DE2009574A1

DE2009574A1 - Servolenkung fur Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2009574A1
Application number: DE19702009574
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing 7000 Stutt gart Bulow Manfred 7054 Korb Katz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1970-02-28
Filing date: 1970-02-28
Publication date: 1971-09-16
Also published as: US3719124A; SU578849A3; FR2079124A5; DE2009574B2; DE2009574C3; GB1316231A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft 2009574 Daim 8319/4

23,2,1970 Stuttgart - Untertürkheim " '

" Servolenkung für Fahrzeuge "

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Fahrzeuge mit einem die Handkraft am Lenkhandrad unterstützenden, Servomotor, der über ein Steuersehieberventil in Abhängigkeit von einem auf Bewegungen des Lenkhandrades ansprechenden G-eberorgan gesteuert wird > und bei der ein vom Lastdruck abgeleiteter und der Handkraft entgegenwirkender Reaktionsdruck zwischen Steuerschieber und jeweils einem gegen das Ventilgehäuse sich abstützenden Reaktionskolben zur V/irkung gebracht wird, und bei der der Reaktionskolben ein am Steuerschieber unmittelbar starr und gegen das Ventilgehäuse über federnde Mittel abstützbares erstes Kolbenteil mit einer vom Reaktionsdruck beaufschlagbaren Kolbendruckfläche sowie ein relativ zum ersten Kolbenteil verschiebbares und gegen das Ventilgehäuse abstützbares zweites Kolbenteil mit einer ebenfalls vom Reaktionsdruck beaufschlagbaren Kolbendruckfläche aufweist.

Bei tier, aus der deutschen Auslegeschrift 1 291 226 bekannten Servolenkung dieser Art sind zwischen die beiden Kolbenteile federnde Mittel eingeschaltet. Das eine KolbentejUTist am Steuerschieber und das andere Kolbenteil ist am Ventilgehäuse jeweils unmittelbar starr abstützbar. Durch diese Anordnung ergibt sich die 7/lrkungsweise, daß nach Überwindung der Federvorspannkraft zwischen den beiden Kolbenteilen der eine am Steuerschieber starr

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abgestützt i?-t und infolgedessen eier der Handkraft entgegenwirkende Reaktionsdruck in vermindertem Maße, jedoch stets proportional zum Lastdruck ansteigt.

Der Erfindung liegen zwei an sich einander ausschließende Aufgabenstellungen zugrunde. Zunächst ist es erwünscht, da« die maximal aufzuwendende Handkraft am Lenkhandrad einen bestimmten Betrag nicht übersteigt. Insbesondere bei Kurvenfahrten ist Θ3 ."jedoch vorteilhaft, daß die Handkraft auch noch bei größeren Lenkwellenrnomenten dem Lastdruck proportional ist.

von der bekannten Servolenkung der eingangs genannten Art mit jeweils zwei relativ zueinander bev/eglichen Reaktionskolbenteilen sind die aufgezeigten Probleme gemäß der Erfindung in einfacher ϊ/eise dadurch gelöst, daß zv/inchen das zv/eite -'CoI.benteil und das Ventilgehäuse federnde Mittel eingeschaltet sind und das zweite Kolbenteil nach Überwindung seiner federnden 'Üttel durch den Reaktionsdruck starr am C-teuerschieber abgestützt ist. Durch die Erfindung kann der Knick in der Handkraftkurve für den ver inderten Anstieg der Handkraft in den Bereich kleinerer Handicraft e und kleinerer Lenkv/ellenmoraente gelegt "«-erden, so da3 der -nr.tieg ler Hand kraft in den Bereichen in Hähe der Mittelstellung relativ steil ist. !,rfindungj^eni-iß ergibt sich in. der-Handkraft-]:urve ein zweiter Knick für die sorenannte Handkraftbegrenzung infolge der federnden Abstützung des z.veiten r:eaktionekolbenteiles. Dieser zweite Knick iann in einen !dreien ait relativ hohen Lf nk.vellenmoinenteti gelebt v/erden, so da. 3 auch bei hüheren «lonientfin noch eine proportionale ;,bh:.ir^:i_; ; c L t <fer lh näkraft von Last-

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druck erreicht ist. Dabei kann ein relativ flacher Verlauf der Handkraftkurve zwischen den beiden Kurvenknickpunkten vorgesehen worden; um eine relativ kleine maximale Handkraft zu erreichen.

Die aus der deutschen Auslegeschrift 1 291 230 bekannte Servolenkung fällt nicht unter den Gattungsbegriff der Erfindung, da .bei dieser die Heaktionsdruckkraft in einem bestimmten Tunkt der Handkraftkurve vollständig abgeschaltet wird und der vvei'tesre Verlauf der Handicraft' bei steigendem Lastdruck von sogenannten Ileaktionsfedern bestimmt wird. Die als Gehäuseabstützung des topfförmlgen Eeaktionskolbens wirkenden Eeaktionsfedern sind innerhalb des Kolbentopfes angeordnet. Dadurch ergibt sich u.a. eine große Pührun^slänge für den Eeaktionskolben bei kleiner Baul:"nge des Steuerschiebers. In Anwendung der Erfindung auf diese bekannte Servolenkung kann nie Anordnung so getroffen nein., da3 der Boden eines an sich bekannten, an seiner der benachbarten iVehtil^ehäusewand zugekehrten .'.tirnflache offenen Kolbentopfes eine Bohrung aufweist, die den Innenraum des Kolbentopfes mit dem zugehörigen Reaktionsdruckraum des Steuerschiebers verbindet, und daß in dieser Bohrung das zweite stangenförmige Kolbenteil druckdicht und verschiebbar geführt ist.

Zur Erzielung einer kurzen Eaulänge ist es vorteilhaft, wenn die federnden I.littel für die beiden Kolbenteile "ineinander" ~ geschachtelt sind. Diese Anordnung ist dadurch einfach zu verwirklichen, daß die federnden Mittel für die Gehäuseabetützung des ersten Kolbtmteiles und die federnden i.üttel für die Gehäuseabstützung des zweiten Kolbenteiles parallel geschaltet sind.

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Γ:¹. JiU vermeiden, daß die beiden Kolbenteile bei "Druckentlastung durch die Wirkung der federnden Hittel ausein&ndergenclioben werden, können in Weiterbildung der Erfindung die federnden Mittel für die Gehriuseabstützung des zweiten Kolbenteiles in der vom Druckmittel unbelasteten Ruhestellung dieses Kolbenteilea an beiden Kolbenteilen zugleich angreifen.

V.'je die erf indungagemri<?e Servolenkung beispielsweise ausgeführt nein kann, ist im folgenden anband der Zeichnung in einseinen erläutert. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 ein Schaltschema für die Wirkungsweise des Steuer-

Dchieberventiles einer Servolenkung mittels je eines Axial- und Radialschnittes durch das Lenkgetriebegehäuse,

Fig. 2 den Ausschnitt II der Fig. 1 um.90° gedreht und in vergrößertem Maßstab,

™ i'ifc. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Anordnung int einer

Variante des Reaktionskolbens und

Fig. 4 ein Schaubild für den Verlauf der Handkr;-ftkurve

über dem Lenkwellenmoment, in dem nie erfinrimpegeniXße Servolenkung swei au in Stand der Technik gehörenden Servolenkungen gf .^ηηυΐτν_; er 1 ( ] "it int.

7un;iohf-t ν ί τ·'¹ "iihand der Fig. 1 Ή*· -jrkvui :-„puf -'ob i' rr])i(.'b( -^¹VFJ:' ' !■·;'■ 1'"' Ί-ΌπΊπ j ebr-Γί., i" ')■': ' Mr ■: M . '■ _: ^T r ηϊ

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12 ist ein Arbeitskolben T3 verschiebbar geführt, der eine zentrische Ausnehmung 14 aufweist, in der eine Lenkmutter 15 drehbar, jedoch axial unverschieVbar gelagert ist. Die Lenkmutter 15 ist mit einer Lenkschnecke 16 schraubbeweglich verbunden, die ein das Gehäuse 11 stirnseitig durchsetzendes Lenkspindelteil 17 aufweist. Der gehäuseäußere Spindelzapfen 18 des Lenkspindelteiles 17 dient zur drehfesten Verbindung der Lenkschnecke 16 mit dem Lenkhandrad. Die auf verschiedenen Seiten des Arbeitskolbens 13 liegenden Arbeitsräume des Gehäuses 11 für das Druckmittel sind ' μ

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mit 19 und 20 bezeichnet. Am Umfang des Arbeitskolbens 13 ist ein Zahnstangenprofil 21 vorgesehen, in das ein Zahnsegment 22 einer in einer Gehäuseausbuchtung 23 des Lenkgetriebes 12 drehbar gelagerten Lenkwelle 24 eingreift.

Die Lenkmutter 15 ist mit einem starren radialen Steuerlineal 25 versehen, das eine Öffnung 26 des Gehäuses 11 radial und in Umfangarichtung beweglich durchsetzt und spielfrei in eine Umfängsnut 27 des mit 28 bezeichneten Steuerschiebers gelenkig eingreift:

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Daa nach dem Prinzip der Durchflußsteuerung arbeitende Steuerschieberventil 10 ist wirkungsmäßig zwischen die bei 29 angedeutete Druckmittelpumpe und die Arbeitsräume 19 und 20 geschaltet, wobei der Ventilabschnitt 10D die Verbindung zwischen der Pumpendruckleitung 30 und den Arbeitsräumen 1-9» 20 und der Ventilabschnitt 10R die Verbindung zwischen der PumpenrUcklaufleitung 31 und den Arbeitsräumen 19» 20 steuert. Die Drückmittelverbindungen \ zwischen den Arbeitsräumen 19, 20 und der Pumpendruckleitung 30 einerseits sind mit 19D und 2OD und zwischen den Arbeitsräumen 19, 20 und der Pumpenrücklaufleitung 31 andererseits sind mit 19R

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und 20R bezeichnet.

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Der Steuerschieber 28 weist zwei Reaktionsdruckräume 32 und 33 auf, in denen je ein mehrteiliger Reaktion3kolben 34 bzw. 35 druckdicht und verschiebbar geführt ist. Der Reaktionsdruckraum 32 ist über einen Schieberkanal 36 und über die Druckmittelverbindung 19D an den Arbeitsraum 19 angeschlossen. Der andere Reaktionsdruckraum 33 steht über einen zweiten Schieberkanal 37 sowie über die Druckmittelverbindung 2OD mit dem Arbeitsraum 20 in Verbindung.

In der der Stellung für Geradeausfahrt des Lenkhandrades entsprechenden und gezeichneten Mittelstellung des Steuerschiebers 28 wird mittels der kommunizierenden Druckmittelverbindungen 19D und 19R sowie 2OD und 2OR ein ständiger Durchfluß durch das Steuerventil 10 von der Pumpendruckleitung 30 zur Pumpenrücklaufleitung aufrechterhalten. Je nach Lenkradeinschlag wird der Steuerschieber 28 mittels des Steuerlineales 25 in der einen oder anderen Richtung aus seiner Mittelstellung ausgelenkt, so daß der eine Arbeitsraum mit der Pumpendruckleitung 30 und der andere mit der Pumpenrücklaufli.'itung 31 verbunden ist. Dabei wird in dem jeweiligen über seinen Arbeitsraum mit der Pumpendruckleitung 30 verbundenen Reaktionsdruckraum ein Reaktionsdruck aufgebaut, der der Auslenkkraft am Steuerschieber entgegenwirkt und als Reaktionskraft am Lenkhandrad fühlbar wird. Der Steuerschieber 28 wird durch eine sieh an beiden Enden sowohl am Ventilgehäuse wie auch am Schieber abstutzende Zentrierfeder 51 in seiner Mittelstellung gehalten.

Die erfindungsgemUße Ausbildung der f: en.!: ti ons kolben wird im folgen-

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den zunächst anhand der Fig., 2 beschrieben. -DerReaktionskolben' 35 - dir. mit dem Reaktionskolben 34 identisch ist - weist ein zur benachbarten■ Ventilgehäusewand 38 offenes Kolbenhemd 39 auf,, dessen Boden 40 eine den Kolbeninnenraum 41 mit dem P.eaktionsdruckraum 33 verbindende Bohrung 42 aufweist. In der Bohrung 42 ist ein Plungerkolben 43 druckdicht und verschiebbar geführt. Die vom Keaktionsdruck_beaufschlagbare ringförmige Druckfläche des.Kolbenhemd es 39 ist durch die beiden Durchmesser D™ und d,^ radial begrenzt, während die kreisförmige Druckfläche des Plungerkolbens «

43 durch dessen Durchmesser d-, bestimmt ist. Das Kolbenhemd 39 ist an einem in den Steuerschieber 28 eingesetzten Sicherungsring

44 starr und mittels einer Reaktionsfeder 45 an der Ventilgehäusewand 38 federnd abstützbar. Die Reaktionsfeder 45 liegt an einem Ende am Boden 40 des Kolbentopfes 39 und am anderen Ende an einem im Innenraum 41 verschiebbar gelagerten Stützkolben 46 an, dessen Kolbenstange 47 an der Ventilgehäusewand 38 zur Anlage gebracht wird. Um die Vorspannung der Reaktionsfeder 45 aufzufangen, liegt der Stützkolben 46 an seiner der Feder abgewendeten Seite an einem

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in das Kolbenhemd eingesetzten Sicherungsring 48 an* Um die ^ Reaktionsdruckkraft des Plungerkolbens 43 erfindüngsgemäß abschalten zu können, ist dieser mit einer Anschlagkante 49 versehen, mittels der der Plungerkolben 43 am Boden 40 des Kolbenhemdes 39 starr abstützbar ist. Für die ebenfalls nach der Erfindung vorgesehene' federnde Abstützung des Plungerkolbens 43 > durch die zusammen mit der Abschaltung der Druckkraft ein zweiter Knick in der Handkraftkurve erzeugt und eine gewisse Begrenzung der Handkraft erreicht wird, ist eine zweite, zur Reaktionsfeder 45 konzentrische innere Druckfeder 50 vorgesehen, die an, einem l>nd.e. an

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der dem Reaktionsdruckraum 33 abgewendeten Stirnfläche 51 des Flungerkolbens 43 und am anderen Ende am Stützkolben 46 anliegt. Um die Vorspannung der Druckfeder 50 aufzufangen, greift diese gleichzeitig am Boden 40 des Kolbenhemdes 39 an. Auf diese 7/eise ist die Feder 50 der Reaktionsfeder 45 in Parallelanordnung zugeschaltet.

Die Wirkungsweise des Reaktionskolbens 35 entspricht der Handkraftkurve 52 mit den beiden Abschaltpunkten 53 und 54 in Fig. 4 und ergibt sich wie folgt:

Bis zur Überwindung der Vorspannung der Zentrierfeder 51 wird die Handkraft am Lenkhandrad rein mechanisch auf die Lenkwelle 24 übertragen. Der entsprechende Kurvenverlauf in Fig. 4 ist 0-55. 55 ist der Einschaltpunkt für die Druckmittelkraft. Im Bereich 55-53 der Handkraftkurve wirkt auf den Steuerschieber 28 eine Reaktionskraft, die gleich dem Produkt aus Reaktionsdruck im Raum 33 mal Kreisfläche mit D^q als Durchmesser ist. Das heißt, die beiden Kolbenteile 39 und 43 bilden durch die Wirkung der Feder 50 ein in sich starres Teil. Dadurch ist der Kurvenverlauf 55-53 relativ steil, so daß die Lenkung in Nähe der Mittelstellung des Lenkhandrades bereits einen spürbaren Kontakt zur Straße vermittelt.

Im Punkt 53 der Handkraftkurve ist die Vorspannung der Federn 45 und 50 durch den auf die Druckflächen des Kolbenhemdes 39 und des Plungerkolbens 43 wirkenden Reaktionsdruck überwunden, so daß dieses Kolbenteil starr am Sicherungsring 44 bzw. am Steuerschieber 28 abgestützt ist. Infolgedessen ist die wirksame Druckfläche um dio Ringflache den

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Kolbenhemdeß 39 vermindert und der weitere Verlauf 53*-54 der Handkraftkurve 52 ist flacher. In Punkt 54 der Handkraftkurve 52 stützt sich der Plungerkolben 43 am Kolbenhemd 39 und damit ebenfalls am Steuerschieber 28 starr ab, so daß auch die Reaktionsdruckkraft des Plungers auf den Steuerschieber 28 abgeschaltet ist und die Handkraftkurve 52 erfindungsgemäß einen zweiten Knick (Punkt 54) im Bereich der Servounterstützung erhält. Einer weiteren Auslenkung des Steuerschiebers 28 wirken nur noch die Federn 45 und 50 entgegen, deren resultierende Federsteife den An-

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stieg der Handkraftkurve im Bereich 56 der sogenannten Handkraft·» begrenzung bestimmt.

Die Kurve 57 gibt den Verlauf der Handkraft über dem Lenkwellenmoment bei der bekannten Servolenkung der DAS 1 291 226 wieder. Der Knickpunkt 58 dieser Kurve stellt den Abschaltpunkt des einen der beiden relativ zueinander verschiebbaren Teile des Reaktionskolbens dar, wobei die Druckfläche des anderen unmittelbar starr am Ventilgehäuse abgestützten Kolbenteiles im anschließenden Kurvenabschnitt 59 ständig wirksam bleibt und eine nicht lösbare ^ proportionale Abhängigkeit zwischen Lastdruck und Htmdkraft aufrecht erhält,

■^ie Kurve 60 in Fig. 4 gibt den Verlauf der Handkraft über dem Lenkwellenmoment bei der bekannten Servolenkung der DaS 1 034 991 wieder. Bei dieser Servolenkung ist ein einteiliger Reaktionskolben vorgesehen, der im Kurvenpunkt 61 starr am Steuerschieber ab-, gestützt ist, so daß in diesem Punkt der Reaktionsdruck abgeschaltet iot.'Der an den Punkt 61 anschließende Kurvehbereich 62 stellt

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die sogenannte Handkraftbegrenzung dar, dessen flacher Verlauf durch zwischen Reaktionskolben und Ventilgehäuse eingeschaltete Tellerfeder bestimmt wird.

■/ie ein Vergleich der Kurven 52 und 60 ergibt, ist durch die Erfindung der Beginn der Handkraftbegrenzung (Punkt 54 gegenüber Punkt 61) in den Bereich höherer Lenkwellenmomente verlegt, so daß beim Fahrer bei Kurvenfahrten das Gefühl des "in die Kurve Fallens" vermieden ist, wobei gleichzeitig zur Erleichterung des Parkierens usw. die maximale Handkraft verkleinert werden kann.

Bei der Servolenkung der DAS 1 291 226 (Kurve 57) sind keine
Mittel zur Begrenzung der Handkraft vorgesehen.

In Fig. 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Servolenkung angedeutet, die sich von der Anordnung der Pig. 2 funktionell im wesentlichen dadurch unterscheidet, da3 die Federn 45a und 50a zur Abstützung von Kolbenhemd 39a und Plungerkolben 43a gegenüber der Ventilgehäusewand 38a hintereinander geschaltet sind.

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Claims

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Ansprüche:

u 1. !servolenkung für Fahrzeuge mit einem die Handkraft am Lenkhandrad unterstützenden Servomotor, der über ein Steuerschieberventil in Abhängigkeit von einem auf Bewegungen des Lenkhandrades ansprechenden Geberorgan gesteuert wird, und bei der ein vom Lastdruck abgeleiteter und der Handkraft entgegenwirkender Reaktionsdruck zwischen Steuerschieber und jeweils einem gegen das Ventilgehäuse sich abstützenden Reaktionskolben zur Wirkung gebracht wird, und bei der der Reaktionskolben ein am Steuerschieber unmittelbar starr und gegen das Ventilgehäuse über federnde Mittel abstützbares erstes Kolbenteil mit einer vom Reaktionsdruck beaufschlagbaren Kolbendruckfläche sowie ein relativ zum ersten Kolbenteil verschiebbares und gegen das Ventilgehäuse abstützbares zweites Kolbenteil mit einer ebenfalls vom Reaktionsdruck beaufschlagbaren Kolbendruckfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das zweite Kolbenteil (Plunger 43 bzw. 43a) und das Ventilgehäuse (38 bzw. 38a) federnde Mittel (50 bzw. 50a) eingeschaltet sind und das zweite Kolbenteil (Plunger 50 bzw. 50a) nach Überwindung seiner federnden Mittel durch den Reaktionsdruck starr am Steuerschieber (28 bzw. 28a) abgestützt ist.
2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (40) eines an sich bekannten, an seiner der benachbarten Ventilgehäusewand (38) zugekehrten Stirnfläche offenen Kolben-

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topfes (Kolbenhemd 39) eine Bohrung (42) aufweist, die den Innenraum (41) des Kolbentopfes (Kolbenhemd 39) mit dem zugehörigen Reaktionsdruckraum (33) des Steuerschiebers (28) verbindet, und daß in dieser Bohrung (42) d«s zweite .stangenförmige Kolbenteil (Plunger 43) druckdicht und verschiebbar geführt ist.
3. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel (Feder 45) für die Gehäuseabstützung des ersten

™ Kolbenteiles (Kolbenhemd 39) und die federnden Mittel (Feder 50) für die Gehäuseabstützung des zweiten Kolbenteiles (Plunger 43) parallel geschaltet sind.
4. Servolenkung nach einem oder mehreren der Ansprache 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel (Feder 5C) für die Gehäuseabstüt2ung des zweiten Kolbenteiles (Plunger 43) in der vom Druckmittel unbelasteten Ruhestellung dieses Kolbenteiles (Plunger 43) an beiden Kolbenteilen (Boden 40 und Plunger 43)

fe zugleich angreifen.

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