegt.

   3. Flüssigkeitshilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil einen oder mehrere axiale Steuerbunde (160) hat, deren Kanten in an sich be-

   kannter Weise wenigstens zum Teil vom parallelen Verlauf abweichen, um am Lenkglied (12) ein proportionales Steuergefühl zu erzeugen.

   4. Flüssigkeitshilfskraftlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite des axialen Steuerbundes (160) eine axiale Nut (146, 148) vorgesehen ist, deren Grundflächen bogenförmig gestaltet sind, um einen günstigen Flüssigkeitsdurchstrom im Ventil zu sichern.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 636 500, 924 727,
   940 094, 942248;

   deutsche Auslegeschriften Nr. 1014 444,
   1016577;
   USA.-Patentschrift Nr. 2464110.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   409 710/251 10.64 © Bundesdruckerei Berlin