DE19642398A1 - Steuerventilanordnung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein servounterstütztes Zahnstangen­ lenkungssystem. Insbesondere betrifft sie eine Steuerven­ tilanordnung mit einer ringförmigen Blattfeder, welche auf eine Walze einen Druck ausübt, die in einer im Ventil­ gehäuse der Steuerventilanordnung ausgebildeten Nut sitzt.

Ein hydraulisches Kraftlenkungssystem für ein Kraftfahrzeug ist eine Lenkungssteuervorrichtung, in welcher eine Hilfs­ kraftquelle den Fahrer durch Bereitstellen des größten Teils der Kraft unterstützt, die benötigt wird, die Räder auszurichten. Sie steuert die Anwendung der Servounter­ stützung des mittels des Lenkrads auf die Zahnstange auf­ gebrachten manuellen Lenkaufwands durch Regulieren des durch eine motorgetriebene Ölpumpe ausgestoßenen Ölstroms. Fig. 6 zeigt ein herkömmliches Kraftlenkungssystem. In einen Behälter 80 eingefülltes Öl wird durch eine Flüssigkeits­ versorgungsleitung I zu einer Steuerventilanordnung 60 ge­ pumpt, wenn die Pumpe 70 durch den Motor (nicht gezeigt) betätigt wird. Gemäß der Richtung der Flüssigkeitsversor­ gung in der Steuerventilanordnung 60 wird das Öl über eine Flüssigkeitsablaßleitung (mit R oder L bezeichnet) alterna­ tiv der linken oder rechten Kammer 91 oder 93 des Druckzy­ linders 90 zugeführt. Die Stellung oder Position des Kolben 92 im Inneren des Druckzylinders 90 wird durch die relati­ ven Mengen oder Anteile der der linken oder rechten Kammer 91 oder 93 zugeführten Flüssigkeit bestimmt. Wenn sich also das Lenkrad 200 in Richtung des Pfeiles L1 dreht, wird der Kolben 92 durch die in die linke Kammer 93 gepumpte Flüs­ sigkeit in die L2-Richtung bewegt. Dadurch führt jedes Rad 100R und 100L eine Drehung oder Verschwenkung nach links L3 aus.

Wird andererseits das Lenkrad 200 in die entgegengesetzte Richtung R1 gedreht, so fließt die Flüssigkeit in die rech­ te Kammer 91, und der Kolben 92 wird in die R2-Richtung be­ wegt, was dazu führt, daß jedes Rad 100R und 100L nach rechts R3 dreht oder schwenkt. Der auf das Kraftlenksystem angewandte Druck wird durch unerwartete Fahrbahnstöße oder -erschütterungen plötzlich erhöht, die erzeugt werden, wenn ein mit einem derartigen Kraftlenkungssystem ausgestattetes Kraftfahrzeug sich über Unregelmäßigkeiten in der Fahrbahn bewegt.

Der Fahrbahnstoß wird vom Fahrzeugrad 100L oder 100R auf eine Zahnstange 94 übertragen, wobei eine unerwünschte Be­ wegung der Zahnstange 94 bewirkt wird. Diese Bewegung der Zahnstange 94 bewirkt eine Drehung des Zahnrades oder Rit­ zels 64 der Ausgangswelle 63, was dazu führt, daß die ver­ bundene Eingangswelle 61 auch rotiert. Dies erhöht die dem Druckzylinder 90 von der Steuerventilanordnung 60 bereitge­ stellte Flüssigkeitsmenge, was dazu führt, daß das Lenkrad 200 von einer zur anderen Seite oder vor und zurück schwenkt oder wackelt.

In dem Fall, wo das Fahrzeug mit mittleren oder mit hohen Geschwindigkeiten fährt, ist selbst ein kleines, von der Ausgangswelle erzeugtes Drehmoment ausreichend, das obige Phänomen herbeizuführen.

Dieses Phänomen stellt den Verlust an Feingefühl des Fah­ rers beim Betätigen des Steuerrads beim Fahren eines Auto­ mobils bei mittleren oder hohen Geschwindigkeiten dar und gibt Anlaß zu einem Gefühl unstabilen Lenkens. Deshalb ver­ stärkt das herkömmliche System die manuelle Lenkbeanspru­ chung des Fahrers und erhöht die Ermüdung und Verärgerung des Fahrers während des Fahrens des Automobils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerventilanordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem die Nachteile herkömmlicher Lenkungssysteme, ins­ besondere servounterstützter Lenkungssysteme, vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Steuerventilan­ ordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Steuerventilanordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welche es ermöglicht, innerhalb eines vorbestimmten Rotationswinkels eine großes Drehmoment im Lenkrad aufzufangen und abzufangen, während das Fahrzeug bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten ge­ fahren wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Steuerventil­ anordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welche das Lenkrad von der Beeinflussung durch plötzliche Fahrbahnstöße befreit, wenn das Fahrzeug bei mittleren oder hohen Ge­ schwindigkeiten fährt.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht eine Steuerventilanord­ nung für ein Kraftfahrzeug vor, welche eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, die mit beiden Enden eines Dreh- oder Torsionsstabs verbunden sind, und welche am un­ teren Abschnitt der Ausgangswelle ein Zahnrad oder Ritzel aufweist.

Diese Steuerventilanordnung besitzt eine Sperr- oder Bloc­ kiereinrichtung, welche verhindert, daß die Eingangswelle unterhalb eines vorbestimmten Drehwinkels gedreht wird, und sie besitzt ferner ein Gehäuse, welches die Eingangswelle, die Ausgangswelle und die Sperr- oder Blockiereinrichtung aufnimmt.

Die Sperr- oder Blockiereinrichtung weist mindestens eine auf der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle in Längs­ richtung ausgebildete Nut oder Ausnehmung, mindestens eine, entlang der Längsachse der Eingangswelle angeordnete und teilweise in der Nut ausgebildete Walze sowie eine elasti­ sche Einrichtung oder ein elastisches Teil auf, welche aus­ gebildet ist, die Walze zu umgeben oder zu umschließen, da­ mit sie entlang der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle rollt. Dieses elastische Teil oder diese elastische Ein­ richtung ist eine ringförmige Blattfeder mit einem Schlitz, welche ein einfaches Anbringen um die äußere Umfangsfläche der Eingangswelle gewährleistet.

Diese Steuerventilanordnung weist ferner eine Scheibe oder Unterlegscheibe mit zwei in den Raum, in welchem die Walzen liegen, eingesetzten oder eingeführten Vorsprüngen und mit einem dritten Vorsprung auf, der ausgebildet ist, in den Spalt oder Schlitz des elastischen Teils oder der elasti­ schen Einrichtung eingesetzt oder eingeführt zu werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispie­ le näher erläutert. In dieser ist

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Zahnradventil­ anordnung, welche mit einer Sperreinrichtung für die Eingangswellendrehung gemäß eines ersten Aus­ führungsbeispiels der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Draufsicht entlang des Pfeils X aus Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Zahnradventilein­ richtung, welche ferner eine Scheibe oder Unter­ legscheibe gemäß eines zweiten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung aufweist,

Fig. 4A bis 4C drei Stellungen der Walze in bezug auf ver­ schiedene Grade der Drehung der Eingangswelle,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Torsionswinkels und des Drehmoments der erfindungsgemäßen Ein­ gangswelle und

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Kraftlenkungs­ systems, welches mit einer herkömmlichen Zahn­ radventilanordnung ausgerüstet ist.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen diskutiert. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen ähnli­ che Teile in den Zeichnungen und der gesamten Beschreibung. Weiterhin sind redundante Erklärungen von Eigenschaften, welche für den Stand der Technik und bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung gemeinsam sind, fortgelassen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Zahnrad- oder Ritzelventilanordnung 300, welche mit einer Sperrein­ richtung für die Eingangswellenrotation gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ausgestattet ist.

Das Steuer- oder Zahnradventil 300 nimmt ein Ende eines Dreh- oder Torsionsstabes 62 auf. Es weist ferner eine Ein­ gangswelle 10, welche hindurchgeführt ist und mittels eines Stifts 11 am Ort gehalten wird, und eine Ausgangswelle 63 auf, welche in Verzahnung mit dem anderen Ende des Tor­ sions- oder Drehstabs 62 verbunden ist. Die Ausgangswelle 63 weist an ihrem unteren Abschnitt ein Zahnrad oder Ritzel 64 auf. Ein Ventilkörper oder -gehäuse 65, welches inner­ halb seines Gehäuses 67 rotierbar ist, ist an der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle 10 angebracht.

Zwei Nuten oder Rinnen 12 sind, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, auf der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle 10 benachbart zum oberen Abschnitt des Ventilkörpers oder -gehäuses 65 in Längsrichtung und 180° voneinander in bezug auf die Längsachse der Eingangswelle 10 ausgebildet.

Mit Fig. 1 fortfahrend sind Walzen 22 parallel zur Längs­ achse der Eingangswelle 10 und auf ihrer Umfangsfläche in der Art eingeführt, daß sie in den Rinnen oder Nuten 12 sitzen. Die Walzen 22 können auch als Rollen bezeichnet werden. Ein Walzenkorb, -käfig oder -lager 24 ist um die äußere Umfangsfläche der Eingangswelle 10 ausgebildet, um die Bewegung der Walze oder Rolle 22 zu steuern (d. h., um die Walze 22 um ihre eigene Achse zu drehen, während sie entlang der rotierenden Eingangswelle 10 rollt).

Da passend zu den Rinnen oder Nuten 12 in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung zwei Walzen oder Rollen 22 vor­ gesehen sind, ist auch ein Paar von Walzenkörben oder -la­ gern 24 ausgebildet.

Eine Blattfeder 26 ist auf der Umfangsfläche der Walzen­ körbe 24 angebracht, um die Walzen 22 zu umgeben. Ein Schlitz 28 ist in der Blattfeder 26 ausgebildet, um ihre Befestigung auf der äußeren Fläche der Walzenkörbe 24 zu ermöglichen. Ein Sprengring oder Seegerring ist in Schlitz 32 der Eingangswelle 10 dichtsitzend eingepaßt, um mit der oberen Oberfläche 24U des Walzenkäfigs 24 verbunden zu sein, was verhindert, daß die Walzenkäfige 24 zwischen der Eingangswelle 10 und der Plattfeder 26 getrennt werden.

Fig. 3 zeigt gemäß eines zweiten bevorzugten Ausführungs­ beispiels der Erfindung eine Zahnradventilanordnung 300, welche ferner eine zwischen der Plattfeder 26 und dem Sprengring 30 angeordnete Scheibe oder Unterlegscheibe 40 aufweist, wobei die Scheibe oder Unterlegscheibe 40 zwei Vorsprünge 41, welche mit ihrer inneren Umfangsfläche fluchten und sich nach unten erstrecken, und einen dritten Vorsprung 48 aufweist, der an ihrer äußeren Umfangsfläche entspringt und sich nach unten erstreckt. Die ersten beiden Vorsprünge 41 sind dicht zu der oberen Oberfläche 22U der Walzen 22 befestigt, um zu verhindern, daß die Walzenkörbe 24 und die Blattfeder 26 gegen die Scheibe oder Unterleg­ scheibe 40 herausrutschen. Der dritte Vorsprung ist in den Spalt oder Schlitz 28 der Blattfeder 26 eingeführt oder eingesetzt.

Wenn die Walzen 22 sich mit der Rotation der Eingangswelle 10 um ihre Mitten oder Zentren drehen, rotiert die Blatt­ feder 26 (welche sie berührt) in entgegengesetzter Richtung zur rotierenden Eingangswelle 10. Folglich kann die Walze 22 sich von ihrer ursprünglichen Stellung entlang der Nut 12 über den Schlitz 28 bewegen, falls der Schlitz 28 der Blattfeder 26 sich auf die Walzen 22 zu bewegt. Um dieses Problem auszuschließen, ist der dritte Vorsprung 48 in einem vorbestimmten Abstand von jedem der beiden ersten Vorsprünge 41 ausgebildet und hält zu allen Zeiten die Be­ abstandung zwischen dem Schlitz 28 und der jeweiligen Walze 22 aufrecht.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb der Steuerventilanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer der­ artigen Sperr- oder Blockiereinrichtung für die Drehung der Eingangswelle.

Die Fig. 4A bis 4C beschreiben jeweils die Bewegung der Walze 22 mit der Rotation der Eingangswelle 10.

Wie in Fig. 4A gezeigt ist, wird die Walze 22 in der Stelle in der Nut 12 an der Eingangswelle 10 durch eine Kompres­ sionskraft der Blattfeder 26 gehalten, wenn sich das Kraft­ fahrzeug bei mittleren oder hohen Geschwindigkeiten auf einer ebenen Fahrbahn bewegt. Dies ermöglicht dem Lenkrad in einer geraden Stellung nach vorne zu liegen.

Stöße, die über die Räder 100L und 100R, während sie sich über Unebenheiten der Fahrbahn bewegen, an das Fahrzeug übertragen werden, rotieren die Zahnstange 94, welche dann das Zahnrad oder Ritzel rotiert. Dies bewirkt, daß sich die Ausgangswelle dreht und auf die Eingangswelle 10 ein Drehmoment beaufschlagt. Die elastische Kraft der Blatt­ feder 26, welche über die Walzen 22 an die Eingangswelle 10 übertragen wird, wirkt als Blockier- oder Sperrmoment Td, wie das in Fig. 5 gezeigt ist. Der Torsionswinkel Θ der Eingangswelle 10 wird 0, wobei verhindert wird, daß sich das Lenkrad 200 dreht.

Wie in Fig. 4B gezeigt ist, stößt oder schiebt die geneig­ te Oberfläche der die Walze 22 berührenden Nut 12 die Walze 22 von der Eingangswelle 10 fort, und zwar in dem Fall, wenn das Drehmoment T das oben genannte Sperrmoment Td (un­ gefähr 8 kgfcm in der vorliegenden Erfindung) übersteigend auf die Eingangswelle wirkt, wenn die Eingangswelle 10 sich in Richtung des Pfeils R₈ dreht. Die Auswärtsbewegung R₉ der Walze 22 wird durch die Blattfeder 26 zurückge­ halten, und der Torsionswinkel der Eingangswelle 10 wird klein.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, benötigt die Erfindung mit ande­ ren Worten einen Torsionswinkel Θb der Eingangswelle 10, der gleich ist zu dem der Stand der Technik, selbst dann, wenn das Drehmoment Tb (dargestellt durch eine durchgezoge­ ne Linie) größer ist als das Drehmoment Tp (dargestellt durch eine gepunktete Linie) des Standes der Technik und angewandt wird auf die Eingangswelle 10.

Bezugnehmend auf Fig. 4C wird die Walze 22 vollständig aus der Nut 12 verdrängt oder vertrieben und auf der umfängli­ chen Fläche der Eingangswelle 10 angeordnet, und zwar in dem Fall, daß ein größeres Drehmoment auf die Eingangs­ welle angewandt wird, wenn das Lenkrad 200 eine große Dre­ hung oder einen großen Schwenk macht. Fig. 5 zeigt, daß der Torsionswinkel der Eingangswelle (Näherungsweise 3° in der vorliegenden Erfindung) mit Θc übereinstimmt, wenn ein Drehmoment Tc (ungefähr 40 kgfcm in der vorliegenden Er­ findung) auf die Eingangswelle 10 angewandt wird.

Wenn der Torsionswinkel der Eingangswelle 10 Θc über­ steigt, rollt die Walze 22 entlang der Umfangsfläche der Eingangswelle 10 und die Eingangswelle 10 rotiert auf ihrer Achse. Deshalb steigt der mittels einer durchgezogenen Linie angedeutete Torsionswinkel der vorliegenden Erfin­ dung an, um leicht größer zu sein als der durch eine ge­ punktete Linie gezeigte des Standes der Technik.

Die obige Beschreibung betrifft den Fall, wo die Eingangs­ welle 10 sich im Uhrzeigersinn dreht (gemäß den Richtungen des Pfeils R₈ der Fig. 4B, 4C) und zwar aufgrund des erzeugten Fahrbahnstoßes, wenn das Fahrzeug fährt. Wenn die Eingangswelle 10 eine Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt, können die Torsionswinkel der Eingangswelle 10 gemäß des Standes der Technik und bzw. gemäß der Erfindung durch Linien im dritten Quadranten des Graphen von Fig. 5 dargestellt werden. Weitere Beschreibungen in bezug auf den Fall, in welchen die Eingangswelle 10 sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, werden fortgelassen, weil sie analog sind zur Diskussion der Rotation im Uhrzeigersinn.

Fig. 5 zeigt die Eigenschaften des durch die Rotation des Lenkrads 200 des Kraftfahrzeugs erzeugten Drehmoments un­ ter Verwendung des Steuerventilkörpers mit der erfindungs­ gemäßen Sperreinrichtung für die Rotation der Eingangswel­ le, während das Fahrzeug bei mittleren oder hohen Geschwin­ digkeiten fährt. Falls der Torsionswinkel Θ der Ein­ gangswelle 10 kleiner ist als ein vorbestimmter Winkel Θc benötigt der Stand der Technik ein kleines Drehmoment Tp. Die vorliegende Erfindung benötigt ein Drehmoment Tb, welches relativ größer ist als Tp, um denselben Torsions­ winkel Θb bereitzustellen.

In bezug auf die Steuerventilanordnung mit der erfindungs­ gemäßen Sperreinrichtung für die Eingangswellenrotation kann ein größeres Drehmoment auf das Lenkrad wirken, wenn das Lenkrad innerhalb eines vorbestimmten Torsionswinkels dreht oder schwenkt, während das Fahrzeug bei mäßiger oder hoher Geschwindigkeit fährt, weil der Widerstand der Blatt­ feder die Walzen oder Rollen in ihren jeweiligen Nuten oder Ausnehmungen hält. Deshalb verschafft die vorliegende Er­ findung dem Fahrer das Gefühl einer festen und stabilen Lenkung. Wenn der Fahrbahnstoß über die Fahrzeugräder an die Eingangswelle abgegeben wird, verhindert die elastische Kraft der Blattfeder die Weitergabe der Rotation der Ein­ gangswelle zum Lenkrad, dabei wird das Lenkgefühl verbes­ sert und die durch die instabile Betätigung des Lenkrads verursachte Ermüdung und Verunsicherung des Fahrers vermin­ dert.

Während die Erfindung auf der Grundlage einer Verbindung bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es klar, daß verschiedene Alternativen, Modifikationen und Va­ riationen dem Fachmann klar vor Augen liegen. Demgemäß sind all diese Alternativen, Modifikation und Variationen, die in den Rahmen und Bereich der Beschreibung der Ansprüche fallen, mit umfaßt.

Claims (6)

1. Steuerventilanordnung für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Eingangswelle, welche mit einem Ende einer Torsionsstange verbunden ist,
mit einer Ausgangswelle, welche mit dem anderen Ende der Torsionsstange verbunden ist und welche an ihrem unteren Abschnitt ein Ritzel aufweist,
mit einer Sperreinrichtung zum Verhindern, daß die Eingangswelle sich unterhalb eines vorbestimmten Ro­ tationswinkels verschwenkt, und
mit einem Gehäuse, zur Aufnahme der Eingangswelle, der Ausgangswelle und der Sperreinrichtung.

2. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung mindestens eine in Längsrich­ tung auf der äußeren Umfangsfläche der Eingangswelle ausgebildete Nut, mindestens eine entlang der Längs­ achse der Eingangswelle und teilweise in der Nut ange­ ordnete Walze und eine elastische Einrichtung auf­ weist, welche zum Umgeben der Walze ausgebildet ist, um es der Walze zu ermöglichen, entlang der äußeren Um­ fangsfläche der Eingangswelle zu rollen.

3. Steuerventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung ein Walzenlager zum Aus­ richten der Walzen entlang der äußeren Umfangs­ fläche der rotierenden Eingangswelle aufweist.

4. Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastische Einrichtung als ringförmige Blatt­ feder ausgebildet ist und
daß die elastische Einrichtung einen Schlitz aufweist, welcher die Anbringung um den äußeren Umfang der Ein­ gangswelle herum ermöglicht.

5. Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe vorgesehen ist, welche zwei Vor­ sprünge aufweist, welche in die Räume zwischen den Walzenlagern, welche von der elastischen Einrichtung umgeben sind, eingefügt sind, und welche die obere Oberfläche der Walze berühren.

6. Steuerventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe einen dritten Vorsprung aufweist, welcher zum Einführen in den Schlitz der elastischen Einrichtung ausgebildet ist.