DE2214001C3

DE2214001C3 - Servolenkung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2214001C3
Application number: DE2214001A
Authority: DE
Inventors: Jean Saint Cloud Cadiou (Frankreich)
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-03-22
Publication date: 1980-09-11
Also published as: ES401377A1; NL7204406A; GB1386155A; JPS545570B1; IT954588B; DE2214001B2; US3791475A; FR2132948A5; BE781177A; DE2214001A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Fahrzeuge mit den Gattungsmerkmalen des Patentanspruchs 1.

Servo- oder Hilfskraftlenkungen sollen die vom Fahrer aufzubringenden Lenkkräfte herabsetzen, wobei bei einem Ausfall des in der Regel hydraulisch wirkenden Hilfskraftsystems die volle Funktionsfähigkeit der Fahrzeuglenkung erhalten bleiben muß. Bei bekannten Servolenkungen der eingangs genannten Art (US-PS 23 62 930) greifen mehrere T-förmige Hebel, deren durchgehender Stab mittels Kugelkopflagern in den Drehkörpern gelagert ist, mit ihren abstehenden Schenkeln in eine Innennut einer sie umschließenden Schiebemuffe ein. Zur Zurückstellung der beiden Drehkörper in ihre Normallage dienen in axialen Ansätzen der Drehkörper angreifende Druckfedern. Da bei diesen bekannten Einrichtungen eine Übersetzung der Relativbewegungen zwischen den beiden Teilen der Lenkspindel nicht vorgesehen ist, sind nur schwierig entsprechende Steuerwege für den Schieber des Lenkventils sowie ein Ansprechverhalten der Servolenkung zu erzielen, wie es erwünscht ist. Das Ansprechverhalten der bekannten Servolenkungen wird auch noch durch das insgesamt große Spiel der einzelnen

Übertragungsglieder negativ beeinflußt. Dieses Gesamtspiel setzt sich aus den Toleranzen zwischen dem Schieber und den Drehkörpern auf den beiden nicht fest zentrierten Wellenenden, dem Spiel der Kugelkopflagerungen der Verbindungshebel, der Führung des abstehenden Schenkels in der Umfangsnut des Schiebers und der Übertragung der Stellkräfte auf den Steuerschieber durch den Kippmomenten unterworfenen abstehenden Schenkel zusammen.
Es sind Hilfskraftlenkungen in verschiedenen Ausführungen bekannt (z.B. DE-PS 9 56 201), bei denen zwischen den beiden Teilen der Lenkspindel ein Übersetzungsgetriebe eingeschaltet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß Ansprechverhalten einer Servolenkung der angegebenen Gattung bei Vermeidung der genannten Nachteile, insbesondere eines übermäßigen Platzbedarfs, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Dabei werden die relativen Verdrehbewegungen zwischen den beiden Teilen der Lenkspindel übersetzt auf die gleichachsig ausgerichteten Drehkörper übertragen und durch entsprechende Weiterbildung des Hebelmechanismus zum Umsetzen der Drehbewegung in eine lineare Steuerbewegung für den Schieber wird auf einfache und raumsparende Weise eine spielfreie Selbstzentrierung des mit dem Schieber verbundenen Schenkels erzielt

Die erfindungsgemäße Servolenkung hat den Vorteil, daß die Verdrehbewegungen der Lenkstange in vergrößerte Steuerbewegungen des Schiebers umgesetzt werden, wodurch die Abstände zwischen den Hydraulikanschlüssen des Lenkventils so groß gewählt werden können, daß sich die im Fahrbetrieb auf die

Räder einwirkenden geringfügigen Lenkausschläge nicht mehr auf die druckmittelbetätigte Lenkhilfe auswirken. Die achsparaüele Anordnung der Drehkörper zu der Lenkstange und der Welle eröffnet ferner die vorteilhafte Möglichkeit, auch die Rückstellvorrichtung für die ausgelenkten Räder mit in die Druckmittellenkhilfe einzubeziehen. Ein weiterer Vorteil gegenüber den eingangs genannten Servolenkungen ist diewesentliche Herabsetzung der Reibungskräfte bei der Übertragung von relativen Verdrehungen in lineare Bewegungen des Steuerschiebers. Dies wird auf technisch einfache Weise durch die Verwendung des mittleren T-förmigen Stellhebels erreicht, der bei linearen Bewegungen nur den äußerst geringen Reibungskräften in seinen Kugelkopflagerungen unterworfen ist. Ein weiterer Vorteil liegt in der leichten Zugänglichkeit und der immer bedeutsamer werdenen Wartungsfreundlichkeit der erfindungsgemäßen Servolenkung, die ohne größeren technischen Aufwand zusammengebaut und darüber hinaus auch in Fahrzeuge von unterschiedlichem Typ, d. h. Personen- und Lastkraftwagen, eingesetzt werden kann.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung unter Schutz gestellt, wobei die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale im wesentlichen auch bei Servolenkungen nach der US-PS 23 62 930 verwirklicht sind.

Durch die Lagerung des mit der Welle des Lenkgestänges kämmenden Drehkörpers auf einer Hohlwelle, in die der abstehende Schenkel des M T-förmigen Stellhebels hineinragt, wird einmal ein weiter verringerter Platzbedarf und die Möglichkeit einer sehr nahen Anordnung des Kugelkopfgelenkes an der Verbindungsebene der Gelenke der beiden äußeren Stellhebel erreicht und zum anderen ergibt sich eine stabile Lagerung des Drehkörpers (Unteranspruch 5).

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Servolenkung mit Rückstelleinrichtung;

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der Drehkörper mit den T-förmigen Hebeln und dsm Stellhebel;

F i g. 3 einen Querschnitt durch die T-förmigen Hebel;

Fig.4 eine besondere Ausgestaltung eines Kugel- « kopfgelenkes.

Nach F i g. 1 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 1 eine Betätigungseinrichtung für einen Schieber 2 eines Lenkventils und eine Rückstellvorrichtung auf Geradeausfahrt eingebaut Eine herzförmige Nocke 3 der so Rückstellvorrichtung ist über ein aus Zahnrädern 5, 6 gebildetes Untersetzungsgetriebe mit einem oberen Teil 4 einer Lenkspindel gekuppelt. Auf die Umfangsfläche der Nocke 3 drückt ein durch eine Feder 9 belasteter Stößel 7 mittels einer Rolle 8. Der Stößel 7 kann auch hydraulisch beaufschlagt und sein Andruck von Parametern abhängig sein, die entsprechend der Intensität der Rückstellbewegung unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges ausgelegt werden. Die Untersetzung der Zahnräder 5, 6 ist so gewählt, daß die Nocke * πι..- einen Drehwinkel von weniger als 360° ausführen kann. Die herzförmige Nocke 3 und das Zahnrad 6 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 10, die ferner einen mit dem Teil 4 der Lenkspindel in Antriebsverbindung stehenden Drehkörper 11 trägt. Der Drehkörper 11 und/oder der aus Nocke 3 und Zahnrad 6 gebildete Bauteil können drehbar auf der Welle 10 gelagert sein.

Ein Lenkhandrad 12 ist drehfest mit Teil 4 verbunden, der an seinem freien Ende eine Kupplung 13, 13a zum Antrieb eines unteren Teiles 14 der Lenkspindel aufweist. Mit diesem drehbar im Gehäuse 1 gelagerten Teil i4 ist über eine Gelenkwelle 14a ein Ritzel 15 geKuppelt, das in eine Zahnstange 15a eingreift Die Kupplungsteile 13 und 13a lassen ein bestimmtes Verdrehspiel der beiden Teile der Lenkspindel gegeneinander zu.

Ein auf Teil 4 aufgekeiltes Zahnrad 20 steht mit einem Ritzel 21 in Eingriff, das fest mit dem ersten Drehkörper 11 verbunden ist Ein auf Teil 14 der Lenkspindel aufgekeiltes Zahnrad 16 steht mit einem Ritzel 17 in Eingriff, welches mit einem zweiten, auf einer Hohlwelle 19 koaxial zur Welle 10 gelagerten Drehkörper 18 fest verbunden ist Die einander zugeordneten Zahnräder 16,17 und 20,21 mit genau gleichem Übersetzungsverhältnis von > 1 sind bei dieser bevorzugten Ausführung mit einer Vorrichtung zum Ausgleich des Eingriffsspiels gekoppelt die beispielsweise durch ein Zahnrad 16a und ein weiteres Zahnrad 20a von gleichartiger Zahnform wie die Zahnräder 16 und 20 gebildet wird, die jeweils mit den zugehörigen Teilen der Lenkspindel durch ein torsionselastisches Zwischenelement verbunden sind.

Die beiden Drehkörper 11,18 und ihre zugeordneten Zahnräder 17, 21 sind jeweils genau gleich ausgeführt und symmetrisch zu einer vertikalen Mittelebene angeordnet. In den einander zugewandten Stirnflächen jedes Drehkörpers 11, 18 sind symmetrisch zu ihrer Drehachse X-X zwei Ausnehmungen 24 zur Aufnahme von Lagerkörpern 28 vorgesehen. Ohne Winkelabweichung beider Drehkörper gegeneinander stehen sich jeweils zwei der zylindrischen Ausnehmungen 24 genau gegenüber.

Zwei gleiche zylindrische Drehzapfen 25 greifen mit ihren Enden in die Lagerkörper 28 ein. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, weisen die Lagerkörper 28 auf ein Zentrum c des Drehzapfens 25 zentrierte ballige Stirnflächen 28a sowie ballige Umfangsflächen 28/j auf. Ohne Winkelabweichung zwischen den beiden Teilen der Lenkspindel sind die Drehzapfen 25 parallel zur Drehachse X-X ausgerichtet.

Auf jeden Drehzapfen 25 ist jeweils ein T-förmiger Hebel 26 aufgezogen, der seinerseits an einem abstehenden Schenkel ein auf die Mittelebenc der Zapfen 25 zentriertes Kugelgelenk 27 enthält. Diese Hebel 26 tragen (durch Zugfedern 30 spielfrei gehaltene) Kugelkopfenden eines T-förmigen Stellhebels 29. Wie aus Fig.3 ersichtlich, sind die Kugelkopfenden des Stellhebels 29 in den zugehörigen Aufnahmen eingebördelt gehalten. Die Länge des Stellhebels 29 ist annähernd gleich dem Abstand zwischen den Drehzapfen 25, der den Raumbedarf für eine Drehbewegung der Drehkörper bestimmt.

Der in der Drehachse X-X verlaufende abstehende Schenkel 31 des T-förmigen Stellhebels 29 ragt in die Hohlwelle 19 hinein und ist über ein Kugelkopfgelenk 32 mit dem gleichachsig angeordneten Schieber 2 eines Lenkventils 33 verbunden. Der Stellhebel 29 und sein abstehender Schenkel 31 sind bei der dargestellten Ausführung einstückig ausgebildet. Es kann jedoch auch ein Gelenk vorgesehen werden, das eine Winkelbewegung zu einer Achse zuläßt, die senkrecht zu einer den durchgehenden Stab und den abstehenden Schenkel des Stellhebels 29 enthaltenden Ebene verläuft.

Über das Lenkventil 33 wird ein Lenkmotor 34 mit von einer Druckmittelquelle 35 geliefertem Druckmittel beaufschlagt. Der Steuerschieber 2 ist in F i g. 1 in seiner

Neutralstellung dargestellt, in welcher die beiden Arbeitsräume des Lenkmotors von dem Druckerzeuger und dem Vorratsbehälter getrennt sind.
Die beschriebene Servolenkung arbeitet wie folgt:
Sowie eine Winkelabweichung zwischen der Lenkstange 4 und der Welle 14 auftritt, werden die beiden Drehkörper 11 und 18 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 16,17 und 20,21 gegeneinander verdreht. Die in der Normallage ohne Winkelabweichung parallel zur Drehachse X-X ausgerichteten Drehzapfen 25 verschwenken um gleiche Beträge zur Drehachse X-X und verschwenken dabei die Kugelgelenke 27 an den Enden der Hebel 26. Diese Schwenkbewegung der T-förmigen Hebel 26 überträgt sich als gleichsinnige Translation auf den Stellhebel 29, dessen Schenkel 31 den Schieber 2 des Lenkventils 33 verschiebt.

Bei einer bestimmten Winkelabweichung zwischen den beiden Drehkörpern 11 und 18 ist der Weg des Steuerschiebers umso größer, je größer das Verhältnis zwischen den Mittenabständen der Kugelgelenke 27 an den Hebeln 26 zur mittleren, durch die Drehzapfen 25 verlaufenden Ebene und der Länge dieser Drehzapfen 25 ist. Der Steuerweg des Steuerschiebers 2 wird bei einem vorgegebenen Raumbedarf für die Drehkörper 11,18 optimal, wenn sich der Stellhebel 29 in einer Lage befindet, die sich der senkrechten Stellung relativ zur mittleren, durch die Achszapfen 25 definierten Ebene nähert

Beim Einsatz von kugelförmigen Lagerkörpern 28 mit nur einer einzigen sphärischen Stützfläche können zur Beseitigung des Lagerspiels dieser Kugeln in ihren

s Aufnahmen elastische Rückstellelemente vorgesehen werden, die jeden dieser Bauteile axial gegen den anderen drücken.

Die beschriebene Servolenkung ermöglicht somit einen relativ großen Steuerweg des Steuerschiebers bei

ίο einem kleinen Drehwinkel des Lenkhandrades und minimaler Reibung sowie ohne das Ansprechverhalten beeinträchtigendem Lagerspiel. Die aus dem hydraulischen Stellantrieb und der Rückstelleinrichtung gebildete Baugruppe ist kompakt und kann ohne Schwierigkei-

■5 ten in eine mechanische Lenkung bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen eingebaut werden. Unabhängig von der mechanischen minimalen Untersetzung zwischen den Lenkradverdrehungen und den Lenkbewegungen an den Rädern bleibt im Notfall bei Versagen der Servolenkung auch die Möglichkeit zu rein mechanischer Fahrzeuglenkung erhalten.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführung beschränkt Insbesondere kann der Arbeitszylinder 34 ein Differentialzylinder sein, wobei in diesem Fall der Steuerschieber den Druck in dem größeren Arbeitsraum steuert während der andere Arbeitsraum ständig mit dem Druckmittelerzeuger verbunden ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Servolenkung für Fahrzeuge, bei der ein durch ein Lenkhandrad betätigbarer oberer Teil einer Lenkspindel mit einem gleichachsig angeordneten, ein Lenkgetriebe mechanisch antreibenden unteren Teil der Lenkspindel in einem begrenzten Winkelbereich gegeneinander verdrehbar gekoppelt ist und diese gegenseitigen Verdrehungen durch je einen mit jedem der Lenkspindelteile gekoppelten Drehkörper auf zwischen diesen Drehkörpern angeordnete und mittels Kugelköpfen in Kugelpfannen der Drehkörper mit ihrem durchgehenden Stab gelagerte T-förmige Hebel übertragen wird, deren vom durchgenden Stab abstehende Schenkel gleichsinnig in Umfangsrichtung ausgerichtet sind und gemeinsam an einem Stellglied angreifen, durch dessen in Achsrichtung der Lenkspindei verlaufende Steuerbewegungen der Schieber eines einen Lenkmotor mit Druckmittel beaufschlagenden Lenkventils betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkörper (11,18) achsparallel zum oberen und unteren Teil der Lenkspindel (4,14) angeordnet und über je ein Stirnradpaar (16 bzw. 20) mit dem zugehörigen Lenkspindelteil (4) verbunden sind und daß das Stellglied als weiterer T-formiger Stellhebel (29) ausgebildet ist, dessen durchgehender Stab an seinen Enden mittels Kugelgelenken (27) in den freien Enden der T-förmigen Hebel (26) aufgenommen und dessen abstehender Schenkel (31) mit dem in der Drehachse ^Y-A^der beiden Drehkörper (17, 21) verschiebbar angeordneten Schieber (2) des Lenkventils (33) gelenkig verbunden ist.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die T-förmigen Hebel (26) an den Enden ihrer durchgehenden Stäbe mit Drehzapfen (25) in Lagerkörper (28) eingreifen, die je eine ballige Umfangsfläche (28b; und eine ballige Stirnfläche (28a; aufweisen und sich an zugeordneten Gegenflächen in zylindrischen Ausnehmungen (24) der Drehkörper (11 bzw. 18) abstützen.

3. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgelenke (27) an den Enden der Hebel (26) bei Null-Verdrehung in an sich bekannter Weise in einem Abstand von einer die Achsen der Drehzapfen (25) und die Achse (X-X) der Drehkörper enthaltenden Ebene liegen, der größer als der Abstand zwischen den Mittelpunkten dieser Kugelgelenke (27) und jedem der Drehkörper (11,18) ist.

4. Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Drehzapfen (25) der T-förmigen Hebel (26) und die Mittelpunkte der Kugelgelenke (27) gleiche Abstände von der Achse (X-X)dcr Drehkörper (11,18) haben.

5. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abstehende Schenkel (31) des T-förmigen Stellhebels (29) in eine Hohlwelle (19) hineinragt, auf der der mit dem unteren Teil (14) der Lenkspindel kämmende Drehkörper (18) gelagert ist

6. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abstehenden Schenkel der beiden T-förmigen Hebel (26) durch Zugfedern (30) gegeneinander verspannt sind.

7. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein über ein Untersetzungsgetriebe (5,6) auf den oberen Teil der Lenkspindel (4) einwirkender herzförmiger Nocken (3) einer — an sich bekannten — Vorrichtung zum Zurückführen der Fahneuglenkräder in Geradeausfahrt auf der Welle (10) des mit dem 5 oberen Teil der Lenkspindel (4) kämmenden Drehkörpers (11) gelagert ist.