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SERVOLENKGETRIEBE FVR KRAFTFAHRZEUGE
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Die Erfindung betrifft ein Servolenkgetriebe für Kraftfahrzeuge,
das mit einem im Lenkgehäuse verschiebbar angeordneten Kolben, im Kolben aber mit
einer verdrehbar gelagerten, mit der Lenkspindel zusammenwirkenden Lenkmutter, schliesslich
mit einem Steuerventil samt Drehschieber versehen ist. Bei diesem Servolenkgetriebe
steht der Drehschieber mit der Lenkmutter in Zwangsverbindung, wä4d die Lenkmutter
und der Kolben über ein Federelement miteinander verbunden sind. Dieses Federelement
bringt den Drehschieber in die Mittelstellung des Steuerventils zurück.
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Solche Servolenkgetriebe sind zwar bekannt, bei denen jedoch die
Ausgestaltung und Anordnung des rUckeinstellenden Federelementes verschieden ist.
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Beks¢ll isl auch ein solciles Servolenkgetriebe, bei dem an der Lellkmutter
und im Arbeitskolben Anschlagnasen von gleicher Breite ausgebildet sind. Scineentsprechenden
Anschlagflächen fal]en bei Mittelstellung der Steuerung in eine Ebene; die Anschlagflächen
werden von je einer Feder belastet. Eine solche Vorrichtung ist z. 3. in der HU-PS
148 872 beschriebeii, Bei dieser Lösung sind die Fedelelemente in Bezug auf die
Lagerung der Lenkmutter axial in einem Abstand angeordnet. Auf diese Weise kommt
an der Lenkmutter bei Betätigung der Federelemente ein solches, sich aus dem Moment
ergebendes Gegengewichtskräftepaar zustande, das an der Lagerung der Lenkmutter
einen unerwünschten Mehrbetrag an Reibung verursacht. Ein weiterer Nachteil ist,
dass bei Verwendung von vorgespannten Federelementen und der Fortbewegung des Steuers
aus seiner Mittelstellung anfangs die Steuerempfindlichkeit schlechter, die Belastung
der Lenkmutter aber asymmetrisch wird.
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Um diesen Mangel zu beheben wurde schon eine solche Lösung vorgeschlagen,
bei welcher als Federelement eine Rohrfeder verwendet wurde, deren eines Ende an
der Lenkmutter, das andere Ende aber an dem Kolben angeschlossen, und - auf die
Lenkepindel bezogen-koaxial angeordnet ist. Bei dieser Anordnung hat das Federelement
zwei Aufgaben zu verrichten. Es hat einerseits die Verbindung zwischen Lenkmutter
und Kolben zwecks Kraft- und Bewegungsübertragung in axialer Richtung zu versehen,
andererseits bringt es die Verbindung zur Ubergabe
des Torsionsmomentes
im Bereich der Steuerbewegung zustande und arbeitet dementsprechend als Rückstell-Fedei'element.
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Bine solche Lösung ist in der ml-os 2 414 399 zu erkennen.
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Bei dieser Lösung muss das Federelement eine grote Axialkraft, nämlich
die ganze Kraft der Lenkmutter aber tragen. Ferner ist die Lenkmutter nicht im Kolben
gelagert, sodass alle jene Krafteinwirkungen, die bei anderen Lösungen von der Lagerung
der Lenkmutter aufgenommen werden, bei dieser Anordnung auch vom Federelement übernommen,
bzw. Ubertragen werden messen. In Anbetracht dessen, dass die oben erwähn ten Rohrfedern
grobe axiale Krafteinwirkungen zu übertragen haben, kann das nur mit einer gegen
Torsion steifen Rohrfeder verwirklicht werden. Dies hat jedoch wieder den Nachteil,
das die anfängliche Steuerempfindlichkeit den modernen Anforderun; gen nicht entspricht.
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Das Ziel der Erfindung ist die Behebung der erwähnten Nachteile.
Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Servolenkgetriebe
zu schaffen, welchem die mittels Ansprechempfindlichkeit wirksam verbessert wird,
wobei aber der Fahrer des Kraftwagens den Lenkwiderstand gut wahrnehmen kann.
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Die gestellte Aufgabe wurde gemäss der Erfindung bei dem eingangs
beschriebenen Servolenkgetriebe dadurch gelöst, dass das Federelement als rohrartige
Feder so ausgebildet ist, welche mit der Lenkmutter und dem Kolben in einer ausschliesslich
nur Torsionsmomente aufnehmenden Verbindung steht.
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Mit den obigen Massnahmen kann als Federelement eine Feder mit auf
Verdrehung weicher Charakteristik angewendet werden, wodurch dann alle daran gestellten
Anforderungen erfüllt sind.
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Es ist zweckmässig, wenn die rohrartige Feder der Teil eines Zylindermantels
ist. Sie kann z. 3. ein Rohr sein, dessen Mantel mit vorzugsweise in der Richtung
der Erzeugenden mit hergestellten Öffnungen bzw. Fenstern versehen ists doch kann
sie qispielsweise auch ein in Richtung der Erzeuw genden aufgeschlitztes Rohr sein.
Durch diese Ausgestaltung kann nämlich die rohrartige Feder als ein einziges Stück
ausgestaltet werden, wodurch sei Herstellung überaus einfach wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zweckmässig, wenn
die rohrartige Feder aus zwischen zwei Anschlussringen eingespannten Stäben besteht.
In diesen Falle können nämlich die Stäbe noch einfacher dimensioniert werden.
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Die Erfindung soll nun eingehender an Hand der beigefügten Zeichnung
erläutert werden. In dieser ist: Fig. 1: Servolenkgetriebe gemäss der Erfindung
als Ausführungsbeispiel Längsschnitt; Fig. 2: Erstes Ausführungsbeispiel des Federelementes
längeschnitt; Fig. 3: Querschnitt des Federelementes in Fig. 2; Fig. 4: Zweites
Ausführungsbeispiel des Federelementes Längsschnitt; Fig. 5t Querschnitt des Federelementes
in Fig. 4,
entlang der Linie V-V; Fig. 6: Drittes Ausführungsbeispiel
des Federelementes; Längsschnitt; Fig. 7: Querschnitt des Federelementes in Fig.
6, entlang der Linie, VII-VRI.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist in einer Bohrung 12 eines Lenkgehäuses
10 ein Kolben 14 verschibbar angeordnet.
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Die Bohrung 12 des Lenkgehäuses 10 ist oben mit einem Deckel 16, unten
mit einem Deckel 18 verschlossen. Zwischen dem Kolben 14 und dem oberen Deckel 16
ist ein oberer Arbeitsraum 20, zwischen dem Kolben 14 und dem unteren Deckel 18
aber ein unterer Arbeitsraum 22 ausgebildet. In dem oberen Deckel 16 ist in an sich
bekannter Weise eine Lenkspindel 24 gelagert.
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Die Lenkspindel 24 arbeitet mit einer Lenkmutter 26 im vorliegenden
Fall durch ein an sich bekanntes Kugelgewinde 28 zusatz men.
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Bei der als Ausführungsbeispiel dargestellten Form ist im Bereich
des oberen Endes des Kolbens 14 die Lenkmutter 26 in einem, sowohl axiale wie radiale
Belastungen aufnehmenden Lager 30 verdrehbar gelagert. Das Lager 30 wird im Kolben
14 von einem Gewindering 32 festgehalten. Die Verdrehbarkeit der Lenkmutter 26 um
ihre Achse ist in bekannter Weise nach beiden Richtungen hin begrenzt. In dem unteren
Bereich des golbens 14 ist ein an sich bekanntes Steuerventil 34 vorgesehen.
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Dieses besitzt einen Drehschieber 36, der in einer Steuerhülse 38
des Steuerventils 34 koaxial und verdrehbar eingebaut, und mit der Lenkunitter 26
in Zwangsverbindung ist. Diese Zwangsver-
bindung wird im vorliegenden
Fall durch ein rohrförmiges Bewegungselement 40 gesichert, dessen Aufgabe besteht
darin, die Drehbewegung der Lenkmutter 26 spielfrei dem Drehschieber 36 mitzuteilen.
Die Aussenmantelfläche der Steuerhülse 38 ist mit einem Spielraum in eine Bohrung
52 des Kolbens 14 eingepasst und darin mit Dichtungsringen 54 und 56 abgedichtet,
während sie in ihrer Stellung durch einem Gewindering 66 festgehalten wird.
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An der Aussenmantelfläche des Kolbens 14 ist in bekannter Weise eine
Zahnstange 42 vorgesehen, in die ein Zahnsegment 46 einer Lenkwelle 44 eingreift.
Der Zahnsegment 46 der Lenkwelle 44 sichert zugleich auch den Kolben 14 gegen Verdrehung.
Ferner ist der Kolben 14 mit einem oberen und einem unteren Dichtungsring 48 bzw.
50 versehen.
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Die Lenkspindel 24 ist in an sich bekannter Weise mit einer Innenbohrung
58 versehen, die mit einer an dem Deckel 16 hergestellten Einströmungsöffnung 60
in Verbindung steht.
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In die Bohrung 58 reicht das obere Ende eines Gleitrohres 62 hinein,
welches in der Lenkspindel 24 verschiebbar angeordnet, und mit einem Dichtungsring
64 abgedichtet ist. Das untere Ende des Gleitrohres 62 reicht in eine Innenbohrung
68 des Drehschiebers 36 hinein.
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Der Kolben 14 und die Lenkmutter 26 sind über ein an sich bekanntes
Federelement 76 miteinander verbunden, Welches in unbelastetem Zustand über die
Lenkmutter 26 den mit ihr Zwangsverbindung stehenden Drehschieber 36 in die Mittelstellung
des Steuerventils 34 wieder einstellt. Erfindungegemäss
ist dun
Federelement als eine ausschliesslich auf Tersich belautete rohrartige Feder ausgebildet,
deren Einzelheiten in den Abbildungen Fig. 2-7 gut zu nehen sind. In Fig. 2 und
Fig. 3 Ist dan erste Ausführungsbeispiel der rohrartigen Feder 76 gemi@@ der Erfindung
sehen. Um eine entsprechens welche Torsions-Federkonstante und einen entsprechenden
Torsions-Arbeitubereich zu erriechen, ist diese im vorliegenden Fall als düenwandiges
Rohr 78 aus Federstahl gefertigt und um Muntel mit Öffnungen verschen. Die Öffnungen
sind hier als Fenster 80 in der Erzeugerrichtung ausgebildet. Die dazwischen verbliebenen
Mantelflächenteile korken mit im {eser als an beiden Enden einsgespannte und auf
Biegung beanspruchte Stäbe 82 behandelt bzw. dimensioniert werden. In Fig. 2 ist
am oberen Ende das Rohr 78 mit einer Nut 84 versehen, in welche eine in der Zeichnung
nicht dargestellte Bewegungsklaue der Lenkmutter 26 eingreift. Der untere Teil der
Torsionsfeder 76 steht mit dem Kolben 14 in einer ausschliesslich das Drehmoment
übertragenden Verbindung. Im vorliegenden Fall wurde diese verbindung in der Weise
gelöst, dass der untere Mantelteil 86 des Rohres 76 im Sitz 88 des Kolbens 14 eng
eingepasst ist. Erfindungsgemäss ist demnach die rohrartige Feder 76 in keiner Weise
einer axialen Krafteinwirkung ausgesetzt. Zwischen der rohrartigen Feder 76 und
der Lenkmutter 26 befintet sich im vorliegenden Fall ein Spalt von 0,8 mm.
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In Fig. 4 und Fig. 5 wurde eine solche rohrartige Feder 76 dargestellt,
die gleichfalls aus einem dünnwandigen Federstahlrohr 78 ausgestaltet werden kann.Dieses
ist mit einen
durchlaufenden Schlitzen 90 in der Erzeugerrichtung
versehen.
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Bei dieser Lösung erfolgt die Verbindung mit der Lenkmutter 26 gleichfalls
über die Nut 84. Die Feder ist aber in ihrem unteren Teil mit beiden gegenüberliegenden
Bohrungen 92 versehen, in welche die nicht dargestellten Zapfen des Kolbens eingreifen.
Diese Ausführungsform kann aus Federstahlblech durch Biegung gefertigt werden.
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Die in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellte rohrartige Feder 76 stimmt
hinsichtlich des Anschlusses an die Lenkmutter 26 und den Kolben 14 mit der Lösung
nach Fig. 2 und Fig. 3 überein. Eine Abweichung von diesen Lösungen besteht nur
insofern, als das Federelement hier nicht als ein Stück ausgebildet ist. In der
beispielsweise dargestellten Ausführungsform hat hier die Torsionsfeder 76 oben
und unten Anschlussringe 94 bzw. 96. In diesen sind die Enden der elastischen Stäbe
steif eingespannt. Die elastischen Stäbe 98 sind im vorliegenden Fall aus Federstahl
mit 3 mm Kreisquerschnitt gefertigt. Hierbei ist die Nut 84 im oberen Ring 94, der
Mantelteil 86 aber als Aussenmantelfläche des unteren Ringes 96 ausgestaltet.
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Durch den oberen Dichtungsring 48 des Kolbens 14 und den unteren
Dichtungsring 50 wird der Raum 100 zum oberen Arbeitsraum 20, bzw. zum unteren Arbeitsraum
22 hin abgedichtet /Fig, 1/. Der Raum 100 ist über eine im Lenkgehäuse 10 vorgesehene
Ausströmöffnung 102 an den nicht dargestellten Druckmedium-Behälter angeschlossen,
während die Einströmöffnung 60 mit einer nicht dargestellten Druckleitung der Druckmedium-Pumpe
verbunden ist. Als Durckmedium wurde im vorliegenden
Fall öl verwendet,
dessen Strömungsrichtung mit dem Pfeil 104 bezeichnet ist.
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Das Steuerventil 34 hat ein, in an sich bekannter Weise ausgebildetes
Kanalsystem, das in der Mittelstellung des Steuerventils 34 dem öl freien Durchfluss
in die Räume 20,22 bzw. 100 gestattet. Bei Verdrehung des Drehschiebers 36 aber
leitet das Kanalsystem das Drucköl in die Arbeitsräume 20, bzw. 22 wodurch in an
sich bekannter Weise der Kolben 14 mit Hilfe des öldruckes aufwärts, bzw. abwärts
bewegt wird. Mit Rücksicht darauf, dass die Steuerung nicht direkt der Gegenstand
der Erfindung ist, wird hier darauf nicht näher eingegangen.
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Die in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestelltes Servolenkgetriebe
gemäss der Erfindung arbeitet, wie folgt: Über die Binströmöffnung 60, die Innenbohrung
58 der Lenkspindel 24 und das Gleitrohr 62 wird das Drucköl zum der Lenkepindel
24 und das Gleitrohr 62 wird das Drucköl zum Drehechieber 36 geleitet. Bei der Mittelstellung
des Steuerventile 34 aber kann das Drucköl über die Kanäle und Steuerschlitze frei
in den Druckmedium-Behälter zurückfliessen, d.h. die Stellung des Kolbens 14 bleibt
unverindert, Beim Lenken aber, wenn über die Lenkspindel 24 auf die Lemkmutter 26
ein Moment einwirkt, wird je nach der Grösse des Momenten die Lenkmutter 26 gegenüber
dem Kolben 14 relativ verdreht, während dessen die rohrartige Feder 76 vorgespannt
wird. Zusammen mit der Lenkmutter 26 verdreht sich auch der Drehechieber 36 des
Steuerventils 34 in Anbetracht dessen dass diese in Zwangsverbindung
stehen.
Das Ausmass bzw. die Beschleunigung bis zum Anschlag der Steuermutter 26 ist im
Wesen von der Federkonstante der rohrartigen Feder 76 abhängig. Dieselbe Federkonstante
bestimmt auch beim Aufhören des Lenkmomentes die Neigure zu Ritekeinstellung. Bei
dem Verdrehen des Drehschiebers 36 in der einen Richtung leitet das Steuerventil
34 das Drucköl in den oberen Arbeitsraum 20; bei einem Lenkmoment in entgegesetzte
Richtung aber in den Arbeitsraum 22. In letzterem Falle gelangt natürlich das im
Arbeitsraum 20 befindliche Öl frei in den Raum 100, von wo es dann in der oben beschriebenen
Weise wieder in den Druckmedium-Behälter zurückfliesst.
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Unter rohrartiger Feder sind hier alle jene Federelemente zu verstehen,
die eine Zylindermanter-Kontur besitzen.
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Bei den Versuchen, die mit der erfindungsgemässen Lösung in der als
Ausführungsbeispiel dargestellten Form durchgeführt wurden, machten wir die Erfahrung,
dass bei einer Winkelverdrehung von 1-2° der Lenkspindel in dem betreffenden Arbeitsraum
eine Druckzunahme von 0,1 at gemessen werden konnte, ohne dass der Kolben axial
verschoben worden wäre. Eine Fortbewegung des Kolbens erfolgte nur bei einer Druckzunahme
über 0,2 at. Im Hinblick darauf, dass die Druckzunahme in dem betreffenden Arbeitsraum
progressiv verläuft und proportional dem äusseren Widerstæld ists ist es uns somit
gelungen, mit einer Feder von entsprechend weicher Charakteristik diese progressive
Kurve gut anzunähern. Durch das Verdrehen der Lenkspindel tritt demnach die Steuervorrichtung
leicht in Tä-
tigkeit, wodurch die Ansprechempfindlichkeit wesentlich
verbessert, und der Lenkwiderstand dem Fahrer des Kraftwagens gut fühlbar wurde.