DE3035407A1

DE3035407A1 - Hilfskraftlenkung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3035407A1
Application number: DE19803035407
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(Grad.) 7081 Essingen Elser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE3035407C2; US4421011A; IT1147407B; IT8146873A0; GB2083784A; GB2083784B; BR8105816A; JPS5755257A

Description

20. August 1980 - Ok Akte: ZF 689-32/80

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen

Aktiengesellschaft

7990 Friedrichshafen

Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

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

Lenkungen dieser Art sind z.B. in der DE-AS 12 81 872 und der DE-OS 19 40 490 beschrieben. Dabei dient zur Verschiebung des Ventilkolbens und damit zur Steuerung des Druckmittels für die Arbeitsräume ein achsparalles leistenartiges Betätigungsglied. Während das eine Ende des Betätigungsgliedes fest mit der Lenkmutter verbunden ist, ist im allgemeinen das andere freie Ende in einer Nut des Ventilkolbens geführt. Auf diese Weise steht der Ventilkolben mit der Lenkmutter derart im Eingriff, daß gegenüber dem Lenkgehäuse eng begrenzte Drehwinkel-

-ν " :-■'-'-- 3Q35407 Λ -

ausschlage der Lenkmutter in geradlinige Bewegungen des Ventilkolbens übersetzt werden«

Eine Mittenzentrierung zum Fixieren der hydraulischen Mitte des Ventilkolbens ist z.B. auch in der DE-OS 18 17 940 beschrieben.

Eine Lenkung soll nun im ausgelenkten Zustand bei einem Loslassen der Lenkung selbsttätig wieder hydraulisch auf Mitte zurückkehren. Bisher hat man dies durch eine entsprechende Achsgeometrie (z.B. Spreizung) erreicht. Nachteilig dabei ist jedoch, daß zum Auslenken der Lenkung diese Rückstellkraft überwunden werden muß. Es sind deshalb entsprechend höhere Lenkkräfte aufzubringen. . -

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

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

Während bisher das leistenartige Betätigungsglied achsparallel bzw. in Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens verlief, weicht es nunmehr von der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens ab. Durch diese Maßnahme kommt es nun während der hydraulisch unterstützten Lenkbewegung durch die achsiale Verschiebung des Arbeitskolbens zu einer Verschiebung der Mittenzentrierung über die

Neutrallage hinaus entgegen der Auslenkrichtung. Die Größe der Verschiebung ist dabei abhängig vom Lenkwinkelausschlag .

Praktisch heißt das: Kommt der Arbeitskolben außerhalb der Lenkungsmittenstellung so wird der Ventilkolben über das von der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens abweichende Betätigungsglied zwangsläufig relativ zur Lenkmutter verschoben. Wird nun nach einem Lenkungsvorgang kein Drehmoment mehr auf die Lenkspindel ausgeübt (Loslassen des Lenkrades) so zentriert die verspannte Mittenzentrierung die Lenkmutter wieder auf Mittelstellung, über den durch das Betätigungsglied ausgesteuerten Ventilkolben wird der durch den vorangegangenen Hub des Arbeitskolbens verkleinerte Zylinderräum mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird eine hydraulische Zentrierung des Arbeitskolbens auf Lenkungsmitte erreicht.

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 .

Eine einfache erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Betätigungsglied gegen die Längsachse des Arbeitskolbens schräg gestellt ist.

Statt einer einfachen Schrägstellung des Betätigungsgliedes kann stattdessen dem Betätigungsglied auch eine Steuerkurvenprofilform gegeben werden. Die Kurven-

ORfGINAL INSPECTED -λ -

-n-

form kann dabei im Bedarfsfalle in Abhängigkeit von einer gewünschten Zentrier- und Rücklaufeigenschaft gewählt werden.

Voraussetzung für die erfindungsgemäße hydraulische Zentrierung ist, daß die Mittenzentrierung nicht am Ventilkolben sondern an der Lenkmutter angreift.

Von Vorteil ist es dabei, wenn zur Mittenzentrierung beidseitig des Betatigungsglxedes oder eines mit dem Betätigungsglied verbundenen Hebelarmes liegende Federn angeordnet sind, die sich in Bohrungen des AD^peitskolbens oder eines feststehenden Teiles des Lenkgehäuses abstützen.

Eine weitere Lösung/ die von der erfindungsgemäßen Erkenntnis der zwangsläufigen Verschiebung des Ventilkolbens gegen die Auslenkrichtung Gebrauch macht, besteht darin, daß die Mittenzentrierung ein federartiges Führungselement aufweist, das an einem Ende direkt oder indirekt mit der Lenkmutter verbunden ist und dessen anderes freie Ende in einer von der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens abweichenden Längsnut geführt ist, die in einem feststehenden Teil des Lenkgehäuses liegt.

Erfindungsgemäß wird nunmehr die gegenHufige Verschiebung des Ventilkolbens über das federartige Führungselement erreicht, das fest mit der Lenkmutter verbunden ist. Da die Lenkmutter gleichzeitig über das Betätigungsglied mit den Ventilkolben in Verbindung steht, wird dieser in Abhängigkeit von dem

Verlauf der Längsnut entsprechend gegen die Auslenkrichtung verschoben. Wenn der Arbeitskolben außerhalb der Lenkungsmitten^stellung kommt und kein Drehmoment auf die Lenkspindel mehr ausgeübt wird, dann zentriert das federartige Führungselement die Lenkmutter entsprechend dem Verlauf der Längsnut. Dabei nimmt der Ventilkolben diejenige ausgesteuerte Stellung ein, durch die der durch den vorangegangenen Hub des Arbeitskolbens verkleinerte Zylinderraum nun mit Druck beaufschlagt wird. Dies führt zu einer hydraulischen Zentrierung des Arbeitskolbens auf Lenkungsmitte.

Je nach Wunsch kann dabei die Längsnut gegen die Längsachse des Arbeitskolbens schräg gestellt sein oder sie weist eine Steuerkurvenprofilform auf.

Als Führungselement kann auf einfache Weise eine Blattfeder verwendet werden.

Von Vorteil ist es dabei, wenn die Blattfeder am freien Ende mit einem in der Längsnut geführten Gleitstück versehen ist. Auf diese Weise wird eine gute Führung bei einer geringen Reibung erreicht.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1: Einen Längsschnitt durch das Lenkgehäuse;

Fig. 2: Schnitt II - II nach der Fig. 1;

- 6 ORIG/NAL INSPECTED'

Fig. 3: Prinzipdarstellung des Betätigungsgliedes nach dem Schnitt III - III der Fig. 2;

Fig. 4: einen Längsschnitt durch das Lenkgehäuse nach der Linie IV - IV der Fig. 5' in einer anderen Ausfuhrungsform;

Fig. 5: einen Querschnitt durch das Lenkgehäuse nach der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6: Prinzipdarstellung der Längsnut nach dem Schnitt VI-VI. . .-

Aufbau und Wirkungsweise einer derartigen Kilfskraftlenkung sind allgemein bekannt-, weshalb nachfolgend nur kurz auf deren Beschreibung und Funktion eingegangen wird.

Das Lenkgehäuse 1 der Hilfskraftlenkung ist als Druckmittelzylinder ausgebildet und weist in seinem Inneren einen Arbeitskolben 2 mit Arbeiträumen 3 und 4 auf. Der Arbeitskolben 2 ist mit einem Zahnstangenprofil 5 versehen, das mit einem Zahnsegment 6 einer getriebeausgangsseitigen Lenkwelle 7 im Eingriff steht.

Der Arbeitskolben 2 ist drehbar, in achsialer Richtung jedoch unverschiebbar mit einer Lenkmutter 8 verbunden. Die Lenkmutter 8 ist über Rollenlager 9 und 10 im Arbeitskolben gelagert. Mit einer Lenkschnecke 1.1 ist die Kugelmutter 8 schraubbeweglich verbunden. Dies kann durch ein Trapezgewinde erfolgen oder - was im allgemeinen aufgrund der niedrigeren Reibung der Fall ist - über einen bekannten Kugelumlauf (nicht dargestellt).

/η

Die Lenkschnecke 11 ist mit einem getriebeeirgangsseitigen Spindelteil 12 verbunden, die eine drehfeste Verbindung mit der Lenkhandradwelle des Kraftfahrzeuges herstellt.

Die Regelung des Zu- und Rücklaufes des Druckmittels zu den Arbeitsräumen 3 und 4 erfolgt in Abhängigkeit von einem Steuerventil 13, dessen verschiebbarer Ventilkolben 14 über Steuerkanten auf bekannte Weise das Druckmittel entsprechend verteilt.

Die Lenkmutter 8 ist mit einem Hebelarm 15 versehen der ein leistenartiges Betätigungsglied 16 trägt. Das leistenartige Betätigungsglied 16 ist gegen die Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 2 schräg gestellt bzw. weicht von der achsparallelen Richtung ab. Das Betätigungsglied 16 ist in einer Nut 17 des Ventilkolbens 14 geführt.

Aus der Fig. 3 ist die Schrägstellung des Betätigungsgliedes 16 ersichtlich. Die Lage eines Betätigungsgliedes nach dem Stand der Technik ist in der gleichen Figur gestrichelt dargestellt. Statt einer einfachen Schrägstellung des Betätigungsgliedes kann dieses auch eine Kurvenform aufweisen. In der Fig. 3 ist diese Möglichkeit ebenfalls durch die strichpunktierte Linie angedeutet.

Zum Fixieren der hydraulischen Mitte dienen zwei Federn und 19, die beidseitig an dem Hebelarm 15 angeordnet sind und sich in Bohrungen 20 und 21 in dem Arbeitskolben 2 abstützen.

Die Hilfskraftlenkung funktioniert auf folgende Weise:

3Q35407

Durch Drehen des Lenkspindelteiles 12 wird die Lenkmutter 8 verdreht, über den Hebelarm 15 wird - je nach Drehrichtung - eine der beiden Federn 18 oder 19 gedruckt. Das fest über den Hebelarm 15 mit der Lenkmutter 8 verbundene Betätigungsglied 16 lenkt den Ventilkolben 14 aus, so daQ der entsprechende Arbeitsraum 3 oder 4 mit Druck beaufschlagt wird und auf übliche Weise eine weitergehende Drehbewegung der Lenkspindel 12 hydraulisch unterstützt wird. Kommt der Arbeitskolben 2 außerhalb der Lenkungsmittenstellung, so wird- der Ventilkolben 14 über das schräge Betätigungsglied 16 zwangsläufig relativ zur Lenkmutter verschoben. Die Schrägstellung oder das Steuerkurvenprofil ist dabei so zu wählen, daß die Verschiebung des Ventilkolbens entgegen der Auslenkrichtung erfolgt. Wird nun kein Drehmoment mehr auf die Lenkspindel -ausgeübt, so zentrieren die beiden Federn 18 und 19 die Lenkmutter 8 auf Mittelstellung, über den durch das schräge Betätigungsglied 16 ausgesteuerten Ventilkolben 14, der über die Neutrallage hinaus entgegen der Auslenkrichtüng verschoben ist, wird nunmehr der vorher drucklose Arbeitsraum des Arbeitskolbens mit Druck beaufschlagt. Die bewirkt damit eine hydraulische Zentrierung des Arbeitskolbens auf Lenkungsmitte.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, das jedoch in den wesentlichen Merkmalen mit den vorstehend aufgezeigten' Beispiel übereinstimmt. Die wesentlichen von dem ersten Ausführungsbeispiel abweichenden Merkmale sind eine Zentrierfeder, die als Blattfeder 22 ausgebildet ist und die Lenkmutter 8 zu dem Lenkgehäuse 1 zentriert und die Anordnung des Steuerventiles 13 in dem Arbeitskolben 2.

■ "" - 3C25407 /5

Ein weiterer Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß das linealartige Betätigungsglied 160 nunmehr - wie nach dem Stand der Technik üblich - achsparallel bzw. in Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 2 verläuft. Die gegenläufige Verspannung des Ventilkolbens wird nun durch eine Längsnut 23 erreicht, die in einem feststehenden Teil des Lenkgehäuses 1 liegt. Diese Längsnut 23 ist gegenüber der achsparallelen Richtung bzw. der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 2 schräg gestellt. Statt einer Schrägstellung kann dabei ebenfalls wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel eine Steuerkurvenprofilform gewählt werden.

Eine· Hilfskraftlenkung nach dem Ausführungsbeispiel "der Fig. 4 bis 6 funktioniert auf folgende Weise:

Durch Drehen der Lenkspin.del 12 wird ebenfalls auf übliche Weise die Lenkmutter 8 verdreht. Die fest mit der Lenkmutter verbundene Blattfeder 22 wird gebogen, da ein Gleitstück 24, das am freien Ende der Blattfeder 22 befestigt, in der schräg oder kurvenförmig verlaufenden Längsnut 23 geführt wird.

Durch die Verdrehung der Lenkmutter 8 wird über das Betätigungsglied 160 der Ventilkolben 14 ausgelenkt, so daß auf übliche Weise der entsprechende Arbeitsraum 3 oder 4 mit Druck beaufschlagt wird und eine weitergehende Drehbewegung der Lenkspindel 12 somit hydraulisch verstärkt wird.

Kommt der Arbeitskolben 2 außerhalb der Lenkungsmittenstellung und wird kein Drehmoment auf die Lenkspindel

ORIGINAL INSPECTED-

mehr ausgeübt, dann zentriert die Blattfeder 22 die Lenkmutter 8 entsprechend dem Verlauf der Längsnut -Dabei nimmt der Ventilkolben 14 diejenige ausgesteuerte Stellung ein (über die Neutrallage hinaus gegen die Auslenkrichtung verschoben), durch die der durch den vorangegangenen Hub des Arbeitskolbens 2 verkleinerte Arbeitsraum 3 oder 4 mit Druck beaufschlagt wird. Dies bewirkt ebenfalls eine hydraulische Zentrierung des Arbeitskolbens 2 auf Lenkungsmitte.

-β-

Leerseite

Claims

30

35407

20. August 1980 Akte: ZF 689-32/80

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen

Aktiengesellschaft

Friedrichshafen

Patentansprüche

ilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem in inem Lenkgehäuse angeordneten Arbeitskolben, der mit einer getriebeausgangsseitigen Lenkwelle in Antriebsverbindung steht und dessen Arbeitsräume an ein Steuerventil angeschlossen sind, wobei der Ventilkolben des Steuerventiles durch ein in einer Nut des Ventilkolbens geführtes leistenartiges Betätigungsglied verschiebbar ist, das mit einer in dem Arbeitskolben schwenkbar gelagerten Lenkmutter verbunden ist, die mit einem getriebeeingangsseitigen Lenkspindelteil in Verbindung steht, und mit einer Mittenzentrierung, die ein oder mehrere Federelemente zum Fixieren der hydraulischen Mitte des Steuerventiles aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenzentrierung (18, 19 bzw. 22) - wie an sich bekannt - an der Lenkmutter (8) angreift und daß die Längsachse des Betätigungsgliedes (16) von der Bewegungsrichtung, des. Arbeitskolbens (2X abweicht.
2. Hilf skraftle'nkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (16) gegen die Längsachse des Arbeitskolbens (2) schräggestellt ist
3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (16) eine Steuerkurvenprofilform aufweist;
4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (16) über einen Hebelarm (15) mit der Lenkmutter (8) verbunden ist.
5. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mittenzentrierung beidseitig des Betätigungsgliedes oder des Hebelarmes (15) liegende Federn (18, 19) angeordnet sind, die sich in'Bohrungen (20, 21) des Arbeitskolbens (2) oder eines feststehenden Teiles des Lenkgehäuses abstützen.
6. Hilf skrafitlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem in einem Lenkgehäuse angeordneten Arbeitskolben, der mit einer getriebeausgangsseitigen Lenkwelle in Antriebsverbindung steht und dessen Arbeitsräume an ein Steuerventil an-

geschlossen sind, wobei der Ventilkolben desjsteuerventiles durch ein in einer Nut des Ventilkolbens geführtes leistenartiges Betätigungsglied verschiebbar ist, das mit einer in dem Arbeitskolben schwenkbar gelagerten Lenkmutter verbunden ist, die mit einem getriebeeingangaseitigen Lenkspindelteil in Verbindung steht, und mit einer Mittenzentrierung, die ein oder mehrere Federelemente zum Fixieren der hydraulischen Mitte des Steuerventiles aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenzentrierung ein federartiges Führungselement (22) aufweist., das an einem Ende direkt odpr indirekt mit der Lenkmutter (8) verbunden ist und dessen anderes freie Ende in einer von der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens (2) abweichenden Längsnut (23) geführt ist, die in' einem feststehenden Teil des Lenkgehäuses (1) liegt.
7. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Längsnut (23) gegen die Längsachse des Arbeitskolbens (2) schräggestellt ist.
8. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 6,

d ad urch gekennzeichnet, daß die Längsnut (23) eine Steuerkurvenprofilform aufweist.
9. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement eine Blattfeder (22) ist.
10. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (22) am freien Ende mit einem in der Längsnut (23) geführten Gleitstück (24) versehen ist.