DE4241531C1 - Servosteuerung, insbesondere Servolenkung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servosteuerung, insbesondere eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer zur Betäti­ gung dienenden axial in ein eingangsseitiges Primärwellenteil und ein ausgangsseitiges Sekundärwellenteil unterteilten Welle, deren eines Wellenteil axial in ein mit dem anderen Wellenteil drehfest gekuppeltes Buchsenteil hineinragt und mit demselben eine in Abhängigkeit von Relativdrehungen zwischen den Wellenteilen arbeitende Servoventilanordnung nach Art einer Drehschieberanordnung bildet, und mit einem die Wellenteile drehelastisch verbindenden Drehstab, welcher in einer Axialbohrung der Wellenteile unter Freilassung eines Ringraumes im einen Wellenteil angeordnet ist, sowie mit einer zwischen dem Buchsenteil und dem einen Wellenteil wirksamen, vorgespannten Feder, deren Vorspannung das Buchsenteil und das eine Wellenteil in einer Mittellage relativ zueinander zu halten sucht.

Eine entsprechende Servolenkung ist Gegenstand der GB 21 65 502 A. Die vorgespannte Feder bestimmt ein Mindestdrehmoment, welches an der Welle wirksam sein muß, um eine Verstellung der Servoventilanordnung aus der Mittel­ lage bzw. Neutralstellung zu erreichen. Im übrigen bestimmt diese Feder zusammen mit dem vorspannungsfreien Drehstab das Maß der weiteren Verstellung der Servoventilanordnung bei weiter anwachsenden Drehmomenten.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Servosteuerung bzw. -lenkung innerhalb eines durch die Vorspannung der vorge­ spannten Feder vorgegebenen Bereiches der Lenkkräfte rein mechanisch, d. h. ohne Servounterstützung, arbeitet. Auf diese Weise wird im Falle einer Servolenkung eines Kraft­ fahrzeuges gewährleistet, daß der Fahrer ein gutes Gefühl für die tatsächlich an den Lenkrädern des Fahrzeuges wirk­ samen Lenkkräfte erhält.

Aus der DE 39 25 992 A1 ist eine weitere Servosteuerung bzw. Servolenkung bekannt, bei der zwei gleichachsige Wellenteile miteinander formschlüssig, jedoch mit Spiel gekuppelt sind, derart, daß begrenzte Relativdrehungen zwischen diesen Teilen gegen den Widerstand einer dazwischen angeordneten, vorgespannten Schenkelfeder möglich sind. Diese Relativdrehungen bewirken einen Schwenkhub eines zwischen den Wellenteilen angeordneten Hebels, welcher dabei den Steuerschieber eines im einen Wellenteil ange­ ordneten Servoventiles betätigt. Die vorgespannte Schenkel­ feder ragt mit zwei radialen Schenkeln in miteinander korrespondierende Axialschlitze in einander axial über­ lappenden Endstücken der beiden Wellenteile. Die Montage der Schenkelfeder ist vergleichsweise aufwendig, da eine Sichtkontrolle nur eingeschränkt möglich ist und zwischen den beiden Endstücken auch der den Steuerschieber des Servoventiles betätigende Hebel montiert werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einer Servosteuerung der eingangs angegebenen Art eine noch weitergehende konstruktive Vereinfachung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das eine Wellenteil sowie das Buchsenteil an ihren dem anderen Wellenteil zugewandten Enden zum anderen Wellen­ teil hin offene, korrespondierende Axialschlitze aufweisen, und daß als vorgespannte Feder im Ringraum zwischen dem Drehstab und dem einen Wellenteil eine Schenkelfeder ange­ ordnet ist, deren Schenkel jeweils in korrespondierende Axialschlitze des Buchsenteiles und des einen Wellenteiles hineinragen und in Umfangsrichtung der Wellenachse einen geringeren Querschnitt als die Axialschlitze aufweisen sowie in der Mittellage jeweils auf korrespondierenden Axialrändern beider Axialschlitze aufliegen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Bauweise erfolgen die Montage der Schenkelfeder und die Ankupplung des anderen Wellenteiles am gleichen Stirnende des Buchsenteiles. Dementsprechend können die Schenkelfeder und das weitere Wellenteil nach Anordnung des Buchsenteiles auf dem einen Wellenteil, d. h. nach Montage der Servoventilanordnung, angeordnet bzw. mit dem Buchsenteil verbunden werden. Damit ergibt sich ein einfach durchführbarer Montageablauf, wobei die Anordnung der Schenkelfeder vollständig unter Sichtkontrolle durchgeführt werden kann.

Außerdem ist vorteilhaft, daß bei dieser Bauweise die Schenkel der Schenkelfeder auch als Begrenzung für die maximale Relativdrehung zwischen den Wellenteilen wirken können.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schenkelfeder eine flache Kennlinie aufweist, d. h. die Vorspannung der Schenkelfeder wird bei zusätzlicher elastischer Verformung derselben nur relativ wenig erhöht. Dagegen kann der vorspannungsfreie Drehstab eine vergleichsweise steile Kennlinie aufweisen, d. h. zur Erzielung einer zusätzlichen Torsion des Drehstabes müssen die Drehmomente vergleichsweise stark ansteigen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung einer vorteilhaften Ausführungsform verwiesen, welche in der Zeichnung dargestellt ist.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Servo­ lenkung,

Fig. 2 einen Radialschnitt entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 die Federcharakteristik von Drehstab und Schenkelfeder.

Ein nicht dargestelltes Lenkhandrad eines Kraftfahrzeuges und dessen Lenkräder bzw. deren Lenkgetriebe sind mitein­ ander über eine Lenkwelle antriebsmäßig gekuppelt, welche ein Primärwellenteil 1 sowie ein dazu gleichachsiges Sekundär­ wellenteil 2 aufweist. Die Wellenteile 1 und 2 sind als Rohrteile ausgebildet und schließen axial unmittelbar anein­ ander an. An dem dem Sekundärwellenteil 2 zugewandten Stirn­ ende ist das Primärwellenteil 1 innenseitig erweitert, so daß eine Innenumfangsnut 3 geschaffen wird, deren in der Zeichnung rechte Flanke durch eine Ringstufe innerhalb des Primärwellen­ teiles 1 und deren linke Flanke durch den Stirnrand des Sekundärwellenteiles 2 gebildet werden.

Im Innenraum der beiden Wellenteile 1 und 2 ist ein Drehstab 4 angeordnet, welcher mittels Querstifte 5 an seinen Enden dreh­ fest mit den Wellenteilen 1 und 2 verbunden ist. Zwischen diesen Enden besitzt der Drehstab 4 einen gegenüber dem Querschnitt der Innenräume der Wellenteile 1 und 2 verminderten Querschnitt, so daß ein Ringraum 6 frei bleibt.

An dem dem Primärwellenteil 1 zugewandten Stirnende des Sekundärwellenteiles 2 ist ein radialer Mitnehmerstift 7 angeordnet, über den eine auf dem Primärwellenteil drehbar angeordnete Buchse 8 drehfest mit dem Sekundär­ wellenteil 2 gekuppelt ist.

Die Buchse 8 wird von einem stationären Gehäuse 9 ummantelt.

Auf der Außenumfangsseite der Buchse 8 sind mehrere Ringnuten 10 angeordnet, so daß zwischen der Buchse 8 und der Gehäuseinnen­ seite entsprechende Ringräume gebildet werden, welche durch seitliche Dichtringe 11 abgeschlossen sind.

Die von den Ringnuten 10 gebildeten Ringräume sind über nicht dargestellte gehäuseseitige Anschlüsse mit Hydraulik­ leitungen eines Servosystems verbunden, dessen Servoventil­ anordnung in grundsätzlich bekannter Weise durch die Buchse 8 und einen davon überdeckten Bereich des Primärwellenteiles 1 gebildet wird, wobei zwischen Buchse 8 und Primärwellenteil 1 Steuerkanten 12 angeordnet sind, so daß bei Relativdrehung zwischen Buchse 8 und Primärwellenteil 1 zwischen Anschlüssen eines Servomotors eine mehr oder weniger große Druckdifferenz erzeugt werden kann.

Gemäß Fig. 2 sind an den dem Sekundärwellenteil 2 zuge­ wandten Stirnenden des Primärwellenteiles 1 sowie der Buchse 8 einander diametral gegenüberliegende Axialschlitze 13 und 14 angeordnet, welche zu den Stirnseiten von Primär­ wellenteil 1 und Buchse 8 hin offen sind. In Umfangsrichtung von Primärwellenteil 1 und Buchse 8 besitzen die Axial­ schlitze 13 und 14 gleiche Breiten, so daß ihre Axialränder in der in Fig. 2 dargestellten Mittellage miteinander fluchten.

In die Axialschlitze 13 und 14 ragen die Schenkel einer innerhalb der Innenumfangsnut 3 des Primärwellenteiles 1 angeordneten, den Drehstab 4 ringförmig umfassenden Schenkelfeder 15 hinein, d. h. die Schenkel der Schenkel­ feder sind durch einen schraubenförmigen Federbereich miteinander verbunden. Die Schenkel liegen in der Mittel­ lage gemäß Fig. 2 mit Vorspannung auf den unteren Axial­ rändern beider Axialschlitze 13 und 14 auf und suchen dementsprechend das Primärwellenteil 1 und die Buchse 8 (sowie das mit der Buchse 8 drehfest gekuppelte Sekundär­ wellenteil) in der Mittellage zu halten.

Aus dieser Mittellage lassen sich Primärwellenteil 1 und Buchse 8 nur dann relativ zueinander verdrehen, wenn ein die Vorspannung der Schenkelfeder 15 übersteigendes Drehmoment wirksam wird.

Diese Relativdrehung ist möglich, weil die Axialschlitze 13 und 14 eine in Umfangsrichtung von Primärwellenteil 1 und Buchse 8 gemessene Breite besitzen, welche deutlich größer als die Dicke der Schenkel der Schenkelfeder 15 ist.

Die Fig. 3 zeigt nun die Kennlinien von Drehstab 4 und Schenkelfeder 15. Auf der Abszisse ist der Verdrehwinkel aufgezeichnet, während an der Ordinate das Verdrehmoment aufgetragen ist. Die Kurve K_D zeigt die Verhältnisse, wenn die Schenkelfeder 15 weggelassen wird. Mit gegenüber einer Mittellage zunehmender Verdrehung von Primärwelle 1 und Buchse 8 bzw. Sekundärwelle 2 relativ zueinander tritt ein deutlich ansteigendes Verdrehmoment auf.

Die Kurve K_S zeigt die Verhältnisse bei weggelassenem Drehstab 4. Aufgrund der Vorspannung der Schenkelfeder 15 wird gegenüber der Mittellage eine Relativdrehung zwischen Primärwellenteil 1 und Buchse 8 bzw. Sekundärwellenteil 2 erst dann erreicht, wenn ein Mindest-Verdrehmoment wirksam ist. Bei anwachsendem Verdrehwinkel steigt dann das Verdrehmoment nur mäßig an.

Die Kurve K zeigt die Verhältnisse, wenn Drehstab 4 und Schenkelfeder 15 gemeinsam wirksam sind. Man erkennt, daß das Mindest-Verdrehmoment, welches überschritten sein muß, um gegenüber der Mittellage einen Verdreh­ winkel zu erreichen, durch die Schenkelfeder 15 bestimmt wird. Der weitere Anstieg des Verdrehmomentes wird dann ganz überwiegend durch den Drehstab 4 bestimmt.

In Verbindung mit der Servolenkung bedeutet dies, daß eine Servounterstützung erst dann wirksam wird, wenn zwischen Primärwellenteil 1 und Sekundärwellenteil 2 das genannte Mindest-Verdrehmoment auftritt. Bei kleineren Verdrehmomenten wird keine Servounterstützung wirksam, d. h. die Lenkung arbeitet rein mechanisch.

Claims (4)

1. Servosteuerung, insbesondere Servolenkung für Kraft­ fahrzeug, mit

• - einer zur Betätigung dienenden, axial in einen eingangs­ seitigen Primärwellenteil und einen ausgangsseitigen Sekundärwellenteil unterteilten Welle, deren eines Wellenteil axial in ein mit dem anderen Wellenteil dreh­ fest gekuppeltes Buchsenteil hineinragt und mit demselben eine in Abhängigkeit von Relativdrehungen zwischen den Wellenteilen arbeitende Servoventilanordnung nach Art einer Drehschieberanordnung bildet,
• - einem die Wellenteile drehelastisch verbindenden Dreh­ stab, welcher in einer Axialbohrung der Wellenteile unter Freilassung eines Ringraumes im einen Wellenteil angeordnet ist, und
• - einer zwischen dem Buchsenteil und dem einen Wellenteil wirksamen, vorgespannten Feder, deren Vorspannung das Buchsenteil und das Wellenteil in einer Mittellage relativ zueinander zu halten sucht,

dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wellenteil (1) sowie das Buchsenteil an ihren dem anderen Wellenteil (2) zugewandten Enden zum anderen Wellenteil (2) hin offene, korrespondierende Axialschlitze (13,14) aufweisen, und daß als vorgespannte Feder im Ringraum (6) zwischen dem Dreh­ stab (4) und dem Wellenteil (1) eine Schenkelfeder (15) angeordnet ist, deren Schenkel jeweils in korrespondierende Axialschlitze (13, 14) des Buchsenteiles (8) und des einen Wellenteiles (1) hineinragen und in Umfangsrichtung der Wellenachse einen geringeren Querschnitt als die Axial­ schlitze aufweisen sowie in der Mittellage jeweils auf korrespondierenden Axialrändern beider Axialschlitze auf­ liegen.

2. Servosteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Buchsenteil (8) mit dem anderen Wellenteil (2) über einen Mitnehmerstift (7) drehfest gekuppelt ist.

3. Servosteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelfeder (15) eine flache Kennlinie aufweist, während der Drehstab (4) eine steile Kennlinie besitzt.