DE19715809A1 - Zahnstangen-Hydro-Lenkung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangen-Hydro-Lenkung für Fahrzeuge, mit einer in einem Lenkgetriebe-Gehäuse angeordneten Stellstange, an welche sich beidseitig zu den gelenkten Fahrzeug-Rädern führende Stellenker an­ schließen, wobei die Stellstange eine mit einer Lenkspindel in Eingriff ste­ hende Zahnstange sowie eine Kolbenstange aufweist, die in einem im Lenk­ getriebe-Gehäuse ausgebildeten Zylinder geführt ist und mit diesem zwei beidseitig eines Trennabschnittes liegende Hydraulikräume bildet, welche alternativ mit Hydraulikdruck beaufschlagbar sind.

Eine dem bekannten Stand der Technik entsprechende Zahnstangen-Hydro- Lenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der beigefügten Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Hierin ist mit der Bezugsziffer 1 ein Lenkgetriebe- Gehäuse bezeichnet, innerhalb dessen eine Stellstange 2 in Richtung ihrer Längsachse gemäß Pfeilrichtung 3 verschiebbar angeordnet ist. An die bei­ den Enden der Stellstange 2 schließen sich nicht gezeigte, zu den gelenkten Fahrzeug-Rädern führende Stellenker an, so daß durch eine Verschiebung der Stellstange 2 gemäß Pfeilrichtung 3 die Fahrzeug-Räder in der ge­ wünschten Weise eingeschlagen werden.

Bestandteil der Stellstange 2 ist zum einen eine Zahnstange 2a sowie eine sich hieran anschließende Kolbenstange 2b. Mit den nicht näher bezeichne­ ten Zähnen der Zahnstange 2a steht eine entsprechende Gegenverzahnung einer Lenkspindel 4 in Eingriff, so daß durch Verdrehen der Lenkspindel 4 um ihre Längsachse 5 die Zahnstange 2a und somit die Stellstange 2 ge­ mäß Pfeilrichtung 3 verschoben werden kann.

Der die Kolbenstange 2b bildende Abschnitt der Stellstange 2 ist in einem im Lenkgetriebe-Gehäuse 1 ausgebildeten Zylinder 6 geführt und weist einen Trennabschnitt 7 auf, der an der Innenwand des Zylinders 6 anliegt. Somit wird dieser Zylinder 6 durch den Trennabschnitt 7 in zwei Hydraulikräume 8a, 8b unterteilt, die über nicht gezeigte Zuführöffnungen alternativ mit Hy­ draulikdruck beaufschlagbar sind. Nicht näher eingegangen wird in diesem Zusammenhang auf die selbstverständlich erforderlichen Dichtungen und dergleichen.

Wird nun durch eine entsprechende Drehbewegung der Lenkspindel 4 die Zahnstange 2a in der Darstellung nach Fig. 1 nach rechts verschoben, so wird gleichzeitig der Hydraulikraum 8a mit einem Hydraulikmedium ausrei­ chenden Druckes befüllt, so daß mit Unterstützung durch den Hydraulik­ druck die Stellstange 2 in ihrer Gesamtheit vereinfacht nach rechts gefahren werden kann. Das Drehmoment, welches der Fahrer des Fahrzeuges für die Verdrehung der Lenkspindel 4 aufbringen muß, wird durch die geeignete Befüllung des Hydraulikraumes 8a mit einem unter Druck stehenden Hy­ draulikmedium somit herabgesetzt. In gleicher Weise wird dann, wenn die Stellstange 2 entsprechend Pfeilrichtung 3 nach links gefahren werden soll, der Hydraulikraum 8b mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium befüllt, so daß abermals das über die Lenkspindel 4 einzubringende Drehmoment relativ gering bleiben kann, wenn die Fahrzeug-Räder in die entsprechende Richtung verschwenkt bzw. gelenkt werden sollen.

Diese bekannte Zahnstangen-Hydro-Lenkung hat sich zwar grundsätzlich bewährt, benötigt jedoch relativ viel Bauraum, wie im folgenden erläutert wird: Dargestellt ist die Stellstange 2 dieser Zahnstangen-Hydro-Lenkung gemäß Fig. 2 in ihrer Mittelstellung, so daß diese Stellstange 2 jeweils um einen vollständigen Hub h nach links und nach rechts verschoben werden kann. Dieser Hub h ist dabei durch die Länge derjenigen Abschnitte der Zahnstange 2a definiert, die linksseitig sowie rechtsseitig der Lenkspindel 4 liegen. Nachdem die Kolbenstange 2b starr mit der Zahnstange 2a verbun­ den ist, muß beidseitig des Trennabschnittes 7 selbstverständlich ebenfalls ein möglicher Verschiebeweg in der Größe des Hubes h bereitgestellt wer­ den. Ein fünfter Verschiebeweg in der Größe des Hubes h ist auf der Stell­ stange 2 weiterhin zwischen der Zahnstange 2a sowie der eigentlichen Kol­ benstange 2b erforderlich, nachdem bei einer Verschiebung der Stellstange 2 nach rechts der Verzahnungsbereich der Zahnstange 2a nicht in den Zy­ linder 6 gelangen soll. Schließlich ist beidseitig außerhalb des Lenkgetriebe- Gehäuses 1 jeweils noch einmal ein zusätzlicher Stellstangen- Längsabschnitt in der Länge des in etwa halben Hubes h erforderlich, so daß die gesamte Anordnung die Länge des sechsfaches Hubes h aufweist.

Eine demgegenüber deutlich weniger Bauraum benötigende Zahnstangen- Hydro-Lenkung aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange gleichzeitig die Funktion der Kolbenstange und der mit der Zahnstange in Eingriff stehende Abschnitt der Lenkspindel gleichzeitig die Funktion des Trennabschnittes übernimmt. Bevorzugt kann die Stellstange endseitig je­ weils einen dem Zylinderquerschnitt angepaßten Führungsabschnitt sowie dazwischenliegend einen gegenüber dem Zylinderquerschnitt reduzierten Zahn- und Kolben-Stangenabschnitt aufweisen. Vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen sind Inhalt der weiteren Unteransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles, wobei Fig. 1a einen Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt zeigt, während in Fig. 1b der Schnitt AB aus Fig. 1a und in Fig. 1c die Einzel­ heit Z aus Fig. 1a vergrößert dargestellt ist. Dabei werden für die bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten Bauteile in den Fig. 1a, 1b die gleichen Bezugsziffern verwendet.

Erfindungsgemäß übernimmt hier die Zahnstange 2a gleichzeitig die Funkti­ on der Kolbenstange 2b sowie der mit der Zahnstange 2a in Eingriff stehen­ de Abschnitt der Lenkspindel 4 gleichzeitig die Funktion des Trennabschnit­ tes 7. Wie ersichtlich, weist die Stellstange 2 nämlich einen sogenannten Zahn- und Kolben-Stangenabschnitt 2a/2b auf, der einen gegenüber dem Querschnitt Q des Zylinders 6, der wie beim Stand der Technik gemäß Fig. 2 durch einen inneren Raum des Lenkgetriebe-Gehäuses 1 gebildet wird, reduzierten Querschnitt Q' besitzt. Es verbleibt somit ein Freiraum mit dem Querschnitt (Q-Q'), welcher erfindungsgemäß die beiden Hydraulikräume 8a, 8b bildet. Dabei stellt die mit der Zahnstange 2a bzw. dem Zahn- und Kolben-Stangenabschnitt 2a/2b im Eingriff stehende Lenkspindel 4 den so­ genannten Trennabschnitt 7 aus Fig. 2 dar, so daß analog Fig. 2 der linksseitig dieses Trennabschnittes 7 bzw. der Lenkspindel 4 liegende Frei­ raum den ersten Hydraulikraum 8a und der rechtsseitig des Trennabschnitts 7 liegende Freiraum den zweiten Hydraulikraum 8b bildet. Jedem Hydrau­ likraum 8a, 8b ist dabei eine im Lenkgetriebe-Gehäuse 1 vorgesehene Zu­ führöffnung 9 für unter Druck stehendes Hydraulikmedium zugeordnet.

Endseitig weist die Stellstange 2 jeweils einen Führungsabschnitt 2c auf, der im Querschnitt an den Querschnitt Q des Zylinders 6 angepaßt ist, so daß hierdurch jeder Hydraulikraum 8a, 8b gegenüber der Innenwand des Zylin­ ders 6 bzw. des Lenkgetriebe-Gehäuses 1 abgedichtet ist, und zwar unter Zwischenlage einer Dichtung 10. Die Abdichtung der beiden Hydraulikräume 8a, 8b gegeneinander hingegen erfolgt durch die Lenkspindel 4, und zwar einerseits zum Zahn- und Kolben-Stangenabschnitt 2a/2b hin durch deren Zähne im Zusammenwirken mit den Zähnen der Zahnstange 2a, und ande­ rerseits durch ein in das Lenkgetriebe-Gehäuse 1 eingesetztes Druckstück 11, das mit seiner der Lenkspindel 4 zugewandten Oberfläche derart gestal­ tet ist, daß - wie Fig. 1c zeigt - stets zumindest zwei Zähne 12 der Lenk­ spindel 4 an der Oberfläche dieses Druckstückes 11 anliegen. Durch dieses bezüglich der Lenkspindel 4 dem Zahn- und Kolben-Stangenabschnitt 2a/2b gegenüberliegende Druckstück 11 sowie die die Funktion des Trennab­ schnittes 7 übernehmende Lenkspindel 4 sind somit die beiden Hydrauli­ kräume 8a, 8b im wesentlichen dicht voneinander getrennt.

In Fig. 1a sind ferner die bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 kurz er­ wähnten, sich beidseitig an die Enden der Stellstange anschließenden Stel­ lenker 13, die zu den nicht gezeigten gelenkten Fahrzeug-Rädern führen, dargestellt. Diese Stellenker 13 sind auf nicht näher gezeigte Weise gelen­ kig an die Außenseite der Führungsabschnitte 2c angebunden, wobei die entsprechenden Gelenke gegenüber der Umgebung mittels Dichtmanschet­ ten 14, die in vorteilhafter Weise im Inneren des Lenkgetriebe-Gehäuses 1 angeordnet und hiermit gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Marderbiß, geschützt sind, abgedichtet sind.

Im folgenden soll nochmals kurz die Funktion der erfindungsgemäßen Zahnstangen-Hydro-Lenkung sowie der wesentliche Vorteil derselben erläu­ tert werden:
Soll die Stellstange 2 entsprechend Pfeilrichtung 3 nach links verschoben werden, so ist hierzu die Lenkspindel 4 gemäß Pfeilrichtung 15 um ihre Längsachse 5 zu verdrehen. Gleichzeitig wird der Hydraulikraum 8a über die Zuführöffnung 9 mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium befüllt. Dies bewirkt entsprechend den dargestellten Druckpfeilen 16, die einerseits auf die dem Hydraulikraum 8a zugewandte Innenseite des Führungsabschnittes 2c und andererseits auf die Lenkspindel 4 sowie das Druckstück 11 einwir­ ken, daß die Stellstange 2 unter reduziertem Kraftaufwand nach links ver­ schoben wird, so daß nurmehr ein reduziertes Drehmoment gemäß Pfeilrich­ tung 15 vom Fahrer auf die Lenkspindel 4 aufgebracht werden muß.

In analoger Weise wird bei einer gewünschten Verschiebung der Stellstange 2 nach rechts die Lenkspindel 4 gegen Pfeilrichtung 15 verdreht und der Hydraulikraum 8b mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium befüllt.

Auch in Fig. 1a ist analog Fig. 2 die Zahnstangen-Hydro-Lenkung in ihrer Mittelstellung dargestellt, d. h. die Stellstange 2 kann jeweils nach rechts und nach links um einen Hub h verschoben werden. Da jedoch die Zahn­ stange 2a gleichzeitig die Funktion der Kolbenstange 2b übernimmt, und zwar aufgrund der Gestaltung in Form eines Zahn- und Kolben- Stangenabschnittes 2a/2b, besitzt das hier dargestellte Lenkgetriebe- Gehäuse lediglich eine Länge, welche dem vierfachen Hub h entspricht, nachdem für die beiden Führungsabschnitte 2c zusammen ebenfalls eine Hublänge h bereitgestellt werden muß und die beiden Führungsabschnitte 2c zusammen eine Längserstreckung besitzen, die im wesentlichen einem Hub h entspricht.

Aufgrund der beschriebenen Funktionsvereinigung im Zahn- und Kolben- Stangenabschnitt 2a/2b zeichnet sich die erfindungsgemäße Zahnstangen- Hydro-Lenkung somit durch eine äußerst kompakte Bauweise aus.

Wie Fig. 1b zeigt, ist der Zahn- und Kolben-Stangenabschnitt 2a/2b im we­ sentlichen halbkreisförmig ausgebildet und wird vom entsprechend gestalte­ ten Lenkgetriebe-Gehäuse 1 umfaßt. Oberhalb des Zahn- und Kolben- Stangenabschnittes 2a/2b liegt in der Darstellung nach Fig. 1b dabei die Lenkspindel 4 und oberhalb derselben das bereits erläuterte Druckstück 11. Jedoch kann diese spezielle konstruktive Gestaltung sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentan­ sprüche zu verlassen.

Claims (4)

1. Zahnstangen-Hydro-Lenkung für Fahrzeuge, mit einer in einem Lenk­ getriebe-Gehäuse (1) angeordneten Stellstange (2), an welche sich beidseitig zu den gelenkten Fahrzeug-Rädern führende Stellenker (13) anschließen, wobei die Stellstange (2) eine mit einer Lenkspindel (4) in Eingriff stehende Zahnstange (2a) sowie eine Kolbenstange (2b) aufweist, die in einem im Lenkgetriebe-Gehäuse (1) ausgebilde­ ten Zylinder (6) geführt ist und mit diesem zwei beidseitig eines Trennabschnittes (7) liegende Hydraulikräume (8a, 8b) bildet, welche alternativ mit Hydraulikdruck beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (2a) gleichzeitig die Funktion der Kolbenstange (2b) und der mit der Zahnstange (2a) in Eingriff stehende Abschnitt der Lenkspindel (4) gleichzeitig die Funk­ tion des Trennabschnittes (7) übernimmt.

2. Zahnstangen-Hydro-Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (2) endseitig jeweils einen an den Querschnitt (Q) des Zylinders (6) angepaßten Füh­ rungsabschnitt (2c) sowie dazwischenliegend einen Zahn- und Kol­ ben-Stangenabschnitt (2a/2b) aufweist, der einen gegenüber dem Querschnitt (Q) des Zylinders (6) reduzierten Querschnitt (Q') besitzt.

3. Zahnstangen-Hydro-Lenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahn- und Kolben-Stangen­ abschnitt (2a/2b) im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet ist.

4. Zahnstangen-Hydro-Lenkung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Zahn- und Kolben-Stangen­ abschnitt (2a/2b) gegenüberliegende Bereich der Lenkspindel (4) ge­ genüber dem Innenwandbereich des Zylinders (6) mittels eines in das Lenkgetriebe-Gehäuse (1) eingesetzten Druckstückes (11) abgedich­ tet ist.