DE3627664A1 - Hydraulischer reaktionsmechanismus fuer ein servolenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Reaktions­ mechanismus, welcher bei Servolenksystemen für Kraft­ fahrzeuge Anwendung findet zum Zwecke der Änderung des Widerstandes. Der Reaktionsmechanismus wird mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt, welcher davon abhängt, wieviel Widerstand der Fahrer beim Drehen des Lenkrades antrifft.

Ein hydraulischer Reaktionsmechanismus dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 44 34 866 beschrieben. Fig. 1 zeigt diesen Mechanismus, welcher eine Eingangswelle 2 umfaßt mit radial vorstehenden Bereichen 2 a. Eine Hül­ se 3 dreht sich zusammen mit einer nichtgezeigten Aus­ gangswelle und weist Nuten 3 a auf, in die die Vorsprünge 2 a eingreifen, so daß eine Drehbarkeit über einen be­ stimmten Winkel vorliegt. Dieser Reaktionsmechanismus wird in einem Servolenksystem mit einem Gehäuse 1 ver­ wendet. Die Hülse 3 sitzt im Gehäuse 1 in solcher Weise, daß die Außenperipherie 3 b der Hülse eine Winkelbewe­ gung entlang der Innenfläche 1 a des Gehäuses 1 ausführen kann. Reaktionskolben 4 sind in die Hülse 3 eingesetzt und drücken hydraulisch gegen die Seitenflächen der vorspringenden Bereiche 2 a und etwa im rechten Winkel zu diesen Seitenflächen. Da ein solcher Reaktionsmecha­ nismus keine großen Reibungsverluste erzeugt, arbeitet er an sich mit einem hohen Wirkungsgrad und entwickelt nur eine schwache Hysterese.

Dieser Reaktionsmechanismus hat jedoch die folgenden Nachteile. Zunächst muß man bedenken, daß die Reaktions­ kolben 4 einfach in ihre entsprechenden Zylinderkammern 5 innerhalb der Hülse 3 verschiebbar eingesetzt sind. Daher besteht das Problem, daß beim Einsetzen der Hülse 3 in das Gehäuse 1 die Kolben 4 leicht herausfallen. Daher ergeben sich Schwierigkeiten bei der Montage. Fer­ ner ist eine Stufe in der Innenwandung einer jeden Zy­ linderkammer 5 ausgebildet, um die Vorwärtsbewegung ei­ nes jeden Reaktionskolbens zu begrenzen. Daher ergeben sich bei der Herstellung der Zylinderkammern 5 Schwie­ rigkeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Reak­ tionsmechanismus zu schaffen, welcher sich für ein Kraftfahrzeug-Servolenksystem eignet und welcher leicht hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydrau­ lichen Reaktionsmechanismus gelöst, welcher zylindri­ sche Reaktionskolben umfaßt, deren Außenflächen Nuten aufweisen, die im rechten Winkel zur Kolbenachse ver­ laufen. Ferner umfaßt der Reaktionsmechanismus ein ro­ tierendes Glied, das zusammen mit der Ausgangswelle des Servolenksystems rotiert. Weiterhin sind Halteplatten starr an der Außenperipherie des rotierenden Gliedes befestigt. Die vorderen Endbereiche dieser Platten grei­ fen in die Nuten ein, so daß die Halteplatten die Rück­ wärtsbewegung der Kolben beschränken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kön­ nen die Reaktionskolben, die in den Zylinderbohrungen des rotierenden Gliedes sitzen, sich um eine bestimmte Strecke in Rückwärtsrichtung bewegen, bis sie die Halte­ platten berühren. Danach ist keine weitere Bewegung der Kolben in Rückwärtsrichtung möglich. Wenn die Ausgangs­ welle in das Gehäuse eingesetzt ist, so können sich die Kolben somit nicht lösen, unabhängig davon, welche Posi­ tion die Welle einnimmt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt der wesentlichen Bauteile eines herkömmlichen hydraulischen Reaktionsmechanismus für ein Servolenksystem;

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch einen hydraulischen Reaktionsmechanismus für ein Servolenk­ system gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht wesentlicher Bereiche des hydraulischen Reaktionsmechanismus gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine Ansicht, ähnlich derjenigen der Fig. 3, jedoch eines abgewandelten hydraulischen Reaktionsmecha­ nismus der Erfindung;

Fig. 6 eine Seitenansicht wesentlicher Bereiche des hydraulischen Reaktionsmechanismus der Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht, ähnlich derjenigen der Fig. 3, jedoch einer dritten Ausführungsform des hydraulischen Reaktionsmechanismus der Erfindung; und

Fig. 8 eine Seitenansicht wesentlicher Bereiche des hydraulischen Reaktionsmechanismus der Fig. 7.

Im folgenden wird zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen. Diese zeigt einen hydraulischen Reaktionsmechanismus der Erfindung sowie ein Servolenksystem, in dem dieser zur Anwendung kommt. Das Servolenksystem umfaßt ein Ge­ häuse 10 mit einem Getriebegehäuse 11 und einem Ventil­ gehäuse 12, welche miteinander verbunden sind. Eine Ausgangswelle 30 wird von zwei Lagern drehbar gehalten. Eine Zahnstange 13 kämmt mit Zähnen 13 a mit einem Ritzel 38, welches auf der Ausgangswelle 30 sitzt. Die Zahn­ stange 13 ist in einer Richtung senkrecht zur Achse der Welle 30 verschiebbar. Ein hydraulischer Zylinder 14 ist an der Zahnstange 13 befestigt und mit den gelenkten Rädern über ein nichtgezeigtes Lenkgestänge verbunden. Eine Eingangswelle 20, welche mit einem Lenkrad 15 ver­ bunden ist, ist koaxial zur Ausgangswelle 30 angeordnet und mit dieser drehbar. Die Wellen 20 und 30 sind nach­ giebig miteinander verbunden, wozu eine Torsionsstange 25 dient, welche sich durch eine zentrale Bohrung der Eingangswelle 20 erstreckt. Ein Servoventil 26 ist im Ventilgehäuse 12 angeordnet und arbeitet, ansprechend auf die Drehung der Eingangswelle 20 relativ zur Aus­ gangswelle 30. Der Aufbau dieses Servoventils 26 ist im einzelnen in der US-PS 44 60 016 beschrieben.

Im folgenden wird zusätzlich auf Fig. 3 Bezug genommen. Zwei diametral entgegengesetzte Vorsprünge 21 erstrecken sich vom Ende der Eingangswelle 20, welches der Aus­ gangswelle 30 zugewandt ist. Ein erweiterter Bereich 31 der Ausgangswelle 30 ist der Eingangswelle 20 zugewandt. Nuten 32 sind im Inneren des erweiterten Bereichs 31 ausgebildet. Sie nehmen die radial vorspringenden Berei­ che 21 auf, so daß diese eine Winkelbewegung über einen bestimmten Winkelbereich ausführen können.

Gemäß den Fig. 3 und 4 ist an der Außenperipherie 31 a des erweiterten Bereichs 31 eine Ringnut 35 ausgebildet. Zwei abgeflachte, runde Nuten 34 sind an entgegengesetz­ ten Seiten der Nuten 32 ausgebildet. Der erweiterte Be­ reich 31 ist drehbar im Gehäuse 10 gelagert, so daß die Außenperipherie 31 a des erweiterten Bereichs 31 in Kon­ takt mit der Innenfläche 10 a des Gehäuses 10 steht, wel­ ches einen zylindrischen Innenraum aufweist. Beide En­ den des erweiterten Bereichs 31 sind durch Dichtungen 36 flüssigkeitsdicht gelagert. Der erweiterte Bereich 31 ist mit zwei Paaren von Zylinderbohrungen 33 verse­ hen, welche mit den Nuten 32, die die vorspringenden Bereiche 21 aufnehmen, in Verbindung stehen. Die Zylin­ derbohrungen 33 münden in die Nuten 34 und verlaufen im rechten Winkel zu den Bodenflächen 34 a der Nuten 34. Die beiden Zylinderbohrungen 32 eines jeden Paars sind koaxial zueinander angeordnet. Die Achsen der Zylinder­ bohrungen 33 der beiden Paare sind äquidistant zu den Achsen der Wellen 20 und 30 angeordnet und liegen auf entgegengesetzten Seiten dieser Achsen. Wenn die Ein­ gangswelle 20 nicht relativ zur Ausgangswelle 30 ge­ dreht wird, d.h. wenn das Lenkrad 15 sich in seiner neutralen Position befindet, so erstrecken sich gemäß Fig. 3 die Achsen der Zylinderbohrungen 33 im rechten Winkel zu den jeweiligen radial vorspringenden Bereichen 21 in einer Ebene, welche senkrecht zu den Achsen der Wellen 20 und 30 steht. Die Bodenflächen 34 a der Nuten 34 sind mittig zwischen den Zylinderbohrungen 33 mit Gewindebohrungen 37 versehen.

Gemäß den Fig. 3 und 4 sind Reaktionskolben 40 in die Zylinderbohrungen 33 eingesetzt. Die Innenenden der Kol­ ben 40 liegen an den Seitenflächen der jeweiligen radial vorspringenden Bereiche 21 an. Wenn, wie weiter unten er­ läutert, die Nuten 34 mit einem hydraulischen Druck be­ aufschlagt werden, so werden die Kolben 40 jeweils gegen die radial vorspringenden Bereiche 21 gepreßt. Jeder Kol­ ben 40 besteht aus einem zylindrischen Bereich, dessen inneres Ende konisch zugespitzt ist. Eine Ringnut 41 be­ stimmter Breite ist am äußeren Ende eines jeden Kolbens 40 ausgebildet. Derjenige Bereich des äußeren Endes ei­ nes jeden Kolbens 40, welcher der Innenfläche 10 a be­ nachbart liegt, ist abgeschrägt.

Halteplatten 43 sind mit Bolzen 42, welche in die Gewin­ debohrungen 37 geschraubt sind, fest mit den Bodenflächen 34 a der Nuten 34 verbunden. Die Platten 43 weisen an beiden Enden U-förmige Ausnehmungen 43 a auf. Diejenigen Bereiche der Platten 43, welche die Ausnehmungen 43 um­ geben, greifen in die Nuten 41 der Kolben 40 ein. Die Breite der Nuten 41 ist größer als die Dicke der Halte­ platten 43, und zwar um einen Betrag, welcher gleich der Hubstrecke der Kolben 40 ist. Wenn sich die radial vor­ springenden Bereiche 21 in ihren neutralen Positionen befinden, die in Fig. 3 gezeigt sind, so liegen die äuße­ ren Seitenflächen der Halteplatten 43 an den Seitenwan­ dungen an der Außenseite der ringförmigen Nut 41 an. So­ mit wird eine weitere Vorwärtsbewegung der Kolben 40 verhindert.

Zum Betrieb dieses Mechanismus wird eine hydraulische Pumpe 50 (Fig. 2), z.B. eine Flügelpumpe, durch den Kraftfahrzeugmotor angetrieben, so daß diese einen Druck­ ölstrom erzeugt. Wenn die Ölmenge einen bestimmten Wert übersteigt, kehrt das überschüssige Öl zu einem Reservoir 59 zurück, wozu ein Bypassventil 51 dient. Somit wird ei­ ne bestimmte Menge des Arbeitsöls zu einem Strömungstei­ lerventil 52 geleitet, in dem das Öl in einem bestimm­ ten Verhältnis auf zwei Kanäle aufgeteilt wird, deren einer mit einem Servoventilkanal 54 verbunden und deren anderer mit einem Reaktionssteuerkanal 55 verbunden ist. Das in den Servoventilkanal 54 strömende Öl gelangt von einer Zuleitungsöffnung 56 zum Servoventil 26. Wenn die Eingangswelle 20 relativ zur Ausgangswelle 30 gedreht wird, so gestattet das Servoventil 26 die Zufuhr des Drucköls zu einer der Kammern des hydraulischen Zylin­ ders 14. Sodann wird dieser Zylinder betätigt und übt eine Hilfskraft auf die Ausgangswelle 30 aus. Das aus der anderen Kammer des Zylinders 14 austretende Drucköl kehrt zum Reservoir 59 zurück, und zwar über das Servo­ ventil 26 und eine Auslaßöffnung 57.

Der Druck im Inneren des Reaktionssteuerkanals 55, in den das Drucköl gepreßt wird, steht unter einer Steue­ rung durch ein Solenoid-Entlastungsventil 53. Das Öl ge­ langt sodann in eine der Nuten 34 über eine Einlaßöff­ nung 58 sowie einen Verbindungskanal 58 a und die Ring­ nut 35. Somit drücken die Reaktionskolben 40 gegen die radial vorspringenden Bereiche 21, wodurch die Charakte­ ristik der Torsionsstange 25 geändert wird, die sich zwischen den Wellen 20 und 30 erstreckt. Dies hat zur Folge, daß der Drehwiderstand des Lenkrades des Fahrers variiert wird. Wenn die radial vorspringenden Bereiche 21 in Richtung auf die jeweiligen Kolben 40 gedreht wer­ den, so werden die Kolben 40 zurückbewegt und setzen dieser Drehbewegung einen Widerstand entgegen. Die Rück­ wärtsbewegung eines jeden Kolbens 40 wird ermöglicht durch den Abstand zwischen der Halteplatte 43 und der Nut 41. Wenn jedoch die Halteplatte 43 in Kontakt mit der Innenseite der Nut 41 kommt, so wird eine weitere Rückwärtsbewegung des jeweiligen Kolbens unterbunden. Wenn die Ausgangswelle 30 aus dem Gehäuse 10 genommen wird, so verhindern die Halteplatten 43, daß die Kolben 40 aus den Zylinderbohrungen 33 herausfallen.

Im folgenden wird auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen. Diese zeigen einen anderen Mechanismus, welcher ähnlich dem bereits beschriebenen ist, wobei jedoch die Halte­ platten 43 in flache Rundnuten 41 a und 41 b eingreifen, welche in den äußeren Enden der Außenperipherie der Kolben 40 ausgebildet sind.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung für die Verwendung in Verbindung mit einem Servolenksystem. Der Mechanismus ist ähnlich demjenigen der Fig. 5 und 6, wobei jedoch die folgenden Änderungen vorgenommen wurden. Jeder Reaktionskolben 40 hat an sei­ nem inneren Ende einen kegelstumpfförmigen Bereich. Die Halteplatten 43 greifen in abgeflachte Rundnuten 41 a und 41 b an den hinteren Enden der Reaktionskolben 40 ein und begrenzen die Vorwärts- und die Rückwärtsbewe­ gung dieser Kolben 40 und verhindern ferner eine Drehung dieser Kolben. Die Halteplatten 43 sind wesentlich län­ ger als diejenigen der Ausführungsform der Fig. 5 und 6, wodurch gewährleistet wird, daß die Nuten 41 a und 41 b der Kolben 40 in die U-förmigen Ausnehmungen 43 a an einem Ende einer jeden Platte 43 passen. Bei dieser Ausführungsform sind die Kolben 40 im erweiterten Be­ reich 31 der Ausgangswelle 30 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, den erweiterten Bereich 31 als ein geson­ dertes Drehglied auszubilden, das mit der Ausgangs­ welle 30 rotiert. Ferner kann der erweiterte Bereich 31 auch einstückig mit einem Hülsenventilglied 25 a (Fig. 2) ausgebildet werden, welches das Servoventil 26 bildet.

Erfindungsgemäß weisen die zylindrischen Reaktionskol­ ben an ihren Außenperipherien Nuten auf. Halteplatten sind starr mit dem erweiterten Bereich verbunden und greifen andererseits in diese Nuten ein. Somit werden die Kolben daran gehindert, aus den Zylinderbohrungen herauszufallen. Wenn die Ausgangswelle in das Gehäuse eingesetzt wird, so kommt es niemals vor, daß diese Kolben herausfallen, unabhängig davon, welche Position die Welle einnimmt. Somit kann der Mechanismus leicht zusammengebaut werden. Ferner können die Reaktions­ kolben auf einfache Weise hergestellt werden, da nur Nuten in dem Kolben ausgebildet werden müssen.

Claims (6)

1. Hydraulischer Reaktionsmechanismus für ein Servolenksystem, gekennzeichnet durch ein Gehäuse;
eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, die in koaxialer Relation zueinander in dem Gehäuse ge­ lagert sind und relativ zueinander um einen bestimmten Winkel drehbar sind;
ein Servoventil zwischen den Eingangs- und Aus­ gangswellen, welches ansprechend auf die Relativbewe­ gung zwischen Eingangs- und Ausgangswelle betätigt wird;
radial vorspringende Bereiche an dem der Ausgangs­ welle zugewandten Ende der Eingangswelle;
ein drehbares Bauteil, welches drehbar im Gehäuse untergebracht ist und zusammen mit der Ausgangswelle drehbar ist und welches Nuten aufweist, die die radial vorspringenden Bereiche aufnehmen, so daß diese vor­ springenden Bereiche um einen bestimmten Winkel gedreht werden können, wobei das drehbare Bauteil Zylinderboh­ rungen aufweist;
zylindrisch geformte Reaktionskolben, welche in den Zylinderbohrungen sitzen und hydraulisch gegen die beiden Seiten der radial vorspringenden Bereiche drücken, und zwar in Richtungen senkrecht zu diesen Seiten, wo­ bei die Kolben mit Nuten versehen sind, welche im rech­ ten Winkel zu den Achsen der Kolben verlaufen; und
Halteplatten, welche fest mit der Außenperiphe­ rie des rotierenden Bauteils verbunden sind und vordere Endbereiche aufweisen, die in die Nuten der Kolben ein­ greifen, wobei die Halteplatten die Rückwärtsbewegung dieser Kolben beschränken.

2. Hydraulischer Reaktionsmechanismus nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderboh­ rungen, welche die an beiden Seiten der radial vorsprin­ genden Bereiche anliegenden Kolben aufnehmen, miteinan­ der kommunizieren und eine durchgehende Bohrung bilden.

3. Hydraulischer Reaktionsmechanismus nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der Halteplatten an den Kolben an beiden Enden angreift und eine Rückwärtsbewegung der Kolben beschränkt.

4. Hydraulischer Reaktionsmechanismus nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatten auch eine Vorwärtsbewegung der Kolben durch beide Enden beschränken.

5. Hydraulischer Reaktionsmechanismus nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte starr mit dem drehbaren Bauteil über einen mittig ange­ ordneten, einzelnen Bolzen befestigt ist.

6. Hydraulischer Reaktionsmechanismus nach An­ spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte an beiden Enden U-förmige Ausnehmungen aufweist und daß die Kolben mit abgeflachten, runden Angriffsberei­ chen in den U-förmigen Ausnehmungen angreifen.