DE1755792A1

DE1755792A1 - Servolenkeinrichtung,insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1755792A1
Application number: DE19681755792
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Liebert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1968-06-22
Filing date: 1968-06-22
Publication date: 1971-05-13
Also published as: DK142308B; GB1236521A; DK142308C; DE1755792C3; ES368213A1; CS153043B2; SE333881B; JPS4940492B1; US3553966A; YU31466B; FR2011456A1; DE1755792B2

Description

ZImTRAOi¹ABRIK PR IEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft
Iriedrichshafen

Servolenkeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Servolenkeinrichtungj Insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydrostatischen Übertragung der _ lenkkraft auf einen bzw. mehrere Servomotoren, mit einer Servopumpej, einer Steuerventileinrichtung, einer über die Lenkspindel antreibbaren Steuerpumpe und einem dieser vorgeschalteten Übersetzungsgetriebe, das aus einem mit der lenkspindel drehfest, jedoch allseitig schwenkbar verbundenen, auf dem Exzenter einer mit der Lenkspindel fluchtenden Steuerpumpenwelle sich abstützenden Antriebsritzel und einem innenverzahnten₉ äußeren Zahnring besteht „

Es sind Servolenkeinrichtungen dieser Art bekannt, bei denen f die Betätigung des Steuerventiles durch den an der Steuerpumpe mittels des Lenkhandrades erzeugten Differenzdruckes hydraulisch erfolgt«, Dabei müssen die Reibungs- bzw. Strömungsverluete innerhalb der Steuerpumpe sowie zwischen Steuerpumpe und Steuerventil am Lenkhandrad zusätzlich zu der eigentlichen Betätigungskraft für das Steuerventil aufgebracht werden. Da hierbei die Betätigungskraft für das Steuerventil mit dem Fördervolumen der Steuerpumpe ansteigt j ist bei derartigen Lenkanlagen der Durchsatz der

Neue Unterlagen (Art 7 s 1 Abs. 2 Nr. 1 satz 3 dt« Xnd«una«M. v. 4. ι «—n

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Steuerpumpe im Hinblick auf die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft begrenzt.

Ferner sind Servolenkeinrichtungen mit hydrostatischer Übertragung der Lenkkraft zu den gelenkten Rädern bekannt, bei denen die Betätigung des Steurventils mechanisch über die Lenkspindel erfolgt. Hierbei sind entweder zwei mit der Lenkspindeldrehzahl rotierende, relativ zueinander verdrehbare Steuerorgane oder ein mit der Lenkspindel umlaufender, im Gehäuse axial verschieblicher Ventilkolben vorhanden. In beiden Ausführungsfor- W men ist einmal wegen des mitrotierenden Steuerorgans und mit Rücksicht auf das sichere Funktionieren der das Steuerventil durchströmende Förderstrom begrenzt; zum anderen besteht keine Möglichkeit duxch eine vom Arbeitsdruck im Servomotor abhängige Reaktionskraft eine ein Fahrbahngefühl simulierende Rückwirkungskraft am Lenkrad zu. erzeugen.

Daraus ergibt sich die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe, eine Servolenkeinrichtung mit mechanisch betätigbarem Steuerventil ohne ein mit der Lenkspindel umlaufendes Steueror-™ gan zu schaffen, wodurch gleichzeitig die Urzeugung einer Rückwirkungskraft ermöglicht wird.

Dies wird dadurch erreicht, dass der äussere Zahnring eines an sich bekannten Planetenradgetriebes Ausnehmungen aufweist, durch die im Gehäuse angebrachte Anschlagstifte hindurchgreifen und so eine durch Drehen der Lenkspindel bzw. durch die sich in der Innenverzahnung des Zahnringes abstützende Umfangskraft

des mit der Lenkspindel verbundenen Antriebsritzels hervorgerufene Drehbewegung des ../..

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Zahnringes in seiner Lagerung begrenzt ₉ wobei zwei fest mit dem Zahnring verbundene Mitnehmerstifte jeweils in Aussparungen zweier Steuerventilkolben eingreifen und diese gegen die Kraft einer b£w„ mehreren Rückstellfedern verschieben,,

Ferner besteht die Erfindung darin₉ dass der eine Ventilkolben an seinen beiden Enden in axialen Bohrungen zwei Rtiekwirkungskolben aufweist, von denen je nach Lenkrichtung der eine bzwο der andere Rückwirkungskolben über im Ventilkolben verlaufende Yerbindungskanäle vom Förderdruck der Servopumpe beauf- _ schlagt wird, wodurch der vom Lenkhandrad eingeleiteten axialen Verschiebung des Ventilkolbens eine dem Förderdruck proportionale Rückwirkungskraft entgegenwirkt„

Mit einem solchen zwangsgesteuerten, mechanisch betätigten Steuerventil wird erreicht, dass die Lenkkraft vom Antriebsmoment der Steuerpumpe unabhängig ist; ferner, dass bei der erfindungs«= gemäßen Ausbildung und Betätigung der Steuerorgane ein verhältnismäßig großer Förderstrom der Lenkeinrichtung zur Verfügung stehtρ und dass schließlich durch die vom Druckaufbau im Servo- ä motor abhängige hydraulische Reaktion eine ein Fahrbahngefühl simulierende Rückwirkungskraft am Lenkhandrad hervorgerufen wird.

Gemäß der Erfindung ist der Steuerpumpe ein einstufiges Planetenradgetriebe vorgeschaltet, das ein mit der Lenkspindel drehfest, jedoch allseitig schwenkbar verbundenes, auf einem Exzenter der Steuerpumpenwelle sich abstützendes aussenverzahntes Antriebsritzel und einen mit diesem Im Eingriff stehenden innen-

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veraahnten aus3eren Zahnring aufweist, dessen Lagerung eine der Lenkrichtung entsprechende ₉ begrenzte !Drehbewegung zulässt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform zwei senkrecht zur Lenkspindelachse angeordnete Ventilkolben, von denen der eine an beiden Enden von je einer Rückstellfeder beaufschlagt wird um die Ventileinrichtung in Mittellage zu halten, während der andere Ventilkolben an beiden Enden in axialen Bohrungen je einen Rückwirkungekolben aufweist.

Einzelheiten und Funktionsweise der Erfindung sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das nachfolgend erläutert wird» Hierbei zeigens

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Übersetzungsgetriebe; das Steuerventil und die Steuerpumpe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Steuerventil nach der Linie H-II in Fig. 1 mit sinnbildlicher Darstellung der restlichen Servolenkeinrichtung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Steuerventil in ausgelenkter Stellung nach der Linie H-II in Fig. 1, ,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Verbindungekanäle nach der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Übersetzungsgetriebe nach der Linie V-V in Fig. 1,

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Pig« 6 einen Querschnitt durch die Mitnehmerstifte und die Anschläge des äußeren Zahnringes nach der linie YI-VI in Pig» 1,

Pig. 7 einen Querschnitt durch die Steuerpumpe nach der Linie TII-VII in Pig. 1.

In den Pig„ 1 und 2 ist ein Steuerventil mit 1₉ ein Übersetzungsgetriebe mit 2 s, eine Steuerpumpe mit 3_S eine Servopumpe mit 4s> ein Ölbehälter mit 5 und ein Servomotor mit 6 bezeichnete Beim Drehen einer Lenkspindel 7 wird ein mit dieser drehfest verbundenes, jedoch allseitig schwenkbares Antriebsritzel 8 mit einer Außenverzahnung 8¹ in einer Innenverzahnung 9 eines äußeren Zahnringes 10 abgewälzt und versetzt dabei über ein auf einem Exzenter 12 gelagertes Pendellager 11 eine die Steuerpumpe 3 antreibende Pumpenwelle 13 mit einem Vielfachen der Lenkspindeldrehzahl in eine dieser entgegengesetzten Drehung·

Die sich in der Innenverzahnung 9 des äußeren Zahnringes 10 abstützende Umfangskraft an der Außenverzahnung 8' des An- J triebsritzels 8 bewirkt eine der Drehrichtung der Lenkspindel 7 entsprechende Drehbewegung des Zahnringes 10 in einer Lagerung 14» die durch JLn einem Gehäuse 17 angebrachte Anschlagstifte 15 und

16 und entsprechende Ausnehmungen 18 und 18" im Zahnring 10 begrenzt wird (Pigβ 6).

Diese begrenzte Drehbewegung des Zahnringes 10 wird in beiden Richtungen mittels durch Durchbrücke 19 und 20 des Gehäuses

17 sich erstreckende und in Ausnehmungen 21 und 22 zweier Ventil-

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kolben 23 und 24 eingreifende Mitnehmerstifte 25 und 26 auf die Ventilkolben 23 und 24 Übertragen, wodurch diese eine gegenläufige Axialbewegung ausführen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der eine Ventilkolben 23 an seinen beiden Enden auf Federteller 27 und 28 wirkende Rückstellfedern 29 und 30 auf, wodurch das Steuerventil 1 in an sich bekannter Weise in Neutralstellung gehalten wird, während der Ventilkolben 24 vor allem zur Aufnahme einer Rück» Wirkungseinrichtung dient.

Sas Steuerventil 1 ist über eine Zulaufleitung 31 und einen Anschluß 31' mit der Servopumpe 4» und über eine Rücklaufleitung 32 und einen Anschluß 32* mit dem ölbehälter 5 verbunden. Vom Anschluß 31' führt ein Kanal 33 bzw. 33* zu zwei Ringnuten 35 und 37» die vom Ventilkolben 24 gesteuert werden, während der Anschluß 32* zu einer mittleren Ringnut 36 führt, die mit einem Rücklaufraum 39 verbunden ist. Zwischen dem Kanal 33 und dem Rücklaufraum 39 ist ein Nachsaugventil 40 angeordnet. Zwei weitere Ringnuten 34 und 38 ergänzen das Steuersystem im Bereich des Ventilkolbens 24 j der von links nach reohts vier Steuernuten 41» 42,

/ist 43 und 44 aufweist. Die Steuernut 42'über eine radiale Bohrung mit einer axialen Bohrung 46 verbunden, in der ein Rückwirkungskolben 49 verschiebbar gelagert ist, während die Steuernut 43 über eine radiale Bohrung 47 mit einer axialen Bohrung 48 verbunden ist, in der ein Rückwirkungskolben 50 verschiebbar gelagert ist» Zwei vom Ventilkolben 24 begrenzte Stirnräume sind mit 51 und 52 bezeichnet; beide Stirnräume sind durch im Gehäuse 17 verlaufende,

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nicht näher "bezeichnete Kanäle mit dem Rücklaufraum 39 verbunden.

Der Ventilkolben 23 "begrenzt stirnseitig zwei Räume 53 und 54, die durch einen axial im Ventilkolben 23 verlaufenden anal 55 bzw. 55^f und über die Ausnehmung 21 mit dem Rücklaufraum 39 verbunden sind.

Im Bereich des Yentilkolbens 23 sind im Gehäuse 17 fünf Ringnuten 56, 57, 58, 59 und 60 angeordnet; davon ist die Ringnut 56 über eine Leitung 56', bzw. die Ringnut 60 über eine Leitung 60' mit der Steuerpumpe 3 verbunden. Ferner ist die Ringnut 57 über eine Leitung 57' mit einem Druckraum 61 bzw. die Ringnut 59 über eine Leitung 59' mit einem Druckraum 62 des Servomotors 6 verbunden, während die Ringnut 58 zum Rücklaufraum 39 gehört. Ein Kanal 63 verbindet die Ringnut 34 mit der Ringnut 56, ein Kanal 64 die Ringnut 38 mit der Ringnut 60. Die in Pig. 2 schematisch dargestellten Leitungen 56* und 60* zwischen Steuerventil 1 und Steuerpumpe 3 sind im Gehäuse 17 axial verlaufende Kanäle (Fig. 4), da Steuerventil 1 und Steuerpumpe 3 in einem Block zusammengebaut sind. Außerdem weist der Yentilkorben 23 drei Steuernuten 65 bzw. 65», 66 und 67 bzw. 67' auf, wobei einmal die Steuernuten 65 und 67 so breit gehalten sind, dass in Neutralstellung des Ventilkolbens 23 eine Verbindung zwischen den Ringnuten 59 und 60 besteht, in einer Variante aber die Steuernuten 65* und 67' so schmal sind, dass die Verbindung der vorgenannten Ringnuten unterbrochen wird.

In der Neutralstellung des Steuerventils 1 wird der Förderstrom der Servopumpe 4 über die Zulauf leitung 31, den Anschluß 31·,

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den. Kanal 33 und den die Ringnuten 35 und 37 verbindenden Kanal 33' den Ringnuten 35 und 37 zugeführt, von wo der drucklose Rückfluss über die offenen Steuernuten 42 und 43» die Ringnut 36 bzw, den Rücklaufraum 39, den Anschluß 32· und die Rücklaufleitung 32 zum Ölbehälter 5 erfolgt.

Wird zwecks Einleiten einer Lenkbewegung am Lenkhandrad beispielsweise nach rechts gedreht, dann wird auch der äußere Zahnring 10 nach rechts bis an die Anschlagstifte 15 und 16 gedreht, so dass der Mitnehmerstift 25 den Ventilkolben 23 gegen die Kraft der Rückstellfeder 30 axial nach rechts und der Mitnehmerstift 26 den Ventilkolben 24 axial nach links verstellt« Durch das Verschieben des Ventilkolbens 24 nach links wird zunächst der freie Durchfluß des Druckmittels von den Ringnuten 35 und 37 zur Ringnut 36 bzw. zum Rücklaufraum 39 gedrosselt und schließlich durch die Kanten der Steuernuten 42 und 43 vollends gesperrt, so dass unter Druckaufbau das von der Servopumpe 4 geförderte Druckmittel über die Ringnut 37» die Steuernut 44» die Ringnut 38, den Kanal bzw. die Leitung 60' zur Saugseite der Steuerpumpe 3 strömt und unter geringer Druckerhöhung durch Drehen am Lenkhandrad dosiert und zur Druckseite gefördert wird» von wo das Druckmittel über den Kanal bzw. die leitung 56', die Steuernut 65» die Ringnut 57 und die Leitung 57' zum linken Druckraum 61 des Servomotors 6 strömt und dessen Arbeitskolben nach rechts verschiebt. Gleichzeitig wird das Druckmittel aus dem rechten Druckraum 62 verdrängt und fließt über die Leitung 59'» die Ringnut 59, die Steuernut 66 in die Ringnut 58 bzw. in den Rücklaufraum 39 und von da über den Anschluß 32* und die Rücklaufleitung 32 zum ölbehälter 5 bzw. zur

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Servopumpe 4 zurück.

Während bei diesem Lenkvorgang der linke Druekraum 61 des Servomotors 6 mit dem von der Servopumpe 4 erzeugten Druck beaufschlagt wird₉ wirkt der gleiche Druck über die Ringnut 35 ₉ die Steuernut 42₉ die radiale Bohrung 45 und die axiale Bohrung 46 auf den Rückwirkungskolben 49₉ während am anderen Rückwirkungskolben 50 kein Differenzdruck wirksam ist» Dadurch wirkt der durch die Drehung am Lenkhandrad verursachten axialen Verschiebung des Ventilkolbens 24 der Förderdruck der Servopumpe 4 mit — einer dem Rückwirkungskolben 49 entsprechenden wirksamen Fläche entgegen, so dass auf das Steuerventil 1 eine dem Förderdruck proportionale Rückwirkungskraft entgegenwirkt, die eine der Betätigungskraft am Lenkhandrad entgegengesetzte, ein Fahrbahngefühl simulierende Reaktionskraft hervorruft.

Bei Linksdrehung der Lenkspindel 7 ist die Wirkungsweise der Servolenkeinrichtung der vorstehend erläuterten entsprechend umgekehrt.

Bei Ausfall der Servopumpe 4 wird die zum Lenken erforderliche hydrostatische Kraft von der über das Lenkhandrad betätigten Steuerpumpe 3 erzeugt ₉ in dem beispielsweise bei Rechtsdrehen der Lenkspindel 7 durch die axiale Bewegung der Ventilkolben 23 und 24, wie in Flg. 3 dargestellt, die Steuerpumpe 3 über die Leitung bzw«, den Kanal 60°, den Kanal 64« die Ringnut 38, die Steuernut 44, die Ringnut 37 und die Kanäle 33' und 33 über das Nachsaugventil 40 das Druckmittel ansaugt und mit dem durch Drehen der Lenkspindel 7 erzeugten Förderdruck über den Ventilkolben

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in bekannter, oben angeführter Weise₉ dem Druckraum 61 des Servomotors 6 zuführt, während das aus dem Druckraum 62 verdrängte Druckmittels, wie oben bereits beschrieben, dem Behälter 5 zuströmt „

In einer bevorzugten Ausftihrungsform der erfindungsgemäßen Servolenkeinrichtung weist der Ventilkolben 23 einmal die breiteren Steuernuten 65 und 67 auf, so dass in Neutralstellung des Steuerkolbens 23 die Ringnut 56 mit der Ringnut 57 und die Ringnut 59 mit der Ringnut 60 verbunden ist. Dadurch ist der Servomotor 6 hydraulisch an die Steuerpumpe 3 angeschlossen., wodurch Fahr= bahnstöße eine Drehung der Pumpenwelle 13 bewirken und damit auch eine axiale Verstellung der Ventilkolben 23 und 24· Auf diese Weise wirkt einem zur Steuerpumpe 3 gelangenden Druckstoß auf der diesem abgewandten Seite der Steuerpumpe der Förderdruck der Servopumpe entgegen, während ein anderer Teil des Druckstoßes entsprechend der Kräfte der Rückstellfeder 30 bzw» 29 und der Kraft des Rückwirkungskolbens 49 bzw. 50 als Reaktionskraft am Lenkhandrad spürbar wird.

Je nach Größe und Art des Fahrzeuges kann es aber auch wünschenswert sein, dass in neutraler Lenkstellung die Steuerpumpe 3 vom Servomotor 6 hydraulisch vollständig getrennt ist, so dass der Servomotor 6 gegenüber Druckstößen, die von der Fahrbahn her an den gelenkten Fahrzeugrädern auftreten, hydraulisch blockiert ist. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass ohne ■' weitere Änderungen der Ventilkolben 23 wahlweise auch mit schmaleren Steuernuten 65' und 67' an Stelle der breiteren Steuernuten 65 und 67 ausgeführt werden kann, so dass in Neutralstellung die

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Ringnut 56 von der Ringnut 57 und die Ringnut 59 "von der Ringnut 60 getrennt ist.

25.11.1969 Aktes 4834

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Claims

Patentansprüche:

1. Servolenkeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydrostatischer Übertragung der Lenkkraft auf einen bzw. mehrere Servomotoren, mit einer Servopumpe, einer Steuerventileinrichtung, einer über die Lenkspindel antreibbaren Steuerpumpe und einem dieser vorgeschalteten Übersetzungsgetriebe, das aus einem mit der Lenkspindel drehfest, jedoch allseitig schwenkbar verbundenen, auf dem Exzenter einer mit der Lenkspindel fluchtenden Steuerpumpenwelle sich abstützenden Antriebsritzel und einem innenverzahnten, äußeren Zahnring besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Zahnring (10) eines an sich bekannten Flanetenradgetriebes Ausnehmungen (18 und 18') aufweist, durch die im Gehäuse (17) angebrachte Anschlagstifte (15 und 16) hindurchgreifen und so eine durch Drehen des Lenkspindel (7) bzw. durch die sich an der Innenverzahnung (9) des Zahnringes (10) abstützende Umfangskraft des Antriebsritzels (8) hervorgerufene Drehbewegung des Zahnringes (10) in seiner Lagerung (H) begrenzt, wobei zwei fest mit dem Zahnring (10) verbundene Mitnehmerstifte (25 und 26) jeweils in Aussparungen (21 und 22) zweier Ventilkolben (23 und 24-) eingreifen und diese gegen die Kraft einer bzw. mehrerer an sich bekannter Rückstellfedern (29 und 30) verschieben.

2. Servolenkeinrichtung beispielsweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ventilkolben (24) an beiden Enden in axialen Bohrungen (46 bzw. 48) je einen Hückwirkungs-

kolben ../.·

Neu3 Unterlagsn :λγι. 7 sι Ats.ι Nr.ι

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■9 bzw» 50) aufweist, von denen je nach lenkrichtung der eine (49) "bzw«, der andere Rückwirkungskolben (50) über im Ventilkolben (24) verlaufende Bohrungen (45 und 46 bzw, 47 und 48) vom Förderdruck der Servopumpe beaufschlagt wird, wodurch der vom Lenkhandrad eingeleiteten axialen Verstellung des Ventilkolbens (24) eine dem Förderdruck proportionale Rückwirkungs= kraft entgegenwirkt,

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch. 1 und 2₉ dadurch gekennzeichnet₉ dass der eine (23) bzw. der andere (24) bzw« beide Ventilkolben (23 und 24) mittels stirnseitig angeordneter« auf Federteller (27 und 28) wirkende Rückstellfedern (29 und ^O) zwischen den mit den Stirnflächen der Ventilkolben (23 bzw«, 24) bündig stehenden Anlageflächen des Gehäuses (17) in Ihrer Mittelstellung in an eich bekannter Weise zentriert werden,

4 ο Servolenkeinrichtung nach Anspruch. 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelstellung des Ventilkolbens (23) die zum linken Druckraum (61) des Servomotors (6) führende Ringnut (57) mit der zur linken Saug-* taw. Druckkammer der Steuerpumpe (3) führenden Ringnut (56) unäVdie zum rechten Druckraum (62) führende Ringnut (59) mit der jbüt rechten Druck- bzw» Saugkammer der Steuerpumpe (3) führenden Ringnut (60) verbunden ist.

5. Servolenkeinrichtung naoh Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelstellung dee Ventilkolbens (23) schmalere Steuernuten (65° und 67') den Servomotor (6) von der Steuerpumpe (3) hydraulisch trennen.

25.11.1969

Mü/Hfi? Aktes 4834

109820/0626 original inspected , ^

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