DE4102913A1 - Vorderradlenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorderradlenkeinrichtung, welche auf die Lenkeinwirkung eines Fahrers anspricht und dem Lenken eines Satzes lenkbarer Vorderräder eines mit Rädern versehenen Fahrzeugs dient.

Im allgemeinen umfaßt eine herkömmliche Vorderradlenkeinrichtung dieser Art eine Eingangswelle, welche durch die Lenkeinwirkung des Fahrers in Drehung versetzt wird, sowie ein Ausgangsglied, welches in Wirkverbindung mit einem Satz lenkbarer Vorderräder steht, und zwar über ein Lenkgestänge. Ferner ist üblicherweise ein Verbindungsmechanismus in Form einer Zahnstange und eines Ritzels vorgesehen oder in Form eines Kugelschraubenmechanismus oder dergl. Einrichtungen dieser Art dienen der funktionellen Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied. Bei einem solchen Verbindungsmechanismus ist jedoch das Versetzungshubverhältnis des Ausgangsgliedes relativ zu einem Drehwinkel des Lenkrades konstant, wie dies in Fig. 3 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Aus diesem Grunde wird das Gefühl des Fahrers für seine Lenkeinwirkung unzureichend, wenn das Lenkrad um einen großen Winkel aus der Neutralposition gedreht wird, und ein maximaler Drehwinkel des Lenkrades ist erforderlich zur Lenkung der Vorderräder um einen gewünschten, großen, maximalen Winkel (z. B. 540°). Falls das Versetzungshubverhältnis des Ausgangsgliedes erhöht wird zur Überwindung dieser Problematik, wird das Lenkgefühl des Fahrers bei seiner Lenkeinwirkung in der Anfangsstufe des Lenkens in der Nähe der Neutralposition des Lenkrades exzessiv.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorderradlenkeinrichtung zu schaffen, welche befähigt ist, diese Schwierigkeiten zu überwinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorderradlenkeinrichtung gelöst, welche auf die Lenkeinwirkung eines Fahrers anspricht, wobei ein Satz lenkbarer Vorderräder angesteuert wird. Diese Einrichtung umfaßt eine Eingangswelle, welche durch die Lenkeinwirkung in Drehung versetzt werden kann, sowie ein Ausgangsglied, welches mit den Vorderrädern über ein Lenkgestänge hinweg in Verbindung steht, sowie schließlich einen Verbindungsmechanismus, welcher eine Wirkverbindung herstellt zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied. Die Lenkeinrichtung umfaßt einen axialen Vorsprung auf einem Eingangsende der Eingangswelle parallel zur Drehachse der Eingangswelle und in einer Position, welche um einen vorbestimmten Abstand radial versetzt ist gegenüber der Drehachse der Eingangswelle, und wobei ein Nockenstößel drehbar auf einem axialen Vorsprung angeordnet ist und wobei eine Nockenwelle parallel zur Eingangswelle angeordnet ist zur Lenkeinwirkung im Sinne der Bewirkung einer Drehung der Eingangswelle. Dabei ist ein Flanschbereich mit einer radialen Nockennut vorgesehen für den Eingriff eines Nockenstößels. Die Drehachse der Nockenwelle liegt in einer Position, welche radial gegenüber der Drehachse der Eingangswelle versetzt ist, und zwar um einen Abstand, welcher kleiner ist als der vorbestimmte Abstand zwischen der Drehachse der Eingangswelle und dem axialen Vorsprung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der axiale Vorsprung einstückig mit einer Rohrwelle ausgebildet, die auf dem Eingangsende der Eingangswelle zur Drehung gemeinsam mit dieser befestigt ist. Ein Nockenstößel ist in Form einer Rolle drehbar auf einem Halterungsstift gelagert, welcher koaxial zum axialen Vorsprung fixiert ist.

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

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorderradlenkeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Hubbetrages einer Zahnstange als Funktion des Drehwinkels eines Lenkrades.

Fig. 1 zeigt eine Vorderradlenkeinrichtung mit einer Gehäuseanordnung 10, welche ein Ventilgehäuse 10a umfaßt sowie ein Zahnstangengehäuse 10b und ein Nockengehäuse 10c. Diese sind aneinander mit Bolzen befestigt. Eingangs- und Ausgangswellen 11 und 12 sind koaxial zueinander angeordnet und drehbar im Ventilgehäuse 10a bzw. im Zahnstangengehäuse 10b gelagert. Die Eingangs- und Ausgangswellen 11 und 12 sind durch eine Torsionsstange 15 zur Ermöglichung einer Relativdrehung miteinander verbunden. Eine seitliche Zahnstange 13 ist orthogonal zur Ausgangswelle 12 angeordnet und axial bewegbar im Zahnstangengehäuse 10b gehaltert. Die Ausgangswelle 12 steht in Wirkverbindung zur Zahnstange 13 mittels eines Verbindungsmechanismus 14. Letzterer umfaßt ein Ritzel 14a, welches einstückig am unteren Endbereich der Ausgangswelle 12 vorgesehen ist und mit der Verzahnung 14b der Zahnstange 13 kämmt. Die Zahnstange 13 ist an entgegengesetzten Enden wirkungsmäßig mit einem Satz lenkbarer Vorderräder (nicht gezeigt) durch einen ebenfalls nicht dargestellten Lenkmechanismus verbunden.

Die Vorderradlenkeinrichtung ist mit einer drehbaren Ventilanordnung 20 zur Steuerung eines hydraulischen Kraftzylinders 30 versehen. Die drehbare Ventilanordnung 20 umfaßt einen Ventilrotor 21, welcher einstückig auf der Eingangswelle 11 vorgesehen ist, und eine Ventilhülse 22, welche innerhalb einer Innenbohrung des Ventilgehäuses 10a drehbar angeordnet ist und den Ventilrotor 21 umgibt und mit der Ausgangswelle 12 durch einen radialen Stift 24 verbunden ist. Das Ventilgehäuse 10a hat eine Einlaßöffnung 26, eine Auslaßöffnung 27 und ein Paar Verteilungsöffnungen 28a, 28b. Der hydraulische Kraftzylinder 30 umfaßt ein Zylindergehäuse 31, in dem die Zahnstange 13 axial bewegbar und flüssigkeitsdicht angeordnet ist. Ein Kolben 32 ist auf der Zahnstange 13 befestigt und er unterteilt das Zylindergehäuse 31 im Inneren des Zylinders 31 in ein Paar entgegengesetzte Strömungsmedienkammern. Die drehbare Ventilanordnung 20 ist mit ihren Verteilungsöffnungen 28a, 28b mit den Strömungsmedienkammern des Zylindergehäuses 31 verbunden, während die Einlaß- und Auslaßöffnungen 26 bzw. 27 mit einer hydraulischen Pumpe 35 und einem Strömungsmedienreservoir 36 verbunden sind. Das drehbare Ventil 20 wird, ansprechend auf die Relativdrehung der Eingangs- und Ausgangswellen 11 und 12, betätigt im Sinne einer Steuerung der Zufuhr des hydraulischen Mediums unter Druck von der hydraulischen Pumpe 35 in eine der Kammern des Zylindergehäuses 31 und im Sinne einer Ausströmung des hydraulischen Mediums aus der anderen Kammer des Zylindergehäuses 31 in das Reservoir 36. Unter Steuerung durch das drehbare Ventil 20 wird der Kraftzylinder 30 aktiviert und übt eine hydraulische Hilfskraft über die Zahnstange 13 auf die Vorderräder aus, und zwar gemäß dem auf die Eingangswelle 11 ausgeübten Lenkdrehmoment.

Wie nachstehend beschrieben, steht die Eingangswelle 11 in Wirkverbindung mit der nichtgezeigten Lenkwelle, die mit einem nichtgezeigten Lenkrad verbunden ist. Eine rohrförmige Stiftwelle 40 ist auf einem Eingangsende der Eingangswelle 11 zur gemeinsamen Drehung mit derselben befestigt und mittels einer Befestigungsmutter 43 fixiert, welche über das Eingangsende der Eingangswelle 11 mit einer Zwischenlagscheibe 42 ausgeschraubt ist. Die Stiftwelle 40 hat einen axialen Vorsprung 41 in einer Position, welche radial um einen vorbestimmten Abstand A von der Drehachse 01 der Eingangswelle 11 versetzt ist. Ein Haltestift 41a ist in den axialen Vorsprung 41 eingeschraubt und liegt parallel zur Drehachse 01 der Eingangswelle 11. Eine Nockenstößelrolle 41b sitzt drehbar auf dem Halterungsstift 41a. Das Nockengehäuse 10c enthält eine drehbar gelagerte Nockenwelle 45. Die Drehachse 02 der Nockenwelle 45 liegt parallel zur Drehachse 01 der Eingangswelle 11, und zwar in einer Position, welche radial gegenüber der Drehachse 01 der Eingangswelle 11 versetzt ist, und zwar um einen kleineren Abstand B im Vergleich zum Abstand A. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, hat die Nockenwelle 45 einen kreisförmigen Flanschbereich 45a, welcher mit einer radialen Nockennut 46 ausgebildet ist, in die die Nockenstößelrolle 41b eingreift. Die Nockenwelle 45 steht in Wirkverbindung mit der Lenkwelle und wird durch die Lenkeinwirkung des Fahrers auf dem Lenkrad in Drehung versetzt.

Im Betrieb wird die Nockenwelle 45 durch die Lenkeinwirkung des Fahrers auf das Steuerrad in Drehung versetzt, und hierdurch wird die Eingangswelle 11 über die Stiftwelle 40 gedreht. In einem Zustand, in dem das Lenkrad in einer neutralen Position gehalten wird, befinden sich die Drehachsen 01, 02 der Eingangswelle 11 und der Nockenwelle 45 in Fluchtung mit der Drehachse der Rolle 41b auf einer gemeinsamen Ebene, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn die Nockenwelle 45 nach rechts oder nach links gedreht wird, wird die Nockenstößelrolle 41b radial auswärts gedreht entlang der Nockennut 46 unter Erhöhung des Winkels der Drehachse der Rolle 41b, relativ zur gemeinsamen Ebene der Drehachsen 01 und 02 der Eingangswelle 11 und der Nockenwelle 45. Dies hat zur Folge, daß das Drehwinkelverhältnis der Eingangswelle 11 relativ zur Nockenwelle 45 erhöht wird gemäß der Drehung des Lenkrades. Solch eine Drehcharakteristik der Eingangswelle 11 kann durch Veränderung der Abstände A und B eingestellt werden.

Die Drehung der Eingangswelle 11 wird auf die Ausgangswelle 12 über die Torsionsstange 15 übertragen und sie wird in eine axiale Verschiebung der Zahnstange 13 des Verbindungsmechanismus 14 übersetzt. Somit wird gemäß der ausgezogenen Linie der Fig. 3 der axiale Verschiebungshub der Zahnstange 13 relativ zum Drehwinkel des Lenkrades allmählich in einer Anfangsstufe in der Nähe der Neutralposition erhöht und dann gemäß der Erhöhung des Drehwinkels des Lenkrades rasch erhöht. In ähnlicher Weise wird das Lenkwinkelverhältnis der Vorderräder relativ zum Drehwinkel des Lenkrades nicht linear erhöht gemäß der Erhöhung des Drehwinkels des Lenkrades. Dies hat zum Ergebnis, daß das Lenkgefühl des Fahrers bei seiner Lenkeinwirkung auf das Lenkrad ausreichend hergestellt wird, ohne daß in der Anfangsstufe in der Nähe der Neutralposition ein unzureichendes Lenkgefühl beim Lenken vorliegt. Da das axiale Versetzungshubverhältnis der Zahnstange 13 relativ zum Drehwinkel des Ritzels 14a größer gemacht wird als dasjenige in einer herkömmlichen Vorderradlenkeinrichtung dieser Art, kann ein maximaler Drehwinkel des Lenkrades, welcher für das Lenken der Vorderräder um einen gewünschten, maximalen Winkel erforderlich ist, kleiner gemacht werden als bei einer herkömmlichen Vorderradlenkeinrichtung. Bei einer solchen Einwirkung auf das Lenkrad wird das Drehventil 40, ansprechend auf die Relativdrehung der Eingangs- und Ausgangswellen 11 und 12, betätigt im Sinne der Aktivierung des Kraftzylinders 30 für die Beaufschlagung der Vorderräder mit einer hydraulischen Hilfskraft über die Zahnstange 13. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch ohne den Hilfskraftmechanismus bei einer Vorderradlenkeinrichtung angewendet werden.

Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Nockenmechanismus zwischen der Lenkwelle und der Eingangswelle 11 angeordnet. Daher ändert sich bei dieser Einrichtung das erforderliche manuelle Lenkdrehmoment zur Verdrillung der Torsionsstange in der Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Lenkrades, d. h. das manuelle Lenkdrehmoment ist in der anfänglichen Stufe in der Nähe der Neutralposition relativ klein, aber es wird in Abhängigkeit von einer Erhöhung des Drehwinkels des Lenkrades allmählich größer.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung bei der diese Problematik überwunden wird. Dabei ist der Nockenmechanismus zwischen einer Ventilanordnung 20′ und dem Verbindungsmechanismus 14′ angeordnet. Ein kreisförmiges Nockenglied 50 mit einer radialen Nockennut 51 ist in einem Gehäuse 10′ in koaxialer Beziehung zur Ausgangswelle 12′ angeordnet. Die Drehung der Ausgangswelle 12′ wird über einen Keil 50a auf das Nockenglied 50 übertragen. Ferner ist im Gehäuse 10′ eine Ritzelwelle 52 gelagert (als Eingangsglied), welche um eine Achse 03 drehbar ist. Diese Achse ist um einen vorbestimmten Abstand B′ gegenüber der Drehachse der Ausgangswelle 12′ versetzt. Die Ritzelwelle 52 ist mit einem Ritzel 52a versehen, welches mit der Zahnstange 13′ kämmt. Ein Haltering 54 ist an dem Eingangsende der Ritzelwelle 52 angebracht für gemeinsame Drehung mit dieser. Ein Haltegriff 55 ist in den Haltering 54 eingeschraubt, und zwar in einer Position, welche radial um einen vorbestimmten Abstand A′ gegenüber der Drehachse 03 der Ritzelwelle 52 versetzt ist. Dies dient der drehbaren Lagerung einer Nockenstößelrolle 56, welche mit der Nockennut 51 zusammenwirkt. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet eine Zusatztrolle, welche durch ein zylindrisches Glied 58 gehaltert ist, das wiederum durch eine Feder zur Zahnstange 13′ hin gedrückt wird. Bei dieser zweiten Ausführungsform beträgt der maximale Drehwinkel des Lenkrades ±240°.

Wenn die Ausgangswelle 12′ gedreht wird, so wird diese Drehung der Ausgangswelle 12′ über den vorerwähnten Nockenmechanismus auf die Ritzelwelle 52 übertragen. Hierdurch wird das Drehwinkelverhältnis der Ritzelwelle 52 relativ zur Ausgangswelle 12′ erhöht, und zwar gemäß der Drehung des Lenkrads. Bei der zweiten Ausführungsform ändert sich das manuelle Lenkdrehmoment, welches für eine Verdrillung der Torsionsstange 15′ erforderlich ist nicht in Abhängigkeit von dem Drehwinkel, da das Lenkrad direkt mit der Ventileinrichtung 20 verbunden ist. Aus diesem Grunde ist es möglich, ein konstantes Lenkgefühl des Fahrers zu erreichen, unabhängig von der Änderung des Lenkwinkels.

Claims (6)

1. Vorderradlenkeinrichtung, welche durch Lenkeinwirkung eines Fahrers betätigbar ist, zum Lenken eines Satzes lenkbarer Vorderräder mit einer Eingangswelle, welche durch die Lenkeinwirkung in Drehung versetzbar ist, einem Ausgangsglied, welches über ein Lenkgestänge mit den Vorderrädern in Wirkverbindung steht, und mit einem Verbindungsmechanismus zur funktionellen Verbindung der Eingangswelle mit dem Ausgangsglied, umfassend das Folgende:
einen axialen Vorsprung auf einem Eingangsende der Eingangswelle parallel zur Drehachse der Eingangswelle und in einer Position, welche radial um einen vorbestimmten Abstand gegenüber der Drehachse der Eingangswelle versetzt ist;
einen Nockenstößel, welcher drehbar auf dem axialen Vorsprung gehaltert ist; und
eine Nockenwelle, welche parallel zur Eingangswelle angeordnet ist, zur Beaufschlagung mit der Lenkeinwirkung im Sinne einer Drehung der Eingangswelle, wobei die Nockenwelle einen Flanschbereich mit einer radialen Nockennut aufweist zur Eingriffsverbindung mit dem Nockenstößel, und wobei die Drehachse der Nockenwelle in einer radial relativ zur Drehachse der Eingangswelle versetzten Lage angeordnet ist, und zwar mit einem Abstand, welcher kleiner ist als der vorbestimmte Abstand zwischen der Drehachse der Eingangswelle und dem axialen Vorsprung.

2. Vorderradlenkeinrichtung nach Anspruch 1, wobei der axiale Vorsprung einstückig auf einer Rohrwelle ausgebildet ist, welche am Eingangsende der Eingangswelle zur gemeinsamen Drehung mit dieser gehaltert ist, und wobei der Nockenstößel eine drehbar auf einem Halterungsstift gelagerte Rolle umfaßt, wobei der Halterungsstift koaxial zu dem axialen Vorsprung fixiert ist.

3. Vorderradlenkeinrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Ausgangswelle koaxial in bezug auf die Eingangswelle angeordnet ist und mit der Eingangswelle über eine eine Relativdrehung erlaubende Torsionsstange verbunden ist und wobei die Ausgangswelle in Antriebsverbindung mit dem Ausgangsglied über einen Verbindungsmechanismus steht.

4. Vorderradlenkeinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen hydraulischen Kraftzylinder, welcher bei Aktivierung eine hydraulische Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausübt, und durch ein Drehventil auf der Eingangswelle zur Betätigung, ansprechend auf eine Relativdrehung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle, im Sinne der Steuerung der Zufuhr eines hydraulischen Mediums unter Druck von der Quelle des hydraulischen Drucks in eine der einander gegenüberliegenden Kammern des Kraftzylinders, wobei das hydraulische Medium aus der anderen Kammer des Kraftzylinders in ein Reservoir entlassen wird.

5. Vorderradlenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsglied eine Ritzelwelle mit einem Ritzel ist, und daß das Ausgangsglied eine mit dem Ritzel kämmende Zahnstange ist und daß der axiale Vorsprung ein Haltestift ist, welcher am inneren Ende der Ritzelwelle zur gemeinsamen Drehung mit derselben angeordnet ist.

6. Vorderradlenkeinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Eingangswelle, welche koaxial zum Nockenglied angeordnet ist und mit dem Nockenglied über eine Torsionsstange verbunden ist, welche eine Relativdrehung zuläßt und daß ein hydraulischer Kraftzylinder vorgesehen ist, welcher bei Aktivierung eine hydraulische Hilfskraft auf die Zahnstange aufbringt und daß ein Drehventil zwischen der Eingangswelle und dem Nockenglied vorgesehen ist zur Steuerung der Zufuhr des hydraulischen Druckmediums von einer hydraulischen Druckquelle in eine der gegenüberliegenden Kammern des Kraftzylinders, wobei das hydraulische Medium aus der anderen Kammer des Kraftzylinders in ein Reservoir entlassen wird.