DE2945809C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnstangenhilfskraft­ lenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zahnstangenhilfskraftlenkungen dieser Art sind in der GB-PS 14 69 185 beschrieben und dargestellt. Wesent­ liches Merkmal der bekannten Ausgestaltung ist der drehbar gelagerte Pendelkäfig, in dem die mit einer Zahnstange kämmende Ritzelwelle drehbar gelagert ist. Bei einem Lenkvorgang, d. h. bei der Ausübung eines Drehmomentes auf die Ritzelwelle wird der Pendelkäfig mit einem aus der Abstützung des Ritzels der Ritzelwelle an der Zahnstange resultierenden Reaktionsmoment beauf­ schlagt, das den Pendelkäfig zur betreffenden Seite hin geringfügig verdreht. Diese Drehbewegung wird zur entsprechenden Verstellung des mit dem Pendelkäfig antriebsmäßig verbundenen Lenkventils ausgenutzt. Bei der bekannten Ausgestaltung befinden sich - längs der Ritzelwellenachse gesehen - die Pendelkäfigachse, die Ritzelwellenachse, der Eingriffspunkt zwischen Zahnstange und Ritzel sowie die Stelle der Wirkverbindung zwischen dem Pendelkäfig und dem Lenkventil hintereinander auf einer diagonalen Linie. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß der Abstand zwischen der Ritzelwellenachse und der Pendelkäfigachse nicht kleiner als der Radius der Ritzelwelle sein kann. Folglich ist ein verhältnismäßig großer Abstand zwischen der Pendelkäfigachse und der Stelle der Wirkverbindung zwischen dem Pendelkäfig und dem Lenkventil erforderlich, um eine ausreichend große Kraft zur Betätigung des Lenkventils zu erhalten. Es ergibt sich bei der bekannten Ausgestaltung deshalb eine große Bauweise, woraus nicht nur ein erhöhter Materialverbrauch resultiert, sondern auch eine erschwerte Integration der Zahnstangenhilfskraftlenkung in das Fahrzeug. Außerdem führt eine große Bauweise auch zu vergrößerten Dichtflächen für die Zahnstangenhilfskraft­ lenkung, woraus sich aufgrund größerer Reibungskräfte größere Beaufschlagungskräfte für die Zahnstangenhilfs­ kraftlenkung ergeben, was gerade vermieden werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangen­ hilfskraftlenkung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß bei Gewährleistung einer leichtgängigen Funktion eine kleine Baugröße erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt die Pendel­ käfigachse zwischen der Ritzelwellenachse und dem Ein­ griffspunkt zwischen Zahnstange und Ritzel. Das heißt, der Abstand zwischen der Pendelkäfigachse und der Ritzelwellen­ achse ist geringer als der Radius des Ritzels und ent­ spricht einem Bruchteil des betreffenden Abstandes bei der bekannten Ausgestaltung. Schon hierdurch läßt sich die Baugröße der Zahnstangenhilfskraftlenkung erheblich reduzieren. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund des geringen Abstandes zwischen der Pendelkäfigachse und der Ritzelwellenachse unter Berücksichtigung eines hinsichtlich funktionellen Gesichtspunkten erforderlichen Hebelverhältnisses ein geringer Wirkabstand der Angriffs­ stelle des Lenkventils am Pendelkäfig von der Pendelkäfig­ achse. Auch hierdurch läßt sich die Baugröße wesentlich verringern und ein günstiges Hebelverhältnis zur Übertra­ gung der Kraft zur Beaufschlagung des Lenkventils er­ reichen.

Die im Anspruch 2 enthaltenen Merkmale tragen ebenfalls dazu bei, die Baugröße zu verringern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Zahnstangenhilfskraftlenkung in der Vorderansicht, wobei wesentliche Abschnitte vertikal geschnitten dar­ gestellt sind;

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1;

Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 1.

Das Bezugszeichen 1 zeigt ein Getriebegehäuse, das am Chassis des (nicht gezeigten) zugeordneten Fahrzeugs befestigt ist. Mit 2 ist eine Zahnstange bezeichnet, die mit Gelenkarmen der (nicht gezeigten) lenkbaren Räder des Fahrzeugs verbunden ist und sich gleitend durch das Getriebegehäuse 1 hindurch er­ streckt. Ein Ritzel 3 a einer mit dem (nicht gezeigten) Lenkrad verbundenen Ritzelwelle 3 steht im Eingriff mit einer Zahnung 2 a der Zahnstange 2.

Die Ritzelwelle 3 ist durch ein Paar vertikal angeordneter Lager 5, 5′ drehbar in einem Pendelkäfig 4 gelagert, und der Pendelkäfig 4 ist seinerseits durch ein Paar vertikal ange­ ordneter Lager 6, 6′ in dem Getriebegehäuse 1 drehbar gela­ gert. Die Ritzelwelle 3 und der Pendelkäfig 4 haben gegen­ einander versetzte Drehachsen. Beim gezeigten Ausführungs­ beispiel ist die Pendelkäfigachse 0 ₄ gegen die Ritzelwellen­ achse 0 ₃ um ε zu der Zahnstange 2 hin versetzt.

Der Pendelkäfig 4 ist auf einer Seite mit einem Fenster 7 ver­ sehen, um eine Störung zwischen dem Pendelkäfig 4 und der Zah­ nung 2 a zu vermeiden, die mit dem Ritzel 3 a durch das Fenster 7 hindurch in Eingriff kommt. Der Pendelkäfig 4 weist an seinem oberen Ende eine Betätigungsstange 8 zur Betätigung eines Lenk­ ventils 9 auf, die einteilig mit ihm ausgebildet ist und gegen die Pendelkäfigachse 0 ₄ um den Abstand l (Fig. 3) versetzt ist, welcher größer ist als der Betrag der Versetzung ε.

Das Lenkventil 9 kann ein üblicher Typ sein, wenn es ein 4-Wege-Umschaltventil ist. In diesem Beispiel ist das Lenkven­ til 9 ein solcher Typ, bei welchem ein Ventilschieber 12 glei­ tend in einer im Ventilgehäuse 10 augebildeten Ventilbohrung 11 angeordnet ist. Der Ventilschieber 12 hat an einem Ende einen länglichen Schlitz 13, der sich durch ihn hindurch er­ streckt und in Radialrichtung des Pendelkäfigs 4 länglich ist. Das freie Ende der Betätigungsstange 8 wird im Schlitz 13 so aufgenommen, daß die Drehbewegung des Pendelkäfigs 4 um seine Pendelkäfigachse 0 ₄ den Ventilschieber 12 veranlaßt, sich nach rechts bzw. links zu verschieben.

Der Ventilschieber 12 hat drei ringförmige Rillen 14, 15 und 16, die in seine äußere Mantelfläche eingeschnitten sind, und von denen die mittlere Rille 15 mit einer hydraulischen Druck­ quelle 18 wie beispielsweise einer hydraulischen Pumpe ver­ bunden ist über eine Öl-Zuführungsleitung 17, die in der Ven­ tilbohrung 11 mündet, während die anderen Rillen 14 und 16 auf beiden Seiten der mittleren Rille 15 mit einem Ölbehälter 20 verbunden sind über eine Rückleitung 19, die von der Ventil­ bohrung 11 ausgeht und mit einer Innenbohrung 12 a des Ventil­ schiebers 12 in Verbindung steht. Das Ventilgehäuse 10 weist zwei ringförmige Rillen 21, 22 auf, die parallel an der Wan­ dung der Ventilbohrung 11 ausgebildet sind, wobei das offene Ende der Zuführungsleitung 17 zwischen den Rillen 21, 22 an­ geordnet ist. Diese zwei Rillen 21, 22 stehen über hydrauli­ sche Ausgangsleitungen 24, 25 (Fig. 1) mit einer rechten und einer linken hydraulischen Kammer eines Zylinders 23 bekann­ ter Bauart (von dem ein Teil in Fig. 1 gezeigt ist) in Ver­ bindung, von dem die Zahnstange 2 ein Teil ist.

Wenn der Ventilschieber 12 wahlweise nach rechts oder links aus seiner Neutralstellung verstellt wird, werden die rechte und die linke hydraulische Kammer durch Doppelkantensteuerungen mit der Zuführungsleitung 17 und der Rückleitung 19 verbunden wie bei bekannten Servolenkvorrichtungen, mit dem Ergebnis, daß der hydraulische Druck von der hydraulischen Druckquelle 18 an die mit der Zuführungsleitung 17 verbundene hydraulische Kammer ge­ liefert wird, wodurch die Zahnstange 2 veranlaßt wird, sich nach rechts oder links zu bewegen und dadurch die Richtung der lenkbaren Räder zu verändern.

Das Lenkventil 9 ist mit einem Mechanismus 26 versehen, um den Ventilschieber 12 in der Mittel- bzw. Neutralstellung zu hal­ ten, wenn kein Lenkmoment ausgeübt wird. Der Mechanismus 26 um­ faßt einen Zylinder 27, der parallel zu der Ventilbohrung 11 im Ventilgehäuse 10 ausgebildet ist, ferner ein Paar Kolben 29, 29′, die gleitend im Zylinder 27 aufgenommen sind und eine Re­ aktionskammer 28 zwischen sich definieren, eine im Reaktions­ raum 28 angeordnete Neutralisier- oder Rückkehr-Feder 30, die die Kolben 29, 29′ nach außen drängt, sowie ein Paar Anschlag­ stifte 31, 31′, die von einer Seite des Ventilschiebers 12 radial vorstehen, und zwischen denen die Kolben 29, 29′ ange­ ordnet sind. Die Auswärtsbewegungen der Kolben 29, 29′ sind durch die Innenflächen von an beiden Seiten des Ventilgehäu­ ses 10 vorgesehenen Abdeckungen 10 a, 10 b begrenzt. Die Reak­ tionskammer 28 steht durch einen Kanal mit der mittleren Rille 15 des Ventilschiebers 12 und daher mit der Zuführungsleitung 17 in Verbindung. Die Abschnitte des Ventilgehäuses 10, die zu den Anschlagstiften 31, 31′ hinweisen, sind mit Aussparungen 32, 32′ versehen, wodurch die Mittenzentrierung des Ventil­ schiebers 12 ermöglicht wird.

Während beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel der Mechanis­ mus 26 nur auf einer Seite des Ventilschiebers 12 vorgesehen ist, ist es zum Aufrechterhalten einer guten Gleiteigenschaft des Ventilschiebers 12 vorteilhaft, ein Paar Mechanismen 26 symmetrisch auf beiden Seiten des Ventilschiebers 12 vorzuse­ hen, so daß die auf den Ventilschieber 12 wirkenden Biegekräfte sich gegenseitig ausgleichen.

Der Basisabschnitt 8 a der Betätigungsstange 8 hat einen größe­ ren Durchmesser, um eine ausreichende Festigkeit aufzuweisen, und eine in einer Abdeckung 10 a des Ventilgehäuses 10 ausge­ bildete Öffnung 33 hat einen noch größeren Durchmesser, um den Basisabschnitt 8 a aufzunehmen. Es ist ein Spiel zwischen dem Basisabschnitt 8 a und der Öffnung 33 vorgesehen, so daß die Be­ tätigungsstange 8 um etwa 1 mm aus der Neutralstellung in bei­ den Achsrichtungen des Ventilschiebers 12 pendeln kann. Der Basisabschnitt 8 a der Betätigungsstange 8 mit großem Durchmes­ ser und die Abdeckung 10 a mit der Öffnung 33 bilden einen funk­ tionssicheren Mechanismus für den Fall eines Ausfalls des hy­ draulischen Systems.

Ein Führungskolben 34 ist im Getriebegehäuse 1 auf der dem Ritzel 3 a gegenüberliegenden Seite der Zahnstange 2 radial verschiebbar zu dieser aufgenommen zur gleitenden Lagerung der Zahnstange 2 auf dieser Seite. Eine Feder 35 ist zwischen dem Führungskolben 34 und einer Kappe 36 eingesetzt, um die Zahnstange 2 durch den Führungskolben 34 zur Ritzelwelle 3 hin zu beaufschlagen, um so einen toten Gang zwischen der Zahnung 2 a und dem Ritzel 3 a zu eliminieren, die miteinander in Ein­ griff stehen.

Nachfolgend wird die Funktion der Zahnstangenhilfskraftlen­ kung erläutert. Wenn kein Lenkmoment auf die Ritzelwelle 3 ausgeübt wird, hält die Feder 30 die Kolben 29, 29′ in Kontakt mit den Abdeckungen 10 a, 10 b, so daß der Ventilschieber 12 durch das Paar Anschlagstifte 31, 31′ in der Neutralstellung gehalten wird, in der der Zylinder 23 unbetätigt ist und die Ritzelwellenachse 0 ₃ auf der Verlängerung der Linie A liegt, welche die Pendelkäfigachse 0 ₄ und den Eingriffspunkt zwischen der Zahnung 2 a und dem Ritzel 3 a verbindet.

Wenn das Lenkmoment auf die Ritzelwelle 3 mittels des Lenk­ rades ausgeübt wird, um die Zahnung 2 a in der Achsialrichtung zu betätigen, übt die Zahnung 2 a auf das mit ihr in Eingriff stehende Ritzel 3 a ein Reaktionsmoment aus, welches durch die Größe und die Richtung der betätigenden Kraft bestimmt wird, und welches die Ritzelwelle 3 zusammen mit dem Pendelkäfig 4 um die Pendelkäfigachse 0 ₄ dreht und somit den Ventilschieber 12 entsprechend beaufschlagt. Hierdurch werden die zwei ringför­ migen Rillen 21, 22, die an der Innenfläche der Bohrung 11 ausgebildet sind, in Verbindung mit der Zuführungsleitung 17 bzw. der Rückleitung 19 und somit der Zylinder in Funktion ge­ bracht. Wenn die Drehbewegung größer wird als das durch die festgesetzte Last der Neutralisier-Feder 30 erzeugte entgegen­ gesetzte Moment, beginnt die Ritzelwelle 3, sich mit dem Pen­ delkäfig 4 zu drehen, und die Winkelverstellung der Ritzel­ welle 3 um die Pendelkäfigachse 0 ₄ wird vergrößert durch das Hebelverhältnis l/ε und auf die Betätigungsstange 8 des Pendel­ käfigs 4 übertragen, mit dem Ergebnis, daß die Betätigungs­ stange 8 eine axiale Verstellung des Ventilschiebers 12 be­ wirkt, welche groß genug ist, um einen zuverlässigen Umschalt­ vorgang des Ventils 9 sicherzustellen. Dieses betätigt den Zylinder 23, der seinerseits der Ritzelwelle 3 hilft die Zahn­ stange 2 anzutreiben.

Wenn das Lenkventil 9 betätigt wird, wird die Reaktionskammer 28 des Mechanismus 26 über die Zuführungsleitung 17 mit dem hydraulischen Druck beliefert, der weiter zum Zylinder 23 ge­ leitet wird. Der Druck in der Reaktionskammer 28 bewirkt eine Verstellung der Kolben 29, 29′ nach außen und erteilt dem Ven­ tilschieber 12 über die Anschlagstifte 31, 31′ eine Reaktions­ kraft, die ihn zur Neutralstellung hin drängt. Hierdurch kann eine übermäßige Umschaltbewegung des Ventilschiebers 12 be­ schränkt werden.

Da die Bewegung der Betätigungsstange 8 der um das Hebelver­ hältnis l/ε vergrößerten Bewegung der Ritzelwelle 3 entspricht, entspricht die Kraft, die die Betätigungsstange 8 dem Ventil­ schieber 12 erteilt, der durch das Hebelverhältnis l/ε geteil­ ten Betätigungskraft der Ritzelwelle 3, so daß die wirksame Druckfläche in der Reaktionskammer 28 und damit die Festigkeit der Neutralisier-Feder 30 kleiner festgesetzt werden kann, als wenn die Betätigungskraft direkt auf den Ventilschieber über­ tragen wird. Dies ermöglicht es, den Reaktionsmechanismus 26 kleiner zu konstruieren, was seinerseits die Gesamtgröße der Zahnstangenhilfskraftlenkung vermindert.

In Notfällen, in denen beispielsweise der hydraulische Druck wegen Ausfalls der Pumpe nicht an die Zuführungsleitung 17 ge­ liefert werden kann oder bei einem Schaden am Übertragungs­ glied, das die hydraulische Versorgung einstellt, kann der Zy­ linder 23 nicht betätigt werden, selbst wenn der Ventilschieber 12 durch die Betätigungsstange 8 des Pendelkäfigs 4 verstellt wird. Wenn sich jedoch die Betätigungsstange 8 bis zu einem be­ stimmten Ausmaß dreht, stößt sie gegen die Wand der Öffnung 33, die in der Abdeckung 10 b ausgebildet ist, wodurch die Drehbe­ wegung des Pendelkäfigs 4 verhindert wird, so daß das auf die Ritzelwelle 3 ausgeübte Lenkmoment die Zahnstange 2 direkt an­ treibt und somit ein sicheres Lenken des Fahrzeugs durch menschliche Kraft ermöglicht. Auch in diesem Falle können, da die Reaktionskraft, die dem Ritzel 3 a von der Zahnung 2 a er­ teilt wird, im Verhältnis ε/l vermindert ist, bevor sie auf die Betätigungsstange 8 wirkt, die erforderliche Festigkeit der Betätigungsstange 8 und die erforderliche Flächendruckfestig­ keit der Öffnung 33 um ein Gutteil vermindert werden.

Im allgemeinen ist eine (nicht gezeigte) Verbindungsstange, die die Zahnstange 2 und die Gelenkarme der lenkbaren Räder verbin­ det, nicht notwendigerweise parallel zu der Zahnstange 2, und der Winkel, den die Verbindungsstange mit der Zahnstange 2 bil­ det, variiert in Übereinstimmung mit deren Verstellung. Wegen dieser Neigung der Verbindungsstange drückt entweder der auf die lenkbaren Räder wirkende Straßenwiderstand die Zahnstange 2 gegen die Ritzelwelle 3 oder er zieht sie von der Ritzelwelle 3 weg. In beiden Fällen ermöglicht die vorliegende Ausgestaltung die glatte Rückstellung des Lenkventils 9 und daher des Lenk­ rades in die Neutralstellung aus den folgende Gründen. Wenn die Ritzelwellenachse 0 ₃ nach links oder rechts aus der Neu­ tralstellung um die Pendelkäfigachse 0 ₄ gedreht wird, wird die Ritzelwelle 3 ein wenig zu der Zahnstange 2 hin verstellt und gegen diese gedrückt, d. h. die Ritzelwelle 3 hat eine Bewe­ gungskomponente zu der Zahnung 2 a hin. Daher vergrößert in einem Fall, in dem die Zahnstange 2 durch den Straßenwiderstand gegen die Ritzelwelle 3 gedrückt wird, der Straßenwiderstand die Kraft der Feder 30, welche die Ritzelwellenachse 0 ₃ in die Neutralstellung zurückdrückt. In einem Fall, in dem die Zahn­ stange 2 von der Ritzelwelle 3 durch den Straßenwidertand weg­ gezogen wird, wird die auf die Lager 6, 6′ des Pendelkäfigs 4 ausgeübte Last vermindert, was seinerseits den Reibungswider­ stand der Lager vermindert und dem Pendelkäfig 4 hilft, in seine Neutralstellung zurückzukehren.

Bei der erfindungsgemäßen Zahnstangenhilfskraftlenkung kann das Lenkventil mit einer einfachen Konstruktion dahin gebracht werden, genau auf das Lenkmoment anzusprechen. Da ferner das Lenkventil von beliebigem Typ sein kann, wie beispielsweise einem solchen mit einem längs verschiebbaren oder drehbaren Schieber und ferner unabhängig von der Ritzelwelle konstru­ iert werden kann, kann die Zahnstangenhilfskraftlenkung klein ausgeführt und die Zahl erforderlicher Dichtungsglieder ver­ mindert werden. Ferner kann die Position des Lenkventils um den Pendelkäfig herum frei bestimmt werden. Dies trägt ebenfalls zur Verminderung der Baugröße bei, und daher läßt sich die er­ findungsgemäße Zahnstangenhilfskraftlenkung leicht in das aus­ zurüstende Fahrzeug integrieren.

Claims (2)

1. Zahnstangenhilfskraftlenkung für Fahrzeuge, mit einem im Getriebegehäuse (1) um eine Pendelkäfigachse (0 ₄) drehbar getragenen Pendelkäfig (4), der über Lager in seinem Inneren die Ritzelwelle (3) um eine Ritzelwellen­ achse (0 ₃) drehbar aufnimmt, die radial um einen bestimmten Abstand gegen die Pendelkäfigachse (0 ₄) versetzt ist, und der mit einer Betätigungseinrichtung (8) für das Lenkven­ til versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelkäfigachse (0 ₄) zwischen der Ritzelwellen­ achse (0 ₃) und dem Eingriffspunkt zwischen Zahnstange (2) und Ritzel (3 a) liegt.

2. Zahnstangenhilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bei Einrichtungen nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 bekannter Weise, die Betätigungseinrichtung (8) am Pendelkäfig (4) mit dem Ventilschieber (12) des Lenk­ ventils (9) an einer Stelle in Verlängerung (A) einer Linie in Wirkverbindung steht, die den Eingriffspunkt zwischen Zahnstange (2) und Ritzel (3 a) und die Pendelkäfigachse (0 ₄) auf der der Ritzelwellenachse (0 ₃) abgewandten Seite verbindet.