DE2312009A1

DE2312009A1 - Servolenkung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2312009A1
Application number: DE2312009A
Authority: DE
Inventors: Helmut Steinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-03-10
Filing date: 1973-03-10
Publication date: 1974-09-12
Also published as: GB1465584A; JPS49126030A; FR2223981A5; DE2312009C2; IT1003693B; US3893534A

Description

R.'³⁷⁴

1.3.1973 Kü/Mn

Anlage zur

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer manuell betätigbaren Antriebswelle, mit einer Abtriebs viel Ie sowie mit einem die manuelle Betätigung unterstützenden Motor, dessen Drehmoment über eine Kupplung auf die Abtriebswelle übertragbar ist.

Bei einer bekannten Servolenkung sind die Antriebswelle
und die Abtriebswelle drehfest miteinander verbunden und tragen ein Zahnrad, welches mit einem weiteren Zahnrad
kämmt, das über eine Kupplung von einem Elektromotor antreibbar ist. Die Kupplung ist dabei so ausgebildet, daß sie immer dann in Eingriff gelangt, wenn ein von der Ankerwelle des Motors angetriebenes Zahnrad sich um einen bestimmten Winkel gegenüber dem Zahnrad verschwenkt, das mit dem auf der Antriebswelle befestigten Zahnrad kämmt. Der Motor wird von einem besonderen, an der Längssäule angebrachten Drehmomentmeßglied in der einen oder anderen Drehrichtung angesteuert.

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Nachteilig bei dieser Ausführung ist es, daß die Kupplung auch dann eingreift, wenn beim Herausfahren aus einer Kurve sich die Räder aufgrund eines Rückstellmomentes selbsttätig in ihre Stellung für Geradeausfahrt bewegen, da auch dann die obengenannten Zahnräder gegeneinander verschwenkt werden. Das bedeutet, daß das gewohnte freie Zurücklaufen der Räder entweder stark erschwert wird, wenn der Elektromotor nicht eingeschaltet wird, oder aber auch beim Zurücklaufen der Räder der Elektromotor eingeschaltet werden muß. Nachteilig ist weiterhin bei dieser Anlage, daß bei einem Defekt am Motor oder der zugehörigen Schalteinrichtung bei jeder Lenkbewegung der Motoranker mitgedreht werden muß, da auch in diesem Fall die Kupplung in Eingriff gelangt. Außerdem kann der Fall eintreten, daß bei einem Defekt der Steuerungsvorrichtung der Motor weiterläuft, obwohl die manuelle Betätigung bereits abgeschlossen ist und die notwendige Lenkbewegung ausgeführt ist. Wenn aber bei dieser bekannten Servolenkung der Motor weiterläuft, so wird zwangsweise auch die Lenkwelle weitergedreht, da die Kupplung weiterhin eine drehfeste Verbindung zwischen dem Motor und der Lenkwelle aufrecht erhält. Diese bekannte Anlage ist daher als Servolenkung für Kraftfahrzeuge nicht geeignet, weil sie in verschiedenen Betriebsfällen zu unsicher arbeitet. Sie hat sich deshalb in der Praxis auch nicht durchgesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Servolenkung zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufwej-st. Die Servolenkung soll also insbesondere das gewohnte freie Zurücklaufen der Räder am Kurvenausgang zulassen und außerdem so ausgebildet sein, daß in einem Fehlerfall, beispielsweise beim Nichtabschalten des Servomotors, die Kupplung automatisch gelöst wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebswelle mit der Abtriebswelle über ein Torsionselement verbunden ist, das die Kupplung zwischen Motor und Abtriebs-

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welle löst, sobald das Torsionsmoment des Torsionselementes unter einen bestimmten Wert abfällt.

Durch das Torsionselement ist die Antriebswelle mit der Abtriebswelle also quasi-starr verbunden, was den Vorteil hat, daß auf jeden Fall das Lenkmoment über dieses Torsionselement von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragbar ist. Dieses Torsionselement sorgt aber weiterhin dafür, daß die Kupplung immer in richtiger Weise geschaltet wird. Wenn sich nämlieh die Räder am Kurvenausgang wieder in ihre Kormalstellung selbsttätig zurückbewegen, wird das Torsionselement kaum in sich tordiert, so daß also das Torsionsmoment sehr gering ist und daher die Kupplung gelöst wird. Außerdem wird die Kupplung auch dann gelöst, wenn die Räder eine bestimmte, von der manuellen Lenkbwegung abhängige Stellung eingenommen haben, wenn auch dann das Torsionsmoment des Torsionseleraentes unter einen bestimmten Wert abfällt, bzw. Null wird. Wenn dann ein Defekt, beispielsweise in der Steuerungsvorrichtung für den Motor, auftritt, so daß der Motor weiterläuft, wird dessen Drehmoment nicht auf die Abtriebswelle übertragen.

Vorzugsweise wird das Torsionselement als Torsionsstab ausgebildet, wobei die Antriebswelle mit der Abtriebswelle einstückig verbunden sein kann und das Torsionselement bzw. der Torsionsstab durch ein Teilstück mit verjüngtem Querschnitt gebildet ist. · .

Die Kupplung zwischen Motor und Abtriebswelle ist vorzugsweise eine Schlingfeder, die im Ruhezustand mit Vorspannung an der Innenwand einer Bohrung in der Nabe eines vom Motor angetriebenen Zahnrades anliegt und mit Abstand einen an der Antriebswelle befestigten topfförmigen Mitnehmer mit einer Aussparung in der Seitenwand umschlingt, wobei die abgewinkelten Enden der Schlingfeder in diese Ausnehmung eingreifen, in die auch ein an der Abtriebswelle befestigter Nocken mit Spiel eingreift.

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Derartige Schlingfederkupplungen sind an sich bekannt, bisher aber bei Servolenkungen nicht eingesetzt worden. Sie dienten vielmehr vor allem dazu, bei elektromotorisch angetriebenen Penstern in Kraftfahrzeugen einerseits sowohl Handbetrieb als auch Motorbetrieb zuzulassen, andererseits ab.er zu verhindern, daß das Fenster unbefugterweise von aussen geöffnet werden kann. Die bekannten Schlingfederkupplungen lassen also von der Antriebsseite her sowohl eine manuelle als auch eine motorische Betätigung zu, verhindern aber eine Drehung der Abtriebswelle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1 das wesentliche Element einer Servolenkung im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1, wobei das Torsionsmoment Null ist und

Fig. 3 den gleichen Schnitt wie bei Fig. 2 bei einem von Null - verschiedenen Torsionsmoment.

In Figur 1 ist mit 10 die Antriebswelle bezeichnet, an der das Lenkrad befestigt sein soll. Mit der Antriebswelle 10 ist die Abtriebswelle 11 einstückig verbunden, wobei in einem Teilstück der Querschnitt derart verjüngt ist, daß ein als Torsionselement dienender Torsionsstab 12 gebildet ist. Die Abtriebswelle ist mit einem üblichen Lenkgetriebe verbunden, das in der Zeichnung allerdings nicht näher dargestellt ist.

An der Antriebswelle 10 ist ein topfförmiger Mitnehmer 13 befestigt, dessen Seitenwand 14 teilweise ausgespart ist, wie -.;'

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dies insbesondere aus den Figuren 2 und 3 deutlich ersichtlich ist. Die Ausnehmung ist mit 15 bezeichnet, über einen Bolzen 16 ist an der Abtriebswelle 11 ein zylindrisches Gehäuse 17 drehfest verbunden, welches den Torsionsstab 12 umschließt und an seiner offenen Stirnfläche einen radial abstehenden, flügelartigen Nocken 18 aufweist, der in die Ausnehmung 15 in der'Seitenwand Ik des Mitnehmers 13 eingreift.

Mit 20 ist die Nabe eines Zahnrades 21 bezeichnet, welches von dem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor mit Permanentmagneten antreibbar ist. Die Nabe enthält eine Bohrung 2.2, in die eine als Kupplung dienende Schlingfeder 23 eingelegt ist. Die Schlingfeder kann mehrere Windungen haben und hat an ihren Enden abgewinkelte Haken 24 und 25, die in die Ausnehmung 15 in der Seitenwand Ik des Mitnehmers 13 eingreifen.

Im Ruhezustand liegt die Schlingfeder 23 mit einer gewissen. Vorspannung an der Wand der Bohrung 22 an, wobei die Vorspannung aber nur so gering ist, daß die Reibungskraft zwischen der Nabe 20 und der Schlingfeder 23 nicht ausreicht, über einen der beiden Haken 2k bzw. 25 den Nocken 18 zu verschwenken.

Insbesondere aus Pig. 2 ist ersichtlich, daß der in Umfangsrichtung gemessene Abstand A zwischen den Haken Zk und 25 der Schlingfeder größer ist als der Abstand B zwischen dem Rand 26 der Ausnehmung 15 und dem gegenüberliegenden Rand 27 am Nocken 18. Der Abstand A ist jedoch geringer als die Länge C der Ausnehmung 15 im Mitnehmer 13.

In Fig. 2 ist die Lage des Nockens 18 in Bezug auf die Ausnehmung 15 im Mitnehmer 13 in derjenigen Lage gezeigt, wenn das Torsionsmoment im Torsionsstab 12 gleich Null ist. Das wird also die Ruhelage bei Geradeausfahrt sein. Wenn in dieser Stellung aufgrund eines Defektes in der Anlage der Elek-

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tromotor in Gang gesetzt wird, wird zwar das Zahnrad 21 angetrieben, die Bewegung aber nicht auf den Nocken 18 übertragen. Aufgrund des Reibungsschlußes zwischen der Schlingfeder 23 und der Bohrung 22 in der Nabe 20 des Zahnrades 21 wird die Schlingfeder in Drehrichtung solange verschwenkt, . bis einer der beiden Haken 2k oder 25 gegen den Rand 26 in der Seitenwand des Mitnehmers 13 stößt und dadurch die Schlingfeder zusammengezogen und die Kupplung gelöst wird.

Wenn aber - wie dies in Fig. 3 dargestellt ist - die Antriebswelle gegenüber der Abtriebswelle um einen bestimmten Winkel oC verschwenkt ist, so stößt der Haken 2k gegen den Nocken 18, bevor der andere Haken 25 gegen den Rand 26 der Ausnehmung 15 stößt. Die Schlingfeder wird dadurch aufgeweitet, so daß sie sich um so stärker gegen die Innenwand der Bohrung 22 in der Nabe 20 preßt und die Reibungskraft schließlich ausreicht, um das von dem Motor auf das Zahnrad 21 übertragene Drehmoment auf den Nocken 18 und damit auf die Abtriebswelle 11 zu übertragen. Sobald dieser Torsionswinkel oC , der von dem Torsionsmoment im Torsionsstab abhängig ist, unter einen bestimmten Wert abfällt, kann indessen wieder der Haken 25 am Rand 26 in der Ausnehmung 15 anliegen, so daß die Feder wieder zusammengezogen wird und damit die Reibungskraft zwischen der Schlingfeder und der Nabe wieder so gering wird, daß kein Drehmoment mehr übertragen wird. Das von der Nabe auf die Abtriebswelle 11 übertragbare Drehmoment ist also abhängig von dem Torsionswinkel oC , dieser wiederum ist eine Funktion des Torsionsmomentes im Torsionsstab 12. Durch Vorgabe einer neutralen Zone, die praktisch gegeben ist durch die Differenz der Abstände A und B, kann al'so die Ansprechempfindlichkeit variiert werden. Bei einer großen Differenz dieser Abstände tritt eine Servounterstützung erst bei einem großen Torsionsmoment auf, bei einer kleinen Differenz gelangt die Kupplung bereits bei kleinen übertragenen Torsionsmomenten in Eingriff. Normalerweise wird der Abstand A nur geringfügig größer gewählt als der Abstand B, so daß bei

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einem nur wenig von Null verschiedenen Torsionsmoment der Motor die Handlenkung unterstützt.

Wesentlich an der beschriebenen Servolenkung ist, daß das Einkuppeln des Servomotors über die Nabe 20 nur dann möglich ist, wenn das Torsionsmoment und damit der Torsionswinkel cC.größer Null ist. Nur unter dieser Bedingung kann sich die Schlingfeder 23 mit einem Ende an dem Nocken 18 abstützen und damit aufspreizen und die Abtriebswelle 11 ankuppeln. Bei einem Torsionsmoment gleich Null, was einen Torsionswinkel OC gleich Null bedeutet, wird dagegen die Schlingfeder 23 immer aufgezogen, egal ob die Antriebswelle 10 oder die Nabe 20 oder die Abtriebswelle 11 verschwenkt wird. Dadurch wird auch das gewohnte freie Zurücklaufen der Räder am Kurvenausgang ermöglicht, wobei sich sogar der Motor in einer Drehrichtung entgegengesetzt der Drehrichtung der Abtriebswelle drehen kann, ohne daß dadurch die Lenkung beeinträchtigt wird.

Vorteilhafterweise wird man als Steuerglied zum Einschalten des Motors in der gewünschten Drehrichtung das Torsionselement verwenden. In aller Regel braucht dabei der Servomotor nicht drehzahlgesteuert werden, da das Einrücken der Schlingfederkupplung mit steigendem Lenkmoment kontinuierlich erfolgt. Anstelle der bei allen bekannten Servolenkungen mit elektromotorischem Antrieb notwendigen elektronischen Drehzahlsteuereinrichtungen wird also bei der Servolenkung gemäß der Erfindung das Hilfsmoment mechanisch gesteuert. Dieser Gedanke ist auch bei anderen, in der Anmeldung nicht näher beschriebenen Rutschkupplungen mit Vorteil anwendbar.

Die beschriebene Servolenkung zeichnet sich also durch einen besonders einfachen Aufbau aus, der weitere Vereinfachungen in der Steuerung des Motors ermöglicht. Die Servolenkung ist ausgesprochen sicher und es ist gewährleistet, daß auf jeden Fall bei irgendwelchen Defekten

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in der Kupplung oder dem Motor oder der Steuerung für den Motor die Lenkung von Hand ohne irgendeine Beeinträchtigung bewerkstelligt wer.den kann. Wesentlich ist weiter, daß selbst bei einem Bruch des Torsionselementes aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Mitnehmer 13 und dem Nocken 18 die Lenkung weiterhin einwandfrei durchgeführt werden kann.

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Claims

Ansprüche

1. Servolenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer manuell betätigbaren Antriebswelle, mit einer Abtriebswelle sowie mit einem die manuelle Betätigung unterstützenden Motor, dessen Drehmoment über eine Kupplung auf die Abtriebswelle übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) mit der Abtriebswelle (11) über ein Torsionselement (12) verbunden ist, das die Kupplung (23) zwischen Motor und Abtriebswelle (11) löst, sobald das Torsionsmoment des Torsionselementes unter einen bestimmten Wert abfällt.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement ein Torsionsstab (12) ist.

3· Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) mit der Abtriebswelle (11) einstückig verbunden, ist und das Torsionselement (12) durch ein Teilstück mit verjüngtem Querschnitt gebildet ist.

^. Servolenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zwischen Motor und Abtriebswelle (11) eine Schlingfeder (23) ist, die im Ruhezustand mit Torspannung an der Innenwand einer Bohrung (22) in der Nabe (20) eines vom Motor angetriebenen Zahnrades (21) anliegt und

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mit Abstand einen an der Antriebswelle (10) befestigten topfförmigen Mitnehmer (13) mit einer Aussparung (15) in der Seitenwand (I¹O umschlingt, wobei die abgewinkelten Enden (2*i, 25) der Schlingfeder (23) in diese Ausnehmung (15) eingreifen, und daß in diese Ausnehmung (15) ein an der Abtriebswelle (11) befestigter Nocken (18) mit Spiel eingreift.

5. Servolenkung nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand der in Umfangsrichtung gemessene Abstand A zwischen den hakenförmigen Enden (24, 25) der Schlingfeder (23) größer ist als der Abstand (B) zwischen dem

Rand (26) der Ausnehmung (15) des Mitnehmers (13) und.dem gegenüberliegenden Rand (27) des Nockens (18) und daß der erstgenannte Abstand (A) kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene Länge (C) der Ausnehmung (15) im Mitnehmer (13)·

6. Servolenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (18) von einem zylindrischen Gehäuse absteht, das mit der Abtriebswelle (11) drehfest verbunden ist und das das Torsionselement (12) umgibt.

7. Servolenkung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Elektromotor, vorzugsr weise ein Permanentmagnetmotor ist.

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8· Servolenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement (12) als Meß- und Steuerglied für den Elektromotor dient.

α Servolenkung, insbesondere nach den vorhergehenden An-Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Motor auf die Abtriebswelle (11) abgegebene Drehmoment mechanisch gesteuert ist.

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