DE2160905A1

DE2160905A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE2160905A1
Application number: DE19712160905
Authority: DE
Inventors: Gerald Keith; Venable Fredrick David; Lafayette; Ind. Oxley (V.St.A.). P
Original assignee: TRW Inc., Cleveland, Ohio (V.StA.)
Priority date: 1970-12-08
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-06-29
Also published as: FR2117477A5; IT943781B; ES397746A1; US3741074A; DE7146248U; GB1360475A; BR7108136D0; AU3657571A; CA948114A; DE2160905B2; JPS5420735B1

Description

TRW INC. 23 555 Euclid Avenue, Cleveland, Ohio HH 117 / V.St.A. Unser Zeichen: T 1123

Servolenkung

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Fahrzeuglenkungen und insbesondere auf eine Servolenkungs-Baugruppe mit variablem Lenkverhältnis, bei dem das Lenkverhältnis zunimmt, wenn die Servolenkung aus einer Mittelstellung heraus in eine Endlage gedreht wird.

Lange Zeit waren alle Fahrzeuglenksysteme manuell betätigbare Systeme. Bei Kraftfahrzeuglenksystemen wurde beispielsweise die gesamte Kraft, die erforderlich war, um die lenkbaren Räder zu drehen, vom Fahrzeugfahrer aufgebracht. Als die Automobile und die anderen Fahrzeuge größer und schwerer wurden und als insbesondere die sogenannten Ballonreifen verwendet wurden, stiegen die Anforderungen an die Drehkräfte immer höher. Die Lenksysteme wurden verändert und es wurde Getriebeanordnungen vorgesehen, die ein verhältnismäßig großes mechaniches übersetzungsverhältnis für die Lenkleistung ermöglichten, so daß das Drehmoment, das erforderlich war, um die gesteuerten Räder zu drehen, nicht oberhalb der Leistungsfähigkeit eines durchschnittlichen Fahrers lag. Eine derartige mechanische übersetzung wird im allgemeinen als Lenkverhältnis bezeichnet und dieses Lenkverhältnis kann bezeichnet werden

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als das Verhältnis des Drehungsgrades oder Drehungswinkels des Lenkrades oder der Lenkspindel zum Drehungsgrad oder Drehungswinkel der gesteuerten Räder. Ein hohes Lenkverhältnis erfordert also, daß das Steuerrad über einen größeren Bogen pro Drehungsgrad der gesteuerten Räder gedreht werden muß als bei' einem niedrigen Lenkverhältnis.

Um der Leistungsfähigkeit eines mittleren Fahrers zu entsprechen, wurden Lenkverhältnisse von 26 : 1 oder mehr üblich. Da sich das Drehmoment am Lenkrad, das zur Drehung der steuerbaren Räder erforderlich ist, erhöht, wenn die Räder aus ihrer Mittelstellung zur Endstellung hin verdreht werden, sind zahlreiche der manuellen Lenksysteme derart aufgebaut, daß sie ein ™ veränderliches Lenkverhältnis erzeugen, welches in der Nähe der Endstellung der gesteuerten Räder auf einen Wert von 30 : ansteigt. Derartige Systeme sind noch heutzutage bei Kraftfahrzeugen vorhanden und diese Systeme werden auch in neue Kraftfahrzeuge eingebaut.

Manuelle Lenksysteme mit veränderlichem Lenkverhältnis, die ein geringes Lenkverhältnis in der mittleren Steuerlage erzeugen und ein hohes Lenkverhältnis in den Endsteuerlagen haben die Eigenschaft, das manuell aufzubringende Lenkmoment · auf einem im wesentlichen konstanten Wert zu halten (da das erforderliche Ausgangsdrehmoment im wesentlichen konstant P gehalten wird), und auch noch die Eigenschaft, dieses Drehmoment innerhalb der Leistungsfähigkeit eines mittleren Fahrers zu halten, wenn die gesteuerten Räder über irgendeinen Winkel zwischen den Endlagen der Räder verdreht werden.

Diese Konstanz des Eingangsdrehmomentes und des Ausgangsdrehmomentes ermöglichen es einem durchschnittlichen Fahrer, die Räder leichter durch irgendeinen Winkel zwischen den Endstellungen der gesteuerten Räder zu verdrehen. Der Drehkraftbedarf steigt im allgemeinen zu den Endlagen der gesteuerten Räder

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hinan und zwar wegen der Gestaltung des Lenkgestänges, welches ein größeres Drehmoment per Drehungsgrad erforderlich macht, wenn die Räder aus ihrer Geradeausfahrtstellung herausgedreht werden. Der Drehmomentenbedarf ist üblicherweise in der Nähe der Endstellungen bei einem fahrenden Fahrzeug groß und zwar wegen der Kräfte, die die Neigung haben, die Räder wieder in eine Geradeausfahrstellung zurückzubringen»

Manuelle Lenksysteme mit variablen Lenkverhältnissen mit einem geringen Lenkverhältnis in der Mittelstellung und mit hohen Lenkverhältnissen in den Endstellungen weisen jedoch einen Nachteil auf, der durch die große Anzahl von Drehungen des Steuerrades entsteht, die erforderlich ist, um die gesteuerten Räder von einer Endstellung in die andere Endstellung zu bewegen. Manuelle Lenksysteme mit veränderlichem Lenkverhältnis, bei denen sechs oder mehr vollständige Umdrehungen des Steuerrades erforderlich sind, um die gesteuerten RädeV aus einer Endlage in die andere zu bringen, sind nicht ungewöhnlich.

Als dann Servolenksysteme in Gebrauch kamen, war eine Veränderung des Lenkverhältnisses nicht länger erforderlich, um den Drehmomenteneingang am Lenkrad zu vermindern. Es wurde jedoch während der Übergangszeit von der manuellen Lenkung zur Servolenkung festgestellt, daß Veränderungen des Lenkverhältnisses aus den verschiedensten Gründen wünschenswert sein könnten.

Ein durchschnittlicher Fahrer erhält offensichtlich ein besseres Lenkgefühl, wenn das Lenkrad etwa um die gleiche Anzahl von Graden pro Krümmungsgrad der gesteuerten Räder gedreht werden muß, wenn dieser Fahrer mit einer manuellen Lenkanlage vertraut ist, wobei dies insbesondere beim Geradeausfahren genügt, wenn lediglich geringfügige Korrektionen erforderlich

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Beim Parken, bei welchem die gesteuerten Räder oftmals nach beiden Seiten eingeschlagen werden müssen, können Zeit und Bewegung vermindert werden und zwar durch eine Verminderung des Schwenkverhältnisses zu den Endlagen hin.

Da Servolenkungen bereits seit einiger Zeit in Betrieb sind, sind die Probleme, die bei der Erzeugung eines zufriedenstellenden Lenkgefühles auftreten, nicht mehr von großer Bedeutung. Der gegenwärtige Trend bei der Herstellung von Fahrzeugen liegt ferner darin, eine immer größere Kompaktheit zu erzielen. Bei Personenkraftwagen wird beispielsweise versucht , die Größe der Ausrichtungen unter der Haube zu vermindern, um fortschreitend eine geringere Silhouette zu erzielen. Gleichzeitig besteht jedoch der Trend, mehr und mehr Ausrüstungsgegenstände unter der Haube anzuordnen. Während der Bedarf für Klimaanlagen, Servobremsen, Servolenkungen und andere Einrichtungen zunimmt, wird parallel hierzu versucht, die Größe derartiger Einrichtungen, Ausrüstungen oder Anlagen zu vermindern. -.Bei Lastkraftwagen und zwar sowohl im Bereich mittlerer Lastkraftwagen als auch schwerer Lastkraftwagen werden Anstrengungen unternommen, das Gewicht der Ausrüstung herabzusetzen, und das zusätzliche zahlende Gewicht zu erhöhen. Bezüglich der Kompaktheit und.der Gewichtsverminderung von Lenkgetrieben werden parallel laufende Versuche auf dem Gebiet der Personenkraftwagen und auf dem Gebiet der Lastkraftwagen unternommen.

Es ist klar, daß in Servolenksysteinen, bei denen ein hohes Lenkverhältnis in der Mittellage und ein niedriges Lenkverhältnis in der Endlage vorgesehen ist, die Servoleistung nicht mit höchstem Wirkungsgrad ausgenützt wird, da der Drehmomenteneingangsbedarf und der Drehmomentenausgangsbedarf nicht abgeglichen ist, wie es bei den eingangs erwähnten manuellen Systemen der Fall ist, die niedrige Verhältnisse in der Mittellage und hohe Lenkverhältnisse in der Endlage aufweisen.

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In der Mittellage der gesteuerten Räder, in der der Lenkdrehmomentenbedarf am geringsten ist, ist das Lenkverhältnis am größten. Zu den Endlagen der gesteuerten Räder hin, in denen der Drehmomentenbedarf am größten ist, ist das Lenkverhältnis am kleinsten.

Bei jedem Servolenksystem muß der Servokolben derart bemessen sein, daß dieser an den größten Drehmomentenbedarf angepaßt ist. Für irgendeinen gegebenen Druckmitteldruck muß deshalb der Servokolben in einem integralen Servosystem derart bemessen sein, daß er dem maximalen Drehmomentenbedarf entspricht, der in den Endlagen der gesteuerten Räder auf- , tritt. Der Kolben ist deshalb im allgemeinen sehr erheblich in der Mittelstellung der gesteuerten Räder überdimensioniert. Es ist deshalb klar, daß das veränderliche Lenkverhältnis von Servolenksystemen, um besser die Drehmomentenkapazität und den Drehmomentenbedarf abzugleichen, ein geringes Lenkverhältnis in der Mittellage und. ein großes Lenkverhältnis · in den Endlagen der gesteuerten Räder aufweisen sollte.

Durch die vorliegende Erfindung werden Mittel zur Verfügung gestellt, mit denen in einfacher, jedoch wirkungsvoller Weise ein derartiges veränderliches Lenkverhältnis bei eimern integralen Servolenksystem erzielt werden, und mit dp^~" in wirkungsvoller Weise die Kompaktheit und die Leistung des f Systems vergrößert werden. Wie bereits dargelegt, benötigen die Fahrer nicht länger das unwirksame umgekehrte Lenkverhältnis, das bisher bei Servolenksystemen verwendet wurde, um ein zufriedenstellendes Lenkgefühl auf der Straße zu erzielen.

Die Erfindung kann dahingehend zusammengefaßt werden, daß durch die Erfindung ein integrales Servolenksystem mit ver-

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änerlichem Lenkverhältnis geschaffen wird, bei dem ein Gesamtlenkverhältnis verwendet wird, welches zunimmt, wenn die gesteuerten Räder aus der Mittellage zur Endlage hin bewegt werden, wobei dieses Servolenksystem einen Kolben mit einem Zahnstangenabschnitt aufweist und eine querverlaufende Welle, die ein Zahnsegment hat, welches mit dem Zahnstangenabschnitt kämmt, wobei die Zähne des Zahnstangenabschnittes des Kolbens und des Zahnsegmentes derart angeordnet und ausgebildet sind, daß ein derartiges gesamtes variables Lenkverhältnis erzielt wird.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen in W der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht .einer gemäß der Erfindung aufgebauten Servolenkung,

Fig. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht, genommen längs der Linie III-III der Fig. 1,

|) Fig. ¹I eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3* in der jedoch die

Hülsenschieber in verschiedenen Stellungen zueinander dargestellt sind
und

Fig. 5 eine weitere Schnittansicht, genommen längs der Linie V-V der Fig. 1.

Die Grundgedanken der Erfindung können zwar bei jedem durch ein Druckmittel betätigten Servomechanismus verwendet werden, der einen axial verschiebbaren Kolben mit einem Zahnstangenabschnitte aufweist und ein Zahnrad, welches an einer dreh-

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baren Welle montiert ist, welches mit den Zähnen des Zahnabschnittes des Kolbens kämmt. Die Erfindung kann jedoch insbesondere mit Vorteil bei Fahrzeugservolenksystemen verwendet werden, wie sie beispielsweise in mittelschweren und schweren Lastkraftwagen Anwendung finden und das Ausführungsbeispiel, welches hier beschrieben wird, bezieht sich auf ein Servolenksystem.

Es sei nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen. Eine Servolenkung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Servolenkung 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches eine zylindrische Innenwandung 12 hat, die einen Servozylinder bildet. In diesem Zylinder ist hin und her bewegbar ein Kolben 13 angeordnet. Der Kolben 13 unterteilt den Zylinder 12 in zwei Druckkammern m und 15, die im folgenden als die äußere Druckkammer und als die innere Druckkammer bezeichnet werden sollen. Eine Dichtung 16 ist am Kolben 13 montiert und bildet eine Druckmittelabdichtung zwischen den Druckkammern 14 und 15.

Eine Reihe von Trieb- oder Zahnstangenzähnen 17 sind längs einer Seite 18 des Kolbens 13 ausgebildet und diese Zähne kämmen mit Zähnen 19, die am Zahnsegment 20 ausgebildet sind. Das Zahnsegment 20 ist ein integraler Teil einer Querwelle 21, die sich durch eine Seitenwandung des Gehäuses 11 hindurch erstreckt. Bei Fahrzeuglenkungen kann die Querwelle 21 in üblicher Weise mit einem Lenker des mechanischen Lenkgestänges des Fahrzeuges verbunden sein. Wenn sich der Kolben 13 im Zylinder 12 vor und zurück bewegt, werden somit das Zahnsegment 20 und die Querwelle 21 in entsprechender Weise betätigt, um die lenkbaren Räder des Fahrzeuges auszulenken.

Im Gehäuse 11 ist eine Druckmitteleinlaßöffnung 22 und eine Druckmittelauslaßöffnung 23 vorgesehen. Diese Öffnungen sind mit einem entsprechenden hydraulischen Kreis verbunden, der

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eine Pumpe aufweist. Die Strömung des Druckmittels wird zu- den Druckkammern 14 und 15 und aus den Druckkammern 14 und 15 heraus mittels eines Schiebers 24 gesteuert. Teile dieses Schiebers 24 sind innerhalb einer Kammer 25 angeordnet, die zum Teil durch eine Bohrungswandung 26 mit vermindertem Durchmesser und.durch eine Bohrungswandung 27 mit vergrößertem Durchmesser begrenzt wird. Der Schieber 2*1 wird mittels einer manuell betätigten Welle 28 betätigt, die drehbar im Gehäuse 11 gelagert ist und die ein äußeres Ende 29 aufweist, das verzahnt oder verkeilt ist, um ein Lenkrad od. dgl. aufzunehmen.

Die Schieber-Baugruppe 24 weist zwei Schieberglieder 30 und 31 auf. Diese Glieder können als Schieberkolben und Schieberhülse bezeichnet werden und sitzen teleskopartig konzentrisch ineinander und diese Teile sind drehbar innerhalb der Wandungen 27 und 26 relativ zum Gehäuse 11 und relativ zueinander gelagert. Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist der äußere Schieberabschnitt 31 zwei Hülsen 31a und 31b auf, die miteinander für eine gemeinsame Drehung bei 32 verzapft sind. Diese zweistückige Ausbildungsform dient zur Erleichterung der Fertigung und die beiden Teile 31a und 31b sollen dann als einstückige Schieberhülse 31 betrachtet werden.

Die Zapfen 32 weisen öffnungen 33 auf, die in eine Umfangsnute 34 münden, die in der Bohrungswandung 26 ausgebildet sind. Diese Nut weist zwei im wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnete verbreiterte Abschnitte 36 und 37 auf, die als Strömungskanäle dienen. Der untere Abschnitt 36 steht mit einem axialen Strömungskanal 38 in Verbindung, der zur Einlaßöffnung 22 führt und der obere Abschnitt 37 steht über einen axialen Kanal 39 mit einer Kammer 40 in Verbindung, wobei ein Kugelrückschlagventil 41 in dem Kanal 39 angeordnet ist.

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In der Schieberhülse 31 sind zwei im Winkelabstand voneinander angeordnete axial sich erstreckende Schlitze 42 ausgebildet, von denen jeder an einem Ende 43 geschlossen ist, wobei das andere Ende 44 in der inneren*Druckkammer 15 mündet. Ein weiteres Paar von axial sich erstreckenden Schlitzen 42a ist zwischendem Schlitzpaar 42 ausgebildet und diese Schlitze 42a sind am hinteren Ende. 43a verschlossen und die anderen Enden 44a dieser Schlitze münden in die Kammer 25 zwischen der äußeren Endwandung 30' des Schieberkolbens 30 und einer inneren Endwandung 31* der Schieberhülse 31. Weiterhin stehen die Schlitze 42 und 42a in offener Verbindung mit radial sich erstreckenden öffnungen 45 und 45a, die zu einer inneren Wandung 46 der äußeren Schieberhülse 31 hin offen sind.

Der Schieberkolben 30 ist innerhalb der inneren Wandung 46 drehbar und weist in seiner Umfangswandung 46a eine Reijie von axial sich erstreckenden, in Ümfangsrichtung im Abstand von-r einander angeordnete Nuten 47 und 48 auf. Obwohl die beiden Nuten 47» 47 bezüglich der Achse des Schieberkolbens 30 einander diametral gegenüberliegen, zeigt die in Fig. 1 dargestellte Schnittdarstellung eine Nute 47 und eine Nute 48 im Schnitt, um lediglich die relative Konfiguration dieser beiden Nuten zu zeigen. Fig. 1 ist deshalb kein getreuer Querschnitt für den Schieber 24.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die Nuten 48 in Längsrichtung ausreichend lang, um die öffnungen 33 der Zapfen 32 mit den radialen öffnungen 45 zu verbinden, während die Nuten 48 eine ausreichende axiale Länge haben, um die radialen öffnungen 45a miteiner Ringnut 49 zu verbinden, die sich in Ümfangsrichtung fortlaufend um die Umfangswandung 46a der inneren Hülse erstreckt. Die Nut 49 steht ihrerseits über einer Reihe von radialen Kanälen 50 mit einer Ringnut 51 in Verbindung,, die

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ihrerseits mit einem verbreiterten Strömungskanal 52 verbunden ist, der zur Auslaßöffnung 23 hin führt. Es sei bemerkt, daß die Kammer 40 ebenfalls mit der Auslaßöffnung 23 in Verbindung steht und zwar Über die Kingnut 51.

Der Schieberkolben 30 kann integral mit der Betätigungswelle 28 ausgebildet sein. Dieser Kolben 30 ist in jedem Fall gemeinsam mit dieser Welle 28 drehbar. Die Drehung des Schieberkolbens 30 wird direkt durch eine Betätigung der Welle 28 gesteuert.

Andererseits ist die Schieberhülse 31 mit der Betätigungswelle 28 für eine begrenzte relative Drehung verbunden und zwar Über zwei Antriebsstifte 52, die in einer Querbohrung 53 in der Welle 28 angeordnet sind und die sich mit ihren gegenüberliegenden Enden in zwei radiale» in Winkelrichtung überdimensionierte Schlitze 5^ hinein erstrecken, die in jler Schieberhülse 31 ausgebildet sind. Es ist zu erkennen, daß die Betätigungswelle 28 über einen vorbestimmten Winkel gedreht werden kann, ohne daß dadurch eine Drehung der Schieberhülse 31 hervorgerufen wird. Danach legen sich jedoch die Enden der Antriebsstifte 52 an die Seitenwandungen der Schlitze 5¹* an und erzeugen eine Drehung der Schieberhülse 31 bei einer weiteren Drehung der Betätigungswelle 28.

Die Fig. 3 zeigt die relative Lage des inneren und äußeren Schieberelementes 30 und 31, wenn sich diese in einer neutralen Stellung befinden. Die Schieberelemente 30 und 31 werden in diese neutrale Stellung mittels eines Torsionsstabes 55 vorgespannte Dieser Torsionsstab ist am inneren Ende 55a mit dem Schieberkolben 30 verzapft und dreht sich gemeinsam mit diesem und der Torsionsstab ist am äußeren Ende 55b für eine gemeinsame Drehung mit dem äußeren Ende 57 einer Schraube oder Schnecke 58 verbunden. Diese Schnecke 58 ist integral mit der Schieberhülse 31 ausgebildet und erstreckt sich vom

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Teil 31t» der Schieberhülse 31 aus. Die Schnecke 58 ist in einer axialen Bohrung 59 im Kolben 13 angeordnet und weist eine Schraubennut 60 auf, um eine Anzahl von Lagerkugeln 6l od. dgl. aufzunehmen, die komplementär zu einer Schraubennut 62 ausgebildet sind, die in der Bohrungswandung 59 des Kolbens 13 vorgesehen ist. Die Schraubennuten 60 und 62 und die Antriebskugeln 61, die in diesen Nuten angeordnet sind, bewirken» daß sich die Schraube 58 dreht, wenn der Kolben 13 axial in einer für jeden Fachmann verständlichen Weise ver- . schoben wird.

Wenn beispielsweise das Servolenksystem 10 an einem Fahrzeug, wie beispielsweise an einem mittelschweren oder schweren Lastkraftwagen montiert ist, so daß mit dem System die Lenkung der steuerbaren Räder gesteuert wird, sind im Betrieb die Einlaß- und Auslaßöffnungen 22 und 23 mit der Druckseite und der Saugseite einer Pumpe verbunden. Wenn sich die Welle 28 in einer Ruhelage befindet, so sind die Schieberglieder 30 und 31 in der neutralen Stellung angeordnet, die in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Stellung der Schieberglieder 30 und 31 tritt das Druckmittel durch die Einlaßöffnung 22 ein, geht durch die Kanäle 38 und 36 hindurch und gelangt zur Nut 34, die die Schieberhülse 31 umgibt. Aus der Nut 3¹J strömt das Druckmittel durch die öffnungen 33» die in den Zapfen 32 ausgebildet sind,hindurch und dann in die Nuten 47, 47 des Schieberkolbens 30.

Die radialen Winkelabmessungen der Stegabschnitte 63, die die Nuten 47 und 48 trennen, sind geringer als die entsprechenden Abmessungen der öffnungen 45 und 45a, die in der inneren Wandung 46 der Schieberhülse 31 ausgebildet sind. Das Druckmittel, welches in die Nuten 47 strömt, geht deshalb in Verbindung mit der Druckkammer 15 des Zylinders 12 über die axialen Nuten 42. Andererseits steht die Druckkammerl4 ebenfalls in Verbindung mit dem Druckmittel und zwar über die

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Bohrung 59» die im Kolben 13 ausgebildet ist, eine Querbohrung 64 in der Schraube 58, eine überbemessene axiale Bohrung 66, in der der Torsionsstab 55 angeordnet ist und dann über die Schlitze 42a der Schieberhülse 31» die ihrerseits mit den axialen Nuten 46, den Umfangsnuten 49, den radialen Kanälen 50 und der Auslaßöffnung 23 in Verbindung stehen. Da beide Nuten 47 und 48 sowohl mit der Einlaßöffnung 22 als auch mit der Auslaßöffnung 23 in Verbindung stehen, ist der Druck in beiden Kammern 14 und 15 gleich und der Kolben 13 verbleibt in einer Ruhestellung.

Wenn die Betätigungswelle 28 nicht bewegt wird, ist der Druck in den Kammern 14 und 15 abgeglichen und dadurch wird eine axiale Verschiebung des Kolbens 13 und eine Verdrehung des Zahnsegmentes 20 verhindert.

Es sei nun angenommen, daß die Betätigungswelle 28 kontinuierlich in Richtung des ührzeigerdrehsinns gedreht wird. Dadurch wird die innere Hülse 30 relativ zur äußeren Hülse 31 in die in Fig. 4 dargestellte Lage verdreht. Die Nuten 47, 47 der inneren Schieberhülse 30 stehen mit dem Druckmittel in Verbindung. Die Nuten 48, 48 stehen jedoch nicht mit dem Druckmittel in Verbindung« Die Auslaßöffnung 43 steht mit der Druckkammer 15 über die axialen Schlitze 42, die axialen Nuten 48, die Umfangsnut 49, die radialen Kanäle 50 und den Kanal 52 in Verbindung. Die Druckkammer 14 des Arbeitszylinders 12 steht mit der Hochdruckeinlaßöffnung 22 in Verbindung und zwar über die Bohrung 59 des Kolbens 13, die Bohrung 64 und 66 in der Schraube 58, die'Schieberkammer 25, die axialen Schlitze 42a, die in der Hülse 31 ausgebildet sind, die axialen Nuten 47, die im Schieberkolben 30 ausgebildet sind, die hohlen Zapfen 32, die Ringnut 34, den axialen Kanal 38.

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Der Kolben 13 bewegt sich durch den auf ihn einwirkenden Druckunterschied nach rechts innerhalb des Zylinders 12. Diese Rechtsbewegung des Kolbens 13 zwingt die Schraube 58 zu drehen und zwar durch die Zusammenwirkung der Nuten 60 und 62 und der Kugeln 6l und zwar in einer Drehrichtung, die der Drehrichtung der Betätigungswelle 28 entspricht. Eine Drehung der Schraube 58 bewirkt, daß sich die Hülse 31 in entsprechender Richtung dreht, wobei jedoch die gleiche Winkelverschiebung gegenüber dem Schieberkolben 30 aufrechterhalten wird, der in Fig. 4 gezeigt wird. Während die Betätigungswelle 28 weiter gedreht wird, dreht sich der Schieberkolben 30 ebenfalls und die Schieberhülse 31 folgt dem Schieberkolben 30, wobei die winkelverschobene Lage aufrechterhalten wird. Wenn die Betätigungswelle 28 nicht mehr gedreht wird, so hört auch die Drehung des Schieberkolbens 30 unmittelbar auf. Das Druckmittel an der Einlaßöffnung 22 ist jedoch immer noch in Verbindung mit der Druckkammer 14 und der Kolben 13 setzt seine Bewegung nach rechts fort, bis diese Bewegung die Schraube 58 und den Schieberkolben 30 in die in Fig. 3 dargestellte Stellung gedreht hat. Der Druck in den Kammern 14 und 15 ist dann abgeglichen und eine, axiale Bewegung des Kolbens 13 und eine Drehung des Zahnsegmentes hören auf. Eine Drehung der Betätigungswelle 28 in einer entgegengesetzten Richtung bewirkt, daß das Druckmittel in einer entgegengesetzten Richtung durch die Lenkung 10 strömt, wobei die Druckkammer 15 einem höheren Druck und die Druckkammer Ik einerageringeren Druck ausgesetzt wird. Der Druckunterschied, dem der Kolben 13 nun ausgesetzt ist, bewirkt, daß sich bei der Darstellung in Fig. 1 der Kolben nach links bewegt und daß sich das Zahnsegment 20 entsprechend dreht.

Eine Dichtung 68 umgibt die Betätigungswelle 28 und diese bildet mit der Ausgangswellendichte die einzige positive dynamische Abdichtung, die in der Servolenkung 10 verwendet wird. Die Dichtung 68 ist bei allen Betriebsbedingungen der

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Servolenkung 10 lediglich dem Druck der Niederdruckseite ausgesetzt. Die anderen Dichtungen, wie beispielsweise die Dichtung 16, sind Dichtungen mit geringer Reibung und geringem Durchlecken und diese Dichtungen können aus elastomeren durch Teflon abgestützten Ringen bestehen.

Falls die Hauptpumpe ausfallen sollte, kann die Servosteuerung 10 betätigt werden, um die lenkbaren Räder zu steuern. In diesem Fall bewirkt eine Drehung der Welle 28, daß die Zapfen 52 (Fig. 1 und 5) sich gegen die Wandungen der Nuten54 anlegen, die in der äußeren Hülse 31 ausgebildet sind. Der Hydraulikkreis in der Servolenkung ist offen und zwar wegen der Winkelverschiebung der Schieberglieder 30 und 31. Das Rückschlagventil 41 öffnet sich, um Druckmittel aus der Kammer 40 in die Kammer 39 durchzulassen, die mit den Kammern 14 und 15 über die vorgeschriebenen Kanäle verbunden sind. Eine Drehung der Welle 28 bei einer manuellen Betätigung bewirkt, daß d^ie Schraube 58 in entsprechender Weise gedreht wird. Dadurch wird axial der Kolben 13 verschoben und auf diese Weise wird das Zahnsegment 20 gedreht.

Die Triebzähne 17 und das Zahnsegment 19 sind derart gestaltet, daß ein niedrigeres Lenkverhältnis in der Mittelstellung der Lenkung 10 erzielt wird als an jeder der beiden Endstellungen. Diese Ausbildung eines niedrigen Lenkverhältnisses in der Mitte und von hohen Lenkverhältnissen an den Enden ist die gleiche wie die, die üblicherweise in den manuellen Lenksystemen verwendet wird und diese Ausbildung wird für den. gleichen Zweck verwendet, nämlich dazu, um gleichmäßig den Drehmomenten der Kapazität und den Drehmomentenbedarf über alle Drehwinkel der gesteuerten Räder hinweg abzugleichen. Während einer Geradeausfahrt verschafft die Lenkung 10 ein erhöhtes Ansprechen der gesteuerten Räder pro Drehgrad des Lenkrades als bei einer Kurvenfahrt. Gemäß der Erfindung kann dieses Lenkverhältnis von etwa 20 : 1 der Geradeausfahrtstel-

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lung auf etwa 25 : 1 in Endstellungen gesteuerte Räder ansteigen.

Die Zunahme der Drehmomentenkapazität der Lenkung (und insbesondere der Querwelle 21 in den Endlagen) entspricht der Zunahme des Drehmomentenbedarfs der meisten Steuergestänge, wenn die gesteuerten Räder mehr und mehr in ihre Endlägen gedreht werden. Diese Zunahme an Drehmomentenbedarf ist eine Eigenschaft der meisten Steuergestänge und swar wegen der Anordnung und der Winkelstellung des Lenkers gegenüber dem Gestänge, das mit dem Lenker verbunden ist. Selbstverständlich haben die gesteuerten Räder eines Fahrzeuges immer die Tendenz, sich aus der Endstellung in die Geradeausfahrstellung zurückzudrehen und zwar wegen der sogenannten Ausrichtungskräfte, die auf die Räder einwirken.

Durch die Erfindung wird ein veränderliches Lenkverhältnis in einem Servolenksystem geschaffen, welches ähnlich dem veränderlichen Lenkverhältnis von manuellen Lenksystemen ist und zwar in der Mittellage niedrig und in den Endlagen höher. Dadurch erfolgt eine bessere Anpassung der Drehmomentenkapazität an den Drehmomentenbedarf. Es sei bemerkt, daß der Querschnitt des Kolbens 13 durch irgendeinen vorbestimmten Druckmitteldruck vermindert werden kann. Anstatt daß dieser Kolben derart bemessen wird, daß eine Drehkraft oder ein Drehmoment in der Querwelle erzeugt wird, das in der Lage ist, die gesteuerten Räder im Bereich der Drehwinkel zu drehen, der die größte Kraft benötigt und zwar in der Nähe der Endstellungen, wobei die geringste mechanische übersetzung vorgesehen ist, kann dieser Kolben derart bemessen sein, daß er ein geringeres Drehmoment in der Querwelle erzeugt, welches erforderlich ist, um die gesteuerten Räder in dem Drehwinkelbereich su drehen, der die geringste Leistung erfordert. Diesor I-.· reich umfaßt den Bereich der Geradeausfahrt-Drehwinke.T.

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Die Gesamtgröße des Lenksystems 10 kann für die meisten Anwendungsfälle wesentlich herabgesetzt werden und dieser Vorteil überwiegt bei weitern den möglichen Umstand, der sich aus der Notwendigkeit ergibt, das Lenkrad mehrfach zu drehen.

Wenn andererseits ein großer Querschnitt des Kolbens 13 beibehalten wird, kann der Druckbedarf für das Druckmittel herabgesetzt werden. Eine Verminderung des Druckes des Druckmittels ermöglicht es, die Größe der Pumpe zu verringern. Die Bauteile, die die Antriebsverbindung zwischen der Pumpe und der Brennkraftmaschine bilden, können ebenfalls reduziert werden und die ausnutzbare Leistung der Brennkraftmaschine wird erhöht und zwar durch eine Verringerung des Leistungsbedarfes der Pumpe.

Obwohl Veränderungen des Lenkverhältnisses bisher auf verschiedene Weisen erreicht wurden, *fird bei dem dargestellten Servolenksystem ein Zahnsegment 19 verwendet, welches Zähne 19a aufweist, deren Größe v©m mittleren Zahn zum Endzahn hin zunimmt. Der TeilkreisradiuB des mittleren Zahnes 19a ist kleiner als der Teilkreisradius des Zahnes 19b, der seinerseits kleiner ist als der Teilkreisradius des Zahnes 19c.

Andererseits verändern sich die Triebzähne 17 in entsprechender Weise, um eine Anpassung an die verschiedenen Zähne 19 des Zahnsegmentes zu erzielen. Die Tiefe der Triebzähne 17, die an den Enden der Zahnstange angeordnet sind, kann beispielsweise größer sein als die Tiefe der Zähne, die mehr in der Mitte der Zahnstange angeordnet sind.

Es ist klar, daß das Zahnsegment so hergestellt wird, daß alle Zähne 19 den gleichen Teilkreis haben und daß dann die Triebzähne 17 so abgeändert werden, daß ein niedriges in der Mitte liegendes Lenkverhältnis erzielt wird und ein hohes Lenkverhältnis an den Enden. Das Lenkverhältnis an einem Ende

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des BewegungsSchubes kann ferner größer sein als am anderen Ende des Hubes und zwar für die Fälle, in denen der Drehmomentenbedarf nicht in gleicher Weise zu beiden Seiten der Mittelstellung der Räder ansteigt.

Durch die Erfindung wird in verhältnismäßig einfacher und billiger V/eise eine'Veränderung des Lenkverhältnisses eines integralen Servolenksystems erzielt, wobei ein mit Triebzähnen ausgestatteter Kolben verwendet wird und ein Zahnsegment, so daß ein Gesamtlenkverhältnis erzielt werden kann, welches in der Mitte geringer ist und welches in den Endstellungen höher ist.

Es können Abänderungen durchgeführt werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.

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Claims

- 18 Patentansprüche

Integrale Servolenkung mit einem veränderlichen Lenkverhältnis, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in dem ein Zylinder ausgebildet ist, einen Kolben, der hin und her beweglich, in dem Zylinder angeordnet ist und an dem Triebzähne oder eine Zahnstange ausgebildet sind oder ist, eine drehbare Steuerwelle, die an dem Gehäuse montiert ist, einen Schieber, der mit einer Druckmittelquelle und mit den Enden des Zylinders verbunden ist, so daß die Strömung des Druckes steuerbar ist und der ein Paar von relativ bewegbaren Schieberelementen aufweist, wobei eines der Schieberelemente für eine synchrone Bewegung mit der Steuer- oder Lenkwelle verbunden ist und das andere Schieberelement für eine synchrone Bewegung mit dem Kolben verbunden ist, ferner eine Querwelle, die mit dem Steuergestänge verbunden ist und die drehbar gelagert ist, wobei diese Querwelle ein Zahnsegment aufweist, welches mit den Triebzähnen kämmt, wobei die Zähne relativ zu den Triebzähnen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß ein geringeres Gesamtlenkverhältnis zwischen der Steuerr welle und der Querwelle in der mittleren Steuerlage als in der Endsteuerlage erzielt wird.

2. Integrales Servolenksystem mit einem variablen Lenkverhältnis, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in dem ein Zylinder ausgebildet ist, einen Kolben, der hin und her beweglich im Zylinder angeordnet ist und an dem Triebzähne oder eine Zahnstange ausgebildet sind oder ist, eine drehbare Steuerwelle, die an dem Gehäuse montiert ist, einen Schieber, der mit einer Druckmittelquelle und mit den Enden des Zylinders verbunden ist und der die Ströme steuert und der ein Paar relativ bewegliche Schieberelemente aufweist, von denen eines für eine gemeinsame Bewegung mit der Steuerwelle verbunden ist und das andere mit dem Kolben für eine Drehung entsprechend der Axial-

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bewegung des Kolbens verbunden ist, eine Querwelle, die mit dem Lenkgestänge verbunden ist und die drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist und die Zahnsegmentzähne aufweist, die mit den Triebzähnen des Kolbens kämmen, wobei die Triebzähne und die Zahnsegmentzähne derart ausgebildet und angeordnet sind, daß ein Lenkverhältnis geschaffen wird, welches zunimmt, wenn das Lenksystem aus der Mittellage herausgedreht wird. ^s

Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkreislinie der Triebzähne am Kolben konstant ist und daß der Teilkreisradius der Zähne des Zahnsegmentes sich verändert, um dieses veränderliche Lenkverhältnis auszubilden.

Servolenkung mit einem veränderlichen Lenkverhältnis, welches bei einem Fahrzeug als Lenkgestänge verwendet wird, welches einen zunehmenden Drehmomenteneingang erforderlich macht, wenn die gesteuerten Räder aus der Mittellage zu den Endlagen hin gedreht werden, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einem Zylinder, einen Kolben, der hin und her beweglich in dem Zylinder angeordnet ist und an dem Triebzähne ausgebildet sind, eine drehbare Steuerwelle, die an dem Gehäuse montiert ist, einen Schieber, der mit einer Druckmittelquelle und mit den Enden des Zylinders verbunden ist, um eine Strömung zwischen diesen zu steuern und der ein Paar relativ bewegliche Schieberelemente aufweist, von denen eines für eine gemeinsame Drehung mit der Steuerwelle verbunden ist und von denen das andere mit dem Kolben verbunden ist j um sich gemäß einer axialen Bewegung des Kolbens zu drehen, eine Welle, die drehbar .in dem Gehäuse gelagert ist und mechanisch mit dem Lenkgestänge des Fahrzeuges verbunden ist, ein Zahnsegment an dieser Welle, welches mit den Triebzähnen am Kolben kämmt, wobei die Zahnsegmentzähne und die Triebzähne derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die Welle

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eine veränderliche Drehmomentenkapazität erhält, durch die der veränderliche Drehmomentenbedarf des Steuergestänges kompensiert wird, während der Druckmitteldruck auf einen konstanten Wert gehalten v/ird.

5. Servolenkung nach Anspruch U₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkreisradius des Zahnsegmentes von der Mitte zu den Enden hin zunimmt.

6. Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Triebzähne an den Enden des Zahntriebes des Kolbens größer ist als die Tiefe der Triebzähne in der Mitte des Zahntriebes.

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