DE1291226B

DE1291226B - Servolenkung fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1291226B
Application number: DED50383A
Authority: DE
Inventors: Katz; Dipl-Ing Klaus; Koch; Dipl-Ing Arwed Von
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1966-06-24
Filing date: 1966-06-24
Publication date: 1969-03-20
Also published as: US3444785A; GB1138787A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraft- Die Figur zeigt einen Querschnitt durch das Gefahrzeuge mit einem die Handkraft am Lenkhandrad häuse eines Lenkgetriebes mit Reaktionskolben. Das unterstützenden Servomotor, der über einen Steuer- Gehäuse 1 eines Lenkgetriebes weist einen Arbeitsschieber in Abhängigkeit von einem auf Bewegungen zylinder 2 für einen Arbeitskolben 3 auf. Der Arbeitsdes Lenkhandrades ansprechenden Geberorgan ge- 5 kolben 3 ist axial unverschiebbar, jedoch drehbar mit steuert wird und bei der eine vom jeweiligen Last- einer Lenkmutter 4 verbunden, die einen radialen druck abgeleitete, der Handkraft entgegenwirkende Arm 6 als Geberorgan für einen im Gehäuse 1 ver-Reaktionskraft zwischen Steuerschieber und zugehö- schiebbaren Steuerschieber 5 aufweist. Die Lenkmutrigem Reaktionskolben wirksam ist. ter 4 ist über einen Kugelumlauf, von dem nur ein Füh-

Bei einer bekannten Servolenkung (deutsche Aus- io rungskanal7für die Kugeln sichtbar ist, mit einer Lenklegeschrift 1137 328) dieser Art steigt die lastab- schnecke 8 schraubbeweglich verbunden. Die Lenkhängige Reaktionskraft in ständig gleichem Maße mit schnecke 8 selbst steht in drehfester Verbindung (nicht dem Lastdruck am Arbeitskolben an, so daß insbe- gezeigt) mit dem Lenkhandrad des Kraftfahrzeuges, sondere bei schwereren Nutzfahrzeugen relativ hohe Der Steuerschieber 5 ist in einer Gehäusebohrung 9

Handkräfte am Lenkhandrad aufzubringen sind. 15 verschiebbar angeordnet, die an ihrem einen Ende Es ist ferner bereits bekannt (deutsche Auslege- durch ein Verschlußteil 10 und an ihrem anderen schrift 1034 991), zur Vermeidung zu hoher Hand- Ende durch einen Gehäusedeckel 11 druck- und flüskräfte bei einer Servolenkung der eingangs genannten sigkeitsdicht abgeschlossen ist. Art Reaktionskolben zu verwenden, von denen der Der Steuerschieber 5 wird in der gezeichneten

jeweils wirksame Reaktionskolben zur Ausschaltung 20 Mittelstellung durch eine vorgespannte Zentrierfeder seiner lastabhängigen Reaktionskraft am Steuer- 12 gehalten, die konzentrisch zum Steuerschieber 5 schieber starr und zur Erzeugung einer lastunabhän- und axial zwischen ringförmigen Anschlagscheiben gigen Reaktionskraft federnd an einem ortsfesten Teil 13 und 14 angeordnet ist. In der Mittelstellung des abstützbar ist. Bei dieser bekannten Servolenkung Steuerschiebers 5 liegt die Anschlagscheibe 13 gleichgeht der Kontakt des Fahrers zum Fahrzeug durch 25 zeitig an einer Anschlagfläche 15 des Gehäusedeckels Ausschaltung der lastabhängigen Reaktionskraft im 11 und einer Anschlagfläche 16 des Steuerschiebers 5 wesentlichen verloren. an, während die Anschlagscheibe 14 in entsprechen-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine der Weise gleichzeitig an einer Anschlagfläche 17 des Servolenkung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei der Gehäuses 1 und einer Anschlagfläche 18 des Steuerdie der Handkraft entgegenwirkende Reaktionskraft 30 Schiebers 5 anliegt.

mit steigendem Lastdruck im Arbeitszylinder an- Zur Steuerung des hydraulischen Druckmittels für

steigt, jedoch keine unerwünschte Höhe erreicht. den Arbeitskolben 3, der in nicht gezeigter Weise mit

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst der getriebeausgangsseitigen Lenkwelle in Antriebsworden, daß die Reaktionskraft von einer bestimmten verbindung steht, sind in der Gehäusebohrung 9 drei Höhe ab infolge verringerter wirksamer Kolbenfläche 35 ringförmige Steuernuten A, B und C angeordnet. Die mit vermindertem Maße ansteigt. Steuernut A steht mit einem Vorratsbehälter für das

Bei einer vorteilhaften Ausbildung weist der Reak- Druckmittel in Verbindung. Die Steuernut B ist an tionskolben ein zweites verschiebbares Kolbenteil auf, eine Druckmittelpumpe angeschlossen, während die das mit einer vom Druck der lastabhängigen Reak- Steuernut C direkt über eine Gehäuseausnehmung 19 tionskraft beaufschlagbaren Fläche versehen und 4° in den ersten der beiden durch den Kolben 3 gebilunter Umgehung der federnden Mittel für die last- deten Arbeitsräume im Zylinder 2 mündet, unabhängige Reaktionskraft direkt am oftsfesten Teil" Der Steuerschieber 5 weist ebenfalls drei ringförabstützbar ist. Die Höhe der Handkraft ist bei dieser mige Steuernuten a, b und c auf. Im Bereich der der erfindungsgemäßen Kolbenausbildung nicht mehr Steuernuta gegenüberliegenden Wandung der Bohausschließlich von den federnden Mitteln für die last- 45 rung 9 mündet ein Kanal 20, der mit dem ersten unabhängige Reaktionskraft, sondern zusätzlich durch Arbeitsraum des Arbeitszylinders 2 in Verbindung den jeweiligen Lastdruck am Arbeitskolben be- steht. Je nach Stellung der Steuernut α ist der Kanal stimmt. Dabei ist jedoch durch den verminderten An- 20 entweder druckdicht verschlossen oder mit der stieg der lastabhängigen Reaktionskraft gegenüber ..Steuernut A bzw. mit dem Vorratsbehälter für das dem Lastdruck vorteilhafterweise vermieden, daß 50 Druckmittel verbunden. Im Bereich der der Steuersowohl die Handkräfte als auch die Lenkkräfte im nut b gegenüberliegenden Wandung mündet ein nicht Lenkgetriebe unzulässige Beträge erreichen können. gezeigter Kanal zum zweiten Arbeitsraum im Arbeits-Bei einem Ausführungsbeispiel dieser erfindungs- zylinder 2.

gemäßen Servolenkung können die federnden Mittel Je nach der Bewegung des Steuerschiebers 5 in der

für die lastunabhängige Reaktionskraft zwischen den 55 einen oder anderen Richtung wird das ständig von relativ zueinander bewegbaren Kolbenteilen angeord- der Pumpe geförderte Druckmittel — das in der net sein. Hierdurch bilden die beiden zueinander be- Mittelstellung im wesentlichen ohne Drosselung und weglichen Teile des Reaktionskolbens eine vormon- somit drucklos von der Steuernut B über die Steuertierbare, durch die Federvorspannung relativ starre nut A in den Vorratsbehälter zurückfließt—am je-Baueinheit. 60 weiligen Übergang zwischen Steuernut β einerseits

Unabhängig von der Anordnung der federnden und entweder Steuernut 6 oder Steuernut c anderer-Mittel für die lastunabhängige Reaktionskraft ist es seits gedrosselt. Hierdurch resultiert in einem der zweckmäßig, daß zumindest einer der relativ zuein- Arbeitsräume ein Überdruck gegenüber dem Druck ander beweglichen Kolbenteile die Relativbewegung im anderen Arbeitsraum des Arbeitszylinders 2. gegenüber dem anderen Kolbenteil begrenzende 65 Den Arbeitsräumen des Arbeitszylinders 2 ist je Mittel aufweist. ein Reaktionskolben 21 bzw. 22 zugeordnet. Beide

Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung Reaktionskolben 21 und 22 sind in Aufbau und Wirdargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, kungsweise identisch — und es ist der dem ersten

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Arbeitsraum im Arbeitszylinder 2 zugehörige Reak- neal 6 (beispielsweise—wie weiter vorn angegeben— tionskolben 21 im Schnitt, dagegen der andere Reak- im Uhrzeigersinn) wirkenden Drehmomente gleich tionskolben 22 in Ansicht gezeichnet. Der Reaktions- oder kleiner als das durch die Vorspannung der Zenkolben 21 ist in einer axialen Bohrung 23 des Steuer- trierfeder 12 über den Steuerschieber 5 am Lenkschiebers 5 druck- und flüssigkeitsdicht geführt. Die 5 mutterlineal 6 erzeugbare Gegendrehmoment. Der Bohrung 23 steht über eine radiale Bohrung 25, die Steuerschieber 5 verharrt demnach im mechanischen Steuernut α im Steuerschieber 5 sowie über den Bereich in seiner Mittelstellung, so daß am Arbeits-Kanal 20 im Gehäuse 1 mit dem ersten Arbeitsraum kolben 3 keine die Handkraft am Lenkhandrad im Arbeitszylinder 2 in Verbindung. Der Reaktions- unterstützenden Servokräfte auftreten. Die Handkraft kolben 22 ist in einer axialen Bohrung 24 des Steuer- io ist der Lenkkraft an der Lenkwelle direkt proporschiebers 5 druck- und flüssigkeitsdicht geführt. Die tional.
axiale Bohrung 24 steht über eine radiale Bohrung

26 und weiterhin über die Steuernut & im Steuer- _{b) Bereich mit} i_astdruckabhängigen Anstieg der

schieber 5 mit dem zweiten Arbeitsraum im Arbeits- Handkraft
zylinder 2 in Verbindung. 15

Der Reaktionskolben 21 weist ein hemdförmiges In diesem Bereich sind die von Hand aufgebrach-Kolbenteil 29 auf, das in der Bohrung 23 druck- und ten und auf das Lenkmutterlineal 6 einwirkenden flüssigkeitsdicht geführt ist. Das Kolbenteil 29 weist Drehmomente größer als das aus der Vorspannung eine axiale Bohrung 27 auf, in der ein stangenför- der Zentrierfeder 12 resultierende Gegendrehmoment, miges Kolbenteil 28 flüssigkeitsdicht und beweglich 20 Der Steuerschieber 5 ist aus seiner Mittelstellung vergeführt ist. Das Kolbenteil 28 ist mit einer Anschlag- schoben, so daß in einem der Arbeitsräume des Arscheibe 30 axial unverschiebbar verbunden, die in beitszylinders 2 ein Überdruck auftritt. Wird das eine gegenüber der Bohrung 27 erweiterte und ko- Lenkmutterlineal 6 im Uhrzeigersinn gedreht, so wird axiale Bohrung 31 im Kolbenteil 29 eingeführt ist. durch Drosselwirkung zwischen den Steuernuten B Die Anschlagscheibe 30 liegt auf der einen Seite an 25 und b ein Überdruck im ersten Arbeitsraum erzeugt, einer Anschlagfläche 32 des Kolbenteiles 29 an. Eine Dieser Arbeitsraum steht über den Gehäusekanal 20 vorgespannte Schraubendruckfeder 33 greift mit und die Bohrung 25 mit dem Raum 23 für den ihrem einen Ende an der Anschlagscheibe 30 und mit Reaktionskolben 21 in Verbindung. Der Überdruck dem anderen Ende über eine weitere Anschlagscheibe wird somit an den Kolbenteilen 28 und 29 wirksam, 34 am hemdartigen Kolbenteil 29 an. Das Widerlager 30 die durch die Wirkung der vorgespannten Reaktionsfür die Anschlagscheibe 34 wird durch einen in die feder 33 zunächst ein einziges, in der Bohrung 23 verBohrung 31 des Kolbenteiles 29 eingesetzten Siehe- schiebbares Bauteil bilden. Das stangenförmige rungsring 35 gebildet. Die Beweglichkeit des Kolben- Kolbenteil 28 stützt sich am Gehäusedeckel 11 ab, teiles 29 in der Bohrung 23 ist auf seiner inneren und auf den Steuerschieber 5 wird eine erste Reak-Stirnseite durch eine Anschlagfläche 36 des Steuer- 35 tionskraft (Rückstellkraft) wirksam, die aus dem Schiebers 5 und auf seiner äußeren Stirnseite durch lastabhängigen Druck in der Bohrung 23 und deren einen in die Bohrung 23 eingesetzten Sicherungsring Querschnitt resultiert. Die erste lastabhängige Reak-37 begrenzt. tionskraft erzeugt am Lenkmutterlineal 6 ein Gegen-

Die Wirkungsweise des Reaktionskolbens 21 ist drehmoment, das dem am Lenkhandrad von Hand

folgende: Wird der Arm 6 der Lenkmutter 4 durch 40 aufgebrachten Drehmoment entgegenwirkt. In diesem

eine Handkraft am Lenkhandrad im Uhrzeigersinn Bereich ist die Handkraft demnach im wesentlichen

gedreht, erfolgt zwangläufig eine Bewegung des dem Lastdruck am Arbeitskolben 3 direkt proportio-

Steuerschiebers 5 in Richtung des Gehäusedeckels 11, nal. Diese Proportionalität wird lediglich durch die

falls das durch Handkraft erzeugte Drehmoment in Wirkung der Zentrierfeder 12 beeinflußt; diese Wir-

siner Wirkung auf den Steuerschiebers größer ist 45 kung ist jedoch relativ gering und kann außer Be-

als die Vorspannung der Zentrierfeder 12. Durch tracht gelassen werden,
diese Stellungsänderung des Steuerschiebers 5 wird

der Gehäusekanal 20 einerseits gegen die Steuernut A _{c) Berdch} ^ _vermindertem lastdruckabhängigem

abgeschlossen und andererseits über die Bohrung 25 Anstieg der Handkraft
mit der Bohrung 23 für den Reaktionskolben 21 ver- 50

bunden. Der Druck in dem an den Gehäusekanal 20 Übersteigt der lastabhängige Druck am Kolbenteil

angeschlossenen ersten Arbeitsraum wird hierdurch 29 die entgegengerichtete Vorspannung der Reak-

auf den Reaktionskolben 21 und damit über den tionsfeder 33, wird das hemdförmige Kolbenteil 29

Steuerschieber 5, Lenkmutter 4 und Lenkschnecke 8 gegenüber dem stangenförmigen Kolbenteil 28 bis zur

am Lenkhandrad wirksam. Geht man davon aus, daß 55 Anlage an dem Sicherungsring 37 verschoben, so daß

die als Rückstellkraft am Steuerschieber 5 resultie- das Kolbenteil 29 starr am Steuerschieber 5 abgestützt

rende Vorspannung der Reaktionsfeder 33 größer ist ist. Hierdurch setzt sich die am Steuerschieber 5 auf-

als die gleichsinnig wirkende Vorspannung der Zen- tretende Rückstellwirkung (Reaktion) aus zwei Reak-

trierfeder 12, so ergeben sich für den Verlauf des tionskräften zusammen. Die erste Reaktionskraft

von Hand aufzubringenden Drehmomentes am Lenk- 60 resultiert aus dem lastabhängigen Druck in der Boh-

handrad gegenüber dem von den Fahrzeugrädern her rung 23 und der gegenüber dem Querschnitt der

auf die Lenkwelle einwirkenden Drehmoment und Bohrung 23 kleineren wirksamen Fläche des stangen-

damit für die Arbeitsweise der Reaktionskolben im förmigen Kolbenteiles 28. Die zweite Reaktionskraft

wesentlichen drei Wirkungsbereiche: resultiert aus der Spannung der Reaktionsfeder 33,

65 die über das Kolbenglied 28 am Gehäusedeckel 11

a) Mechanischer Bereich. abgestützt ist und daher von außen auf die in sich

In diesem Bereich sind die von Hand am Lenk- starre Einheit Steuerschieber 5 — Kolbenteil 29 rück-

handrad aufgebrachten und auf das Lenkmutterli- stellend einwirkt.

Die Wirkungsweise der Einrichtung im Bereich mit vermindertem Anstieg der Handkraft unterscheidet sich von der Wirkungsweise bekannter Servolenkungen dadurch, daß bei letzteren die Rückstellwirkung in diesem Bereich ausschließlich durch Reaktionsfedern erzeugt werden kann (wenn man widerrum vom Einfluß der Zentrierfeder absieht). Das heißt, bei den bekannten Servolenkungen ist dort die Handkfäft nur noch von der Reaktionsfeder bestimmt, und der Fahrzeugführer hat den. direkten Kontakt zur Straße verloren. Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Servolenkung wird erreicht, daß die gegenüber einer vom Lastdruck (entsprechend dem Proportionalitätsbereich) allein abhängigen Handkraft verminderte Handkraft verminderte Handkraft auch vom Lastdruck am Arbeitskolben abhängig ist. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise bei Nutzfahrzeugen mit großen Lasten sehr hohe Lenkkräfte auftreten. Der Fahrer hat dann bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Servolenkung stets einen fühlbaren Eindruck von den jeweiligen Lenkkräften und wird nicht dazu verleitet, beim Betätigen des Lenkhandrades unzulässige Lastdrücke im Lenkgetriebe wirksam werden zu lassen.

Es wird abschließend darauf hingewiesen, daß in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen eine lastabhängige und eine zweite lastunäbhängige Reaktionskraft genannt sind. Die Wirkung der Zentrierfeder wurde nicht berücksichtigt. Die Zentrierfeder erzeugt an sich —wie schon vorher angedeutet — eine weitere lastunabhängige Reaktionskraft auf den Steuerschieber. Die Wirkung dieser dritten Reaktionskraft ist jedoch in dem betrachteten Bereich der Lenkkräfte nicht wesentlich und konnte daher bei der Beschreibung und der Anspmchsfassung außer acht gelassen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einem die Handkraft am Lenkhandrad unterstüzenden Servomotor, der über einen Steuerschieber in Abhängigkeit von einem auf Bewegungen des Lenkhandrades ansprechenden Geberorgan gesteuert wird und bei der eine vom jeweiligen Lastdruck abgeleitete, der Handkraft entgegenwirkende Reaktionskraft zwischen Steuerschieber und zügehörigem Reaktionskolben wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskraft von einer bestimmten Höhe ab infolge verringerter wirksamer Kolbenfläche mit vermindertem Maße ansteigt.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, bei der der jeweils wirksame Reaktionskolben am Steuerschieber starr und an einem ortsfesten Teil federnd abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskolben (21 bzw. 22) ein zweites verschiebbares Kolbenteil (28) aufweist, das mit einer vom Lastdruck beaufschlagbaren Fläche versehen und unter Umgehung der federnden Mittel (Druckfeder 33) direkt am ortsfesten Teil (Gehäusedeckel 11) abstützbar ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel (Druckfeder 33) für die lastunabhängige Reaktionskraft zwischen den relativ zueinander bewegbaren Kolbenteilen (28 und 29) angeordnet sind.

4. Servolenkung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer (Kolbenteil 28) der relativ zueinander beweglichen Kolbenteile (28 und 29) die Relativbewegung gegenüber dem anderen Kolbenteil (29) begrenzende Mittel (Anschlag-Scheibe 30) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen