DE3028175A1

DE3028175A1 - Lenkgetriebe fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3028175A1
Application number: DE19803028175
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(Grad.) 7081 Essingen Elser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1982-02-11
Also published as: DE3028175C2; GB2081193A; JPS5758559A; IT8146867A0; GB2081193B; ES503731A0; US4421010A; ES8204958A1; IT1147401B

Description

-Ιο-

Akte: ZF 677

30/80 09.07.1980 - Kn

Anmelder r

Zahnradfabrik Friedrichshafen AG
7990 Friedrichshafen

Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschriebenen Art.

Mit einem Getriebe dieser Art, das z.B. in der älteren Patentanmeldung P 29 13 484 beschrieben ist, wird durch den Rückwirkungskolben bei einer Lenkbewegung ein Rückwirk-/ Zentriermoment entsprechend dem anstehenden Betriebsdruck erzeugt. In die Kammer, die an dem der Mittenzentrierung abgewandten Ende des Rückwirkungskolbens liegt, wird in Abhängigkeit des Betriebsdruckes ein beim Lenken wirksamer Druck eingeleitet. Dadurch wirkt dieser Druck auf eine Stirnfläche des Rückwirkungskolbens. Die Kraft des Arbeitsdruckes auf die Stirnfläche wirkt somit zusätzlich zur Kraft der Zentrierfeder auf den Rückwirkungskolben, der

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seinerseits über die Mittenzentrierung, die aus den Schrägflächen und den dazwischenliegenden Kugeln gebildet wird, eine entsprechende Rückstellkraft auf das Lenkhandrad ausübt. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein vom Lenkwiderstand an den gelenkten Rädern abhängiges Pahrgefühl vermittelt.

Die hydraulische Verstärkung des Lenkgetriebes selbst wird durch die bekannte Relativverdrehung zwischen dem Steuerschieber und der Steuerbüchse erreicht, was aufgrund der Schrägflächen und der Kugelführung bewirkt wird. Durch diese Relatiwerdrehung werden - je nach der Drehrichtung entsprechende Steuerkanten zwischen dem Ventilschieber und der Ventilbüchse geöffnet. Je nach der Stellung wird somit z.B. Öl in die Druckräume eines arbeitszylinders geleitet, wodurch die Lenkbewegung entsprechend unterstützt wird.

Eine Lenkung soll nun im ausgelenkten Zustand bei einem Loslassen der Lenkung selbsttätig wieder hydraulisch auf Mitte zurückkehren. Bisher hat man dies mit einer entsprechenden Achsgeometrie (z.B. Spreizung) erreicht.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß zum Auslenken der Lenkung diese Rückstellkraft überwunden werden muß. Aus diesem Grunde sind entsprechend höhere Lenkkräfte aufzubringen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenkgetriebe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das nach einer Lenkbewegung die Rückstellkraft der Radachse unterstützt, bzw. bei dem das Lenkgetriebe die Rückstellkraft vollständig aufbringen könnte, so daß ggf. auf die Rückstellkraft der Radachse verzichtet werden könnte.

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Durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale wird diese Aufgabe gelöst.

Durch die innere Führungshülse, die in axialer Richtung verschiebbar ist, und durch die Schrägverzahnung oder über eine nut- und stiftartige Steuerkurvsiverbindung zwischen der inneren Führungshülse und der äußeren Führungshülse in Verbindung mit dem Gewinde, durch das die innere Führunsgshülse beim Auslenken der Lenkung - je nach Lenkrichtung - in axialer Richtung entweder nach vorne oder nach hinten geschoben wird, wird nun erreicht, daß die Lenkung im ausgelenkten Zustand nach einem Loslassen selbsttätig hydraulisch auf Mitte zurückkehrt. Durch die Schrägverzahnung oder ein entsprechendes Steuerktacgenprof il ergibt sich nämlich eine relative Verdrehung zwischen der Steuerbüchse und der inneren Führungshülse. Da die innere Führungshülse verdrehfest mit dem Rückwirkungskolben verbunden ist, ergibt sich somit auch eine Relativverdrehung der Steuerbüchse zu dem Rückwirkungskolben. Die Verdrehung ist dabei gegenläufig zur Drehrichtung der Lenkspindel bzw. des Lenkhandrades. D.h., der Rückwirkungskolben ist über die Neutrallage hinaus verspannt. Wird nun die Lenkung losgelassen, so kehrt diese selbsttätig hydraulisch auf Mitte zurück, weil der über die Neutrallage hinaus verdrehte Rückwirkungskolben nunmehr über die entsprechenden Steuerkanten Druck auf den bisher entlasteten Druckraum des Arbeitszylinders gibt, so daß der Steuerschieber selbsttätig wieder in die Neutrallage zurückkehrt.

« Im ausgelenkten Zustand unterstützt die Kraft der Zentrier-

. feder und der hinter dem Rückwirkungskolben angeordnete Druck in der Kammer die Zentrierung.

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Der Grad der Verdrehung des Rückwirkungskolbens ist dabei abhängig vom Grad der Lenkradumdrehung.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die Achswerte so neutral gestaltet werden können, daß mit kleineren Lenkgetrieben größere, bzw. schwerere Fahrzeuge gelenkt werden können. Auf diese Weise läßt sich ggf. eine sonst erforderliche Zweikreislenkung einsparen.

Von Vorteil ist weiterhin, daß sich damit Kosten, Gewicht- und Energieeinsparungen ergeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kugelmutter-Hydrolenkung ,

Fig. 2 eine Ansicht aus Richtung "x" in der Fig. 1 auf den Deckel des Lenkgetriebes.

In der Zeichnung ist eine sog. Kugelmutter-Hydrolenkung dargestellt. In einem Lenkgehäuse sind ein Steuerventil, das aus einem Steuerschieber 1 und einer Steuerbüchse 2 besteht und ein Arbeitszylinder sowie ein mechanisches Lenkgetriebe vereint. Das Lenkgetriebe ist gleichzeitig als Arbeitszylinder für öinen Kolben 3 ausgebildet, der bei Drehung eines Lenkspindelanschlusses 4 eine Axialbewegung ausführt. Der Kolben ist am Umfang mit einer Zahnstange 5 versehen, über die er mit einem Lenksegment, einer Lenk-

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welle 6 in Zahneingriff steht.

Im Inneren des Kolbens 3 ist eine Gewindespindel 7 angeordnet. Die Verbindung zwischen Gewindespindel 7 und dem Kolben 3 wird in bekannter Weise durch eine Kugelkette 8 hergestellt.

Der Steuerschieber 1 ist spielfrei mit dem Lenkspindelanschluß 4 verbunden, während die Gewindespindel;. 7, die mit der Steuerbüchse 2 fest verbunden ist, oder, wie dargestellt, einteilig ausgebildet ist, über einen Rückwirkungskolben 9, eine inruerelEührungshülse 10 und eine äußere Führungshülse 11 mit dem Lenkspindelanschluß 4 in Verbindung steht.

Der im Inneren der Gewindespindel 7 angeordnete Rückwirkungskolben 9 weist an seinem dem Steuerschieber zugewandten Ende eine V-förmige Einfräsung auf, der eine gleiche Einfräsung in dem Steuerschieber 1 gegenüberliegt. Auf diese Weise entstehen nach der Montage gegenüberliegende parallele Schrägflächen 12 und 13. Diese Schrägflächen bilden somit eine V-förmige, über den Umfange verlaufende Nut, die eine Kugelreihe 14 enthält. Die Schrägflächen 12 und 13 und die Kugelreihen 14 stellen zusammen eine Mittenzentrierung für die aus Steuerschieber 1 und Steuerbüchse 2 bestehende Ventileinrichtung dar.

Ein Stift 15 zwischen der Steuerbüchse 2 und dem Steuerschieber 1 dient als Axiallager und zwei im Steuerschieber 1 befestigte Zapfen 16 und 17 übernehmen die Axialführung des Steuerschiebers 1.

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Die innere Führungshülse 10 ist am vorderen, dem Steuerschieber 1 zugewandten Ende über eine axialverschieblxche Verzahnung 18 mit dem Rückwirkungskolben 9 verbunden. Statt einer axialverschieblichen Verzahnung kann hierzu auch eine nut- und federartige Verbindung verwendet werden. Erforderlich ist lediglich, daß noch eine axiale Verschiebemoglichkeit gegeben ist, während andererseits eine drehfeste Verbindung vorliegen soll. Um einen Spielausgleich in radialer Richtung zu erreichen, ist die innere Führungshülse 10 im Bereich der axialverschieblichen Verzahnung 18 mit einem auslegerartigen Ringabsatz 19 versehen. Zusätzlich weist die innere Führungshülse 10 im Bereich des Ringabsatzes 19 mehrere über den Umfang verteilte Schlitze 20 auf, die von der freien Stirnseite beginnen und koaxial zur Längsachse des Lenkgetriebes verlaufen. Auf diese Weise ist die innere Führungshülse in diesem Bereich federnd.

Die äußere Führungshülse 11 ist am Außenumfang fest mit der Gewindespindel 7 verbunden. Am inneren Umfang ist sie im vorderen Bereich über eine Schrägverzahnung 21 mit der inneren Führungshülse 10 verbunden. Die Schrägverzahnung ist dabei ebenfalls für einen radialen Spielausgleich auf einem auslegerartigen Ringabsatz 22 der äußeren Führungshülse 11 angeordnet und ist ebenfalls in diesem Bereich mit koaxial verlaufenden von der freien Stirnseite beginnenden, über den Umfang verteilten Schlitzen 23 versehen.

Statt einer "normalen" Schrägverzahnung kann es ggf. auch ausreichend sein, daß stattdessen mehrere über den Umfang verteilte Nocken, Stifte, Zähne o.dgl. angeordnet sind, die mit entsprechenden, auf einer Kurvenbahn verlaufenden, in der Gewindespindel angeordneten Nuten zusammenarbeiten.

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Auf diese Weise kann ebenfalls die gewünschte gegenläufige Verdrehung des Drehstabes erreicht werden. Dabei kann die Kurvenform, bzw. die Schrägverzahnung 21 in Abhängigkeit von der gewünschten Zentrier- und Rücklaufeigenschaft gewählt werden. Dabei ist der Winkel der Verdrehung über die Kurvenformen bzw. die Schrägverzahnung beeinflußbar. So kann z.B. die Schrägverzahnung bzw. Kurvenführung im Bedarfsfalle so gewählt werden, daß sich ein überproportionaler Anstieg des Lenkwinkels ergibt. Damit läßt sich eine bessere Zentriereigenschaft erreichen.

In den freien Innenraum der inneren Führungshülse 10 ragt ein Gewindestift 24, der mit einem Gewinde 25 in der inneren ümfangswand der inneren Führungshülse 10 zusammenarbeitet. Der Gewindestift 24 ist einstückig mit einem Deckel 26 des Lenkgehäuses ausgebildet.

Zur Einstellung der Ventilneutralstellung bei der Montage ist der Deckel 26 in ümfangsrichtung einstellbar mit dem Lenkgehäuse verbindbar. Dies wird durch Langlöcher 27 im Deckel erreicht, durch die in das Lenkgehäuse einschraubbare Schrauben 28 gesteckt sind. Um jede beliebige Einstellung erreichen zu können, ist zusätzlich noch ein weiterer Satz Gewindebohrungen 29 in dem Lenkgehäuse vorhanden .

Zwischen der vorderen, dem Steuerschieber 1 zugewandten Stirnseite des Gewindestiftes 24 und dem hinteren, von dem Steuerschieber 1 abgewandten Ende des Rückwirkungskolbens 9 liegt eine Kammer 30, in der sich eine Zentrierfeder 31 befindet, die sich auf einer Seite an der Stirnseite des Gewindestiftes 24 und an der anderen Seite an dem Rückwirkungskolben 9 abstützt. Die Kammer 30 ist über eine Bohrung 4t in dem Gewindestift 24, einen Ring-

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raum 32 und über Bohrungen 33, 34 und 35 mit dem Zulauf für das Druckmittel verbunden. Der Druckmittelrücklauf erfolgt in üblicher Weise über eine Querbohrung 37 und den Innenraum der Gewindespindel 7 zu einem Rücklaufanschluß 38.

Das Lenkgetriebe funktioniert nun auf die folgende Weise:

Die hydraulische Verstärkung der Lenkbewegung erfolgt auf übliche Weise über Steuerkanten und Nuten, weshalb diese nicht näher dargestellt sind. Je nach Stellung des verdrehbaren Steuerschiebers 1 wird über Bohrungen und Kanäle entweder der Druckraum 39 oder 40 mit Druckmittel von dem Druckmittelanschluß 36 versorgt.

In die Kammer 30 wird über die Leitungen 35, 34, 33, den Ringraum 32 und die Bohrung 41 in den Gewindestift 24 ein beim Lenken wirksamer Druck eingeleitet. Dadurch wirkt auch der in dem entsprechenden Druckraum 39 oder 40 herrschende Arbeitsdruck auf die hintere Stirnfläche des Rückwirkungskolbens 9. Die Kraft des Arbeitsdruckes auf diese Stirnfläche wirkt somit zusätzlich zur Kraft der Zentrierfeder auf den Rückwirkungskolben 9, der seinerseits über die Mittenzentrierung der Schrägflächen 12 und 13 und der Kugelführung 14 eine entsprechendejRückstellkraft auf den Steaerschieber und damit auf das Lenkhandrad ausübt. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein vom Leafewiderstand an den gelenkten Rädern abhängiges Fahrgefühl vermittelt.

Während der Lenkbewegung wird nun die Lenkspindel 7 verdreht, wobei sich durch das Gewinde 25 eine axiale Verschiebung der inneren Führungshülse 10 ergibt. Gleichzeitig wird die innere Führungshülse 10 aufgrund der Schrägverzahnung 21 (oder ggf. einer entsprechenden Kurvenführung) relativ zu der äußeren Führungshülse 11 und damit auch

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zu der Gewindespindel 7 verdreht. Die Verdrehung ist dabei gegenläufig zur Drehrichtung der Gewindespindel 7. Aufgrund der verdrehfesten Verbindung zwischen der inneren Führungshülse 10 und dem Rückwirkungskolben 9 über die axialverschiebliche Verzahnung 19 stellt sich damit auch eine Relativverdrehung zwischen dem Rückwirkungskolben und der Gewindespindel 7 ein.

Bei einem Loslassen der Lenkung ist damit der Steuerschieber 1 gegenüber dem Ruekwirkungskolben 9 so gegenläufig verdreht, daß über entsprechende Steuerkanten nun der bisher entlastete Druckraum mit Druckmittel versorgt wird, so daß die Lenkung entsprechend hydraulisch verstärkt selbsttätig in die Neutrallage zurückkehren kann.

Das Gewinde 25 kann ggf.- auch an einer anderen Stelle angeordnet sein. Maßgebend ist lediglich, daß die innere Führungshülse 10 mit einem Gewinde versehen ist, das mit einem Gewindeteil zusammenarbeitet, welches fest in dem Lenkgehäuse oder in einem fest mit dem Lenkgehäuse verbundenen Teil zusammenarbeitet, wodurch sich die notwendige Axialverschiebung ergibt.

Statt einer Kugelmutter-Hydrolenkung kann die erfindungsgemäße Lösung auch bei einer Zahnstangen-Hydrolenkung verwendet werden..

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Claims

Akte: ZF 677 30/80 09.07.1980 - Kn Anmelder: Zahnradfabrik Priedrichshafen AG Friedrichshafen Patentansprüche :

1.) Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit hydraulischer Verstärkung, mit einem Lenkgehäuse mit einem Lenkventil, das einen Steuerschieber, eine Steuerbüchse, Steuerkanten zwischen Steuerschieber und Steuerbüchse über die Druckmittel in Druckräume eines im Lenkgehäuse verschiebbaren Arbeitskolbens einleitbar ist, und zur Erzeugung einer hydraulischen Rückwirkungskraft einen Rückwirkungskolben aufweist, der sich in dem freien Innenraum der Steuerbüchse an den Steuerschieber anschließt, wobei zwischen dem Steuerschieber und dem dem Steuerschieber zugewandten Ende des Rückwirkungs-

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kolbens eine aus Schrägflächen und einer dazwischenliegenden Kugelführung gebildete Mittenzentrierung vorgesehen ist und wobei an dem der Mittenzentrierung abgewandten Ende des Rückwirkungskolbens in einer Kammer, die an eine Druckleitung oder einen Druckkanal anschließbar ist, eine am Rückwirkungskolben abgestützte Zentrierfeder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Rückwirkungskolben (9) von einer inneren Führungshülse (10) umgeben ist und beide Teile verdrehfest aber in axialer Richtung gegeneinander verschiebbar miteinander verbunden sind,

b) die innere Führungshülse (10) mit einer äußeren Führungshülse (11) über eine Sehrägverzahnung (21) oder über eine nut- und stiftartige Steuerkurvenverbindung miteinander verbunden sind,

c) die innere Führungshülse (10) mit einem Gewinde (25) versehen ist, das mit einem in einem feststehenden Teil des Lenkgehäuse liegenden Gewinde so zusammenarbeitet, daß die innere Führungshülse (10) in axialer Richtung verschiebbar ist.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die innere Führungshülse (10) mit dem Rückwirkungskolben (9) über eine axial verschiebliche Verzahnung (18) verbunden ist.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Führungshülse (10) mit einem Innengewinde (25) versehen ist.

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4. Lenkgetriebe nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde mit einem Gewindestift (24) zusammenarbeitet, der an dem Lenkgehäuse befestigt ist.

5. Lengetriebe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindestift (24) mit einem Deckel (26) des Lenkgehäuses ein Teil bildet.

6. Lenkgetriebe nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (26) zur Einstellung der Ventilneutralstellung in Umfangsrichtung einstellbar mit dem Lenkgehäuse verbindbar ist.

7. Lenkgetriebe nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (26) über Schrauben (28) , die in das Lenkgehäuse geschraubt sind und die durch in Umfangsrichtung liegende Langlöcher (27) im Deckel (26) gesteckt sind, mit dem Lenkgehäuse verbindbar ist.

8. Lengetriebe nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindestift (24) mit einer Bohrung (41) versehen ist, dessen eine Öffnung mit zum Druckmitteleinlaß (36) führenden Druckkanälen oder Druckleitungen (32, 33, 34, 35) und dessen andere Öffnung mit der Kammer (30) in Verbindung steht.

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9. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Führungshülse (10) zum radialen Spielausgleich an ihrer Verbindungsstelle mit dem Rückwirkungskolben (9) in radialer Richtung federnd ist.

10. Lenkgetriebe nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die innere Führungshülse (10) im Bereich der axial ■ verschieblichen Verzahnung einen auslegerartigen Ringabsatz (19) aufweist.

11. Lenkgetriebe nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabsatz (19) mit koaxial verlaufenden von der freien Stirnseite beginnenden über den Umfang verteilten Schlitzen (20) versehen ist.

12. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Führungshülse (11) zum radialen Spielausgleich im Bereich der Schrägverzahnung (21) oder der Steuerkurvenverbindung in radialer Richtung federnd ist.

13. Lenkgetriebe nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Führungshülse (11) im Bereich der Schrägverzahnung (21) oder der Steuerkurvenverbindung einen auslegerartigen Ringabsatz (22) aufweist.

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14. Lenkgetriebe nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabsatz (22) mit koaxial verlaufenden von der freien Stirnseite beginnenden über den Umfang verteilten Schlitzen (23) versehen ist.

15. Lenkgetriebe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die nut- und stiftartige Steuerkurvenverbindung über den Umfang verteilte Nocken, Stifte, Zähne o.dgl. aufweist, die in im wesentlichen in axialer Richtung im anderen Teil auf einer Kurvenbahn verlaufenden Nuten geführt sind.

16. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkung als Kugelmutter-Hydrolenkung ausgebildet ist.

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