DE3121008C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 je­ weiligen 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 er­ zielten Lenkeinschlag abweicht, wobei der überlagerte Lenk­ bewegungsanteil jeder gewünschten Verhaltenscharakteristik der Lenkung angepaßt sein kann.

Aus der DE-OS 25 01 752 ist eine Lenkvorrichtung mit Zeit­ vorhalt für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der der durch Dreh­ winkeländerung 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 Winkelgeschwindig­ keitsgeber, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades die Drehwinkel-Über­ lagerungseinrichtung steuert, wobei die Drehwinkel-Überlage­ rungseinrichtung ein Überlagerungsgetriebe ist, durch das das Lenkhandrad und das Lenkgetriebe permanent formschlüssig mit­ einander verbunden sind. Bei dieser Lenkvorrichtung wird die Drehbewegung des Lenkhandrades von einer Lenkspindel über ein Summen- oder Überlagerungsgetriebe und eine Lenkungskupplung auf eine bekannte Servolenkung übertragen. Zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages ist auf der Lenkspindel in eine in Richtung der Lenkspindelachse ver­ laufende geradlinige Bewegung vorgesehen. Die von dem Wandler­ getriebe erzeugte geradlinige Bewegung wird auf zwei hydrau­ lische Teleskopdämpfer übertragen, die an einer Stellhülse angelenkt sind, die mittels Wälzlageranordnungen drehbar, jedoch axial unverschiebbar auf einer das Summenglied des Summengetriebes bildenden Muffe gelagert ist. Die Stellhülse wird von einer in einem gehäusefesten Federgehäuse angeordneten Stützfeder in einer Mittelstellung gehalten, aus der sie sich bei Überwindung der Federkraft der Stützfeder in beiden Rich­ tungen bewegen kann.

Bei dieser aus der DE-OS 25 01 752 bekannten Lenkvorrichtung tritt bei schnelleren Lenkhandradeinschlägen an den Teleskop­ dämpfern ein in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades ansteigender Dämpfungswiderstand auf, der die Zentrierkraft der Stützfeder überwindet und die Stellhülse unter Zusammendrückung der Stützfeder in der jeweiligen Axial­ richtung verschiebt, wodurch das Summengetriebe der an die Servolenkung angeschlossenen Getriebewelle einen zusätzlichen Drehwinkelanteil vermittelt, der als Zeitvorhalt in die Servo­ lennkung eingesteuert wird. Somit wird die Antriebskraft zum Verstellen des Summengetriebes und zur Vergrößerung des Lenk­ winkels von dem Fahrer mit Hilfe des Lenkhandrades und dem Wandlergetriebe erzeugt, was zur Folge hat, daß sich mit zu­ nehmender Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages der Drehwiderstand am Lenkhandrad vergrößert. Dies führt in der Praxis zu einem ständig schwankenden Lenkwiderstand, was für den Fahrer sehr störend ist und die Fahrsicherheit erheblich beeinträchtigt. Außerdem kann die Kraft der Stützfeder nicht ausreichend hoch bemessen werden, um eine Verstellung des Summengetriebes durch auf die Fahrzeugräder einwirkende Stör­ kräfte zu vermeiden. Auch dies kann zu einer Beeinträchtigung der Fahrsicherheit führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lenk­ vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Drehwiderstand am Lenkhandrad durch die drehgeschwindigkeits­ abhängige Überlagerung eines positiven oder negativen Dreh­ winkels nicht zwangsläufig vergrößert wird, sondern den ergo­ nomischen Bedürfnissen in beliebiger Weise angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Damit ist es möglich, den Drehwiderstand am Lenkhandrad auch beim Zuschalten eines Lenkwinkels durch Verstellen des Überlagerungsgetriebes im wesentlichen konstant zu halten. Die Verstellung des Über­ lagerungsgetriebes erzeugt erfindungsgemäß nicht durch eine von dem Lenkhandrad bzw. der Lenkspindel abgezweigte Drehkraft, sondern durch eine Fremdkraft getriebene Antriebsvorrichtung, die mit Hilfe des Winkelgeschwindigkeitsgebers gesteuert wird. Der Drehwiderstand des Winkelgeschwindigkeitsgebers kann dabei vergleichsweise klein gehalten werden, da nur geringe Kräfte zur Betätigung der Steuerung der Antriebsvorrichtung erforder­ lich sind. Zusätzlich ist es möglich, durch Auslegung der Antriebsvorrichtung den Widerstand des Winkelgeschwindigkeits­ gebers zusätzlich zu kompensieren. Damit kann der Drehwider­ stand des Lenkhandrades dem angestrebten Lenkgefühl angepaßt und damit ein Maximum an Fahrsicherheit erreicht werden.

Durch die Vorsehung einer separaten Servoeinrichtung, die den Verstellwiderstand des Überlagerungsgetriebes ganz oder teil­ weise übernimmt, wird erreicht, daß der an sich gewohnte Lenk­ widerstand, auch wenn er durch eine Servolenkeinrichtung herab­ gesetzt ist, beim Zuschalten eines Lenkwinkels nicht nachteilig verändert wird. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Lehre eine zuverlässige Sperrung der Verstelleinrichtung des Über­ lagerungsgetriebes bei Ausfall der Steuerung der Antriebsvor­ richtung ermöglicht, wodurch eine selbsttätige Verstellung des Überlagerungsgetriebes durch Störkräfte an den Fahrzeugrädern mit Sicherheit vermieden wird.

In der DE-OS 23 59 807 ist eine Servolenkeinrichtung beschrie­ ben, deren Steuerventil einerseits über die Lenkspindel mit Hilfe des Lenkhandrades und andererseits mit Hilfe eines Motors betätigbar ist. Bei dieser bekannten Lenkbetätigungseinrichtung handelt es sich also um eine Servolenkung, die einerseits Lenkbefehle über das Lenkhandrad und andererseits unabhängig von der Stellung des Lenkhandrades Lenkbefehle mit Hilfe eines Motors erhält, der bspw. durch einen Windsensor ansteuerbar ist, um Seitenwindeinflüsse zu kompensieren. Mit einer von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades abhängigen Beeinflus­ sung des Lenkwinkels mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Über­ lagerungsgetriebes ist eine solche Lenkvorrichtung nicht ver­ gleichbar. Außerdem ist aus dieser Druckschrift die Anordnung einer separaten Servoeinrichtung zur Verstellung des Über­ lagerungsgetriebes mit dem Ziel einer Anpassung des Lenkwider­ standes an die ergonomischen Erfordernisse nicht bekannt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sperrung der Antriebsvorrichtung durch Selbsthemmung erfolgt. Dadurch entsteht bei Ausfall der Servo­ hydraulik keine Änderung der Lenkung, auch ohne daß Federn vorgesehen wäre, die die Vorrichtung in einem Mittellager zu führen suchen.

Zusätzlich zur Selbsthemmung können Kraftmittel vorgesehen sein, die zur Rückführung der Antriebsvorrichtung in eine Mittelstellung dienen. Dadurch wird erreicht, daß das über­ lagerungsgetriebe 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.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung ist vorgesehen, daß der von der jeweiligen Winkelgeschwindig­ keit des Lenkhandrades abhängige Lenkbewegungsanteil gegen­ sinnig zur Lenkbewegung überlagert wird. Damit wird ein Zeit­ nachhalt der Lenkungscharakteristik erreicht, d. h. eine kurz­ zeitige Verringerung der Lenkübersetzung in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit am Lenkhandrad. Bei einer aus der DE-OS 21 34 348 bekannten Lenkvorrichtung ist nur ein Zeitvorhalt vorgesehen. Damit ist der Einsatzbereich der bekannten Lenkvor­ richtung nur auf diejenigen Fälle beschränkt, in denen eine Betriebscharakteristik erwünscht ist, bei der sich ein Lenk­ bewegungsanteil nur in positiver Richtung überlagert, d. h. bei schnellen Lenkbewegungen vergrößert sich die Lenkübersetzung kurzzeitig. In vielen Einsatzbereichen wird dieses Lenkverhal­ ten aber unerwünscht sein, weil es gerade die heftigen Lenkbe­ wegungen noch übersteigert und dadurch den Fahrer zu noch erhöhter Aufmerksamkeit bei der Ausführung der Lenkbewegungen zwingt. Im Gegensatz dazu ergibt der erfindungsgemäße Zeitnach­ halt eine für den Fahrzeugführer wesentlich angenehmere Charak­ teristik 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 Fahrers gefährlich beeinträch­ tigenden Fehler des Fahrzeugführers wesentlich gemildert.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß im Drehwinkel-Überlagerungsgetriebe ein mit dem Lenkhandrad ver­ bundenes Wellenende koaxial zu einem mit dem Lenkgetriebe ver­ bundenen Wellenende drehbar angeordnet ist, daß die beiden Wellen­ enden jeweils unterschiedliche Steilgewinde tragen, und daß beide Steilgewinde mit einer gemeinsamen Kupplungsmuffe in Eingriff stehen, die durch das Ausgangssignal des Winkelgeschwin­ digkeitsgebers axial verschiebbar ist.

Der Gewindeeingriff der Kupplungsmuffe mit den beiden Steilgewinden läßt sich weitgehend spielfrei ausführen. Die wegen der Überlagerung einer zusätzlichen Lenkbewegung er­ forderliche relative Verstellbarkeit zwischen dem Lenkhandrad und dem Lenkgetriebe wirkt sich bei Ausfall der Überlagerungs­ einrichtung nicht als zusätzliches Spiel zwischen dem Lenk­ handrad 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 Lenk­ getriebe sicherstellt. Weder beim ordnungsgemäßen Betrieb noch beim Ausfall der Überlagerungseinrichtung bedingt die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung eine Erhöhung der erforder­ lichen Lenkkraft, was insbesondere beim Einbau in direktbe­ tätigte Lenkungen ohne Servoeinrichtung und beim Notlenkbe­ trieb von Servolenkungen von besonderem Vorteil ist.

Die Betriebscharakteristik der Lenkvorrichtung ist in einfacher Weise zwischen einem Zeitvorhalt und einem Zeitnachhalt wähl­ bar, beispielsweise durch die Wahl der Gangrichtung der beiden Steilgewinde oder durch die Richtung, in der das Ausgangssig­ nal des Winkelgeschwindigkeitsgebers die Kupplungsmuffe ver­ schiebt.

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. Diese hydraulische Steuerung der Kupplungsmuffe bringt bei verhältnismäßig kurzer Ansprechzeit und bei geringem Bau­ volumen die für die Verstellung erforderlichen Kräfte auf.

Bei einer solchen Lenkvorrichtung mit einer mit dem Lenkhand­ rad in Verbindung stehenden hydraulischen Pumpe als Winkelge­ schwindigkeitsgeber, deren Förderdruck einen Steuerventil­ kolben 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 Winkelgeschwin­ digkeitsgebers verzichtet werden kann, wobei die hydraulische Pumpe einen wenig störanfälligen, robusten Winkelgeschwin­ digkeitsgeber darstellt, dessen Förderdruck ein unmittelbar in der hydraulischen Einrichtung zu verarbeitendes Ausgangs­ signal darstellt.

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 Übertragungsele­ ment mit der Kupplungsmuffe der Drehwinkel-Überlagerungs­ einrichtung verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform bildet das Steuerventilgehäuse mit den darin angeordneten Teilen eine gesonderte Baugruppe, die von den mechanischen Verbin­ dungselementen der beiden Wellenenden, die in einem gesonder­ ten Gehäuse untergebracht sein können, weitgehend getrennt und nur durch ein mechanisches Übertragungselement verbunden ist. Dadurch wird eine einfache Montage und eine einfache Wartungsmöglichkeit erreicht.

Zweckmäßigerweise ist das Steuerventilgehäuse mit einem Gehäuse der Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung unmittelbar verbunden und achsparallel dazu angeordnet. Damit erreicht man trotz einer weitgehenden Trennung der beiden genannten Baugruppen eine verhältnismäßig kompakte Bauweise.

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 Mittel­ stellung an einem gehäusefesten Anschlag abstützen. Dadurch wird eine selbsttätige Rückführung der Drehwinkel-Überlage­ rungseinrichtung in die Ausgangsstellung erreicht. Da sich die beiden Federn mit ihrer wählbaren Vorspannung an gehäuse­ festen Anschlägen abstützen, bleibt die Kupplungsmuffe in ihrer Mittelstellung, bis die auf die Kupplungsmuffe wirkende Axialkraft größer ist als die jeweilige Federvorspannung. Dadurch wird erreicht, daß die Drehwinkel-Überlagerungsein­ richtung nicht schon bei geringen Winkelgeschwindigkeiten anspricht, sondern erst, wenn eine gewisse Winkelgeschwindig­ keit überschritten wird.

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.

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 stirn­ seitig an beiden Enden des Stellkolbens liegende Zylinderräume in der Weise mit hydraulischem Druck beaufschlagen, daß sich der Steuerkolben parallel zu dem Nachläuferkolben des Steuer­ ventils bewegt.

Zweckmäßigerweise ist das Steilgewinde der Kupplungsmuffe selbsthemmend ausgeführt, d. h. der Steigungswinkel wird aus­ reichend groß gewählt. Dadurch wird erreicht, daß eine uner­ wünschte Rückwirkung des am Lenkhandrad aufgebrachten Dreh­ moments auf die Überlagerungseinrichtung vermeiden wird. Außerdem ist sichergestellt, daß auch bei einem Störungsfall, der eine axiale Verschiebbarkeit der Kupplungsmuffe zur Folge hätte, beispielsweise bei einem Druckölverlust in der hydrau­ lischen Einrichtung, trotzdem keine axiale Verschiebung der Kupplungsmuffe und ein damit verbundenes erhöhtes Lenkungs­ spiel auftreten können.

In einer anderen Ausführungsform ist das Drehwinkel-Überlage­ rungsgetriebe 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. die auftretenden Reibungsverluste sind sehr gering. Zweckmäßi­ gerweise ist die Antriebsvorrichtung ein hydraulischer Servo­ zylinder, dessen Kolben in der Mittelstellung durch Federn zentriert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Drehwinkel-Überlagerungs­ einrichtung 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 angeord­ net sind und der Stellkolben die Kupplungsmuffe umgibt, und

Fig. 3 in vereinfachter perspektivischer Darstellungsweise eine Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung in der Lenk­ säule eines Kraftfahrzeugs in der Ausführung als Planetengetriebe, wobei die zugehörige hydraulische Schaltung im vereinfachten Blockschaltbild angegeben ist.

Ein Wellenende 1, das mit einem (nicht dargestellten) Lenkhand­ rad 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 ver­ bunden, 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.

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 Kupplungs­ muffe 8 hat einen Bund 10, der sich an seinen beiden Stirn­ seiten 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.

Die Kupplungsmuffe 8 wird zwischen zwei je nach Bedarf vorge­ spannten 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.

Eine auch bei Drehrichtungswechsel hydraulisch spielfrei ar­ beitende 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 Vorspann­ ventile 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 Winkelge­ schwindigkeit des Wellenendes 1 abhängt. Die Drosseln 14 und die Ventile 15 stehen mit einer zu einem Vorratsbehälter 18 führenden Leitung 19 in Verbindung.

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 Steuer­ ventilkolbens 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.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 umgibt ein 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 Lenkservo­ einrichtung 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 Umgehungs­ leitung 32 an eine zweite Ringnut 33 des Steuerventilkolbens 21 übertragen wird.

Den Steuerventilkolben 21 umgebende Ringräume 34, 35 im Stell­ kolben 26 stehen über Leitungen 36 bzw. 37 mit Zylinder­ räumen 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 Auslaß­ leitung 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 Steuer­ kanten sind so angeordnet, daß bei einer Bewegung des Steuer­ ventilkolbens 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 Steuerventil­ kolben 21 bildet mit dem Stellkolben 26 eine 4/3-Wegenventil­ steuerung nach Art einer hydraulisch reversiblen Nachlauf­ steuerung.

Durch die unterschiedliche Steigung der Verzahnungen bzw. Steilgewinde 6 und 7 führt eine axiale Verschiebung der Kupplungsmuffe 8 zu einer Relativdrehung zwischen den Wellen­ enden 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.

Diese hydraulischen Drücke wiederum sind abhängig von der Winkelgeschwindigkeit des mit dem Lenkhandrad verbundenen Wellenendes 1, das die Zahnradpumpe 13 treibt. Durch die Be­ messung der Nachsaug- und Vorspannventile 15 zwischen den beiden Pumpenausgangsleitungen 16 und 17 einerseits und der Rücklaufleitung 19 andererseits können beliebige Charakteri­ stiken zwischen der Pumpendrehzahl und dem axialen Verschiebe­ weg des Steuerventilkolbens 21 erzeugt werden. Bei einer Drehzahl 0 der Zahnradpumpe 13 stellen die in den Zylinder­ räumen 22 und 25 angeordneten Federn 48 und 49 den Steuer­ ventilkolben 21 und damit auch den Stellkolben 26 und die Kupplungsmuffe 8 selbsttätig in die Mittelstellung zurück. Dies ist nötig, weil sonst der Steuerventilkolben 21 und der Stellkolben 26 hydraulisch verriegelt wären und den Rücklauf der Kupplungsmuffe 8 in ihre Mittelstellung verhin­ dern würden.

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 Stell­ kolbens 26 beim Beispiel nach Fig. 1 umgibt den Steuerventil­ kolben 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 ver­ schiebbaren, mit einer Längskerbe 46 versehenen Welle 52 befestigt ist.

Der funktionelle Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 besteht darin, daß die verhältnis­ mäßig großen Kräfte, die zur Verstellung der Kupplungsmuffe 8 nötig sind, an den Stirnflächen des koaxial zur Kupplungs­ muffe 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 dimensio­ niert werden.

Anstelle der Federn 11, 12 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind bei der Ausführung nach Fig. 2 eine oder mehrere Ein­ schraub-Federpatronen 65 vorgesehen, die mit unterschied­ lichen Federn 66 und ggf. Dämpfungsscheiben 67 ausgeführt sind. Um eine Änderung der Rückstellcharakteristik 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.

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.

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. Da der Stellkolben 26′ wegen der in ihn enthaltenden Zahn­ räder 4, 5 und der Kupplungsmuffe 8 ohnehin einen verhältnismäßig großen Durchmesser hat, ist auch der Durch­ messer der Zylinderräume 59 und 60 verhältnismäßig groß, so daß große axiale Verstellkräfte auf den Stellkolben 26′ aus­ geübt werden können.

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.

Die axiale Abstützung der Kupplungsmuffe 8 erfolgt beim Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 über Axial-Wälzlager, vorzugs­ weise Axial-Zylinderrollenlager 71 an den beiden Stirnseiten der Kupplungsmuffe 8.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel steht das mit dem Lenkhandrad verbundene Wellenende 1 über ein das Dreh­ winkel-Überlagerungsgetriebe bildendes Planetengetriebe 72 mit dem Wellenende 3 in Antriebsverbindung. Das Wellenende 1 ist mit dem Außenrad 73 des Planetengetriebes 72 verbunden, während das Sonnenrad 74 mit dem Wellenende 3 verbunden ist. 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 Antriebsvor­ richtung bildenden hydraulischen Servozylinders 78 angreift.

Im Servozylinder 78 ist ein Kolben 79 durch Druckfedern 80, 81 in seiner Mittelstellung zentriert. Die beiderseits des Kol­ bens 79 liegenden Zylinderräume des Servozylinders 78 sind über Leitungen 82 mit einem Ventilblock 83 verbunden, der durch den Winkelgeschwindkeitsgeber, beispielsweise ebenfalls eine Zahnradpumpe 13, die mit dem Wellenende 1 verbunden ist, derart gesteuert wird, daß in Abhängigkeit von der Dreh­ richtung und der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades der obere oder der untere Zylinderraum des Servozylinders 78 be­ aufschlagt wird. Zur Rückstellung kann im Kolben 79 eine Aus­ gleichsöffnung vorgesehen sein.

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 Antriebs­ vorrichtung 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.

Eine weitere Möglichkeit zur Sperrung der Antriebsvorrichtung bei Ausfall der Servoenergie besteht darin, an der Kolben­ stange 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.

Claims (16)

1. Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei der der durch Drehwinkeländerung des Lenkhandrades dem Lenkgetriebe einge­ prägten Lenkbewegung ein von der jeweiligen Winkelgeschwindig­ keit des Lenkhandrades abhängiger Lenkbewegungsanteil mittels einer Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung überlagert wird, mit einem mit dem Lenkhandrad in Verbindung stehenden Winkelge­ schwindigkeitsgeber, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades die Drehwinkel- Überlagerungseinrichtung steuert, wobei die Drehwinkel-Über­ lagerungseinrichtung ein Überlagerungsgetriebe ist, durch das das Lenkhandrad und das Lenkgetriebe permanent formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Fremdkraft angetriebene Antriebsvorrichtung (20, 26, 26′; 78) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Steuersignal des Winkelgeschwindigkeitsgebers (13) eine Verstellung des Über­ lagerungsgetriebes derart vornimmt, daß der Drehwinkel an der mit dem Lenkgetriebe verbundenen Welle (3) gegenüber dem Drehwinkel des Lenkhandrades vergrößert oder verkleinert wird, und daß Mittel vorgesehen sind, die bei Ausfall der Steuerung eine Verstellung der Antriebsvorrichtung aus einer vor­ gegebenen Stellung heraus verhindern.

2. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrung der Antriebsvorrichtung durch Selbsthem­ mung erfolgt.

3. Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Selbsthemmung Kraftmittel (11, 12; 80, 81) vorgesehen sind, die zur Rückführung der Antriebsvorrich­ tung in eine Mittelstellung dienen.

4. Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmittel (11, 12; 80, 81) zur Rückführung der Antriebsvorrichtung in eine Mittelstellung gleichzeitig dazu dienen, die Antriebsvorrichtung zu sperren.

5. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrads abhängige Lenkbewegungsanteil gegensinnig zur Lenkbewegung überlagert wird.

6. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehwinkel-Überlagerungsgetriebe ein mit dem Lenk­ handrad verbundenes Wellenende (1) koaxial zu einem mit dem Lenkgetriebe verbundenen Wellenende (3) drehbar angeordnet ist, daß die beiden Wellenenden (1, 3) jeweils unterschiedliche Steilgewinde (6, 7) tragen, und daß beide Steilgewinde (6, 7) mit einer gemeinsamen Kupplungsmuffe (8) in Eingriff stehen, die durch das Ausgangssignal des Win­ kelgeschwindigkeitsgebers (13) axial verschiebbar ist.

7. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffe (8) mit einem in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Winkelgeschwindigkeitsgebers (13) hydraulisch beaufschlagbaren Stellkolben (26, 26′) mecha­ nisch formschlüssig in Verbindung steht.

8. Lenkvorrichtung nach Anspruch 7 mit einer mit dem Lenkhand­ rad in Verbindung stehenden hydraulischen Pumpe als Winkel­ geschwindigkeitsgeber, deren Förderdruck einen Steuerventil­ kolben eines Steuerventils verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (20, 21) die hydraulische Beaufschlagung des Stellkolbens (26, 26′) steuert.

9. Lenkvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (26) den Steuerventilkolben (21) konzentrisch umgibt und in einem Steuerventilgehäuse (20) axial verschiebbar ist, daß zwischen dem Steuerventil­ kolben (21) und dem Stellkolben (26) wirkende Steuerkanten stirnseitig an beiden Enden des Stellkolbens (26) liegende Zylinderräume (38, 39) in der Weise mit hydraulischem Druck beaufschlagen, daß der Stellkolben (26) dem Steuerventil­ kolben (21) nachläuft, und daß der Stellkolben (26) über ein Übertragungselement (45) mit der Kupplungsmuffe (8) der Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung verbunden ist.

10. Lenkvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventilgehäuse (20) mit einem Gehäuse (2) der Drehwinkel-Überlagerungseinrichtung unmittelbar ver­ bunden und achsparallel dazu angeordnet ist.

11. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffe (8) von zwei entgegengesetzt axial wirkenden Federn (11, 12) in eine Mittelstellung gedrückt wird, und daß sich beide Federn (11, 12) unter einstellbarer Vorspannung in der Mittelstellung an einem gehäusefesten Anschlag (64) abstützen.

12. Lenkvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffe (8) der Innenring eines axial wirken­ den Wälzlagers (61) ist, dessen Außenring (62) mit einer Nase (45) formschlüssig mit dem Stellkolben (26) verbunden ist.

13. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (26′) im Gehäuse (2) der Drehwinkel- Überlagerungseinrichtung axial verschiebbar angeordnet ist und die Kupplungsmuffe (8) konzentrisch umgibt, und daß zwischen dem Steuerventilkolben (21) und einem ihn umgebenden Nachläuferkolben (50) wirkende Steuerkanten stirnseitig an beiden Enden des Stellkolbens (26′) liegende Zylinderräume (59, 60) in der Weise mit hydrau­ lischem Druck beaufschlagen, daß sich der Stellkolben (26′) parallel zu dem Nachläuferkolben (50) des Steuerventils bewegt.

14. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steilgewinde (6, 7) der Kupplungsmuffe (8) selbst­ hemmend ausgeführt ist.

15. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehwinkel-Überlagerungsgetriebe als Umlaufgetriebe, vorzugsweise Planetengetriebe (72) ausgeführt ist, dessen die Planetenräder (75) tragender Steg (76) durch die Antriebsvorrichtung (78) schwenkbar ist.

16. Lenkvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein hydraulischer Servozylinder (78) ist, dessen Kolben (79) in der Mittelstellung durch Federn (80, 81) zentriert wird.