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Servolenkung für ein Fahrzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Servolenkung mit
einem im Inneren des Kraftkolbens angeordneten Servosteuerventil für das Fahrzeug
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei einer Servolenkung, bei der ein Drehsteuerventil einem Ende des
Kraftzylinders benachbart angeordnet ist, ist nicht nur zu bemerken, daß diese nur
schwierig im Auto anbringbar
ist, sondern auch festzustellen, daß
beim Drehen des Lenkrades nach links bzw. rechts eine feine Abweichung der Wirkcharakteristiken
aufgrund eines Druckabfalls im hydraulischen Kreislauf insbesondere zwischen der
Servosteuerventilkammer und der daneben liegenden Zylinderflüssigkeitskammer oder
aufgrund einer Volumenänderung wegen einer Verformung der Trennwand auftritt, da
die Länge der Vorrichtung auf der Lenksäulenseite von der Mitte zu der mit der Zahnstange
des Kolbens in Eingriff kommenden Leistungszahnradwelle groß ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kraft-Servolenkung
zu schaffen, bei der durch die Anordnung des Servo-Steuerventils im Innern des Kolbens
die Länge der ganzen Vorrichtung, insbesondere auf der Seite ihrer Lenkwellensäule,
von der Mitte der Leistungszahnradwelle ab möglichst klein ist und die eine in bezug
auf beide Drehrichtungen der Lenksäule gleichmäßige Hydraulik-Wir}charakteristik
aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen beschriebene Erfindung
gelöst; Bei der erfindungsgemäßen Kraft-Servolenkung ist die sonst übliche elastische
Welle zur Ermöglichung von Drehdifferenzen der Ventilelemente zueinander nicht erforderlich,
da jeweils das eine Ventilelement an der Mutter, die an der Lenksäule angeschraubt
ist, und das andere Ventilelement am zylindrischen Teil des Kolbens angeformt sind,
wobei die Drehdifferenzen der beiden Ventilelemente durch den Tauchkolben beschränkt
werden, der beim Erzeugen. des Drucks in der Flüssigkeitskammer des Kraftzylinders
die Lenk-Gegenkraft erzeugt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 die erfindungsgemäße Servolenkung im Längsschnitt,
Fig. 2 den mit der Mutter in Eingriff stehenden Kolben der Servolenkung im Querschnitt,
Fig. 3 das Steuerventil im Querschnitt, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Tauchkolbens, der die Drehungsdifferenz der Mutter beschränkt, im Querschnitt,
und Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuerventils im Längs schnitt.
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Im Kraftzylinder 13 ist der Kolben 16 verschieblich geführt.
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Am öffnungsende des Kraftzylinders ist die Endplatte 11 mit dem Dichtring
12 eingesetzt. Die Endplatte 11 ist durch eine Gegenmutter 29 in ihrer Schließlage
festgeklemmt. Durch den Kolben 16 werden die Fliissigkeitskammern 47 und 26 abgeteilt.
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Ferner wird er durch die Lenksäule 49 durchsetzt, deren inneres Ende
über das Axiallager 30 und das Rollenlager 31 an der Endplatte 11 und deren äußeres
Ende über ein Lager 23 in der Verschlußendplatte 22 gelagert sind. Diese Lagerstelle
ist durch die Dichtringe 39, 25 und 24 abgedichtet und von der Flüssigkeitsdruckquelle
aus über die Gänge 20 und 21 geschmiert. Der Schubteil des Kolbens 16 am Zylinder
13 ist durch den Dichtring 14 wasserdicht gemacht. Mit der Zahnstange 27 in der
nach Fig. 1 rechten Halftc des Kolbens 16 kommt die Welle 28 des Leistungsrades
in Eingriff. Der Kolben 16 weist im Bereich seiner in der Fig. 1 linken Hälfte einen
zylindrischen Teil 56 mit größerem Durchmesser und im Bereich seiner rechten Hälfte
einen zylindrischen Teil 54 mit kleinerem
Durchmesser auf, wobei
auf den zylindrischen Teil 54 eine Mutter 45 drehbar aufgesetzt ist. Die Mutter
45 hat an ihrem linken Ende einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser
des zylindrischen Teils 56 und liegt mit dem mittleren Stufenteil an dem Stufenteil
zwischen den zylindrischen Teilen 56 und 54 des Kolbens 16 über ein Axiallager 43
an, während am linken Ende der Mutter 45 über ein Axiallager 46 die Verschlußplatte
33 in Anlage gehalten ist, die in den zylindrischen Teil 56 eingeschraubt und mittels
der Stellmutter 32 festgeklemst ist, so daß die Mutter 45 gegenüber dem Kolben 16
in axialer Richtung nicht beweglich, sondern nur drehbar ist. In der linken Hälfte
der Mutter 45 ist eine Gewindenut für die Führung der Kugeln 44 eingeformt, in die
über die Kugeln 44 die Lenksäule 49 eingesetzt wird.
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Im Außenumfang der Mutter 45 ist die Nut 55 vorgesehen, in die ein
Vorsprung 34 eingreift und die mittels eines Bolzens 15 an der Mutter 45 befestigt
ist. Das vordere Ende des Vorsprungs 34 ragt von der Stufe des Kolbens 16 ab in
das Innere des Zylinders 35 hinein, der senkrecht zur Kolbenachse verläuft. In den
Zylinder 35 ist ein Tauchkolben 61 eingesetzt, der in der Mitte die Bohrung für
den Eingriff des Vorsprungs 34 aufweist, wobei durch je eine Feder 66 an den beiden
Enden des Tauchkolbens das Ventilelement der Mutter 45 in der neutralen Stelle gehalten
ist. Das äußere Ende jeder Feder 66 ist durch den durch den Zylinder 35 hindurchgreifenden
Federsitz 62 gehalten, der von einem Klammerring 63 getragen wird.
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Die beiden Enden des Zylinders 35 sind über die Gänge 64 und 68 mit
der Nut 50 im Umfang des Kolbens 16 und über die Zurückführungsöffnung 57 für die
Flüssigkeit in der Umfangswand des Zylinders 13 an den nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter
verbunden.
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In der Umfangswand des Zylinders 13 ist die Flüssigkeitsöffnung 18
derart angeordnet, daß sie stets mit der langen, in Längsrichtung verlaufenden Nut
17 im Außenumfang des Kolbens 16 in Verbindung steht. Die Nut 17 steht über den
radialen Gang 6 am Kolben 16 mit der in dem Innenumfang des Zylinders 54 vorgesehenen
Ringnut 5 und der Gang 48 mit der zwischen dem inneren Ende des Zylinders 54 und
der Mutter 45 vorgesehenen Ringkammer 37 in durchgehender Verbindung. In dieser
Weise werden durch den zylindrischen Teil 54 des Kolbens 16 und die über den Dämpferring
42 in den zylindrischen Teil 54 eingesetzte Mutter 45 die Gänge für die Speisung
mit der Flüssigkeit und die Zurückführung derselben gegenüber dem Steuerventil ausgebildet.
Auf die Lenksäule 49 ist eine Hülse 36 drehbar aufgesetzt, die an dem Kolben 16
über den Dichtring 40 und an der Mutter 45 über den Dichtring 41 in Anlage steht.
Zwischen den Dichtringen 41 und 40 ist die Wellenbohrung der Mutter 45 größer als
die Hülse 36, wodurch der den radialen Gang 8 der Mutter mit der Kammer 37 verbindende
Gang 53 gebildet ist.
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Wie ausFig. 3 zu erkennen ist, sind in der inneren Umfangsfläche des
zylindrischen Teils 54 in gleichem Abstand drei jeweils in axialer Richtung verlaufende
Ventilnuten 3 und 4 eingeschnitten, wobei die Ventilnut 3 über den radialen Gang
und den axialen Gang 2 zur Zylinderflüssigkeitskammer 26 führt. Andererseits sind
im äußeren Umfang der Mutter 45 die ebenfalls in axialer Richtung verlaufenden Ventilnuten
7 und 9 eingeformt, die in der neutralen Stellung mit den beiden ventiiIluten 3
Ulld 4 in verbindilng stehen. Die Ventllnut 7 führt, wie bereits erwähnt, zum Gang
8, während die Ventilnut 9 zu der Ringnut 5 führt. Die Mutter 45 ist ferner mit
einem radialen Gang 10 versehen, der sich stets gegenüber der Nut 4 öffnet und dessen
anderes Ende in der Gewindenut mündet,
in der die Mutter 45 auf
die Lenksäule 49 über die Kugeln aufgeschraubt ist. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich
ist, steht der zu der Zylinder-Flüssigkeitskammer 26 führende Gang 2 mit dem Gang
51 und mit der einen Kammer im Zylinder 35 in dauernder Verbindung, während die
andere Kammer über den Gang 59 und den zylindrischen Teil 56 des Kolbens 16 mit
der Zylinder-Flüssigkeitskammer 47 verbunden ist.
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Die Wirkungsweise der oben angegebenen Servolenkung ist wie folgt:
In der neutralen Stellung des Steuerventils nach Fig. 3 (bei Geradausfahrt des Wagens)
ist jede der Ventilnuten 3 und 4 sowohl mit-der mit der Wasserdruckquelle in Verbindung
stehenden Ventilnut 9 als auch mit der mit dem Flüssigkeitsbehälter in dauernder
Verbindung-stehenden Ventilnut 7 in Verbindung, so daß der auf die beiden Enden
des Kolbens 16 wirkende Druck der Flüssigkeitskammer 47 und 26 klein und ausgeglichen
ist.
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Bei einem Drehen des Lenkrads und damit der Lenksäule 49 kann die
an dieselbe angeschraubte Mutter 45 die auf den Kolben 16 gegebene Gegenkraft aus
dem Lenkvorgang nicht überwinden und deshalb, nicht in axialer Richtung bewegt werden,
so daß sie sich zusammen mit der Lenksäule 49 dreht. Dadurch wird durch den von
der Mutter 45 getragenen Vorsprung 34 der Tauchkolben 61 entgegen der Kraft der
rechten Feder 66 in Fig. 2 nach rechts bewegt und die Mutter 45 etwas im Uhrzeigersinn
gedreht.
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Wie in Fig. 3 dargestellt ist, tritt die Druckflüssigkeit aus der
Speisungsöffnung 18 für die Flüssigkeit in die Nut 17, den Gang 6, die Ringnut 5,
die Ventilnuten 9, 4,den Gang 10 und aus demsiRen durch die Kugel-Gewindenut in
die Zylinder-Flüssigkeitskammer ein und schiebt den Kolben 16 nach rechts. Die Flüssigkeit
aus der Kammer 26 fließt durch den Gang 2, die Ventilnuten 3 und 7, die Gänge 8
und 53, die Kammer 37, den Gang 48,
die Nut 50 und die Öffnung
57 für den Rückfluß in den Flüssigkeitsbehälter zurück. Ausschließlich durch die
kleine Drehkraft auf die Lenksäule 49 wird also der Kolben 16 durch den Flüssigkeitsdruck
nach rechts verschoben, wodurch die mit der Zahnstange 27 in Eingriff stehende Zahnrad-Leistungswelle
28 angetrieben und über den bekannten Lenkschubstangenarm die Kraft erzeugt wird,
durch die das Lenkrad bewegt wird. Wird das Drehen der Lenksäule 49 beendet, wird
die Mutter 45 mit der nachfolgenden Bewegung des Kolbens 16 in die neutrale Lage
zurückgeführt, so daß die Zufuhr der Druckflüssigkeit zu der Flüssigkeitskammer
unterbrochen wird.
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Bei dem Lenkbetrieb schmiert die in-die Kuoel-Gewindenut eingeführte
Druckflüssigkeit das Lager 46 und fließt in den Zylinderteil 56 und durch den Gang
59 ins Innere des Zylinders 35, so daß der Tauchkolben 61 gemäß Fig. 2 nach links
verschoben wird. Die auf den Tauchkolben 61 wirkende Kraft wirkt über den Vorsprung
34 als Gegenkraft gegen die Drehung der Mutter 45, wodurch die zu der Stromfläche
der Ventilnuten 9 und 4 im Verhältnis stehende Lenkungsgegenkraft infolge der Drehverschiebung
der Mutter 45 auf die Lenksäule übertragen wird. Wenn das Steuerrad nach links gedreht
wird, geschieht dasselbe. Nur die Wirkungsrichtung ist dabei umgekehrt.
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Wie aus dieser Beschreibung entnommen werden kann, bildet die rechte
Hälfte der Mutter 45 von dem Dämpfungsring ab das Element des Steuerventils, das
zur Beendigung der Oszillation der Mutter 45 und des sich daraus ergebenden Geräusches
der Strömung der Arbeitsflüssigkeit dient. Wenn keine Oszillation eintritt, muß
dieses nicht vorgesehen werden. Der Innenraum des Ventils und die Flüssigkeitskammer
26 sind gegeneinander durch die Ringe 38 und 40 abgedichtet. Der Gang, der durch
die in der Mutter 45 vorgesehene Kugel-Gewindenut gebildet ist und im
Innenraum
des Ventils mit der Flüssigkeitskammer 47 in dauernder Verbindung steht und der
letztlich zum Flüssigkeitsbehälter führende Gang 53 sind durch den Ring 41 abgedichtet.
Die Hülse 36 führt die Lenksäule 49 bei ihrer Drehung und den Kolben bei seiner
axialen Bewegung und greift in die Gewindenut für die Kugeln ein, wenn sich der
Kolben am weitesten nach links bewegt hat, um eine Beschädigung des Dichtringes
41 zu vermeiden. Die Feder 66 dient zur Rückführung der Mutter 45 in die neutrale
Stellung. Die Federbelastung kann dadurch reguliert werden, daß der Gewindezapfen
67 mit dem Dichtring 69 in Anlage mit einem Ende des Zylinders 35 gebracht und durch
eine Sicherungsmutter 68 fixiert wird, wie in Fig. 4 dargestellt. Bei Verminderung
der Belastung der Feder arbeitet: das Steuerventil genau und es wird eine empfindliche
Lenkcharakteristik erreicht.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das Ventilelement 70 getrennt
von der Mutter 45 ausgebildet, wobei diese Bauteile mittels eines axialen Zapfen-s
73 miteinander verbunden sind. Das Ventilelement 70 stützt sich am rechten Ende
über die Endplatte 71 ab, die über das Axiallager 72 an dem zylindrischen Teil 54
des Kolbens 16 liegt, so daß die Mutter 45 und das Ventilelement 70 miteinander
zu einer Funktionseinheit verbunden und gegenüber dem Kolben 16 nicht axial verschieblich,
sondern nur drehbar sind. über das Spiel des Axiallagers 72 ist der Gang 53 mit
dem Gang 48 verbunden.
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Bei der Servolenkung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
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1 bis 3 ist am zylindrischen Teil des Kolbens ein Ventilelement vorgesehen,
während das andere Ventilelement an dem in den zylIndrischen Teil der Mutter einzusetzenden
Teil einstückig mit demselben ausgebildet ist, so daß gegenüber der üblichen Ausführung,
bei der das Drehsteuerventil außerhalb und neben
der Flüssigkeitskammer
des Zylinders angeordnet ist, Dichtungen und Dichtungsnuten zur Abdichtung der Speise-
und Rückführöffnung für die Flüssigkeit und zwischen den Ventilnuten sowie Zapfen
und Zapfenbohrung zum Verbinden der Muttern mit dem Ventilelement nicht nötig sind.
Die Zahl der notwendigen Teile, Lager und der Herstellungsvorgänge ist reduziert,
so daß die Exzentrizitätsgröße zwischen den Ventilnuten, der Winkel- urid Montagefehler
vermindert sind.
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Gegenüber den bekannten Vorrichtungen ist bei der Erfindung bezüglich
der Ventilnuten an Material gespart. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis
3 besteht gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 der auf die Fläche des linken
Endes des Ventilelements 70 wirkende Flüssigkeitsdruck nicht, so daß beim Drehen
des Lenkrades nach rechts die Hysteresis des Ventils klein und die Rückführung des
Lenkrades günstig ist und eine sichere und ausgeglichene Links- und Rechtslenkcharakteristik
erreicht wird.
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Die erfindungsgemäße Servolenkung hat gegenüber der bekannten Ausführung
die folgenden wesentlichen Vorteile. Der Dichtungswiderstand hat auf die Charakteristik
des Flüssigkeitsdrucks keine ungünstige Wirkung, so daß sich eine gleichmäßige und
ausgezeichnete Wirkcharakteristik ergibt. Da jedes Ventilelement mit dem Kolben
und der Mutter einstückig ausgebildet ist, ist die Festigkeit der Vorrichtung groß,
verformen sich diese Elemente nicht und ist der innere Spaltverlust des Flüssigkeitsdrucks
klein.
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Da bei deL erfindugsgemäßen Servolenkung Drehdlfferenzen der Steuerventile
durch den Tauchkolben vermieden sind, ist gegenüber der üblichen Ausführung mit
einer elastischen Welle der Einfluß infolge der Veränderung des Volumens der Arbeitsflüssigkeit
und der Temperatur klein, so daß ein sichere und
eine dem auf den
Kraftzylinder wirkenden Flüssigkeitsdruck proportionale Gegenkraft auf die Lenksäule
übertragen wird.
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Durch die Regelung der Belastung der in der Flüssigkeitskammer des
Tauchkolbens vorgesehenen Rückstellfeder in die neutrale Stellung ergibt sich eine
gute Charakteristik des Steuerventils.
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