DE3028175C2

DE3028175C2 - Hydraulische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3028175C2
Application number: DE3028175A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(Grad.) 7081 Essingen Elser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1986-09-18
Also published as: IT1147401B; DE3028175A1; IT8146867A0; ES8204958A1; GB2081193A; ES503731A0; US4421010A; GB2081193B; JPS5758559A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschriebenen Art.

Mit einem Getriebe dieser Art, das z. B. in der älteren Patentanmeldung P 2° 13 484 beschrieben ist, wird durch den Rückwirkungskolben bei einer Lenkbewegung ein Rückwirk-/Zentriermoment entsprechend dem anstehenden Betriebsdruck erzeugt In die Kammer, die an dem der Mittenzentrierung abgewandten Ende des Rückwirkungskolbens liegt, wird in Abhängigkeit des Betriebsdruckes ein beim Lenken wirksamer Druck eingeleitet. Dadurch wirkt dieser Druck auf eine Stirnfläche des Rückwirkungskolbens. Die Kraft des Arbeitsdruckes auf die Stirnfläche wirkt somit zusätzlich zur Krafi der Zentrierfeder auf den RQckwirkungäkoiben, der seinerseits über die Mittenzentrierung, die aus den Schrägflächen und den dazwischenliegenden Kugeln gebildet wird, eine entsprechende Rückstellkraft auf das Lenkhandrad ausübt. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein vom Lenkwiderstand an den gelenkten Rädern abhängiges Fahrgefühl vermittelt.

Die Steuerung der hydraulischen Hilfskraft des Lcnkgetriebes selbst wird durch die bekannte Rclalivverdrehung zwischen dem Steuerschieber und der Steuerbüchse erreicht, was aufgrund der Schrägflächen und der Kugelführung bewirkt wird. Durch diese Relativverdrehung werden — je nach der Drehrichtung — entsprechende Steuerkanten zwischen dem Ventilschieber und der Ventilbüchse geöffnet.

Eine Lenkung soll nun im ausgelenkten Zustand der Lenkräder bei einem Loslassen der Lenkung selbsttätig wieder in die Geradeausfahrtstellung zurückkehren.

Bisher hat man dies mit einer entsprechenden Achsgeometrie (z. B. Spreizung) erreicht.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß zum Auslenken der Lenkung diese Rückstellkraft überwunden werden muß. Aus diesem Grunde sind entsprechend höhere Lenkkräfte aufzubringen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe ·. zugrunde ein'Lenkgetriebe der eingangs.erwähnten Art zu schaffen, das nach einer Lenkbewegung die Rückstellkraft der Radachse hydraulisch unterstützt, bzw. bei dem das Lenkgetriebe die Rückstellkraft vollständig aufbringen könnte, so daß ggf. auf die Rückstellkraft der Radachse verzichtet werden könnte.
Durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1

genannten Merkmale wird diese Aufgabe gelöst

Durch die innere Führungshülse, die in axialer Richtung verschiebbar ist, und durch das Steilgewinde oder über eine nut- und stiftartige Steuerkurvenverbindung zwischen der inneren Führungshülse und der äußeren Führungshülse in Verbindung mit dem Gewinde, durch das die innere Führungshülse beim Auslenken der Lenkung — je nach Lenkriciitung — in axialer Richtung entweder nach vorne oder nach hinten geschoben wird, wird nun erreicht, daß die Lenkung vom ausgelenkten Zustand nach einem Loslassen des Lenkhandrades selbsttätig hydraulisch in die Geradeausfahrtstellung zurückkehrt. Durch das Steilgewinde oder ein entsprechendes Steuerkurvenprofil ergibt sich nämlich eine relative Verdrehung zwischen der Steuerbüchse und der inneren Führungshülse. Da die innere Führungshülse verdrehfest mit dem Rückwirkungskolben verbunden ist, ergibt sich somit auch eine Relatiwerdrehung der Steuerbüchse zu dem Rückwirkungskolben, d. h. dem Steuerschieber. Die Verdrehung ist dabei gegenläufig zur Drehrichtung der Lenk- bzw. Gewindespindel bzw. des Lenkhandrades. Das heißt, der Rückwi/kungskolben ist über die Neutrallage hinaus verspannt Wird nun die Lenkung freigegeben, so bewirkt der über die Neutrallage hinaus verdrehte Rückwirkungskolben nunmehr, daß über die entsprechenden Steuerkanten so lange Druck auf den bisher entlasteten Druckraum des Arbeitszylinders gegeben wird, bis die Lenkung und damit auch der Steuerschieber wieder in die Geradeausfahrtstellung bzw. in die Neutrallage zurückgekehrt sind. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß bei einem Lenkeinschlag die Gewindespindel und damit die Steuerbüchse gegenüber dem Steuerschieber in derselben Drehrichtung aus der Neutrallage dezentriert wird, in der die Lenkbewegung erfolgt.

Im ausgelenkten Zustand unterstützt die Kraft der Zentrierfeder und der hinter dem Rückwirkungskolben angeordnete Druck in der Kammer die Zentrierung.

Der Grad der Verdrehung des Rückwirkungskolbens ist dabei ab! Ingig vorn Grad der Lenkradumdrehung.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die Achswerte so neutral gestaltet werden können, daß mit kleineren Lenkgetrieben größere, bzw. schwerere Fahrzeuge gelenkt werden können. Auf diese Weise läßt sich ggf. eine sonst erforderliche Zweikreislenkung vermeiden.

Von Vorteil ist weiterhin, daß sich damit Kosten, Gewicht- und Energieeinsparungen ergeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kugelmutter-Hydrolenkung,

F i g. 2 eine Ansicht aus Richtung »x« in der F i g. 1 auf den Deckel des Lenkgetriebes.

In der Zeichnung ist eine Kugelmutter-Hydrolenkung dargestellt. In einem Lenkgehäuse sind ein Steuerventil, das aus einem Steuerschieber 1 und einer Steuerbüchse 2 besteht und ein Arbeitszylinder sowie ein mechanisches Lenkgetriebe vereint. Das Lenkgetriebe ist gleichzeitig als Druckräume 39 undi40 enthaltender" Arbeitszylinder für einen Kolben 3 ausgebildet, der bei Drehung eines Lenkspindelanschlusses 4 eine Axialbewegung ausführt. Der Kolben ist am Umfang mit einer Zahnstange 5 versehen, über die er mit einem Lenksegment, einer Lenkwelle 6 ifyZahneingriff steht.

Im Inneren des Kolbens 3 ist eine Gewindespindel 7 angeordnet. Die Verbindung zwischen Gewindespindel 7 und dem Kolben 3 wird durch eine Kugelkette 8 hergestellt.

Der Steuerschieber 1 ist spielfrei mit dem Lenkspindelanschluß 4 verbunden, während die Gewindespindel 7, die mit der Steuerbüchse 2 einteilig ausgebildet ist, über einen Rückwirkungskolben 9. eine innere Führungshülse 10 und eine äußere Führungshülse 11 mit dem Lenkspindelanschluß 4 in Verbindung steht

Der sm inneren der Gewindespindel 7 angeordnete Rückwirkungskolben 9 weist an seinem dem Steuerschieber zugewandten Ende eine V-förmige Einfräsung auf, der eine gleiche Einfräsung in dem Steuerschieber 1 gegenüberliegt Auf diese Weise entstehen nach der Montage gegenüberliegende parallele Schrägflächen 12 und 13. Diese Schrägflächen bilden somit eine V-förmige, über den Umfang verlaufende Nut, die eine Kugelreihe 14 enthält. Die Schrägflächen 12 und 13 und die Kugelreihen 14 stellen zusammen eine Mittenzentrierung für die Ventileinrichtung dar.

Ein Stift 15 zwischen der Steuei*->üchse 2 und dem Steuerschieber 1 dient als Axiallager und zwei im Steuerschieber 1 befestigte Zapfen 16 und 17 übernehmen die Axialführung des Steuerschiebers 1.

Die innere Führungshülse 10 ist am vorderen, dem Steuerschieber 1 zugewandten Ende über eine axialverschiebliche Verzahnung 18 mit dem Rückwirkungskolben 9 verbunden. Statt einer axialverschieblichen Verzahnung kann hierzu auch eine nut- und federartige Verbindung verwendet werden. Um einen Spielausgleich in radialer Richtung zu erreichen, ist die innere Führungshülse 10 im Bereich der axialverschieblichen Verzahnung 18 mit einem auslegerartigen Ringabsatz 19 versehen. Zusätzlich weist die innere Führungshülse HO im Bereich des Ringabsatzes 19 mehrere über den Umfang verteilte Schlitze 20 auf, die von der freien Stirnseite beginnen und koaxial zur Längsachse des Lenkgetriebes verlaufen. Auf diese Weise ist die innere Führungshülse in diesem Bereich federnd.

Die äußere Führungshulse 11 ist am Außenumfang fes' mit der Gewindespindel 7 verbunden. Am inneren Umfang ist sie an ihrem dem Steuerschieber zugewandten Ende über eine Schrägverzahnung, bzw ein Steilgewinde 21 mit der inneren Führungshulse 10 verbunden.

Das Steilgewinde 21 ist dabe> ebenfalls für einen radialen Spielausgleich auf einem auslegerartigen Ringabsatz 22 der äußeren Führungshulse U angeordnet und ist ebenfalls in diesem Bereich mit koaxial verlaufenden von der freien Stirnseite beginnenden, über den Umfang verteilten Schlitzen 23 versehen.

Anstelle eines Steilgewindes können auch mehrere über den Umfang verteilte Nocken, Stifte, Zähne o. dgl. angeo-dnet werden, die mit entsprechenden, auf einer Kurvenbahn verlaufenden, in der Gewindespindel angeordneten Nuten zuvimmenarbeiten.

Auf diese Weise kann ebenfalls die gewünschte ge genläufige Verdrehung des Drehstabes erreicht werden. Dabei kann die Kurvenform, bzw. das Steilgewinde 21 in Abhängigkeit -.on der gewünschten Zentrier- und Rücklaufeigenschaft gewählt werden. Dabei ist der Winkel der Verdrehung über die Kurvenform°n bzw. das Steilgewinde 21 beeinflußbar. Sp kann z. B. das Steilgewinde, bzw. die Kurvenführung im Bedarfsfalle so gewählt werden, daß sich ein überproportionaler Anstieg des Lenkwirike'S ergibt Damit läßt sich eine bessere Zentriereigenschaft erreichen.

In den freien Innenraum der inneren Führungshülse 10 ragt ein Gewindestift 24, der mit einem Gewinde 25

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in der inneren Umfangswand der inneren Führungsnut kungskolben 9 und der Gewindespindel 7 ein. se 10 zusammenarbeitet. Der Gewindestift 24 ist ein- Wenn dann vom Fahrzeugführer kein Drehmoment

stückig mit einem Deckel 26 des Lenkgehäuses ausge- auf das Lenkhandrad mehr ausgeübt wird, so ist hicrbildet. durch die Steuerbüchse 2 gegenüber dem Rückwir-

Zur Einstellung der Ventilneutralstellung bei der 5 kungskolben 9 bzw. dem Steuerschieber 1 so gegcnliiu-Montage ist der Deckel 26 in Umfangsrichtung einstell- fig verdreht, daß über entsprechende Steuerkanten nun bar mit dem Lenkgehäuse verbunden. Dies wird durch der bisher entlastete Druckraum mit Druckmittel vcr-Langlöcher 27 im Deckel erreicht, durch die in das sorgt wird, so daß die Lenkung entsprechend hydrau-Lenkgehäuse einschraubbare Schrauben 28 gesteckt lisch verstärkt selbsttätig in die Neutrallage zurückkchsind. Um jede beliebige Einstellung erreichen zu kön- 10 ren kann,

nen, ist zusätzlich noch ein weiterer Satz Gewindeboh- Das Gewinde 25 kann ggf. auch an einer anderen

rungen 29 in dem Lenkgehäuse vorhanden. Stelle angeordnet sein. Maßgebend ist lediglich, daß die

Zwischen der vorderen, dem Steuerschieber 1 züge- innere Führungshülse 10 mit einem Gewinde versehen wandten Stirnseite des Gewindestiftes 24 und dem hin- ist, das mit einem Gewindeteil zusammenarbeitet, weiteren, von dem Steuerschieber 1 abgewandten Ende des 15 ches fest in dem Lenkgehäuse oder in einem fest mir Rückwirkungskolbens 9 liegt eine Kammer 30, in der dem Lenkgehäuse verbundenen Teil zusammenarbeitet, sich eine Zentrierfeder 31 befindet, die sich auf einer . wodurch sich die notwendige Axialverschiebung ergibt. Seite an der Stirnseite des Gewindestiftes 24 und an der Statt einer Kugelmutter-Hydrolcnkung kann die cr-

anderen Seite an dem Rückwirkungskolben 9 abstützt. findungsgemäße Lösung auch bei einer Zahnstangcn-Die Kammer 30 ist über eine Bohrung 41 in dem Gewin- 20 hydrolenkung verwendet werden.

destift 24, einen Ringraum 32 und über Bohrungen 33,

34 und 35 mit einem Zulauf 36 für das Druckmittel ver- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

bunden. Der Druckmittelrücklauf erfolgt in üblicher

Weise über eine Querbohrung 37 und den Innenraum der Gewindespindel 7 zu einem Rücklaufanschluß 38.

Das Lenkgetriebe funktioniert nun folgendermaßen:

Die hydraulische Verstärkung der Lenkbewegung erfolgt auf übliche Weise über Steuerkanten und Nuten, weshalb diese nicht näher dargestellt sind. Je nach Stellung des verdrehbaren Steuerschiebers 1 wird über Bohrungen und Kanäle entweder der Druckraum 39 oder 40 mit Druckmittel von dem Druckmittelanschluß 36 versorgt.

In die Kammer 30 wird über die Leitungen 35, 34. 33, den Ringraum 32 und die Bohrung 41 in dem Gewindestift 24 ein beim Lenken wirksamer Druck eingeleitet. Dadurch wirkt auch der in dem entsprechenden Druckraum 39 oder 40 herrschende Arbeitsdruck auf die hintere Stirnfläche des Rückwirkungskolbens 9. Die Kraft des Arbeitsdruckes auf diese Stirnfläche wirkt somit zusätzlich zur Kraft der Zentrierfeder 31 auf den Rückwirkungskolben 9. der seinerseits über die Mittenzentrierung der Schrägflächen 12 und 13 und der Kugelführung 14 eine entsprechende Rückstellkraft auf den Steuerschieber und damit auf das Lenkhandrad ausübt. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein vom Lenkwiderstand an den gelenkten Rädern abhängiges Fahrgefühl vermittelt.

Während der Lenkbewegung wird nun die Lenkspindel 7 verdreht, wobei sich durch das Gewinde 25 eine axiale Verschiebung der inneren Führungshülse 10 ergibt. Gleichzeitig wird die äußere Führungshülse 11 aufgrund des Steilgewindes 21 (oder ggf. einer entsprechenden Kurvenführung) relativ zu der inneren Führungshülse 10 und damit auch die Gewindespindel 7 relativ verdreht Die Verdrehung ist dabei gegenläufig zur Drehrichtung des Lenkspindelanschlusses bzw. der Gewindespindel 7. Hierzu sind die Steigungsrichtungen des Steilgewindes 21 und des in der Führungshülse 10 angeordneten Gewindes 25 so gewählt, daß bei einem eo Lenkeinschlag die Gewindespindel 7 und damit die Steuerbüchse 2 gegenüber dem Steuerschieber 1 in derselben Drehrichtung aus der Neutralstellung dezentriert wird, in der die Lenkbewegung erfolgt. Aufgrund der verdrehfesten Verbindung zwischen der inneren Führungshülse 10 und dem Rückwirkungskolben 9 über die axial verschiebliche Verzahnung 19 stellt sich damit auch eine Relativverdrehung zwischen dem Rückwir-

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Hilfskraftlenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, das in einem Lenkgehäuse einen Arbeitskolben enthält, der über ein Drehschieberlenkventil mit Druckmittel beaufschlagt wird, dessen Steuerbüchse eine Verlängerung einer mit dem Arbeitskolben in Eingriff befindlichen Gewindespindel bildet und dessen Steuerschieber durch ein Lenkorgan betätigbar ist und sich zur Erzeugung einer hydraulischen Rückwirkungskraft sowie einer Ventilmittenzentrierung über an seiner einen Stirnseite befindliche Schrägflächen mit einem Rückwirkungskolben in Eingriff befindet, der in Verlängerung des Steuerschiebers in einem freien Innenraum der Gewindespindel angeordnet ist und axial gegen den Steuerschieber belastet ist, wobei das vom Steuerschieber abgelegene Ende des Rückwirkungskolbens über Koppelorgane an eine in der Gewindespindel gelagerte und mit dieser fest verbundene Führungshülse angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwirkungskolben (9) von einer inneren Führungshülse (10) umgeben ist und beide Teile verdrehfest, aber in axialer Richtung gegeneinander verschiebbar miteinander verbunden sind, daß die innere Führungshülse (10) mil der in der Gewindespindel (7) gelagerten Führungshülse (11) über ein Steilgewinde (21) mit konstanter oder nicht konstanter Steigung verbunden ist und daß die innere Führungshülse (10) in einer axialen Bohrung ein Gewinde (25) aufweist, in das ein an einem feststehenden Teil des Lenkgehäuses sitzendes Gewinde eingreift, wobei die Steigungsrichtungen des Steilgewindes (21) und des in der Führungshülse ("O) angeordneten Gewindes (25) so gewählt sind, daß bei einem Lenkeinschiag die Gewindespindel (7) und damit die Sieuerbüchse (2) gegenüber dem Steuerschieber (1) in derselben Drehrichtung aus der Neutralstellung dezentriert wird, in der die Lenkbewegung erfolgt.

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Führungshülse (10) mit einem Innengewinde (25) versehen ist und das Innengewinde mit einem Gewindestift (24) zusammenarbeitet, der an dem Lenkgehäuse befestigt ist.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindestift (24) mit einem Decke! (26) des Lenkgehäuses ein Teil bildet.

4. Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (26) zur Einstellung der Ventilneutralstellung in Umfangsrichtung einstellbar mit dem Lenkgehäuse verbindbar ist.

5. Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (26) über Schrauben (28), die in das Lenkgehäuse geschraubt sind und die durch in Umfangsrichtung liegende Langlöcher (27) im Deckel (26) gesteckt sind, mit dem Lenkgehäuse verbindbar ist.

6. Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindestift (24) mit einer Bohrung (41) versehen ist, deren eine Öffnung mit zum Druckmitteleinlaß (36) des Lenkgetriebes führenden Druckkanälen oder Druckleitungen (32, 33, 34,35) und deren andere Öffnung mil einer Kammer (30) in Verbindung steht, die durch das vom Steuerschieber abgelegene Ende des Rückwirkungskolbens abgeschlossen ist.

7. Lenkgetriebe nach Anspruch 6, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die innere Führungshülse (10) im Bereich ihrer axial verschieblichen Verbindung mit dem Rückwirkungskolben (9) einen auslegerartigen Ringabsatz (19) aufweist, der mit koaxial verlaufenden, von der freien Stirnseite beginnenden und über den Umfang verteilten Schlitzen (201 versehen ist.

8. Lenkgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gewindespindel gelagerte Führungshülse (11) im Bereich des Steilg^windes (21) einen auslegerartigen Ringabsatz (22) aufweist, der mit koaxial verlaufenden, von der freien Stirnseite beginnenden und über den Umfang verteilten Schlitzen (23) versehen isL

9. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steilgewinde über den Umfang verteilte Nocken, Stifte, Zähne o. dgl. aufweist, die in zugehörigen, im anderen Teil auf einer Kurvenbahn verlaufenden Nuten geführt sind.