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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Derartige Steuervorrichtungen finden bevorzugt Anwendung in hilfskraftbetätigten Kraftfahrzeuglenkungen.
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Bei einer aus der DE-OS 15 53 287 (Fig. 6) bekannten Steuervorrichtung dieser Art ist das die Kreisbewegung ausführende Zahnrad des Gerotors das innenverzahnte Außenzahnrad, das durch eine die Kreisbewegung erlaubende Oldham-Kupplung drehfest mit der Antriebswelle gekuppelt ist. Das Innenzahnrad des Gerotors ist koaxial zur Antriebswelle gelagert und starr mit dem Ende eines die Rückstellfeder bildenden Torsionsstabes verbunden, dessen anderes Ende am Gehäuse verankert ist. Das verstellbare Schieberteil des Richtungssteuerschiebers ist als axial verschiebbare Schieberhülse ausgebildet, die durch einen im Gehäuse befestigten Führungsstift gegen Drehung gesichert ist.
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Zur Umwandlung der begrenzten Drehbewegung des Innenzahnrads in eine axiale Verstellung des Schieberteils ist an dem mit dem Innenzahnrad verbundenen Ende des Torsionsstabs ein Steilgewinde angebracht, das mit einem entsprechenden Gegengewinde am Schieberteil im Eingriff steht.
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Diese bekannte Steuervorrichtung ergibt die Vorteile eines einfacheren Aufbaus und der leichteren Abdichtung gegenüber anderen bekannten Steuervorrichtungen (US-PS 38 34 278; DE-OS 15 53 287, Fig. 1-5; US-PS Re 25 126; DE-PS 16 53 822), bei denen das verstellbare Schieberteil des Richtungssteuerschiebers drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und daher die gesamte Drehbewegung der Antriebswelle mitmacht, wobei ihm zusätzlich eine überlagerte Verstellung ( Axialverschiebung oder Verdrehung) erteilt werden muß, die die Steuerwirkung ergibt.
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Gerotoren mit zentrisch angeordnetem Außenrad und exzentrisch umlaufendem Innenrad im Sinne eines baulich kleinen Gehäuseaußendurchmessers sind bekannt, beispielsweise aus der US-PS 33 60 932.
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Schließlich ist aus der US-PS 34 70 758 eine Steuervorrichtung bekannt, bei der das verstellbare Schieberteil des Richtungssteuerschiebers in bezug auf ein feststehendes Schieberteil koaxial zur Antriebswelle drehbar gelagert ist und die Rückstellfeder unmittelbar an diesem Schieberteil angreift. Die Meßpumpe ist in diesem Fall aber kein Gerotor, sondern eine Außenzahnradpumpe, die auf der der Antriebswelle entgegengesetzten Seite des Richtungssteuerschiebers angeordnet ist. Ein außerdem vorgesehenes Innenzahnradgetriebe, dessen innenverzahntes Außenzahnrad mit der Antriebwelle starr verbunden ist und dessen außenverzahntes Innenzahnrad exzentrisch in bezug auf die Drehachse der Antriebswelle im Innern des Außenzahnrads für eine Kreisbewegung gelagert und durch eine Gelenkwelle mit dem drehbaren Schieberteil verbunden ist, ist keine Pumpe, sondern lediglich ein zwischen die Antriebswelle und die Meßpumpe eingefügtes Übersetzungsgetriebe, wobei die Drehzahl der Kreisbewegung des Innenzahnrads mittels einer sich durch das Innere der Gelenkwelle und des Richtungssteuerschiebers hindurcherstreckenden Exzenterwelle auf die Meßpumpe übertragen wird.
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Bei allen zuvor geschilderten bekannten Steuervorrichtungen besteht das Problem der Erzielung einer möglichst präzisen Steuerwirkung einerseits beim Beginn der Drehbewegung der Antriebswelle aus der neutralen Stellung, in welcher der Gerotor hydraulisch blockiert ist, und andererseits bei der Rückführung des verstellbaren Schieberteils in die neutrale Stellung. Die hydraulische Blockierung wird beim Beginn der Drehbewegung durch die Verstellung des Richtungssteuerschiebers aufgehoben, die als Reaktion auf das mittels der Antriebswelle ausgeübten Drehmoments erfolgt. Jedes im Kraftübertragungsweg zwischen der Antriebswelle und dem Richtungssteuerschieber vorhandene Spiel ergibt ein verzögertes Ansprechen des Richtungssteuerschiebers auf die Anfangsdrehung der Antriebswelle, was sich beispielsweise bei der Anwendung in einer Kraftfahrzeuglenkung ungünstig auf das Lenkverhalten auswirkt. Die Lösung dieses Problems wird dadurch erschwert, daß wegen der meist beengten Einbauverhältnisse ein möglichst kompakter Aufbau der Steuervorrichtung erforderlich ist und wegen der gestellten Sicherheitsbedingungen, insbesondere bei Kraftfahrzeuglenkungen, eine große Betriebssicherheit über lange Zeiträume gefordert wird, ohne daß die Präzision der Steuerung, beispielsweise infolge von Verschleißerscheinungen, nachläßt. Die Rückführung des verstellbaren Schieberteils in die neutrale Stellung erfolgt durch die Rückstellfeder, wenn das Reaktionsmoment im Gerotor zu Null wird.
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Bei der aus Fig. 6 der DE-OS 15 53 287 bekannten Steuervorrichtung verläuft der Kraftübertragungsweg am Beginn der Drehbewegung, also bei hydraulisch blockiertem Gerotor, von der Antriebswelle über die Oldham-Kupplung zum Außenzahnrad des Gerotors und vom Innenzahnrad über den starr damit verbundenen Torsionsstab zum Gehäuse. Das axial verstellbare Schieberteil ist an der Verbindungsstelle zwischen Innenzahnrad und Torsionsstab über das Steilgewinde und am Gehäuse über die Stiftführung parallel an diesen Kraftübertragungsweg angekoppelt. Steilgewinde und Stiftführung sind aber Gleitverbindungen, die mit vertretbarem Aufwand nicht spielfrei hergestellt werden können und deren Spiel infolge unvermeidbaren Verschleißes im Betrieb zunimmt. Selbst wenn die Kraftübertragung von der Antriebswelle zum Torsionsstab vollkommen spielfrei erfolgte, wäre eine gewisse Ansprechnacheilung des Richtungssteuerschiebers gegenüber der anfänglichen Drehung der Antriebswelle unvermeidlich. Die im Kraftübertragungsweg liegende Oldham-Kupplung stellt aber eine zusätzliche spielbehaftete und dem Verschleiß unterworfene Gleitverbindung dar, die die geschilderte Erscheinung noch verstärkt. Die verschiedenen im Kraftübertragungsweg liegenden Gleitverbindungen verursachen außerdem Gleitverluste, die sich addieren und den Wirkungsgrad verschlechtern. Ferner wird die Präzision der Steuerwirkung auch dadurch beeinträchtigt, daß der als Rückstellfeder wirkende Torsionsstab nicht unmittelbar, sondern über das Steilgewinde am verstellbaren Schieberteil angreift, so daß sich das Spiel und die Gleitverluste in der Gleitverbindung zwischen Rückstellfeder und Schieberteil auch nachteilig auf die Rückführung des verstellbaren Schieberteils in die neutrale Stellung auswirken.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Steuervorrichtung der angegebenen Art, die bei einfachem, kompaktem und betriebssicherem Aufbau eine große Präzision sowohl im Ansprechen des Richtungssteuerschiebers auf die Anfangsdrehung der Antriebswelle als auch bei der Rückführung des Richtungssteuerschiebers in die neutrale Stellung ergibt und bei der die Gleitverluste minimiert sind.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung liegen im Kraftübertragungsweg von der Antriebswelle zum verstellbaren Schieberteil des Richtungssteuerschiebers keine spielbehafteten und dem Verschleiß unterworfene Gleitverbindungen, die Gleitverluste verursachen; vielmehr sind alle Teile drehfest miteinander verbunden, so daß am Beginn der Drehbewegung, wenn der Gerotor noch hydraulisch blockiert ist, eine drehstarre Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem drehbaren Schieberteil besteht. Das Schieberteil folgt daher verzögerungsfrei der Anfangsdrehung der Antriebswelle, um die hydraulische Blockierung aufzuheben. In gleicher Weise sind auch im Kraftübertragungsweg vom Gehäuse über die Rückstellfeder zum drehbaren Schieberteil keine Gleitverbindungen, sondern nur drehfeste Verbindungen vorhanden, so daß auch die Rückführung des drehbaren Schieberteils in die neutrale Stellung mit großer Präzision erfolgt. Da die drehfesten Verbindungen im Betrieb keinem Verschleiß unterworfen sind, bleibt die erzielte Präzision über eine lange Betriebsdauer erhalten.
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Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich ein verringerter Raumbedarf in der Umfangsrichtung, weil das Außenzahnrad keine Kreisbewegung ausführt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
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Fig. 1 eine schematische Ansicht einer hydraulischen Steuervorrichtung, bei der die Erfindung anwendbar ist, bei Verwendung in dem Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs,
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Fig. 2 eine axiale Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Steuervorrichtung,
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Fig. 3 eine Ansicht des Gerotors, der bei der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung verwendet wird,
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Fig. 4 einen Querschnitt der Steuervorrichtung längs der Linie 4-4 von Fig. 2, wobei einige Teile fortgelassen sind,
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Fig. 5 eine Schnittansicht des Richtungssteuerschiebers,
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht des verstellbaren Schieberteils des Richtungssteuerschiebers,
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Fig. 7 eine Seitenansicht des verstellbaren Schieberteils und
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Fig. 8 bis 10 schematische Ansichten, die die Strömung des Druckmittels durch den Richtungssteuerschieber veranschaulichen.
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Die hydraulische Steuervorrichtung 10 weist ein Gehäuse 11 auf, in das hinein sich eine Lenkwelle (Antriebswelle 12) eines Fahrzeugs erstreckt. Am äußeren Ende der Lenkwelle ist ein Lenkrad 13 angebracht, so daß bei einer Drehung des Lenkrads die Lenkwelle (Antriebswelle 12) in gleicher Weise gedreht wird. Dadurch wird die Steuervorrichtung 10 betätigt, um die Zufuhr von Druckmittel zu einer hydraulischen Antriebsvorrichtung 14 zu steuern, die durch einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder gebildet ist, der so angeschlossen ist, daß eine Servolenkung der Räder des Fahrzeugs erfolgt. Die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder 14 und dem Lenkgestänge des Fahrzeugs wird nicht beschrieben, da derartige Verbindungen an sich bekannt sind.
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Wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, weist das Gehäuse 11 zwei Steueranschlüsse 20 und 21 auf, die mit den zu beiden Seiten des Arbeitskolbens liegenden Kammern des Arbeitszylinders der Antriebsvorrichtung 14 verbunden sind, so daß das aus dem einen oder dem anderen Steueranschluß austretende Druckmittel die eine oder die andere Seite des Arbeitskolbens beaufschlagt. Ferner weist das Gehäuse 11 einen Einlaßanschluß 22 auf, der mit einer von einem Motor angetriebenen Pumpe 23 verbunden ist. Das Gehäuse weist ferner einen Auslaßanschluß 24 auf, der mit einem Vorratsbehälter 19 für das Druckmittel verbunden ist.
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Die Steuervorrichtung 10 arbeitet in folgender Weise: Wenn keine Lenkung des Fahrzeugs durchgeführt werden soll, strömt das Druckmittel kontinuierlich von der Pumpe 23 zum Einlaßanschluß 22 im Gehäuse 11 und aus dem Auslaßanschluß 24 in den Vorratsbehälter 19 zurück. Wenn jedoch der Fahrer das Lenkrad 13 dreht, wird die hydraulische Steuervorrichtung 10 wirksam, um in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Lenkrades das Druckmittel von der Einlaßöffnung 22 zu dem einen oder anderen Steueranschluß 20 bzw. 21 zu richten. Der andere Steueranschluß ist dann jeweils mit dem Auslaßanschluß 24 verbunden, so daß das von der anderen Seite des Arbeitszylinders der Antriebsvorrichtung 14 kommende Druckmittel zum Vorratsbehälter 19 zurückgeführt wird.
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Wie Fig. 2 zeigt, besteht das Gehäuse 11 aus zwei Gehäuseabschnitten 25 und 25 a. Der Gehäuseabschnitt 25 weist einen Vorsprung 26 auf, in den hinein sich die als Lenkwelle ausgebildete Antriebswelle 12 erstreckt. Eine Dichtungs- und Lageranordnung 27 im Gehäusevorgang 26 dient zur Lagerung der Lenkwelle und verhindert ein Aussickern von Druckmittel längs der Lenkwelle.
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Zwischen den beiden Gehäuseabschnitten 25 und 25 a ist ein als Druckmittelzumeßeinrichtung dienender Gerotor 35 angeordnet. Der Gerotor 35 hat ein innenverzahntes Außenzahnrad 36 und ein außenverzahntes Innenzahnrad 37. Das Innenzahnrad 37 hat einen Zahn weniger als das Außenzahnrad 36, und die beiden Zahnräder sind exzentrisch zueinander angeordnet. Die Zähne der beiden Zahnräder 36, 37 stehen miteinander in Kämmeingriff, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Gerotor 35 hat den üblichen, an sich bekannten Aufbau.
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Die Lenkwelle 12 ist über eine Gelenkwelle 40 mit dem außenverzahnten Innenzahnrad 37 des Gerotors verbunden. Das innenverzahnte Außenzahnrad 36 des Gerotors ist derart aufgebaut und ausgebildet, daß es sich bei einer Drehung des Innenzahnrads 37 um einen begrenzten Drehwinkel dreht, und es ist ein nicht dargestellter Mechanismus vorgesehen, der eine weitere Drehung des Außenzahnrads 36 verhindert. Bei seiner weiteren Drehung kreist das Innenzahnrad 37 um die Drehachse des Außenzahnrads 36. Während der relativen Dreh- und Kreisbewegungen zwischen den Zahnrädern 36 und 37 werden die Arbeitskammern, die zwischen den Zähnen der Zahnräder 36 und 37 bestehen und die in Fig. 3 mit A bis F bezeichnet sind, abwechselnd vergrößert und verkleinert.
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Das Außenzahnrad 36 ist mechanisch über ein Ringbauteil 38 mit einem Richtungssteuerschieber 41 verbunden. Der Richtungssteuerschieber 41 ist derart aufgebaut, daß eine Druckmittelströmung zur Antriebsvorrichtung 14 gerichtet wird, wenn er aus einer neutralen Stellung herausgebracht wird. In seiner neutralen Stellung leitet der Richtungssteuerschieber 41 das Druckmittel vom Einlaßanschluß 22 direkt zum Auslaßanschluß 24. Wenn der Richtungssteuerschieber 41 in der einen Richtung betätigt wird, leitet er Druckmittel vom Einlaßanschluß 22 zum Steueranschluß 20, und er verbindet den anderen Steueranschluß 21 mit dem Auslaßanschluß 24. Bei Betätigung in der anderen Richtung leitet der Richtungssteuerschieber 41 Druckmittel vom Einlaßanschluß 22 zum Steueranschluß 21, und er verbindet den Steueranschluß 20 mit dem Auslaßanschluß 24. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Lenkrichtung. Die Verstellung des Richtungssteuerschiebers 41 erfolgt über die Gelenkwelle 40 durch die geringe Anfangsdrehung des Innenzahnrads 37.
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Der Richtungssteuerschieber 41 ist im Gehäuseabschnitt 25 a der Steuervorrichtung 10 angeordnet. Er hat eine äußere Schieberhülse 42 (Fig. 2), die starr und fest im Gehäuse 11 montiert ist, und eine innere Schieberhülse 43, die starr und fest in der äußeren Schieberhülse 42 befestigt ist. Die beiden Schieberhülsen 42 und 43 können, da sie fest zusammengebaut und im Gehäuse 11 befestigt sind, als ein einziges feststehendes Schieberteil betrachtet und auch einstückig hergestellt werden.
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Der Richtungssteuerschieber 41 weist ferner ein verstellbares Schieberteil 44 auf, das innerhalb der Schieberhülse 43 angeordnet ist. Das verstellbare Schieberteil 44 ist für eine begrenzte Drehbewegung innerhalb der Schieberhülse 43 gelagert, so daß es sich bei einer Drehung des Innenzahnrads 37 mitdrehen kann. Das rechte Ende des verstellbaren Schieberteils 44 ist, wie Fig. 2 zeigt, mechanisch über eine Verbindung 45 mit dem Ringbauteil 38 verbunden. Wenn ein Drehmoment auf das Außenzahnrad 36 ausgeübt wird, so überträgt das Ringbauteil 38 dieses Drehmoment über die mechanische Verbindung 45 auf das verstellbare Schieberteil 44. In der folgenden Beschreibung haben die Schlitze in der Schieberhülse 43 die gleichen Bezugszeichen wie die Öffnungen in der Schieberhülse 42, mit der sie in Verbindung stehen.
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Die äußere Schieberhülse 42 ist mit einer Reihe von vier um den Umfang verlaufende ringförmige Umfangsnuten 50, 51, 52, 53 versehen. Die Umfangsnuten 50 bis 53 stehen an verschiedenen Stellen mit radialen Bohrungen in Verbindung, durch die Druckmittel radial nach innen strömen kann. Die innere Schieberhülse 43 weist mehrere Schlitze auf, wie Fig. 5 zeigt, die sich axial erstrecken und unter den Umfangsnuten 50 bis 53 liegen. Das verstellbare Schieberteil 44, das in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, weist eine Reihe von axial verlaufenden Steuernuten 72, 72 a, 72 b, 72 c, 74, 74 a, 75, 75 a auf, zwischen denen Steuerflächen 70, 70 a, 70 b, 70 c, 73, 73 a , 76, 76 a, 77, 77 a liegen.
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Die Betriebsweise des Richtungssteuerschiebers ist schematisch in den Fig. 8 bis 10 dargestellt, von denen Fig. 8 die neutrale Stellung der Schieberteile, Fig. 9 die Stellung für eine Rechtskurve und Fig. 10 die Stellung für eine Linkskurve zeigen. Diese Figuren zeigen auch die verschiedenen radialen Bohrungen, die von den Umfangsnuten 50, 51, 52, 53 radial nach innen durch die Schieberhülse 42 gehen. Zum Zweck der Erläuterung der Funktionsweise sind diese radialen Bohrungen in den Fig. 8 bis 10 alle in der gleichen Diametralebene dargestellt, obwohl sie in Wirklichkeit in verschiedenen Diametralebenen liegen, nämlich jeweils in der Diametralebene der zugehörigen Umfangsnut 50, 51, 52 bzw. 53 (Fig. 2).
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Die Umfangsnut 50 der Schieberhülse 42 steht mit der Auslaßöffnung 24 in Verbindung, und in der Schieberhülse 42 sind vier radiale Bohrungen, die Durchbrüche 60, 60 a, 60 b und 60 c vorgesehen, die mit der Umfangsnut 50 in Verbindung stehen. Die Umfangsnut 51 steht mit der Einlaßöffnung 22 in Verbindung und in der Schieberhülse 42 sind vier radiale Bohrungen als Durchbrüche 61, 61 a, 61 b und 61 c vorgesehen, die mit derUmfangsnut 51 in Verbindung stehen. Die Umfangsnut 52 steht mit dem Auslaßanschluß 20 in Verbindung, der mit der einen Seite der Antriebsvorrichtung 14 verbunden ist, und in der Schieberhülse 42 sind zwei radiale Bohrungen, die Durchbrüche 64, 64 avorgesehen, die mit der Umfangsnut 52 in Verbindung stehen. Die Umfangsnut 53 steht mit der Auslaßöffnung 21 in Verbindung und in der Schieberhülse 42 sind zwei radiale Bohrungen als Durchbrüche 63, 63 a vorgesehen, die mit der Umfangsnut 53 in Verbindung stehen.
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Ein ringförmiger Raum 69 des Richtungssteuerschiebers 41 steht zusätzlich mit einer Seite des Gerotors 35 in Verbindung, wie es noch beschrieben werden soll. Um diese Verbindung herzustellen, weist die innere Schieberhülse 43 zwei radiale Bohrungen, die Durchbrüche 62, 62 a auf, die eine Strömungsverbindung mit dem Raum 69 herstellen. Das verstellbare Schieberteil 44 weist einen axialen Kanal 65 auf, der mit der anderen Seite des Gerotors 35 in Verbindung steht, und radiale Kanäle 66, 66 a, die mit dem axialen Kanal 65 in Verbindung stehen.
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Wenn, wie schematisch in Fig. 8 gezeigt, das verstellbare Schieberteil 44 sich in seiner neutralen Stellung befindet, stehen die Steuerflächen 70, 70 a, 70 b und 70 c vor den radialen Durchbrüchen 61, 61 a, 61 b und 61 c. Diese Steuerflächen 70, 70 a, 70 b, 70 c blockieren nicht die Strömung des Druckmittels von den Durchbrüchen 61 bis 61 c in die Nuten 72, 72 a, 72 b, 72 c im verstellbaren Schieberteil 44. Die Nuten 72, 72 c stehen mit dem Durchbruch 60 in Verbindung, und die Nuten 72 a, 72 b stehen mit dem Durchbruch 60 b in Verbindung. Somit geht, wenn sich das verstellbare Schieberteil 44 in dieser neutralen Stellung befindet, die Strömung des Druckmittels vom Einlaßanschluß 22 über die Umfangsnut 51, durch die Durchbrüche 61 bis 61 c, durch die Durchbrüche 60 und 60 b und über die Umfangsnut 50 zum Auslaßanschluß 24 und von dort zum Vorratsbehälter 19 zurück. Der Richtungssteuerschieber 41 arbeitet also mit offener Mittelstellung. Es sei bemerkt, daß auch ein Schieber mit geschlossener Mittelstellung in diesem System Verwendung finden könnte. Die beiden anderen zum Auslaßanschluß führenden radialen Durchbrüche 60 a und 60 c stehen mit den Nuten 74, 74 a im verstellbaren Schieberteil 44 in Verbindung, die in der neutralen Stellung vor den Bohrungen 60 a und 60 c stehen, wobei jedoch die Verbindung mit benachbarten Bohrungen durch die benachbarten Steuerflächen 76, 77 bzw. 76 a, 77 a blockiert ist.
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In der in Fig. 8 dargestellten neutralen Stellung der Schieberteile stehen ferner die Durchbrüche 62 und 62 a, die mit dem Gerotor 35 verbunden sind, mit den Nuten 75, 75 a des verstellbaren Schieberteils 44 in Verbindung. Die Nuten 75 und 75 a sind derart angeordnet, daß eine Verbindung mit den Durchbrüchen 63, 63 a in der Schieberhülse 42, 43 hergestellt wird. Die Durchbrüche 63, 63 a stehen ihrerseits mit der einen Seite der Antriebsvorrichtung 14 in Verbindung. Wenn sich das verstellbare Schieberteil 44 in der in Fig. 8 dargestellten neutralen Lage befindet, stehen die Steuerflächen 77, 77 a genau vor den radialen Durchbrüchen 64, 64 a. Die Steuerflächen 77, 77 a sind so ausgebildet, daß sie die Verbindung zwischen den Durchbrüchen 64, 64 a und den Bohrungen 66, 66 a im verstellbaren Schieberteil 44 nicht blockieren. Wenn sich das verstellbare Schieberteil 44 in seiner neutralen Stellung befindet, sind somit die beiden Seiten des Arbeitszylinders der Antriebsvorrichtung 14 über den Gerotor 35 miteinander verbunden, wodurch ein sogenanntes offenes Arbeitszylindersystem gebildet wird. Diese Ausbildung ermöglicht die Übertragung von irgendwelchen Kräften, die auf die Räder des Fahrzeugs einwirken über das Druckmittels im System zurück auf den Gerotor 35, wodurch der Gerotor nunmehr als Motor arbeitet. Dies erzeugt ein Lenkgefühl für den Fahrer, das durch diese Kräfte hervorgerufen wird.
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Wie dargelegt, wird das verstellbare Schieberteil 44 bei einer Drehung des Lenkrades aus seiner neutralen Stellung verdreht, damit der Antriebsvorrichtung 14 Druckmittel zum Lenken zugeführt wird. Wie ferner oben dargelegt, wird das verstellbare Schieberteil 44 durch das Drehmoment gedreht, welches auf dieses über das Außenzahnrad 36 und das Ringbauteil 38 übertragen wird. Das Außenzahnrad 36 wird durch die Kräfte gedreht, die bei einer Drehung des Lenkrades darauf einwirken. Diese Kräfte verursachen eine mechanische Reaktionskraft, die dadurch hervorgerufen wird, daß die Zahnräder 36 und 37 im Kämmeingriff miteinander stehen. Es sei jedoch bemerkt, daß der im Gerotor 35 herrschende Druck weitgehend das Drehmoment beeinflußt, welches auf das Außenzahnrad 36 ausgeübt wird. Wenn infolge eines geringen Druckunterschieds im Arbeitszylinder ein geringer Druckmitteldruck im Gerotor 35 herrscht, ist das Drehmoment, welches auf das verstellbare Schieberteil 44 übertragen wird, um dieses zu drehen, wesentlich geringer als in dem Fall, in dem ein hoher Druckunterschied am Arbeitszylinder vorhanden ist. Das auf das verstellbare Schieberteil 44 ausgeübte Drehmoment hängt somit von dem Druck ab, der erforderlich ist, um den Arbeitszylinder zu betätigen.
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Das verstellbare Schieberteil 44 spricht somit auf das Drehmoment an, und das Drehmoment, welches auf das verstellbare Schieberteil 44 über den Gerotor 35 vom Lenkrad 13 ausgeübt werden kann, ist proportional zum Druckmitteldruck im Gerotor, welcher seinerseits vom Druckunterschied am Arbeitszylinder abhängt. Je größer das Drehmoment ist, welches auf das Lenkrad ausgeübt wird, umso größer ist das Drehmoment, welches auf das verstellbare Schieberteil 44 übertragen wird, und umso weiter wird das verstellbare Schieberteil 44 gedreht.
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Falls ein großes Drehmoment auf das verstellbare Schieberteil 44 in einer Richtung übertragen wird, kann sich das verstellbare Schieberteil 44 in seine extreme Stellung in dieser Richtung bewegen, wobei Anschlagflächen der Anschlagteile 80 des verstellbaren Schieberteils 44 sich gegen Anschlagflächen der Anschlagteile 81 der Schieberhülse 43 anlegen (Fig. 4). Bei einer Drehung des Außenzahnrads 36 in der entgegengesetzten Richtung kann sich wiederum das verstellbare Schieberteil 44 lediglich so lange drehen, bis Anschlagflächen der Anschlagteile 80 a und 81 a in Anlage aneinander gelangen. Aus Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Größe der Drehung des verstellbaren Schieberteils 44, die sich einstellen kann, sehr klein ist; diese Größe ist in Fig. 4 mit X bezeichnet.
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Sobald die Anschlagflächen der Anschlagteile 80, 81 oder 80 a, 81 a aneinander anliegen, wird eine weitere Drehung des verstellbaren Schieberteils 44 zwangsläufig verhindert. Bei vielen Lenkvorgängen ist das Drehmoment, welches vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübt wird, so klein, daß sich das verstellbare Schieberteil 44 nur um einen sehr kleinen Schritt dreht, der kleiner ist als die volle Drehkapazität. Deshalb wird sich das verstellbare Schieberteil 44 bei vielen Lenkvorgängen in eine Zwischenstellung bewegen, anstatt in die Stellung des vollen Ausschlags, in der die Anschlagteile 80, 81 oder 80 a, 81 a aneinander anliegen.
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Zum Lenken nimmt somit das verstellbare Schieberteil 44 eine Stellung ein, in der dieses die Strömung des Druckmittels von den einlaßseitigen Durchbrüchen 61 bis 61 c auf die auslaßseitigen Durchbrüche 60, 60 b einerseits und den Gerotor 35 andrerseits aufteilt.
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Wenn beispielsweise das verstellbare Schieberteil 44 aus der Stellung von Fig. 8 in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns um einen sehr geringen Drehwinkel gedreht wird, derart, daß die Verbindung zwischen den Durchbrüchen 61 bis 61 c und 60, 60 bnicht abgesperrt wird, steigt der Druck in den Durchbrüchen 61 bis 61 c an. Dies beruht darauf, daß der Strömungsquerschnitt der Verbindung zwischen den Durchbrüchen 61 bis 61 c und den Durchbrüchen 60, 60 b abnimmt. Gleichzeitig gelangen die Durchbrüche 61 a, 61 c in Verbindung mit den Kanälen 66, 66 a im verstellbaren Schieberteil 44, so daß Druckmittel zum Gerotor 35 strömen kann. Der Querschnitt der Verbindung zwischen den Durchbrüchen 62, 62 a und den Durchbrüchen 63, 63 a nimmt zu, so daß Druckmittel vom Gerotor 35 durch die Durchbrüche 63, 63 a einer Seite des Arbeitszylinders zugeführt wird. Die andere Seite des Arbeitszylinders wird mit dem Vorratsbehälter 27 verbunden, weil die Durchbrüche 64, 64 a mit den Bohrungen 60 a, 60 c verbunden werden. Dies führt dazu, daß die Strömung von den einlaßseitigen Durchbrüchen 61 bis 61 c in Abhängigkeit vom Ausmaß der Drehung des verstellbaren Schieberteils 44 aufgeteilt wird. Dadurch baut sich im Arbeitszylinder ein Druck auf, der proportional zum Ausmaß der Drehung des verstellbaren Schieberteils 44 ist, und das verstellbare Schieberteil 44 bewegt sich proportional zu dem Drehmoment, welches auf das Lenkrad ausgeübt wird, wodurch ein wirksames Nachlauflenksystem mit einem stoßfreien Druckaufbau im Arbeitszylinder geschaffen wird, bei welchem der Lenkausschlag proportional zur Verdrehung des Lenkrads ist.
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Wenn das verstellbare Schieberteil 44 aus der Stellung von Fig. 8 entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn gedreht wird, wird das Druckmittel, das über die einlaßseitigen Durchbrüche 61 bis 61 c zugeführt wird, wieder im wesentlichen in der gleichen Weise wie zuvor aufgeteilt, mit dem Unterschied, daß das Druckmittel durch den Richtungssteuerschieber zur anderen Seite des Arbeitszylinders geführt wird. Bei dieser Drehrichtung des verstellbaren Schieberteils 44 entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn wird Druckmittel von den Durchbrüchen 61 bis 61 b über die Durchbrüche 62, 62 a zum Gerotor 35 übertragen, und die Strömung erfolgt vom Gerotor 35 über die Durchbrüche 64 und 64 a zu der einen Seite des Arbeitszylinders. Die andere Seite des Arbeitszylinders ist über die Durchbrüche 63, 63 a und die auslaßseitigen Bohrungen 60 a, 60 c mit dem Vorratsbehälter 19 verbunden. Auch in diesem Fall wird die Strömung zwischen dem Auslaß und dem Arbeitszylinder aufgeteilt und ein glatter und stoßfreier Druckanstieg im Arbeitszylinder proportional zu dem auf das Lenkrad ausgeübten Drehmoment ermöglicht.
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Wenn das verstellbare Schieberteil 44 aus der Stellung von Fig. 8 entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn bis in die in Fig. 9 dargestellte Stellung gedreht wird, wird die Zuströmung nicht länger wie im Vorstehenden beschrieben aufgeteilt. Wie Fig. 9 zeigt, strömt das Druckmittel, welches von der Pumpe 23 über den Einlaßanschluß 22 in die Durchbrüche 61, 61 b gefördert wird, vollständig durch die Durchbrüche 62, 62 a zum Gerotor 35. Das vom Gerotor 35 kommende Druckmittel strömt axial durch den Innenkanal 65 des verstellbaren Schieberteils 44 und dann radial durch die Kanäle 66 und 66 a und über die auslaßseitigen Durchbrüche 64, 64 a zu der einen Seite des Arbeitszylinders. Die Strömung von der anderen Seite des Arbeitszylinders geht durch den Steueranschluß 20, durch die radialen Durchbrüche 63, 63 a und durch die auslaßseitigen Bohrungen 60 a, 60 c zum Vorratsbehälter 19. Auf diese Weise strömt das Druckmittel von der Pumpe 23 durch den Richtungssteuerschieber 41 um Gerotor 35, durch den Gerotor 35 hindurch, zurück zum Richtungssteuerschieber 41 und von dort zum Arbeitszylinder, um die Lenkung des Fahrzeugs durchzuführen.
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Falls das verstellbare Schieberteil 44 aus der in Fig. 8 dargestellten Stellung in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns bis in die in Fig. 10 dargestellte Stellung gedreht wird, wird das Fahrzeug in der Richtung gelenkt, die zu derjenigen von Fig. 9 entgegengesetzt ist. Wenn die Schieberteile die in Fig. 10 dargestellte Stellung einnehmen, geht die Druckmittelströmung von den einlaßseitigen Bohrungen 61 a und 61 c durch die radialen Kanäle 66, 66 a und den axialen Kanal 65 im verstellbaren Schieberteil 44 zum Gerotor 35. Die Strömung vom Gerotor 35 geht über die Durchbrüche 62, 62 a und durch die Durchbrüche 63, 63 a zu der einen Seite des Arbeitszylinders, um das Fahrzeug in der Richtung zu lenken, die entgegengesetzt der Richtung ist, die dem in Fig. 9 dargestellten Zustand entspricht. Die Strömung von der anderen Seite des Arbeitszylinders geht über den Steueranschluß 21, die radialen Durchbrüche 64, 64 a und die auslaßseitigen Bohrungen 60 a und 60 c, die mit dem Vorratsbehälter 19 in Verbindung stehen. Es ist somit zu erkennen, daß in Abhängigkeit von der Drehrichtung des verstellbaren Schieberteils 44 das Fahrzeug jeweils in die eine oder die andere Richtung gelenkt wird.
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Die Fig. 8, 9 und 10 sind schematische und vergrößerte Darstellungen, um schematisch die Betriebsweise des Richtungssteuerschiebers 41 zu veranschaulichen. Die Fig. 4 bis 7 zeigen einen konstruktiven Aufbau des Richtungssteuerschiebers 41, der die in Verbindung mit den Fig. 8 bis 10 erläuterte Funktionsweise ermöglicht.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Strömung vom Richtungssteuerschieber 41 zum Gerotor 35 und vom Gerotor 35 zurück zum Richtungssteuerschieber 41 durch einen Steuerdrehschieber 101 und einen Verteiler 102.
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Der Steuerschieber 101 ist auf der Seite des Gerotors angeordnet, die der Lenkwelle 12 zugeordnet ist. Dies bedeutet, daß der Gerotor 35 zwischen dem Steuerdrehschieber 101 und dem Richtungssteuerschieber 41 angeordnet ist.
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Der Verteiler 102 ist mit dem Außenzahnrad 36 des Gerotors 35 durch Zapfen verbunden, so daß er sich mit diesem um den begrenzten Drehwinkel dreht, wenn ein Drehmoment über den Gerotor übertragen wird. Der Verteiler 102 weist mehrere im Winkel angeordnete Kanäle 103 auf, die Druckmittel in die sich vergrößernden und verkleinernden Arbeitskammern des Gerotors eintreten bzw. aus diesen austreten lassen. Die Stirnfläche des Verteilers 102 neben dem Gerotor weist mehrere Öffnungen auf, in denen die Kanäle 103 an dieser Stirnfläche münden. Durch diese Öffnungen kann Druckmittel aus dem Gerotor 35 abgeführt bzw. in diesen hineingeführt werden. Am Verteiler 102 anliegend ist eine Platte 104 fest angeordnet. Die Platte 104 weist mehrere Öffnungen 106 auf, die mit den Mündungen der Kanäle 103 an der Stirnseite des Verteilers 102 fluchten.
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Der Steuerdrehschieber 101 und der Verteiler 102 sind in der bei Gerotoren an sich bekannten Weise so ausgebildet, daß sie bei einer Relativbewegung der beiden Zahnräder 36 und 37 funktionsrichtig das vom Richtungssteuerschieber 41 kommende Druckmittel in die sich vergrößernden Arbeitskammern des Gerotors 35 einleiten und das aus den sich verkleinernden Arbeitskammern austretende Druckmittel zum Richtungssteuerschieber 41 zurückführen.
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Der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß bei einer Drehung des Lenkrads das verstellbare Schieberteil 44 um einen kleinen Winkel verdreht wird, um eine Verbindung der verschiedenen Öffnungen im Richtungssteuerschieber 41 herzustellen und um die richtige Betätigung der Antriebsvorrichtung 14 zu ermöglichen. Die Bewegung des verstellbaren Schieberteils 44 durch den Gerotor 35 erfolgt gegen die Vorspannung einer Rückstellfeder 120. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Rückstellfeder einen Torsionsstab 121 auf, der an einem Ende mittels einer Verschraubung 122 am Gehäuse 11 der Steuervorrichtung befestigt ist und dessen anderes Ende durch einen Querstift 123 mit dem verstellbaren Schieberteil 44 verbunden ist. Wenn das verstellbare Schieberteil 44 gedreht wird, erfolgt diese Drehung gegen die Kraft, die durch den Torsionsstab 121 auf das Schieberteil ausgeübt wird. Wenn das Drehmoment verschwindet, beispielsweise dadurch, daß kein Drehmoment auf das Lenkrad des Fahrzeugs ausgeübt wird, dreht der Torsionsstab 121 das verstellbare Schieberteil 44 in seine neutrale Stellung zurück. Anstelle der durch einen Torsionsstab gebildeten Rückstellfeder kann natürlich auch irgendein anderer Federmechanismus verwendet werden, um das verstellbare Schieberteil 44 in die neutrale Stellung zurückzuführen. Der Torsionsstab 121 erstreckt sich durch den Kanal 65 des verstellbaren Schieberteils 44, ohne die Strömung durch das Schieberteil zu behindern.
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Bei der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung dreht sich der Richtungssteuerschieber 41 nicht dauernd mit einer Drehung des Lenkrades mit. Das verstellbare Schieberteil 44 dreht sich nur um einen kleinen Drehwinkel, und es findet dann keine weitere Drehung statt, wenn das Lenkrad 13 des Fahrzeugs weitergedreht wird. Die Lenkwelle erstreckt sich nicht in den Richtungssteuerschieber 41 hinein und hat keine direkte mechanische Verbindung mit dem verstellbaren Schieberteil 44, sondern eine hydraulische Verbindung über den Gerotor 35. Es ist deshalb nicht erforderlich, große Abmessungen im Aufbau vorzusehen, um eine mechanische Verbindung der Lenkwelle mit einem sich drehenden Schieberteil herzustellen. Die Durchmesser der Schieberteile 42 bis 44 können daher sehr gering sein.
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Wenn die Pumpe 23 der Servolenkung nicht richtig arbeiten sollte, bewirkt eine Drehung des Lenkrades 13 zunächst eine Betätigung des verstellbaren Schieberteils 44 über den Gerotor 35 in der zuvor beschriebenen Weise. Sobald das verstellbare Schieberteil 44 die eine oder andere Grenzstellung erreicht hat, in der es durch die Anschlagflächen der Anschlagteile 80, 81 bzw. 80 a, 81 a festgehalten wird, hält es das Außenzahnrad 36 gegen eine weitere Drehung fest. Bei der weiteren Drehung der als Lenkwelle ausgebildeten Antriebswelle 12 arbeitet der Gerotor 35 dann als Pumpe, um Druckmittel durch das System hindurchzudrücken und die Antriebsvorrichtung 14 zu betätigen.
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In vorteilhafter Weise wird durch die beschriebene Steuervorrichtung auch noch ein Straßengefühl sowohl wenn nicht gelenkt wird als auch beim Lenken erzeugt und zum Lenkrad zurückübertragen.