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Stand der Technik
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Eine bekannte Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 (US-PS 3 822 759) enthält zwei hydraulische Lenkungskreise und eine mechanische
Verbindung vom Lenkhandrad zu den gelenkten Rädern sowie ein einen Stellmotor einschließendes
erstes Lenkgetriebe und ein darin enthaltenes Steuerventil. An das erste Lenkgetriebe
ist ein weiteres Steuerventil für die Betätigung eines auf ein zweites Lenkgetriebe
einwirkenden Stellmotors angeflanscht. In dieser Anordnung werden die beiden Stellmotoren
gleichzeitig angesteuert, d. h. auf das Lenkgestänge wirkt immer die Hilfskraft
beider Stellmotoren ein.
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Aufgabe und Lösung Die Erfindung geht von dieser bekannten Hilfskraftlenkung
aus und es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hilfskraftlenkung mit zwei voneinander
getrennt wirkenden hydraulischen Lenkungskreisen zu schaffen, die auf den jeweiligen
Betriebszustand eines Fahrzeuges optimal abgestimmt werden können, so daß der Anteil
der auf die gelenkten Räder einwirkenden Hilfskraft von der Fahrgeschwindigkeit
abhängig ist; beispielsweise muß bei Parkvorgängen oder bei Geländefahrten die Hilfskraftunterstutzung
erheblich größer sein als bei schneller Autobahnfahrt. Die gesamte Lenkanordnung
soll hierbei eine gedrungene Bauweise und eine hohe Betriebssicherheit aufweisen.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches
angegebene Merkmal gelöst.
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Dadurch, daß die Steuerschlitze der den beiden Lenkungskreisen zugeordneten
Steuereinrichtungen unterschiedlich groß bemessen sind, werden in Abhängigkeit der
am Lenkhandrad eingeleiteten Drehkraft die beiden Lenkungskreise nacheinander eingeschaltet.
Der zweite auf den zusätzlichen Stellmotor wirkende Lenkungskreis wird dabei beispielsweise
nur beim Einparken, bei Geländefahrt oder bei Ausfall des ersten umkreises zugeschaltet.
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Die Hilfskraftlenkung nach der Erfindung bietet daher den Vorteil,
daß im normalen Fahrbetrieb nur die halbe Ulmenge unter Druck umgewälzt wird. Die
Ulmenge des zweiten Ulkreises wird über die zugehörige Steuereinrichtung drucklos
zum Behälter zurückgefördert. Hieraus ergibt sich ein besonders wirtschaftlicher
Betrieb der gesamten Lenkanordnung.
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Auch kann das Lenkgetriebe wegen der Aufteilung der Leistung kleiner
gehalten werden.
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Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung ist im Anspruch 2 enthalten.
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Die Steuerung des ersten Lenkungskreises erfolgt durch zwei in einem
Spindelkopf außermittig und quer zur Lenkspindel angeordnete Steuerkolben (DT-PS
1133 642) und die Steuerung des zweiten Lenkungskreises durch ein Drehschieberventil.
Hier sind vorzugsweise die Steuerschlitze an den beiden Steuerkolben schmaler ausgeführt
als am Drehschieberventil.
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Eine Hilfskraftlenkung mit einer auf einer Lenkschnecke längsbeweglichen,
aber nur begrenzt drehbaren Lenkmutter, die über eine Schaltleiste in einen im Lenkgetriebegehäuse
untergebrachten, parallel zur
Lenkwelle angeordneten Steuerschieber
eingreift, ist bereits bekannt (DT-PS 1 025 281). Ein im Hinblick auf geringen Bauaufwand
besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 3 baut auf
dieser weiteren Lenkanordnung auf.
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Erläuterung der Erfindung Weitere Einzelheiten der Erfindung sind
nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Ausführungsform
der Erfindung mit zwei im Spindelkopf angeordneten Steuerkolben und einem Drehschieberventil.
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Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie II - II in Fig.
1.
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Fig. 3 einen weiteren vergrößerten Querschnitt nach der Linie III
- III in Fig. 1 bei weggelassenem Gehäuse.
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Fig. 4 als weiteres Ausführungsbeispiel einen vereinfachten Längsschnitt
durch eine Hilfskraftlenkung mit je einem über eine Schaltleiste betätigbaren Steuerkolben
für den ersten und den zweiten Lenkungskreis.
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Fig. 5 die Steuerkolben in einem Längsschnitt nach der Linie V -
V in Fig. 4 mit dem zugehörigen Ulschema.
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In Fig. 1 ist in einem als Stellmotor 51 ausgebildeten Lenkgeiiebegehäuse
50 ein mit einer Verzahnung versehener Arbeitskolben 52 geführt, der mit einer Segmentwelle
53 und über eine Kugelreihe 54 mit einer Gewindespindel 55 in Eingriff steht. Die
Gewindespindel 55 ist über einen Drehstab 56 an eine Lenkspindel 57 angeschlossen,
welche ein nicht dargestelltes Lenkhandrad trägt. Im Spindelkopf 58 der Gewindespindel
55 ist eine Steuereinrichtung 59 mit quer zur Spindelachse liegenden Steuerkolben
60 und 60A eingebaut. Zwei am unteren Ende der Lenkspindel 57 angeordnete Zapfen
62 und 62A ragen durch Bohrungen 64 bzw. 64A im Spindelkopf 58 und greifen in die
Steuerkolben 60 und 60A ein, so daß diese beim Einleiten einer Drehbewegung mit
dem Spindelkopf drehend, axial gegeneinander verstellt werden. Hierbei erfolgt eine
elastische Verdrehung des Drehstabes 56, bis an den Steuerkolben 60 bzw. 60A gebildete
Steuernuten, die anhand von Fig. 2 noch näher zu erläutern sind, geöffnet bzw.
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geschlossen werden, so daß jeweils einer Seite des Arbeitskolbens
52 Drucköl zuströmt.
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Der Arbeitskolben 52 unterteilt das Lenkgetriebegehäuse in zwei Druckräume
66 und 67. Der Stellmotor 51 bildet zusammen mit einer Ulpumpe 68, einem Behälter
70 und der Steuereinrichtung 59 einen in sich geschlossenen ersten Lenkungskreis.
Die Zuführung des Drucköls zur Steuereinrichtung 59 erfolgt über einen Zulaufraum
71, während eine Ringnut 72 dem Rücklauf dient. Der Druckraum 66 kann über einen
Kanal 73 im Spindelkopf 58 sowie die Steuereinrichtung 59 mit der Pumpe 68 verbunden
werden.
Der Druckraum 67 kann über einen strichpunktiert angedeuteten Kanal 74, einen weiteren
Kanal 75 im Spindelkopf 58 und über die Steuereinrichtung 59 an die Pumpe 68 angeschlossen
werden. Die zu den Druckräumen 66 und 67 führenden Kanäle 73 bzw. 74/75 können über
die Steuereinrichtung gleichfalls mit der an den Behälter 70 angeschlossenen Rücklauf-Ringnut
72 verbunden werden.
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Nach Fig. 2 fördert die Pumpe 68 Drucköl vom Behälter 70 in den Zulaufraum
71. Beim Drehen am Lenkhandrad werden die Steuerkolben 60 und 60A durch die Zapfen
62 bzw. 62A je nach Drehrichtung innerhalb des durch die Bohrungen 64 bzw. 64A (Fig.
1) im Spindelkopf 58 festgelegten Steuerspiels aus der gezeichneten Neutralstellung
gegeneinander verstellt. Vom Zulaufraum 71 gelangt das Drucköl über einen Steuerschlitz
76 bzw. 76A zum Druckraum 66 bzw. 67. Der Rücklauf des jeweils ausgeschobenen Ulvolumens
erfolgt über einen Steuerschlitz 77 bzw. 77A sowie eine Ringnut 79 bzw. 79A zum
Behälter 70. In der gezeichneten Neutralstellung der Steuerkolben 60 und 60A sind
sämtliche Steuerschlitze geöffnet, so daß ein Uldurchfluß von der Pumpe 68 zum Behälter
70 möglich ist. In die eine Stirnseite der Steuerkolben 60 und 60A ist jeweils eine
Zentriereinrichtung 78 bzw. 78A eingesetzt, die einerseits zum exakten Einstellen
der Steuerkolben in bezug auf die Steuerschlitze dient und andererseits den Drehstab
56 bei der Rückführung der Steuerkolben in die Neutralstellung unterstützt. Die
andere Stirnseite der Steuerkolben 60 und 60A bildet zusammen mit in einem Deckel
80 geführten Kolben 81 bzw. 81A Rückwivrkungskammern 82 bzw. 82A. Diese Rückwirkungskammern
82 und 82A sind über nicht sichtbare Kanäle an die Druckräume 66 bzw. 67 angeschlossen.
Beim
Verstellen der Steuerkolben 60 und 60A muß somit, in bekannter Weise, die Kraft
des Druckes in diesen Rückwirkungskannern 82 und 82A überwunden werden, die am Lenkhandrad
das sogenannte Fahrgefühl vermittelt. Zwischen dem Zulaufraum 71 und den mit dem
Behälter 70 in Verbindung stehenden Ringnuten 79 und 79A ist ein Rückschlagventil
83 eingesetzt, welches bei einem eventuellen Ausfall der Pumpe 68 ein Nachsaugen
von Drucköl zuläßt.
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Aus der Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Lenkspindel 57
auf einem Abschnitt oberhalb der Zapfen 62 und 62A als Drehschieber 86 und der Spindelkopf
58 in seinem oberen Teil als Steuerbüchse 87 ausgebildet ist. Der Drehschieber 86
und die Steuerbüchse 87 bilden zusammen ein an sich bekanntes Drehschieberventil
39. In die Steuerbüchse 87 sind Längsnuten 88 und 89 eingearbeitet, die in abwechselnder
Reihenfolge über getrennte Druckmittelleitungen 90 bzw. 91 mit den Druckräumen 92
bzw. 93 eines weiteren Stellmotors 94 in Verbindung stehen (Fig.3). Auf der äußeren
zylindrischen Mantelfläche des Drehschiebers 86 sind axial verlaufende Längsnuten
95 und 96 verteilt. Diese Längsnuten 95 sind über Kanäle 97 und eine Ringnut 98
mit einer Pumpe 100 verbunden.
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Die Längsnuten 96 stehen über Kanäle 101 mit einem Behälter 102 in
Verbindung. Das Drehschieberventil 39, der Stellmotor 94, die Pumpe 100 und der
Behälter 102 bilden hierbei die Bestandteile eines vom ersten Lenkungskreis getrennten,
zweiten Lenkungskreises.
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Bei einer Relativverdrehung des Drehschiebers 86 gegenUber der Steuerbüchse
87 werden die in Neutralstellung (Fig. 3) miteinander verbundenen Längsnuten 95,
96 und 88, 89 derart gesteuert, daß entsprechend
der Drehrichtung
am Lenkhandrad entweder der eine oder der andere Druckraum 92 oder 93 mit dem Zulauf
der Pumpe 100 und der jeweils gegenüberliegende Druckraum 93 oder 92 mit dem Behälter
102 verbunden ist. Nach der Erfindung sind hierbei durch die Längsnuten gebildete
Steuerschlitze 103, 104 bzw. 105, 106 breiter ausgeführt als die Steuerschlitze
76, 77 bzw. 76A, 77A der Steuereinrichtung 59 des ersten Lenkungskreises (Fig. 2).
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Bei einer Drehbewegung am Lenkhandrad spricht daher zunächst die
Steuereinrichtung 59 an, womit der erste Lenkungskreis 51, 68, 70 arbeitet.
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Beim Einsetzen eines erhöhten Lenkwiderstandes an den gelenkten Rädern,
z. B. bei Geländefahrt, wird die Lenkspindel 57 gegenüber dem Spindelkopf 58 noch
weiter verdreht, so daß das Drehschieberventil 39 anspricht. Damit ist auch der
zweite Lenkungskreis 94, 100, 102 eingeschaltet. Der Drehstab 56 stellt die beiden
Steuereinrichtungen 59 und 39 in die Neutralstellung zurück.
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Bei Verwendung einer derartigen Zweikreislenkanlage in Lkw werden
die beiden Pumpen 68 und 100 vorzugsweise durch den Motor angetrieben.
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Dies bedeutet, daß die Gesamtleistung der Hilfskraftlenkung je zur
Hälfte auf die beiden Lenkungskreise aufgeteilt werden kann. Infolgedessen erhält
man, solange mit dem ersten Lenkungskreis gefahren wird, eine Leistungsersparnis,
da nur die halbe Ulmenge unter Druck zirkuliert.
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Bei einem eventuellen Ausfall des ersten umkreises werden - weil
sich im ersten Lenkungskreis kein Druck aufbaut - die beiden Steuereinrichtungen
59 und 39 so weit verstellt , bis sich auch die Steuerschlitze 103 bis 106 des Drehschieberventils
86, 87 schließen bzw.
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öffnen, wodurch der Druck der Pumpe 100 im Stellmotor 94 wirksam ist.
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Es ist auf diese Weise möglich, das Fahrzeug bei erhöhtem Hand-Kraftbedarf
mit dem zweiten Lenkungskreis sicher weiterzulenken.
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Die Zweikreislenkung nach der Erfindung kann auch so ausgelegt sein,
daß der erste Lenkungskreis 51, 59, 70 durch eine motorabhängige Pumpe 68 und der
zweite Lenkungskreis 39, 94, 102 durch eine vom Fahrzeugabtrieb abhängige Pumpe
100 betrieben wird. In diesem Falle hat der zweite Lenkungskreis Notlenkeigenschaften,
d. h. beim Ausfall des ersten Lenkungskreises bleibt das Fahrzeug während der Fahrt
weiterhin verhältnismäßig leicht lenkbar und kann somit aus dem Verkehr gezogen
werden. Auch ist es mit dieser Anordnung möglich, schwere Fahrzeuge, die ohne Hilfskraft
nicht lenkbar wären, abzuschleppen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand
der Fig. 4 und 5 näher erläutert.
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In Fig. 4 ist in einem als Stellzylinder 1 ausgebildeten Lenkgetriebegehäuse
2 ein Arbeitskolben 3 angeordnet. Eine Lenkmutter 4 stützt sich über Wälzlager 5
und 6 einerseits am Arbeitskolben 3 und andererseits an einem in ein Zahnsegment
7 eingreifenden Getriebeteil 8 ab.
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Arbeitskolben 3, Lenkmutter 4 und Getriebeteil 8 sind in axialer Richtung
als
Block miteinander verbunden. Die Lenkmutter 4 ist in bekannter Weise in ihren Lagern
5 und 6, zwischen in der Zeichnung nicht sichtbaren Anschlägen, begrenzt drehbar
angeordnet. Die Lenkmutter 4 steht über eine Kugelkette 10 mit einer ein Lenkhandrad
11 tragenden Lenkspindel 12 in Verbindung. Eine an der Lenkmutter 4 gebildete Schaltleiste
13 betätigt beim Drehen der Lenkspindel 12 zwei Steuereinrichtungen 16 und 17. Diese
Steuereinrichtungen bestehen aus zwei nebeneinander angeordneten Ventilkolben 18
und 19 mit Nuten 14 und 15 (Fig. 5), in welche die Schaltleiste 13 eingreift.
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Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, steuert der Ventilkolben 18 einen
ersten Lenkungskreis, der aus einem Behälter 20, einer Pumpe 21 und dem in das Lenkgetriebegehäuse
2 integrierten Stellzylinder 1 besteht. Der Ventilkolben 19 steuert einen aus einem
Behälter 22, einer Pumpe 23 und einem weiteren Stellmotor 24 bestehenden zweiten
Lenkungskreis. Die Ventil kolben 18 und 19 befinden sich in Fig. 5 in ihrer Neutrallage.
Das durch die Pumpe 21 und 23 geförderte Drucköl kann über eine zentrale Ringnut
33 bzw. 34 über Rücklaufnuten 35, 36 bzw. 37, 38 zum Behälter 20 bzw. 22 abströmen.
Je nachdem, ob sich der Ventilkolben 18 in seiner oberen oder unteren Schaltstellung
befindet, ist der rechte bzw. linke Druckraum des Stellmotors 1 mit der Pumpe 21
verbunden. Der Ventilkolben 19 hingegen verbindet in seiner oberen Schaltstellung
die Pumpe 23 mit dem linken und in seiner unteren Schaltstellung mit dem rechten
Druckraum des Stellmotors 24.
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Im Ventilkolben 18 des ersten Lenkungskreises 1, 21, 20 können Reaktionskammern
40 und 41 vorgesehen sein, von welchen jeweils eine an den wirksamen Druckraum des
Stellmotors 1 angeschlossen ist. Beim Drehen am Lenkhandrad 11 muß somit immer der
Druck in einer der Reaktionskammern 40 und 41 überwunden werden, so daß dem Fahrzeuglenker
ein sogenanntes Fahrgefühl vermittelt wird. Es ist möglich, derartige Reaktionskammern
zusätzlich auch im Ventilkolben 19 vorzusehen, aus Zweckmäßigkeits- und Kostengründen
ist es jedoch vorteilhaft, die Reaktionskraft nur auf den Ventilkolben 18 des ersten
Lenkungskreises einwirken zu lassen. Die Größe der Kolbenflächen in den Reaktionskammern
bestimmen hierbei den wirksamen Kraftanstieg beim Drehen des Lenkhandrades.
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Wenn keine Lenkkraft auf die Lenkspindel 12 einwirkt, ist die gezeichnete
Neutral lage der Ventilkolben 18 und 19 durch Zentrierfedern 42 und 43 gesichert.
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Nach der Erfindung sind am Ventil kolben 18 gebildete Steuerschlitze
25 bis 28 schmaler ausgeführt als entsprechende Steuerschlitze 29 bis 31 am Ventilkolben
19. Durch diese Maßnahme ist es möglich, daß bei einer Drehbewegung am Lenkhandrad
11 zunächst nur der erste Lenkungskreis eingeschaltet ist, obgleich die Ventilkolben
18 und 19 durch die Schaltleiste 13 gleichzeitig verstellt werden. Wird das Lenkhandrad
gegen erhöhten Lenkwiderstand weitergedreht, so schaltet der Ventilkolben 19 den
zweiten Lenkungskreis 22, 23, 24 hinzu.
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L e e r s e i t e