DE2721555B2

DE2721555B2 - Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2721555B2
Application number: DE19772721555
Authority: DE
Inventors: Erich 7071 Boebingen Jablonsky
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE2721555A1; DE2721555C3

Description

Stand der Technik

Eine bekannte Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (US-PS 38 22 759) enthält zwei hydraulische Lenkkreise 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 stets gleichzeitig angesteuert, d. h. auf das Lenkgestänge wirkt immer die Hilfskraft beider Stellmotoren ein.

Aufgabe und Lösung

Bei der Erfindung ist von dieser bekannten Hilfskraftlenkung aus gegangen worden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfskraftlenkung mit zwei voneinander getrennt wirkenden hydraulischen Lenkungskreisen zu schaffen, die auf die Anforderungen bei verschiedenen Betriebszuständen eines Fahrzeuges optimal abgestimmt werden können. So ist es beispielsweise erwünscht, daß der Anteil der auf die gelenkten Räder einwirkenden Hilfskraft von der Fahrgeschwindigkeit abhängig ist; z. B. muß bei Parkvorgängen oder bei Geländefahrten die Hilfskraftunterstützung erheblich größer sein als bei schneller Autobahnfahrt. Die gesamte Lenkanordnung soll hierbei eine gedrungene Bauweise und eine hohe Betriebssicherheit aufweisen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß die Steuerschlitze der den beiden Lenkkreisen zugeordneten Steuereinrichtungen mit unterschiedlich großen Erstreckungen in Aussteuerrichtung bemessen sind, werden in Abhängigkeit von 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 Ölkreises

ι" zugeschaltet, da nur in diesen Betriebsfällen vom Fahrer des Fahrzeugs entsprechend hohe Lenkmomente am Lenkhandrad aufgebracht werden.

Die Hilfskraftlenkung nach der Erfindung bietet daher auch den Vorteil, daß im normalen Fahrbetrieb

^|Λ) nur die halbe ölmenge unter Druck umgewälzt wird. Die ölmenge des zweiten ölkreises wird über die zugehörige Steuereinrichtung drucklos zum Behälter zurückgefördert. Hieraus ergibt sich ein besonders wirtschaftlicher Betrieb der gesamten Lenkanordnung.

Auch kann das Lenkgetriebe wegen der Aufteilung der Leistung kleiner gehalten werden.

Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung ist im Anspruch 2 enthalten. Die Steuerung des ersten Lenkkreises erfolgt durch zwei in einem Spindelkopf

2> außermittig und quer zur Lenkspindel angeordnete Steuerkolben (DE-PS 11 33 642) und die Steuerung des zweiten Lenkungskreises durch ein Drehschieberventil. Hierbei sind vorzugsweise die Steuerschlitze an den beiden Steuerkolben schmaler ausgeführt als am

to Drehschieberventil.

Erläuterung der Erfindung

Weitere Einzelheiten sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

^ Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei im Spindelkopf angeordneten Steuerkolben und einem Drehschieberventil.

F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie

4Ii H-II in Fig. 1.

F i g. 3 einen weiteren vergrößerten Querschnitt nach der Linie IH-III in Fig. 1 bei weggelassenem Gehäuse.

F i g. 4 als weiteres Ausführungsbeispiel einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Hilfskraftlenkung mit je

4ί einem über eine Schaltleiste betätigbaren Steuerkolben für den ersten und den zweiten Lenkungskreis.

F i g. 5 die Steuerkolben in einem vergrößerten Längsschnitt nach der Linie V-V in Fig.4 mit dem zugehörigen ölschema.

In F i g. 1 ist in einem als Stellmotor 51 ausgebildeten Lenkgetriebegehäuse 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 Gewindespin-

w del 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 6OA eingebaut. Zwei am

hü unteren Ende der Lenkspindel 57 angeordnete Zapfen 62 und 624 ragen durch Bohrungen 64 bzw. 60,4 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. 6OA gebildete Steuernuten geöffnet bzw. geschlossen werden, so daß jeweils einer Seite des Arbeitskolbens 52 Drucköl zuströmt.

Der Arbeitskolben 52 unterteilt das Lenkgetriebegehäuse in zwei Druckräume 66 und 67. Der Stellmotor 51 bildet zusammen mit einer Servopumpe 68, einem Behälter 70 und der Steuereinrichtung 59 ein?n in sich geschlossenen ersten Lenkkreis. Die Zuführung des Druckmittels 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 ι ο 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 π Steuereinrichtung gleichfalls mit der an den Behälter 70 angeschlossenen Rücklauf-Ringnut 72 verbunden werden.

Nach F i g. 2 fördert die Pumpe 68 Drucköl vom Behälter 70 in den Zulaufraum 71. Beim Drehen am Lenkhandrad werden die Steuerkolben 60 und 604 durch die Zapfen 62 bzw. 624 je nach Drehrichtung innerhalb des durch die Bohrungen 64 bzw. 644 (Fig. 1) im Spindelkopf 58 festgelegten Steuerspiels aus der gezeichneten Neutralstellung gegeneinander verstellt. Vom Zulaufraum 71 gelangt das Drucköl über einen Steuerschlitz 76 bzw. 764 zum Druckraum 66 bzv·. 67. Der Rücklauf des jeweils ausgeschobenen Ölvoluniens erfolgt über einen Steuerschlitz 77 bzw. 774 sowie eine Ringnut 79 bzw. 794 zum Behälter 70. In der sn gezeichneten Neutralstellung der Steuerkolben 60 und 604 sind sämtliche Steuerschlitze geöffnet, so daß ein Durchfluß von der Pumpe 68 zum Behälter 70 möglich ist. in die eine Stirnseite der Steuerkülben 60 und 604 ist jeweils eine Zentriereinrichtung 78 bzw. 784 eingesetzt, π die einerseits zum exakten Einstellen der Steuerkolben in bezug auf die Steuerschlitze dient und andererseits den Drehstab 56 be> der Rückführung der Steuerkolben in die Neutralstellung unterstützt. Die andere Stirnseite der Steuterkolben 60 und 604 bildet zusammen mit in w einem Deckel 80 geführten Kolben 81 bzw. 814 Rückwirkungskammern 82 bzw. 824. Diese Rückwirkungskammern 82 und 824 sind über nicht sichtbare Kanäle an die Druckräume 66 bzw. 67 angeschlossen. Beim Verstellen der Steuerkolben 60 und 604 muß ■)"> somit, in bekannter Weise, die Kraft des Druckes in diesen Rückwirkungskammern 82 und 824 überwunden werden, die am Lenkhandrad das sogenannte rahrgefühl vermittelt. Zwischen dem Zulaufraum 71 und den mit dem Behälter 70 in Verbindung stehenden w Ringnuten 79 und 794 ist ein Rückschlagventil 83 eingesetzt, welches bei einem eventuellen Ausfall der Pumpe 68 ein Nachsaugen von Drucköl zuläßt.

Aus der Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Lenkspindel 57 auf einem Abschnitt oberhalb der v> Zapfen 62 und 624 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 (F i g. 3). Auf der äußeren zylindrischen Mantelfläche des tr> Drehschiebers 86 sind axial verlaufende Längsnuten 95 und 96 verteilt. Diese Längsnutpn 95 sind über Kanäle 97 und eine Ringnut 98 mit einer Pumpe 100 verbunden.

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 Lenkkreis getrennten, zweiten Lenkkreises.

Bei einer Relativverdrehung des Drehschiebers 86 gegenüber der Steuerbüchse 87 werden die in Neutralstellung (Fig. 3) miteinander verbundenen Lär.gsnuten 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. Die durch Längsnuten gebildeten Steuerschlitze 103, 104 bzw. 105, 106 sind dabei breiter ausgeführt als die Steuerschlitze 76, 77 bzw. 764, 774 der Steuereinrichtung 59 des ersten Lenkkreises (F i g. 2).

Bei einer Drehbewegung am Lenkhandrad spricht daher zunächst die Steuereinrichtung 59 an, womit der erste Lenkkreis 58,68,70 arbeitet.

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 Lenkkreis 94, 100, 102 eingeschaltet. Der Drehstab 56 stellt die beiden Steuereinrichtungen 59 und 39 in die Neutralstellung zurück.

Bei Verwendung einer derartigen Zweikreislenkanlage in Lkw werden die beiden Pumpen 68 und 100 vorzugsweise durch den Motor angetrieben. Dies bedeutet, daß die Gesamtleistung der Hilfskraftlenkung je zur Hälfte auf die beiden Lenkkreise aufgeteilt werden kann. Infolgedessen erhält man, solange mit dem ersten Lenkkreis gefahren wird, eine Leistungsersparnis, da nur die halbe ölmenge unter Druck zirkuliert.

Bei einem eventuellen Ausfall des ersten ölkreises werden — weil sich im ersten Lenkkreis 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. öffnen, wodurch der Druck der Pumpe 100 im Stellmotor 94 wirksam ist. Es ist auf diese Weise möglich, das Fahrzeug bei erhöhtem Hand-Kraftbedarf mit dem zweiten Lenkkreis sicher weiterzulenken.

Die Zweikreislenkung nach der Erfindung kann auch so ausgelegt sein, daß der erste Lenkkreis 51, 59, 70 durch eine motorabhängige Pumpe 68 und der zweite Lenkkreis 39, 94, 102 durch eine vom Fahrzeugabtrieb abhängige Pumpe 100 versorgt wird. In diesem Felle hat der zweite Lenkkreis 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 lenkbar wären, abzuschleppen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der F i g. 4 und 5 näher erläutert.

In F i g. 4 ist in einem als Stellzylinder 1 ausgebildeten Lenkgpiriebegehäuse 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. 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 (F i g. 5), in welche die Schaltleiste 13 eingreift.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, steuert der Ventilkolben 18 einen ersten Lenkkreis, 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 Lenkkreis. Die Ventilkolben 18 und 19 befinden sich in F i g. 5 in ihrer Neutrallage. Das durch die Pumpe 21 und 23 geförderte Druckmittel kann über eine zentrale Ringnut 33 bzw. 34 und 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.

Im Ventilkolben 18 des ersten Lenkungskreises 1, 21 20 sind Reaktionskammern 40 und 41 vorgesehen, voi welchen jeweils eine an den wirksamen Druckraum de Stellmotors 1 angeschlossen ist. Beim Drehen an

·■> Lenkhandrad 11 muß somit immer der Druck in eine der Reaktionskammern 40 und 41 überwunden werder so daß dem Fahrzeuglenker ein sogenanntes Fahrgefüh vermittelt wird. Es ist möglich, derartige Reaktionskam mern zusätzlich auch im Ventilkolben 19 vorzuseher

in aus Zweckmäßigkeits- und Kostengründen ist es jedocl vorteilhaft, die Reaktionskraft nur auf den Ventilkolbei 18 des ersten Lenkungskreises einwirken zu lassen. Di Größe der Kolbenflächen in den Reaktionskammen bestimmen hierbei den wirksamen Kraftanstieg bein

ι^r) Drehen des Lenkhandrades.

Wenn keine Lenkkraft auf die Lenkspindel \',

einwirkt, ist die gezeichnete Neutrallage der Ventilkol ben 18 und 19 durch Zentrierfedern 42 und 43 gesichert.

Nach der Erfindung sind am Ventilkolben 11

2" gebildete Steuerschlitze 25 bis 28 schmaler ausgeführ als entsprechende Steuerschlitze 29 bis 31 an Ventilkolbcn 19. Infolge dieser Maßnahme wird be einer Drehbewegung am Lenkhandrad 11 zunächst nu der erste Lenkkreis eingeschaltet, obgleich die Ventil

_'"■ kolben 18 und 19 durch die Schaltleiste 13 gleichzeitij verstellt werden. Wird das Lenkhandrad gegei erhöhten Lenkwiderstand weitergedreht, so schaltet de Ventilkolben 19 den zweiten Lenkkreis 22,23, 24 hinzu.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge, mit zwei hydraulich voneinander getrennten Lenkkreisen, von denen der eine einen ersten mit einer ersten Steuereinrichtung und einem Lenkgetriebe vereinigten Stellmotor und der zweite eine ebenfalls mit dem Lenkgetriebe vereinigte zweite Steuereinrichtung aufweist, die einen zweiten unmittelbar auf das Lenkgestänge des Fahrzeugs einwirkenden Stellmotor mit von einer Servopumpe geliefertem Druckmittel beaufschlagt, wobei die beiden Steuereinrichtungen gemeinsam in Abhängigkeit von der Drehbewegung an einem Lenkhandrad betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuereinrichtungen mit offener Mittenstellung ausgeführt sind und in Neutraisteilung der beiden Steue; einrichtungen die freien Durchflußöffnungen (25 bis 28; 76,77,76Λ, 77/tJder ersten Steuereinrichtung (16; 59) in Ventilverstellrichtung eine kleinere Erstreckung aufweisen als die Durchflußöffnungen (29 bis 32; 103; bis 106) der zweiten Steuereinrichtung (17; 39).

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Lenkkreis (51, 68, 70) zugeordnete Steuereinrichtung (59) aus zwei senkrecht zur Lenkspindelachse neben dieser angeordneten Steuerkolben (60 und 60A) besteht und die dem zweiten Lenkkreis (94, 100, 102) zugeordnete Steuereinrichtung (39) als Drehschieberventil (86,87) ausgebildet ist.