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Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei
der der durch Drehwinkeländerung des Lenkhandrades dem Lenkgetriebe eingeprägten
Lenkbewegung ein von der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades abhängiger
Lenkbewegungsanteil mittels einer Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung überlagert
wird, mit einem mit dem Lenkhandrad in Verbindung stehenden Winkelgeschwindigkeitsgeber,
dessen Ausgangs signal in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades
die Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung steuert.
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Sowohl bei Lenkvorrichtungen ohne Servoeinrichtung als auch bei Servolenkungen
hängt die auf das Lenkgetriebe übertragene Lenkbewegung in erster Linie vom jeweiligen
Drehwinkel des Lenkhandrades ab. Das Lenkverhalten des Kraftfahrzeuges kann jedoch
günstiger gestaltet werden und insbesondere dem jeweiligen Einsatzbereich und/oder
den Wünschen und Fähigkeiten des Fahrers angepaßt werden, wenn bei raschen Lenkbewegungen
am Lenkhandrad der an den gelenkten Kraftfahrzeugrädern
erzielte
Lenkeinschlag von dem bei langsamer Lenkbewegung jeweils erzielten Lenkeinschlag
abweicht, wobei der überlagerte Lenkbewegungsanteil jeder gewünschten Verhaltenscharakteristik
der Lenkung angepaßt sein kann.
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Bei einer bekannten Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS
2 134 348) erzeugt eine mit dem Lenkhandrad verbundene Pumpe einen Druckölstrom,
der in einer Lenkservoreinrichtung eine von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrads
abhängige zusätzliche Lenkbewegung überlagert. Um die unbedingt erforderliche Notlenkmöglichkeit
bei einem Ausfall der Lenkservoeinrichtung sicherzustellen, muß eine mechanische
Getriebeverbindung zwischen dem Lenkgetriebe und dem Lenkhandrad vorhanden sein,
die aber verhältnismäßig viel Spiel haben muß, um die drehgeschwindigkeitsabhängige
Überlagerung einer Lenkbewegung zu ermöglichen. Dies führt andererseits aber dazu,
daß bei einem Ausfall der Lenkservoeinrichtung nur eine Notlenkverbindung mit sehr
großem Spiel zur Verfügung steht, die nur eine unsichere Führung des Kraftfahrzeuges
ermöglicht.
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Bei dieser bekannten Lenkkraft-Verstärkungseinrichtung besteht die
Gefahr, daß das Steuerventil 22b (Fig. 8 der DE-OS 2 134 348) die Anordnung bei
einer Störung derart beeinflußt, daß sich in einer Drehrichtung des Lenkhandrades
ein Lenkvorhalt ergibt, während dies in der zweiten Drehrichtung nicht der Fall
ist.
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Die Folgeerscheinung ist, daß die Servolenkung ständig in eine Richtung
zieht. Ferner ergibt sich bei dem in Fig. 4 dieser Druckschrift dargestellten Steuerventil,
daß bei einem Ausfall der Hilfsenergie der Totgang des Lenkhandrades gegenüber dem
Normalzustand um ein Mehrfaches erhöht wird, da der Lenkstockhebel 918 mit dem Teil
945 um das Spiel S hin und her
verschiebbar ist.
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Diese Druckschrift zeigt keinen Lösungsweg, bei einem Ausfall der
Hilfsenergie für eine permanente formschlüssige Verbindung zwischen Lenkhandrad
und Lenkgetriebe zu sorgen, da ein Spiel S unvermeidbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine universell einsetzbare, d.
h. an die gewünschte Lenkungscharakteristik anpaßbare Lenkvorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die auch ohne Lenkservoreinrichtung unter Beibehaltung
der spielfreien Lenkbewegungsübertragung einer direkt betätigten Lenkung auch bei
Ausfall der Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung
ein Überlagerungsgetriebe ist, durch das das Lenkhandrad und das Lenkgetriebe permanent
formschlüssig miteinander verbunden sind, daß eine Antriebsvorrichtung vorgesehen
ist, die in Abhängigkeit vom Steuersignal des Winkelgeschwindigkeitsgebers eine
Verstellung des Uberlagerungsgetriebes derart vornimmt, daß der Drehwinkel an der
mit dem Lenkgetriebe verbundenen Welle gegenüber dem Drehwinkel des Lenkhandrads
vergrößert oder verkleinert wird, und daß Mittel vorgesehen sind, die bei Ausfall
der Steuerung eine Verstellung der Antriebsvorrichtung aus einer vorgegebenen Stellung
heraus verhindern.
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Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl bei rein mechanischen,
d. h. direktbetätigten Lenkungen als auch bei Servolenkungen einsetzbar und kann
als Zusatzeinrichtung zwischen
dem Lenkhandrad und dem Lenkgetriebe
eingebaut werden. Dabei werden die unverzichtbaren Anforderungen an Lenkvorrichtungen
für Kraftfahrzeuge uneingeschränkt erfüllt, nämlich selbsttätiger Rücklauf, ständige
formschlüssige Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und dem Lenkgetriebe, Spielfreiheit
bei Änderung der Drehrichtung, die Übertragung von an den gelenkten Kraftfahrzeugrädern
auftretenden Reaktionskräften auf das Lenkhandrad als Information für den Fahrzeugführer
und die Sicherstellung einer Notlenkmöglichkeit bei Ausfall einer ggf.
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vorhandenen Lenkservoeinrichtung.
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Der überlagerte Lenkbewegungsanteil kann je nach der gewünschten Verhaltenscharakteristik
der Lenkung positiv oder negativ gewählt werden, so daß das Lenkverhalten einen
Zeitvorhalt oder - was bisher weder vorgesehen noch möglich war - einen Zeitnachhalt
aufweist.
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Da ständig eine direkte Verbindung zwischen dem Lenkgetriebe und dem
Lenkhandrad erhalten bleibt, werden auch die Reaktionskräfte von den gelenkten Fahrzeugrädern
so auf das Lenkhandrad übertragen, daß der Fahrzeugführer eine deutliche Information
über die an den gelenkten Fahrzeugrädern auftretenden Kräfte erhält.
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Es ist zwar bekannt (DE-OS 24 39 823), bei einer Lenkvorrichtung mit
Zeitvorhalt einen in Abhängig von auf das Fahrzeug einwirkenden äußeren Störkräften
gesteuerten Servomotor vorzusehen, der ein Reaktionslenkmoment auf das Lenkhandrad
überträgt. Der Aufbau dieser bekannten Lenkvorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig;
außerdem ist diese Lenkvorrichtung mit
Zeitvorhalt nur bei Servolenkungen
einsetzbar.
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Zur Herstellung einer starren Wellenverbindung kann bei dieser bekannten
Vorrichtung ein Eingriff einer Rastnase erfolgten, jedoch ausschließlich in definierten
Winkelstellungen. Dies hat insbesondere zur Folge, daß sich beim Stromausfall zunächst
keine starre Verbindung ergibt, weil keine der definierten Winkelstellungen der
Wellenenden vorliegt. Der Eingriff der Rastnase erfolgt erst dann, wenn das Lenkhandrad
oder die Fahrzeugräder eine bestimmte Winkeländerung erfahren haben. Während dieser
Zeit ist das Fahrzeug praktisch nicht steuerbar. Nach dem Einrasten der Rastnase
kann die Grundstellung zwischen Fahrzeugrädern und Lenkhandrad verändert sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Sperrung der Antriebsvorrichtung durch Selbsthemmung erfolgt. Dadurch entsteht
bei Ausfall der Servohydraulik keine Änderung der Lenkung, auch ohne daß Federn
vorgesehen wären, die die Vorrichtung in eine Mittellage zu führen suchen.
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Zusätzlich zur Selbsthemmung können Kraftmittel vorgesehen sein, die
zur Rückführung der Antriebsvorrichtung in eine Mittelstellung dienen. Dadurch wird
erreicht, daß das Uberlagerungsgetriebe stets in seine Mittelstellung zurückgeführt
wird, auch beim Ausfall der Antriebsenergie. Diese Kraftmittel zur Rückführung der
Antriebsvorrichtung in eine Mittelstellung können gleichzeitig dazu dienen, die
Antriebsvorrichtung zu sperren, wenn deren Antriebsenergie ausfällt.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist
vorgesehen, daß der von der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades abhängige
Lenkbewegungsanteil gegensinnig zur Lenkbewegung überlagert wird. Damit wird ein
Zeitnachhalt der Lenkungscharakteristik erreicht, d. h. eine kurzzeitige Verringerung
der Lenkübersetzung in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit am Lenkhandrad.
Bei der aus der DE-OS 21 34 348 bekannten Lenkvorrichtung ist nur ein Zeitvorhalt
vorgesehen. Damit ist der Einsatzbereich der bekannten Lenkvorrichtung nur auf diejenigen
Fälle beschränkt, in denen eine Betriebscharakteristik erwünscht ist, bei der sich
ein Lenkbewegungsanteil nur in positiver Richtung überlagert, d. h.
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bei schnellen Lenkbewegungen vergrößert sich die Lenkübersetzung kurzzeitig.
In vielen Einsatzbereichen wird dieses Lenkverhalten aber unerwünscht sein, weil
es gerade die heftigen Lenkbewegungen noch übersteigert und dadurch den Fahrer zu
noch erhöhter Aufmerksamkeit bei der Ausführung der Lenkbewegungen zwingt. Im Gegensatz
dazu ergibt der erfindungsgemäße Zeitnachhalt eine für den Fahrzeugführer wesentlich
angenehmere Charakteristik des Lenkverhaltens, weil nämlich zu hastig ausgeführte
Lenkbewegungen abgeschwächt werden, und zwar um so stärker, je rascher die Bewegung
des Lenkhandrades erfolgt. Damit werden gerade die die Sicherheit des Fahrens gefährlich
beeinträchtigenden Fehler des Fahrzeugführers wesentlich gemildert.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß im Drehwinkel-Überlagerungsgetriebe
ein mit dem Lenkhandrad verbundenes Wellenende koaxial zu einem mit dem Lenkgetriebe
verbundenen Wellenende drehbar angeordnet ist, daß die beiden Wellenenden jeweils
unterschiedliche Steilgewinde tragen, und daß beide Steilgewinde mit einer gemeinsamen
Kupplungsmufffe in Eingriff stehen, die durch das Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitsgebers
axial
verschiebbar ist.
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Der Gewindeeingriff der Kupplungsmuffe mit den beiden Steilgewinden
läßt sich weitgehend spielfrei ausführen. Die wegen der Uberlagerung einer zusätzlichen
Lenkbewegung erforderliche relative Verstellbarkeit zwischen dem Lenkhandrad und
dem Lenkgetriebe wirkt sich bei Ausfall der Uberlagerungseinrichtung nicht als zusätzliches
Spiel zwischen dem Lenkhandrad und dem Lenkgetriebe aus, das die Notlenkeigenschaften
wesentlich verschlechtern würde, da die Kupplungsmuffe in jeder beliebigen axialen
Stellung eine direkte und weitestgehend spielfreie Verbindung zwischen dem Lenkhandrad
und dem Lenkgetriebe sicherstellt. Weder beim ordnungsgemäßen Betrieb noch beim
Ausfall der Überlagerungseinrichtung bedingt die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
eine Erhöhung der erforderlichen Lenkkraft, was insbesondere bein Einbau in direktbetätigte
Lenkungen ohne Servoeinrichtung und beim Notlenkbetrieb von Servolenkungen von besonderem
Vorteil ist.
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Die Betriebscharakteristik der Lenkvorrichtung ist in einfacher Weise
zwischen einem Zeitvorhalt und einem Zeitnachhalt wählbar, beispielsweise durch
die Wahl der Gangrichtung der beiden Steilgewinde oder durch die Richtung, in der
das Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitsgebers die Kupplungsmuffe verschiebt.
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In Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist -vorgesehen, daß die
Kupplungsmuffe mit einem in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitsgebers
hydraulisch beaufschlagbaren Stellkolben mechanisch formschlüssig in Verbindung
steht.
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Diese hydraulische Steuerung der Kupplungsmuffe bringt bei
verhältnismäßig
kurzer Ansprechzeit und bei geringem Bauvolumen die für die Verstellung erforderlichen
Kräfte auf.
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Bei einer solchen Lenkvorrichtung mit einer mit dem Lenkhandrad in
Verbindung stehenden hydraulischen Pumpe als Winkelgeschwindigkeitsgeber, deren
Förderdruck einen Steuerventilkolben eines Steuerventils verstellt, ist in Weiterbildung
des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß das Steuerventil die hydraulische Beaufschlagung
des Stellkolbens steuert. Diese vollständig hydraulische Ausführung hat den Vorteil,
daß auf elektronische Bauelemente auch im Bereich des Winkelgeschwindigkeitsgebers
verzichtet werden kann, wobei die hydraulische Pumpe einen wenig störanfälligen,
robusten Winkelgeschwindigkeitsgeber darstellt, dessen Förderdruck ein unmittelbar
in der hydraulischen Einrichtung zu verarbeitendes Ausgangssignal darstellt.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Stellkolben
den Steuerventilkolben konzentrisch umgibt und in einem Steuerventilgehäuse axial
verschiebbar ist, daß zwischen dem Steuerventilkolben und dem Stellkolben wirkende
Steuerkanten stirnseitig an beiden Enden des Stellkolbens liegende Zylinderräume
in der Weise mit hydraulischem Druck beaufschlagen, daß der Stellkolben dem Steuerventilkolben
nachläuft, und daß der Stellkolben über ein Ubertragungselement mit der Kupplungsmuffe
der Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform
bildet das Steuerventilgehäuse mit den darin angeordneten Teilen eine gesonderte
Baugruppe, die von den mechanischen Verbindungselementen der beiden Wellenenden,
die in einem gesonderten Gehäuse untergebracht sein können, weitgehend getrennt
und nur durch ein mechanisches Übertragungselement verbunden ist. Dadurch wird eine
einfache Montage und eine einfache Wartungsmöglichkeit erreicht.
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Zweckmäßigerweise ist das Steuerventilgehäuse mit einem Gehäuse der
Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung unmittelbar verbunden und achsparallel dazu
angeordnet. Damit erreicht man trotz einer weitgehenden Trennung der beiden genannten
Baugruppen eine verhältnismäßig kompakte Bauweise.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Kupplungsmuffe
von zwei entgegengesetzt axial wirkenden Federn in eine Mittelstellung gedrückt
wird, und daß sich beide Federn unter einstellbarer Vorspannung in der Mittelstellung
an einem gehäusefesten Anschlag abstützen. Dadurch wird eine selbsstätige Rückführung
der Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung in die Ausgangsstellung erreicht. Da sich
die beiden Federn mit ihrer wählbaren Vorspannung an gehäusefesten Anschlägen abstützen,
bleibt die Kupplungsmuffe in ihrer Mittelstellung, bis die auf die Kupplungsmuffe
wirkende Axialkraft größer ist als die jeweilige Federvorspannung.
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Dadurch wird erreicht, daß die Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung
nicht schon bei geringen Winkelgeschwindigkeiten anspricht, sondern erst, wenn eine
gewisse Winkelgeschwindigkeit überschritten wird.
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In einer konstruktiv besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen,
daß die Kupplungsmuffe der Innenring eines axial wirkenden Wälzlagers ist, dessen
Außenring mit einer Nase formschlüssig mit dem Stellkolben verbunden ist. Bei
kompakter
Bauweise wird hierbei erreicht, daß der durch die Kupplungsmuffe verursachte zusätzliche
Lenkwiderstand äußerst gering ist.
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Bei einer anderen, besonders raumsparenden Ausführungsform des Erfindungsgedankens
ist vorgesehen, daß der Stellkolben im Gehäuse der Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung
axial verschiebbar angeordnet ist und die Kupplungsmuffe konzentrisch umgibt, und
daß zwischen dem Steuerventilkolben und einem ihn umgebenden Nachläuferkolben wirkende
Steuerkanten stirnseitig an beiden Enden des Stellkolbens liegende Zylinderräume
in der Weise mit hydraulischem Druck beaufschlagen, daß sich der Steuerkolben parallel
zu dem Nachläuferkolben des Steuerventils bewegt.
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Zweckmäßigerweise ist das Steilgewinde der Kupplungsmuffe selbsthemmend
ausgeführt, d. h. der Steigungswinkel wird ausreichend groß gewählt. Dadurch wird
erreicht, daß eine unerwünschte Rückwirkung des am Lenkhandrad aufgebrachten Drehmoments
auf die Überlagerungseinrichtung vermeiden wird.
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Außerdem ist sichergestellt, daß auch bei einem Störungsfall, der
eine axiale Verschiebbarkeit der Kupplungsmuffe zur Folge hätte, beispielsweise
bei einem Druckölverlust in der hydraulischen Einrichtung, trotzdem keine axiale
Verschiebung der Kupplungsmuffe und ein damit verbundenes erhöhtes Lenkungsspiel
auftreten können.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Drehwinkel-Uberlagerungsgetriebe
als Umlaufgetriebe, vorzugsweise Planetengetriebe ausgeführt, dessen die Planetenräder
tragender Steg durch die Antriebsvorrichtung schwenkbar ist. Dieses Getriebe hat
bei geringem Platzbedarf einen besonders hohen Wirkungsgrad, d. h.
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die auftretenden Reibungsverluste sind sehr gering. Zweckmäßigerweise
ist die Antriebsvorrichtung ein hydraulischer Servozylinder, dessen Kolben in der
Mittelstellung durch Federn zentriert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind.
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Es zeigt: Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung
mit parallel dazu in einem gesonderten Gehäuse angeordnetem Steuerventil, Fig. 2
ebenfalls in einem Längsschnitt eine Ausführungsform bei der die Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung
und das Steuerventil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und der Stellkolben
die Kupplungsmuffe umgibt, und Fig. 3 in vereinfachter perspektivischer Darstellungsweise
eine Drehwinkel-Uberlagerungseinrichtung in der Lenksäule eines Kraftfahrzeugs in
der Ausführung als Planetengetriebe, wobei die zugehörige hydraulische Schaltung
im vereinfachten Blockschaltbild angegeben ist.
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Ein Wellenende 1, das mit einem (nicht dargestellten) Lenkhandrad
eines Kraftfahrzeugs direkt verbunden ist und einen Teil der Lenksäule bildet, ist
in einem Gehäuse 2 gelagert und konzentrisch, jedoch frei drehbar mit einem Wellenende
3 verbunden, das ebenfalls im Gehäuse 2 drehbar gelagert und mit einem (ebenfalls
nicht dargestellten) Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Auf beiden
Wellenenden 1,3 ist jeweils ein Rad 4,5 befestigt. Die beiden Räder 4,5 tragen an
ihrem Umfang jeweils Steilgewinde 6 bzw. 7 unterschiedlicher Steigung, die nachfolgend
wegen der verhältnismäßig steilen Gewindesteigung als Verzahnung bzw. Schrägverzahnung
bezeichnet werden.
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Eine axial verschiebbare Kupplungsmuffe 8 umgibt die beiden Zahnräder
4,5 und steht über Eingriffszähne 9 mit beiden Verzahnungen 6 und 7 in Verzahnungseingriff.
Die Kupplungsmuffe 8 hat einen Bund 10, der sich an seinen beiden Stirnseiten an
Wälzlagern 61, vorzugsweise Axialnadellagern, abstützt. Ein im Querschnitt U-förmiger
Ring 62, der aus Montagegründen teilbar ausgebildet sein kann, bildet jeweils den
Außenring der Axialwälzlager 61. Mit einer Nase 45 greift der Ring 62 in eine Nut
47 des später noch beschriebenen Stellkolbens 26.
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Die Kupplungsmuffe 8 wird zwischen zwei je nach Bedarf vorgespannten
Federn 11,12 über Winkelringe 63 zentriert, die jeweils zwischen der Stirnseite
der Feder 11 bzw. 12 und den Flanken des Rings 62 eingesetzt sind. Die Federn 11,12
stützen sich mit ihrer Vorspannkraft außerdem an durch Gehäuseringe 64 gebildeten
Anschlägen ab, die in Nuten im Gehäuse angeordnet sind. Eine Axialverschiebung der
Kupplungsmuffe 8 kann erst erfolgen, wenn die aufgewendete Axialkraft die Vorspannung
der Federn 11 bzw. 12 übersteigt.
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Eine auch bei Drehrichtungswechsei hydraulisch spielfrei arbeitende
Zahnradpumpe 13 ist mit dem Wellenende 1 verbunden und an das Gehäuse 2 angeflanscht.
Die Zahnradpumpe 13 erzeugt über hydraulische Drosseln 14, zu denen Nachsaug- und
Vorspannventile 15 parallelgeschaltet sind, je nach der Drehrichtung des Wellenendes
1 in einer der beiden hydraulischen Leitungen 16 bzw. 17 einen hydraulischen Druck,
der von der Winkelgeschwindigkeit des Wellenendes 1 abhängt. Die Drosseln 14 und
die Ventile 15 stehen mit einer zu einem Vorratsbehälter 18 führenden Leitung 19
in Verbindung.
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Die in den Leitungen 16 bzw. 17 anstehenden Drücke wirken auf die
beiden Stirnseiten eines federbelasteten, axial in einem Steuerventilgehäuse 20
verschiebbaren Steuerventilkolbens 21, wobei die Leitung 17 unmittelbar mit einem
Zylinderraum 22 an der einen Stirnseite des Steuerventilkolbens 21 und die Leitung
16 über eine Ringnut 23 und eine zentrale Bohrung 24 mit einem Zylinderraum 25 an
der anderen Stirnseite des Steuerventilkolbens 21 verbunden ist. Der Steuerventilkolben
21 nimmt daher im Steuerventilgehäuse 20 eine von den Drücken in den Leitungen 16
und 17 abhängige axiale Stellung ein.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 umgibt ei Stellkolben 26, der
im Steuerventilgehäuse 20 axial verschiebbar geführt ist, den Steuerventilkolben
21 konzentrisch. Eine hydraulische Pumpe 27, die beispielsweise bei Einbau eines
hydraulischen Mengenteilers auch die Servolenkungspumpe einer Lenkservoeinrichtung
sein kann, liefert hydraulischen Druck an eine Eingangsleitung 28 des Steuerventilgehäuses
20, der über eine Ringnut 29 des Stellkolbens 26 und eine Leitung 30 an eine Ringnut
31 des Steuerventilkolbens 21 und über eine Umgehungsleitung 32 an eine zweite Ringnut
33 des Steuerventilkolbens 21 übertragen wird.
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Den Steuerventilkolben 21 umgebende Ringräume 34,35 im Stellkolben
26 stehen über Leitungen 36 bzw. 37 mit Zylinderräumen 38 bzw. 39 an den Stirnseiten
des Stellkolbens 26 in Verbindung. Eine mittlere Ringnut 40 des Steuerventilkolbens
21 steht über eine Leitung 41, eine Ringnut 42 und eine Auslaßleitung 43 mit einer
zum Behälter 18 führenden Rücklaufleitung 44 in Verbindung. Die von den Ringnuten
31,33 und 40 sowie den Ringräumen 34 und 35 gebildeten, zusammenwirkenden Steuerkanten
sind so angeordnet, daß bei einer Bewegung des Steuerventilkolbens 21 aus seiner
Ausgangsstellung nach rechts oder links entweder der Ringraum 34 und damit der Zylinderraum
38 oder der Ringraum 35 und damit der Zylinderraum 39 mit dem von der Pumpe 27 gelieferten
hydraulischen Druck beaufschlagt wird, so daß sich der Stellkolben 26 nach rechts
oder links bewegt. Der Stellkolben 26 läuft daher der Bewegung des Steuerventilkolbens
21 "kraftverstärkt" nach. Der Steuerventilkolben 21 bildet mit dem Stellkolben 26
eine 4/3-Wegeventilsteuerung nach Art einer hydraulisch reversiblen Nach auf steuerung.
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Durch die unterschiedliche Steigung der Verzahnungen bzw.
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Steilgewinde 6 und 7 führt eine axiale Verschiebung der Kupplungsmuffe
8 zu einer Relativdrehung zwischen den Wellenenden 1 und 3. Diese Verschiebung erfordert
eine Kraft, die durch den Lenkwiderstand und die Kraft der Federn 11,12 gegeben
ist. Diese Kraft wird durch einen hydraulischen Druck erzeugt, der in einem der
Zylinderräume 38,39 wirkt.
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Diese hydraulischen Drücke wiederum sind abhängig von der Winkelgeschwindigkeit
des mit dem Lenkhandrad verbundenen
Wellenendes 1, das die Zahnradpumpe
13 treibt. Durch die Bemessung der Nachsaug- und Vorspannventile 15 zwischen den
beiden Pumpenausgangsleitungen 16 und 17 einerseits und der Rücklaufleitung 19 andererseits
können beliebige Charakteristiken zwischen der Pumpendrehzahl und dem axialen Verschiebeweg
des Steuerventilkolbens 21 erzeugt werden. Bei einer Drehzahl 0 der Zahnradpumpe
13 stellen die in den Zylinderräumen 22 und 25 angeordneten Federn 48 und 49 den
Steuerventilkolben 21 und damit auch den Stellkolben 26 und die Kupplungsmuffe 8
selbsttätig in die Mittelstellung zurück.
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Dies ist nötig, weil sonst der Steuerventilkolben 21 und der Stellkolben
26 hydraulisch verriegelt wären und den Rücklauf der Kupplungsmuffe 8 in ihre Mittelstellung
verhindern würden.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2, bei der für gleiche Teile gleiche
Bezugszeichen verwendet werden, unterscheidet sich von der Ausführungsform nach
Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Stellkolben 26' im Gehäuse 2 axial verschiebbar
und dichtend geführt und hohl ausgeführt ist, wobei er die Kupplungsmuffe 8 konzentrisch
umgibt. Anstelle des Stellkolbens 26 beim Beispiel nach Fig. 1 umgibt den Steuerventilkolben
21 beim Beispiel nach Fig. 2 ein Nachläuferkolben 50, der mit diesem die 4/3-Wegeventilsteuerung
bildet. Um eine Wegrückführung zu erreichen, ist der Stellkolben 26' mit dem Nachläuferkolben
50 über eine axial verschiebbare, drehbare Scheibe 51 verbunden, die in Ringnuten
des Stellkolbens 26' und des Nachläuferkolbens 50 eingreift und auf einer verschiebbaren,
mit einer Längskerbe 46 versehenen Welle 52 befestigt ist.
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Der funktionelle Vorteil dieser Ausführung gegenüber der Ausführung
nach Fig. 1 besteht darin, daß die verhältnismäßig großen Kräfte, die zur Verstellung
der Kupplungsmuffe 8 nötig sind, an den Stirnflächen des koaxial zur Kupplungsmuffe
8 angeordneten Stellkolbens 26' erzeugt werden und daher nicht über einen gesonderten,
exzentrisch belasteten Mechanismus übertragen werden müssen. Deshalb kann die Scheibe
51 mit ihrer Führung entsprechend schwach dimensioniert werden.
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Anstelle der Federn 11,12 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind
bei der Ausführung nach Fig. 2 eine oder mehrere Einschraub-Federpatronen 65 vorgesehen,
die mit unterschiedlichen Federn 66 und ggf. Dämpfungsscheiben 67 ausgeführt sind.
Um eine Anderung der Rückstellcharaktestik zu erreichen, können diese Federpatronen
65 auch im fertigmontierten Zustand der Lenkvorrichtung leicht ausgewechselt werden.
Dabei ist es auch möglich, eine in beiden Richtungen unterschiedliche Federungs-
und/oder Dämpfungscharakteristik zu wählen.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Zahnräder 4,5 durch in den
Figuren nur angedeutete Keile 68 auf den beiden Wellenenden 1,3 festgelegt. Die
an den beiden Rädern 4,5 auftretenden Axialkräfte werden durch Axiallager 69,70
am Gehäuse 2 abgestützt.
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Die am Nachläuferkolben 50 ausgebildeten Ringräume 34 und 35 stehen
über radiale Bohrungen 53,54,äußere Ringnuten 55,56 und Gehäusebohrungen 57,58 mit
Zylinderräumen 59 und 60 an den beiden Stirnwänden des Stellkolbens 26' in Verbindung.
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Da der Stellkolben 26' wegen der in ihm enthaltenen Zahnräder 4,5
und der Kupplungsmuffe 8 ohnehin einen
verhältnismäßig großen Durchmesser
hat, ist auch der Durchmesser der Zylinderräume 59 und 60 verhältnismäßig groß,
so daß große axiale Verstellkräfte auf den Stellkolben 26' ausgeübt werden können.
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Die Durchmesser der Teilkreise der Verzahnungen 6,7 und der Winkel
der Schrägverzahnung können so gewählt werden, daß je nach der gewünschten Betriebscharakteristik
Selbsthemmung oder keine Selbsthemmung vorliegt.
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Die axiale Abstützung der Kupplungsmuffe 8 erfolgt beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 über Axial-Wälzlager, vorzugsweise Axial-Zylinderrollenlager 71 an den
beiden Stirnseiten der Kupplungsmuffe 8.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel steht das mit dem
Lenkhandrad verbundene Wellenende 1 über ein das Drehwinkel-Uberlagerungsgetriebe
bildendes Planetengetriebe 72 mit dem Wellenende 3 in Antriebsverbindung. Das Wellendende
1 ist mit dem Außenrad 73 des Planetengetriebes 72 verbunden, während das Sonnenrad
74 mit dem Wellenende 3 verbunden ist.
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Die dazwischen angeordneten Planetenräder 75 sind in einem um die
Längsachse des Planetengetriebes 72 schwenkbaren Steg 76 gelagert, an dem die Kolbenstange
77 eines die Antriebsvorrichtung bildenden hydraulischen Servozylinders 78 angreift.
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Im Servozylinder 78 ist ein Kolben 79 durch Druckfedern 80,81 in seiner
Mittelstellung zentriert. Die beiderseits der Kolbens 79 liegenden Zylinderräume
des Servozylinders 78 sind über Leitungen 82 mit einem Ventilblock 83 verbunden,
der durch den Winkelgeschwindigkeitsgeber, beispielsweise ebenfalls
eine
Zahnradpumpe 13, die mit dem Wellenende 1 verbunden ist, derart gesteuert wird,
daß in Abhängigkeit von der Drehrichtung und der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades
der obere oder der untere Zylinderraum des Servozylinders 78 beaufschlagt wird.
Zur Rückstellung kann im Kolben 79 eine Ausgleichsöffnung vorgesehen sein.
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Bei einem Ausfall der Servoenergie wird der Kolben 79 durch die Druckfedern
80 und 81 in seine Mittelstellung geführt bzw. in dieser Mittelstellung gehalten,
so daß die Antriebsvorrichtung auf diese Weise gesperrt wird. Statt dessen kann
die Sperrung der Antriebsvorrichtung auch dadurch erreicht werden, daß in den Leitungen
82 normalerweise geöffnete, speicherdruckabhängige Schaltventile eingesetzt sind,
die bei einem Ausfall des Speicherdrucks die Leitungen 82 sperren und damit den
Kolben 79 blockieren.
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Eine weitere Möglichkeit zur Sperrung der Antriebsvorrichtung bei
Ausfall der Servoenergie besteht darin, an der Kolbenstange 77 bei Ausfall der Servoenergie
bzw. der Steuerung geeignete Reibglieder angreifen zu lassen, beispielsweise in
Form einer federbelasteten Bremse, die normalerweise durch den im Ventilblock 83
anstehenden Speicherdruck offen gehalten wird und bei Druckabfall in Funktion tritt.
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BEZUGSZEICHENLISTE 1 Wellenende 2 Gehäuse 3 Wellenende 4 Rad 5 Rad
6 Steilgewinde 7 Steilgewinde 8 Kupplungsmuffe, 9 Eingriffs zähne 10 Bund 11 Druckfeder
12 Druckfeder 13 Zahnradpumpe 14 Drosseln 15 Nachsaug- und Vorspannventile 16 hydraulische
Leitung 17 hydraulische Leitung 18 Vorratsbehälter 19 Leitung 20 Steuerventilgehäuse
21 Steuerventilkolben 22 Zylinderraum 23 Ringnut 24 zentrale Bohrung 25 Zylinderraum
26 Stellkolben 27 hydraulische Pumpe 28 Eingangsleitung 29 Ringnut 30 Leitung 31
Ringnut 32 Umgehungsleitung 33 Ringnut 34 Ringraum 35 Ringraum 36 Leitung 37 Leitung
38 Zylinderraum 39 Zylinderraum 40 Ringnut 41 Leitung 42 Ringnut 43 Auslaßleitung
44 Rücklaufleitung 45 Übertragungs zapfen 46 LEngskerbe 47 Bohrung 48 Feder 49 Feder
50 Nachläuferkolben 51 Scheibe 52 Welle 53 radiale Bohrung 54 radiale Bohrung 55
Ringnut 56 Ringnut 57 Gehäusebohrung 58 Gehäusebohrung 59 Zylinderraum 60 Zylinderraum
61
Wälzlager 62 U-förmiger Ring 63 Winkelringe 64 Gehäuseringe 65 Einschraub-Federpatronen
66 Federn 67 Dämpfungsscheiben 68 Keile 69 Axiallager 70 Axiallager 71 Axial-Zylinderrollenlager
72 Planetengetriebe 73 Außenrad 74 Sonnenrad 75 Planetenräder 76 schwenkbarer Steg
77 Kolbenstange 78 Servozylinder 79 Kolben 80 Druckfeder 81 Druckfeder 82 Leitung
83 Ventilblock
Leerseite