DE19739952C2 - Servolenkvorrichtung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkvorrich­ tung für Kraftfahrzeuge unter Verwendung eines Druckmit­ telzylinders und eines Paares von Steuerseilzügen, die je­ weils einer Zugkraft ausgesetzte innere Seile oder Kabel beinhalten, und insbesondere eine solche Servolenkvorrich­ tung für Kraftfahrzeuge, die in der Lage ist, ein Spiel der inneren Seile aufgrund von Faktoren, wie z. B. deren Verlän­ gerung, effektiv zu kompensieren.

Beschreibung des Standes der Technik

Die vor der vorliegenden Patentanmeldung veröffentlichte US-Patentschrift Nr. 5,598,897 beschreibt eine Servolenk­ vorrichtung mit einem Druckmittelzylinder, dessen Kolben­ stange an ihren in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden über einen Lenkungsverbindungsmechanismus mit Vorderrädern gekoppelt ist, einem Steuerventil vom Rotationstyp zur Steuerung des mit Druck beaufschlagten Fluids, das dem Druckmittelzylinder zugeführt und gleichzeitig daraus ausgelassen wird, einer Trommel auf der Seite des Ventils, das mit einem Rotor des Steuerventils gekoppelt ist, einer weiteren Trommel, die direkt mit dem Lenkrad gekoppelt ist und einem Paar von Steuerseilzügen, von denen jeder einen flexiblen äußeren Schlauch und ein inneres Seil aufweist, das sich innerhalb des äußeren Schlauchs gleitend erstreckt und um die Trommeln herum gewickelt ist, so daß die inneren Seile abwechselnd einer Zugkraft ausgesetzt werden, sobald die mit dem Lenkrad direkt gekoppelte Trommel in abwech­ selnden Richtungen gedreht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die in dem obengenannten US-Patent offenbarte Erfindung läßt jedoch einige Probleme ungelöst. Insbesondere kann zwar die Anfangskabellose der inneren Seile durch Anpassen der Länge jedes äußeren Schlauches bei seiner Montage be­ seitigt werden, aber es ist nach diesem Stand der Technik schwer, den inneren Seilen eine geeignete Zugspannung zu verleihen. Selbst wenn den inneren Seilen eine geeignete Anfangszugspannung verliehen wurde, besteht die Gefahr, daß sich die inneren Seile, sobald sie benutzt werden, aus meh­ reren Gründen zunehmend lockern und die Lenkeigenschaften der Vorrichtung nachteilig beeinträchtigen.

Selbst wenn bei den inneren Seilen keine permanente Kabel­ lose vorliegt, bleibt die Gefahr bestehen, daß von den zwei im Gegentakt arbeitenden Steuerseilzügen eines der inneren Seile unter einer großen Belastung elastisch gedehnt wird und gleichzeitig das andere innere Seil entsprechend schlaff werden könnte. Als Folge kann sich eine Hysterese in der "Drehwinkel-Charakteristik" des Lenkrades aufbauen und sich die Lenkeigenschaften der Vorrichtung verschlech­ tern.

Diese Probleme werden gemäß der Erfindung gelöst, indem mindestens innerhalb eines der beiden Gehäuse, welche die beiden Trommeln umgeben, eine Spannvorrichtung vorgesehen wird, wobei die Spannvorrichtung unter der Vorspannwirkung einer Feder jeweils Druckkörpern, vorzugsweise Rollen, ge­ gen die inneren Kabel oder Seile preßt. Die Spannvorrich­ tung kompensiert unter der Vorspannwirkung der Feder effek­ tiv die Kabellose und/oder Verlängerung der inneren Seile und hält den guten Lenkbetrieb der Vorrichtung aufrecht. Zusätzlich kann in dem Gehäuse ein Sensor vorgesehen sein, der die Verformung der Feder quantitativ erfaßt, und es ist eine Alarmvorrichtung vorgesehen, die aktiviert wird, wenn das Ausgangssignal des Sensors einen vorgegebenen Wert überschreitet. Auf diese Weise kann eine anormale Verlänge­ rung der inneren Seile entdeckt und angezeigt werden, um einen Unfall durch Brechen der inneren Seile zu vermeiden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausfüh­ rungsform der Erfindung teilweise aufgebrochen schematisch darstellt;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Weise darstellt, in der einer der inneren Seile um eine Trommel herum gewickelt ist;

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, die eine Weise darstellt, in der eine der inneren Seile um eine Trommel herum gewickelt ist;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht mit vergrößertem Maßstab, die eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung zeigt;

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht dieser Spannvorrichtung;

Fig. 6 ist eine Seitenansicht mit vergrößertem Maßstab, die einen Teil dieser Spannvorrichtung zeigt;

Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Spannvorrichtung;

Fig. 8 ist eine der Fig. 7 ähnliche Ansicht, die noch eine weitere Ausführungsform der Spannvorrichtung zeigt;

Fig. 9 ist eine Seitenansicht mit vergrößertem Maßstab, die einen wichtigen Teil der in Fig. 8 gezeigten Spannvorrich­ tung teilweise aufgebrochen darstellt; und Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die eine Abwandlung der in Fig. 9 gezeigten Spannvorrichtung teilweise aufgebrochen darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Details der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen bezeichnet das Bezugszei­ chen 1 ein Lenkrad, das in einem am Kraftfahrzeugkörper be­ festigten Gehäuse 2 drehbar gelagert ist.

Ein im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugkörpers vorgesehe­ ner Lenkungsmechanismus beinhaltet ein Gehäuse 2', das einen mit dem erstgenannten Gehäuse 2 identischen Aufbau hat. Zwischen diesen Gehäusen 2, 2' erstreckt sich ein Paar von flexiblen Steuerseilzügen 4. Die äußeren Schläuche 5 dieser Seile 4 sind an ihren entgegengesetzten Enden an zy­ lindrischen Anschlußstücken 3 festgemacht, die an den sich einander gegenüberliegenden Oberflächen der Gehäuse 2, 2' vorgesehen sind. Jeder der Steuerseilzüge 4 weist einen äußeren Schlauch 5 und ein inneres Seil oder Kabel 6 auf, das innerhalb des äußeren Schlauches 5 verschiebbar ist. Wie in den Fig. 4 und 5 zu sehen, sind die zylindri­ schen Anschlußstücke 3 um die entsprechenden Enden der äußeren Schläuche 5 herum verstemmt, und die um sie herum geformten Schraubhülsen 11 sind in die Schraubmuttern 12 geschraubt, die jeweils an den Gehäusen 2 bzw. 2' festge­ macht sind. Die wirksame Länge der Steuerseilzüge 4 wird durch Drehen der zylindrischen Anschlußstücke 3 eingestellt und durch die Sicherungsmutter 13 fixiert. Die inneren Seile 6 sind um Trommeln 7 herum gewickelt, die innerhalb des Gehäuses 2 bzw. 2' drehbar gelagert sind. Wie aus den Fig. 2 und 3 offenbar, sind die Richtungen, in denen die inneren Seile um die jeweilige Trommel 7 herum gewickelt sind, zueinander entgegengesetzt, und die jeweiligen Enden 6a der inneren Seile 6 sind an entgegengesetzten Stirnflä­ chen der jeweiligen Trommel 7, befestigt. Eine Drehwelle 8 von jeder Trommel 7, steht aus einer ihrer gegenüberliegen­ den Stirnflächen vor. Die Welle 8 der einen Trommel 7 ist mit der Welle des Lenkrades 1, und die Welle 8 der anderen Trommel 7 mit dem Rotor 10 eines Rotationsventils 9 gekop­ pelt. Das Rotationsventil 9 wird später im Detail beschrie­ ben.

Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Druckmittelzylinder mit einem Zylinder 15 und einem darin verschiebbaren Kolben 16. Eine an dem Kolben 16 befe­ stigte Kolbenstange 17 hat einen als eine Zahnstange 18 ausgebildeten Abschnitt und die Enden der Kolbenstange 17 sind jeweils über Gelenkkupplungen 19 mit Zugstangen 20 ge­ koppelt, die wiederum jeweils über Lenkarme (nicht gezeigt) mit den Vorderrädern a gekoppelt sind.

Es wird klargestellt, daß die Zugstangen 20, die Gelenkarme und andere miteinander verbundene Bauteile in der folgenden Beschreibung allgemein als ein Lenkverbindungsmechanismus bezeichnet werden.

An dem Rotor 10 des Rotationsventils 9 ist ein Ritzel 21 befestigt, das mit der Zahnstang 18 kämmt.

Das Rotationsventil 9 hat einen mit einer Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) verbundenen Einlaß 22, einen mit einem Re­ servoir (nicht gezeigt) verbundenen Auslaß 23 und zusätz­ lich zwei Öffnungen 24, 25, die jeweils über Leitungen 28, 29 mit zwei korrespondierenden Öffnungen 26, 27 des Zylin­ ders 15 verbunden sind. In einer solchen Anordnung wird dem Zylinder 15 auf einer Seite des Kolbens 16 ein mit Druck beaufschlagtes Fluid zugeführt und auf der anderen Seite des Kolbens 16 daraus abgeführt, wenn der Rotor 10 in eine Richtung gedreht wird. Umgekehrt wird der Zylinderröhre 15 auf der anderen Seite des Kolbens 16 ein mit Druck beauf­ schlagtes Fluid zugeführt und auf der einen Seite des Kol­ bens 16 daraus ausgelassen, wenn der Rotor 10 in der ande­ ren Richtung gedreht wird. Auf diese Weise wird der Kolben 16 zusammen mit der Kolbenstange 17 betätigt.

Die in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 5,598,897 offen­ barte Anordnung wurde oben beschrieben, wobei diese Anord­ nung nach dem Stand der Technik folgendermaßen funktio­ niert:

Sobald das Lenkrad 1 in eine Richtung gedreht wird, wird eines der inneren Kabel 6, das sich innerhalb des Paares von Steuerseilzügen 4 erstreckt und um die Trommel 7 am Lenkrad 1 sowie um die Trommel 7 am Lenkmechanismus herum gewickelt ist, auf der Trommel 7 des Lenkrades 1 aufgewic­ kelt und von der anderen Trommel 7 auf der Seite des Lenk­ mechanismus abgewickelt. Das hat zur Folge, daß die Trommel 7 zusammen mit ihrer Drehwelle 8 in eine Richtung gedreht wird.

Gleichzeitig wird das andere innere Seil 6 von der Trommel 7 am Lenkrad abgewickelt und auf der anderen Trommel 7 auf­ gewickelt.

Die Drehung des Rades 1 in der anderen Richtung veranlaßt somit die Trommel 7 und ihre Drehwelle 8, sich in der ande­ ren Richtung zu drehen.

Sobald die Drehwelle 8 der Trommel 7 in eine Richtung ge­ dreht wird, wird der mit der Drehwelle 8 gekoppelte Rotor des Ventils in derselben Richtung gedreht, und die Kolben­ stange 17 wird durch das Zusammenwirken des Ritzels 21 mit der Zahnstange 18 in eine Richtung bewegt. Gleichzeitig veranlaßt die Drehung des Rotors 10, daß das mit Druck be­ aufschlagte Fluid von einer der Öffnungen 24, 25 des Rota­ tionsventils 9 an eine der Öffnungen 26, 27 des Druckmit­ telzylinders 14 zugeführt wird. Dementsprechend wird die Kolbenstange 17 in derselben Richtung bewegt, wie gerade beschrieben, und die Vorderräder a werden durch den Lenk­ verbindungsmechanismus in eine Richtung gelenkt.

Entsprechend werden die Vorderräder a durch den Mechanismus in die andere Richtung gelenkt, sobald die Drehwelle 8 der Trommel 7 auf der Seite des Lenkmechanismus in die andere Richtung gedreht wird.

Anschließend wird die Spannvorrichtung A gemäß der Erfin­ dung beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 4 ist innerhalb mindestens eines der Gehäuse 2, 2', vorzugsweise in beiden Gehäusen eine Welle 30 zwischen den beiden Seilen 6 vorge­ sehen. Die Achse 30 ist parallel zu der Drehwelle 8 der Trommel 7 befestigt. Torsions-Schraubenfedern 31 sind um das obere und untere Ende dieser Achse 30 gewickelt, wobei jede der Torsions-Schraubenfedern 31 einen Abschnitt auf­ weist, der so gewickelt ist, daß seine entgegengesetzten Enden jeweils Arme 31a bilden, die in Richtung zueinander vorgespannt sind. Diese Paare von Armen 31a können gegen die Vorspannkraft gespreizt werden. Sie sind an den oberen und unteren Enden von Rollen 32 befestigt, die beiderseits der beiden Seile 6 vorgesehen sind und gegen diese von außen anliegen. Unter der elastischen Kraft dieser Torsi­ ons-Schraubenfedern 31 werden die Rollen 32 gegen die Seile 6 nach innen gepreßt, wie durch Pfeile in den Fig. 4 und 5 angedeutet, um so die Seile 6 zu spannen. Die Stärke der durch die Rollen 32 verliehenen Zugspannung ist von der elastischen Federkraft der Federn 31 abhängig.

Die Spannvorrichtung A ist mit einem Sensor 33 versehen, der feststellt, wenn sich das innere Seil 6 übermäßig ver­ biegt, beispielsweise aufgrund einer inakzeptablen Verlän­ gerung des inneren Seiles 6, was zu dessen Bruch führen kann.

Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt der Sensor 33 einen in das Gehäuse 2 geschraubten Schraubenbolzen 34, einen Tragarm 35, der sich seitlich in entgegengesetzten Richtungen von einem vorderen Ende des Schraubenbolzens 34 erstreckt und relativ zum Schraubenbolzen 34, aber nicht in Bezug auf das Gehäuse 2 drehbar ist, und zwei Zugspannungsdetektoren 36, die von den gegenüberliegenden Enden des Tragarms 35 vor­ stehen. Jeder Zugspannungsdetektor 36 weist einen elasti­ schen Streifen oder ein piezoelektrisches Element auf, das eine Dehnungsmeßvorrichtung trägt. Durch Einschrauben des Schraubenbolzens 34 in das Gehäuse 2 werden die Zugspan­ nungsdetektoren 36 sich elastisch zu deformieren und da­ durch die Arme 31a der jeweiligen Torsions-Schraubenfedern 31 zu drücken. Diese Zugspannungsdetektoren 36 sind durch elektrische Leitungen über einen Vergleicher (nicht ge­ zeigt) mit einem Alarmgeber verbunden, wie z. B. einem Sum­ mer.

Selbst wenn eines der inneren Seile 6 elastisch gedehnt und das andere innere Seil 6, beispielsweise aufgrund einer übermäßigen Belastung, vorübergehend gelockert ist, oder selbst wenn eine permanente Verlängerung der inneren Seile 6 auftritt, behalten die inneren Seile 6 eine für das ord­ nungsgemäße Lenken erforderliche Zugspannung bei, solange das Ausmaß der Dehnung oder der irreversiblen Verlängerung geringer ist als ein vorgegebener Wert, da die inneren Seile 6 durch die jeweiligen Rollen 32 unter der Wirkung der jeweiligen Torsions-Schraubenfedern 31 gespannt werden. Die Dehnung oder Verlängerung der inneren Seile 6 ent­ spricht einer Winkelveränderung der Arme 31a der Federn, wobei eine solche Winkelveränderung durch den Zugspannungs­ detektor 36 in ein entsprechendes elektrisches Signal umge­ wandelt wird. Wenn sich die Dehnung oder Verlängerung der inneren Seile 6 bis zu einem Maß vergrößert, bei dem die Lenkung beeinträchtigt oder die inneren Seile 6 selbst bre­ chen könnten, und einen Vorgabewert des Vergleichers über­ schreitet, so wird zur Sicherheit der Alarmgeber aktiviert.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die der in den Fig. 1-6 gezeigten Ausführungsform mit Ausnahme von einigen Aspekten sowohl im Aufbau als auch in Funktion ähnlich ist: insbesondere sind die Arme 31a der jeweiligen Torsions-Schraubenfedern 31 so vorgespannt, daß sie sich nach außen öffnen, und deshalb spannen die Rollen 32 die jeweiligen inneren Seile 6, indem sie diese ausein­ ander drücken, wie durch Pfeile in Fig. 7 angedeutet; und die Auslenkungen der Torsions-Schraubenfedern 31 werden durch Dehnungsmeßvorrichtungen 40, die an den Wendelab­ schnitten dieser Federn 31 befestigt sind, in entsprechende elektrische Signale umgewandelt und dem Alarmgeber über elektrische Leitungen 41 zugeführt. Diese Ausführungsform erlaubt vorteilhaft, das Gehäuse 2 kompakt zu gestalten und es dadurch in einem begrenzten Bereich des Motorraums leicht unterzubringen, da die Rollen 32 jeweils zwischen den inneren Seilen 6 angeordnet sind.

Die Fig. 8 und 9 zeigen noch eine weitere Ausführungs­ form der Erfindung, bei der das Gehäuse 2 mit Ausbuchtungen 2a an den gegenüberliegenden Seiten ausgebildet ist. Ein vorderes Ende eines in jede Ausbuchtung 2a geschraubten Schraubenbolzens 50 ist einerseits mit einem Federschuh 51 versehen und andererseits ist eine Halterung 54 für jede Rolle 32 mit einem Federschuh 52 einstückig geformt. Zwi­ schen diesen Federschuhen 51, 52 erstreckt sich eine Kom­ pressions-Schraubenfeder 53, so daß die Rollen 32 die inne­ ren Seile 6 spannen, indem sie diese unter der Vorspann­ kraft der Schraubendruckfeder 53 nach innen pressen, wie durch Pfeile angedeutet. Die Zugspannung der inneren Seile 6 hängt davon ab, wie weit der Schraubenbolzen 50 in das Gehäuse 2 eingeschraubt ist. Eine Veränderung der Zugspan­ nung wird durch die Dehnungsmeßvorrichtung 55, die an der Schraubendruckfeder 53 befestigt ist, in entsprechende elektrische Signale umgewandelt und über elektrische Lei­ tungen 56 ausgegeben.

Bezüglich des übrigen Aufbaus und Funktionsweise ist diese Ausführungsform den zuvor beschriebenen beiden Ausführungs­ formen ähnlich. Diese Ausführungsform ist dadurch vorteil­ haft gekennzeichnet, daß die Zugspannung der inneren Seile 6 reguliert werden kann, indem der Schraubenbolzen 50 mehr oder weniger weit in das Gehäuse 2 eingeschraubt wird.

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung der in den Fig. 8 und 9 ge­ zeigten Spannvorrichtung A, bei der der Federschuh 51 auf der Seite des Schraubenbolzens 50 und der Federschuh 52 auf der Seite der Rolle 32 zylindrisch verlängert sind, so daß sie sich einander teleskopartig überlappen können. Eine solche Anordnung verhindert, daß sich die Feder 53 aus­ beult.

Claims (5)

1. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Druck­ mittelzylinder (14), dessen Kolbenstange (17) an ihren Enden über je einen Verbindungslenkermechanismus (19, 20) mit den Vorderrädern (a) gekoppelt ist, einem Steuerventil (9) vom Rotationstyp zur Steuerung des Druckmittels, das dem Druckmittelzylinder (14) zugeführt und gleichzeitig aus ihm abgezogen wird, einer mit dem Rotor (10) des Steuerventils (9) gekoppelten Trommel (7), einer weiteren Trommel (7), die mit dem Lenkrad (1) direkt gekoppelt ist, und einem Paar von Steuerseilzügen (4), von denen jeder einen flexiblen äußeren Schlauch (5) und ein innerhalb des Schlauches (5) verschiebbares Kabel (6) aufweist, das um die beiden Trommeln (7, 7) herum gewickelt ist, so daß die Kabel (6, 6) wechselweise einer Zugkraft ausgesetzt werden, wenn die mit dem Lenkrad (1) direkt gekoppelte Trommel (7) in wechselnder Richtung gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Trommel (7, 7) eine Spannvorrichtung (A) zugeordnet ist, die die Kabel (6, 6) durch Anpressen von Druckkörpern (32) unter Federkraft gespannt hält.

2. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß An­ spruch 1, bei der die Druckkörper (32) Rollen sind.

3. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Anspruch 1 und 2, bei der die Spannvorrichtung (A) eine Torsions-Schraubenfe­ der (31) oder Kompressions-Schraubenfeder (53) aufweist, welche die Rollen (32) vorspannt.

4. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Anspruch 1 bis 3, bei der die Spannvorrichtung (A) zwei Rollen (32) aufweist, die die beiden Kabel (6) gegeneinander oder voneinander weg drücken.

5. Servolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Spannvorrichtung (A) mit einem Sensor (36) ver­ sehen ist, der die am Kabel (6) oder an der Feder (31) auf­ tretende Verformung erfaßt und eine Alarmvorrichtung akti­ viert, wenn die Verformung einen vorgegebenen Wert über­ schreitet.