DE1039853B - Hydraulische Hilfskraftlenkung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Es ist bekanntlich ein wesentliches Merkmal derartiger Hilfskraftlenkungen, daß einem bestimmten Verlauf des mechanischen Übersetzungsverhältnisses ein unabhängig vom Übersetzungsverhältnis bestehendes hydraulisches oder pneumatisches Verstärkungsverhältnis zugeordnet ist. Unter dem Verstärkungsverhältnis einer Hilfskraftlenkung ist das Verhältnis der Kräfte zu verstehen, das am gelenkten Achsschenkel bei ein und derselben Handkraft am Lenkrad mit ein- und mit ausgeschalteter Servoeinrichtung entsteht. Das Übersetzungsverhältnis ist dagegen als Drehwinkelverhältnis zwischen Lenkstockhebelwelle und Handrad bzw. als Kraftverhältnis zwischen diesen beiden Wellen ohne Einschaltung einer Servokraft definiert. Es ist bekannt, daß das Verstärkungsverhältnis sich mit der Größe der Lenkkraft bzw. dem Lenkwiderstand ändert, ebenso wie auch die Tatsache, daß das mechanische Übersetzungsverhältnis sowohl konstant sein als auch sich mit dem Drehwinkel des Lenkgetriebes ändern kann, und zwar in der Weise, daß im mittleren Bereich das Übersetzungsverhältnis ein Maximum oder ein Minimum aufweist, während es in den seitlichen Bereichen abfällt oder ansteigt.

Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulische Lenkung, bei der das Verstärkungsverhältnis nicht nur von der Lenkkraft oder dem Lenkwiderstand abhängig ist, vielmehr ist die Größe des Verstärkungsverhältnisses erfindungsgemäß abhängig von dei Regelcharakteristik eines Druckreglers und einstellbar sowohl entweder nach Belieben von Hand oder automatisch durch eine zwangläufige Kupplung des Reglers mit dem mechanischen Lenkgetriebe oder einem mit diesem in Verbindung stehenden Teil der Lenkanordnung. Das Verstärkungsverhältnis kann dabei automatisch in Abhängigkeit von der Winkelstellung der getriebenen Welle beeinflußt werden. Der erfindungsgemäß angestrebte Verlauf des Verstärkungsverhältnisses ist beispielsweise dann gegeben, wenn in Mittelstellung des Lenkgetriebes einem hohen mechanischen Übersetzungsverhältnis ein niedriges Verstärkungsverhältnis zugeordnet ist, während mit zunehmendem Winkelausschlag des Getriebes nach rechts oder nach links das mechanische Übersetzungsverhältnis abfällt, während das Verstärkungsverhältnis ansteigt. Ein solcher Verlauf des Verstärkungsverhältnisses hat zur Folge, daß in dem mittleren Lenkbereich bei Ausfall der hydraulischen Hilfskraft kaum zusätzliche Lenkkraft von Seiten des Fahrers zur Lenkung aufgewendet werden muß, wodurch eine große Fahrsicherheit erhalten wird. Bei großen Lenkausschlägen hingegen, wie sie beispielsweise bei Befahren von Serpentinen auf Paßstraßen oder beim Hydraulische Hilfskraftlenkung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Alfred Teves Maschinen- und Armaturenfabrik Komniandit-Gesellschaft,

Frankfurt/M., Gustavsburgstr.

Dipl.-Phys. Fritz Ostwald,
Heppenheim (a. d. Bergstraße),
ist als Erfinder genannt worden

Parken vorgenommen werden, steigt das Verstärkungsverhältnis an, so daß trotz des in diesem Bereich stark abfallenden mechanischen Übersetzungsverhältnisses keine übermäßige Vergrößerung der erforderlichen Handkräfte eintritt.

Zum Erreichen dieses Zieles wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die druckbeaufschlagten Rückstellflächen des Steuerschiebers mit einem gegenüber dem Pumpendruck geminderten Druck zu beaufschlagen. Diese Druckminderung erfolgt erfindungsgemäß in einem Druckregler. Die Größe des die Rückstellflächen beaufschlagenden Druckes kann entweder von Hand oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Stellung der getriebenen Welle des Lenkgetriebes gesteuert werden, die hierzu mit dem Stellglied des Druckreglers verbunden wird.

An Hand der in den Abbildungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsform wird der Erfindungsgegenstand beschrieben. Dabei zeigt

Abb. 1 den Verlauf des Verstärkungs- und Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Winkelstellung der getriebenen Welle,

Abb. 2 den Druckverlauf eines Druckreglers,

Abb. 3 den Druckverlauf eines Spezialdruckreglers, Abb. 4 einen Schnitt durch die gesamte Lenkeinrichtung,

Abb. 5 einen Schnitt A-B nach Abb. 4.

In Abb. 1 ist der mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform erhaltene Verlauf des Verstärkungsverhältnisses V sowie des Übersetzungsverhältnisses / in Abhängigkeit von dem Winkelausschlag des Lenkstockhebels γ aufgetragen. Es ist daraus deutlich er-

809 639/27»

sichtlich, daß in der Mittelstellung das Übersetzungsverhältnis sein Maximum erreicht und nach den Endstellungen hin abfällt, während das Verstärkungsverhältnis gerade umgekehrt in der Mittelstellung sein Minimum erreicht und nach den Endstellungen hin zunimmt.

Abb. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Primär- und Sekundärdruck (P₁ und p₂) für einen üblichen Druckregler. Die verschiedenen Kennlinien entsprechen verschiedenen Reglereinstellungen.

Abb. 3 zeigt entsprechende Kennlinien eines speziellen Druckreglers mit nicht linearer Kennung.

Abb. 4 zeigt eine bei spielhafte Ausführung der Erfindung für eine Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, bei der eine axial begrenzt verschiebbare Getriebeschnecke oder die mit ihr verbundene Lenkwelle auf das die Servokraft steuernde Ventil wirkt.

In dem Gehäuse 1 der mechanischen Lenkeinrichtung ist die axial begrenzte, verschiebbare Schnecke 2, an die sich die Lenkwelle 3 anschließt, gelagert. An das Gehäuse 1 schließt sich das Gehäuse 4 an, das zur Aufnahme des den Steuerschieber 5 des Steuerventils 6 betätigenden Übertragungshebels 7 dient sowie zur Halterung des Steuerventils 6. An das Gehäuse 1 schließt sich ferner ein Flansch 8 an, der zur Führung eines Steuergliedes für den Druckregler 10 dient, welcher seinerseits über einen Teil 9 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist.

Die Lenkwelle 3 trägt ein Axialdrucklager 11, das das eine Ende des Übertragungshebels 7 umgreift Das andere Ende des Übertragungshebels ist ebenfalls kugelförmig ausgebildet und greift in eine öse 14 des Schiebers 5 ein. Zwischen den beiden Kugelenden besitzt der Hebel 7 noch eine weitere kugelförmige Verdickung, mittels welcher er in dem Gehäuse 4 gelagert ist. Das Axialdrucklager ist zwischen den Anschlägen 12 und 13 der Gehäuse 1 und 4 angeordnet und zwischen diesen Anschlägen um das für die Aussteuerung des Ventils 6 notwendige Spiel gemeinsam mit der Schnecke 2 bzw. der Lenkwelle 3 verschiebbar.

Der Steuerschieber 5 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und in einer mit Nuten versehenen, abgesetzten Bohrung 15 des Steuerventils 6 verschiebbar gelagert. Die Gehäusenuten sind über Gehäusebohrungen mit der Pumpe bzw. dem Behälter sowie den Zylinderräumen des Arbeitszylinders 16 in nicht dargestellter Weise verbunden. Die Verbindungsbohrungen zwischen Steuerventil 6 und dem Arbeitszylinder 16 sind mit 17 und 18 beziffert. An die Bohrung 19 schließt sich die zum Behälter 53 führende Leitung 20 an, an Bohrung 21 die von der Pumpe 23 kommende Druckleitung 22, in die der Druckregler 10 eingeschaltet ist.

Die mit Nuten versehene Gehäusebohrung 15 des Steuerventils ist an der dem Übertragungshebel 7 abgewandten Seite erweitert. In diesen Raum ragt ein schaftförmig abgesetzter Teil 24 des Schiebers: Auf dem Schaft 24 sind abdichtend zwei Ringkolben 25 und 26 verschiebbar gelagert, die ebenfalls flüssigkeitsdicht an der erweiterten Gehäusebohrung anliegen. Der auf diese Weise gebildete Ringraum ist mit dem Beziigszeichen 27 versehen. Der Ringkolben 25 wird durch einen in den Schaft 24 eingreifenden Sicherungsring 28 auf letzterem gehalten und liegt in Nullstellung auch an dem Deckel 29 des Steuerventils 6 an. Der andere Ringkolben 26 findet seinen Anschlag an dem Gehäuseabsatz 30 und dem Bund des Schiebers. Zwischen den Ringkolben 26 und 25 ist im Raum 27 eine Feder 54 angeordnet, die in Nullstellung die Ringkolben an den Deckel bzw. den Gehäuseabsatz sowie gleichzeitig den Sprengring und den Bund des Schiebers zur Anlage bringt. Der durch die Vergrößerung der Bohrung 15 gebildete Ringraum 27 ist über die Leitung 31 sowie den Druckregler 10 und die Leitung 22 mit der Pumpe 23 verbunden.

Der in die Schnecke 2 eingreifende Finger ist in der Abbildung mit 32, die Fingerhebel welle mit 33 bezeichnet. An dem mit 34 gekennzeichneten Lenkstockhebel ist der Arbeitszylinder 16 angelenkt. Mit

ίο der Fingerhebelwelle 33 ist ein Nocken 35 fest verbunden, der steuernd über Zwischenglieder auf den Druckregler 10 einwirkt.

Der Druckregler ist an die von der Pumpe 23 kommende Druckleitung 22 angeschlossen und besteht aus einem sich über eine Feder 36 am Gehäuseabsatz 39 abstützenden, unter Druck verschiebbaren, kolbenartigen Regelorgan 40, dessen Verschlußteil 41 unter der Wirkung einer mit einem Kolben 42 in Verbindung stehenden Druckstange 43 steht. Der Kolljen 42 stützt sich über eine Feder 44 an dem Gehäuse ab. Der zwischen dem Steuerorgan 40 und dem Kolben 42 sich befindende Raum 45 steht über die Leitung 31 mit dem Ringraum 27 des Steuerventils 6 in Verbindung.

Zur Veränderung der Kennlinie des Druckreglers

as 10 wird die Federkonstante der Abstützfeder 44 in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkstockhebels

34 selbsttätig verändert, und zwar in folgender Weise: Der mit der Fingerhebelwelle 33 verbundene Nocken

35 verschiebt eine sich über eine Feder 46 im Gehäuse 9 abstützende Zahnstange 47. Die Zahnstange 47 greift in das hülsenartig ausgebildete Zahnrad 48 ein, das mit einem Innengewinde 55 mit einer solchen Steigung und einem solchen Durchmesser versehen ist, daß sich die Hülse wie eine Mutter auf die Schraubenfeder 44 aufschrauben läßt, die ihrerseits auf einem Bolzen 49 geführt wird. Der Bolzen 49 ist mit dem Deckel 51 verbunden, der seinerseits mit dem Gehäuse des Druckreglers verschraubt ist. Um eine Drehung der Feder zu verhindern, greift diese mit ihrem einen Ende 52 in eine radiale Bohrung 49 ein. In Abhängigkeit von der Stellung des Nockens wird die Zahnstange 47 verstellt und als Folge davon das Zahnrad 48, dessen Lage die wirksame Länge der Feder und damit deren Federkonstante festlegt.

Die Charakteristik des Reglers kann durch die Wahl der Federelemente vorgegeben werden. Es können dabei sowohl Federelemente mit gerader Kennlinie wie mit progressiver (gekrümmter) Kennlinie verwendet werden. Durch eine entsprechende Kombination kann jede gewünschte Charakteristik in das Verhältnis der Drücke in den beiden Leitungen gebracht werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung ist folgende:

Bei Drehung am Handrad wirkt sich der Lenkwiderstand über Druckkräfte zwischen Finger und Schneckenflanke als Axialkraft auf die Schnecke bzw die Lenkwelle aus. Im Bereich des durch die Anschläge 12 und 13 gegebenen Spieles stützt sich dal>ei die Lenkwelle über den Hebel 7 am Steuerschieber ab. Eine Verstellung dieses Schiebers erfolgt dann, wenn die Axialkräfte größer sind als die Kräfte, durch die der Schieber 5 in seiner dargestellten Stellung gehalten ist.

Das Steuerventil ist in bekannter Weise mit einer hydraulischen und mechanischen Rückstellung versehen und in ebenfalls bekannter Weise über Leitungen mit dem Arbeitszylinder verbunden. Zur Verstellung des Schiebers muß eine Drehkraft aufgewendet werden, die mindestens gleich ist der Vorspannung

der Feder 54 zusätzlich der Kraft, die der Pumpendruck auf die Ringfläche des Ringkolbens 25 oder 26 ausübt. Wie schon beschrieben, steht der Rückstellraum 27 erfindungsgemäß nicht unmittelbar mit der von der Pumpe kommenden Leitung in Verbindung. sondern über einen als Druckminderer ausgebildeten Druckregler. Der Druckregler bewirkt, daß der auf die Rückstellflächen des Schiebers ausgeübte Druck in einem bestimmten Verhältnis gegenüber dem Pumpendruck gemindert wird.

Bei Durchführung eines Lenkvorganges von der dargestellten Mittelstellung aus wirkt der volle Pumpendruck auf die Rückstellfläche des Steuerventils, da die Hülse 48 völlig auf die Feder 44 aufgeschraubt ist und diese daher ihr Maximum an Federhärte hat (entspricht der Kurve α in Abb. 2). Durch den Pumpendruck wird das kolbenartige Regelorgan 40 gegen den Druck der Feder 36 abwärts bewegt, während er in diesem Fall den Kolben 42 nicht abwärts zu bewegen vermag, so daß der volle Pumpendruck in den Raum 45 und über die Leitung 31 in den Rückstellraum 27 gelangt. Die Anlage arbeitet in diesem Falle mit einem Minimum an Verstärkung. Mit zunehmendem Lenkeinschlag wird die Reglerhülse über Nocken und Zahnstange unabhängig von der Richtung des Ausschlages in einem solchen Sinne verdreht, daß sich die Hülse 48 von der Schraubenfeder 44 abschraubt und damit Federgänge freigibt, wodurch die Federhärte sinkt. Dieser geringen Federhärte ist aber eine Druckminderung etwa nach Kennung b in Abb. 2 zugeordnet. In diesem Falle wirkt also im Raum 27 in rückstellendem Sinne ein gemäß Linie b gegenüber dem Druck im Arbeitszylinder verminderter Druck, was einer Vergrößerung des Ver Stärkungsverhältnisses gleichkommt. Im vorgenannten Beispiel wird also die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vergrößerung des Verstärkungsverhältnisses mit zunehmendem Lenkeinschlag von der Mittelstellung des Lenkgetriebes ausgehend dadurch erreicht, daß mit zunehmendem Lenkeinschlag die Federkonstante des Druckreglers im Sinne eines zunehmenden Druckminderungsverhältnisses verstellt wird und der Druckregler zwischen Druckleitung der Servoanlage und den Rückstell- bzw. Reaktionsflächen des Steuerventils angeordnet wird.

Dieselbe Wirkung ergibt sich, wenn als Druckregler ein an sich bekanntes Gerät mit Druckerhöhung benutzt wird, dessen Regelglied mit dem Lenkgestänge verbunden wird, das mit zunehmendem Ausschlag des Lenkgetriebes von der Mittelstellung aus die durch den Druckregler bewirkte Druckerhöhung im Raum 27 verringert.

Die erfindungsgemäßen Vorteile treten auch auf, wenn ein Druckregler zwischen Druckleitung und Raum 27 angeordnet wird, dessen Verstellung nicht zwangläufig mit dem Lenkgestänge, sondern z. B. von Hand erfolgt. Die Verstärkung der Servoanlage kann dann den jeweiligen Fahrverhältnissen, z. B. auf der Autobahn oder beim Parken, angepaßt werden. Durch Verwendung von Druckreglern mit konkav oder konvex gekrümmter Kennlinie lassen sich schließlich verschiedene Zusammenhänge zwischen Handkraft und Verstärkungsverhältnis erzielen, z. B. in der Art daß das Verstärkungsverhältnis im Bereich geringer Handkräfte stärker oder schwächer mit der Handkraft ansteigt als im Bereich hoher Handkräfte, oder umgekehrt. Dadurch ist es möglich, einen besonders zügigen Zusammenhang zwischen der Handkraft und dem Verstärkungsverhältnis mit knickfreier Charakteristik zu erzielen, wodurch das bei den bisher üblichen Servolenkungen unangenehm wirkende, fühlbare Einsetzen der Hydraulik verhindert wird.

Schließlich beschränkt sich die erfindungsgemäße Einschaltung eines Druckreglers in die Druckleitung zu den Reaktionsflächen einer Servolenkung nicht auf die beispielhaft angeführte Konstruktion, sondern ist im Prinzip für alle Servolenkungskonstruktionen verwendbar, die mit Reaktionsflächen arbeiten.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Pumpe oder einem Speicher für das Druckmittel, einem Servomotor und einem das Druckmittel steuernden Steuerventil, das mit vom Druckmittel beaufschlagten Reaktionsflächen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Drücke, die auf die Reaktionsflächen des Steuerventils und auf die Kolbenflächen des Arbeitszylinders wirken, durch einen Druckregler gesteuert wird.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckmittelzuleitung (22) zu den Reaktionsflächen ein Druckregler (10) an sich bekannter Bauart eingeschaltet ist, der den Druck auf die Reaktionsflächen des Steuerventils (6) regelt.

3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied des Druckreglers (10) von Hand verstellt werden kann.

4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied des Druckreglers (10) zwangläufig durch die Verstellung eines Gliedes der mechanischen Lenkanordnung verstellt wird.

5. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregler (10) mit gerader Kennung verwendet wird.

6. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregler (10) mit nicht gerader Kennung verwendet wird.

7. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagten Rückstellflächen des Steuerschiebers (15) von einem durch einen als Druckminderer ausgebildeten Druckregler (10) gegenüber dem Pumpendruck verminderten Druck beaufschlagt werden, wobei der Druckregler (10) in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Lenkgetriebes beeinflußt werden kann.

8. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckminderer (10) aus einem sich über eine Feder (36) am Gehäuse abstützenden, unter Druck verschiebbaren und als Kolben ausgebildeten Regelorgan (40) besteht, dessen Verschlußteil (41) von einem sich über eine Feder (44) am Gehäuse abstützenden, unter Einfluß des Niederdruckes verschiebbaren Steuerkolben (42) gesteuert wird.

9. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Abstützfeder (44) des Steuerkolbens (42) von Hand einstellbar ist, indem die wirksame Länge der Feder (44) durch Aufschrauben eines hülsenartigen, mit Innengewinde versehenen Teiles, vorzugsweise Zahnrades (48), verändert wird.

10. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Abstützfeder (44) in Abhängigkeit von der

Winkelstellung der Fingerhebel welle (33) selbsttätig geändert wird, und zwar in der Weise, daß mit der Fingerhebelwelle ein Nocken (35) verbunden ist, der auf eine unter Federwirkung stehende Zahnstange (47) einwirkt, die ihrerseits ein Zahnrad (48) betätigt, welches hülsenartig ausgebildet

an der Innenseite mit einem Schraubengewinde (55) versehen ist, in welches die Abstützfeder (44) des Druckreglers (10) eingreift.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 940 512, 940 961.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 809 639/279 9.58