DE943394C - Lenkvorrichtung mit Servomotor - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 17. MAI 1956

B 22535II /03 c

Die Erfindung beitrifft eine lenkvorrichtung mit Servomotor für Kraftfahrzeuge, bei der die Lenkwelle über eine auf ihr sitzende Schnecke eine Getriebewelle antreibt und bei ihrer Drehung eine Längsverschiebung erfahren kann, durch die der auf ihr angebrachte Schieber eines Steuerventils so verstellt wird, daß der Servomotor auf die Getriebewelle ein gleichsinniges Drehmoment ausübt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird die Lenkwelle mit der auf ihr sitzenden Schnecke als Ganzes in der Längsrichtung verschoben, wenn beim Drehen der Lenkwelle die Schnecke an dem mit ihr im Eingriff stehenden Zahnsegment einen entsprechenden Widerstand findet. Diese Anordnung hat vor allem den Nachteil, daß wegen der verhältnismäßig geringen Steigung der Schnecke der auf der Welle sitzende Ventilschieber nur sehr kleine Stellbewegungen ausführt und die Steuerung entsprechend unempfindlich ist.

Bei einer anderen bekannten Lenkvorrichtung ao wird eine Längsverschiebung der Lenkwelle durch Führungsschlitze hervorgerufen, die in einer die Lenkwelle umgebenden und mit der Schnecke zusammenhängenden Hülse ausgebildet sind und in denen an der Welle sitzende Querstifte geführt sind. Doch wird hier die Längsbewegung der Lenk-

welle mittels einer Hebelanordnung auf den Ventilschieber des abseits von der Welle angeordneten Steuerventils übertragen, so daß eine sperrige Ausführung entsteht.

Es ist ferner bekannt, die axiale Verschiebung der Lenkwelle zwecks Betätigung des Steuerventils des Servomotors dadurch hervorzubringen, daß die Lenkwelle mit einem Schraubengewinde in ein mit dem Servomotorkolben zusammenhängendes ίο Muttergewinde eingreift, wobei der Servomotorkolben über Zahnstange und Zahnsegment oder über Pleuelstange und Kurbel auf das Lenkgestänge einwirkt. Diese Verbindung der Lenkwelle mit dem Servomotorkolben mittels Schrauben- und Muttergewindes dient gleichzeitig der Kraftübertragung bei der bloßen Handlenkung im Falle des Ausfalls des Servomotors, so daß der Gewindeeingriff eine entsprechend große Länge und eine kleine Steigung besitzen muß und die Servolenkung wiederum verhältnismäßig unempfindlich ist.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Anordnungen und hat eine Lenkvorrichtung zum' Gegenstand, deren in der Längsrichtung verschiebbare Lenkwelle den Schieber des Steuerventils des Servomotors sowie eine Schnecke für die Bewegungsübertragung zwischen der Lenkwelle und dem Lenkgestänge trägt und die in erster Linie dadurch .gekennzeichnet ist, daß zwecks Längsverschiebung der Lenkwelle bei Überschreiten eines bestimmten Lenkwiderstandes die Lenkwelle mit einem Gewindeteil in die gegen Längsbewegung gesicherte Schnecke eingeschraubt ist.

Gemäß weiterer Kennzeichen der Erfindung hat hierbei der Gewindeteil der Lenkwelle eine wesentlieh größere Steigung als die Schnecke an ihrem äußeren Umfang, und ist die Längsverschiebung der Lenkwelle in der Schnecke in an sich bekannter Weise durch Anschläge begrenzt.

Durch die Anordnung nach der Erfindung wird einmal ein sehr großer Längshub der Lenkwelle im Verhältnis zu ihrem Drehwinkel, also eine hohe Empfindlichkeit der Steuerung, und außerdem eine gedrungene und einfache Ausführung ermöglicht. Überdies wird durch die Steilheit des Gewindes, mit dem die Lenkwelle in die Schnecke eingeschraubt ist, die Umkehrbarkeit der Einwirkung zwischen Welle und Schnecke erreicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. ι eine Lenkvorrichtung nach der Erfindung teilweise in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt und

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i.

Die Lenkvorrichtung weist ein Gehäuse 10 auf, von dem sich eine Lenksäule 12 zu dem Lenkhandrad (nicht dargestellt) erstreckt. In der Lenksäule befindet sich eine Lenkwelle 14, die außer der Drehung auch eine Längsverschiebung erfahren .60 kann, wobei die Größe der letzteren auf einige hundertstel bis zehntel Zentimeter begrenzt ist. Auf dem unteren Teil dieser Welle sitzt eine hohle Schnecke 16 von der bekannten Sanduhrform. Die Lenkwelle 14 ist mit der Schnecke 16 durch, einen mit Außengewinde versehenem Teil 18 verbunden, der in ein entsprechendes in der Bohrung der Schnecke 16 vorgesehenes Innengewinde eingeschraubt ist. Das Gewinde des Teils 18 besitzt vorzugsweise eine steile Steigung> wobei die Zeichnung eine Steigung von 45° zeigt. Diese Steigung ist bedeutend größer als die des Außengewindes der Schnecke 16. Eine gegenseitige Drehung zwischen der Schnecke 16 und der Welle 14 bewirkt eine axiale Bewegung der letzteren, da die Schnecke durch geeignete Lager, wie z. B. die dargestellten Rollenlager 20, gegen jede axiale Bewegung zwangläufig gesichert wird. Die Schnecke kämmt in an sich bekannter Weise mit den .Zahnrippen einer Rolle 22, die von einem Arm 24 getragen wird, der auf einer schwingenden Welle 26 befestigt ist, die im Gehäuse 10 gelagert und durch ein Gestänge mit den (nicht dargestellten) Fahrzeugrädern antriebsmäßig verbunden ist. Der Arm 24 trägt außer der mit der Schnecke. 16 kämmenden Rolle 22 einen Zahnsektor 30, der mit einer am Ende einer Kolbenstange 34 angebrachten Zahnstange 32 kämmt. Die Kolbenstange 34 wird von einem Kolben 36 getragen, der sich in einem Druckmittelzylinder 38 hin- und herbewegen kann. Durch Einführung eines Druckmittels in den Zylinder 38 wird auf den Kolben 36 ein Druck ausgeübt, der bestrebt ist,, diesen Kolben in der einen oder in der anderen Richtung zu bewegen, je nachdem, in welches Zylinderende das Druckmittel eingeführt wird. Das Druckmittel wird den entgegengesetzten Zylinderenden durch Leitungen 40 und 42 zugeführt, die von einem Steuerventil 44 ausgehen, das durch Leitungen oder Rohre mit einer Pumpe bzw. mit einem Vorratsbehälter über Umgehungs- und Entlastungsventile verbunden sein kann.

Das Ventil 44 besitzt Nuten 46 und 48 innerhalb eines rohrförmigen Teils 50,. der einen Teil des Gehäuses 10 bilden kann. Mit den Nuten 46 und 48 wirken Nuten 52 zusammen, die auf der Außenseite einer Muffe 54 vorgesehen sind, welche von der Welle 14 getragen wird, sich aber nicht dreht. Diese Muffe ist zwischen Kugellagerlaufringen 56 eingeschlossen, die sich ihrerseits gegen eine auf der Steuerwfille vorgesehene Schulter 58 bzw. eine auf diese Welle aufgeschraubte Mutter 60 stützen. Die Ventiimuffe 54 nimmt somit an jeder axialen Bewegung der Welle teil, dreht sich aber nicht mit dieser Welle. Die Nuten 52 stehen in ständiger Verbindung mit den Leitungen 40 und 42 und sind zwischen der Nut 48 und den Nuten 46 angeordnet. Die Nut 48 ist mit einer Einlaßöffnung 61 yerbunden, durch welche Druckmittel, vorzugsweise öl, dem Ventil zugeführt wird. Die Nuten 46 sind mit einer (nicht dargestellten) Rückleitung verbunden, die zur Pumpe bzw. zum Vorratsbehälter zurückführt, so daß öl fortwährend hindurchströmen kann. Wenn sich die Ventilmuffe 54 in ihrer in Fig. 1 gezeigten neutralen Stellung befindet, werden die Ränder der Nuten 46 und 48 durch die Nuten 52 etwas überdeckt, wodurch Spielräume entstehen, durch weiche das durch die

Nut 48 einströmende Öl in beide Nuten 52 frei ein- und dann durch die Nuten 46 frei ausströmen kann. Hierdurch entstehen geringe ausgeglichene Drücke in den Räumen des Zylinders 38 und eine sehr geringe Belastung der Pumpe. Wenn sich die Muffe 54 von ihrer neutralen Stellung aus in der einen oder anderen Richtung axial bewegt, so erweitert sich die Öffnung zwischen der Zuführungsnut 48 und einer der Nuten 52, während sich die öffnung zwischen der Zuführungsnut 48 und der anderen Nut 52 entsprechend verengt. Gleichzeitig verengt sich die öffnung zwischen der ersten Nut 52 und der Auslaßnut 46, während sich die öffnung zwischen der zweiten Nut 52 und der anliegenden Auslaßöffnung entsprechend erweitert. Hierdurch entsteht ein Druck in dem Ende der Kammer 38, der derjenigen Nut 52 entspricht, die zur Einlaßnut 48 geöffnet wurde.

Dieser Druck in dem Zylinder ist bestrebt, den .Kolben zti bewegen und infolgedessen den Arm 24 in einer solchen Richtung zu verschwenken, daß sich die Schnecke 16 dreht, um zusammen mit der Welle in die gegenseitige Lage zurückzukehren.

Der axialen Bewegung der Muffe 54 wirkt ein Satz von zwei oder mehreren vorbelasteten unter Federdruck stehenden Vorrichtungen nachgiebig entgegen, von denen eine in Fig. 1 gezeigt ist und die um die Welle 14 herum verteilt sind. Jede Vorrichtung besteht aus zwei Tauchkolben 62, die durch eine Druckfeder 64 auseinandergedrückt werden. Die äußeren Enden der Tauchkolben 62 stützen sich gegen die Kugellagerlaufringe 56 und auch gegen Schultern 66 des Gehäuses 10. Die Federn 64 stehen fortwährend unter Druck, so daß die Kraft, die den einem oder den anderen Tauchkolben 62 von seiner Schulter 66 entfernen soll, groß genug sein muß, um den Anfangsdruck der Federn 64 zu überwinden. Eine axiale Bewegung der Welle 14 wird daher so lange verhindert, bis eine solche Kraft auf diese Welle ausgeübt wird. Wenn die Lenkvorrichtung gebraucht wird, so dreht sich die Schnecke 16 infolge der Drehung der Lenkwelle 14, was für gewöhnlich eine Verschwenkung des Zahnsektorteils 24 zur Folge hat, so daß die Fahrzeugräder entsprechend verschwenkt werden. Wenn jedoch der Lenkwiderstand eine vorbestimmte Größe übersteigt, so daß sich die Schnecke 16 nicht mit der Welle 14 drehen kann, so dreht sich die Welle gegenüber der Schnecke und bewegt sich somit in axialer Richtung vermöge des Schraubengewindes 18, durch welches die Welle mit der Schnecke 16 mechanisch verbunden ist. Diese axiale Bewegung der Welle hat eine axiale Bewegung der Ventilmuffe 54 zur Folge, wodurch Druckmittel dem Zylinder 38 in der Weise zugeführt wird, daß sich der Kolben 36 bewegt, um den Zahnsektor 30 zu' verschwenken. Diese Verschwenkung bewirkt nicht nur einen Ausschlag der Fahrzeugräder, sondern auch über die Rolle 22 eine Drehung der Schnecke 16 in einer solchen Richtung, daß die Welle 14 in ihre neutrale Stellung gegenüber der Schnecke 16 zurückgebracht wird. Hierdurch wird auch die Ventilmuffe 54 in ihre neutrale Stellung zurückgebracht und der Druckmitteldruck im Zylinder 30 ausgeglichen.

Die steile Steigung des Schraubengewindes 18, durch welche die Steuerwelle 14 mit der Schnecke 16 verbunden ist, hat eine erhöhte Empfindlichkeit in der Wirkung des Ventils zur Folge, da die axiale Bewegung der Welle für einen gegebenen Winkel der gegenseitigen Drehung zwischen der Welle und der Schnecke größer ist, als wenn die Welle mit der Schnecke fest verbunden wäre und sich die Schnecke mit der Welle axial bewegen könnte.

Falls die Kraft versagen oder ausbleiben sollte, so kann die Vorrichtung wie eine gewöhnliche Handsteuervorrichtung gebraucht werden. Wenn der Lenkwiderstand groß genug ist, um die Kraft der Zentrierfedern 64 zu überwinden, so wird die sich ergebende axiale Bewegung der Steuerwelle 14 gegenüber der Schnecke 16 entweder durch die Anlage einer auf der Welle vorgesehenen Schulter 70 an dem oberen Ende der Schnecke oder einer auf der Welle sitzenden Mutter 72 an dem unteren Ende der Schnecke begrenzt. Die Spielräume zwisehen den Enden der Schnecke und der Schulter 70 bzw. der Mutter 72 sind geringer als die Spielräume zwischen den Kugellagerteilen 56 und den Enden, des Ventilgehäuses 50, so daß die bed der Handsteuerung ohne motorische Kraft entstehenden Axialschübe der Steuerwelle von der kräftig gelagerten Schnecke 16 statt vom Ventilgehäuse und von den Kugellagern aufgenommen werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   1. Lenkvorrichtung mit Servomotor, bei der die Lenkwelle über eine auf ihr sitzende Schnecke eine Getriebewelle antreibt und bei ihrer Drehung eine Längsverschiebung erfahren kann, die eine Verstellung des Steuerventils für den Servomotor bewirkt, der daraufhin auf die Getriebewelle ein gleichsinniges Drehmoment ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Längsverschiebung der Lenkwelle (14) bei 105. Überschreiten eines bestimmten Lenkwiderstandes die Lenkwelle mit einem Gewindeteil (18) ia die gegen Längsbewegung gesicherte Schnecke (16) eingeschraubt ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge^ kennzeichnet, daß der Gewindeteil (18) der Lenkwelle (14) eine wesentlich größere Steigung als die Schnecke (16) hat.

   3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverschiebung der Lenkwelle in der Schnecke in an sich bekannter Weise durch Anschläge (70, 72) begrenzt ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke in an sich bekannter Weise mit einer Rolle (22) im Eingriff steht, welche drehbar in einem auf der Getriebewelle (26) sitzenden Arm (24) od. dgl. gelagert ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an. sich bekannter Weise der Arm (24) einen Zahnsektor (30) auf-

   weist, der mit einer Zahnstange (32) an der Kolbenstange (34) des Servomotors (38) im Eingriff steht.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Längsverschiebung der .Lenkwelle aus einer mittleren Ruhelage nach jeder Seite gegen die Kraft einer fliegend angeordneten Feder (64) erfolgt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (16) die an sich bekannte Sanduhrform hat.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch geker !zeichnet, daß das durch die Anschläge (70,

   72) begrenzte Längsspiel der Letikwelle (14) in der Schnecke (16) kleiner als das Längsspiel des Ventilgehäuses (50) zwischen den angrenzenden Kugellagern (56) ist.

   Angezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentanmeldung ρ 31656II/63CD (Patent Nr, 828 637);

   deutsche Patentschrift Nr. 402 584; österreichische Patentschrift Nr. 164 143; britische Patentschrift Nr. 627 186;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 539 018,. 2 368 135, 2267524, 2321377, 2351617, 2193898, 2410Ό49, 213 271, 2 551 742, 2 553 795, 2 362 930.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609 505 5.56