DE1227350B - Fluessigkeitshilfskraftlenkung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B62d

Deutsche KL: 63 c - 47

Nummer: 1227 350

Aktenzeichen: G 2829211/63 c

Anmeldetag: 3. November 1959

Auslegetag: 20. Oktober 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitshilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem handbetätigten Lenkgetriebe und einem dessen Betätigung unterstützenden Servomotor, dessen mit dem Fahrgestell verbundener Kolben in einem Zylinder verschiebbar ist, der das zu den Rädern führende Lenkgestänge verbindet und durch ein vom Lenkrad betätigtes Steuerventil wechselweise mit Druckflüssigkeit versorgt wird. Bei einer bekannten Flüssigkeitshilfskraftlenkung dieser Art ist mit dem einen Teil des Lenkgestänges bildenden Servozylinder ein Schiebersteuerventil verbunden, wodurch ein gedrängter Aufbau, eine wirkungsvolle Dämpfung der von der Fahrbahn herrührenden Stöße und geringe Leistungsverluste erzielt werden. Schieberventile haben aber den Nachteil, wenig feinfühlig zu sein, da ein gewisser toter Gang in ihnen unvermeidlich ist. Ferner ist nachteilig, daß die Verschiebebewegungen von dem verhältnismäßig beschränkten Ausschlag des Lenkstockhebels abgeleitet sind. Die Erfindung bezweckt, die Feinfühligkeit der Servowirkung zu verbessern.

Dies wird dadurch erreicht, daß das Steuerventil aus konzentrisch ineinandergreifenden, die Lenkwelle umgebenden, zur Steuerung des Druckmitteldurchflusses gegeneinander verdrehbaren und mit Aussparungen versehenen Büchsen besteht, die mit den Enden einer Torsionsstabfeder drehfest verbunden sind, die die Verbindung zwischen dem handbetätigten drehbaren Lenkglied und dem Lenkgetriebe herstellt. Da das Lenkglied zur Verstellung des Lenkstockhebels wesentlich größere, die Übersetzung bedingende Verstellwinkel überstreicht, arbeitet das mit diesem gekuppelte, den Servomotor beeinflussende Steuerventil wesentlich feinfühliger.

Ein aus koaxial ineinandergreifenden, die Lenkwelle umgebenden, zueinander verdrehbaren Büchsen bestehendes Steuerventil ist Gegenstand des älteren Patents 1181 077. Es dient dort aber der Beeinflussung eines vor dem Lenkgetriebe ,angeordneten Servomotors. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der das Steuerventil einen hinter dem Lenkgetriebe angeordneten Servomotor beeinflußt, bedingt ein bestimmtes, vom Steuerventil zugeteiltes Druckflüssigkeitsvolumen eine größere Lenkverstellung der Räder, wodurch die Feinfühligkeit der Lenklage erhöht wird.

Bei einer anderen bekannten Bauart wird das Steuerventil von der Lenkwelle betätigt und ist als ein eine Torsionsstabfeder enthaltendes Schieberventil ausgebildet. Damit weist diese Bauart den bereits erwähnten Nachteil des toten Ganges im Steuerventil Flüssigkeitshilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

General Motors Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwalt,

Berlin 19, Bolivarallee 9

Als Erfinder benannt:

Philip Barnhart Zeigler, Saginaw, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Dezember 1958
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auf. Die Hilfskraft wird ferner der Lenkwelle vor dem Lenkgetriebe zugeleitet.

Bei einer anderen bekannten Lenkanlage, die ein von der Lenkwelle betätigtes Steuerventil mit zueinander verdrehbaren Steuerbüchsen enthält, sind zur Rückführung der Steuerbüchsen vorgespannte Federn vorgesehen, woraus sich der Nachteil ergibt, daß das Steuerventil erst nach Überwindung dieser Vorspannung anspricht. Die Hilfskraftwirkung tritt dadurch verzögert ein, und bei Übergang von der Lenkung mit Handkraft zur Lenkung mit Hilfskraft erhält der Fahrer den Eindruck, daß er die Beherrschung der Lenkung verloren habe. Die Einleitung der Hilfskraft erfolgt bei dieser Anlage an der Lenkarmachse.

Bei einer weiteren bekannten Lenkanlage, die mit einem Steuerventil der obenerwähnten Art ausgerüstet ist, wird die Hilfskraft über einen Kurbelarm einer senkrecht stehenden Lenkwelle für die Vorderräder einer Straßenwalze zugeleitet.

Die erfindungsgemäße Bauweise zeitigt folgende Vorteile:
Da das Steuerventil unmittelbar von dem Lenkglied betätigt wird, ergibt sich die größtmögliche Eingangsbewegung für das Steuerventil bei einem gegebenen Winkelweg des Lenkgliedes. Da die eine Steuerbüchse unmittelbar und ohne Spiel mit der Lenkwelle verbunden ist, spricht das Steuerventil bereits bei der kleinsten Verdrehung der Lenkwelle sofort an. Durch die Verbindung der beiden Steuerbüchsen mittels Torsionsstabfeder sind Rückfüh-

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rungsfedern entbehrlich. Die Rückführkraft ist hier- Das Steuerventil 52 ist näher in den F i g. 3 und 4 bei der Winkelverdrehung der beiden Steuerbüchsen dargestellt. Die F i g. 3 zeigt ein Lenkgetriebe in zueinander proportional, so daß die theoretisch er- Gestalt einer gewindetragenden Lenkwelle 56 und wünschte Rückführwirkung eintritt. Die Torsions- einer auf Kugeln gelagerten Mutter 58 mit einer stabfeder kann hierbei einen toten Gang nicht bedin- 5 Zahnstange, die mit einem auf einer Lenkstockwelle gen, da die eine Steuerbüchse, mit der sie verbunden 62 sitzenden Zahnsektor 60 kämmt. Die Lenkstockist, wie bereits erwähnt, starr mit der Lenkwelle ver- welle 62 ist mit einem Lenkstockhebel 64 (F i g. 1) bunden ist. Auf diese Weise kann nur die die Steue- verbunden, der über ein Kugelgelenk mit dem Anrung bedingende Relatiwerdrehung zwischen den schlußstück 30 verbunden ist.

beiden Steuerbüchsen eintreten, bei der die Tor- ίο Ein Wellenstummel 70 ist mit der nicht dargestellsionsstabfeder eine Vorspannung lediglich zur Ver- ten Steuerwelle und dem willkürlich betätigbaren ringerung der gegenseitigen Verdrehung ausübt, die Lenkglied durch eine nachgiebige Kupplung 72 ververschwindet, wenn die Steuerbüchsen ihre neutrale bunden. Der Wellenstummel 70 ist auf Nadellagern Lage zueinander wieder eingenommen haben, also 74 und 76 gelagert. Das Lager 76 liegt zwischen dem die Hilfskraft nicht mehr erforderlich ist. Da der 15 Wellenstummel 70 und einer Torsionsstabfeder 78, Servomotor ein Teil des hinter dem Lenkgetriebe lie- die an ihrem rechten Ende mit dem Wellenstummel genden Lenkgestänges ist, bedingt ein vom Steuer- 70 durch einen Querstift 79 verbunden ist. Die Torventil zugeteiltes Druckflüssigkeitsvolumen eine sionsstabfeder 78 ist mit ihrem linken Ende durch größtmögliche Lenkbewegung der Räder. Die erhöhte einen Querstift 80 mit einem Flansch 84 der Lenk-Feinfühligkeit der Lenkanlage ist durch diese wir- 20 welle 56 über eine im Flansch 84 sitzende Büchse 82 kungsvollste Ausnutzung der Druckflüssigkeit be- verbunden, die den Übergang zum Lenkgetriebe dingt. bildet.

In der Zeichnung ist eine Hilfskraftlenkung nach Die Lenkwelle 56 läuft auf Nadellagern 86, die in

der Erfindung dargestellt. In dieser zeigt dem Gehäuse 88 des Steuerventils 52 sitzen.

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hilfs- 25 Das Steuerventil 52 hat eine äußere Büchse 90, die

kraftlenkung nach der Erfindung mit zum Teil weg- mit der Lenkwelle 56 durch einen Stift 92 verbunden

gebrochenen Teilen, ist, der im Flansch 84 sitzt und in einen Schlitz der

F i g. 2 einen Teillängsschnitt durch einen Teil des äußeren Büchse 90 ragt, und eine innere Büchse 94,

Servomotors, die über einen Stift 96 mit Kugelkopf mit dem WeI-

Fig. 3 eine zum Teil geschnittene Ansicht eines 30 lenstummel 70 verbunden ist. Die innere Büchse 94

Steuerventils und einer Lenkwelle mit Mutter der wird durch eine Feder 98 gegen den Kugelkopf des

Hilfskraftlenkung in größerem Maßstabe und Stiftes 96 gedrückt.

F i g. 4 einen Schnitt durch die Teile des Steuer- Die äußere Büchse 90 hat am Außenumfang drei

ventils in größerem Maßstabe. Ringnuten, die durch Dichtungen voneinander ge-

Mit den lenkbaren Rädern 14, von denen in F i g. 1 35 trennt sind. Die mittlere Ringnut ist mit einer von der

nur eines dargestellt ist, sind zwei Spurstangen 10 Pumpe 50 kommenden Druckleitung 106 verbunden,

und 12 über zwei Lenkhebel 16 verbunden. Im während die seitlichen Ringnuten über Leitungen 110

wesentlichen mittig zwischen den Spurstangen 10 und 112 mit den Kanälen 46 bzw. 40 des Anschluß-

und 12 ist ein Servomotor 20 angeordnet, der aus Stückes 30 verbunden sind. Von der mittleren Ring-

einem Zylinder 22 und einem Kolben 24 mit einer 40 nut führen vier über den Umfang verteilte radiale

Kolbenstange 26 besteht. Mit dem rechten Ende des Kanäle zu vier in der Innenfläche der äußeren Büchse

Zylinders 22 ist ein rohrförmiges Anschlußstück 28 90 vorgesehenen axialen Nuten. Von den seitlichen

(Fig. 2) verbunden, das über ein Kugelgelenk mit Ringnuten führen je vier über den Umfang verteilte,

der Spurstange 12 verbunden ist. Mit dem linken geneigte radiale Kanäle zur Innenfläche der äußeren

Ende des Zylinders 22 ist ebenfalls ein Anschluß- 45 Büchse neben den axialen Nuten, wobei die Neigung

stück 30 verbunden, das über ein Kugelgelenk mit der einen Kanäle zu der der anderen Kanäle entge-

der Spurstange 10 verbunden ist. gengesetzt ist. Die radial geneigten Kanäle münden

Die Reaktionskraft des arbeitenden Servomotors somit neben je einer Seite der zugeordneten axialen

wird über die Kolbenstange 26 vom Fahrzeugrahmen Nut. Zwischen den Mündungen dieser einzelnen

32 (F i g. 1) aufgenommen. 50 Gruppen der radialen Kanäle enthält die Innenfläche

Wie Fig. 2 zeigt, besteht der Zylinder 22 aus zwei der äußeren Büchse breitere axiale Nuten. Die axiakonzentrischen, im Abstand voneinander liegenden len Nuten sind an den Stirnseiten durch in Ring-Rohren 34 und 36, deren Enden durch die Anschluß- nuten eingesetzte Ringe 100 und 102 verschlossen,
stücke 28 und 30 verschlossen sind. Der Ringraum Die innere Büchse 94 hat am Außenumfang vier 38 zwischen den Rohren 34 und 36 gestattet den Zu- 55 Paare von axialen Nuten bogenförmiger Gestalt, die und Abstrom der Flüssigkeit auf der Kolbenstangen- in der neutralen Lage der beiden Büchsen zueinander seite des Zylinders, der über einen Kanal 40 im An- im Bereich zwischen den axialen Nuten in der äußeschlußstück 30 und einen Ringkanal 42 in der linken ren Büchse 94 liegen und daher mit den radial geStirnfläche des Anschlußstückes 28 erfolgt. Der Zu- neigten Kanälen in der äußeren Büchse 94 in Verbin- und Abstrom der Flüssigkeit zur linken Kammer des 60 dung stehen. Da durch Abschrägungen die axialen Servomotors erfolgt über einen Kanal 46 im An- Nuten in den beiden Büchsen miteinander in Verbinschlußstück 30. dung stehen, wird die Druckflüssigkeit aus der Druck-

Die Kolbenstange 26 ist in einer Büchse 44 ge- leitung 102 zu den Leitungen 110 und 112 und damit

führt, die im Anschlußstück 28 sitzt. auf beide Seiten des Servokolbens 24 geleitet. Ferner

Die Flüssigkeit zum Betrieb des Servomotors 20 65 besteht auch eine Verbindung zu einer Abflußleitung

wird von einer Pumpe 50 (F i g. 1) über ein Steuer- 108 zum Behälter 54. Das Steuerventil wird daher

ventil 52 zugeleitet und fließt zu einem Behälter 54 gegen den statischen Druck im Servozylinder 22 von

ab, aus dem die Pumpe ansaugt. der Druckflüssigkeit durchströmt.

Beim Betätigen des Lenkgliedes erfolgt eine Relativdrehung zwischen den Büchsen 90 und 94 gegen die .ansteigende Gegenkraft der Torsionsstabfeder 78. Durch die Verdrehung der Büchsen zueinander werden je nach der Drehrichtung des Lenkgliedes die einen radial geneigten Kanäle von den mit der Druckleitung 106 verbundenen radialen Kanälen getrennt, während die anderen radial geneigten Kanäle weiter geöffnet werden. In gleicher Weise werden die zu der Abflußleitung 108 führenden Kanäle weiter geöffnet bzw. geschlossen. Hierdurch entsteht eine Druckdifferenz auf beiden Seiten des Servokolbens 24 des Servomotors 20, so daß der Zylinder 22 entsprechend der Drehrichtung der inneren Büchse 94 verschoben wird. Die Unterstützung durch die Hilfskraft endet, wenn die Torsionsstabfeder 78 die beiden Büchsen 90 und 94 in die eingangs beschriebene neutrale Stellung zurückbewegt hat.

Die Torsionsstabfeder 78 unterscheidet sich von den üblichen Zentrierungsfedern grundsätzlich dadurch, daß sie keine Vorbelastung hat und sich daher sofort verwindet, wenn eine Lenkkraft ausgeübt wird. Das Verwinden der Torsionsstabfeder ergibt eine relative Verdrehung der inneren Büchse 94 zur äußeren Büchse 90. Das Ausmaß der Verwindung wird durch den Lenkwiderstand bestimmt und verläuft im wesentlichen nach einer linearen Funktion. Am Lenkrad wird also etwa die doppelte Kraft erfordert, um den Torsionsstab statt um 1° um 2° zu verwinden. Der tatsächliche Wert hängt vom Durchmesser und der Länge des Torsionsstabes ab. Vorteilhaft wird ein Wert von 10,35 kg/cm je Grad Verwindung gewählt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Flüssigkeitshilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem handbetätigten Lenkgetriebe und einem dessen Betätigung unterstützenden Servomotor, dessen mit dem Fahrgestell verbundener Kolben in einem Zylinder verschiebbar ist, der das zu den Rädern führende Lenkgestänge verbindet und durch ein vom Lenkrad betätigtes Steuerventil wechselweise mit Druckflüssigkeit versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (52) aus konzentrisch ineinandergreifenden, die Lenkwelle (56, 70) umgebenden, zur Steuerung des Druckmitteldurchflusses gegeneinander verdrehbaren und mit Aussparungen versehenen Büchsen (90 und 94) besteht, die mit den Enden einer Torsionsstabfeder (78) drehfest verbunden sind, die die Verbindung zwischen dem handbetätigten drehbaren Lenkglied (70, 72) und dem Lenkgetriebe (56, 58, 60) herstellt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 924 727;
   deutsche Auslegeschriften Nr. 1014 444,
   577;

   USA.-Patentschrift Nr. 2464110,
   »Automobiltechnische Zeitschrift«, 1955, S. 186; »The American Automobile«, 1953, S. 64.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 1181077.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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