DE2317836A1

DE2317836A1 - Hydraulische servolenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2317836A1
Application number: DE19732317836
Authority: DE
Inventors: Of Menar Alexander Von Loewis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-04-10
Filing date: 1973-04-10
Publication date: 1974-10-24
Also published as: FR2225961A5

Description

R. ¹ * * ^S

4.4.1973 Bö/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmus terhi'lfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Hydraulische Servolenkeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer von einem auf einer Lenkwelle angeordneten Ritzel bewegbaren Zahnstange und einem von einer Druckmittelquelle gespeisten hydraulischen Druckmifetelvorratsbehälter zur Druckmittelversorgung eines auf die Zahnstange im Sinne der Unterstützung der Lenkbewegung wirkenden Servomotor, dessen Druckmittelversorgung durch eine Steuerventilanordnung steuerbar ist, die durch eine übertragungsvorrichtung der-Drehbewegung und Drehrichtung der Lenkwelle betätigbar ist.

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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist die Lenkwelle zweiteilig ausgeführt, deren beide Teile durch einen Torsionsstab miteinander verbunden sind. Die beiden Wellenteile sind somit gegeneinander verdrehbar, so daß zwei quer und außermittig zur Längsachse im einen Wellenteil angeordnete Steuerventile durch Betätigungsarme am anderen Wellenteil bei Verdrehung betätigt" werden,- Auf diese Weise wird die Druckmittelversorgung· des die Lenkbewegung unterstützenden Servomotors erzielt. Bei der Drehung des Lenkrades um die Längsachse der Lenkwelle rotiert die Steuerventilanordnung mit, so daß die Verbindung der Druckmittelanschlüsse zwischen der Steuerventilanordnung und den gehäusefesten Druckanschlüssen nur über Ringnuten, die durch Wellendichtungen gegeneinander abgedichtet werden müssen, erreicht werden kann.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß eine kostspielige und sehr anfällige Abdichtung bei der zusammen mit der Lenkwelle rotierenden Steuerventilanordnung notwendig ist. Ferner ist der Platzbedarf bei einer solcher Anordnung, bei der die gesamte Steueranordnung zur Steuerung eines Servomotors zwischen Zahnstange und Lenkrad liegt, noch verhältnismäßig groß. Insbesondere wenn z.B. im Sinne der Sicherheit die Lenksäule unter Verwendung eines Kardan gelenkes abgeknickt verläuft und das Ende der Lenkwelle möglichst hinter der Vorderachse liegen soll, ist es wichtig, daß eine solche Steueranordnung nur wenig Platz beansprucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Zahnstangenlenkung eine Servolenkeinrichtung vorzusehen, die in Richtung der Lenkwelle möglichst wenig Raum beansprucht und bei der ferner auf in Drehrichtung belastete Wellendichtungen zur Sicherstellung von einwandfreien Druekmitteiverbindungen zu einer Steuerventilanordnung verzichtet werden kann.

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Die Erfindung wird dadurch gelöst, daß die übertragungsvorrichtung aus einem um eine feste Drehachse in Bewegungsrichtung der Zahnstange zwischen zwei Begrenzungspunkten schwenkbaren Hebel besteht, in dem das Lenkwellenende mit dem Ritzel gelagert ist und der zusätzlich mit der Steuerventilanordnung verbunden ist. Dies hat den Vorteil, daß die Steuerventilanordnung gehäusefest untergebracht werden kann und in Richtung der Lenkwelle keinen zusätzlichen Raum beansprucht- Die Steuerventilanordnung nach dieser erfindungsgemäßen Ausführung ist in einem feststehenden Gehäuse untergebracht und benötigt deshalb zur Herstellung der Verbindungen der Druckanschlüsse keine Abdichtung von sich gegeneinander drehenden Teilen. Dabei können die verschiedensten Ausbildungsarten bekannter Ventilanordnungen benutzt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung besteht darin, daß der Hebel und das Lenkwellenende mit dem Ritzel in einem gemeinsamen Lenkgehäuse, durch das die Zahnstange geführt wird, zusammen mit der Steuerventilanordnung angeordnet sind.

Das hat den Vorteil einer kompakten Bauweise, ferner kann die steuerwirksame Auslenkung des Ritzels direkt über den Hebel abgenommen werden unter Ausschaltung von negativen Einflüssen durch Verformung der Lenkwelle bzw. Verwindung von Lenkwelle und Lenkgeliäuse gegeneinander.

Weiterhin besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, daß das Lenkwellenende im Hebel radial und axial gelagert ist, jedoch ohne Führung an einem Durchbruch des Lenkgehäuses austritt und an dieser Stelle mit einer in radialer Richtung nachgiebigen Wellendichtung gegenüber dem Lenkgehäuse abgedichtet ist. Auf diese Weise kann das Ritzel ohne Behinderung in Richtung der Zahnstangenlängsachse ausweichen. Gleichzeitig wird jedoch eine Abdichtung des Lenkgehäuses erreicht. Die Lenkwelle ist in axialer Richtung einwandfrei fixiert und nimmt durch ihre elastische Lagerung oder bei üblicherweise

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zvrischengeschalteten Kardangelenken durch ihre freie seitliche Auslenkbarkeit die kleinen Ausweichbewegungen des Ritzels auf.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Lenkwelle am Eintritt in das"Lenkgehäuse axial und radial gelagert ist und über ein Kupplungsstück mit zwei Kardangelenken mit dem das Ritzel tragenden, radial im Hebel gelagerten Lenkwellenende verbunden ist.

In vorteilhafter Weise wird bei dieser Anordnung die Lenkwelle exakt geführt, indem sie sowohl radial als auch axial fest im Lenkgehäuse gelagert ist. Die'Ausweichbewegungen des Ritzels ermöglichen das zwischengeschaltete Kuppluhgsstück mit zwei Kardangelenken. Es sind ferner zur Lagerung des ritzeltragenden Wellenstücks nur radiale Lager nötig, da hier keine Axialbelastung mehr auftritt, was sich wiederum günstig auf den Platzbedarf in radialer Richtung zur Lenkwelle auswirkt. · Durch das Kupplungs stück.,, das wegen__der geringen; Auslenkung des Ritzels sehr kurz gehalten werden kann, entsteht nur ein geringer zusätzlicher Platzbedarf in Richtung der Lenkwelle.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der Zeichnung gezeigt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt■durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkeinrichtung

in schematischer Ausführung, ■ ■ Fig. 2 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach

Fig. 1 in der Ebene I-I,' " '

Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Servolenkein-

richtung, .-...-

Fig. ¹I einen Teilschnitt durch die Anordnung nach Fig. 3 nach der Linie IV-IV.

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Von einer Pumpe 1 wird Druckmittel aus einem Vorratsbehälter 2 angesaugt und über eine Leitung 3 zu einem Druckspeicher H gefördert. Von diesem Druckspeicher H abzweigend von der--Leitung 3 führt eine Leitung 5 zur Steuerventilanordnung 6. Der Rücklauf von der Steuerventilanordnung 6 erfolgt über eine Leitung 8 und einem zwischengeschalteten Druckmittelfilter 9 zum Vorratsbehälter 2. Zwischen der Rücklaufleitung 8 und der Leitung 3 besteht eine Verbindungsleitung 10, in die ein Druckbegrenzungsventil 11 eingebaut ist.

Durch ein Lenkgehäuse Ik wird in einer Längsbohrung 15 eine Zahnstange 16, die mit dem nicht weiter gezeigten Lenkgestänge eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, geführt. Im Bereich des Innenraumes 18 des Lenkgehäuses besitzt die Zahnstange eine Verzahnung 19, in die ein Ritzel 20 eingreift. Das Ritzel 20 sitzt fest auf ein in den Innenraum l8 hineinragenden Wellenende 21 einer Lenkwelle 22. Die Lenkwelle besitzt zum Spielausgleich ein Kardangelenk 23 oder, wie das in den meisten Fällen zur Sicherheit der Bedienungsperson bei Fahrzeugunfallen vorgesehen wird, zwei Kardangelenke 23,23'. Die Lenkwelle wird durch ein Lenkrad 24 betätigt.

Bei vorliegender Servolenkeinrichtung dient ein nicht verzahntes Ende der Zahnstange 16 als'Kolbenstange 26 eines Servomotors 27· Auf der Kolbenstange 26 ist ein ringförmiges, als Kolben 28 dienendes Teil fest aufgesetzt und in einem Zylinder 30 zusammen mit der Kolbenstange 26 verschiebbar. Der Kolben 28 besitzt eine radiale Dichtung 31 und trennt somit den Zylinder 30 in zwei Arbeitsräume 32 und 33- Diese Arbeitsräume sind am Austritt der Kolbenstange 26 durch die Bohrung 15 über in Ringnuten 3^ eingesetzte Dichtelemente 35 dicht verschlossen. Von den äußersten Enden des Zylinders 30 führt aus dem Arbeitsraum 32 eine Druckmittelleitung 37 und vom Arbeitsraum 33 eine Druckmittelleitung 38 zu der Steuer- » ventilanordnung 6.

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Das Wellenende 21 mit dem Ritzel 20 ist in einer Gabel 4l, die um eine feste, in das Lenkgehäuse Ik eingesetzte Achse 42 schwenkbar ist, gelagert. Das Lenkwellenende 21 ist dabei durch koaxiale Bohrungen ¹13 _a ^^ in den Gabelenden der Gabel 41 geführt und durch aufgesetzte Bunde 45 axial gesichert. Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigt, wird für. die Lagerung der Gabel Hl auf der festen Achse 42 als auch für die Lagerung des Lenkwellenendes 21 in den Bohrungen 43 und 44 vorteilhafterweise zur Verminderung der Reibung Wälzlager verwendet. Dabei kann das Ritzel 20 direkt in das Wellenende" 21 eingearbeitet sein und der Wellenzapfen in der Bohrung 4A über ein auch Axialkräfte aufnehmendes Kugellager gelagert sein.

Jenseits der Achse 42 besitzt die Gabel kl ein fest mit dieser verbundenen Betätigungszapf.en 48, der in einen zylindrischen, an den Innenraum 18· angrenzenden Raum 49 ragt und zur Betätigung"der Steuerventilanordnung dient. Der zylindrische Raum 49 ist gegenüber dem Innenraum 18 des Lenkgehäuses durch eine auf dem Kopf der Gabel 41 aufsetzende elastische Dichtung 50 abgedichtet.

Das Wellenende 21 tritt durch einen Durchbruch 52 im Lenkgehäuse aus dem Innenraum 18 nach außen und besitzt an dieser Stelle eine in den Durchbruch 52 eingesetzte, in radialer Richtung nachgiebige Wellendichtung 53, ^so daß der Innenraum 18 dicht gegen außen abgeschlossen ist. Durch diese nachgiebige Wellendichtung 53 kann das Wellenende 21 zusammen mit dem Ritzel leichte Sehwenkbewer,ungen um die Achse 42 in Längsrichtung der Zahnstange 16 ausführen. Die Schwenkbowegungen'werden durch verstellbare Anschläge 55,56 z.B. in Form von in das Gehäuse eingeschraubte Schrauben begrenzt, so daß nach Anlage der Gabel kl an den Anschlägen eine Kraftschlüssige Verbindung zwischen Ritzel und Zahnstange hergestellt ist und die Zahnstange bei Verdrehung der Lenkwelle bewegt werden kann.

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Die Steuerventilanordnung 6 besteht ,aus einem Doppelsteuerventil 575 das in zwei koaxialen links und rechts vom zylindrischen Raum 49 abgehenden Sackbohrungen 58₃59 durch den Betätigungszapfen 48 verschiebbar ist. Dazu greift der Betätigungszapfen mit' einer Nase 60 in eine Ringnut 61 des Doppelsteuer.ventils 57 ein.

Das DoppelSteuerventil 57 ist symmetrisch aufgebaut und besitzt jeweils anschließend an die kolbenförmig ausgebildeten äußersten Enden 62 eine Ringnut 63· Die Ringnuten 63 sind über Querbohrungen 64 und in diese mündende Längsbohrungen 65 im Doppelsteuerventil mit vom Doppelsteuerventil in den Sackbohrungen 58 und 59 jeweils eingeschlossenen Arbeitsräumen 66 und 67 verbunden. In den Arbeitsraum 58 mündet die Druckmittelleitung 37 und in denArbeitsraum 59 die Druckmittelleitung 38 ein.

In der Mittelstellung des Doppelsteuerventils 57 stehen die Ringnuten 63 mit dem zylindrischen Raum 49 ₃ von dem die Rücklaufleitung 8 zum Vorratsbehälter 2 abführt, in Verbindung und stellen somit über die Querbohrungen 64, die Längsbohrung 65 sowie die Druckmittelleitungen die Verbindung zwischen den Arbeitsräumen 32 und 33 des Servomotors 27 und dem Vorratsbehälter 2" her. Die Arbeitsräume des Servomotors sind auf diese Weise druckentlastet.

Bei einer Auslenkung des Doppelsteuerventils durch den Betäticungszapfen 48 nach links wird die Verbindung der Ringnut 63 zum zylindrischen Raum 49 unterbrochen und eine Verbindung der Ringnut 63 mit einer Ringnut' 68 im Mantel der Sackbohrung 59 hergestellt. In die Ringnut 68 mündet die Leitung 5 vom Druckspeicher her ein. Sie besitzt ferner eine Verbindungsleitung 69 zu einer entsprechenden symmetrisch zur Ringnut 68 in der Sackbohrung 58 angeordneten Ringnut 71-

Sobald die Verbindung zwischen der Ringnut 63 und der Rinpnut 68 hergestellt ist, kann Druckmittel über die

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Querbohrung 64, die Längsbohrung 65 und die Druckmittelleit'ung 38 in den Arbeitsraum 33' des Servomotors 27 gelangen. Die Auslenkung des Doppelsteuerventils 57 nach links wird hervorgerufen, wenn das Ritzel 20 im Sinne einer Verstellung der Zahnstange l6"nach·links betätigt wird. Da durch die dadurch bedingte Verschiebung des Doppelsteuerventils 57 nach links ein Druck im Arbeitsraum 33 aufgebaut wird, so ergibt dies eine Unterstützung der Zahnstangenbewegung nach links durch den Servomotor 27, da der Arbeitsraum 32 nach wie vor zum Vorratsbehälter 2 hin entlastet ist. Bei Beendigung' der Verdrehung des Ritzels 20 wird dieses durch den im Arbeitsraum 66 herrschenden und auf das Doppelsteuerventil 57 einseitig wirkenden Druck wieder in die Mittelstellung gebracht, in der der Arbeitsraum 33 wieder über die· Ringnut 63 entlastet ist. In dieser Mittelstellung ist die Leitung .5 verschlossen, so daß die Druckflüssigkeitentnahme unterbrochen ist. Bei einer umge-, kehrten Lenkbewegung nach rechts wird in den Arbeitsraum 32 des Servomotors 27 Druck eingesteuert und dadurch die Lenkbewegung in Rechtsrichtung unterstützt. Wenn kein Druckmittel z.B. bei stehendem Motor bzw. ausgeschalteter Pumpe 1 zur Verfügung steht, wird das Ritzel 20 zusammen mit der Gabel 4l je nach Drehrichtung bis zum Anschlag der Gabel 41 an den Anschlägen 55'oder 56 bin ausgelenkt, wonach eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Ritzel und Zahnstange hergestellt ist. Bei Verdrehung des Ritzels kann jetzt die Zahnstange in der jeweiligen-Drehrichtung bewegt werden. Der Betrag·der Auslenkung des Ritzels 21 aus der Mittellage wird mögliehst klein gehalten, um den toten Gang bei ausgefallener Servoeinrichtung möglichst klein zu halten.

Das Ausführungsbeispiel· nach Pig. 3 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wxp rias Ausführungsbeispiel nach Pig. I und 2. Hier ist das Ritzel 20^f aus dem Lenkwellenende 21' herausgearbeitet, wobei das Ritzel 20' den gleichen Durchmesser hat wie das angrenzende Wellenstück, das in der Bohrung 43' der Gabel 41' in einem Nadellager 72 gelagert ist. Das auf der gegenüberliegenden Seite an das Ritzel

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20' angrenzende Stück des LenkweHenkendes 21' ist zapfenförraig ausgebildet und in der Bohrung 44' ebenfalls mit einem Nadellager 73 gelagert. Die Gabel 41' bei der Ausführung nach Fig. 3 ist an den Gabelenden 75 über Nadellager 76 auf jeweils einer fest in das Lenkgehäuse 14' eingesetzte Achse 42' gelagert. Der Gabelkopf setzt sich wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in einem Betätigungszapfen 48' der Steuerventilanordnung 6 fort.

Die Zahnstange befindet sich somit bei dieser Anordnung zwischen der Drehachse der Gabel 41* und dem Ritzel 20'. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange weiterhin in einem prismatischen Führungsstück 74 geführt, was insbesondere bei einer Schrägverzahnung des Ritzels 20' notwendig ist. Die Lenkwelle 22 ist an ihrem Eintritt in das Lenkgehäuse 14' in einem-Kugellager 77 gelagert und geeignet z.B. auch Längskräfte aufzunehmen. Das Kugellager liegt dabei an einem gabelförmig ausgebildeten, in das Innere des Lenkgehäuse ragenden Kopf 78 an und wird dort durch ein auf die Welle von außen aufgeschraubtes Schraubstüek 79 fixiert. Im Lenkgehäuse 14· wird das Kugellager 77 durch einen mit einer Wellendichtung 80 versehenen Deckel 8l gehalten.

Der gabelförmige Kopf 78 ist Teil eines Kardangelenks 82, das über ein Kupplungsstück 83 und ein weiteres Kardangelenk 84 mit dem Lenkwellenende 21' verbunden ist. Die bei Schrägverzahnung am Ritzel 20' auftretenden Längskräfte können somit über die Kardangelenke 82,84 und das Kupplungsstück 83 auf das Kugellager 77 übertragen werden und das Ritzel ungestört in Zahnstangenlängsachse ausgelenkt werden.

Eine derartige Anordnung ist insbesondere bei kurzen Lenkwellen und bei Anordnungen von Lenkwellenlagerungen, die Verwindungen- unterliegen, durch die das Ritzel in fehlerhafter Weise ausgelenkt werden könnte, von Vorteil. Da die Auslenkbewegungen des Ritzels schon im Hinblick auf einen

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möglichst kleinen Totgang bei abgeschalteter Servoeinrichtung nur gering ist, kann das Kupplungsstück 83 sehr kurz gehalten werden, so daß mit dieser Anordnung der Platzbedarf in Richtung Lenkwelle gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 nicht wesentlich größer ist.. Dafür wurde die Lagerung des Lenkwellenendes 21^f vereinfacht, insbesondere da hier ein platzraubextes Kugellager in der Gabel 4l* zur axialen Sicherung nicht mehr notwendig ist.

Der Teilschnitt nach Pig. ¹I zeigt das um 90 gedrehte Kupplungsstück 83.

Durch die vorstehenden Anordnungen wird eine "einfach

ein
wirkende übertragungsrichtung von Lenkbewegung und Lenkrichtung auf die Steuerventilanordnung erzielt, wobei die Steuerventilanordnung in einem feststehenden .Gehäuseteil untergebracht werden kann unter Vermeidung von umlaufenden und damit verschleißanfälligen Dichtungen.

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Claims

Ansprüche
1. ,Hydraiilische Servolenkeinrichtung insbesondere für Kraft-

- fahrzeuge mit einer von einem auf einer. Lenkwelle angeordneten Ritzel bewegbaren Zahnstango und einem von einer Druckmittelquelle gespeisten hydraulischen Druckmittelvorratsbehälter zur Druckmittelversorgung eines auf die Zahnstange im Sinne der Unterstützung der Lenkbewegung wirkenden Servomotor, dessen Druckmittelversorgung durch.eine Steuerventilanordnung steuerbar ist, die durch eine Übertragungsvorrichtung der Drehbewegung und Drehrichtung der Lenkwelle betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsvorrichtung aus einem um eine feste Drehachse, in Bewegungsrichtung der

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Zahnstange zwischen zwei Begrenzungspunkten (55*56) schwenkbaren Hebel (¹Hy¹Il') besteht, in dem das Lenkwellenende (21,21») mit dem Ritzel (20,20') gelagert ist und der zusätzlich mit der Steuerventilanordnung (6) verbunden ist.
2. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (kl,Hi¹) und. das Lenkwellenende (21,21') mit. dem Ritzel (20,20*) in einem gemeinsamen Lenkgehäuse (ώ,Ι¹!'), durch das die Zahnstange geführt wird, zusammen mit der Steuerventilanordnung (6) angeordnet sind.
3. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkwellenende (21) im Hebel (¹M)

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radial und axial gelagert, ist, jedoch, ohne. Führung an einem Durchbruch (52) des Lenkgehäuses. (1.4) austritt und an dieser Stelle mit einer in radialer Richtung nachgiebigen Wellendichtung (53) gegenüber dem Lenkgehäuse abgedichtet ist.
4. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach. Anspruch'2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkwelle (22'.) am Eintritt in das Lenkgehäuse (l4') ax_J.al. und radial, gelagert" ist und über

-- ein Kupplungsstück (83) mit zwei Kardangelenken (82,84) mit dem das Ritzel (20¹) tragenden,.radial im Hebel (41¹) gelagerten Lenkwellenende (21') verbunden ist.

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