DE2160905B2 - Servolenkung mit veränderlichem Obersetzungsverhältnis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis, mit einem über eine Schraubspindel in einem Lenkgetriebegehäuse verschiebbaren Servokolben, der mit einer an seiner Umfangsfläche angeordneten Zahnstange mit einem eine Lenkstockwelle betätigenden Lenksegment in Eingriff steht, dessen Zähne auf einer Teilungskurve gebildet sind, deren Mittelpunkt außerhalb der Achse der Lenkstockwelle liegt, wobei die Zähne der Zahnstange auf einer gewölbten Teilungsfläehe gebildet sind.

Durch die DE-AS 1139 040 ist eine Servolenkung bekannt, bei der das Übersetzungsverhältnis zwischen der Zahnstange des Servokolbens und dem Zahnsegment der Lenkstockwelle von der Mittelsteilung zu den Endstellungen hin zunimmt. Dazu ist bei dieser bekannten Lösung der mittlere Zahn des Zahnsegments der Lenkstockwelle länger ausgebildet als seine äußeren Zähne und die Zahnstange dieser Zahnlängenänderung entsprechend angepaßt. Diese Gestaltung des Lenkgetriebes führt dazu, daß das kleinste Übersetzungsverhältnis beim größten Lenkausschlag der gelenkten Räder vorliegt, d. h. dann, wenn das größte Drehmoment aufgebracht werden muß. Damit der Fahrzeuglenker bei größeren Lenkausschlägen, wie sie beispielsweise beim Einparken erforderlich sind, das Fahrzeug noch genügend genau und feinfühlig lenken kann, muß der Servokolben hierbei so groß ausgelegt werden, daß die Lenkung auch bei großen Lenkausschlägen noch bequem betätigt werden kann. Dadurch wiederum wird die Baugröße der Servolenkung nachteilig beeinflußt. Ein raumsparender Gesamtaufbau wird jedoch in zunehmendem Maße gefordert, da bei Kraftfahrzeugen einerseits der Platzbedarf für zusätzliche Einrichtungen im Motorraum immer mehr zunimmt, während andererseits eine Verringerung des Ausrüstungsgewichts angestrebt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Servolenkung der eingangs umschriebenen Art, die dem Fahrzeuglenker in jeder Fahrsituation ein gutes Fahrgefühl vermittelt und die mit extrem geringer Baugröße ausgebildet werden kann, ohne daß dadurch die Funktionstüchtigkeit und insbesondere die bei Lenkungen sehr wichtige Dauerfestigkeit beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abstand der Teilungskurve der Zähne des Lenksegmentes von der Achse der Lenkstockwelle im ίο Bereich der Lenkmittelsteilung des Lenkgetriebes kleiner ist als in den Bereichen der Ausschlagstellungen und daß die Teilungsfläehe, auf der die Zähne der Zahnstange gebildet sind, in ihrem Mittelbe.reich einen größeren Abstand von der Kolbenachse hat als in ihren Endbereichen. Die so gestaltete Servolenkung ermöglicht einen besonders kleinen, raumsparenden Aufbau des Lenkgetriebes vor allem deshalb, weil hierbei die sich aufgrund der Gestaltung des Zahnsegmentes ergebenden schwächsten Stellen des Zahnstangenkolbens in die Außenbereiche der Verzahnung gelegt werden, die wesentlich weniger häufig gebraucht werden als die Innenbereiche der Verzahnung. Dadurch kann die das Lenksegment tragende Lenkstockwelle näher zur Mittelachse des Servokolbens hin angeordnet ?^r> werden als sonst Darüber hinaus führt die so gestaltete Servolenkung zu einem für den Fahrer angenehmen Lenkgefühl, da der sich verändernde Drehmomentenbedarf der gelenkten Räder auf diese Weise zugleich kompensiert wird.

jo Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Zahnhöhe der Verzahnungspartner in ihren Endbereichen größer ausgebildet werden als in deren Mittelbereich. Diese Gestaltung erlaubt im Gegensatz zu anderen Gestaltungsmöglichkeiten eine verhältnismäßig einfache Herstellung der Verzahnungen bei gleichzeitiger Sicherstellung einer präzisen Funktion des Lenkgetriebes.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. ■to Es zeigt

Fig. 1 eine Servolenkung im Längsschnitt, F i g. 2 den Schnitt längs der Linie H-II der F i g. 1,

Fig.3 einen Teilschnitt längs der Linie HIiII der Fig. 1,

F i g. 4 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 3, in der jedoch die Hülsenschieber in verschiedenen Stellungen zueinander dargestellt sind und

F i g. 5 den Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 1. Eine Servolenkung 10 weist ein Gehäuse 11 auf,

welches eine zylindrische Innenwandung 12 hat, die einen Servozylinder bildet. In diesem Zylinder ist hin und her bewegbar ein Kolben 13 angeordnet. Der

Kolben 13 unterteilt den Zylinder 12 in zwei Druckkammern 14 und 15, die im folgenden als die

äußere Druckkammer und als die innere Druckkammer bezeichnet werden sollen. Eine Dichtung 16 ist am

Kolben 13 montiert. Eine Zahnstange 18 wird durch Zähne 17 am Kolben

13 gebildet, die mit Zähnen 19 eines Zahnsegmentes 20

W) kämmen. Das Zahnsegment 20 ist ein Teil einer Lenkstockwelle 21, die sich durch eine Seitenwandung

des Gehäuses 11 hindurch erstreckt.

Im Gehäuse U ist eine Druckmitteleinlaßöffnung 22 und eine Druckmittelauslaßöffnung 23 vorgesehen. b'> Diese öffnungen sind mit einem entsprechenden hydraulischen Kreis verbunden, der eine Pumpe aufweist. Die Strömung des Druckmittels wird zu und von den Druckkammern 14 und 15 mittels einer

Steuerventileinrichtung 24 gesteuert, die in einer Kammer 25 angeordnet ist, welche durch eine Bohrungswandung 26 mit vermindertem Durchmesser und durch eine Bohrungswandung 27 mi* vergrößertem Durchmesser begrenzt wird. Die Steuerventileinrichtung 24 wird mittels einer manuell Ober eine Keilverzahnung 29 betätigten Welle 28 betätigt, die drehbar im Gehäuse 11 gelagert ist.

Die Steuerventileinrichtung 24 weist einen Vemilkolben 36 und eine Ventilhülse auf. Sie sind drehbar innerhalb der Wandungen 27 und 26 relativ zum Gehäuse 11 und relativ zueinander gelagert Beim dargestellten Ausführungsbeispiei besteht die Ventilhülse 31 aus zwei Hülsen 31a und 31£>, die durch Paßhülsen 32 miteinander für eine gemeinsame Drehung verbunden sind. Diese zweistückige Ausbildungsform dient zur Erleichterung der Fertigung.

Die Paßhülsen 32 weisen Bohrungen 33 auf, die in eine in der Bohrungswandung 26 ausgebildete Umfangsnute 34 münden. Die Umfangsnut weist zwei im wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnete verbreiterte Abschnitte 36 und 37 auf, die als Strömungskanäle dienen. Der untere Abschnitt 36 steht mit einem axialen Strömungskanal 38 in Verbindung, der zur Einlaßöffnung 22 führt und der obere Abschnitt 37 steht über einen axialen Kanal 39 mit einer Kammer 40 in Verbindung, wobei ein Kugelrückschlagventil 41 in dem Kanal 39 angeordnet ist.

In der Ventilhülse 31 sind zwei im Winkelabstanu voneinander angeordnete axial sich erstreckende Schlitze 42 ausgebildet, deren eines Ende 43 jeweils geschlossen ist und deren anderes Ende 44 in der inneren Druckkammer 15 mündet. Ein weiteres Paar von axial sich erstreckenden Schlitzen 42a ist zwischen den Schlitzen 42 ausgebildet. Diese Schlitze 42a sind am hinteren Ende 43a verschlossen und die anderen Enden 44a dieser Schlitze münden in die Kammer 25 zwischen einer äußeren Endwandung 30' des Ventilkolbens 30 und einer inneren Endwandung 3V der Ventilhülse 31. Weiterhin stehen die Schlitze 42 und 42a in offener Verbindung mit radial sich erstreckenden Öffnungen 45 und 45a, die zu einer inneren Wandung 46 der äußeren Schieberhülse 31 hin offen sind.

Der Ventilkolben 30 ist innerhalb der inneren Wandung 46 drehbar und weist in seiner Umfangswandung 46a eine Reihe von axial sich erstreckenden, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Nuten 47 und 48 auf. Obwohl die beiden Nuten 47,48 bezüglich der Achse des Ventilkolbens 30 einander diametral gegenüberliegen, zeigt die in Fig. 1 dargestellte Schnittdarstellung eine Nute 47 und eine Nute 48 im Schnitt, um lediglich die relative Konfiguration dieser beiden Nuten zu zeigen. F i g. 1 ist deshalb kein getreuer Querschnitt der Steuerventileinrichtung 24.

Wie F i g. 1 zeigt, sind die Nuten 48 in Längsrichtung ausreichend lang, um die Bohrungen 33 der Paßhülsen 32 mit den radialen Öffnungen 45 zu verbinden, während die Nuten 48 eine ausreichende axiale Länge haben, um die radialen öffnungen 45a mit einer Ringnut 49 zu verbinden, die sich im Umfangsrichtung fortlaufend um die Umfangswandung 46a der inneren Hülse erstreckt. Die Ringnut 49 steht ihrerseits über einer Reihe von radialen Kanälen 50 mit einer Ringnut 51 in Verbindung, die ihrerseits mit einem verbreiterten Strömungskanal 52 verbunden ist, der zur Auslaßöffnung 23 hin führt. Es sei bemerkt, daß die Kammer 40 ebenfalls mit der Auslaßöffnung 23 in Verbindung steht, und zwar über die Rinenut51.

Der Ventilkolben 30 kann einstückig mit der Welle 28 ausgebildet sein und ist in jedem Fall gemeinsam mit dieser Welle 28 drehbar.

Andererseits ist die Ventilhülse 31 mit der Welle 28 über zwei Antriebsstifte 52 verbunden, die in einer Querbohrung 53 in der Welle 28 angeordnet sind und sich mit ihren gegenüberliegenden Enden in zwei radiale, in Winkelrichtung überdimensionierte Schlitze 54 hinein erstrecken, die in der Schieberhülse 31 ausgebildet sind.

Die Ventilelemente 30 und 31 werden in die neutrale Stellung mittels eines Torsionsstabes 55 vorgespannt. Dieser Torsionsstab ist am inneren Ende 55a mit dem Schieberkolben 30 verzapft Der Torsionsstab ist am äußeren Ende 550 für eine gemeinsame Drehung mit dem äußeren Ende 57 einer Schnecke 58 verbunden. Diese Schnecke 58 ist. einstückig mit der Ventilhülse 31 ausgebildet Die Schnecke 58 ist in einer axialen Bohrung 59 im Kolben 13 angeordnet und weist eine Schraubennut 60 auf, um eine Anzahl von Lagerkugeln 61 aufzunehmen, die komplementär zu einer Schraubennut 62 ausgebildet sind, die in der Bohrungswand 59 des Kolbens 13 vorgesehen ist.

Eine Dichtung 68 umgibt die Welle 28 und diese bildet mit der Ausgangswellendichtung die einzige dynamische Abdichtung, die in der Servolenkung 10 verwendet wird. Die Dichtung 68 ist bei allen Betriebsbedingungen der Servolenkung 10 lediglich dem Druck der Niederdruckseite ausgesetzt. Die anderen Dichtungen, wie beispielsweise die Dichtung 16, sind Dichtungen mit geringer Reibung und geringem Durchlecken und diese Dichtungen können aus elastonieren durch Teflon abgestützten Ringen bestehen.

Die Zähne 17 und das Zahnsegment 20 sind derart gestaltet, daß ein niedrigeres Lcnkverhäitnis in der Mittelstellung der Lenkung 10 erzielt wird als an jeder der beiden Endstellungen. Diese Ausbildung eines niedrigen Lenkverhältnisses in der Mitte und von hohen Lenkverhältnissen an den Enden ist die gleiche wie die, die üblicherweise in den manuellen Lenksystemen verwendet wird und diese Ausbildung wird für den gleichen Zweck verwendet, nämlich dazu, um gleichmäßig den Drehmomenten der Kapazität und den Drehmomentenbedarf über alle Drehwinkel der gesteuerten Räder hinweg abzugleichen. Während einer Geradeausfahrt verschafft die Servolenkung 10 ein erhöhtes Ansprechen der Fahrzeuglenkräder pro Drehgrad des Lenkhandrades a!s bei einer Kurvenfahrt. Gemäß der Erfindung kann dieses Lenkverhältnis von etwa 20 : 1 der Geradeausfahrtstellung auf etwa 25 :1 in den Endstellungen der Fahrzeuglenkräder ansteigen.

Die Zunahme der Drehmomentenkapazität der Lenkung und insbesondere der Lenkstockwelle 21 in den Endlagen entspricht der Zunahme des Drehmomentenbedarfs der meisten Fahrzeuglenkgestänge in den Endlagen.

Bei der dargestellten Servolenkung wird ein Zahnsegment 20 verwendet, welches Zähne 19 aufweist, deren Größe vom mittleren Zahn zum Endzahn hin zunimmt. Der Teilkreisradius eines mittleren Zahnes 19a ist kleiner als der Teilkreisradius eines Zwischenzahnes 19fc, der seinerseits kleiner ist als der Teilkreisradius eines Endzahnes 19c.

Andererseits verändern sich die Zähne 17 der Zahnstange 18 in entsprechender Weise, um eine Anpassung an die verschiedenen Zähne 19 des Zahnsegmentes zu erzielen. Die Tiefe der Zähne 17, die an den Enden der Zahnstange angeordnet sind, kann

beispielsweise größer sein als die Tiefe der Zähne, die mehr in der Mitte der Zahnstange angeordnet sind.

Das Lenkverhältnis an einem Ende des Bewegungsschubes kann größer sein als am anderen Ende des Hubes, und zwar für die Fälle, in denen der Drehmomentenbedarf nicht in gleicher Weise zu beiden Seiten der Mittelstellung der Räder ansteigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Servolenkung mit veränderlichem Obersetzungsverhältnis, mit einem über eine Schraubspindel in einem Lenkgetriebegehäuse verschiebbaren Servokolben, der mit einer an seiner Umfangsfläche angeordneten Zahnstange mit einem eine Lenkstockwelle betätigenden Lenksegment in Eingriff steht, dessen Zähne auf einer Teilungskurve gebildet sind, deren Mittelpunkt außerhalb der Achse der Lenkstockwelle liegt, wobei die Zähne der Zahnstange auf einer gewölbten Teilungsfläehe gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Teilungskurve der Zähne (19) des Lenksegmentes (20) von der Achse der Lenkstockwelle (21) im Bereich der Lenkmittslstellung des Lenkgetriebes kleiner ist als in den Bereichen der Ausschlagsstellungen und daß die Teilungsfläehe, auf der die Zähne (17) der Zahnstange (18) gebildet sind, in ihrem Mittelbereich einen größeren Abstand von der Kolbenachse hat als in ihren Endbereichen.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhen der Verzahnungspartner (18, 20) in ihren Endbereichen größer sind als in deren Mittelbereich.