DE2365489A1

DE2365489A1 - Integrale servolenkung

Info

Publication number: DE2365489A1
Application number: DE19732365489
Authority: DE
Inventors: Raymond Lee Goff
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1973-03-28
Publication date: 1975-04-03
Also published as: IT1039464B; BR7302848D0; ES437147A1; ES413929A1; GB1406918A; GB1406919A; JPS541968B2; DE2315550B2; JPS4919533A; AU5373273A; CA984266A; IT1000022B; DE2315550A1; FR2181394A5; JPS53121331A

Description

Integrale Servolenkung (Ausscheidung aus der Patentanmeldung P. 23 15 550.2-21 )

Die Erfindung betrifft eine integrale Servolenkung mit einem Gehäuse, in dem eine Arbeitskammer ausgebildet ist, in welcher ein Kolben verschiebbar gelagert ist, und mit einem Schieber im Gehäuse, der die Druckmittelzuspeisung in die Arbeitskammer und den Rückfluß des Druckmittels aus der Arbeitskammer so steuert, daß der Kolben wahlweise in entgegengesetzten Richtungen verschoben wird, und ferner mit einer Eingangswelle, mit der der Steuerschieber betätigt wird und mit einer Ausgangswelle, die in Antriebsverbindung mit dem Kolben steht und mit einer mechanischen Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem Kolben', mit der der Kolben bei Ausfall des Druckmittels verschiebbar ist, wobei diese mechanische Verbindung eine. Schneckenwelle aufweist, die sich durch den Kolben hindurch erstreckt.

Die Schneckenwelle kann mit wenigstens einem Teil des Steuerschiebers verbunden sein und sich mit diesem drehen. Es ist häufig der Fall, daß auf Grund von Fertigungstoleranzen die

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axiale Stellung der Schneckenwelle nicht genau die gewünschte ist, nachdem die Bauteile zusammengebaut sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe Zu. Grunde, den Aufbau derart zu gestalten, daß die axiale Stellung der Schneckenwelle geändert oder eingestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß eine Einstelleinrichtung vorgesehen ist, die das Gehäuse und das sich durch den Kolben hindurch erstreckende Ende der Schneckenwelle verbindet, um die Schneckenwelle axial zu bewegen und eine Drehung der Schneckenwelle su ermöglichen.

In vorteilhafter Weise kann nach dem Zusammenbau die axiale Stellung der Schneckenwelle verändert oder eingestellt werden, um die Herstellungstoleranzen auszuschalten.

Die Einstellvorrichtung kann eine Aussparung aufweisen und einen vorspringenden Bauteil, der in dieser Aussparung angeordnet ist. Mit besonderem Vorteil kann die Aussparung in dem sich durch den Kolben hindurch erstreckenden Ende der Sehne ckenwe He b e finden.

Die Einstellvorrichtung kann eine Schraube aufweisen, die in das Gehäuse eingeschraubt wird und die die axiale Verschiebung der Schneckenwelle bewirkt. Ferner kann die Einstellvorrichtung eine Verriegelung aufweisen, mit der wahlweise die Drehung der Schraube verhindert werden kann. Die Aussparung kann V-förmig sein und der vorspringende Bauteil kann am Ende der Schraube angeordnet sein und die Form einer Kugel haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

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Pig. 1 eine Schnittansicht eines integralen Servolenkgetriebes gemäß der Erfindung,

Fig» 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie II-II der Pig. I

und
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des rechten Abschnittes der Fig. 1, in den jedoch der Schiebermechanismus, der in Fig. 1 teilweise in Seitenansicht gezeigt ist, im Schnitt gezeigt ist.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein integrales Servolenkgetriebe. Das Servolenkgetriebe ist im allgemeinen mit 10 bezeichnet und weist ein Gehäuse 11 auf, in dem ein Zylinder 12 ausgebildet ist. Die Zylinderwandung 13 dieses Zylinders nimmt gleitbar einen Arbeitskolben I¹I auf. Am unteren Abschnitt des Kolbens lU ist ein Zahnstangenabschnitt 16 ausgebildet, der mit den Zähnen 17 eines Zahnsegmentes 18 kämmt.

Das Zahnsegment 18 ist an einer Querwelle 19 angeordnet, die drehbar im Gehäuse 11 gelagert ist und an dieser ist für eine gemeinsame Drehung ein Verbindungsgestänge od. dgl. befestigt, das mit dem mechanischen Lenkgestänge des Fahrzeuges verbunden werden kann, wobei in diesem Fahrzeug das integrale Servolenkgetriebe 10 angeordnet ist. Wenn sich der Kolben 1*1 im Zylinder 12 hin und her bewegt, werden das Zahnsegment 18, die Welle 19 und das mit der Welle verbundene Verbxndungsgestänge gedreht, um die Auslenkung der lenkbaren Räder des Fahrzeuges zu steuern.

Der Kolben I¹J unterteilt den Zylinder 12 in Druckkammern und 21, die an den gegenüberliegenden Enden des Zylinders angeordnet sind. Die Druckkammer 20 ist mittels einer Wandung 22 verschlossen und die Druckkammer 21 ist mittels eines Endgehäuseabschnittes 23 /erschlossen.

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Um Druckmittel in die Druckkammern 20 und 21 hinein und aus diesen heraus zu leiten, sind eine Auslaßöffnung 24 und eine Einlaßöffnung 26 im Endgehäuse 23 vorgesehen und diese Öffnungen sind über Verbindungsleitungen mit einer Hauptmotorpumpe verbunden. Eine Lenkwelle 27 ist drehbar im Endgehäuse 23 gelagert und v/eist an einem äußeren Ende 28 eine Keilverzahnung aufs um ein Lenkrad oder ein ähnliches Betätigungsglied aufzunehmen oder um eine Verbindung mit einer Lenksäule herzustellen. Im Endgehäuse 23 ist ein Schiebermechanismus

29 vorgesehen. Der Betrieb dieses Schiebermechanismus steuert die Strömung des Druckmittels zwischen den Einlaß- und Aunlaßöffnungen 24 und 26 und den Druckkammern 20 und 21 und zwar gemäß einer Drehung der Lenkwelle 27.

Vom Schiebermechanismus 29 aus erstreckt sich eine im allgemeinen zylindrisch geformte Schnecke 3O₃ die axial mit der Lenkwelle 27 fluchtet und mit einer zylindrischen Bohrung 31, die sich zentral in axialer Richtung durch den Kolben 14 hindurch erstreckt. Durch diese zylindrische Bohrung 31 hindurch erstreckt sich die Schnecke 30«,

Die Lenkwelle 27 und die Schnecke 30 weisen zentrale Bohrungen 32 und 33 auf und diese Bohrungen nehmen einen langen, schlanken Torsionsstab 3k auf. Ein Ende 36 dieses Torsionsstabes ist für eine gemeinsame Drehung mit der Betätigungswelle 27 verbunden und zwar mittels eines querverlaufenden Zapfens 37. Das entgegengesetzte Ende 38 dieses Torsionsstabes ist für eine gemeinsame Drehung mit der Schnecke 30 verbunden und zwar mittels eines querverlaufenden Zapfens 39. Die Schnecke

30 weist bei 40 eine Querbohrung auf und hat einen etwas verminderten Durchmesser an dem außen liegenden Ende 41, wodurch ein Strömungskanal 42 zwischen der Schnecke 30 und der Bohrung

31 geschaffen wird. Eine Dichtung 43 ist an der Schnecke 30 innerhalb des Endabschnittes 41 montiert und dadurch steht die Druckkammer 20 in Verbindung mit dem Kanal 42, der Quer-

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bohrung 40, der Längsbohrung 33 und der Bohrung 32 der Lenkwelle. Eine Strömungsverbindung zwischen den Druckkammern und 21 wird jedoch verhindert.

Das Ende 41 der Schnecke 30 ist drehbar an einem Kugellager 44 gelagert. Dieses Kugellager sitzt in einer V-förmigen Aussparung 46, die sich zur Endwandung 47 der Schnecke 30 hin öffnet. Das Lager 44 ist am inneren Ende eines Gewindezapfens 48 ausgebildet, der in einer Gewindebohrung 49 angeordnet ist, die in der Endkappe 22 angeordnet ist und axial mit der Schnecke 30 und der Lenkwelle 27 fluchtet. Durch die Schraubverbindung zwischen dem Zapfen 48 und der Bohrung 49 kann das Lager 44 in axialer Richtung in Bezug auf die Schnecke 30 eingestellt werden und in seiner Lage mittels einer Einstellmutter 50 verriegelt werden, die auf das äußere Ende des Zapfens 48 aufgeschraubt ist.

Der Schiebermechanismus 29 ist in der Kammer 51 angeordnet, die im Endgehäuse 23 ausgebildet ist und die in Strömungsverbindung mit der Einlaß- und Auslaßöffnung 24 und 26 steht. Der Schiebermechanismus 29 weist ein zylindrisches Schieberglied 52 auf, welches integral mit der Betriebswelle 27 ausgebildet ist und eine Verlängerung dieser Welle 27 bildet. Ferner ist eine Schieberhülse 53 vorgesehen, die das Schieberglied 52 umgibt.

Die Schieberhülse 52 ist im allgemeinen zylindrisch geformt und weist eine äußere ümfangswandung 54 auf, die drehbar in einer Bohrungswandung 56 gelagert ist, welche die Kammer 51 bildet. Die Schieberhülse weist ferner eine innere ümfangswandung 57 auf, die eine zylindrische Bohrung bildet, in der das Schieberglied 52 angeordnet ist.

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Das Schieberglied 52 und die Sehieberhülse 53 sind relativ zueinander drehbar und zusätzlich ist die Sehieberhülse 53 relativ zum Gehäuse 11 drehbar. Andererseits ist die Schnecke 30 für eine gemeinsame Drehung mit der Sehieberhülse 53 verbunden. Ein verbreiterter Endabschnitt 58 dieser Schnecke weist eine axiale Bohrung 59 auf, die einen Endabschnitt 60 des Schiebergliedes 52 aufnimmt.

Der Schiebermechanismus 29 ist derart aufgebaut und angeordnet, daß, wenn die Betriebswelle 27 in einer Richtung gedreht wird, das Schieberglied 52 aus einer neutralen Stellung relativ zur Sehieberhülse 53 gedreht wird, wobei Druckmittel vom Hochdruckeinlaß 26 in eine vorbestimmte der Druckkammern 20 und 21 geleitet wird und Niederdruckmittel aus der anderen Druckkammer zum Niederdruckauslaß 24 geführt wird. Die Unterdrucksetzung einer der Druckkammern 20 und 21 hat zur Folge, daß der Kolben 14 hydraulisch unabgeglichen ist, wodurch eine Eewegung dieses Kolbens 14 erfolgt, die bewirkt, daß· die Querwelle 29 gedreht wird und damit auch die lenkbaren Räder, mit der diese verbunden ist. Zusätzlich hat die axiale Bewegung des Kolbens 14 die Wirkung, daß die Schnecke 30 in der gleichen Drehrichtung gedreht wird, in der die Betriebswelle 27 gedreht wurde, um die Bewegung des Kolbens 1-! einzuleiten. Die Drehung der Schnecke 30 ruft eine Drehbewegung der Sehieberhülse 53 hervor, so daß diese der vorhergehenden Drehbewegung der Betriebswelle 27 und den Ventilgliedes 52 nachläuft. Wenn die Drehung der Betriebswelle 27 und damit die Drehung des Schiebergliedes 52 beendet ist, hat das fortgesetzte Nachlaufen der Sehieberhülse 53 die Wirkung, daß die Sehieberhülse 53 in eine neutrale Stellung relativ zum Ventilglied 52 zurückgebracht wird, wodurch die Strömungsverbindung zwischen der Einlaßöffnung 26 und der unter Druck stehenden Kammer 20 oder 21 unterbrochen wird. Danach hört die Bewegung des KoI-bens ^.4 und der lenkbaren Räder, mit dem der Kolben über, die Querwelle 19 verbunden ist, auf und in Abhängigkeit davon die Nachlaufbewegung der Schnecke 30 und der Sehieberhülse 53·

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Der Schiebermechanisraus 29 kann als Drehschiebermechanismus bezeichnet werden, da sich weder das Schieberglied 52 noch die Schieberhülse 53 axial verschiebt. Es findet stattdessen lediglich eine relative Drehung zwischen dem Schieberglied und der Schieberhülse 53 statt, die bewirkt, daß der Schiebermechanismus 29 entweder die Verbindung zwischen den Einlaßöffnungen 24 und 26 und den Druckkammern 20 und 21 herstellt oder blockiert.

Es sei nunmehr auf die Fig. 3 Bezug genommen. Die Schieberhülse 53 weist zwei radiale Kanäle 61 und 62 auf, die einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Es sind ferner zwei weitere einander diametral gegenüberliegende, radiale Kanäle 63 und 6k vorgesehen, die im axialen Abstand von den Kanälen 61 und 62 angeordnet sind.

Die Kanäle 61 und 62 verbinden die Bohrung 57 der Schieberhülse 53 mit einer Ringnut 66, die ihrerseits mit der Druckmitteleinlaßöffnung 26 verbunden ist. Die radialen Kanäle 63 und 6k stehen mit einer Nut 67 in Verbindung, die ihrerseits in offener Verbindung mit der Auslaßöffnung 2k steht.

Zusätzlich ist eine Anzahl von ar.ial sich erstreckenden Nuten oder Strömungskanälen in der inneren ümfangswandung 57 der Schieberhülse 53 ausgebildet. Zwei dieser Kanäle, die mit und 69 bezeichnetsind, enden in axialer Richtung innerhalb der axialen Grenzen der Schieberhülse 53· Jede der Nuten 68 und 69 weist zwei Endwandungen 70 und 71 auf. Die Nuten 68 und 69 sind an einem Ende mit den radialen Kanälen 61 und verbunden und am anderen Ende mit zwei radialen Kanälen 72 und 73, die im inneren Ventilglied 52 ausgebildet sind und die mit einer axialen Bohrung 75 in Verbindung stehen, die im Ventilglied 52 ausgebildet ist. Zwei andere axiale Nuten Tk und 76 sind in der inneren Umfangswandung 57 der Schieberhülse 53 ausgebildet. Die Nuten Tk und 76 sind diametral zueinander angeordnet und sind zwischen den Nuten 68 und 69

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angeordnet. Jede der Nuten 7k und 76 weist eine Endwandung 77 auf, die so angeordnet ist, daß eine Verbindung mit den radialen Kanälen 61 und 62 hergestellt werden kann. Andererseits können die Nuten 7*1 und 76 nicht mit den radialen Kanälen 72 und 73 des Schiebergliedes 53 in Verbindung gebracht werden und stehen stattdessen mit axialen Verbindungen 7*1 a und 76a in Verbindung, die in einer Endwandung 78 der Schieberhülse 53 münden, um über die Kammer 51 eine Verbindung mit der Druckkammer 21 herzustellen«

Um die Betriebsweise des Servolenkgetriebes 10 zu erläutern, sei anfänglich angenommen, daß die Betriebswelle 27 gegenüber dem Gehäuse 11 relativ stationär gehalten wird. Das innere Schieberglied 52, das an der Betätigungswelle 27 ausgebildet ist, befindet sich unter diesen Betriebsbedingungen gegenüber der Schieberhülse 53 in einer neutralen Stellung. Diese neutrale Stellung des Schiebergliedes ist in Fig. 2 gezeigt, in der eine Reihe von vier axial sich erstreckenden Nuten 79, 80, 81 und 82 und Schieberkantün 83 bis 86 zwischen den Nuten dazu dienen, eine Verbindung zwischen den Nuten 68, 69, 7k und 76 der Schieberhülse 53 herzustellen. Es sei bemerkt, daß unter diesen Umständen die Einlaßöffnung 26 in direkter Verbindung mit der Auslaßöffnung 2k sich befindet. Da die Druckkammern 20 und 21 dem gleichen Druck ausgesetzt sind, ist der Druckunterschied am Kolben Ik im wesentlichen Null und der Kolben befindet sich in einer Ruhelage. Es sei nunmehr doch angenommen, daß die Betriebswelle 27 bei der Betrachtung der Fig. 1 vom rechten Ende aus im Uhrzeigerdr-ehsinn gedreht wird. Eine Druckmittelverbindung zwischen der Einlaßöffnung Ik₃ der Hochdrucknut 66 und der Druckkammer 21 des hydraulischen Zylinders wird dann über die Nuten 79 und 8l des Ventilgliedes 52, die Nuten 7k und 76 und die axialen Strömungskanäle 7¹Ia und 76a der Schieberhülse 53 und die Druckkammer 51 hergestellt, die den verbreiterten Endabschnitt 58 der Schnecke 30 umgibt. Dadurch beginnt der Kolben Ik bei Betrachtung der Fig. 1, sich

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in einer Richtung nach links zu bewegen. Das Druckmittel aus der Niederdruckkammer 20 gelangt über die Niederdrucknut 67 zur Auslaßöffnung 26 und zwar über den Ringkanal 42, der den Endabschnitt Ml der Schnecke 30 umgibt, den radialen Kanal 40, den axialen Kanal 33» der in der Schnecke 30 ausgebildet ist, und die Bohrung 32 und die radialen Kanäle 72 und 73, die im Schieberglied 72 ausgebildet sind und dann durch die Nuten 68 und 69, die in der Schieberhülse 63 ausgebildet sind.

Eine Bewegung des Kolbens 14 nach, links bewirkt, daß sich die Schnecke 30 in der gleichen Richtung des Uhrzeigerdrehsinns dreht wie die Betätigungswelle 27, wobei der Kolben seine Bewegung so lange fortsetzt, wie die Betätigungswelle 27 und das Schieberglied 52 im Drehsinn der Schnecke 30 und der Schieberhülse 53 voraus sind.

Nachdem die Drehung der Betätigungswelle 27 und des Schiebergliedes 52 beendet ist, bewegt die fortgesetzte Nachlaufdrehung der Schnecke 30 und der Schieberhülse 53 diese Schieberhülse 53 in eine neutrale relative Stellung zum Schieberglied 52 zurück. Es ist die Stellung, die in Pig. 2 gezeigt ist. Der Druckmitteldruck in den Kammern 20 und 21 wird dann wieder abgeglichen und die Bewegung des Kolbens I¹I wird beendet. Die Drehung der Betriebswelle 27 in einer Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn und damit die entsprechende Drehung des Ventilmechanismus 29 hat die Wirkung, daß der Kolben 14 bei der Darstellung in Fig. 1 nach rechts bewegt wird. Wenn die Drehung der Betriebswelle 27 wieder aufhört, werden die Schieberhülse 53 und das Schieborglied 52 wieder in eine gegenseitig neutrale Stellung gebracht und die axiale Bewegung des Arbeitskolbens I¹I wird beendet.

Die Antriebsverbindung zwischen dem Arbeitskolben I¹I und der Schnecke 30 weist eine Reihe von Kugeln 87 auf, die in schraubenförmig gewundenen, miteinander zusammenwirkenden, gewölbt

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ausgebildeten Nuten 88 und 89 angeordnet sind, welche in der Bohrungswandung 31 des Kolbens 14 und in der Schnecke 30 ausgebildet sind. Die Kugel- und Nutenanordnung kann von der
umlaufenden Bauart sein. Als Folge dieser Anordnung bewirkt eine axiale Bewegung des Kolbens 14 eine Drehung der Schnecke 30 und umgekehrt bewirkt eine Drehung der Schnecke 30 eine
axiale Verschiebung des Kolbens 14.

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Claims

Patentansprüche

1. Integrale Servolenkung mit einem Gehäuse, welches eine Arbeitskammer aufweist, in der ein Kolben hin- und herbeweglich angeordnet ist, und mit einem Steuerschieber, der in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem die Druckmittelströmung in die Arbeitskammer und die Rückströmung aus der Arbeitskammer gesteuert wird, um den Kolben alternativ in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen und mit einer Eingangswelle zur Betätigung des Steuerschiebers und mit einer Ausgangswelle, die in Antriebsverbindung mit dem Kolben steht und mit einer mechanischen Verbindung, die die Eingangswelle und den Kolben verbindet, um den Kolben gemäß der Drehung der Eingangswelle bei Druckmittelausfall zu bewegen, wobei diese mechanische Verbindung eine Schneckenwelle aufweist, die sich durch den Kolben hindurch erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß Einstelleinrichtungen (¹HJ, 46, 48, 50) vorgesehen sind, die das Gehäuse (22) und das Ende (47) der Schneckenwelle (30), die sich durch den Kolben (I¹I) hindurch erstreckt, zu verbinden, um die Schneckenwelle (30) axial zu bewegen und' dabei ihre Drehung zu· ermöglichen.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung eine Aussparung (46) urid einen vorspringenden Bauteil (¹I¹O aufweist, der in der Aussparung angeordnet ist.

3· Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (36) in dem durch den Kolben hindurch sich erstreckenden Ende (47) der Schneckenwelle (30) ausgebildet ist.

4. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Schraube (48) aufweist, die in das Gehäuse (22) eingeschraubt und relativ ^u diesem bei einer

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Drehung bewegbar ist, um die axiale Bewegung der Schneckenwelle (30) durchzuführen.

5. Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Verriegelungsvorrichtung (50)

. aufweist, mit der wahlweise eine Drehung der Schraube (48) verhindert wird.

6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (46) einen V-förmigen Querschnitt hat.

7. Servolenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Bauteil (44) am Ende der Schraube (48) angeordnet ist.

8. Servolenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Bauteil eine Kugel (44) ist.

9. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 14 eine Mittelbohrung (33) und einen Zahnstangenabschnitt (l6) aufweist und die Arbeitskammer (12) in zwei Druckkammern (20 und 21) unterteilt, daß die Ausgangsweile (18) ein Zahnsegment (17) aufweist, welches mit dem Kolben kämmt, daß die Eingangswelle (27) sich in das Gehäuse hinein erstreckt, daß der Steuerschieber (29) eine Schieberhülse (53) und einen Abschnitt (52) der Eingangswelle umfaßt, welcher innerhalb der Hülse angeordnet ist, um das Druckmittel in die Druckkammern hinein und aus diesen hinaus zu leiten, daß die Schneckenwelle (30; bei 121, 122, 123 und 124) mit der Schieberhülse (53) verbunden ist, um sich mit dieser zu drehen und sich durch die Bohrung (33) im Kolben hindurch erstreckt, daß eine Schraubverbindung (87, 88 und 89) zwischen der Schneckenwelle (30) und dem Kolben (14) innerhalb der Bohrung (33) vorgesehen ist und daß eine Kupplung

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(59, 60 und 3¹O die Eingangswelle (27) und die Schneckenwelle (30) verbindet, um eine begrenzte relative Drehung zwischen diesen Teilen zu jeder Seite einer neutralen Stellung zu ermöglichen und daß die Kupplung einen Torsionsstab (34) Umfaßt, der die Eingangswelle (27) und die Schneckenwelle (30) verbindet, um die Schieberhülse (53) ^und &i-^e Eingangswelle (27) in die neutrale Stellung zu drücken.

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