DE2327535A1

DE2327535A1 - Servolenkung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2327535A1
Application number: DE2327535A
Authority: DE
Inventors: Guenther Strauff
Original assignee: Langen and Co
Current assignee: Langen and Co
Priority date: 1973-05-30
Filing date: 1973-05-30
Publication date: 1974-12-12
Also published as: GB1468906A; DE2327535C3; DE2327535B2; JPS5020431A; US3990350A; IT1009879B; FR2231553B3; FR2231553A1

Description

Patentanmeldung.

Anmelderin: Langen & Co, 4000 Düsseldorf, Klosterstraße 49

Gegenstand: Servolenkung für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einer mit dem Lenkrad in Wirkverbindung stehenden Lenkschneckenwelle, die in eine axial verschiebbare, auf ein weiteres Getriebeglied z. B. durch eine Verzahnung einwirkende Lenkmutter eingreift, die gleichzeitig als Servokolben innerhalb eines einen Zylinderraum enthaltenden Gehäuses wirkt oder zumindest mit einem Servokolben fest verbunden ist, wobei der Zylinderraum durch den Servokolben in zwei dicht voneinander getrennte Arbeitsräume geteilt wird, und wobei die Lenkmutter in einem von der als Servokolben ausgebildeten Partie bzw. in einem von dem Servokolben entfernten Bereich an ihrem äußeren Mantel einen in Achsrichtung verlaufenden, sich radial nach außen erstreckenden Hebel besitzt, dessen axiale Breite mindestens dem Hub des Servokolbens entspricht und der in eine achsparallele Nut im Gehäuse eingreift, so daß der Hebel relativ zum Gehäuse geringe Kippbewegungen ausführen kann, wenn die Lenkmutter infolge Reibung und Steigung der Schnekkennuten bei einer Drehung der Lenkschneckenwelle ebenfalls in Drehung versetzt wird, wobei die Kippbewegungen zum Betätigen mindestens eines im Gehäuse senkrecht zur Achsrichtung angeordneten Ventilgliedes dienen in der Weise, daß der Zufluß eines Druckmittels zu bzw. der Abfluß des Druckmittels aus den Arbeitsräumen so gesteuert werden, daß die durch die LenkschneckenweHe eingeleiteten Bewegungen der Lenkmutter in axialer Richtung unterstützt werden*

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Eine derartige Servolenkung ist bereits durch die deutsche Patentschrift 1.025.281 bekannt geworden. Das Ventilglied ist als einteiliger Steuerkolben mit einer die Nut anschneidenden Partie und einer Ringnut innerhalb dieser Partie ausgebildet. In die Ringnut greift der Hebel ein. Da sowohl Nut als auch Ringnut mit einem der Arbeitsräume kommunizieren, kann in ihnen der volle Arbeitsdruck entstehen. Aus diesem Grunde war es bisher notwendig, den Steuerkolben in der beschriebenen Weise einteilig auszuführen, wodurch an der Angriff sstelle des Hebels, nämlich in der Ringnut, ein Druckausgleich stattfindet und keine axial gerichteten Druckkräfte entstehen können. Die in anderen Anwendungsfällen bereits mit Erfolg eingesetzte Anordnung zweier Steuerkolben, welche z. B. erst nach einem Totgang oder über federelastische übertragungsmittel betätigt werden, war hier bisher nicht möglich, da der Druck im Arbeitsraum die Steuerkolben stirnseitig beaufschlagt und dadurch in unerwünschter Weise auseinander gespreizt hätte. Damit wäre eine solche Anordnung nicht funktionsfähig gewesen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Servolenkung der eingangs erwähnten Art so mit Hilfe von einfachen, billigen und funktionssicheren Mitteln auszugestalten, daß zwei Steuerkolben angeordnet und mit Hilfe nur eines Hebels betätigt werden können. Die Anordnung soll zudem für Servolenkungen mit "offener Mitte" wie auch für solche mit "geschlossener Mitte" verwendbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Hebel auf einen senkrecht zur Achse der Lenkmutter angeordneten Hilfskolben einwirkt, der seinerseits mit seinen Stirnseiten mit zwei koaxial zu ihm angeordneten Steuerkolben in Wirkverbindung steht und zwei beidseitig vom Angriffspunkt des Hebels liegende Partien aufweist, welche die dem Hilfskolben zugewandten Seiten der Steuerkolben dicht von der Nut trennen.

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Zweckmäßiger Weise sind die zwischen Hilfskolben und Steuerkolben entstehenden Räume nahezu drucklos und mit einer Abflußleitung verbunden. Der Hilfskolben kann dabei axial durchbohrt sein, so daß nur einer der Räume an eine Abflußleitung angeschlossen werden muß. In einer bevorzugten Ausführungsform findet der gesamte Abfluß des Druckmittels durch diese Räume statt. Der Hilfskolben wirkt auf die Steuerkolben über Federn, wobei die Steuerkolben in an sich bekannter Weise mit Reaktionsflächen versehen sind, die vom jeweiligen Druck des zugehörigen Arbeitsraumes in voller Höhe oder bis zu einem vorbestimmten Wert gegen die Betätigungskraft beaufschlagt werden. Die Steuerkolben sind zweckmäßiger Weise in axial festgelegten Steuerbüchsen angeordnet, welche den gleichen Außendurchmesser aufweisen wie die Hilfskolben.. Der Hilfskolben kann federzentriert sein, wobei die Zentrierung durch einevorgespannte Feder erfolgen sollte· Als Feder bietet sich eine doppelt wirkende Biegefeder an, die aus einem quer zur Achsrichtung des Hilfskolbens verlaufenden Wendel mit in senkrecht zur Achsrichtung liegenden Ebenen mit axialem Abstand angeordneten Enden besteht, wobei die Biegefeder in einem quer zur Achsrichtung verlaufenden Schlitz im Gehäuse so angeordnet ist, daß die Enden an den Wänden des Schlitzes anliegen und in eine Ringnut mit der gleichen axialen Ausdehnung wie der Schlitz eingreifen und dort ebenfalls an den Wänden anliegen, solange die Betätigungskraft einen bestimmten Wert nicht überschreitet.

Die Erfindung wird anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Servolenkeinrichtung entlang der Achse der Lenkschneckenwelle und senkrecht zur Achse des abtreibenden Getriebegliedes.

Figur 2 zeigt einen Teilschnitt gemäß der Schnittlinie E-F von Figur 1.

Figur 3 zeigt einen Schnitt gemäß der Schnittlinie C-D von Figur 2.

In einem Gehäuse 1 ist ein gestufter Zylinderraum 2 angeordnet, in dem ein als Stufenkolben ausgebildeter Servokolben gleitbar angeordnet ist. Der Zylinderraum 2 ist stirnseitig durch einen Deckel 4 verschlossen. Der Deckel 4 weist einen in den Zylinderraum 2 hineinragenden, zylindrischen Ansatz 5 auf, der abgedichtet und zentrisch einen Deckel 6 durchdringt, welcher zur axialen Festlegung einer im Innern des Servokolbens 3 angeordneten Lenkmutter 7 dient. In die Lenkmutter 7 greift mit Hilfe eines Kugelumlaufgewindes 8 eine Lenkschheckenwelle 9 ein, die sich abgedichtet durch eine zentrale Bohrung im Ansatz 5 bzw. im Deckel 4 nach außen erstreckt und dort mit einer nicht näher dargestellten Lenkspindel verbunden werden kann. Der Servokolben 3 teilt den Zylinderraum 2 in einen stirnseitigen Arbeitsraum IO und einen den Ansatz 5 ringförmig umgebenden Arbeitsraum 11, wobei die wirksamen Flächen der Arbeitsräume 10 und 11 vorzugsweise gleich sind. Der Servokolben 3 weist außerhalb seines der Abdichtung dienenden Bereiches eine als Zahnstange 12 dienende Partie auf, die auf ein mit einer Abtriebswelle 13 verbundenes Zahnsegment 14 einwirkt. Die Lenkmutter 7 ist mit einem von ihrer Achsrichtung im wesentlichen senkrecht fortweisenden Hebel 15 fest verbunden. Der Hebel 15 durchdringt den Servokolben 3 durch eine nicht näher darge-

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stellte Ausnehmung. Der Hebel 15 besitzt eine etwa dem Hub des Servokolbens 3 entsprechende axial gerichtete Ausdehnung. Er ragt mit seinem freien Ende in eine axial verlaufende Nut 16 im Gehäuse 1 hinein. Die Nut 16 besitzt in Bewegungsrichtung des Hebels 15 gesehen eine etwas größere Ausdehnung als dieser. Eine Bohrung 17 schneidet in quer zur Achsrichtung der Lenkmutter verlaufenden Richtung die Nut 16 an. Im Bereich der Nut 16 ist in der Bohrung 17 ein Hilfskolben 18 angeordnet. In diesem Hilfskolben IS ist eine Ringnut 19 angebracht, in die das freie Ende 20 des Hebels 15 spielfrei eingreift. Weiterhin greifen Schenkel 21 und 22 einer doppelt wirkenden Biegefeder in die Nut 19 ein. Die Biegefeder besteht neben den Enden 21 und 22 aus einem Wendel 23, welcher auf einem Stift 24 innerhalb eines Schlitzes 25 im Gehäuse 1 gehalten ist. In Achsrichtung des Hilfskolbens 18 gesehen hat der Schlitz 25 die gleiche Ausdehnung wie die Ringnut 19. Axial gerichtete Bohrungen 26 verbinden die stirnseitig an den Hilfskolben 18 angrenzenden Räume 27 und 28 miteinander. An die Räume 27 und 28 angrenzend sind in der. Bohrung 17 Steuerbüchsen

29 und 30 axial fest angeordnet. In der Steuerbüchse 29 gleitet ein Steuerkolben 31, während in der Steuerbüchse

30 ein Steuerkolben 32 gleitet. Der Hilfskolben 18 wirkt auf den Steuerkolben 31 über eine Feder 33 und auf den Steuerkolben 32 über eine Feder 34. Die Steuerkolben 31 und 32 sind in Art eines 3/3-Wegeventil-Steuerkolbens ausgeführt. Der Steuerkolben 31 ist daher in der Lage, je nach Stellung einen mit dem Arbeitsraum 10 verbundenen Anschluß A entweder mit einem Druckanschluß P. oder aber mit dem Raum 27 zu verbinden, welcher seinerseits über die Bohrungen 26 mit dem Raum 28 in Verbindung steht, der an eine Abflußleitung T angeschlossen ist. In entsprechender Weise bewirkt der Steuerkolben 32

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je nach Stellung eine Verbindung eines mit dem Arbeitsraum 11 verbundenen Anschlusses B mit einem Druckanschluß P„ oder mit dem Raum 28 bzw. der Ablaufleitung T. Über einen im Inneren des Steuerkolbens 31 verlaufenden Drosselkanal 35 ist ein stirnseitig an den Steuerkolben 31 angrenzender Reaktionsraum 36 immer mit dem Anschluß A verbunden. Analog dazu ist ein stirnseitig an den Steuerkolben 32 angrenzender Reaktionsraum 37 immer über einen im Innern des Steuerkolbens 32 verlaufenden Drosselkanal 38 mit dem Anschluß B verbunden. Die von den Federn 33 und 34 beaufschlagten Seiten der Steuerkolben 31 und 32 werden mit 39 und 40 bezeichnet. Die sich beidseitig an die Nut 16 anschließenden Partien des Hilfskolbens 18 haben die Bezugszahl 41 und 42.

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß die Lenkschneckenwelle auf Figur 1 bezogen im Uhrzeigersinn gedreht würde. Die Bewegung der Lenkschneckenwelle 9 überträgt sich dabei auf die Lenkmutter 7, welche daher versucht, von Figur 2 ausgesehen gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Die Drehung überträgt sich auch auf den Hebel 15 und dessen freies Ende 20, sofern die Betätigungskraft größer ist als die Vorspannung der Biegefeder 21, 22 und 23. Wird die Vorspannung nicht überschritten, stützt sich der Hebel 15 über den Hilfskolben 18 an der Biegefeder 21, 22, 23 ab. Da die Lenkmutter 7 dann die Drehung der Lenkschneckenwelle 9 nicht weiter mitmachen kann, kommt es zu einer axial gerichteten Bewegung der Lenkmutter 7 und damit zu einer axial gerichteten Bewegung des Servokolbens 3. Der Servokolben bewegt sich dabei so, daß sich der Arbeitsraum 11 verkleinert und Druckmittel aus dem Arbeitsraum 11 zum Anschluß B verdrängt wird. Unter der Voraussetzung, daß in den Anschlüssen P₁ und P„ Druck herrscht, wird sich in den Anschlüssen A und B bereits ein bestimmter Druck ausgebildet haben. Dieser Druck rührt daher, da/l Druck-

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mittel von den Anschlüssen P, und P- übergeströmt ist. Das Druckmittel hat sich dabei gleichzeitig über die Drosselkanäle 35 und 38 in die Reaktionsräume 36 und 37 fortgepflanzt. Dort bewirkt der Druck des Druckmittels ausgehend von der gezeichneten Stellung eine Bewegung der Steuerkolben 31 und solange, bis die Verbindungen P.-A und P₂~^B geschlossen sind. Der dann in den Anschlüssen A und B herrschende Druck entspricht den Vorspannungen der Federn33 und 34. Wenn nun ausgehend von dieser Stellung der Druck durch eine mechanische Bewegung des Servokolbens 3 im Arbeitsraum 11 erhöht wird, wird auch der Druck am Anschluß B bzw. im Reaktionsraum 37 erhöht, so daß der Steuerkolben 32 unter weiterer Erhöhung der Vorspannung der Feder 34 bewegt wird. Der Steuerkolben stellt dabei die Verbindung vom Anschluß B zum Raum 28 bzw. zur Ablaufleitung T her. Da gleichzeitig im Arbeitsraum 10 ein Druckabfall stattfindet, wird auch der Druck im Reaktionsraum 36 etwas absinken, so daß die Feder 33 den Steuerkolben 31 in eine Position schieben kann, in welcher wieder die Verbindung P.-A hergestellt ist. Druckmittel kann daher in den sich vergrößernden Arbeitsraum 10 strömen. Wird hingegen durch die Betätigungskraft die Vorspannung der Biegefeder 21, 22, 23 überwunden, erfolgt eine Auslenkung des Hilfskolbens 18 relativ zum Gehäuse 1. Unter der Voraussetzung der gleichbleibenden Drehrichtung wird der Hilfskolben 18 daher so ausgelenkt, daß er die Vorspannung der Feder 33 erhöht. Dadurch wird der Steuerkolben 31 so verschoben, daß die Verbindung P.-A hergestellt wird. Druckmittel strömt daher solange in den Arbeitsraum 10, bis sich dort der Druck entsprechend der nunmehr vorhandenen Vorspannung der Feder 33 eingestellt hat. In diesem Fall ist ein weiteres Strömen von"Druckmittel durch weitere Erhöhung der Betatigungskraft und der damit verbundenen weiteren Vorspannung der Feder 33 möglich. Auf der anderen Seite wird die Vorspannung der Feder

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34 durch die Verschiebung des Hilfskolbens 18 erniedrigt, so daß der Druck im Anschluß B bzw. im Reaktionsraum 37 in der Lage ist, den Steuerkolben 3 2 gegen die nachlassende Vorspannung so zu verschieben, daß eine Verbindung vom Anschluß B zum Raum 28 hergestellt wird. Eine Drehung der Lenkschneckenwelle in entgegengesetzter Richtung bewirkt die analogen Vorgänge, wobei die Wirkungen der Steuerkolben vertauscht werden. Es ist dabei klar ersichtlich, daß sich der Druck im Schlitz 16, welcher im übrigen dem Druck im Arbeitsraum 10 entspricht, nicht in die Räume 27 und 28 fortpflanzen kann. Dies wird bewirkt durch die Partien 41 und 42 des Hilfskolbens 18, welche den Schlitz 16 gegenüber den Räumen 27 und 28 abdichten. Abgesehen von kleineren Reibungs- und Strömungskräften wirken daher nur die Kräfte der Federn 33 und 34 bzw. die Drücke in den Reaktionsräumen 3 6 und 37 auf die Steuerkolben 31 und 32 ein.

Die Erfindung ist keinesfalls auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Obwohl in der Abbildung Steuerkolben mit "geschlossener Mitte" dargestellt sind, ist es durchaus möglich, auch Steuerkolben mit "offener Mitte" zu verwenden.

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Claims

„Patentansprüche:

Servo-Lenkung für Kraftfahrzeuge mit einer mit dem Lenkrad in Wirkverbindung stehenden Lenkschneckenwelle, die in eine axialverschiebbare auf ein weiteres Getriebeglied z. B. durch eine Verzahnung einwirkende Lenkmutter eingreift, die gleichzeitig als Servokolben innerhalb eines einen Zylinderraum enthaltenden Gehäuses wirkt, oder zumindest mit einem Servokolben fest verbunden ist, wobei der Zylinderraum durch den Servokolben in zwei dicht voneinander getrennte dd Arbeitsräume geteilt wird, und wobei die Lenkmutter mit einem von der als Servokolben ausgegebildeten Partie bzw. in einem von dem Servokolben entfernten Bereich an ihren äußeren'Mantel einen in Achsrichtung verlaufenden, sich radial nach außen erstreckenden Hebel besitzt, dessen axiale d Breite mindestens dem Hub des Servokolben entspricht und der in eine achsparallele Nut im Gehäuse eingreift, so daß der Hebel relativ zum Gehäuse geringe Kippbewegungen ausführen kann, wenn die Lenkmutter infolge Reibung und Steigung der Schneckennuten bei einer Drehung der Lenkschneckenwelle ebenfalls in Drehung versetzt wird, wobei die Kippbewegungen zum Betätigen mindestens eines im Gehäuse senkrecht zur Achsrichtung angeordneten Ventilgliedes dienen in der Weise, daß der Zufluß eines Druckmittels zu bzw. der Abfluß des Druckmittels aus den Arbeitsräumen so gesteuert werden, daß die durch die Lenkschneckenwelle eingeleiteten Bewegungen der Lenkmutter in axialer Richtung unterstützt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (15) auf einen senkrecht zur Achse der Lenkmutter (7) angeordneten Hilfskolben (18) einwirkt, der seinerseits mit seinen Stirnseiten mit zwei koaxial zu ihm angeordneten Steuerkolben (31,32)

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in Wirkverbindung steht und zwei beidseitig vom Angriffspunkt des Hebels (15) liegenden Partien (41,42) aufweist, welche die dem Hilfskolben (18) zugewandten Seiten (39,4o) der Steuerkolben (31,32) dicht von der Nut (16) trennen.
2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die zwischen Hilfskolben (18) und Steuerkolben (31,32) entstehenden Räume (27,28) nahezu drucklos und mit einer Abflußleitung (T) verbunden sind.
3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (18) axial durchbohrt ist und nur einer (28) der Räume (27,28) an eine Abflußleitung (T) angeschlossen ist.
4.]Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnt, daß der gesamte Abfluß des Druckmittels durch diese Räume (27,28) stattfindet.
5. Servolenkung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (18) auf die Steuerkolben (31,32) über Federn (33,34) wirkt, wobei die Steuerkolben (31,32) in anjsich bekannter Weise mit Reaktionsflächen versehen sind, die vompeweiligen Druck des Arbeitsraumes (lo,ll) in voller Höhe oder bis zu einem vorbestimmten Wert gegen die Betätigungskraft beaufschlagt werden.
6. Servolenkung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolben (31,32) in axial festgelegten Steuerbüchsen (29,3o) angeordnet sind, welche den gleichen Außendurchmesser aufweisen wie der Hilfskolben (18).

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7. Servolenkung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß der Hilfskolben (18) federzentriert ist.
8. Servolenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung durch eine vorgespannte Feder (21,22,23) erfolgt.
9. Servolenkung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Feder eine doppelt wirkende Biegefeder (21,22,23) wirkt, die aus einem quer zur Achsrichtung des Hilfskolbens (18) verlaufenden Wendel (23) mit in senkrecht zur Achsrichtung liegenden EbenÄtinmit axialen Abstand angeordneten Enden (21,22) besteht, wobei die Biegefeder (21,22,23) in einem quer zur Achsrichtung verlaufenden Schlitz (25) im Gehäuse (iy so angeordnet ist, daß die Enden (21,22) an den Wänden des Schlitzes (25) anliegen und in eine Ringnut^l9) oder dergl. im Hilfskolben (18) mit der gleichen axialen Ausdehnung wie der Schlitz (25) eingreifen und dort ebenfalls an den Wänden anliegen, so lange die Betätigungskraft einen bestimmten Wert nicht überschreitet.

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