DE2746919A1 - Servolenkvorrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Servolenkvorrichtung fuer kraftfahrzeugeInfo
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- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
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Description
11. ^ktob^r 1977
Akte: ZF 521
Anmelder:
7990 Friedrichshafen
Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrlchtung für
Kraftfahrzeuge mit einer von einem Lenkhandr«d betätigten
Antriebswelle und mit einer Abtriebswelle, wobei das Hi Ifξ-moment
durch zwei Jeweils nur in einer Drehrichtung eingreifende Reibungskupplungen, die von einer Hilfsantriebsquelle
aus über ein Getriebe stets in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, erzeugt wird.
Bekannt sind Lenkverstürker mit zwei gegenläufig rotierenden
Lamellenkupplungen (DT-OS 16 30 201). Eel Drehung des Lenkrades
nach rechts oder links wird fiber ein Bewegungsgewinde zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil der Lenkwelle
auf die der Bewegungsrichtung zugeordnete Kupplung eine Axialkraft ausgeübt, welche einen Reibschluß zwischen
dem rotierenden Kupplungsträger und dem Abtriebsteil der Lenkwelle bewirkt. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit
von der am Lenkrad eingeleiteten Handkraft eine Servo-
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verstärkung auf die Lenkwelle eingeleitet.
Lenkverstärker dieser Bauart haben den Nachteil, datt
sowohl das Bewegungsgewinde als auch die Keilverzahnung der Schaltbuchse und die Lagerung der Kupplungslamellen
mit Reibung behaftet sind.
Es besteht somit die Gefahr, daß vornehmlich bei starken Fahrbahnstößen sich eine der Kupplungen über die Gewindesteigung
verkeilt und damit das Lenkrad zwangsweise angetrieben wird, ohne daß der Fahrer eine Lenkbewegung eingeleitet
hat.
Bejcannt sind außerdem Servolenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge,
bei denen ein Elektromotor in Abhängigkeit von der Drehrichtung am Lenkrad über ein Geberorgan eingeschaltet
wird und entweder über eine Kupplung für beide Drehrichtungen oder zwei Kupplungen für Je eine Drehrichtung
sein Drehmoment auf die Lenkwelle überträgt. (DT-OS 22 38 125 und DR-OS 25 32 9^0).
Diese Bauart hat den Nachteil, daß bei jeder Lenkbewegung der Anker des Elektromotors und die Getriebe- und Kupplungstelle
aus dem Stand beschleunigt werden müssen bzw. bei schnellem Richtungswechsel zunächst abgebremst und dann
In der Gegenrichtung beschleunigt werden müssen. Dadurch wird die Lenkgeschwindigkeit beim Anlenken beeinträchtigt.
In der DT-OS 26 0? 306 ist eine Hilfskraftlenkunß für
Kraftfahrzeuge beschrieben, bei der ein Hilfsmoment über
zwei asymetrisch aufgebaute Schling- bzw. Spreizfederkupplungen
erzeugt wird. Mit diesen Kupplungen wird Jedoch kein gutes ProDortionalverhalten erzeugt. Außerdem bleibt
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das Hilfsmoment wegen der Schlingenfedern länger anstehen,
so daß sich ein Nachlaufen einstellt. Nachteilig Sind auch die vielen Getriebestufen zur Herabsetzung der Drehzahl
der Hilfsantriebsquelle. Wegen der Selbsthemmung kann die
Hilfsantriebsquelle nicht abgeschaltet werden. Außerdem läuft diese Bauart dem Streben nach Kompaktheit und kurzer
Baulänge zuwider.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Servolenkvorrichtung der Eingangs genannten
Art zu schaffen die einfach und kompakt aufgebaut ist und die ein gutes Proportionalverhalten zeigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Reibungskupplungen als Backenkupplungen mit Kupplungstrommeln ausgebildet sind, deren Kupplungsbacken jeweils
paarweise mit einem Ende an einem der Antriebswelle zugeordneten Kupplungsträger und mit dem anderen Ende an
einem der Abtriebswelle zugeordneten Kupplungsträger
befestigt sind, wobei die Kupplungsbacken so angeordnet
sind, daß sich in Jeder Verdrehrichtung der beiden Kupplungsträger gegeneinander Je ein Backenpaar spreizt, während
sich gleichzeitig das andere Backenpaar von seiner Kupplungstrommel abhebt.
Die genannten Nachtelle des Standes der Technik werden
erfindungsgemäö nunmehr dadurch vermieden, daß durch die
Anordnung der Backenkupplungen kein Verkeilen oder Pestziehen durch die Einleitung des Handmomentes oder durch
Fahrbahnstöße möglich let. Außerdem treten bein Anlenken keine Verzögerungen durch Massenbeschleunigung auf, da
die Kupplungstrommeln in beiden Richtungen ständig rotieren
und die Servokraft sofort einsetzt.
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Da die Kupplungsbacken in Abhängigkeit von der Handkraft an die Trommeln angedrückt werden, ergibt sich
ein sehr gutes Proportionalverhalten.
Von Vorteil ist, daß die Antriebsquelle z.B. ein Elektromotor, nur in eine Drehrichtung arbeiten muß. Dadurch
kann auch der Fahrzeugmotor selbst, z.B. über Gelenkwellen als Antrieb verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen und kompakten Bauweise der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß die Kupplungsträger über einen Torsionsstab so verbunden sind, daß
sich in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel der beiden Kupplungsträger gegeneinander ein Ruckstellmoment ergibt.
Durch diese Maßnahme arbeitet die Hilfskraftlenkung sehr präzise. Außerdem wird sie durch den Torsionsstab nicht
schon bei kleinen Lenkbewegungen in Tätigkeit gesetzt, sondern erst nach überschreiten einer bestimmten Mindestkraft.
Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht
darin, daß die Kupplungstrommeln von der Hilfsantriebswelle
über ein Schneckenrad gemeinsam angetrieben und durch
ein Kegelritzel und zwei mit diesen zusammenwirkenden Kegelrädern gegenläufig rotieren.
Durch dieses Getriebe wird auf einfache Welse eine ausreichende
Untersetzung ohne Wendegetriebe erreicht.
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Eine erfinderische Ausgestaltung des Änmeldungsgegenstandes
besteht darin, daß zwischen Antriebswelle und Kegelritzel ein Freilauf dergestalt angeordnet ist, daß
bei stehendem Hilfsantrieb das Kegelritzel in der Antriebsdrehrichtung frei drehen kann.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Antrieb bei
schneller Fahrt abzuschalten und die ServounterStützung
nur als Parkierhilfe zu benutzen. Bei Abschalten bzw.Ausfall des Antriebs läßt sich der Kupplungsmechanismus ohne
wesentliche Reibung vom Lenkrad her durchdrehen, und es kann ohne ServounterstUtzung gelenkt werden.
Von Vorteil ist es, wenn die Kupplungstrommeln mit höherer
als der im Betrieb am Lenkrad vorkommenden Drehgeschwindigkeit angetrieben sind.
Dadurch arbeiten die beiden Kupplungen stets im Bereich der Gleitreibung und der Haftreibungsbereich wird vermieden,
wodurch die Lenkhilfe gleichmäßiger arbeiten kann.
Erfindungsgemäß 1st ferner vorgesehen, daß sich beide
Kupplungstrommeln über ein zentrierendes Wälz- oder Gleitlager aufeinander abstützen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kupplungsträger Abkröpfungen aufweisen,
die so Ineinandergreifen, daβ nach überschreiten eines
vorbestimmten Verdrehwinkels der Kupplungsträger gegeneinander,
eine feste Mitnahme des einen Kupplungsträgers durch den anderen erfolgt.
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Durch diese Maßnanme ist gewährleistet, daß auch bei
Störungen in der Lenkhilfe z.B. abgenutzte Kupplungsbeläge, Bolzen oder Torsionsstabbruch, noch eine Lenkung
möglich ist.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß jeweils zwischen Kupplungsträger und Kupplungsbacke ein einstellbarer
Verbindungsbolzen mit einem exzentrisch zum Bolzenschaft angeordneten Bolzenkopf vorgesehen ist.
Durch Einstellung der Exzentrizität läßt sich dadurch die Spreizung der Kupplungsbacken einstellen oder im
Bedarfsfalle auch nachstellen.
Bei erfindungsgemäßer Anordnung eines Freilaufes ist es
möglich, daß die Antriebsquelle entweder über einen Handschalter,
einen Drehzahlmesser, Über Lastschalter, Drehmomentmeßglleder
oder einen Tachogenerator oder einer Kombination aus diesen schaltbar 1st.
Die Antriebsquelle kann somit je nach Bedarf eingeschaltet werden, z.B. nur im Leerlauf oder In Verbindung mit eingelegtem
ersten Vorwärtsgang und dem Rückwärtsgang oder In Abhängigkeit von Motordrehzahl, der Fahrtgeschwindigkeit
oder nach überschreiten einer bestimmten Betätigungskraft am Lenkrad. Auch eine willkürliche Ein- und Ausschaltung
vom Fahrer 1st denkbar.
Nachfolgend 1st ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
aus dem weitere erfindungsgemäße Markmale hervorgehen.
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Es zeigen:
Pig. 1 Längsschnitt durch die Servolenkvorrichtung (nach I - I der Fig. 2),
Fig. 2 Schnitt nach der Linie II - II der Fig. 1, Fig. 3 Schnitt nach der Linie III - III der Fig. 1,
Fig. 4 Teilschnitt nach der Linie IV - IV der Fig. 1
(Ausschnittvergrößerung),
Ein Elektromotor 1 wirkt über ein Schneckenrad 2 und
einen Freilauf 3 auf ein Kegelritzel 4. Das Ritzel/steht
mit zwei Kegelrädern 5, 6 im Eingriff und treibt diese gegenläufig an. Die Kegelräder sind fest mit je einer
Kupplungstrommel 7> 8 verbunden. Die Lenkwelle ist geteilt
in eine obere Hälfte 9, auf die das Handmoment eines Lenkrades 23 einwirkt, und In eine untere Hälfte 10, die das
Handmoment und die Servoverstärkung an eine Zahnstange 11 des mechanischen Lenkgetriebes weiterleitet. Verbunden
sind beide Hälften über eine Torsionsfeder (Drehstab) 12,
die einen momentenabhängigen Verdrehwinkel der Lenkwellenteile 9, 10 gegeneinander zuläßt. Die Lenkwellenteile 9,
10 sind mit je einem Kupplungsträger 13, 14 drehfest verbunden. Die Kupplungsträger sind durch Abkröpfungen 26
so ausgebildet, daß durch sie der Verdrehwinkel der Lenkwellenteile 9» 10 gegeneinander begrenzt wird und nach
Überschreitung des maximal zulässigen Verdrehwinkels eine starre Mitnahme zwischen den beiden Teilen gewährleistet
ist.
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Am oberen kreuzförmigen Kupplungsträger 1} sind an je
zwei gegenüberliegenden Anlenkpunkten an dessen Oberseite ein Paar I5» 16 und an dessen Unterseite ein Paar
17, 18 von Kupplungsbacken mit Belägen 28 so gelagert,
daß sie in Umfangsrichtung spielfrei mitgenommen werden.
radial jedoch Bewegungsfreiheit besitzen.
Der Kopf eines Verbindunesbolzens 19,zur Befestigung der
Kupplungsbacken I5 - 18 jeweils an einem Punkt am Kupnlungsträger
1? oder 14, ist exzentrisch zum Bolzenschaft 27
ausgebildet und sitzt gegen Verdrehen gesichert in der
Kupplungsbacke (Fig. 4 und 5)· Mit dem Exzenter wird der
Liftweg zwischen Kupplungsbacke und Kupplungstrommel eingestellt.
Am unteren Kupplungsträger sind ebenfalls alle vier
Kupplungsbacken I5 - 18 drehbar gelagert. Hier Hegt
jeweils ein oberer und unterer Lagerpunkt auf einer Achse.
Wie eich Insbesondere aus den Pig. 2 und Z>
ergibt, sind die Kupplungsbacken 15 - 18 so mit den Kupplungsträgern
15 und 14 verbunden, daß Jeweils ein Lagerpunkt auf d«m
einen Kupplungsträger und der andere Lagerpunkt auf dem
anderen Kupplungsträger liegt, d.h. der Kupplungsbacken 15 in Pig. 2 ist mit einem linken Lagerpunkt 29 an der
Oberseite des Kupplungsträgers Ι} und mit dem rechten
Lagerpunkt J>Q an der Oberseite des Kupplungs trägers 14
befestigt. Die Kupplungsbacke 16 1st mit einem Lagerpunkt 51 ebenfalls an der Oberseite des Kupplungsträgers
13 und mit dem linken Lagerpunkt 32 an der Oberseite des
Kupplungsträgers 14 befestigt. Die Lagerpunkte, die nach
Fig· 3» Jeweils an der Unterseite der Kupplungsträger
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liegen, sind entsprechend angeordnet.
Die Anordnung der Kupplungsbacken I5 - 18 ist somit so
gewählt, daß bei Einleitung einer Drehbewegung vom Lenkrad her dasjenige Backenpaar gegen seine Kupplungstrommel
7 oder 8 gepreßt wird, dessen Bewegungsrichtung mit der Drehrichtung seiner zugeordneten Kupplungstrommel Übereinstimmt.
Wird z.B. durch das Lenkrad 25 die obere Hälfte 9 der Lenkwelle -in der Fig. 2- nach rechts gedreht,so
verdreht sich nach übersteigen einer durch den Torsionsstab 12 festgelegten Kraft, der Kupplungsträger 13 ebenfalls
nach rechts und die an der Oberseite des Kupplungsträgers 13 liegenden Bremsbacken 15 und 16 legen sich bei
gleichsinnig rotierenden Trommel 7 an diese an, während
gleichzeitig die Bremsbacken 17 und 18 von der im Gegensinne
rotierenden Trommel 8 abheben. Bei einer Linksdrehung hingegen ist es umgekehrt.
Auf diese Weise wird die eingeleitete Drehbewegung Jeweils unterstützt. Der Grad der Unterstützung ist proportional
zum Widerstand, der sich von den gelenkten Rädern her auf die untere Hälfte der Lenkwelle 10 überträgt. Der Grad
der Verstärkung richtet sich nach den konstruktiv festgelegten Hebellängen der Backenanlenkpunkte, nach dem
Reibdurchmesser und der Belagbreite sowie dem Reibfaktor der Kupplungsreibkeläge.
Der Drehstab 12 bewirkt, daß die Servoverstärkung erst ab
einer definierten Mindestkraft am Lenkrad wirkt und dafl
beide Kupplungen unterhalb dieser Mindestkraft einwandfrei geliftet sind.
Die Kupplungstrommeln 7» 8 stützen sich über ein Rillenkugellager
20 gegeneinander ab und sind gemeinsam wie ein
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Körper über Schrägnadellager 21, 22 im geteilten Gehäuse
2j>, 24 gelagert. Der Raum, der die Lagerstellen und die
Verzahnungseingriffe enthält, ist darch das Gehäuse 2},
24 gegen die Umgebung einerseits und gegen die Reibbeläge 28 der Kupplungen andererseits abgedichtet. Dadurcn
kann in diesem Raum Schmiermittel eingefüllt werden, ohne daß die Reibbeläge 28 der Kupplungen da 'on benetzt werden.
Dies 1st notwendig, um einen V usreichend hohen Reibwert zu gewährleisten.
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Claims (9)
1) ^ervolenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer
von einem Lenkhandrad betätigten Antriebswelle und mit einer Abtriebswelle, wobei das Hllfsmoment durch
zwei jeweils nur in einer Drehrichtung eingreifende Reibungskupplungen, die von einer HiIfsantriebsquelle
aus über ein Getriebe stets in gleicher Drehrichtung angetrieben werden, erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, da Q die
Reibungskupplungen als Backenkupplungen mit Kupplungstrommeln [7t 8) ausgebildet sind, deren Kupplungsbacken (15 - 18) jeweils paarweise mit einem Ende an
einem der Antriebswelle zugeordneten Kupplungsträger (13) und mit dem anderen Ende an einem der Abtriebswelle zugeordneten Kupplungsträger (14) befestigt sind,
wobei die Kupplungsbecken (I5 - 18) so angeordnet sind,
daβ sich in Jeder Verdrehrichtung der beiden Kupplungsträger
(13» 14) gegeneinander Je «in Backenpaar spreizt,
während sich gleichzeitig das andere Rackenpaar von seiner Kupplungstrommel abhebt.
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ORIGINAL INSPECTED
2) Servolenkvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplungsträger (13, 14) Über einen Torsionsstab (12)
so verbunden sind, daß sich in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel der beiden Kupplungsträger (13t 14) gegeneinander
ein Riirkstellmoment ergibt.
3) Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungstrommeln (7, 8) von der Hilfsantriebswelle
über ein Schneckenrad (2) gemeinsam angetrieben und durch ein Kegelritzel (4) und zwei mit diesen zusammenwirkenden
Kegelrädern (5» 6) gegenläufig rotieren.
4) Servolenkvorrichtung nach Anspruch 3»
dadurch gekennzei chnet, daß zwischen Antriebswelle und Kegelritzel (4) ein Freilauf
(2) dergestalt angeordnet 1st, daß bei stehendem
Hilfsantrieb (1) das Kegelritzel (4) In der Antriebsdrehrichtung frei drehen kann.
5) Servolenkvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplungstrommeln (7« 8) mit höherer als der Im Betrieb
am Lenkrad (25) vorkommenden Drehgeschwindigkeit angetrieben sind.
6) Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß sich beide Kupplungstrommeln (7, 8) über ein zentrierendes
Wälz- oder Gleitlager (20) aufeinander abstützen.
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7) Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3* 4 , 5 oder ο,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplungsträger (13, 14) Abkröpfungen (26) aufweisen, die so ineinandergreifen, daß nach überschreiten eines
vorbestimmten Verdrehwinkels der Kupplungsträger gegeneinander,
eine feste Mitnahme des einen Kupplungsträgers durch den anderen erfolgt.
8) Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Jeweils
zwischen Kupplungsträger (13» 14) und Kupplungsbacke
(15 - 18) ein einstellbarer Verbindungsbolzen (19) mit einem exzentrisch zum Bolzenschaft (27) angeordneten
Bolzenkopf vorgesehen ist.
9) Servolenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antriebsquelle (1) entweder über einen Handschalter, einen Drehzahlmesser, über Lastschalter, Drehmomentmeßglieder
oder einen Tachogenerator oder,einer Kombination aus diesen schaltbar ist.
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