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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelmutterlenkung eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Hauberfahrzeug ist, und ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Kugelmutterlenkungen bekannt. Diese Kugelmutterlenkungen weisen zwei Zylinderkammern mit unterschiedlichen Aufnahmevolumina für ein Fluid auf. Es gibt typischerweise eine Zylinderkammer mit kleinem Aufnahmevolumen und eine Zylinderkammer mit einem großen Aufnahmevolumen. In diese Zylinderkammern wird durch eine Pumpe, beispielsweise eine Verdrängerpumpe, das Fluid gepresst.
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Kugelmutterlenkungen können für einen Frontlenker, ein Lastkraftwagen bei dem die Lenkung in Richtung des Fahrzeugs vor der Lenkachse angeordnet ist, und ein Hauberfahrzeug, ein Lastkraftwagen bei dem das Lenkgetriebe hinter der Vorderachse angeordnet ist, vorgesehen sein. Frontfahrzeuge werden typischerweise in Europa und Hauberfahrzeuge bevorzugt in den USA eingesetzt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Betrieb der Pumpe hat stets eine Pulsation des Fluids zur Folge. Eine große Zylinderkammer weist hierbei eine höhere Dämpfung der Pulsationen im Vergleich zu einer kleinen Zylinderkammer auf. Durch die große Masse innerhalb der großen Zylinderkammer, ergibt sich eine größere Trägheit, die bessere Dämpfungseigenschaften zur Folge hat. Ferner weist das Fluid, beispielsweise wenn es sich um Hydrauliköl handelt, eine gewisse Menge Luft auf. Luft zeichnet sich durch eine hohe Elastizität und Kompressibilität aus und verbessert dadurch die Dämpfungseigenschaften des Fluids. Die große Zylinderkammer weist eine größere Menge Luft auf als die kleinere Zylinderkammer. Auch deswegen weist die kleinere Zylinderkammer eine vergleichsweise deutliche Pulsation auf. Eine Pulsation des Fluids kann sich über die mechanischen Verbindungen bis zum Lenkrad als Schwingung bzw. Vibration fortpflanzen, die vom Fahrer als störend empfunden werden.
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Eine Aufgabe ist daher, eine Pulsation eines Fluids in einer Kugelmutterlenkung, insbesondere die Pulsation des Fluids der kleineren der beiden Zylinderkammern, weitgehend zu dämpfen oder zu unterdrücken.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung eines Hauberfahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend: eine erste und eine zweite Zylinderkammer zur Aufnahme eines Fluids und eine erste Zuleitung zur Leitung von Fluid von einer Pumpe zur ersten Zylinderkammer, wobei die Kugelmutterlenkung eine Vorrichtung zur Dämpfung und/oder Beruhigung von Pulsationen des Fluids umfasst, wobei die Vorrichtung innerhalb der ersten Zylinderkammer und/oder innerhalb der ersten Zuleitung angeordnet ist, wobei die erste Zylinderkammer ein geringeres Volumen zur Aufnahme des Fluids im Vergleich zur zweiten Zylinderkammer aufweist.
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Ein Hauberfahrzeug ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen, dessen Lenkgetriebe in Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter der Vorderachse angeordnet ist.
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Hierdurch ergibt sich, dass die Zylinderkammern einer Hauberfahrzeug-Kugelmutterlenkung im Vergleich zu einer Frontfahrzeug-Kugelmutterlenkung vertauscht sind. D.h. die kleinere Zylinderkammer des Hauberfahrzeugs ist an dem Ort an dem die größere Zylinderkammer des Frontfahrzeugs ist. Insbesondere bei kleinen Zylinderkammern ergeben sich Probleme durch Pulsationen ausgehend von der Verdrängerpumpe, da das geringe Fluidvolumen eine nur geringe Dämpfung der Pulsationen erreicht. Es ist daher eine Vorrichtung zur Dämpfung notwendig, um Vibrationen am Lenkrad des betreffenden Fahrzeugs ausschließen zu können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in oder in der Nähe der kleineren Zylinderkammer angeordnet werden und stellt einen derart langen Kanal für das betreffende Fluid sicher, dass eine ausreichende Dämpfung der Pulsationen ermöglicht wird.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend eine Kugelmutterlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung als spiralförmiger, als schlangenförmiger oder als mäanderförmiger Kanal für den Fluidstrom zur ersten Zylinderkammer ausgebildet ist und/oder wobei die Vorrichtung in einer Ebene ausgebildet ist.
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Durch eine spiralförmige, schlangenförmige oder mäanderförmige Ausbildung eines Fluidstroms kann erreicht werden, dass sich ein langer Weg für das entsprechende Fluid zur Zylinderkammer ergibt. Durch die Ausbildung der Vorrichtung in einer Ebene kann eine raumsparende Ausformung der Vorrichtung erreicht werden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung als Insert zur Nachrüstung ausgebildet ist und/oder Stege zur Ausformung eines Zwischenraums aufweisen, wobei der Zwischenraum zur Aufnahme einer Dichtung vorgesehen ist.
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Die Dichtheit der Ölführung ist Voraussetzung für die Funktionsweise als Dämpfung. Durch eine Ausgestaltung als Insert, kann eine Nachrüstung ermöglicht werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung integral mit der Kugelmutterlenkung verbunden ist.
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Eine integrale Verbindung der Vorrichtung zur Dämpfung mit der Kugelmutterlenkung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung einen Bypass aufweist, wobei der Bypass einen Fluidstrom aus der Kugelmutterlenkung unter Umgehung der Vorrichtung ermöglicht.
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Durch die spiralförmige, schlangenförmige oder mäanderförmige Leitung des Fluidstroms in der Vorrichtung, erhöht sich der Durchflusswiderstand zwischen Lenkventil und Zylinderkammer. Bei kleinen Kanalquerschnitten oder langen Kanallängen in der Vorrichtung, kann es insbesondere bei Tieftemperaturen, in Abhängigkeit von der zunehmenden Viskosität, beim Umlenken zu einem „harten Punkt“ kommen. Ein derartiger „harter Punkt“ soll vermieden werden. Durch die Anordnung eines Bypasses kann bei einem Rückfluss des Fluids aus der Kugelmutterlenkung die Vorrichtung zur Dämpfung umgangen werden. Hierdurch wird der Weg des Fluids verkürzt und der „harte Punkt“ wird vermieden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei der Bypass eine Dichtlippe ist.
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Eine Dichtlippe kann derart gestaltet werden, dass bei einem Fluidstrom in die Kugelmutterlenkung die Dichtlippe abschließt und bei einem Ausströmen des Fluids aus der Kugelmutterlenkung die Dichtlippe öffnet und somit als Bypass zur Vorrichtung zur Dämpfung wirkt.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Platte umfasst, die an Wände der Kugelmutterlenkung gelegt wird, um einen Kanal für das Fluid zu ergeben.
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Umfasst die Vorrichtung eine Platte, die auf entsprechende Wände gelegt werden kann, so ergibt sich eine kostengünstige Herstellung der Vorrichtung, da die Wände der Vorrichtung gleichzeitig mit der Kugelmutterlenkung durch ein Gießverfahren hergestellt werden können.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung als 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder beliebig viele Hindernisse ausgebildet ist, wodurch sich eine spiralförmige, eine schlangenförmige und/oder eine mäanderförmige Ausbildung des Fluidstroms ergibt.
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Durch einen in der Vorrichtung über eine definierte Wegstrecke annähernd konstant verlaufenden Kanalquerschnitt kann eine Beruhigung des Fluidstroms und somit eine Dämpfung ermöglicht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung zur Ausbildung einer Fluidstromrichtungsänderung, insbesondere einer 180°-Wende, ausgeformt ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei das Fluid ein Öl ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Kugelmutterlenkung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Wegstrecke von 150 mm bis 700 mm für das Fluid aufweist und/oder wobei die Vorrichtung einen Querschnitt von 16 mm2 bis 38 mm2 für das Fluid aufweist.
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Durch eine Wegstrecke von 150 mm bis 700 mm und/oder einen Querschnitt von 16 mm2 bis 38 mm2 für das Fluid kann eine optimale Dämpfung des Fluids erzielt werden.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei einer Kugelmutterlenkung für ein Hauberfahrzeug geeignet ist, die Fluidzuführung, wobei das Fluid insbesondere Öl ist, zu der kleineren der beiden Zylinderkammern derart zu verlängern, dass eine Pulsation des Öls aufgrund der Verdrängerpumpe gedämpft oder verhindert werden kann. Außerdem soll ein „harter Punkt“ bei schnellen Lenkrichtungswechseln (Druckwechsel) verhindert werden. Hierzu weist die Vorrichtung ein Rückschlagventil bzw. einen Bypass auf, der eine Strömung des Ölflusses aus der Kugelmutterlenkung ohne Durchquerung der Vorrichtung zur Dämpfung ermöglicht. Bei einem Einströmen des Ölflusses in die Kugelmutterlenkung ist das Rückschlagventil geschlossen. Das Rückschlagventil kann beispielsweise als eine Dichtlippe ausgebildet sein.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 eine Kugelmutterlenkung mit einer kleinen Zylinderkammer 1 und einer großen Zylinderkammer 8,
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2 eine schematische Darstellung einer Verdrängerpumpe 17 mit einem Lenkventil 21 und einer Drossel 20,
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Dämpfung der Pulsationen, die sich durch die Verdrängerpumpe ergeben,
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4 eine erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung 10 zur Dämpfung in einer Querschnittsdarstellung, wobei die Vorrichtung 10 als Insert ausgebildet ist, wobei die Wand 16 unlösbar durch Formschluss (Schweißen, Löten, Kleben, Umformen) zum Gehäuse abgedichtet wird,
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5 eine erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung 13 zur Dämpfung in einer Querschnittsdarstellung, wobei die Vorrichtung 13 als Insert insbesondere zur Nachrüstung ausgebildet ist, wobei die Wand 16 durch eine Dichtung 24 zum Gehäuse abgedichtet wird,
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6 eine erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung zur Dämpfung in einer Querschnittsdarstellung, wobei die Wand 16 der Vorrichtung als integraler Bestandteil der Kugelmutterlenkung ausgebildet ist, und die Wand 16 durch eine Platte 12 gegenüber der Zylinderkammer 1 abgetrennt ist,
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7 eine Vorrichtung zur Dämpfung in Schlangenform bzw. mäanderförmig ausgebildet und
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8 Hindernisse 15 zur Umleitung eines Fluidstroms 5.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Kugelmutterlenkung mit einem kleinen Zylinderraum/Zylinderkammer 1 an der Lenkspindelseite und einem großen Zylinderraum/Zylinderkammer 8 gegenüber der Lenkspindelseite. Eine derartige Bauweise einer Kugelmutterlenkung liegt bei Hauberfahrzeugen vor, bei denen das Lenkgetriebe hinter der Vorderachse angeordnet ist. In die Zylinderkammern 1, 8 wird ein Fluid durch eine Pumpe eingepresst. Durch die Pumpe ergeben sich Pulsationen des Fluids, die letzten Endes auch zu Vibrationen/Schwingungen des Lenkrads führen können. Derartige Pulsationen sollen reduziert bzw. vermieden werden. Erfindungsgemäß können hierzu Hindernisse auf dem Weg des Fluids angeordnet werden, die eine Beruhigung/Dämpfung des Fluids zur Folge haben. Derartige Vorrichtungen 10 zur Beruhigung bzw. Dämpfung werden vorzugsweise im Bereich der kleineren Zylinderkammer 1 angeordnet. Vorwiegend die Zylinderkammer 1 kann als Ausgangspunkt von Pulsationen des Fluids betrachtet werden, die zu Vibrationen/Schwingungen des Lenkrads führen. Aufgrund der kleineren Masse des Fluids in der Zylinderkammer 1 im Vergleich zur Zylinderkammer 8 neigt die geringere Masse in der Zylinderkammer 1 zu einer geringeren Dämpfung der Pulsationen. Das Fluid kann aus Luft bestehen oder beispielsweise ein Öl aufweisen, das einen kleinen Anteil Luft umfasst. Luft weist eine hohe Kompressibilität und Elastizität auf und hat daher gute Dämpfungseigenschaften. Wegen der geringeren Menge an Luft in der Zylinderkammer 1 im Vergleich zur Zylinderkammer 8, stellt auch deswegen die Zylinderkammer 1 eher eine Quelle von Pulsationen dar, die zu Schwingungen des Lenkrads führen kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Verdrängerpumpe 17, die die Versorgung einer Kugelmutterlenkung mit Fluid sicherstellt. Außerdem sind ein Lenkventil 21 und eine Drossel 20 dargestellt. Durch die Drosselung der Leitung 19 können die Pulsationen der Verdrängerpumpe 17 reduziert werden. Allerdings ergibt sich hierdurch ein permanenter Druckanstieg des Fluids in der Verdrängerpumpe 17 und das Fluid, beispielsweise Hydrauliköl, kann durch die Drosselung derart erhitzt werden, dass eine Kühlung notwendig wird. Alternativ können Dehnschläuche und/oder Volumina angeordnet werden, die ähnliche Nachteile aufweisen. Erfindungsgemäß soll daher nur dort eine Reduzierung der Pulsationen vorgenommen werden, wo es am wirkungsvollsten ist und sich kaum oder keine Nachteile ergeben. Dieser Bereich ist insbesondere die Zylinderkammer 1 (siehe 1). Eine Dämpfung nur dieses Abschnitts ist auch deshalb vorteilhaft, da nur bei einem Lenken sich ein Durchfluss durch die Zylinderkammer 1 ergibt und daher nur dann eine Dämpfung der Pulsationen notwendig ist. Da bei einem LKW zumeist geradeaus gefahren wird, kann auch deswegen bei einer Dämpfung insbesondere des Fluids zur Zylinderkammer 1 eine effektive und mit nur geringen Nachteilen behaftete Dämpfung vorgenommen werden.
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3 zeigt eine Dämpfungsvorrichtung 10, die insbesondere im kleinen Zylinderraum 1 angeordnet werden kann. Durch Zulaufbohrungen 2 wird ein Ölstrom 5 in die Dämpfungsvorrichtung 10 eingeleitet. Zunächst gelangt der Ölstrom 5 in einen Ringkanal 9. In einem weiteren Schritt fließt der Ölstrom 5 durch einen spiralscheibenförmigen Kanal 6 und verlässt die Dämpfungsvorrichtung 10 durch eine Öffnung 7. Durch diese Dämpfungsvorrichtung 10 kann eine Dämpfung der Pulsationen des Ölstroms 5 erreicht werden.
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4 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Pulsationsdämpfung in einer Querschnittsdarstellung, wobei die Vorrichtung 10 als Insert ausgebildet ist und unlösbar mit der Kugelmutterlenkung verbunden ist. Durch die Vorrichtung 10 ergibt sich eine definierte Verlängerung des Zuführwegs des Ölstroms 5 zur kleineren Zylinderkammer 1 der Kugelmutterlenkung. Der Ölstrom 5 gelangt zunächst durch die Zulaufbohrungen 2 in den Ringkanal 9 und von dort in den spiralförmigen Kanal 6. Insbesondere durch den spiralförmigen Kanal 6 ergibt sich eine lange Ausdehnung des Weges des Ölstroms 5 zur kleinen Zylinderkammer 1. Durch diesen langen Weg zur Zylinderkammer 1 ergibt sich eine Dämpfung der Pulsationen der Verdrängerpumpe. Die Gefahr eines „harten Punktes“ kann durch einen „Bypass“ verhindert werden. Hierzu weist die Vorrichtung 10 eine Dichtlippe 14 auf, die als „Ventil“ wirkt. Wird der Ölstrom 5 in die Kugelmutterlenkung gedrückt, stellt die Vorrichtung 10 ein Hindernis dar, wodurch sich im Ringkanal 9 ein höheres Druckniveau als in der Zylinderkammer 1 einstellt, wobei die Dichtlippe 14 an die Kugelmutterlenkung gedrückt wird und dafür sorgt, dass der Ölstrom 5 durch die Vorrichtung 10 geleitet wird. Wird ein Ölstrom 5 aus der Zylinderkammer 1 der Kugelmutterlenkung herausgedrückt, stellt die Vorrichtung 10 ein Hindernis dar, wodurch sich in der Zylinderkammer 1 ein höheres Druckniveau als im Ringkanal einstellt, wobei die Dichtlippe 14 von der Kugelmutterlenkung weggedrückt wird, wodurch der Ölstrom 5 unter Umgehung der Vorrichtung 10 die Kugelmutterlenkung verlassen kann. Die Dichtlippe 14 wirkt daher als ein Bypass der Vorrichtung 10, wobei ein in Richtung der Zylinderkammer 1 fließender Ölstrom 5 sicherstellt, dass die Dichtlippe 14 an der Kugelmutterlenkung anliegt. Liegt ein entgegengesetzter Ölstrom 5 vor, ergibt sich ein Überdruck in der Zylinderkammer 1, wodurch die Dichtlippe 14 öffnet, sodass ein Ölstrom 5 aus der Kugelmutterlenkung unter Umgehung der Vorrichtung zur Dämpfung möglich ist.
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5 zeigt die Vorrichtung 13 zur Pulsationsdämpfung, wobei die Vorrichtung 13 als Insert ausgebildet ist. Die Vorrichtung 13 weist Dichtungen 11 auf, sodass eine Nachrüstung einer Kugelmutterlenkung durch die Vorrichtung 13 als Insert ermöglicht werden kann.
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6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei die Wände 16 der Vorrichtung zur Pulsationsdämpfung mit der Kugelmutterlenkung integral verbunden sind. Es ist eine Platte 12 vorgesehen, um eine kanalartige Ausformung zur Führung des Ölstroms 5 zu erreichen.
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7 zeigt eine schlangen- oder mäanderförmige Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung, um einen langgestreckten Weg für das betreffende Fluid auszuformen. Durch den langgestreckten Weg ergibt sich die Dämpfung des Fluids.
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8 zeigt eine Anordnung von Hindernissen 15, die dazu führen, dass der Fluidstrom 5 schlangenförmig ausgebildet wird und sich das Fluid dadurch beruhigen kann.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kleine Zylinderkammer
- 2
- Zulaufbohrung
- 5
- Fluidstrom
- 6
- spiralscheibenförmigen Kanal
- 7
- Öffnung
- 8
- große Zylinderkammer
- 9
- Ringkanal
- 10
- erfindungsgemäße Vorrichtung zur Pulsationsdämpfung als integraler Bestandteil der Kugelmutterlenkung
- 11
- Dichtung
- 12
- Platte der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung
- 13
- erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dämpfung, wobei die Vorrichtung als Insert zur Nachrüstung der Kugelmutterlenkung ausgebildet ist
- 14
- Dichtlippe
- 15
- Hindernis für Fluidstrom
- 16
- Wand der Vorrichtung zur Dämpfung
- 17
- Pumpe, insbesondere Verdrängerpumpe
- 18
- Motor
- 19
- Fluidleitung
- 20
- Drossel
- 21
- Lenkventil
- 22
- Fluidtank
- 23
- Steg
- 24
- Freiraum zur Aufnahme einer Dichtung
