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Hilfskraftunterstützte Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine hilfskraftunterstützte Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit durch Hand- kraft zu drehender Lenkspindel, die ein verdrehweiches Glied enthält, und einer die Hilfskraft steuernden
Einrichtung, die in Abhängigkeit von der Verdrehung des elastischen Gliedes betätigbar ist.
Es sind bereits Lenkeinrichtungen bekanntgeworden, bei welchen zwischen der Lenkschnecke und der
Lenkspindel ein verdrehweiches Glied eingesetzt ist.
Ein Merkmal der Erfindung besteht bei einem Ausführungsbeispiel darin, dass das eine Ende des Dreh- stabes mit der Lenkschnecke fest verbunden ist, und mittels eines Gewindezapfens in ein Gegengewinde der Druckmittelsteuerbüchse eingreift, und dass das andere Ende des Drehstabes mit der Lenkspindel fest verbunden ist, die in eine Bohrung der Lenkschnecke hineinragt und mit ihrem gabelförmigen Ende in
Ausnehmungen an der Steuerbüchse spielfrei eingreift.
Bei einer derartigen Ausbildung der Lenkeinrichtung ist es möglich, sowohl die Betätigung der Druck- mittelsteuerung als auch die Druckmittelsteuerung selbst auf kleinstem Raum unterzubringen und damit eine wesentliche Verkürzung der Baulänge zu erzielen. Eine solche Lenkeinrichtung hat keinen grösseren Raumbedarf als eine rein manuell zu bedienende Lenkeinrichtung.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Drehstab und ein Teil oder die gesamte Druckmittelsteuereinrichtung innerhalb der hohl ausgebildeten Lenkschnecke angeordnet sind. Der Hauptvorteil ist die Anordnung des Drehstabes und des Hydraulik-Steuerschiebers in der hohl ausgebildeten Schnecke. Es werden hiedurch die Einbaumasse nicht grösser als bei einer manuellen Lenkung. Hauptaufgabe dieser Konstruktion ist, die hydraulische Lenkung mit einer schon vorhandenen manuellen Lenkung ohne Änderung der Anschlussteile, wie Lenksäule mit Lenkradschaltung, wahlweise einzubauen. Diese Forderungen werden von den Fahrzeug-Herstellern immer wieder an die Lenkungskonstruktion gestellt.
Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Forderung in vollem Umfange.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen gemäss der Erfindung dargestellt, wobei sowohl das Lenkgetriebe als auch die Druckmittelsteuereinrichtung in allen Figuren in Neutralstellung gezeigt sind. Es zeigen : Fig. 1 das Lenkgetriebe und die Druckmittelsteuerung in einem Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen quer zur Längsachse des Lenkgetriebes geführten Schnitt nach der Linie JI-JL der Fig. 1, Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. l, Fig. 5 in einem Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrössertem Massstab Ausbildungsformen der Steuerkanten, Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 1, Fig.
7 in einer Draufsicht die Anordnung und Ausbildung des Hilfskraftkolbens und des Druckzylinders, teilweise geschnitten, Fig. 8 eine Stirnansicht des Lenkgetriebes, gesehen in Pfeilrichtung Ader Fig. 1, und Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer Lenkeinrichtung gemäss der Erfindung in einem Längsschnitt, teilweise schematisch dargestellt.
In den Fig. l - 9 ist beispielsweise eine durch Hilfskraft unterstützte Lenkeinrichtung dargestellt, mit Lenkschnecke und Lenkmutter, einer Druckmittelsteuereinrichtung und einem durch das Druckmittel doppelt beaufschlagbaren Arbeitskolben.
Die mit der (nicht dargestellten) Lenkspindel vereinigte Lenkschnecke ist mit 2 bezeichnet, die durch je ein die axialen und radialen Kräfte aufnehmendes Lager 3 bzw. 4 drehbar in dem Lenkgetriebegehäuse 5 vorgesehen ist. Das Lager 3 ist zum Zweck der spielfreien Einstellung der Lenkschnecke 2in eine Nach-
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stellmutter 7 eingesetzt, die mit Gewinde 8 in das Lenkgetriebegehäuse 5 einschraubbar und durch eine
Gegenmutter 10 gegen ungewolltes Verdrehen gesichert ist. Die Vereinigung von der das Lenkhandrad tragenden Lenkspindel und der Lenkschnecke 2 erfolgt hiebei unter Vermittlung eines in eine Bohrung 12 der Lenkschnecke 2 eingesetzten Drehstabes 14.
Das eine Ende dieses Drehstabes 14 steht über einen Stift
15 mit einer den Drehstab frei umgebenden, das eine Ende der Lenkspindel bildenden Hülse 17 in fester
Verbindung, während das andere Ende des Drehstabes mittels Keilprofilen 18 fest in Gegenprofile an der
Lenkschnecke eingepresst ist (Fig. 4). Das obere Ende der Hülse 17 dient zur Aufnahme eines mittels
Kerbverzahnung 21 befestigten Flanschteiles 22, der mit einem an der (nicht dargestellten) Lenkspindel festen Gegenflansch fest verschraubbar ist.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist zum Zweck der Begrenzung des Verdrehweges des Drehstabes 14 die
Lenkschnecke 2. an ihrem oberen Ende gabelförmig ausgebildet, wobei die beiden Gabelteile 25 bzw. 26 mit gewissem Spiel"s"in je eine nutenförmige Ausnehmung 28 bzw. 29 eines Bundes 30 der Hülse 17 eingreifen. Der vordere Teil der Hülse 17 ist durch ein Radiallager 32 abgestützt und das Gehäuseinnere mit einer Dichtung 33 nach aussen abgeschlossen. Durch die in Fig. 3 gezeigte Ausbildung ist gewährleistet, dass bei Überdrehen des Drehstabes 14 eine starre Verbindung zwischen der Lenkspindel und der Lenkschnecke 2 hergestellt ist, beispielsweise bei manueller Betätigung der Lenkeinrichtung ohne Hilfskraft.
Auf der Lenkschnecke 2 lagert unter Vermittlung von in Gewindenuten umlaufenden Kugelkette 35 bzw. 36 axial verstellbar die Lenkmutter 37, welche mittels eines Zahnstangenprofils 39 in ein mit der Lenkwelle 40 vereinigtes Zahnsegment 41 eingreift (Fig. 2). Mit dem freien Ende der Lenkwelle 40 ist der (nicht dargestellte) Lenkstockhebel verbunden, der die Lenkbewegung über das Lenkgestänge auf die Fahrzeugräder überträgt. Die Lenkwelle 40 weist gabelförmig ausgebildete Vorsprünge 43 bzw. 43'au die in einer Bohrung einen Bolzen 44 aufnehmen,. der unter Vermittlung von Lagernadeln 45 zur Lagerung einer Lenkrolle 46 dient. Letztere greift in einen von einem Druckmittel doppelt beaufschlagbaren Arbeitskolben ein, der hier aus zwei fest miteinander verbundenen Kolbenteilen 49 bzw. 50 besteht.
Die Kolbenteile 49 bzw. 50 sind in Zylinder 52 bzw. 53 eingesetzt, welche Druckmittelräume 54 bzw. 55 bilden, wobei der Arbeitskolben 49, 50 durch das Druckmittel axial in beiden Richtungen verstellbar ist.
Die Zylinderräume 54 bzw. 55 sind durch Deckel 56 bzw. 57 nach aussen abgeschlossen.
Der Arbeitskolben 49,50 ist durch eine Schiene 59 nach oben abgeschlossen, die durch Schrauben 60 bzw. 60'am Kolben befestigt ist. Der abgekröpfte Teil 61 der Schiene greift in eine Nut 62 des oberen Gehäusedeckels 63 ein, so dass ein Verdrehen des Kolbens 49,50 vermieden wird. Mit 65 bzw. 66 sind Dichtungskörper bezeichnet, welche die Druckmittelräume 54 bzw. 55 abdichten. Das Innere 67 (Fig. 2) des Lenkgetriebegehäuses 5 ist mit Rücklaufdruckmittel gefüllt und steht über eine Abflussöffnung 68 und eine (nicht dargestellte) Rücklaufleitung mit einem Druckmittelbehälter und somit mit der Saugseite einer Druckmittelpumpe in Verbindung.
In den Gehäusedeckel 63 ist eine Stellschraube 64 einschraubbar vorgesehen, durch welche die Lenkwelle 40 axial verstellbar bzw. einstellbar ist. Die Stellschraube 64 ist durch eine Gegenmutter 69 gegen ungewollte Verstellung gesichert. Die Lenkwelle 40 ist mit der Stellschraube 64 drehbar, jedoch axial spielfrei mit dieser vereinigt.
Der Aufbau der Druckmittelsteuereinrichtung ist folgender : In einem erweiterten Teil der Lenkschneckenbohrung 12 ist axial verstellbar eine Steuerbüchse 70 eingesetzt, in deren Steilgewinde 71 eine mit einem entsprechenden Gegengewinde 72 versehene Verlängerung 73 des Drehstabes 14 einschraubbar ist. Die Steuerbüchse 70 weist an ihrem, dem Drehstab zugekehrten Ende nutenförmige Ausnehmungen 74 bzw. 75 auf, in welche spielfrei die Teile 76 bzw. 77 eines gabelförmig ausgebildeten Teiles der Lenkspindel 17 eingreifen. Die Gabelteile 76 bzw. 77 umgreifen zu diesem Zweck den mit Abflachungen 78 bzw. 79 versehenen Teil des Drehstabes 14 (Fig. 6). In die Bohrung der Steuerbüchse 70 ist ein Steuerteil 81 eingesetzt, der mittels eines Zapfens 83 in eine Ausnehmung an der Verlängerung des Drehstabes 14 hineinragt.
Mit Hilfe einer entsprechend breiten Scheibe 84 ist der Steuerteil. 81 spielfrei und axial unverschiebbar zwischen dem Drehstab 14 und dem Abschlussdeckel 56 eingesetzt.
Die axial verstellbare und um ihre Längsachse drehbare Steuerbüchse 70 führt sich mit ihrem Aussen-
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auf dem Sicherungsring 80a oder das entsprechend verlängerte Innengewinde 71 der Steuerbüchse 70 ab. Die Steuerbüchse wird also durch die Kraft der Feder 80 nach rechts verschoben, so dass ein Spiel in dem Gewinde 71 aufgehoben wird und das Ventil jeweils sofort und nicht erst nach Überwindung des Gewindespiels anspricht.
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Vorteilhafterweise sind die zur Steuerung des Druckmittels dienenden Ringnuten auf zwei verschie- denen Durchmessern liegend vorgesehen, wodurch sich eine wesentliche Raumersparnis erzielen lässt. Zu diesem Zweck sind in die äussere bzw. innere Umfangsfläche des Ventilgehäuses 89, der Steuerbüchse 70 und des Steuerkolbens 81 ringförmige Steuernuten 91,92, 93,94, 95 und 96 eingearbeitet, durch welche
Steuerkanten 98, 99, 100 und 101 gebildet sind. Die Steuernuten 91 bzw. 92 weisen radial gerichtete Ver- bindungsbohrungen 110 bzw. 111 auf, die in die Steuernuten 94 bzw. 95 der Steuerbüchse 70 münden.
Weitere radial gerichtete Bohrungen 113 stellen über eine axiale Bohrung 114 im Steuerkolben 81 eine
Verbindung mit dem Rückflusskanal 116 im Deckel 56 her. Der Kanal 116 mündet in den im Gehäuse 5 gebildeten Raum 67 und ist über eine Öffnung 68 und eine (nicht dargestellte) Rückflussleitung mit dem
Druckmittelbehälter verbunden.
Wie in Fig. 8 gezeigt, sind mit 120 der Anschluss an die von der Druckmittelpumpe kommende Druck- leitung (nicht dargestellt) und mit 121 der in den Deckel 56 eingearbeitete, in die Steuernut 93 der Steuer- büchse 70 mündende Druckmittelkanal bezeichnet. Über die in die Steuernuten 91 bzw. 92 mündenden
Kanäle 125 bzw. 126 und die in den Abschlussdeckel 56 eingearbeiteten Druckmittelkanäle 127 bzw. 128 wird das Druckmittel entsprechend der Stellung der Steuerbüchse 70 in den Zylinderraum 54 oder 55 zur
Beaufschlagung des Kolbens 49,50 geleitet.
Die Wirkungsweise der Hilfskraftlenkeinrichtung ist folgende : Bei Drehen des Lenkhandrades in der einen oder andern Richtung wird die dadurch eingeleitete Lenkbewegung über die Lenkspindel auf die mit dieser durch den Flansch 22 verbundene Hülse 17 übertragen. Gleichzeitig erfolgt die Übertragung der
Lenkbewegung mittels des Stiftes 15 und des Drehstabes 14 auf die Lenkschnecke 2. Tritt keine Relativ- drehung zwischen dem Ende des Drehstabes 14 und der Hulse 17 auf, so dreht sich die Steuerbüchse 70 und der in diese mittels des Gewindes 72 einschraubbare Drehstab in gleicher Richtung und Geschwindigkeit.
Die Steuerbüchse 70 erfährt somit keine axiale Verstellung, so dass die Hilfskraft nicht wirksam wird. Die
Breite der Steuerschlitze 98, 99, 100 und 101 und die Steuerkanten sind besonders ausgebildet, so dass sich dieselben erst nach Erreichen eines gewissen Verdrehwinkel des Drehstabes 14 und damit einer gewissen. axialen Verstellung der Steuerbüchse 70 endgültig schliessen, wodurch erreicht ist, dass die Hilfskraftun- terstützung der Lenkbewegung allmählich erst nach Aufwand einer bestimmten Lenkkraft am Lenkhandrad einsetzt.
Um einen schroffen Übergang von der rein manuellen zur durch Hilfskraft unterstützten Lenkbetäti- gung zu vermeiden, sind mindestens zwei Steuerkanten, u. zw. die Kanten 98 und 10Q oder die Kanten 99 und 101 mit einer Kurve ansteigend ausgebildet, wodurch ein plötzliches Schliessen der Steuerkanten vermieden wird und ein allmählicher Aufbau des Druckes in den entsprechenden Druckräumen erfolgt. Bisher bekanntgewordene abgeschrägte Steuerkanten verursachen einen plötzlichen Druckanstieg am Ende der Abschrägung, der sich unangenehm bemerkbar macht.
Da für'das Schliessen der Steuerschlitze eine Verdrehung des Drehstabes 14 um einen bestimmten Verdrehwinkel erforderlich ist, kann der Zeitpunkt des Einsetzens der Hilfskraftunterstützung auch durch die Wahl der Abmessungen des Drehstabes beeinflusst werden. So muss beispielsweise bei einem stark ausgebildeten Drehstab am Lenkhandrad eine verhältnismässig grosse Kraft aufgebracht werden bzw. an den Fahrzeugrädern eine verhältnismässig grosse Kraft wirksam sein, um eine Verdrehung des Drehstabes zu bewirken, und damit die Hilfskraftunterstützung in der bereits beschriebenen Weise zu bewirken.
Soll der Lenkwelle 40, bei gleicher Lenkeinschlagrichtung gegenüber der beschriebenen, eine entgegengesetzte Drehrichtung vermittelt werden, so wird die Lenkschnecke rechtsgängig ausgeführt und das Ventilgehäuse 89 gegen ein solches ausgetauscht, bei welchem der Kanal 125 mit der Steuernut 91 und der Kanal 127 mit der Steuernut 92 in Verbindung stehen. Die Lenkmutter 2 erfährt dabei eine Verstellung nach rechts. Es kann in diesem Falle auch wahlweise das Gewinde 71 bei Beibehaltung des gleichen Ventilgehäuses 89 ausgetauscht werden.
Einer Drehung der Lenkschnecke wird jedoch vorerst durch die mit dieser in trieblicher Verbindung stehenden Fahrzeugräder ein Widerstand entgegengesetzt, wodurch eine Verdrehung des Drehstabes 14 und damit eine Relativdrehung zwischen dem gabelförmigen Ende 76, 77 der unmittelbar mit der Lenkspindel vereinigten Hülse 17 und dem das Gewinde 72 tragenden Ende des Drehstabes 14 hervorgerufen wird. Eine solche Relativdrehung bewirkt durch das spielfreie Eingreifen des gabelförmigen Endes 76,77 der Hülse 17 in die Ausnehmungen 74,75 an der Steuerbüchse 70 und durch den mittels des Gewindes 71,72 einschraubbaren Drehstab 14 eine axiale Verschiebung der Steuerbüchse 70.
Die Steuerung des Druckmittels geschieht in folgender Weise : In der dargestellten Neutralstellung der Steuerbüchse 70 gelangt das Druckmittel durch die Wirkung eines Druckerzeugers und eine Leitung 121 in die Steuernut 93. Von der Steuernut 93 aus tritt das Druckmittel über die Steuernuten 91,92, 94,
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