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Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer hydraulisch oder pneumatisch
wirkenden Hilfskraftvorrichtung Die Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung von
Lenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge mit einer hydraulisch oder pneumatisch wirkenden
Hilfskraftvorrichtung, wobei der Lenkspindeloberteil und der Lenkspindelunterteil
durch zwei ineinander drehbar gelagerte Steuerbüchsen innerhalb eines vom Druckmittel
durchflossenen Gehäuses aneinandergeschlossen sind und die Steuerbuchsen an ihren
zusammentreffenden Zylinderflächen axial bzw. im wesentlichen axial gerichtete Kanäle
aufweisen, deren Kanten bei gegenseitiger Verschwenkung der beiden Steuerbuchsen
die Steuerung des Druckmittels bewirken.
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Es ist eine über ein Schneckengetriebe wirkende Lenkeinrichtung mit
hydraulischer Hilfskraft bekanntgeworden, bei welcher das Druckmittel durch zwei
ineinander gelagerte und gegeneinander verschwenkbare Buchsen gesteuert wird. Die
innere Buchse ist mit dem in die Lenkschnecke eingreifenden Segment des Schneckenrades
verbunden. Die äußere Buchse ist mittels mehrerer Rippen in einem zylindrischen,
ebenfalls mit Rippen versehenen Gehäuse gelagert und mit dem Lenkhebel verbunden.
Durch die ineinandergreifenden Rippenpaare wird eine gerade Zahl von Druckölkammern
gebildet, welche durch eine gleiche Anzahl von Nutensystemen in den Steuerbuchsen
mit der Druckölleitung verbunden werden können. Durch wahlweises Füllen der Druckkammern
mit gerader oder ungerader Ordnungsziffer kann der Lenkhebel in einem oder anderem
Sinne gedreht werden, solange die innere Steuerbuchse der sich drehenden äußeren
Buchse nachgeführt wird.
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Durch die Vielzahl der Druckkammern und der gleichartigen Gruppen
von Steuernuten soll die dem Drucköl ausgesetzte Gesamtfläche und damit die wirksame
Lenkkraft vergrößert werden.
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Diese bekannte Lenkeinrichtung hat den Nachteil, daß die notwendigerweise
schmalen Kanten der verzahnungsartig ineinandergreifenden Steuerbuchsen gleichzeitig
zur Übertragung der von Hand ausgeübten Lenkkräfte dienen. Die Steuerkanten sind
daher großer Abnutzung unterworfen und verursachen toten Gang im Lenkrad.
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Nachteilig ist ferner, daß die Steuerorgane hinter dem Lenkgetriebe
angeordnet sind, wodurch sich zusätzlich toter Gang ergibt.
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Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile und ermöglicht ein
besonders spielfreies Ansprechen der hydraulisch betätigten Lenkorgane: Zu diesem
Zweck sind in zwei ineinander gelagerten und mit Lenkspindeloberteil und Lenkspindelunterteil
verbundenen gegeneinander verschwenkbaren Steuerbuchsen zwei oder mehrere Nutengruppen
kreisförmig angeordnet.
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Diese Nutengruppen steuern den Druckölzufluß zu einem hydraulischen
Kraftkolben. Die Bewegung des Handrades wird unmittelbar und ohne toten Gang auf
die Steuerbuchsen übertragen. Durch Anordnung mehrerer Gruppen von Steuernuten wird
der Steuerweg des Handrades vervielfältigt, so daß für einen bestimmten Steuerweg
an den Buchsen gegenüber einer Steuerung mit nur einer Nutengruppe ein Bruchteil
der Handradbewegung erforderlich ist. Die Anordnung mehrerer Nutengruppen wirkt
daher als Übersetzung der Handraddrehung.
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Weiterhin ist dazu nach der Erfindung ein am Lenkspindeloberteil frei
drehbar gelagerter und nach Art eines zweizähnigen Rades wirkender Doppelhebel vorgesehen,
welcher mit den beiden Steuerbuchsen im Eingriff steht und eine weitere Übersetzung
der Handradbewegung ins Schnelle bewirkt. Durch beide genannten Erfindungsmerkmale
wird die Genauigkeit und die Ansprechgeschwindigkeit einer hydraulischen Hilfskraftlenkung
gegenüber bekannten Lenkungen dieser Art wesentlich erhöht. Dadurch wird die Lenkung
auch für schnell fahrende Personenkraftwagen verwendbar.
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weitere Einzelheiten der Erfindung, die jedoch nicht über die in den
Patentansprüchen zum Ausdruck gebrachten Erfindungsgedanken hinausgehen, sind in
der Beschreibung der Zeichnung enthalten. In dieser zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt
durch die Steuerungsteile für die Hilfskraftvorrichtung, Abb:2 einen Schnitt nach
der Linie II-II der Abb.1, Abb. 3 einen Schnitt nach der Linie III-111 der Abb.
2, Abb: 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Abb. 1, Abb: 5 eine Teilansicht
in Pfeilrichtung V ;,u Abb. 4,
Abb. 6 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung der Wirkungsweise der Druckmittelsteuerung; es ist die eine Steuerstellung
gezeigt; Abb. 7 ist eine der Abb.6 entsprechende Darstellung, die die entgegengesetzte
Steuerstellung zeigt; Abb 8 zeigt eine zweite Ausführungsform in einem senkrecht
durch die Steuerglieder geführten Längsschnitt; Abb. 9 ist ein zu Abb. 8 gehöriger
Querschnitt; Abb. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Einzelheit der Lenkvorrichtung;
Abb. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform nach Abb. 10 in einem Längsschnitt und
Abb. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII der Abb. 11.
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Es sind gemäß Abb. 1 zwei ineinandergreifende zylindrische Steuerbuchsen
2, 10 vorhanden, wobei die aus Bearbeitungsgründen durchgehenden Nuten 32 der Buchse
2 durch Endringe 27 geschlossen sind. Die Mittelachse der Steuerbuchsen ist auch
diejenige der Lenkspindel. Der Lenkspindelunterteil 1 und der Lenkspindeloberteil
4 stoßen unter Vermittlung eines am einen Teil befestigten gewölbten Spurbolzens
4' zusammen, so daß nur eine lose Punktberührung besteht. Mit dem die Lenkschnecke
aufweisenden Lenkspindelunterteil 1 ist die Steuerbuchse 2 mittels einer Keilverzahnung
3 drehfest verbunden. Auf dem Obertei14 der Lenkspindel ist ein zweiarmiger Steuerhebel
s befestigt, dessen einer Arm eine Ausnehmung 8 aufweist, die einen Finger 9 der
die Buchse 2 umgebenden Steuerbuchse 10 spielfrei aufnimmt. Die Kopfteile 13 der
Hebelarme ragen in Ausschnitte des Flansches 14 der Steuerbuchse 2, und zwar unter
Belassung eines gewissen Verschwenkungsspiels. Zwischen dem Steuerhebel 5 und der
Buchse 2 sind Federn 15 eingefügt. Je zwei Federn 15 stützen sich mit dem einen
Ende am Steuerhebel 5 ab und liegen mit dem anderen Ende an Sprengringen 17 an,
die auf einem Bolzen 18 befestigt sind. Jeder Bolzen 18 führt sich im Hebel 5 und
liegt mit seinen Enden an Flächen 16 des Flansches 14 der Buchse 2 an. Die Anlage
jeder Feder 15 am Hebel 5 ist durch zwei Scheiben 19, 20 vermittelt, bei denen die
eine der zueinandergekehrten Flächen gewölbt ist. Bei den Sprengringen 17 sind Zwischenscheiben
21 verwendet, die je nach Wahl der Anzahl der Scheiben die Federeinstellung ermöglichen.
Die Federn sollen unter Vorspannung eingesetzt sein.
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In den Steuerbuchsen 2 und 10 sind beispielsweise zwei Gruppen von
Längskanälen vorhanden. Jede Gruppe ist gebildet aus zwei Längskanälen 28, 29 in
der Steuerbuchse 2 und drei Längskanälen 31, 32, 33 in der Buchse 10. Die Breite
der Kanäle und ihre Abstände voneinander bei beiden Buchsen sind so gewählt, daß
bei Verschwenkung der Buchsen zueinander die Steuerung des Druckmittels zustande
kommen kann. In die äußere Buchse 10 sind drei Ringkanäle 36, 37, 38 eingearbeitet,
von denen der mittlere Kanal 37 an eine Zuflußöffnung eines Stutzens 40 anschließt.
Die Ringkanäle sind durch das die Buchse 10 aufnehmende Steuergehäuse 42 nach außen
begrenzt und gegeneinander durch Dichtringe 43 abgedichtet. Der mittlere Ringkanal
37 dient zur Zufuhr des von einer aus dem Vorratsbehälter 45 gespeisten Pumpe 46
(Abb. 6, 7) kommenden Druckmittels jeweils zu einem der Längskanäle 28, 29 der Buchse
2 und von dort in die Ringkanäle 36 und 38, wozu in der Buchse 10 Durchflußöffnungen
44 vorgesehen sind. Von den Längskanälen 28, 29 aus kann das Druckmittel der Hilfskraftvorrichtung
zugeführt werden, und zwar unter Benutzung von radialen Bohrungen 44 der Buchse
10 und Öffnungen 50, 51 des Steuergehäuses. Die Hilfskraftvorrichtung ist hier gebildet
durch einen Druckzylinder 47 mit einem Kolben 48, der wechselweise durch Einführung
des Druckmittels zur einen oder zur anderen Zylinderhälfte in der einen oder anderen
Richtung beaufschlagbar ist (Abb. 6, 7). An den Kolben 48 schließt sich ein in der
Zeichnung nicht dargestelltes Gestänge an, das zur Lenkarmachse führt. Von den äußeren
Längskanälen 31, 33 führen Durchgangsöffnungen 52 (Abb. 2 und 3) in einen dem Steuergehäuse
42 zugeordneten Ausscheidungsraum 53, der in eine Ablauföffnung 54 ausmündet. Wie
die verschiedenen radialen Bohrungen angeordnet sind, läßt sich aus den schematischen
Abb. 6 und 7 erkennen. In diesen beiden Abbildungen ist der Deutlichkeit halber
nur eine Gruppe von Längskanälen in den beiden Buchsen 2 und 10 dargestellt. Die
Abb. 1 und 2 zeigen die Verwendung von beispielsweise zwei Kanalgruppen 31, 32,
33; 28, 29.
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In Abb. 1 ist beispielsweise das Gehäuse 42 mit seinen beiden Steuerbuchsen
2 und 10 als in sich abgeschlossenes Ganzes dargestellt, das mit dem eigentlichen
Lenkgehäuse nicht verbunden zu sein braucht. Es ist aber auch denkbar, das Gehäuse
42 baulich mit dem Lenkgehäuse zu vereinigen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 8 und 9 ist der mit dem Lenkspindeloberteil
59 verbundene Steuerhebel mit 60 bezeichnet. Er trägt an einem Ansatzauge 61 einen
zweiarmigen Hebel 62 mit Bolzen 63 frei drehbar gelagert. Dieser Hebel 62 kommt
wirkungsmäßig einem mit zwei Zähnen versehenen Planetenrad zwischen Außen- und Innenrad
gleich. Von den beiden Zähnen 64, 65 greift der eine Zahn 64 in eine Nut des Flansches
66 der auf dem Lenkspindelunterteil befestigten Buchse 68, während der andere Zahn
65 mit der verschwenkbaren Buchse 69 im Eingriff steht. Dieser Eingriff ist dadurch
ermöglicht, daß an einem in der äußeren Buchse 69 festsitzenden Endring 70 zwei
Mitnahmeansätze 71 vorhanden sind. Am Flansch 66 der inneren Buchse 68 sind durch
Schlitzung zwei Anlagestücke 72, 72 gebildet;' zwischen denen der Zahn 64 des Hebels
62 gefaßt ist. Außerdem weist der Flansch 66 zwei Unterbrechungen auf, welche die
Kopfteile des Steuerhebels 60 aufnehmen. Im Zusammenhang mit dem Steuerhebel sind
mit Hilfe von Bolzen 75 die Federn 76 vorgesehen, wobei die Bolzen 75 an Flächen
77 des Flansches 68 anliegen.
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Die in Abb. 10 dargestellte Ausführungsform verwendet eine die Federungseinrichtung
am Steuerhebel des einen Lenkspindelteiles ersetzende hydraulisch wirkende Hilfskrafteinrichtung.
Sie besteht aus zwei in der inneren Steuerbuchse 2 bzw. in deren Flansch 14 angeordneten
Druckzylindern 80 mit darin beweglichen Kolben 81. Diese Kolben sind dazu bestimmt,
auf den Steuerhebels zu wirken, und zwar entgegengesetzt dem jeweiligen Einschlag,
der mit dem Lenkhandrad ausgeführt wird. Bei wachsendem Einschlag steigt mit dem
erhöhten Kraftbedarf auch der Druck an. Es ist beabsichtigt, dieses am Lenkrad fühlbar
zu machen. Dies ist ermöglicht durch Verbindung des dem Kolben zugehörigen Zylinderraumes
mit der Pumpendruckleitung, was vorteilhaft im Einklang mit der Steuertätigkeit
der beiden Steuerbuchsen geschieht. Die Druckräume 82 der Zylinder 80 stehen je
durch eine Leitung mit den Längskanälen 28, 29 (Abb. 2) in Verbindung und werden
j e nach der Drehrichtung der Lenkspindel entweder zur Z'ü-. führung oder zur Abführung
des Druckmittels zu und
von den Zylinderräumen verwendet. Der Vorteil
der beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß die zum Lenken erforderliche
Kraft mit zunehmendem Ausschlag ansteigt und somit das Straßengefühl wesentlich
verbessert ist.
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Wie bei der in der Zeichnung dargestellten Ausbildung und Anordnung
der Steuerbuchsen das Steuern des Druckmittels erfolgt, ist aus den schematischen
Abb. 6 und 7 erkennbar.
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In Abb. 2 ist die über den Hebel 5 mit dem Lenkspindeloberteil 4 gekoppelte
Steuerbuchse 10 in ihrer Ruhestellung gezeichnet, in der sie von den Federn 15 für
gewöhnlich gehalten wird, wenn die Lenkspindel stillsteht. Bei dieser Stellung werden
die verschiedenen Kanäle von dem Druckmittel frei durchflossen, ohne eine Wirkung
der Hilfskraftvorrichtung zu veranlassen. Infolge des beim Eingriff der Kopfteile
der beiden Steuerhebelarme in den Flansch der inneren Buchse vorhandenen Spieles
gelangen bei der Drehung des Lenkspindeloberteiles nach der einen Seite sowohl als
auch nach der anderen Seite die Kopfteile zur Anlage am Flansch der inneren Buchse.
Danach sind die Längskanäle der Steuerbuchsen gegenseitig überdeckt, und die Hilfskraft
wird eingeleitet. Nach Beenden der Drehbewegung dreht die Hilfskraft im selben Drehsinn
weiter, bis die Längskanäle in Mittellage stehen und damit die Hilfskraft abgeschaltet
ist. Abb. 6 zeigt diese Überdeckung der Längskanäle nach Drehen in der einen Richtung,
während Abb. 7 den Zustand der Drehung in der anderen Richtung erkennen läßt.
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Bei der Stellung Abb.6 gelangt das Druckmittel von der Pumpe 46 aus
durch den mittleren Ringkanal 37 in den Längskanal 32 der äußeren Buchse und tritt
in den Längskanal 29 der inneren Buchse, von wo aus das Druckmittel durch eine der
Bohrungen 44 in den Ringkanal 36 übertritt und von da aus durch die Bohrung 50 in
den Zylinderraum I, so daß der Kolben 48 bewegt wird und damit die Hilfskraftvorrichtung
zur Wirkung kommt. Das aus der Zylinderseite II verdrängte Druckmittel kann durch
die Bohrung 51 in den Ringkanal 38 übertreten und durch eine der Bohrungen 44 über
den Längskanal 28 der inneren Buchse und den Längskanal 31 der äußeren Buchse durch
eine Ausgangsbohrung 52 in den Ausscheidungsraum 53 und schließlich durch die Abflußleitung
54 in den Sammelbehälter entweichen. Bei der Stellung Abb. 7, die der Drehung der
äußeren Steuerbuchse nach der entgegengesetzten Richtung entspricht, ist erkennbar,
wie das Druckmittel von der Pumpe aus über die Längskanäle der Steuerbuchsen zur
Zylinderseite II gelangt und der Kolben 48 in entgegengesetzter Richtung bewegt
wird.
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Die in den Abb. 11 und 12 dargestellte Ausführungsform betrifft die
hydraulische Rückführung der Hilfskraftvorrichtung. Hierbei sind die innere Steuerbuchse
91 und der in diese ragende Teil 93 des Steuerhebels 94 besonders ausgebildet, indem
einerseits der Teil 93 außer einer doppelseitigen Abflachung Längskanäle 97, 97'
-aufweist und andererseits die innere Steuerbuchse 91 Längsrippen enthält, deren
radiale Grenzflächen 96, 96' den Abschluß der Längskanäle 97, 97' bilden. Die Längskanäle
97, 97' sind in sich durch Streifen 98 aus Gummi od. dgl. abgedichtet. Die äußere
Mantelfläche der inneren Steuerbuchse ist mit den Längsnuten 99; 99' versehen, welche
durch Bohrungen 100, 100' mit den Längskanälen 97, 97' verbunden sind. Gegenüber
den Längsnuten der inneren Steuerbuchse 91 sind in der äußeren Steuerbuchse 92 die
Längsnuten 101, 102, 103 vorhanden, wovon j e die mittlere Nut 102 zur Überführung
des Druckmittels zur inneren Steuerbuchse 91 dient. Es sind hier wieder zwei Gruppen
von Längskanälen zwischen den Steuerbuchsen gebildet, wie es bei der Ausführung
gemäß Abb. 1 und 2 der Fall ist. Der Rückstellvorgang gemäß Abb. 11 und 12 vollzieht
sich wie folgt: Wird z. B. die äußere Steuerbuchse 92 gegenüber der inneren Steuerbuchse
91 durch Einschlag am Lenkhandrad nach rechts oder links gedreht, so entsteht je
nach der Drehrichtung des Lenkhandrades in einem der Längskanäle 99 bzw. 99' Druck,
der sich durch den Längskanälen 99 bzw. 99' zugehörige Bohrungen 100 bzw. 100' auch
in den Kanälen 97 bzw. 97' auswirkt. Beispielsweise bei einer Drehung der äußeren
Steuerbuchse 92 in der in Abb. 12 angegebenen Pfeilrichtung werden durch Überdeckung
der Steuerkanten beider Steuerbuchsen 91, 92 die Längskanäle 99 geschlossen. Die
Längskanäle 99 und die zugehörigen Bohrungen 100 sind demzufolge drucklos. Das Druckmittel
gelangt von den Längskanälen 99' durch die Bohrung 100' in die Kanäle 97' und wirkt
auf die radialen Grenzflächen 96 ein. Durch den sich ausbildenden Druck wird die
innere Steuerbuchse 91 in ihre Neutrallage zurückgeführt, sofern kein weiterer Einschlag
vom Lenkrad her erfolgt.