DE2746919A1

DE2746919A1 - Servolenkvorrichtung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2746919A1
Application number: DE19772746919
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Breitweg; Horst Dipl Ing Deininger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1979-04-26
Also published as: FR2406557B3; FR2406557A1; BR7806876A; SE429949B; GB2006701A; SE7810679L; US4241804A; JPS54102727A; GB2006701B

Description

11. ^ktob^r 1977 Akte: ZF 521

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft

7990 Friedrichshafen

Servo]enkvorrichtung für Kraftfahrzenge

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.

Auf diese Welse erspart man sich eine Lagerung.

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),

Fig. 5 Schnitt V-V nach Fig. 4.

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

27A6919 11. Oktober 1977 Akte: ZF 521 Anmelder: Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft Friedrichshafen Pa tentansprUche

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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