DE4102913C2 - Vorderradlenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorderradlenkeinrichtung, welche auf die Lenkeinwirkung eines Fahrers anspricht und dem Lenken eines Satzes lenkbarer Vorderräder eines mit Rädern versehenen Fahrzeugs dient, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 3 und 4. Eine solche Einrichtung ist bekannt aus der DE 39 13 809 A1.

Im allgemeinen umfaßt eine herkömmliche Vorderradlenkeinrichtung dieser Art eine Eingangswelle, welche durch die Lenkeinwirkung des Fahrers in Drehung versetzt wird, sowie ein Ausgangsglied, welches in Wirkverbindung mit einem Satz lenkbarer Vorderräder steht, und zwar über ein Lenkgestänge. Ferner ist üblicherweise ein Verbindungsmechanismus in Form einer Zahnstange und eines Ritzels vorgesehen oder in Form eines Kugelschraubenmechanismus oder dergl. Einrichtungen dieser Art dienen der funktionellen Verbindung zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied. Bei einem solchen Verbindungsmechanismus ist jedoch das Versetzungshubverhältnis des Ausgangsgliedes relativ zu einem Drehwinkel des Lenkrades konstant, wie dies in Fig. 3 mit gestrichelter Linie dargestellt ist. Aus diesem Grunde wird das Gefühl des Fahrers für seine Lenkeinwirkung unzureichend, wenn das Lenkrad um einen großen Winkel aus der Neutralposition gedreht wird, und ein maximaler Drehwinkel des Lenkrades ist erforderlich zur Lenkung der Vorderräder um einen gewünschten, großen, maximalen Winkel (z. B. 540°). Falls das Versetzungshubverhältnis des Ausgangsgliedes erhöht wird zur Überwindung dieser Problematik, wird das Lenkgefühl des Fahrers bei seiner Lenkeinwirkung in der Anfangsstufe des Lenkens in der Nähe der Neutralposition des Lenkrades exzessiv.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorderradlenkeinrichtung zu schaffen, welche befähigt ist, das Lenkgefühl zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorderradlenkeinrichtung gemäß den Ansprüchen 1, 3 und 4 gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorderradlenkeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Hubbetrages einer Zahnstange als Funktion des Drehwinkels eines Lenkrades,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorderradlenkeinrichtung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Vorderradlenkeinrichtung mit einer Gehäuseanordnung 10, welche ein Ventilgehäuse 10a umfaßt sowie ein Zahnstangengehäuse 10b und ein Nockengehäuse 10c. Diese sind aneinander mit Bolzen befestigt. Wellen 11 und 12 sind koaxial zueinander angeordnet und drehbar im Ventilgehäuse 10a bzw. im Zahnstangengehäuse 10b gelagert. Sie sind durch eine Torsionsstange 15 zur Ermöglichung einer Relativdrehung miteinander verbunden. Eine seitliche Zahnstange 13 ist orthogonal zur Welle 12 angeordnet und axial bewegbar im Zahnstangengehäuse 10b gehaltert. Die Welle 12 steht in Wirkverbindung zur Zahnstange 13 mittels eines Verbindungsmechanismus 14. Letzterer umfaßt ein Ritzel 14a, welches einstückig am unteren Endbereich der Welle 12 vorgesehen ist und mit der Verzahnung 14b der Zahnstange 13 kämmt. Die Zahnstange 13 ist an entgegengesetzten Enden wirkungsmäßig mit einem Satz lenkbarer Vorderräder (nicht gezeigt) durch einen ebenfalls nicht dargestellten Lenkmechanismus verbunden.

Die Vorderradlenkeinrichtung ist mit einer drehbaren Ventilanordnung 20 zur Steuerung eines hydraulischen Kraftzylinders 30 versehen. Die drehbare Ventilanordnung 20 umfaßt einen Ventilrotor 21, welcher einstückig auf der Welle 11 vorgesehen ist, und eine Ventilhülse 22, welche innerhalb einer Innenbohrung des Ventilgehäuses 10a drehbar angeordnet ist und den Ventilrotor 21 umgibt und mit der Welle 12 durch einen radialen Stift 24 verbunden ist. Das Ventilgehäuse 10a hat eine Einlaßöffnung 26, eine Auslaßöffnung 27 und ein Paar Verteilungsöffnungen 28a, 28b. Der hydraulische Kraftzylinder 30 umfaßt ein Zylindergehäuse 31, in dem die Zahnstange 13 axial bewegbar und flüssigkeitsdicht angeordnet ist. Ein Kolben 32 ist auf der Zahnstange 13 befestigt und er unterteilt das Zylindergehäuse im Inneren des Zylinders 31 in ein Paar entgegengesetzte Strömungsmedienkammern. Die drehbare Ventilanordnung 20 ist mit ihren Verteilungsöffnungen 28a, 28b mit den Strömungsmedienkammern des Zylindergehäuses 31 verbunden, während die Einlaß- und Auslaßöffnungen 26 bzw. 27 mit einer hydraulischen Pumpe 35 und einem Strömungsmedienreservoir 36 verbunden sind. Das drehbare Ventil 20 wird, ansprechend auf die Relativdrehung der Wellen 11 und 12, betätigt im Sinne einer Steuerung der Zufuhr des hydraulischen Mediums unter Druck von der hydraulischen Pumpe 35 in eine der Kammern des Zylindergehäuses 31 und im Sinne einer Ausströmung des hydraulischen Mediums aus der anderen Kammer des Zylindergehäuses 31 in das Reservoir 36. Unter Steuerung durch das drehbare Ventil 20 wird der Kraftzylinder 30 aktiviert und übt eine hydraulische Hilfskraft über die Zahnstange 13 auf die Vorderräder aus, und zwar gemäß dem auf die Welle 11 ausgeübten Lenkdrehmoment.

Wie nachstehend beschrieben, steht die Welle 11 in Wirkverbindung mit der nichtgezeigten Lenkwelle, die mit einem nichtgezeigten Lenkrad verbunden ist. Eine Rohrwelle 40 ist auf einem Eingangsende der Welle 11 zur gemeinsamen Drehung mit derselben befestigt und mittels einer Befestigungsmutter 43 fixiert, welche über das Eingangsende der Welle 11 mit einer Zwischenlagscheibe 42 ausgeschraubt ist. Die Rohrwelle 40 hat einen axialen Vorsprung 41 in einer Position, welche radial um einen vorbestimmten Abstand A von der Drehachse O1 der Welle 11 versetzt ist. Ein Haltestift 41a ist in den axialen Vorsprung 41 eingeschraubt und liegt parallel zur Drehachse O1 der Welle 11. Eine Rolle 41b sitzt drehbar auf dem Haltestift 41a. Das Nockengehäuse 10c enthält eine drehbar gelagerte Eingangswelle 45. Die Drehachse O2 der Eingangswelle 45 liegt parallel zur Drehachse O1 der Welle 11, und zwar in einer Position, welche radial gegenüber der Drehachse O1 der Welle 11 versetzt ist, und zwar um einen kleineren Abstand B im Vergleich zum Abstand A. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, hat die Eingangswelle 45 einen kreisförmigen Flansch 45a, welcher mit einer radialen Nut 46 versehen ist, in die die Rolle 41b eingreift. Die Eingangswelle 45 steht in Wirkverbindung mit der Lenkwelle und wird durch die Lenkeinwirkung des Fahrers auf dem Lenkrad in Drehung versetzt.

Im Betrieb wird die Eingangswelle 45 durch die Lenkeinwirkung des Fahrers auf das Steuerrad in Drehung versetzt, und hierdurch wird die Welle 11 über die Rohrwelle 40 gedreht. In einem Zustand, in dem das Lenkrad in einer neutralen Position gehalten wird, befinden sich die Drehachsen O1, O2 der Welle 11 und der Eingangswelle 45 in Fluchtung mit der Drehachse der Rolle 41b auf einer gemeinsamen Ebene, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn die Eingangswelle 45 nach rechts oder nach links gedreht wird, wird die Rolle 41b radial auswärts gedreht entlang der Nut 46 unter Erhöhung des Winkels der Drehachse der Rolle 41b, relativ zur gemeinsamen Ebene der Drehachsen O1 und O2 der Welle 11 und der Eingangswelle 45. Dies hat zur Folge, daß das Drehwinkelverhältnis der Welle 11 relativ zur Eingangswelle 45 erhöht wird gemäß der Drehung des Lenkrades. Solch eine Drehcharakteristik der Welle 11 kann durch Veränderung der Abstände A und B eingestellt werden.

Die Drehung der Welle 11 wird auf die Welle 12 über die Torsionsstange 15 übertragen und sie wird in eine axiale Verschiebung der Zahnstange 13 des Verbindungsmechanismus 14 übersetzt. Somit wird gemäß der ausgezogenen Linie der Fig. 3 der axiale Verschiebungshub der Zahnstange 13 relativ zum Drehwinkel des Lenkrades allmählich in einer Anfangsstufe in der Nähe der Neutralposition erhöht und dann gemäß der Erhöhung des Drehwinkels des Lenkrades rasch erhöht. In ähnlicher Weise wird das Lenkwinkelverhältnis der Vorderräder relativ zum Drehwinkel des Lenkrades nicht linear erhöht gemäß der Erhöhung des Drehwinkels des Lenkrades. Dies hat zum Ergebnis, daß das Lenkgefühl des Fahrers bei seiner Lenkeinwirkung auf das Lenkrad so hergestellt wird, daß in der Anfangsstufe in der Nähe der Neutralposition kein unzureichendes Lenkgefühl beim Lenken vorliegt. Da das axiale Versetzungshubverhältnis der Zahnstange 13 relativ zum Drehwinkel des Ritzels 14a größer gemacht wird als dasjenige in einer herkömmlichen Vorderradlenkeinrichtung dieser Art, kann ein maximaler Drehwinkel des Lenkrades, welcher für das Lenken der Vorderräder um einen gewünschten, maximalen Winkel erforderlich ist, kleiner gemacht werden als bei einer herkömmlichen Vorderradlenkeinrichtung. Bei einer solchen Einwirkung auf das Lenkrad wird das Drehventil 20, ansprechend auf die Relativdrehung der Wellen 11 und 12, betätigt im Sinne der Aktivierung des Kraftzylinders 30 für die Beaufschlagung der Vorderräder mit einer hydraulischen Hilfskraft über die Zahnstange 13. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch ohne den Hilfskraftmechanismus bei einer Vorderradlenkeinrichtung angewendet werden.

Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Nockenmechanismus zwischen der Lenkwelle und der Welle 11 angeordnet. Daher ändert sich bei dieser Einrichtung das erforderliche manuelle Lenkdrehmoment zur Verdrillung der Torsionsstange in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Lenkrades, d. h. das manuelle Lenkdrehmoment ist in der anfänglichen Stufe in der Nähe der Neutralposition relativ klein, aber es wird in Abhängigkeit von einer Erhöhung des Drehwinkels des Lenkrades allmählich größer.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung bei der diese Problematik überwunden wird. Dabei ist der Nockenmechanismus zwischen einer Ventilanordnung 20′ und dem Verbindungsmechanismus 14′ angeordnet. Ein kreisförmiger Flansch 50 mit einer radialen Nut 51 ist in einem Gehäuse 10′ in koaxialer Beziehung zu einer Welle 12′ angeordnet. Die Drehung der Welle 12′ wird über einen Keil 50a auf den Flansch 50 übertragen. Ferner ist im Gehäuse 10′ eine Ausgangswelle 52 gelagert, welche um eine Achse O3 drehbar ist. Diese Achse ist um einen vorbestimmten Abstand B′ gegenüber der Drehachse der Welle 12′ versetzt. Die Ausgangswelle 52 ist mit einem Ritzel 52a versehen, welches mit einer Zahnstange 13′ kämmt. Ein Haltering 54 ist an dem Eingangsende der Ausgangswelle 52 angebracht für gemeinsame Drehung mit dieser. Ein Haltestift 55 ist in den Haltering 54 eingeschraubt, und zwar in einer Position, welche radial um einen vorbestimmten Abstand A′ gegenüber der Drehachse O3 der Ausgangswelle 52 versetzt ist. Er dient der drehbaren Lagerung einer Rolle 56, welche mit der Nut 51 zusammenwirkt. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet eine Zusatzrolle, welche durch ein zylindrisches Glied 58 gehaltert ist, das wiederum durch eine Feder zur Zahnstange 13′ hin gedrückt wird. Bei dieser zweiten Ausführungsform beträgt der maximale Drehwinkel des Lenkrades ±240°. Das Lenkrad steht in Wirkverbindung mit einer Eingangswelle 11′, welche über eine Torsionsstange 15′ mit der Welle 12′ verbunden ist. Wenn die Welle 12 gedreht wird, so wird diese Drehung über den vorerwähnten Nockenmechanismus auf die Ausgangswelle 52 übertragen. Hierdurch wird das Drehwinkelverhältnis der Ausgangswelle 52 relativ zur Welle 12′ erhöht, und zwar gemäß der Drehung des Lenkrads. Bei der zweiten Ausführungsform ändert sich das manuelle Lenkdrehmoment, welches für eine Verdrillung der Torsionsstange 15′ erforderlich ist nicht in Abhängigkeit von dem Drehwinkel, da das Lenkrad direkt mit der Ventileinrichtung 20′ verbunden ist. Aus diesem Grunde ist es möglich, ein konstantes Lenkgefühl des Fahrers zu erreichen, unabhängig von der Änderung des Lenkwinkels. Die Ventileinrichtung ist analog zu Fig. 1 mit einer Pumpe 35′ und einem Reservoir 36′ verbunden, somit mit einem Zylinder 30′ bis 32′, der über eine Kolbenstange 13′ auf die Zahnstange 13′ einwirkt.

Claims (4)

1. Vorderradlenkeinrichtung, welche durch Lenkeinwirkung des Fahrers betätigbar ist, zum Lenken eines Satzes lenkbarer Vorderräder, mit

• - einer Eingangswelle (45), welche durch die Lenkeinwirkung in Drehung versetzbar ist,
• - einer Ausgangswelle (11), welche über ein Ausgangsglied (13) und ein Lenkgestänge mit den Vorderrädern in Wirkverbindung steht, und
• - einem Verbindungsmechanismus zur funktionellen Verbindung der Eingangswelle (45) mit der Ausgangswelle (11),
  gekennzeichnet durch
• - einen axialen, exzentrischen Vorsprung (41) am Eingangsende der Ausgangswelle (11), welcher parallel zur Drehachse der Ausgangswelle (11) liegt und radial um einen vorbestimmten Abstand gegenüber der Drehachse der Ausgangswelle (11) versetzt ist;
• - einen Nocken (41b), welcher drehbar auf dem axialen Vorsprung (41) gehaltert ist;
• - einen Flansch (45a) an der parallel zur Ausgangswelle (11) angeordneten Eingangswelle (45), welcher zum Eingriff des Nockens (41b) eine radiale Nut (46) aufweist, und wobei die Drehachse der Eingangswelle (45) in einer radial relativ zur Drehachse der Ausgangswelle (11) versetzten Lage angeordnet ist, und zwar mit einem Abstand, welcher kleiner ist als der vorbestimmte Abstand zwischen der Drehachse der Ausgangswelle (11) und dem axialen Vorsprung (41).

2. Vorderradlenkeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der axiale Vorsprung (41) einstückig auf einer Rohrwelle (40) ausgebildet ist, welche am Eingangsende der Ausgangswelle (11) zur gemeinsamen Drehung mit dieser gehaltert ist, und wobei der Nocken (41b) als auf einem Halterungsstift (41a) gelagerte Rolle ausgebildet ist, wobei der Halterungsstift (41a) koaxial zu dem axialen Vorsprung (41) fixiert ist.

3. Vorderradlenkeinrichtung, welche durch Lenkeinwirkung des Fahrers betätigbar ist, zum Lenken eines Satzes lenkbarer Vorderräder, mit

• - einer Eingangswelle (45), welche durch Lenkeinwirkung in Drehung versetzbar ist,
• - einer Ausgangswelle (12), welche über ein Ausgangsglied (13) und ein Lenkgestänge mit den Vorderrädern in Wirkverbindung steht,
• - einem eine Zwischenwelle (11) umfassenden Verbindungsmechanismus zur funktionellen Verbindung der Eingangswelle (45) mit der Ausgangswelle (12), und
• - einer Hilfskrafteinrichtung, umfassend eine Torsionsstange (15) zwischen der Ausgangswelle (12) und der Zwischenwelle (11) sowie ein Drehventil (20), gekennzeichnet durch
  • einen axialen exzentrischen Vorsprung (41) am Eingangsende der Zwischenwelle (11), welche parallel, aber in einer radial relativ zur Drehachse der Eingangswelle (45) versetzten Lage angeordnet ist und zwar mit einem Abstand, welcher kleiner ist als die Exzentrizität des Vorsprungs (41);
  • eine Rolle (41b), welche drehbar auf dem Vorsprung (41) gehaltert ist;
  • einen Flansch (45a) an der Eingangswelle (45), welcher zum Eingriff der Rolle (41b) eine radiale Nut (46) aufweist;
  • die Anordnung des Drehventils (20) auf der Zwischenwelle (11), ansprechend auf eine Relativdrehung zwischen Zwischenwelle (11) und Ausgangswelle (12) zur Steuerung der Zufuhr eines hydraulischen Druckmediums von einer hydraulischen Druckquelle (35) in eine der gegenüberliegenden Kammern eines auf das Ausgangsglied (13) einwirkenden Kraftzylinders (30), wobei das hydraulische Medium aus der anderen Kammer des Kraftzylinders (30) in ein Reservoir (36) entlassen wird.

4. Vorderradlenkeinrichtung, welche durch Lenkeinwirkung des Fahrers betätigbar ist, zum Lenken eines Satzes lenkbarer Vorderräder, mit

• - einer Eingangswelle (11′), welche durch Lenkeinwirkung in Drehung versetzbar ist,
• - einer Ausgangswelle (52), welche über ein Ausgangsglied (13′) und ein Lenkgestänge mit den Vorderrädern in Wirkverbindung steht,
• - einem eine Zwischenwelle (12′) umfassenden Verbindungsmechanismus zur funktionellen Verbindung der Eingangswelle (11′) mit der Ausgangswelle (52), und
• - einer Hilfskrafteinrichtung, umfassend eine Torsionsstange (15′) zwischen der Eingangswelle (11′) und der Zwischenwelle (12′) sowie ein Drehventil (20′), gekennzeichnet durch
  • einen axialen exzentrischen Vorsprung (55) auf dem Eingangsende der Ausgangswelle (52), welche parallel, aber in einer radial relativ zur Drehachse der Zwischenwelle (12′) versetzten Lage angeordnet ist und zwar mit einem Abstand, welcher kleiner ist als die Exzentrizität des Vorsprungs (55);
  • eine Rolle (56), welche drehbar auf dem Vorsprung (55) gehaltert ist;
  • einen Flansch (50) an der Zwischenwelle (12′), welcher zum Eingriff der Rolle (56) eine radiale Nut (51) aufweist;
  • die Anordnung des Drehventils (20′) auf der Eingangswelle (11′) ansprechend auf eine Relativdrehung zwischen Eingangswelle (11′) und Zwischenwelle (12′) zur Steuerung der Zufuhr eines hydraulischen Druckmediums von einer hydraulischen Druckquelle (35′) in eine der gegenüberliegenden Kammern eines auf das Ausgangsglied (13′) einwirkenden Kraftzylinders (30′), wobei das hydraulische Medium aus der anderen Kammer des Kraftzylinders (30′) in ein Reservoir (36′) entlassen wird.