DE2312009C2

DE2312009C2 - Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2312009C2
Application number: DE2312009A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7570 Baden-Baden Steinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-03-10
Filing date: 1973-03-10
Publication date: 1982-03-25
Also published as: FR2223981A5; US3893534A; DE2312009A1; JPS49126030A; IT1003693B; GB1465584A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer manuell betätigbaren Antriebswelle, die über einen Torsionsstab mit einer Abtriebswelle verbunden ist, sowie mit einem die manuelle Betätigung unterstützenden Motor, dessen Drehmoment über eine zwischen Motor und Abtriebswelle angeordnete Kupplung, welche, sobald das am Torsionsstab anliegende TOrsionsmoment über einen bestimmten Wert ansteigt, angelegt wird, auf die Abtriebswelle übertragbar ist.

Bei einer bekannten Servolenkung dieser Art (DE-OS 37 166) wird das von einem Servomotor erzeugte Hilfsmoment elektrisch gesteuert. Dazu ist die mit dem Lenkhandrad verbundene Antriebswelle über Zahnräder mit einem Winkelbewegungsfühler verbunden. Der Winkelbewegungsfühler erzeugt ein elektrisches Signal, welches von einem Rechner in einen Strom umgeformt wird, dessen Stärke sich in Abhängigkeit von dem auf das Lenkrad einwirkenden Moment ändert und der den elektrischen Servomotor speist Eine elektromagnetische Kupplung ist zwischen den elektrischen Servomotor und die Abtriebswelle der Servolenkung geschaltet, die durch denselben Stromkreis betätigt wird, der auch den Elektromotor speist Dieser bekannte Servomechanismus erfordert einen teueren Rechner, der wegen seiner Kompliziertheit eine zusätzliche Störungsquelle

ίο darstellt

Die Verwendung von Schlingfederkupplungen in Antriebswellen von Lenkungen ist bei Rückschlagbremsen bekannt (DE-GM 66 09 968). Diese Kupplungen gestatten eine Drehung der Lenkwelle zum Antrieb des Lenkgetriebes, verhindern jedoch, daß eine entgegengesetzte Drehung des Lenkgetriebes die Lenkwelle antreibt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Servolenkung zu schaffen, die das gewohnte freie Zurücklaufen der Räder am Kurvenausgang zuläßt und außerdem so ausgebildet ist, daß in einem Fehlerfall, beispielsweise beim Nichtabschalten des Servomotors, die Kupplung automatisch gelöst wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Torsionselement ist die Antriebswelle mit der Abtriebswelle also quasi-starr verbunden, was den Vorteil hat, daß auf jeden Fall das Lenkmoment über dieses Torsionselement von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragbar ist. Dieses Torsionselement sorgt aber weiterhin dafür, daß die Kupplung immer in richtiger Weise geschaltet wird. Wenn sich nämlich die Räder am Kurvenausgang wieder in ihre Normalstellung selbsttätig zurückbewegen, wird das Torsionselement kaum in sich tordiert, so daß also das Torsionsmoment sehr gering ist und daher die Kupplung gelöst wird. Außerdem wird die Kupplung auch dann gelöst, wenn die Räder eine bestimmte, von der manuellen Lenkbewegung abhängige Stellung eingenommen haben, und dabei das Torsionsmoment des Torsionselementes unter einen bestimmten Wert abfällt bzw. Null wird. Wenn dann ein Defekt, beispielsweise in der Steuerungsvorrichtung für den Motor, auftritt, so daß der Motor weiterläuft, wird dessen Drehmoment nicht auf die Abtriebswelle übertragen.

Die Kupplung zwischen Motor und Abtriebswelle ist vorzugsweise eine Schlingfeder, die im Ruhezustand mit Vorspannung an der Innenwand einer Bohrung in der

so Nabe eines vom Motor angetriebenen Zahnrades anliegt und mit Abstand einen an der Antriebswelle befestigten topfförmigen Mitnehmer mit einer Aussparung in der Seitenwand umschlingt, wobei die abgewinkelten Enden der Schlingfeder in diese Ausnehmung eingreifen, in die auch ein an der Abtriebswelle befestigter Nocken mit Spiel eingreift.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das wesentliche Element einer Servolenkung im Schnitt,

Fig.2 den Schnitt entlang der Schnittlinie 11—11 in F i g. 1, wobei das Torsionsmoment Null ist und
F i g. 3 den gleichen Schnitt wie bei F i g. 2 bei einem von Null verschiedenen Torsionsmoment.

In F i g. 1 ist mit 10 die Antriebswelle bezeichnet, an der das Lenkrad befestigt sein soll. Mit der Antriebswelle 10 ist die Abtriebswelle 11 einstückig verbunden,

wobei in einem Teilstück der Querschnitt derart verjüngt ist, daß ein als Torsionselement dienender Torsionsstab 12 gebildet ist. Die Abtriebswelle ist mit einem üblichen Lenkgetriebe verbunden, das in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist.

An der Antriebswelle 10 ist ein topfförmiger Mitnehmer 13 befestigt, dessen Seitenwand 14 teilweise ausgespart ist wie dies insbesondere aus den F i g. 2 und 3 deutlich ersichtlich ist. Die mit 15 bezeichnete Aussparung ist durch Ränder 26 begrenzt Über einen Stift 16 ist an der Abtriebswclle 11 ein zylindrisches Gehäuse 17 drehfest verbunden, welches den Torsionsstab 12 umschließt und an seiner offenen Stirnfläche einen in axialer Richtung abstehenden Nocken 18 aufweist, der in die Aussparung 15 in der Seitenwand 14 des Mitnehmers 13 eingreift

Mit 20 ist die Nabe eines Zahnrades 21 bezeichnet welches von dem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor mit Permanentmagneten, antreib'oar ist Die Nabe enthält eine Bohrung 22, in die eine als Kupplung dienende Schlingfeder 23 eingelegt ist Die Schlingfeder hat mehrere Windungen und irägt an ihren Enden 24,25 abgewinkelte Haken, die in die Ausnehmung 15 in der Seitenwand 14 des Mitnehmers 13 eingreifen.

Im Ruhezustand liegt die Schlingfeder 23 mit einer gewissen Vorspannung an der Wand der Bohrung 22 an, wobei die Vorspannung aber nur so gering ist, daß die Reibungskraft zwischen der Nabe 20 und der Schlingfeder 23 nicht ausreicht, über einen der beiden Haken 24 bzw. 25 den Nocken 18 zu verschwenken.

Insbesondere aus Fig.2 ist ersichtlich, daß der in Umfangsrichtung gemessene Abstand A zwischen den Haken der Enden 24 und 25 der Schlingfeder größer ist als der Abstand B zwischen dem Rand 26 der Ausnehmung 15 und dem gegenüberliegenden Rand 27 am Nocken 18. Der Abstand A ist jedoch geringer als die Länge Cder Ausnehmung 15 im Mitnehmer 13.

In F i g. 2 ist die Lage des Nockens 18 in bezug auf die Ausnehmung 15 im Mitnehmer 13 in derjenigen Lage gezeigt, wenn das Torsionsmoment im Torsionsstab 12 gleich Null ist. Das wird also die Ruhelage bei Geradeausfahrt sein. Wenn in dieser Stellung aufgrund eines Defektes in der Anlage der Elektromotor in Gang gesetzt wird, wird zwar das Zahnrad 21 angetrieben, die Bewegung aber nicht auf den Nocken 18 übertragen. Aufgrund des Reibungsschlusses zwischen der Schlingfeder 23 und der Bohrung 22 in der Nabe 20 des Zahnrades 21 wird die Schlingfeder in Drehrichtung so lange verschwenkt bis einer der beiden Haken 24 oder 25 gegen den Rand 26 in der Seitenwand des Mitnehmers 13 stößt und dadurch die Schlingfeder zusammengezogen und die Kupplung gelöst wird.

Wenn aber — wie dies in F i g. 3 dargestellt ist — die Antriebswelle gegenüber der Abtriebswelle um einen bestimmten Winkel λ verschwenkt ist, so stößt der Haken 24 gegen den Nocken 18, bevor der andere Haken 25 gegen den Rand 26 der Ausnehmung 15 stößt. Die Schlingfeder wird dadurch aufgeweitet, so daß sie sich um so stärker gegen die Innenwand der Bohrung 22 in der Nabe 20 preßt und die Reibungskraft schließlich ausreicht, um das von dem Motor auf das Zahnrad 2t übertragene Drehmoment auf den Nocken 18 und damit auf die Abtriebswelle 11 zu übertragen. Sobald dieser Torsionswinkel λ, der von dem Torsionsmoment im Torsionsstab abhängig ist, unter einen bestimmten Wert abfällt kann indessen wieder der Haken 25 am Rand 26 in der Ausnehmung 15 anliegen, so daß die Feder wieder zusammengezogen wird und damit die Reibungskraft zwischen der Schlingfeder und der Nabe wieder so gering wird, daß kein Drehmoment mehl übertragen wird. Das von der Nabe 20 auf die Abtriebswelle 11 übertragbare Drehmoment ist also abhängig von dem Torsionswinkel α., dieser wiederum ist eine Funktion des Torsionsmomentes im Torsionsstab 12.

ίο Durch Vorgabe einer neutralen Zone, die praktisch gegeben ist durch die Differenz der Abstände A und B, kann also die AnsprechempFindlichkeit variiert werden. Bei einer großen Differenz dieser Abstände tritt eine Servounterstützung erst bei einem großen Torsionsmoment auf, bei einer kleinen Differenz gelangt die Kupplung bereits bei kleinen übertragenen Torsionsmomenten in Eingriff. Normalerweise wird der Abstand A nur geringfügig größer gewählt als der Abstand B, so daß bei einem nur wenig von Null verschiedenen Torsionsmoment der Motor die Handlenkung unterstützt.

Wesentlich an der beschriebenen Servolenkung ist, daß das Einkuppeln des Servomotors über die Nabe 20 nur dann möglich ist, wenn das Torsionsmoment und damit der Torsionswinkel α größer als Null ist. Nur unter dieser Bedingung kann sich die Schlingfeder 23 mit einem Ende an dem Nocken 18 abstützen und damii aufspreizen und die Abtriebswelle 11 ankuppeln. Bei einem Torsionsmoment gleich Null, was einen Torsionswinkel « gleich Null bedeutet, wird dagegen die Schlingfeder 23 immer aufgezogen, egal ob die Antriebswelle 10 oder die Nabe 20 oder die Abtriebswelle 11 verschwenkt wird. Dadurch wird auch das gewohnte freie Zurücklaufen der Räder am Kurvenausgang ermöglicht, wobei sich sogar der Motor in einer Drehrichtung entgegengesetzt der Drehrichtung der Ab triebswelle drehen kann, ohne daß dadurch die Lenkung beeinträchtigt wird.
Vorteilhafterweise wird man als Steuerglied zum Einschalten des Motors in der gewünschten Drehrichtung das Torsionselement verwenden. In aller Regel braucht dabei der Servomotor nicht drehzahlgesteuert werden, da das Einrücken der Schlingfederkupplung mit steigendem Lenkmoment kontinuierlich erfolgt. Anstelle der bei allen bekannten Servolenkungen mit elektromotorischem Antrieb notwendigen elektronischen Drehzahlsteuereinrichtungen wird also bei der Servolenkung gemäß der Erfindung das Hilfsmoment mechanisch gesteuert. Dieser Gedanke ist auch bei anderen, in der Anmeldung nicht näher beschriebenen Rutschkupplungen mit Vorteil anwendbar.

Die beschriebene Servolenkung zeichnet sich also durch einen besonders einfachen Aufbau aus, der weitere Vereinfachungen in der Steuerung des Motors ermöglicht. Die Servolenkung ist ausgesprochen sicher, und es ist gewährleistet, daß auf jeden Fall bei irgendwelchen Defekten in der Kupplung oder dem Motor oder der Steuerung für den Motor die Lenkung von Hand ohne irgendeine Beeinträchtigung bewerkstelligt werden kann. Wesentlich ist weiter, daß selbst bei einem Bruch des Torsionselementes aufgrund der formschltfssigen Verbindung zwischen dem Mitnehmer 13 und dem Nocken 18 die Lenkung weiterhin einwandfrei durchgeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer manuell betätigbaren Antriebswelle, die über einen Torsionsstab mit einer Abtriebswelle verbunden ist, sowie mit einem die manuelle Betätigung unterstützenden Motor, dessen Drehmoment über eine zwischen Motor und Abtriebswelle angeordnete Kupplung, welche, sobald das am Torsionsstab anliegende Torsionsmoment über einen bestimmten Wert ansteigt, angelegt wird, auf die Abtriebswelle übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des vom Motor auf die Abtriebswelle (11) übertragenen Drehmomentes durch den entsprechend der Verdrehung des Torsionsstabes (12) erfolgenden Eingriff des Kupplungsgliedes (23) gesteuert ist.
2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zwischen Motor und Abtriebswelle (11) eine Schlingfeder (23) ist, die im Ruhezustand mit Vorspannung an der Innenwand einer Bohrung (22) in der Nabe (20) eines vom Motor angetriebenen Zahnrades (21) anliegt und mit Abstand einen an der Antriebswelle (10) befestigten topfförmigen Mitnehmer (13) mit einer Aussparung (15) in der Seitenwand (14) umschlingt, wobei die abgewinkelten Enden (24, 25) der Schlingfeder (23) in diese Ausnehmung (15) eingreifen, und daß in diese Aussparung (15) zwischen den abgewinkelten Enden (24, 25) ein an der Abtriebswelle (11) befestigter Nocken (18) mit Spiel eingreift.
3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand der in Umfangsrichtung gemessene Abstand (A) zwischen den hakenförmig abgewinkelten Enden (24, 25) der Schlingfeder (23) größer ist als der Abstand (B) zwischen dem Rand (26) der Ausnehmung (15) des Mitnehmers (13) und dem gegenüberliegenden Rand (27) des Nockens (18) und daß der erstgenannte Abstand (A) kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene Länge (C) der Ausnehmung (15) im Mitnehmer (13).
4. Servolenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (18) von einem zylindrischen Gehäuse absteht, das mit der Abtriebswelle (11) drehfest verbunden ist und den Torsionsstab (12) umgibt.