DE2327006A1

DE2327006A1 - Hydraulische servolenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2327006A1
Application number: DE19732327006
Authority: DE
Inventors: Of Menar Alexander Von D Lowis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-05-26
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1974-12-12
Also published as: FR2231214A5

Description

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14. Mai 1973 Bö/We

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfs-Anmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Hydraulische Servolenkeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkeinrichtung insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einer Tön einem Ritzel auf einer lenkwelle bewegbaren Zahnstange und mit einem auf die Zahnstange wirkenden Servomotor, der durch eine mittteis einer

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Übertragungsvorrichtung der Drehbewegung und Drehrichtung der Lenkwelle betätigbaren Steuerventilanordnung steuerbar ist,wobei die Übertragungsvorrichtung aus einem um eine Drehachse in Bewegungsrichtung der Zahnstange zwischen zwei Begrenzungspunkten des Lenkgehäuses schwenkbaren Hebel besteht, in dem das Lenkwellenende mit dem Ritzel gelagert ist und der zusatzlieh mit der Steuerventilanordnung verbunden ist.

Bei bekannten Ausführungen von Zahnstangenlenkungen wird, um im Schnellfahrbereich, d.h. bei geringen Lenkkräften ein in der Mittelstellung verschleißbedingtes Spiel auszugleichen, die Zahnstange durch einen federbelasteten G-leitstein gegen das feststehende Ritzel gepreßt. Bei steigenden Lenkkräften wird aufgrund der Zahnform die Zahnstange entgegen der Kraft der Feder bis zu einem einstellbaren, das maximale zulässige Spiel bestimmenden Anschlag versetzt. Wenn jedoch der Servomotor koaxial zur Zahnstange angeordnet ist, d.-h. wenn die Kolbenstange, des Ser>vomotors ein Teil der Zahnstange ist, muß die Zahnstange exakt und dicht geführt werden, was dann jedoch bei einer Auslenkung der Zahnstange senkrecht zu ihrer Längsachse zum Klemmen der Zahnstange und damit auch zu erhöhtem Verschleiß führt. Bei be-__ kannten Ausführungen werden deshalb radial bewegliche Dichtungen, und Lager für die Führung der Zahnstange verwendet. Dies ist jedoch sehr aufwendig und insbesondere sind die Abdichtungen sehr verschleißanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache und platzsparende Weise ein Spielausgleich zwischen Ritzel und Zahnstange unter

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Vermeidung obiger Uachteile zu erzielen. 2327006

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Drehachseim Sinne einerAnpDX-ssung des Ritzels auf die Zahnstange durch die Kraft einer Feder verschiebt)ar ist.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Drehachse durch eine Druckfeder senkrecht zur Ritzelachse .und zur Zahnstange belastet ist und gegen die Druckfeder

'-■■". an einen verstellbaren Anschlag bewegbar ist. Dies hat den Vorteil; daß auf einfache Weise ein maximal zulässiges Spiel zwischen Ritzel und Zahnstange einstellbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Drehachse auf einer um einefeste» zur Drehachse parallelen Achse schwenkbare Schwinge gelagert·ist. Aif diese Weisen kann vorteilhaft die Abmesseung des Lenkgehäuses senkrecht zur Zahnstange kleingehalten und eine genaue Führung der Drehachse erzielt werden.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Drehachse" aus einer Zahnleiste auf einem entgegen der Druckfeder bis zu den . Anschlag bewegbaren, im Lenkgehäuse geführten Körper besteht, wobei die Zähnleiste in eine entsprechende Längsnut des Hebels eingreift. Hiermit wird eine in Bezug auf die Abmessungen und den Verschleiß günstige Ausbildung erreicht.

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Weiterhin ist es vorteilhaft, daß in der Zahnleiste und der Längsnut einander gegenüberliegend je ein Sackloch zur Aufnahme eines Querkräfte aufnehmenden KupplungsStücks angeordnet ist, wobei in vorteilhafter Weise das Kupplungsstück eine Kugel ist.

Zwei 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. ^Λ in der Ebene II-II,

Fig. 5 ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkeinrichtung

Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Anordnung nach Fig. nach der Linie IY-IV..

Durch ein Lenkgehäuse " wird in einer Bohrung 2 eine- Zahnstange 3, die mit dem nicht weiter gezeigten Lenkgestänge eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, geführt. Im Bereich des Innenraums des Lenkgehäuses besitzt die Zahnstange eine Verzahnung 7₅ in die ein Ritzel 9 eingreift. Das Ritzel 9 sitzt fest auf einer in den Innenraum 5 hineinragenden Lenkwelle "¹O wie das auch aus Fig. 2 hervorgeht. Vorteilhafterweise wird dabei das Ritzel 9 direkt in das Ende der Lenkwelle hineingefräst. Das Ende der Lenkwelle mit dem Ritzel ist in einer Gabel 14- gelagert, und zwar am einen Ende mit einem Zapfen "2 in einem in die Gabel 14-

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eingesetzten Kugellager 13 und auf der anderen Seite des Ritzels in einem in die Gabel 14 eingesetzten,Nadellager 16. Euren das Kugellager 13 ist das Ende der Lenkwelle im Lenkgehäuse fixiert. Die Gabel 14 ist um eine Drehachse 18 schwenkbar, die parallel zur Lenkwelle 10 die Gabel 14 an ihren Enden in einer Bohrung durchdringt und in eine Bohrung 20 einer Schwinge 21 fest eingesetzt ist. Die Schwinge 21 ist um eine zur Drehachse ^8 parallelen Achse 24, die fest in das Lenkgehäuse eingesetzt ist, schwenkbar und wird durch.eine Druckfeder 25, die zwischen der Schwinge 2"" und einem Deckel 27 des Lenkgehäuses 1 eingespannt ist, senkrecht in Richtung zur Zahnstange 3 belastet..Im Sinne einer Kompression der Druckfeder 25 ist die Schwinge 21 bis zu einem verstellbaren Anschlag 29, zum Beispiel in Form einer eingeschraubten Schraube in den Deckel 27 bewegbar.

Das Ende der Lenkwelle 1O mit dem Ritzel 9 wird folglich über die Schwinge 2^Λ auf die Zahnstange gepreßt und kann sich ferner durch die Lagerung in der Gabel 14 in Längsrichtung der Zahnstange 3 zwischen zwei in das Lenkgehäuse " eingeschraubte verstellbare Anschläge 30 bewegen.

Die Lenkwelle IO macht diese Pendelbewegung mit und besitzt an ihrem Austritt aus dem Lenkgehäuse an einem Durchbruch 32.eine dort eingesetzte, in radialer Richtung nachgiebige Wellendichtung 33, so daß der Innenraum 5 trotz der Bewegung der Lenkwelle dicht gegen außen abgeschlossen ist. Damit das Ende der Lenkwelle den Bewegungen des Ritzels und der Gabel 14 zwischen den

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Anschlägen 30 frei folgen kann, besitzt sie zwischen Lenkrad j>1 und dem Lenkgehäuse ein Kardangelenk 34 oder, wie das in den ■ meisten fällen zur Sicherheit der Bedienungsperson bei Kraftfahrzeugen vorgesehen wird, um bei Frontalunfällen die Verletzungsgefahr zu mindern, zwei Kardangelenke 34, 34 *

Auf dem Kopf 35 der Gabel 14 ist ein Betätigungszapfen 36 a.ngebracht, der in einen zylindrischen, an den Innenraum 5 angrenzenden Eaum 37 ragt und zur Betätigung einer Steuerventilanordnung 38 dient. Der zylindrische Raum 37 ist gegenüber dem Innenraum durch eine auf den Kopf 35 aufgesetzte elastische Dichtung 39 abgedichtet. Diese Dichtung erlaubt neben der Schwenkbewegung der Gabel 14 auch eine Bewegung senkrecht zur Zahnstange von Gabel 14 und Schwinge 21 bis zum Anschlag 29.

Die Steuerventilanordnung 38 besteht aus einem Doppelsteuerventil 42, das in zwei koaxialen links und rechts vom zylindrischen Eaum 37 abgehenden Sackbohrungen 43, 44 durch den Betätigungszapfen 36 verschiebbar" ist. Dazu greift der Betätigungszapfen mit einer Nase 46 in eine Ringnut 47 des Doppelsteuerventils ein. Das Doppelsteuerventil 42 ist symetrisch aufgebaut und besitzt der mittleren Ringnut 47 benachbart zwei Ringnuten 49, die über Querbohrungen 50 und in letztere mündende axiale Sackbohrungen 51 im Doppelsteuerventil mit in den Sackbohrungen 43, 44 vom Doppelsteuorventil eingeschlossenen Arbeitsräumen 53 und verbunden sind. Vom Arbeitsraum 54 führt eine Druckmittelleitung 56 zu einem Arbeitsraum 57 eines Servomotors 60 und vom Arbeitsraum 53 führt eine Druckmittelleitung 58 zu einem

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Arbeitsraum 59 des Servomotors 60.

Bei vorliegender Servolenkeinrichtung dient ein nicht verzahnter Seil der Zahnstange 3 als Kolbenstange 62 des Servomotors Auf der Kolbenstange 62 ist ein ringförmiges, als Kolben 63 dienendes Teil fest aufgesetzt und in einem Zylinder 65 zusammen mit der Kolbenstange verschiebbar. Der Kolben 63 besitzt eine radiale Dichtung 66 und trennt somit den Zylinder 65 in die.Arbeitsräume 57 und 59. Diese Arbeitsräume sind am Austritt der Kolbenstange 62.durch die Längsbohrung 2 über in Ringnuten eingesetzte Dichtelemente 68 dicht verschlo'ssen. Die Druckmittelleitungen 56 und 58 münden-jeweils an den äußersten Enden des Zylinders 65 ein. .

Die Servolenkeinrichtung nach Fig. 1 und 2 arbeitet wie folgt: In der Mittelstellung des Doppelsteuerventils 42 stehen die Ringnuten 49 mit den zylindrischen Raum 37, von dem eine Rücklaufleitung 70 zu einem Druckmittelvorratsbehälter 71 abführt in Verbindung und stellen somit über die Querbohrungen 50 und die Axialbohrungen 51 sowie die Druckmittelleitungen 56 und 58 die Verbindung zwischen den Arbeitsräumen 57 und 59 des Servo- ' motors 60 und den Vorratsbehälter 71 her. Die Arbeitsräume des Servomotors werden auf diese Weise druckentlastet.

Bei einer Drehung der Lenkwelle TO kann sich die Gabel "4 zusammen mit dem in die Verzahnung ? eingreifenden Ritzel 9 so lange z. B. nach links, bewegen, bis sie an den linken Anschlag 30 anliegt. In diesem Moment wird eine kraft schlüssige Verbindung hergestellt, so daß durch das Ritzel 9 die Zahnstange entgegen den

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auf sie wirkenden Radkräften bewegt werden kann. Durch den Betätigungszapfen 46 wird jedoch "bei Beginn der Drehung auch das Doppelsteuerventil 42 nach links ausgelenkt und die Verbindung der linken Ringnut mit dem zylindrischen Raum 37 unterbrochen. Gleichzeitig wird eine Verbindung der linken Ringnut 4°; mit einer Ringnut 73 im Mantel der Sackbohrung 43 hergestellt. In diese Ringnut 73 mündet eine Druckleitung 75 von einem Druckspeicher 76 her ein. Sie besitzt ferner eine Verbindungsleitung 78 zu einer entsprechenden symmetrisch zur Ringnut 73 in der Sackbohrung 44 angeordneten Ringnut 7^··

Sobald die Verbindung z.B. zwischen der linken Ringnut 49 und der Ringnut 73 hergestellt ist, kann Druckmittel über die Querbohrung 50} äie Längsbohrung 5^ und die Druckmittelleitung 58 in den Arbeitsraum 59 des Servomotors 60 gelangen. Dadurch wird im Arbeitsraum 59 ein Druck aufgebaut, der größer ist als der Druck im Arbeitsraum 57 ν da dieser noch immer zum Vorratsbehälter hin druckentlastet.ist. Das ergibt eine Unterstutzung der Zahnstangenbewegung. Bei Beendigung der Längsbewegung durch Verdrehung des Ritzels 9 wird dieses zusammen mit der Gabel ^ΛΑ-durch den im Arbeitsraum 59 herrschenden, einseitig auf das Doppelsteuerventil 42 wirkenden Druck wieder in die Mittelstellung gebracht, in der der Arbeitsraum 59 wieder über die Ringnut 49 entlastet ist. In dieser Stellung ist die Druckleitung 75 verschlossen, so daß eine Druckflüssigkeitsentnahme aus dem Druckspeicher 76 unterbrochen ist.

Bei einer umgekehrten Auslenkung des Ritzels 9 durch Verdrehung der Lenkwelle nach reclita Aiicd,iiir <|aa Arbeitsraum 57-des

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Servomotors 60 Druck eingesteuert und dadurch diese Lenkbewegung unterstützt. Wenn kein Druckmmittel zur Verfügung steht, wird das Eitzel 9 zusammen mit der Gabel 1.4·" je" nach Drehrichtung bis zum Anschlag der Gabel an die Anschläge 30 hin ausgelenkt, wonach eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Ritzel und Zahnstange hergestellt ist* Bei weiterer Verdrehung des Ritzels kann jetzt die Zahnstange in der jeweiligen Drehrichtung bewegt werden. Der Betrag der Auslenkung des Ritzels aus der Mittellage wird möglichst klein gehalten, um den toten Gang bei ausgefallener Ser-, yoeinrichtung möglichst klein zu halten und eine hohe Ansprechgenauigkeit zu erzielen.

Die Druckmittelversorgung des Druckspeichers 76 erfolgt durch eine Pumpe 79» die aus dem Vorratsbehälter 71 das Druckmittel ansaugt und über eine Leitung 80 den Druckspeicher 76 zuführt. Zwischen Druckspeichern und Pumpe zweigt von der Leitung 80 eine Druckleitung 81 ab, die in die Rücklaufleitung 70 von der Steuerventilanordnung her einmündet und in" der ein Druckbegrenzungsventil 82 angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird- in die Rücklaufleitung 70 ein Filter 83 eingebaut..

Das Ritzel 9 auf der Lenkwelle 10 in Fig. 1 ist ferner auch senkrecht zur Zahnstange auslenkbar, da die Gabel 14, in. der das Lenkwellenende gelagert ist, mit der Schwinge 21 verbunden ist, die entgegen der Druckfeder 25 bis zu dem einstellbaren Anschlag ausweichen kann. Durch die Druckfeder 25 wird somit das Ritzel in die Verzahnung 7 der Zahnstange gepreßt und ein· spielfreier Eingriff erreicht, so lange die aus der Zahnform resultierende Komponente senkrecht zur Zahnstang.e_Ä der auf diese wirkenden Lenk- oder Radkräfte kleiner ist als die Kraft der Feder 25. - "■"

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Überschreitet jedoch diese Kraftkomponente die Federkraft der Druckfeder 25,so weicht das Ritzel 9 im Sinne einer Vergrößerung des Spiels so weit aus, "bis die Schwinge 21 an den Anschlag 29 anliegt. Auf diese Weise kann auf der ganzen Länge der Verzahnung bei kleinen lenkkräften trotzt größerer Abtragungen durch Verschleiß in der Mitte der Verzahnung immer ein spielfreier Eingriff des Ritzels in die Zahnstange erzielt werden. Insbesondere ist somit eine exakte. Lenkung z. B. im Schnellfahrbereich, in dem die Radkräfte bzw. die Lenkkräfte erheblich vermindert sind, möglich. Die -Druckfeder 25 kann verstellbar ausgeführt werden, so daß die Anpreßkraft genau dosiert werden kann. Ferner besteht die Möglichkeit bei verschleißbedingten Spieländerungen das maximale Spiel erneuert am Anschlag 29 einzustellen.

Natürlich kann bei der im vorstehenden beschriebenen Anordnung nach Fig* 1 und 2 auch eine andere übliche Steuerventilanordnung verwendet werden. Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Lagerung der Drehachse 18 und der Achse 24 in Gleitlagern kann natürlich auch in Wälzlagern erfolgen, um die Reibung möglichst klein zu halten. Auch ist an Stelle der Druckfeder 25 eine Zugfeder zwischen Lenkgehäuse und Schwinge anbringbar.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist .im wesentlichen gleich aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 und unterscheidet sich im wesentlichen von diesem durch die Ausbildung und Art der Lagerung der G-abel I4. Hier ist das Ritzel 9 auf -dem Ende der Lenkwelle 10 in einem zunächst gleichermaßen wie in Fig. 2 ausgebildete;! gabelförmigen Körper Η¹ gelagert.

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Dieser gabelförmige Körper 14-¹ /besitzt jedoch einen Verbindungsst.eg 85 zwischen den Gabelenden 86. Auf der. Oberseite dieses Verbindungsstegs ist parallel zur Lenkwelle "¹O eine Längsnut 88 angeordnet (siehe auch Fig. 4-). In die Längsnut 88 greift eine Zahnleiste 89 ein, die auf der Außenseite des Bodens eines topfförmigen, in einer zylindrischen Ausnehmung 90 des Lenkgehäuses 1' geführten Körpers 9-1 eingearbeitet ist. Zwischen Bodeninnenseite des topfförmigen Körpers 9^ und dem Lenkgehäuse ^ΛΧ ist ■eine Druckfeder 25' angeordnet, gegen die der topfförmige Körper 9^ Ms zu einem festen Anschlag 92 verschiebbar ist. Zur Aufnähme von Kräften in Längsrichtung der Längsnut bzw. der Zahnleiste ist einander-gegenüberliegend im Verbindungssteg 85 und im Boden des topfförmigen Körpers 9"¹ eine Sackbohrung 93 ^ 94- vorgesehen, in die eine Kugel 95 so eingepaßt ist, daß eine Iquatorebene derselben mit der Kopflinie der Zahnleiste 89 fluchtet.

Das vorstehende Ausführungsbeispiel stellt einen Ersatz für die Drehachse ^S im Beispiel .nach Fig. 1 dar, wobei jedoch diese Anordnung platzsparender ist und die Reibung in diesem Drehpunkt vermindert ist. Hit dem topfförmigen Körper 9"¹ wurde dabei auf sehr günstige Weise gleichzeitig die Drehachse, der Anschlag 92' und eine Aufnahme für die Druckfeder 25' bei Anpressung des Ritzels an die Zahnstange verwirklicht. -

Durch die vorstehenden Anordnungen wird eine einfach wirkende Übertragungseinrichtung von Längsbewegung und Lenkriehtung auf die Steuerventilanordnung erzielt und ein exakt wirkender

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Spielausgleich am Eingriff des Ritzels 9 in die Zahnstange 5·erreicht, wobei die Zahnstange radial nicht versetzt werden braucht und damit eine einfache Abdichtung des Servomotors verwendet werden kann.

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Claims

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Ansprüche

Λ. hydraulische Servolenkeinrichtung insbesondere für Kraft- / fahrzeuge mit einer von einem Ritzel auf einer Lenkwelle bewegbaren Zahnstange und mit einem auf die Zahnstange wirkenden Servomotor, der durch eine mittels einer Übertragungsvorrichtung der Drehbewegung und Drehrichtung der Lenkwelle betätigbaren Steuerventilanordnung steuerbar ist, wobei die Übertragungsvorrichtung aus einem um eine Drehachse in Bewegungsrichtung der Zahnstange zwischen zwei Begrenzungspunkten des Lenkgehäuses schwenkbaren Hebel besteht, in dem das Lenkwellenende mit dem Ritzel gelagert ist und der zusätzlich mit der Steuerventilanordnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (18) im Sinne einer Anpressung des Ritzels (9) auf die Zahnstange (3) durch die Kraft einer Feder (25,25^!) verschiebbar ist.

2. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch ^Λ , dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse ("8) durch eine Druckfeder (25,25') senkrecht zur Ritzelachse und zur Zahnstange belastet ist und gegen die Druckfeder an einem verstellbaren Anschlag (29,92) bewegbar ist.

3. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse O8) auf einer unr eine

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feste, zur Drehachse parallelen Achse schwenkbare Schwinge (21) gelagert ist.

4. Hydraulischepervolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (18) aus einer Zahnleiste (89) auf einem entgegen der Druckfeder (25¹) bis zu den Anschlag (92) bewegbaren,im Lenkgehäuse geführten Körper (91) besteht, wobei die Zahnleiste (89) in eine entsprechende Längsnut (88) des Hebels (I4¹) eingreift.

5t Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (91) tassenförmig ausgebildet ist mit der auf seinem äußeren Boden angeordnete Zahnleiste.

6. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zahnleiste (89) und der Längsnut (88) einander gegenüberliegend je ein Sackloch (93,94) zur Aufnahme eines Querkräfte aufnehmenden Kupplungsstücks (95) angeordnet ist.

7. Hydraulische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsstück (95) eine Kugel ist.

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