DE1060272B

DE1060272B - Hilfskraftlenkung fuer Hand- und Hilfskraftbetrieb, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1060272B
Application number: DEZ5561A
Authority: DE
Inventors: Erich Jablonsky
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1956-05-26
Filing date: 1956-05-26
Publication date: 1959-06-25

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für Hand- und Hilfskraftbetrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem als Druckzylinder ausgebildeten Lenkungsgehäuse, einem im Druckzylinder beweglichen, doppelt beaufschlagten Kraftkolben, mit in diesen verschiebbar eingebauter und als Steuerschieber ausgebildeter Lenkmutter sowie einer in die Lenkmutter eingeschraubten Lenkspindel.

Die Erfindung besteht darin, daß der Kraftkolben in an sich bekannter Weise eine rund um seinen Umfang sich erstreckende Ringnut aufweist, die mit der Druckeinlaßöffnung in Verbindung steht, und daß auf der Lenkspindeleintrittsseite in das Lenkgehäuse die Lenkspindel von einem fest im Lenkgehäuse angeordneten Rohr umgeben ist, in dem der Kolbenteil dichtend gleitet, wobei der Zwischenraum zwischen der Lenkspindel und dem Rohr als Rücklaufleitung des Drucköls dient, das durch die durchbohrte Spindel hindurch in den Zwischenraum eintreten kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Kraftkolben in an sich bekannter Weise über einen Kurbeltrieb mit der Lenkwelle verbunden ist, wobei das Kurbelgehäuse zugleich als Druckraum ausgebildet ist. Hierbei wird nach der Erfindung die Verbindung des Kurbelhebels mit der Lenkwelle durch eine Kerb- oder Keilverzahnung hergestellt und die Bohrung im Lenkgehäuse für die Aufnahme der Lenkwelle in beiden Gehäusewänden gleich ausgeführt.

Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, das an der inneren Abdichtung der Lenkwelle hindurchtretende Lecköl vor einem zweiten Dichtring über eine Bohrung der Rücklaufleitung zuzuführen.

In einer Ausführungsform einer Hilfskraftlenkung nach der Erfindung mit an beiden Enden der Lenkmutter vorhandenen, vom jeweiligen Arbeitsdruck beaufschlagten Ringnuten und darin bewegbaren Reaktionskolben werden als Reaktionskolben als Abdichtungsmittel bekannte Rundschnurringe verwendet, die sich gegen vorhandene Stützringe abstützen.

Es sind schon Ventilausführungen bekanntgeworden, bei denen aufgeschliffene Ringe als Reaktionskolben wirken und die Rückwirkung am Lenkrad erzeugen. Gegenüber dieser Ausführung wird das Lenkgetriebe nach der Erfindung durch Verwendung von Rundschnurringen verbilligt. Außerdem kann durch einfache Verbreiterung des Einstiches die Rückwirkung beliebig verändert und ebenso der Kraftunterschied am Lenkrad ausgeglichen werden.

Ferner kann der die Lenkmutter enthaltende Kraftkolben nach der Erfindung schräge Nuten enthalten und die Lenkmutter mit Führungsorganen versehen sein, welche in die Nuten eingreifen. Dabei entspricht der Steigungssinn der Nuten dem Steigungssinn des Gewindes; die Größe der Steigungen ist jedoch ver-Hilfskraftl enkung
für Hand- und Hilfskraftbetrieb,
insbesondere für Kraftfahrzeuge

Anmelder:
Zahnradfabrik Friedrichshafen
Aktienges ells chaf t,
Friedrichshafen

Erich Jablonsky, Schwäbisch Gmünd,
ist als Erfinder genannt worden

schieden, so daß beim Drehen der die Lenkmutter verstellenden Lenkspindel die Lenkmutter eine Drehung der Lenkspindel entgegengesetzte Drehung ausführt. Durch diese Maßnahme wird der Totweg am Lenkrad verringert.

In einer bekannten Hilfskraftlenkung wird der Kraftkolben in einer einseitig am Umfang vorhandenen Nut vom Öldruck beaufschlagt. Dadurch entsteht eine große Reibungskraft, die den selbsttätigen Rücklauf der Lenkung erschwert. Demgegenüber ist die Lenkung nach der Erfindung infolge der auf dem ganzen Umfang des Kraftkolbens gleichmäßigen Beanspruchung des Kolbens sehr leichtgängig.

Eine weitere bekannte Hilfskraftlenkung arbeitet mit einer in zwei Kolben längsbewegbar gelagerten Zahnstange, die vom Lenkrad her über ein Ritzel verstellt wird. Auch bei dieser bekannten Lenkung ist zwischen zwei vom Drucköl beaufschlagten Kolbenseiten ein als Ölleitung verwendeter Raum vorhanden. Dieser steht aber nicht unter Druck, so daß bei der bekannten Lenkung nicht das dem Lenkgetriebe nach der Erfindung zugrunde liegende Problem auftritt, die Mantelfläche des Kolbens vom Öldruck zu entlasten.

Die Erfindung ist in der Beschreibung der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellt, näher erläutert.

909 558/270

Fig. 1 zeigt einen Mittellängsschnitt durch ein Lenkgetriebe nach der Linie A-A in Fig. 2 mit dem Lenkventil in Neutralstellung;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 1 mit der Lenkmutter nach rechts ausgeschlagen;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie C-C in Fig. 2 in größerem Maßstab;

Fig. 4 zeigt einen ebensolchen Querschnitt nach der Linie D-D in Fig. 2;

Fig. 5 zeigt eine Lenkmutter in Ansicht mit schräg angeordneter Führungsnut;

Fig. 6 zeigt eine Einzelheit der Führung der Lenkmutter in dem Kraftkolben;

Fig. 7 zeigt eine Teilansicht des Kraftkolbens mit schräg angeordneter Führungsnut, und

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab.

In Fig. 1 und 2 besteht das Lenkungsgehäuse aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen 1 und 2, die zugleich als Zylinder ausgebildet sind. Der Kolben bildet mit der Lenkmutter eine Einheit. Er besteht aus vier Hauptteilen, einem zylindrischen Mittelstück 3, einem Kolbenfußstück 4, das zugleich als Lager für das Pleuel 11 ausgebildet ist, einem Kolbenkopf stück 5 und der Lenkmutter 6. Die Lenkspindel 10 ist mit ihrem Gewindeteil? in die Lenkmutter 6 eingeschraubt und stützt sich mit ihrem Bund 9 an den Axiallagern 8 ab. Am Ende der Lenkspindel 10 befindet sich das nicht gezeichnete Lenkrad. Am Pleuel 11 ist der Kurbelhebel 12 angelenkt, der mit der Lenkwelle 13 durch eine Keilverzahnung 68 verbunden ist. An der Lenkwelle 13 ist der Lenkstockhebel 14 angeordnet, der mit dem nicht gezeichneten Lenkgestänge und den Rädern verbunden ist. Durch Ausführung von Kurbelhebel 12 und Lenkwelle 13 in zwei Teilen wird die Montage des Lenkgetriebes vereinfacht, und das Kurbelgehäuse kann ungeteilt ausgeführt werden.

Die Bohrungen 66 und 67 sind zweckmäßigerweise gleich groß, damit die Kurbelwelle auch mit entgegengesetzt liegendem Lenkstockhebel eingebaut werden kann.

Das Innere 26 des Gehäuseteiles 1 ist als Druckraum ausgebildet, um eine gute Raumausnutzung zu erreichen. Er ist durch den Dichtring 62 (Fig. 2) zur Lenkwellenlagerung abgedichtet. Etwaiges Lecköl wird durch einen zweiten Dichtungsring 63 abgedichtet und durch eine Leckölleitung 64 zum Rücklauf 36 geleitet.

Die Lenkung ist für steten Durchfluß gebaut und mit einer Pumpe verbunden, die den Druck dem jeweiligen Kraftbedarf bis zu einem Maximaldruck anpaßt. Das in NulIage hindurchfließende öl hat also einen niedrigen Druck, der nur dem Druck entspricht, der zur Überwindung der Flüssigkeitsreibung in den Leitungen und der Lenkung erforderlich ist.

Das Öl fließt von der Pumpe beim Leitungsanschluß

15 (Fig. 1 und 8) in die Lenkung ein. Vom Ringkanal

16 im Gehäuse und vom Ringkanal 17 im Kolben fließt es durch die Bohrungen 18 hindurch in die mittlere Ringnut 19 (Fig. 3). Das Ventil ist in Fig. 1 und 8 in seiner Neutral stellung gezeichnet. Das Öl kann von der mittleren Ringnut 19 durch die Steuerschlitze 20 und 21 hindurch in die Ringnuten 22 und 23 fließen. Diese Ringnuten sind durch Bohrungen 24 und 25 mit den Druckräumen 26 und 27 verbunden. In der Neutralstellung fließt das öl zunächst noch von den Ringnuten 22 und 23 durch die Steuerschlitze 43 und 44 hindurch in die Ausgangs-Ringnuten 58 und 59 und dann durch die Bohrungen 28 und 29 hindurch in den

Mittelraum 30. Dieser ist über die Kanäle 32, 32', 33 (Fig. 1) 34 und 35 mit dem Leitungsanschluß 36 der Rücklaufleitung zum Ölbehälter und der Pumpe verbunden, so daß das Öl dorthin zurückfließen kann.

Die Lenkmutter 6 wird über die Stützringe 37 und 38 von den Federn 41 und 42 in ihrer Mittellage gehalten. Diese Zentrierung ist erforderlich, weil beim Rücklauf der Lenkung, d. h. wenn das Lenkrad losgelassen wird und die Lenkung selbsttätig in ihre Mittellage läuft, das Ventil nicht ansprechen darf. Die Stützringe 37 und 38 sind mit etwas Längsspiel 39 und 40 eingebaut. Außerdem wird die Lenkmutter 6 durch den Mitnehmerbolzen 60 (Fig. 4), der in eine Nut der Lenkmutter eingreift, am Drehen im Kolben gehindert. Beim Drehen des Lenkrades z. B. im Uhrzeigerdrehsinn wird über die Spindel 10, 7 bei rechtsgängigem Gewinde die Lenkmutter 6 nach rechts gezogen. Der Stützring 37 wird verschoben und drückt dabei die Federn 41 zusammen. Nach Überwindung des Spieles 39 kommt der Stützring 37 und damit die Lenkmutter 6 am Kolbenkopfstück 5 zur Anlage und überträgt die Zugkraft der Spindel auf den Kolben. Hierdurch wird bei manuellem Lenken die Lenkwelle über den Kurbeltrieb gedreht.

Bei hydraulischem Lenken werden durch die Bewegung der Lenkmutter nach rechts die Steuerschlitze 21 und 43 geschlossen. Der von der Pumpe hindurchfließende Ölstrom wird hierbei von der Ringnut 19 in die Ringnut 22 geleitet und fließt von dort über die Bohrung 24 in den Druckraum 26. Hier baut sich unter dem gehemmten Weiterfluß Druck auf, und der Kolben wird nach rechts verschoben. Er folgt somit der Bewegung der Lenkmutter 6. Wird das Lenkrad nicht mehr gedreht und bleibt hierdurch die Mutter stehen oder ist die Geschwindigkeit des Kolbens größer als die der Lenkmutter, so werden die Schlitze 21 und 43 wieder geöffnet, wodurch die Neutrallage des ölkreislaufs erreicht und damit die Bewegung des Kolbens unterbrochen ist.

Das im Druckraum 27 befindliche öl muß beim Bewegen des Kolbens nach rechts ausfließen können. Das geschieht durch die Bohrung 25 und die Ringnuten 23 und 59 hindurch, die mit dem Rückfluß über die Bohrungen 29 verbunden sind. Bei der Bewegung der Lenkmutter 6 nach links wird in gleicher Weise der Öldruck auf die andere Kolbenseite geleitet. Die Dichtungen 45, 46 und 47 trennen den jeweiligen Hochdruckteil vom Niederdruckteil des Zylinders.

Das Kolbenkopfstück 5 gleitet mit seinem Rohrteil 48 auf dem Rohr 49. Die beiden vom Öldruck beaufschlagten Kolbenflächen sind hierdurch unterschiedlich groß. Die Pumpe paßt den Druck immer dem jeweiligen Kraftbedarf an, so daß sich die unterschiedliche Kolbenfläche nicht störend auswirkt. Nur in den Endlagen wird durch den maximalen Pumpendruck ein unterschiedlicher Kolbendruck auftreten, was aber vernachlässigt werden kann, weil das maximale Drehmoment angepaßt werden kann. Bei der Rückwirkung des Druckes auf das Lenkrad ist jedoch der unterschiedliche Druck von Bedeutung. Bei einer modernen Hydrolenkung soll der manuelle Kraftanteil ein Bruchteil der von der Hilfskraft aufgewendeten Kraft sein, damit das Lenk- und Straßengefühl nicht verlorengeht, jedoch wie bei einer manuellen Lenkung geschwächt wirkt. Dies wird durch die Ringkanäle 52 und 53 erreicht, die durch die Bohrungen 50 bzw. 51 mit der entgegengesetzten Druckseite verbunden sind. Die Dichtungsringe 54 und 55 dichten die Ringkanäle nach außen ab, wobei sie sich auf den Ringen 56 und 57 abstützen. Tritt z. B. im Druckraum 26 Druck auf.

Claims

dann ist er auch in der Ringnut 22 wirksam. Diese Ringnut ist durch die Bohrung 51 mit dem Ringkanal 53 verbunden. Bei einem Verschieben der Lenkmutter 6 nach rechts tritt also auch im Ringkanal 53 Druck auf. Infolge dieses Drucks wird die Mutter in ihrer Bewegung nach rechts gehemmt, was am Lenkrad über die Spindel 7, 10 spürbar ist und den manuellen Lenkanteil ausmacht. Durch die unterschiedlichen Kolbenflächen — die Fläche des Kolbenfußstücks 4 ist größer als die des Kolbenkopfstücks 5 — treten in der schon vorher beschriebenen Weise bei gleichem Kraftbedarf am Lenkstockhebel ungleiche Öldrücke auf. In diesem Falle wird der Druck an der Kolbenfläche 4 kleiner sein als an der Kolbenfläche 5. Dies würde sich durch die Rückwirkungsflächen der Räume 52 und 53 am Lenkrad nachteilig bemerkbar machen. Das Lenkrad würde dadurch auf einer Seite leichter und auf der anderen Seite schwerer zu lenken sein. Dies wird dadurch ausgeglichen, daß die Flächen der Rückwirkungsräume 52 und 53 den mit ihnen zusammenarbeitenden Kolbenflächen angepaßt sind. Die Ringkanalfläche 53 ist zur Ringkanalfläche 52 im gleichen Verhältnis größer, als es die Kolbenfläche des Kolbens 4 zur Kolbenfläche 5 ist. Bei der Neutralstellung hat der Öldruck infolge der Flüssigkeitsreibung eine gewisse Höhe, z. B. 1 bis 3 atü. Da dieser Druck in der Neutralstellung auf beiden Seiten des Kolbens wirksam ist, würde sich hierdurch der Kolben bei sehr wenig Reibung in Richtung der kleineren Kolbenfläche in Bewegung setzen. Das wäre in diesem Falle nach oben in Richtung zum Lenkrad hin. Da die Einbaulage der Lenkung normalerweise zwischen etwa 30 bis 90° liegt, wirkt also das Kolbengewicht nach unten zur Lenkwelle hin. Dieses Kolbengewicht fängt der vorbeschriebene Normaldruck der Neutralstellung durch die größere Kolbenfläche der unteren Seite wieder auf, so daß eine ideale leichtgängige Mittellage erreicht wird. Die Ventilbetätigung erfolgt von der Lenkraddrehung über das Gewinde. Das Verhältnis der Bewegungen des Lenkrades zur Lenkmutter ist dadurch sehr groß. Bei schnell fahrenden Fahrzeugen soll bei kleinstem Lenkradausschlag das Ventil betätigt werden. Dies wird durch die Anordnung nach Fig. 5 erreicht. Der Mitnehmerbolzen 60' der Lenkmutter 6 ist hier in einer schrägen Nut 65 angeordnet. Hierdurch wird der Ventilhub beschleunigt. Die gezeichnete Form gilt für ein Rechtsgewinde. Beim Drehen der Spindel 7 wird die Lenkmutter 6 nach rechts in Richtung zum Lenkrad hingezogen. Der Mitnehmerbolzen 60' stellt in seiner Schräglage ein zweites Gewinde dar. Die Schräglage des Mitnehmerbolzens 60' bzw. die Steigung ist größer als die des Gewindes. Hierdurch gleitet die Lenkmutter 6 beim Zug durch die Spindel 7 auf dem Mitnehmerbolzen 60 ab und macht dabei eine Drehbewegung dem Drehsinn der Spindel 7 entgegen. Durch die zwei Drehbewegungen der Spindel 7 und der Lenkmutter 6 wird der Hub des Ventils gegenüber dem Lenkradausschlag vergrößert, wodurch der Totweg am Lenkrad verringert wird. Durch die An-Ordnung einer Rolle 61 (Fig. 6) wird der Wirkungsgrad verbessert. DieAbdichtung des Druckraumes 27 geschieht durch die Dichtung 47 zwischen der Verlängerung 48 des Kolbenkopfstücks 5 und dem Rohr 49. Diese Ausführung ist zur Verringerung der Reibung gewählt worden. Die Dichtung 47 soll nicht direkt auf der Spindel 7 gleiten. Bei einer Anordnung der Dichtung 47 auf der Spindel 7 würde diese durch die Dichtung bei Drehbewegungen gebremst. Dies wäre für den Rück- lauf der Lenkung nachteilig, weil entsprechend der größeren Reibung der Spindel 7 die Federn 41 und 42 (Fig. 2 und 8) mehr vorgespannt werden müßten. Hierdurch wiederum vergrößert sich die manuelle Kraft, die am Lenkrad zur Überwindung des Federdruckes der Federn 41 und 42 für die Ventilverstellung notwendig ist. Die Federn 41 und 42 können auch als zylindrische Druckfedern ausgebildet sein, die in Bohrungen der Stützringe 37 und 38 (Fig. 1 und 8) geführt sind. Patentansprüche:

1. Hilfskraftlenkung für Hand- und Hilfskraftbetrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem als Druckzylinder ausgebildeten Lenkungsgehäuse, einem im Druckzylinder beweglichen, doppelt beaufschlagten Kraftkolben, mit in diesen verschiebbar eingebauter und als Steuerschieber ausgebildeter Lenkmutter sowie einer in die Lenkmutter eingeschraubten Lenkspindel, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkolben (3, 4, 5) in an sich bekannter Weise eine rund um seinen Umfang sich erstreckende Ringnut (17) aufweist, die mit der Druckeinlaßöffnung (15) in Verbindung steht, und daß auf der Lenkspindel-Eintrittsseite in das Lenkgehäuse die Lenkspindel (10) von einem fest im Lenkgehäuse angeordneten Rohr (49) umgeben ist, auf dem der Kolbenteil (5) dichtend gleitet, wobei der Zwischenraum (33) zwischen der Lenkspindel und dem Rohr als Rücklaufleitung des Drucköls dient, das durch die Bohrungen (32) der Spindel hindurch in den Zwischenraum eintreten kann.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkolben (3, 4, 5) in an sich bekannter Weise über einen Kurbeltrieb (11, 12) mit der Lenkwelle (13) verbunden ist, wobei das Kurbelgehäuse (1) zugleich als Druckraum (26) dient.

3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Kurbelhebels (12) mit der Lenkwelle (13) durch eine Kerb- oder Keilverzahnung (68) hergestellt ist und daß die Bohrungen (66 und 67) im Lenkgehäuse (1) für die Aufnahme der Lenkwelle in beiden Gehäusewänden gleich ausgeführt sind.

4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lenkmutter (6) enthaltende Kraftkolben (3, 4, 5) schräge Nuten (65) enthält und daß die Lenkmutter mit Führungsorganen (60' und 61) versehen ist, welche in die Nuten eingreifen, wobei der Steigungssinn der Nuten dem Steigungssinn des Gewindes entspricht, während deren Steigung verschieden ist, so daß beim Drehen der die Lenkmutter verstellenden Lenkspindel die Lenkmutter eine der Drehung der Lenkspindel entgegengesetzte Drehung ausführt.

5. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 bis 4 mit an beiden Enden der Lenkmutter vorhandenen und vom jeweiligen Arbeitsdruck beaufschlagten Ringnuten mit darin bewegbaren Reaktionskolben, die eine der Lenkkraft verhältnisgleiche Betätigungskraft am Lenkrad hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionskolben als Abdichtungsmittel bekannte Rundschnurringe (54 und 55) verwendet werden, die sich gegen vorhandene Stützringe (56 und 57) abstützen.

6. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 mit einer Rückführleitung für Lecköl, dadurch gekennzeichnet, daß das an der inneren Abdichtung (62) der