DE4039425A1 - Servolenkung fuer fahrzeuge, insbesondere motorboote - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkung für Fahrzeuge, insbesondere Motorboote, mit einem Steuerrad, einem daran anschließenden Seilzug mit einer Seele und einer Hülle und einem mit der Seele verbundenen Antriebsgestänge, das mit der Steuereinrichtung des Fahrzeuges oder Motorboots in Antriebsverbindung steht, wobei die Hülle des Seilzuges am Steuerrad abgestützt und am verstellbaren Steuerorgan eines Steuerventils befestigt ist, das einen hydraulischen Stell­ zylinder steuert, dessen Stellkolben gleichfalls auf das An­ triebsgestänge wirkt.

Eine Servolenkung dieser Bauart ist aus der US- PS 42 95 833 bekannt. Das Steuerrad ist dort über einen Schwenkhebel mit der Seele des Seilzuges verbunden, dessen Hülle im Bereich des Steuerrades unverschiebbar festgeklemmt ist. Am anderen Ende ist die Seele mit dem Antriebsgestänge der Steuereinrichtung verbunden, wogegen die Hülle des Seil­ zuges mit dem verstellbaren Steuerorgan des Steuerventils in Verbindung steht. Bei dieser bekannten Ausführung wirkt der Seilzug auf eine eigene Betätigungseinrichtung für das davon getrennt angeordnete Steuerventil und auch der Stellzylinder ist vom Steuerventil getrennt angeordnet. Zur Verbindung der getrennt verlegten Steuereinrichtungen sind eigene Druckmit­ telleitungen erforderlich, die beschädigt werden können und dann zu Betriebsstörungen führen, und es sind für den Seilzug und den Stellkolben eigene Antriebsgestänge erforderlich. Die bekannte Servolenkung ist deshalb aufwendig und sperrig; sie hat einen verhältnismäßig großen Raumbedarf, der insbesondere auf Motorbooten oft nicht zur Verfügung steht.

Es ist weiterhin eine Servolenkung dieser Art bekannt geworden, bei der das Steuerventil und der Stellzylinder etwa parallel nebeneinander in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut sind, wobei die Seele des Seilzuges das Steuerorgan des Steuerventils axial durchsetzt und an einem Betätigungsge­ stänge für die Steuereinrichtung befestigt ist. Dadurch entfällt eine eigene Einrichtung für die Betätigung des Steuerventils. Für die Servounterstützung durch den Stellzy­ linder ist aber auch bei dieser bekannten Einrichtung ein eigenes Betätigungsgestänge notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be­ kannten Servolenkungen noch weiter zu verbessern und zu vereinfachen, insbesondere den Raumbedarf zu verringern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Mit der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stellzylinder gleichachsig mit dem Steuerventil in Verstellrichtung des Steuerorganes angeordnet ist und der Stellkolben des Stellzylinders mit der das Steuerorgan in Achsrichtung durchsetzenden Seele des Seilzuges verbunden ist. Der Stellzylinder und das zugehörige Steuerventil sind dabei nicht mehr getrennt voneinander montiert und durch frei verlegte Rohrleitungen verbunden, sie sind auch nicht paral­ lel nebeneinander in einem Gehäuse untergebracht, sondern sie liegen in Achsrichtung hintereinander, wobei sie unmittelbar aneinander anschließen können. Diese gute Raumausnützung hat einen minimalen Raumbedarf der Servolenkung zur Folge, so daß diese praktisch auf allen Motorbooten problemlos eingesetzt werden kann. Da der Seilzug und der Stellzylinder über das­ selbe Antriebsgestänge auf die zu betätigende Steuereinrich­ tung wirken, ergibt sich durch den Wegfall des sonst erfor­ derlichen zusätzlichen Antriebsgestänges eine weitere Raum­ einsparung. Diese Verringerung des sperrigen Antriebsgestän­ ges der Lenkeinrichtung praktisch auf die Hälfte führt auch in funktioneller Hinsicht zu einer wesentlichen Erhöhung der Betriebssicherheit. Schließlich entfallen weitgehend auch freiliegende Druckmittelleitungen zwischen dem Steuerventil und dem Stellzylinder.

Erfindungsgemäß kann das Steuerventil ein Steuer­ schieber mit einem von der Seele des Seilzuges in Achsrich­ tung durchsetzten Schieberkolben als Steuerorgan sein, der mit der Hülle des Seilzuges verbunden ist. Die Verwendung eines Steuerschiebers ermöglicht einen einfachen Aufbau der Servolenkung, weil dieser für den Zusammenbau mit dem Stell­ zylinder in axial aneinander anschließender Anordnung gut geeignet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Steuerorgan des Steuerventils oder dessen Ventilgehäuse einen axialen Fortsatz auf, der den Stellzylinder axial durchsetzt und auf dem der Stellkolben und die hohl ausge­ bildete Kolbenstange geführt sind, wobei die Seele des Seil­ zuges durch den hohl ausgebildeten Fortsatz hindurchgeführt und außerhalb des Stellzylinders und des Fortsatzes mit der Kolbenstange des Stellkolbens verbunden ist. Auch diese Ausbildung ergibt eine einfache, raumsparende Anordnung und eine gute Zugänglichkeit der einzelnen Bestandteile der Servolenkung. Auch dabei ist für die mechanische Verbindung des Stellzylinders und des durch das Handrad betätigten Seilzuges mit der Steuereinrichtung des Fahrzeuges oder Motorboots nur ein einziges Betätigungsgestänge erforderlich, wobei trotzdem sichergestellt ist, daß auch bei Ausfall der Servounterstützung eine mechanische Notbetätigung über das Steuerrad möglich ist.

Eine andere vorteilhafte Variante der Erfindung be­ steht darin, daß die Seele des Seilzuges an einem im Stell­ kolben des Stellzylinders axial verschiebbaren Steuerkörper befestigt ist, der zwischen zwei Anschlägen verschiebbar ist und wenigstens einen Kanal steuert, der durch den Stellkolben von einem Zylinderraum zum anderen führt, wobei das Steuer­ organ des Steuerventils nur in Zugrichtung der Hülle des Seilzuges durch diese gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschiebbar ist. Das Steuerventil ist in diesem Fall zwei­ teilig ausgeführt, wobei jeweils ein eigenes Steuerorgan mit der Seele und mit der Hülle des Seilzuges verbunden ist. Das Steuerorgan kann dabei erfindungsgemäß die Verbindung zwi­ schen dem Zylinderraum, der der Kolbenstange des Stellkolbens abgewendet ist, und dem Tank des hydraulischen Druckmittels steuern, wobei das Druckmittel in den von der Kolbenstange durchsetzten Zylinderraum zugeführt ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Stellzylinder als Differentialzylinder ausgebildet ist, dessen von der Kolbenstange durchsetzter Zylinderraum dauernd mit der hydraulischen Druckquelle in Verbindung steht, wogegen die Verbindung des der Kolbenstange abgewendeten Zylinderraumes mit der Druckquelle oder dem Tank durch das Steuerventil gesteuert ist. Diese Ausbildung ver­ einfacht die Steuerung, weil der Zylinderraum auf der Seite der Kolbenstange dauernd vom Druckmittel beaufschlagt sein kann, wodurch eine sonst notwendige Umsteuerung des Druck­ mittels überflüssig ist. Außerdem ist im Gegensatz zu ver­ gleichbaren bekannten Ausführungen keine Verbindung zwischen den Zylinderräumen auf den beiden Seiten des Kolbens erfor­ derlich.

Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, durch steuerungstechnische Maßnahmen die Zylinderseiten getrennt zu steuern, unabhängig davon, ob ein Differential­ kolben vorgesehen ist oder nicht. Das Steuerorgan des Steu­ erventils kann mit wenigstens einer Rückstellfeder versehen sein, die es bei entlastetem Seilzug in einer Mittelstellung hält, in der die zum Stellzylinder führenden Steuerkanäle geöffnet sind.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine schematische Ge­ samtansicht einer erfindungsgemäßen Servolenkung, teilweise im Längsschnitt, und Fig. 2 zeigt dazu eine Variante des Steuerventils samt angebautem Stellzylinder im Längsschnitt.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Servolenkung besteht aus einem Steuerrad 1, einer Baueinheit 2 für die hydraulische Lenkunterstützung und einer Steuereinrichtung 3, z. B. dem Ruder eines Motorboots oder einem sogenannten Z- Antrieb. Die Steuereinrichtung 3 kann aber auch das Antriebs­ getriebe eines Motorboots mit der Schraube sein oder ein anderes Lenkgetriebe, z. B. eines Landfahrzeuges. Im Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 3 um eine im Boots­ körper des Motorbootes ortsfest angeordnete Achse 4 schwenk­ bar gelagert, die in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist. Auch das Steuerrad 1 ist am nicht dargestellten Boots­ körper ortsfest verankert.

Vom Steuerrad 1 führt ein Seilzug 5, der aus einer Hülle 6 und einer Seele 7 besteht, zur Baueinheit 2. Diese besteht im wesentlichen aus einem Steuerventil 8 und einem Stellzylinder 9 mit einem Zylinderrohr 10 und einem Stell­ kolben 11. Das Zylinderrohr 10 ist an seinem in der Zeichnung oben dargestellten Ende durch ein Ventilgehäuse 12 abge­ schlossen, in dem das Steuerventil 8 untergebracht ist. Das untere Ende des Zylinderrohrs 10 ist durch einen Deckel 13 abgeschlossen, durch den die Kolbenstange 14 des Stellkolbens 11 abgedichtet herausgeführt ist. Durch einen Bolzen 15 ist die Kolbenstange 14 mit einem Hebel 16 verbunden, der über ein Gestänge 17 an der Steuereinrichtung 3 angelenkt ist.

Das im Ventilgehäuse 12 untergebrachte Steuerventil 8 ist als Schieber ausgebildet, mit einem Steuerorgan 18, das einen axialen Fortsatz 19 aufweist. Der Fortsatz 19 kann mit dem Steuerorgan 18 einstückig ausgeführt sein, er kann aber auch einen eigenen Teil bilden, der mit dem Steuerorgan 18 verbunden, z. B. verschraubt ist. Alternativ kann der Fortsatz 19 auch am Ventilgehäuse 12 des Steuerventils 8 vorgesehen oder mit diesem verbunden sein. Der Fortsatz 19 durchsetzt in axialer Richtung den Stellzylinder 9 und ist gleichfalls hohl ausgebildet. Auf dem Fortsatz 19 sind der Stellkolben 11 und die hohl ausgebildete Kolbenstange 14 abgedichtet geführt. Im hohlen Innenraum des Fortsatzes 19 befindet sich eine Stange 20, die mit einem Ende an der Seele 7 des Seilzuges 5, an ihrem anderen Ende dagegen zusammen mit der Kolbenstange 14 durch den Bolzen 15 am Hebel 16 des Betätigungsgestänges 17 befestigt ist. Dadurch besteht eine feste mechanische Ver­ bindung einerseits zwischen dem Steuerrad 1 und der Steuer­ einrichtung 3 über die Seele 7 des Seilzuges 5, die Stange 20 und das Antriebsgestänge 16, 17 sowie anderseits zwischen dem Stellzylinder 9 und der Steuereinrichtung 3, dessen Stell­ kolben 11 über die Kolbenstange 14 und den Bolzen 15 gleich­ falls mit dem Antriebsgestänge 16, 17 in fester Verbindung steht.

Das Steuerorgan 18 des als Schieber ausgebildeten Steuerventils 8 ist mittels einer Gewindemutter 21 mit der Hülle 6 des Seilzugs 5 verbunden. Eine Rückstellfeder 22 hält das Steuerorgan 18 bei entlastetem Seilzug 5 in einer Mittelstellung, wie aus der Zeichnung zu erkennen ist. Das Ventilgehäuse 12 weist außerdem die erforderlichen Anschlüsse auf, u. zw. einen mit der Druckmittelpumpe verbundenen An­ schluß 23 und einen zum Tank führenden Anschluß 24. Ein Kanal 25 verbindet einen weiteren Steueranschluß mit dem Zylinderraum 26 auf der der Kolbenstange 14 abgewendeten Seite des Stellkolbens 11. Der Zylinderraum 27 auf der Seite der Kolbenstange 14 ist über einen Kanal 28 gleichfalls mit der Druckmittelpumpe verbunden. Der Anschluß 23 und der Kanal 28, die beide mit der Druckmittelpumpe in Verbindung stehen, können auch intern miteinander verbunden sein, z. B. über einen Kanal im Zylinderrohr 10, der vom Anschluß 23 in den Zylinderraum 27 führt. Schließlich führt auch von dem mit dem Tank verbundenen Anschluß 24 ein achsparalleler Kanal 29 zu einem weiteren Steueranschluß im Inneren des Ventilgehäuses 12.

Die dargestellte und beschriebene Servolenkung arbei­ tet nach dem Prinzip des Kraftvergleiches. Durch Betätigen des Lenkrades 1 wird nicht nur über die bestehende mecha­ nische Verbindung ein Drehmoment auf die Steuereinrichtung 3 ausgeübt, sondern es wird zugleich auch die Druckmittelzufuhr zu bzw. von dem jeweils gewünschten Zylinderraum 26, 27 ge­ steuert, so daß die Lenkkraft in der erforderlichen Richtung verstärkt wird. Die Betätigung des Steuerventils 8 bzw. des Steuerorgans 18 desselben erfolgt dabei durch Verformung des Seilzuges 5. Wenn nach erfolgter Verstellung der Steuerein­ richtung 3 die Verformung des Seilzuges 5 aufgehoben wird, kehrt das Steuerorgan 18 in seine Mittelstellung zurück und schließt die Druckmittelzufuhr zum Stellzylinder 9, so daß die Steuereinrichtung 3 in der gewünschten Stellung stehen bleibt.

Die Betätigung durch den Seilzug 5 geschieht auf folgende Weise: Wenn das Steuerrad 1 gegen den Uhrzeigersinn nach links gedreht wird, ist die Seele 7 des Seilzuges 5 auf Zug beansprucht, wobei über den Bolzen 15 eine Kraft in Rich­ tung "Einfahren" auf den Stellkolben 11 ausgeübt wird. Die Seele 7 versucht, innerhalb der Hülle 6 eine gestreckte Lage anzunehmen. Die Hülle 6 paßt sich dieser gestreckten Lage an, soweit dies möglich ist, wobei sie das Steuerorgan 18 in Fig. 1 nach unten in die eine Endlage verschiebt. In dieser Stel­ lung bleibt der Anschluß 23 über den mit ihm verbundenen Ka­ nal 28 mit dem Zylinderraum 27 in Verbindung, wogegen der Zy­ linderraum 26 über den Kanal 25, den Kanal 29 und den An­ schluß 24 mit dem Tank verbunden wird. Die Verbindung zwi­ schen den Anschlüssen 23 und 24 ist unterbrochen. Dies hat zur Folge, daß das in den Zylinderraum 27 einströmende Druck­ mittel den Stellkolben 11 gleichfalls in Richtung "Einfahren" verstellt.

Wird das Steuerrad 1 dagegen im Uhrzeigersinn ver­ dreht, dann verschiebt die Hülle 6 des Seilzuges 5 das Steu­ erorgan 18 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 in die obere Endlage, in welcher beide Zylinderräume 26 und 27 mit dem An­ schluß 23 und damit mit der Druckmittelpumpe verbunden sind, wogegen die Verbindung zum Anschluß 24, der zum Tank führt, unterbrochen ist. Da im Zylinderraum 26 eine größere wirksame Fläche druckbeaufschlagt wird als im Zylinderraum 27, fährt der Stellkolben 11 aus, wobei die Steuereinheit 3 in der anderen Richtung verstellt wird.

Wenn nach durchgeführter Verstellung keine weitere Lenkbewegung erfolgt, stellt sich das Steuerorgan 18 in eine Position, in der die von der Steuereinrichtung 3 rückwirkende Kraft durch den am Stellkolben 11 anstehenden Druck gerade ausgeglichen wird, so daß die Steuereinrichtung 3 in der jeweiligen Stellung verharrt, bis eine neuerliche Verstellung des Steuerrades 1 erfolgt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 durch eine andere Ausbildung des Steuerventils 8. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Seele 7 des Seilzuges 5 an einem Steuerkörper 30 befestigt, der im Stellkolben 11 des Stellzylinders 9 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Steuerkörper 30 ist durch eine Rück­ stellfeder 31 belastet und steuert einen Kanal 32, der durch den Stellkolben 11 hindurch vom Zylinderraum 26 zum Zylin­ derraum 27 führt. Im Ventilgehäuse 12 ist wie beim Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 das Steuerorgan 18 verschiebbar, das lediglich etwas einfacher ausgebildet ist. An seinem außenliegenden Ende ist die Hülle 6 des Seilzuges 5 befe­ stigt. Das Steuerorgan 18 steuert hier aber lediglich die Verbindung des Zylinderraums 26 über den Kanal 25 zu dem zum Tank führenden Anschluß 24. Der Zylinderraum 27 ist über den Kanal 28 dauernd mit der Druckmittelquelle verbunden.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das Steuerrad 1 nach links verdreht wird, zieht die Seele 7 des Seilzuges 5 den Steuerkörper 30 gegen die Kraft der Rückstellfeder 31 nach oben und versperrt den Kanal 32, also die Verbindung zwischen den beiden Zylinderräumen 26 und 27. Der Zylinder­ raum 26 bleibt aber weiterhin über den Kanal 25 mit dem Tank verbunden. Das durch den Kanal 28 zuströmende Druckmittel verschiebt deshalb den Stellkolben 11 in Richtung "Ein­ fahren". Beim Verdrehen des Steuerrades 1 nach rechts kehrt der Steuerkörper 30 in die gezeichnete untere Endlage zurück und gibt die Verbindung zwischen den beiden Zylinderräumen 26 und 27 frei. Die Hülle 6 des Seilzuges verschiebt dagegen das Steuerorgan 18 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 nach oben, wobei der Kanal 25 geschlossen wird. Durch den Kanal 28 und den offenen Kanal 32 baut sich dadurch ein gleicher Druck in den beiden Zylinderräumen 26, 27 auf, so daß aufgrund der größeren wirksamen Kolbenfläche, die im Zylinderraum 26 beaufschlagt wird, der Stellkolben 11 nach unten in Richtung "Ausfahren" verschoben wird.

Es ist also auch mit dieser einfachen und kleinen Geräteanordnung möglich, die in Fig. 1 dargestellte Steuer­ einrichtung 3 servounterstützt durch Betätigen des Steuerra­ des 1 zu verstellen. Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist auch bei der Ausführung nach Fig. 2 der Stellzylinder 9 mit dem Stellkolben 11 unmittelbar und gleichachsig an das Ventilgehäuse 12 des Steuerventils 8 angebaut, wobei die Seele 7 des Seilzuges 5 das Steuerorgan 18 gleichachsig durchsetzt, wodurch der besonders geringe Raumbedarf erzielt wird.

Claims (7)

1. Servolenkung für Fahrzeuge, insbesondere Motorboote, mit einem Steuerrad, einem daran anschließenden Seilzug mit einer Seele und einer Hülle und einem mit der Seele ver­ bundenen Antriebsgestänge, das mit der Steuereinrichtung des Fahrzeuges oder Motorboots in Antriebsverbindung steht, wobei die Hülle des Seilzuges am Steuerrad abge­ stützt und am verstellbaren Steuerorgan eines Steuerven­ tils befestigt ist, das einen hydraulischen Stellzylinder steuert, dessen Stellkolben gleichfalls auf das Antriebs­ gestänge wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzy­ linder (9) gleichachsig mit dem Steuerventil (8) in Ver­ stellrichtung des Steuerorganes (18) angeordnet ist und der Stellkolben (11) des Stellzylinders (9) mit der das Steuerorgan (18) in Achsrichtung durchsetzenden Seele (7) des Seilzuges (5) verbunden ist.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (8) ein Steuerschieber mit einem von der Seele (7) des Seilzuges (5) in Achsrichtung durchsetzten Schieberkolben als Steuerorgan (18) ist, der mit der Hülle (6) des Seilzuges (5) verbunden ist.

3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuerorgan (18) des Steuerventils (8) oder dessen Ventilgehäuse (12) einen axialen Fortsatz (19) aufweist, der den Stellzylinder (9) axial durchsetzt und auf dem der Stellkolben (11) und die hohl ausgebildete Kolbenstange (14) geführt sind, wobei die Seele (7, 20) des Seilzuges (5) durch den hohl ausgebildeten Fortsatz (19) hindurchgeführt und außerhalb des Stellzylinders (9) und des Fortsatzes (19) mit der Kolbenstange (14) des Stell­ kolbens (11) verbunden ist.

4. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Seele (7, 20) des Seilzuges (5) an einem im Stellkolben (11) des Stellzylinders (9) axial verschieb­ baren Steuerkörper (30) befestigt ist, der zwischen zwei Anschlägen verschiebbar ist und wenigstens einen Kanal (32) steuert, der durch den Stellkolben (11) hindurch von einem Zylinderraum (26) zum anderen (27) führt, wobei das Steuerorgan (18) des Steuerventils (8) in Zugrichtung der Hülle (6) des Seilzuges (5) durch diese gegen die Kraft einer Rückstellfeder (22) verschiebbar ist (Fig. 2).

5. Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (18) die Verbindung zwischen dem Zylin­ derraum (26), der der Kolbenstange (14) des Stellkolbens (11) abgewendet ist, und dem Tank des hydraulischen Druckmittels steuert, wobei das Druckmittel in den von der Kolbenstange (14) durchsetzten Zylinderraum (27) zugeführt ist.

6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (9) als Differenti­ alzylinder ausgebildet ist, dessen von der Kolbenstange (14) durchsetzter Zylinderraum (27) dauernd mit der hy­ draulischen Druckquelle in Verbindung steht, wogegen die Verbindung des der Kolbenstange (14) abgewendeten Zylinderraumes (26) mit der Druckquelle oder dem Tank durch das Steuerventil (8) gesteuert ist.

7. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (18) des Steuerventils (8) mit wenigstens einer Rückstellfeder (22) versehen ist, die es bei entlastetem Seilzug (5) in einer Mittelstellung hält, in der die zum Stellzylinder (9) führenden Steuer­ kanäle geöffnet sind.