DE3827880A1 - Servorsteuerung, insbesondere servolenkung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servosteuerung, insbesondere eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einem eingangs­ seitigen Wellenteil, einem dazu gleichachsigen ausgangs­ seitigen Wellenteil, einem die beiden Wellenteile elastisch kuppelnden Federaggregat sowie einem zu den beiden Wellen­ teilen gleichachsigen, axial verschiebbar angeordneten Hülsenteil, welches relativ zum einen Wellenteil undrehbar gelagert und mit dem anderen Wellenteil derart gekoppelt ist, daß das Hülsenteil bei Relativdrehung zwischen den Wellenteilen bzw. zwischen dem einen Wellenteil und dem Hülsenteil eine auf ein Servoventilaggregat übertragbare Axialverschiebung ausführt, welche einen mit dem ausgangs­ seitigen Wellenteil gekoppelten Servomotor steuert.

Eine derartige Servosteuerung zeichnet sich durch geringen Platzbedarf aus. Das auf den Wellenteilen bzw. einem der Wellenteile axial verschiebbar gelagerte Hülsenteil benötigt nur geringen Raum. Das Servoventil, dessen Ver­ stellung durch die Verschiebung des Hülsenteiles gesteuert wird, kann stationär in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Wellenteilen angeordnet werden. Dabei besteht hinsichtlich der Bemessung des Servoventiles eine große Freiheit, so daß ohne weiteres große Querschnitte gesteuert werden können. Dies ist insofern vorteilhaft, als dadurch der Drosselwider­ stand des Servoventiles verringert wird und dementsprechend auch ein verhältnismäßig geringer Leistungsbedarf für die Servosteuerung nötig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine besonders preisgünstig herstellbare Servosteuerung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Servosteuerung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß auf dem Außenumfang des Hülsenteiles eine schraubenförmige Führung angeordnet ist, in bzw. auf der eine am anderen Wellenteil gelagerte Rolle bzw. Rollenanordnung läuft.

Die auf dem Außenumfang der Hülse als Steg oder Nut ausgebil­ dete schraubenförmige Führung läßt sich ohne großen produk­ tionstechnischen Aufwand herstellen, da der Außenumfang der Hülse gut zugänglich ist.

Auch zur undrehbaren Halterung des Hülsenteiles relativ zum einen Wellenteil sind keinerlei komplizierte Bearbeitungs­ vorgänge notwendig, wenn an dem zum Hülsenteil undrehbaren Wellenteil parallel zur Wellenachse exzentrisch eine Führungs­ stange angeordnet ist, die mit einer Führungsbohrung im Hülsenteil zusammenwirkt. Gegebenenfalls kann die Führungs­ stange lösbar angeordnet sein, um die Montage von Führungs­ stangen und Hülsenteil zu erleichtern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Rolle bzw. die Rollen der Rollenanordnung mit zur Hülse radialer Rollenachse angeordnet sein und mit dem Rollenumfang mit den Flanken der die Schraubenführung bildenden Nut bzw. des als Schraubenführung angeordneten Steges zusammenwirken.

Grundsätzlich ist jedoch gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch möglich, daß die Rolle bzw. Rollen mit quer zur Schraubenführung sowie tangential zur Umfangsfläche des Hülsenteiles ausgerichteter Achse angeordnet sind, wobei eine rollenseitige Umfangsnut mit einem hülsenseitigen, die Schraubenführung bildenden Steg zusammenwirkt bzw. die Rolle bzw. Rollen in einer als Schraubenführung am Hülsenteil angeordneten Nut laufen.

Dabei können die Rolle bzw. die Rollen federnd gegen die Schraubenführung beaufschlagt sein, um jegliches Spiel auszu­ schalten. In diesem Zusammenhang ist des weiteren vorteil­ haft, wenn eine als Umfangsnut der Rolle bzw. Rollen oder als Schraubenführung angeordnete Nut mit sich zum Boden der Nut hin verengenden Querschnitt einen die Schrauben­ führung oder den Rollenumfang bildenden Steg aufnimmt, dessen Breite größer als die Breite des Bodens der Nut ist. Stattdessen ist es auch möglich, wenn ein den Umfang der Rolle bzw. Rollen oder die Schraubenführung bildender Steg mit sich nach außen verjüngendem Querschnitt in eine die Schraubenführung oder den Umfang der Rolle bildende Nut so weit eintaucht, daß deren Flanken an den Stegflanken anliegen. Alle diese Ausführungsformen gewährleisten, daß die Rolle bzw. Rollen kein axiales Bewegungsspiel relativ zur Schrauben­ führung haben.

Im übrigen wird bezüglich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung beson­ ders bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Servolenkung längs einer Axialebene der Eingangs- und Ausgangswellenteile sowie einer gleichachsig dazu angeordneten Lenkschnecke,

Fig. 2 das axial geschnittene Hülsenteil mit einer in der Schraubenführung des Hülsenteiles laufenden Rolle und

Fig. 3 eine Ansicht des Hülsenteiles mit einer besonders ausgebildeten Rollenanordnung.

Die erfindungsgemäße Servolenkung besitzt ein Gehäuse 10 mit zwei darin drehbar gelagerten gleichachsigen Wellen­ teilen 1 und 2. Das Wellenteil 1 ist als Eingangswellenteil angeordnet und mit einer nicht dargestellten Lenksäule bzw. einem Lenkrad verbunden. Das ausgangsseitige Wellenteil 2 ist als Lenkschnecke ausgebildet, welche mit dem Eingangs­ wellenteil 1 torsionselastisch gekuppelt ist. Dazu dient ein in einer Axialbohrung der Wellenteile 1 und 2 untergebrachter torsionselastischer Drehstab 11, dessen Enden jeweils mittels Stifte 12 mit den beiden Wellenteilen 1 und 2 drehfest ver­ bunden sind. Dementsprechend lassen sich die Wellenteile 1 und 2 gegen die Federkraft des Drehstabes 11 relativ zueinan­ der verdrehen. Das Maß der möglichen Relativdrehung der Wellenteile 1 und 2 wird begrenzt, indem die einander zuge­ wandten Enden der Wellenteile 1 und 2 nach Art einer spiel­ behafteten Klauenkupplung ineinandergreifen.

Bei Rotation des die Lenkschnecke bildenden Wellenteiles 2 verschiebt sich auf demselben ein Kolben 13, welcher im Gehäuse 10 verschiebbar geführt ist und mittels einer seit­ lichen Verzahnung 14 mit einem Zahnsegment 15 kämmt, welches seinerseits ein nicht dargestelltes Gestänge zur Steuerung der Fahrzeuglenkräder antreibt.

Der Kolben 13 trennt innerhalb des Gehäuses 10 zwei Kammern 16 und 17 voneinander ab, welche mit hydraulischem Medium gefüllt sind und mit unterschiedlichen Drucken beaufschlagt werden können, derart, daß die Verschiebung des Kolbens 13 hydraulisch unterstützt wird, wenn die Lenkschnecke bzw. das Wellenteil 2 durch Drehung des Eingangswellenteiles 1 in Rotation versetzt werden. Der Kolben 13 sowie die Kammern 16 und 17 bilden einen im Gehäuse 10 untergebrachten Servomotor, welcher zur Erzeugung einer den Antrieb des Zahnsegmentes 15 in den beiden möglichen Drehrichtungen unterstützenden Kraft dient, die ihrerseits mit dem Maß der Relativdrehung zwischen den Wellenteilen 1 und 2 gegenüber einer Mittellage der Wellenteile 1 und 2 relativ zueinander ansteigt bzw. abnimmt.

Um den Kolben 13 hydraulisch in der einen oder anderen Richtung beaufschlagen zu können, können die Kammern 16 und 17 mit der Druckleitung 18 einer nicht dargestellten Pumpe verbunden werden, wobei die Drucke in den Kammern 16 und 17 mittels eines Steuerventilaggregates 19 gesteuert bzw. ver­ ändert werden. Das Steuerventilaggregat 19 besitzt einen kolbenartigen Steuerschieber 4, welcher in weiter unten dargestellter Weise in Abhängigkeit von der zwischen den Wellenteilen 1 und 2 auftretenden Relativdrehung axial verschoben wird.

Der Steuerschieber 4 ist in einer Bohrung 20 des Gehäuses 10 verschiebbar angeordnet. Am Steuerschieber 4 sowie der Bohrung 20 sind als Umfangsnuten ausgebildete Aussparungen 21 und 22 bzw. 23 bis 25 angeordnet, und zwar derart, daß die zuerstgenannten Aussparungen 21 und 22 im Steuerschieber 4 in Axialrichtung desselben breiter sind als die zwischen den Aussparungen 23 bis 25 der Bohrung 20 verbleibenden Stege. Dementsprechend werden die durch die genannten Aussparungen gebildeten Ringräume miteinander durch Ringöffnungen verbun­ den, die ihrerseits durch Steuerkanten 26 bis 33 begrenzt werden.

Die durch die Aussparungen 21 und 22 gebildeten Ringräume sind über Leitungen 34 und 35 mit jeweils einer der Kammern 16 und 17 verbunden. Die durch die Aussparung 23 gebildete Ringkammer ist mit der Druckleitung 18 verbunden. Die von den Aussparungen 24 und 25 gebildeten Ringkammern sind über Leitungen 36 und 37 mit einem Reservoir 38 für das Hydraulik­ medium verbunden.

In der dargestellten Mittellage des Steuerschiebers 4 fließt über die Druckleitung 18 in den Ringraum der Aussparung 24 zugeführtes hydraulisches Medium zwischen den Steuerkanten 28 sowie 29 bzw. 30 sowie 31 hindurch in die Ringkammern der Aussparungen 21 und 22, von wo das hydraulische Medium einerseits in die Leitungen 34 und 35 und damit in die Kammern 16 und 17 eintritt und andererseits zwischen den Steuerkanten 26 sowie 27 bzw. 32 sowie 33 hindurch in die Ringräume der Aussparungen 24 und 25 gelangt. Von dort fließt das hydraulische Medium durch die Leitungen 36 und 37 in das Reservoir 38 zurück.

In der dargestellten Mittellage des Steuerschiebers 4 stellt sich in den Kammern 16 und 17 ein gleicher Druck ein, weil auch die von den Aussparungen 21 und 22 gebildeten Ringkammern gleiche Drucke führen, denn die zwischen den Steuerkanten 28 sowie 29 und 30 sowie 31 verbleibenden Querschnitte haben gleiche Größe wie die freien Querschnitte zwischen den Steuerkanten 26 sowie 27 und 32 sowie 33. Verschiebt sich der Steuerschieber 4 beispielsweise nach links, so verengen sich die freien Spalte zwischen den Steuerkanten 28 sowie 29 und 32 sowie 33, während sich die Spalte zwischen den Steuerkanten 26 sowie 27 und 30 sowie 31 erweitern. Damit stellt sich in den von den Aussparungen 21 und 22 gebildeten Kammern ein unterschiedlicher Druck ein, wobei im Bereich der Aussparung 21 ein geringer Druck und im Bereich der Aussparung 22 ein hoher Druck erzielt werden, weil der Zufluß des hydraulischen Mediums zur Aussparung 21 gedrosselt und gleichzeitig der Abfluß des hydraulischen Mediums aus der Aussparung 21 entdrosselt werden, während im Falle der Aussparung 22 der Zufluß des Hydraulikmediums entdrosselt und der Abfluß desselben gedrosselt werden. Im Extremfall wird der Zufluß zur Aussparung 21 zwischen den Steuerkanten 28 und 29 vollständig abgesperrt, während im Falle der Aussparung 22 der Zufluß vollständig geöffnet und der Abfluß zwischen den Steuerkanten 32 und 33 vollstän­ dig geschlossen werden.

Die unterschiedlichen Drucke in den von den Aussparungen 21 und 22 gebildeten Ringkammern stellen sich über die Leitungen 34 und 35 auch in den Kammern 16 und 17 ein, so daß der Kolben 13 nach links verschoben wird, wenn der Steuerschieber 4 nach links verschoben wird, wobei die erzeugte Stellkraft vom Maß der Verschiebung des Steuerschiebers 4 abhängt.

Falls der Steuerschieber 4 nach rechts verschoben wird, stellt sich in den Kammern 16 und 17 ein Druckgefälle in umgekehrter Richtung ein, so daß sich der Kolben 13 nach rechts mit einer Stellkraft zu schieben sucht, die wiederum vom Maß der Verschiebung des Steuerschiebers 4 abhängt.

Zur Verschiebung des Steuerschiebers 4 in Abhängigkeit von der Relativdrehung zwischen den Wellenteilen 1 und 2 dient ein hülsenartiges Element 3, welches auf dem Eingangswellen­ teil 1 axial verschiebbar sowie drehbar angeordnet ist.

Das Hülsenteil 3 ist relativ zum Wellenteil 2 undrehbar, jedoch axial verschiebbar angeordnet. Dazu ist im Hülsenteil 3 eine exzentrische Axialbohrung 5 angeordnet, in der eine Führungsstange 6 verschiebbar geführt ist, die ihrerseits parallel zur Wellenachse exzentrisch am Wellenteil 2 be­ festigt ist. Die Führungsstange 6 ist in einem klauenförmigen Fortsatz gehaltert, welcher zur Begrenzung der Relativ­ drehungen zwischen den Wellenteilen 1 und 2 mit klauenförmigen Teilen am Wellenteil 2 zusammenwirkt und seinerseits an einer Scheibe 7 am Wellenteil 2 angeordnet ist, die zur Axialla­ gerung des Wellenteiles 2 im Gehäuse 10 dient.

An einem klauenförmigen Teil des Wellenteiles 1 ist ein Finger 8 angeordnet, welcher eine Rolle 9 mit zum Wellenteil 1 radialer Achse trägt. Die Rolle 9 wirkt mit einer auf der Außenumfangsfläche des Hülsenteiles 3 angeordneten schrauben­ förmigen Führung zusammen, welche im dargestellten Beispiel als kulissenartige Nut 40 ausgebildet ist, in der die Rolle 9 derart angeordnet ist, daß sie mit ihrer Umfangsfläche auf den Flanken der Nut 40 abrollen kann.

Aufgrund der von der Nut 40 gebildeten schraubenförmigen Bahn für die Rolle 9 führt das Hülsenteil 3 relativ zum Wellenteil 1 einen Axialhub aus, wenn sich die Wellenteile 1 und 2 relativ zueinander drehen.

Am Hülsenteil 3 sind zwei Lagerscheiben 41 fest angeordnet, zwischen denen eine relativ zum Hülsenteil 3 drehbare Steuer­ scheibe 42 axial gelagert ist. Die Steuerscheibe 42 ist mit einem Arm 43 mit dem Steuerschieber 4 des Steuerventilaggre­ gates 19 verbunden, derart, daß sich die Steuerscheibe 42 sowie der Steuerschieber 4 nur gemeinsam axial zu verschieben mögen. Da die Steuerscheibe 42 aufgrund ihrer axialen Lage­ rung zwischen den Lagerscheiben 41 relativ zum Hülsenteil 3 keine Axialbewegungen ausführen kann, führt also der Steuer­ schieber 4 jeweils die gleichen Axialbewegungen wie das Hülsenteil 3 aus. Dies ist gleichbedeutend damit, daß das Maß des Verschiebehubes des Steuerschiebers 4 durch das Maß der Relativdrehungen zwischen den Wellenteilen 1 und 2 bestimmt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt die mit der Nut 40 im Hülsenteil 3 zusammenwirkende Rolle 9′ eine Achse, welche einerseits quer zu der von der Nut 40 gebildeten Schraubenbahn und andererseits tangential zu einer das Hülsenteil 3 umschließenden Zylindermantelfläche ausgerich­ tet ist.

Bei dieser Anordnung kann in besonders einfacher Weise ein spielfreies Zusammenwirken zwischen der Rolle 9′ und der Nut 40 gewährleistet werden.

Beispielsweise kann die Nut 40 ein keilförmiges bzw. trapez­ förmiges Profil aufweisen, dessen Querschnitt sich zur offenen Seite der Nut hin erweitert. Im Bereich ihres Außenumfanges besitzt die Rolle 9′ relativ geringe axiale Abmessungen, derart, daß der Außenrand der Rolle 9′ etwas breiter als der Boden der Nut 40, jedoch schmaler als die offene Seite der Nut 40 ist. Wenn nun die Rolle 9′ mit Vorspannung in die Nut 40 eingedrückt wird, so wälzt sich der Außenumfang bzw. Außenrand der Rolle 9′ auf linienförmi­ gen Bereichen der Flanken der Nut 40 ab, ohne daß irgendein Spiel auftreten könnte. Die genannte Vorspannung kann bei­ spielsweise dadurch erzeugt werden, daß der die Rolle 9′ halternde Finger 39 (vgl. Fig. 1) nach Art einer Feder ausgebildet ist, die die Rolle 9′ in die Nut 40 zu drängen sucht.

Gegebenenfalls kann auch der Außenumfang der Rolle 9′ mit einer Umfangsnut versehen sein, die mit einem schraubenför­ migen Steg 40′ zusammenwirkt, welcher anstelle der Nut 40 am Außenumfang des Hülsenteiles 3 angeordnet ist. Diese Aus­ führungsform ist in Fig. 2 strichliert dargestellt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind an dem Finger 39 (vgl. Fig. 1) zwei Rollen 9 mit zum Hülsenteil 3 radialen Achsen angeordnet. Die Rollen 9 sind mittels einer Blatt­ feder 44 od.dgl. gehaltert, welche die eine Rolle 9 gegen die eine Flanke der Nut 40 und die andere Rolle gegen die andere Flanke der Nut 40 spannt. Dementsprechend ist wiederum völlige Spielfreiheit gegeben, d.h. bei Relativdrehungen zwischen den Wellenteilen 1 und 2 wird das Hülsenteil 3 ohne Spiel unmittelbar verschoben.

Anstelle der Nut 40 könnte auch ein Steg 40′ angeordnet sein. In diesem Falle würde die Blattfeder 44 die eine Rolle 9′ gegen die eine Flanke des Steges 40′ und die andere Rolle 9′ gegen die andere Flanke des Steges 40′ drängen. Auch bei dieser Anordnung wäre wiederum Spielfreiheit gegeben.

Claims (13)

1. Servosteuerung, insbesondere Servolenkung für Kraft­ fahrzeuge, mit einem eingangsseitigen und einem dazu gleichachsigen ausgangsseitigen Wellenteil, einem die beiden Wellenteile elastisch kuppelnden Federaggregat sowie einem zu den beiden Wellenteilen gleichachsigen, axial verschiebbar angeordneten Hülsenteil, welches relativ zum einen Wellenteil undrehbar gelagert und mit dem anderen Wellenteil derart gekoppelt ist, daß das Hülsenteil bei Relativdrehung zwischen den Wellenteilen bzw. zwischen dem einen Wellenteil und dem Hülsenteil eine auf ein Servoventilaggregat übertragbare Axial­ verschiebung ausführt, welche einen mit dem ausgangs­ seitigen Wellenteil gekoppelten Servomotor steuert, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außenumfang des Hülsenteiles (3) eine schraubenförmige Führung (40, 40′) angeordnet ist, in bzw. auf der eine am anderen Wellenteil (1) gelagerte Rolle (9, 9′) bzw. Rollenanordnung läuft.

2. Servosteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine schraubenförmige Nut (40) als Führung angeord­ net ist.

3. Servosteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schraubenförmiger Steg (40′) als Führung angeordnet ist.

4. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (9, 9′) mit zum Hülsenteil (3) radialer Achse angeordnet ist.

5. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (9, 9′) mit quer zur Schraubenführung (40, 40′) sowie tangential zur Umfangsfläche des Hülsenteiles (3) ausgerichteter Achse angeordnet ist.

6. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (9, 9′) federnd gegen die Schraubenführung (40, 40′) beaufschlagt ist, wobei Rolle und Schraubenführung spielfrei zusammen­ wirken, indem eine als Umfangsnut der Rolle bzw. als Schraubenführung angeordnete Nut mit sich zum Boden der Nut hin verengendem Querschnitt einen die Schrauben­ führung bzw. den Rollenumfang bildenden Steg aufnimmt, dessen Breite größer als die Breite des Bodens der Nut ist.

7. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (9, 9′) federnd gegen die Schraubenführung (40, 40′) beaufschlagt ist, wobei Rolle und Schraubenführung spielfrei zusammenwirken, indem ein den Umfang der Rolle bzw. die Schraubenführung bildender Steg mit sich nach außen verjüngendem Querschnitt in eine die Schraubenführung bzw. den Umfang der Rolle bildende Nut so weit eintaucht, daß deren Flanken an den Stegflanken anliegen.

8. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Rollen (9, 9′) federnd gegen einander gegenüberliegende Flanken der die Schraubenführung bildenden Nut (40) bzw. des die Schraubenführung bildenden Steges (40′) gespannt sind.

9. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle bzw. die Rollen (9, 9′) mittels eines fingerartigen Elementes (39) am einen Wellenteil (1) angeordnet sind.

10. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenteil (3) relativ zum anderen Wellenteil (2) undrehbar gehaltert ist, indem eine am anderen Wellenteil (2) parallel zu dessen Wellenachse exzentrisch angeordnete Führungsstange mit einer Führungsbohrung (5) des Hülsenteiles (3) zusammen­ wirkt.

11. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenteil (3) relativ zum anderen Wellenteil (2) undrehbar gehaltert ist, indem eine am Hülsenteil (3) parallel zu dessen Achse exzentrisch angeordnete Führungsstange (6) mit einer Führungsbohrung an einem mit dem anderen Wellenteil (2) fest verbundenen Teil zusammenwirkt.

12. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenteile (1, 2) an ihren einander zugewandten Enden nach Art einer spielbehafteten Klauenkupplung ineinandergreifen, welche die mögliche Relativdrehung zwischen den Wellenteilen (1, 2) begrenzt.

13. Servosteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Federaggregat, welches die beiden Wellenteile (1, 2) elastisch kuppelt, in einander fortsetzenden Axialbohrungen der Wellenteile (1, 2) ein Drehstab (11) angeordnet ist.