-
Durch einen zuschaltbaren Kraftantrieb unterstützte Lenksteuerung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine durch einen
zuschaltbaren Kraftantrieb unterstützte Lenksteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
wobei ein Servomotor mit zwei zueinander verstellbaren Ventilsteuergliedern sowie
von dem Flüssigkeitsdruck gesteuerte Stellglieder zum Zurückführen der Ventilsteuerglieder
in die neutrale Grundstellung vorgesehen sind.
-
Es sind bereits derartige Vorrichtungen schon vorgeschlagen worden,
bei denen die Steuereinrichtung durch eine zusätzliche Kraft unterstützt wird. Bei
diesen bekannten Einrichtungen kann jedoch der Flüssigkeitsdruck, der für die Unterstützung
der Steuerung herangezogen wird, nicht abgeschaltet werden, wenn er einen ganz bestimmten
Wert erreicht hat.
-
Die Erfindung betrifft eine Steuerung, mit der eine selbsttätige Abschaltung
des Flüssigkeitsdruckes dadurch möglich ist, daß erfindungsgemäß ein den Flüssigkeitsdruck
auf die Stellglieder auf
einem unter dem Höchstwert des Preßdruckes
in dem Servomotor liegenden Druck haltendes selbsttätiges Druckregelorgan vorgesehen
ist. Durch diese Einrichtung wird erreicht, daß der Flüssigkeitsdruck nur dann in
Wirkung tritt bei einer Lenksteuerung, die an und für sich von Hand betätigt wird,
wenn eine ganz bestimmte Kraft erforderlich ist, und der sich sodann wieder selbsttätig
abschaltet, wenn er unter einem bestimmten Wert verbleibt.
-
Das Druckregelorgan besteht dabei aus in einer Zylinderbohrung verschiebbaren
Kolben, die auf der einen Seite durch eine Feder und auf der anderen Seite durch
das Druckmittel belastet und denen in der Zylinderbohrung ausmündende Kanäle derart
zugeordnet sind, daß in der von der Feder bestimmten einen Endstellung der Kolben
der Weg des Druckmittels zu den Rückstellkolben und in der durch das den Federdruck
überwindende Druckmittel bestimmten anderen Endstellung der Kolben der Rücklauf
freigegeben wird, wobei in der Rücklaufleitung noch ein Rückschlagventil angeordnet
ist.
-
Die neue Ausbildung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt Fig. I einen Achsenschnitt nach der Linie I-I der Fig. 3, Fig.
2 und 3 Querschnitte nach den Linien 2-2 bzw. 3-3 der Fig. I, Fig. 4 und 5 zwei
in verschiedenen Ebenen liegende Teilschnitte nach den Linien 4-4 bzw. 5-5 der Fig.
3 und Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 3. Die Fig. I zeigt einen Achsenschnitt
durch den unteren Teil einer nach der Erfindung ausgebildeten Steuersäule eines
Kraftwagens. Diese besteht aus einem unteren Gehäuse Io, das als Zylinder für einen
Flüssigkeitsmotor dient. In dem Gehäuse Io ist ein Kolben I2 verschiebbar, der in
dem Zylinder Io eine untere Kammer I4 und eine obere Kammer I6 abteilt, die durch
die den Zylinder Io abschließenden Stirnplatten I8 und 2o begrenzt sind. Der Kolben
I2 besteht aus den drei Teilen 22, 24, 26, wobei die beiden Endteile 22, 26 mit
dem Mittelstück durch Bolzen 28 und Muttern 3o (Fig. 2) verbunden sind. Die Bolzen
28 sind mit geringem Spiel in Augen des Mittelstückes 24 geführt und in Gewindelöcher
der Endteile eingeschraubt (Fig. 6). Die Muttern halten die Endteile 22, 26 fest
auf dem Mittelstück, so daß die drei Teile als einheitlicher Kolben in dem Zylinder
Io verschoben werden können, wobei aber dem Mittelstück 24 eine gewisse Querverschiebbarkeit
verbleibt. Die beiden Endteile tragen Dichtungsringe, um Leckverluste aus den Kammern
I4, I6 zu verhindern.
-
Das Mittelstück 24 ist mit einer ein Gewinde aufweisenden Bohrung
versehen, in der die Steuerstange 32 geführt ist. Die Steuerstange 32 hat im Bereich
des Mittelstückes 24 eine entsprechende Gewinderille, wobei die Kupplung zwischen
den Teilen 24, 32 durch in den Gewinderillen laufende Kugeln 34 geschaffen ist.
Das Mittelstück trägt ein an seinen Gewindegang angeschlossenes Röhrchen 36, das
durch eine Schelle 38 gehalten ist, um die an dem einen Ende des Gewindeganges angelangten
Kugeln dem anderen Ende wieder zuzuführen. Das Mittelstück 24 hat einen äußeren
rechteckigen Querschnitt und ist an einer Seite mit einer Reihe von Zähnen versehen,
die eine Zahnstange 4o bilden und mit einem Zahnsegment 42 zusammenarbeiten. Das
Segment 42 sitzt auf einer Querachse 44, die mit dem einen Ende aus dem Zylindergehäuse
Io herausgeführt ist und einen nicht dargestellten Lenkschenkel od. dgl. trägt,
durch den beim Verdrehen der Querachse 44 in der einen oder anderen Richtung die
Fahrzeugräder nach der einen oder anderen Seite eingeschlagen werden. Um jedes Spiel
zwischen der Zahnstange 4o und dem Segment 42 auszuschließen, liegen die Zähne dieser
beiden Teile leicht zu der Querachse 44 geneigt (Fig. 2). Die Querachse 44 ist durch
eine Stellschraube 44a nachstellbar. Beim Nachstellen wirken die Zähne des Segments
42 wie Keile gegen die Zähne der Zähnstange 4o. Diese können dabei nicht ausweichen,
da sie einen festen Teil des Kolbens I2 bilden. Es kann daher durch Nachstellen
der Querachse 44 jedes Spiel zwischen den Teilen 4o, 42- ausgeschlossen werden.
Diese feste Anlage zwischen dem Segment 42' und der Zahnstange 4o sowie die Querkomponente
des Flächendruckes zwischen diesen Teilen führen zu einem Querdruck auf das Mittelstück
24, das dabei gegen die Steuerstange 32 gedrückt wird. Da das Mittelstück 24 gegenüber
den Endteilen 22, 26 des Kolbens I2 quer verschiebbar ist, werden alle Querbelastungen
von der Steuerstange 32 aufgenommen und nicht auf die Endteile 22, 26 des Kolbens
I2 übertragen.
-
Die Steuerstange 32 ist oberhalb und unterhalb des Mittelstückes 24
des Kolbens I2 in Büchsen 50, 52 geführt, die von den Stirnplatten I8, 2o nach innen
aufragen. Die Außenwände der Büchsen 5o, 52 dienen gleichzeitig als innere Gleitführung
für die Endteile 22, 26 des Kolbens I2, wobei Dichtungsringe 53 das Entstehen von
Leckverlusten aus den Kammern I4, I6 auch an diesen Gleitflächen verhindern.
-
Die Steuerstange 32 trägt über eine Kuppelverbindung 55 eine Bedienungsstange
54, auf deren oberem Ende das nicht dargestellte Lenkrad sitzt. Die Kupplung 55,
die durch ein Gehäuse 57 abgedeckt ist, läßt ohne Axialverschiebung des oberen Teiles
54 eine begrenzte Axialbewegung der Steuerstange 32 zu.
-
Beim Verdrehen der Teile 54, 32 zum Einschlagen der Fahrzeugräder
nach der einen oder anderen Seite ergibt sich zwischen den Teilen 32, 24 eine Axialkomponente,
die versucht, die Steuerstange 32 je nach der Drehrichtung nach unten oder oben
zu verschieben. Zum Auffangen dieser axialen Verschiebekräfte sind, besondere nachgiebige
Glieder vorgesehen, die beim Auftreten einer bestimmten Steuerkraft nachgeben und
dabei Steuerventile freigeben,, um einem Druckmittel dem; Zutritt zu den Kamm.e-rn
14 bzw. 16 frenzu;-geben, durch das, der Kolben 12i so weit verschoben
wird,
daß die Steuerstange 32 wieder die Grundstellung einnimmt. Der von den Teilen Io,
I2 gebildete Flüssigkeitsmotor bildet somit eine Art Servo-Motor.
-
Die Ventileinrichtung ergibt sich aus der Fig. I. Sie besteht aus
einem auf die Stirnplatte 2o aufgesetzten Gehäuse 6o, das zu dem Zylindergehäuse
Io und dem Kupplungsgehäuse 57 achsgerecht ausgerichtet ist und eine Mittelbohrung
hat, deren Wandung mit zwei Umfangsnuten 62, 64 versehen ist. In dieser Bohrung
ist ein hohlzylindrischer Ventilkörper 66 verschiebbar geführt, der an der Außenseite
mit drei Umfangsnuten 7o, 72 und 74 versehen ist. Der Ventilkörper 66, dessen Nuten
7o, 72, 74 mit den Nuten 62, 64 des Gehäuses 6o in Deckung gebracht werden können,
sitzt auf der Steuerstange 32 und ist mit dieser axial verschiebbar, während das
Gehäuse 6o ortsfest mit dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist. Das Gehäuse 6o
ist mit einer Radialbohrung 76 versehen (Fig. 5), die in der Grundstellung der Teile
im Bereich der Umfangsnut 72 des Körpers 66 ausmündet. Damit ist diese Nut 72 ständig
an die Druckmittelquelle angeschlossen, während die Nuten 7o und 74 an einen Auslaß
78 (Fig. I und 3) des Gehäuses 6o führen, durch den das Druckmittel dem Ansaugbehälter
für die Pumpe wieder zugeführt wird. Von der Nut 62 des Gehäuses 6o geht eine Bohrung
8o aus, die zu der oberen Kammer 16 führt, während die Nut 64 durch eine Bohrung
82 (Fig. 6) an die untere Kammer I4 angeschlossen ist. Die Anordnung der Nuten 7o,
72, 74 und 62, 64 ist so getroffen, daß in der Grundstellung der Teile eine geringe
Überschneidung zwischen den einander folgenden Nuten 7o, 62, 72, 64, 74 vorliegt,
so daß in der Grundstellung nach der Fig. I das nach dar Bohrung 76 geförderte Druckmittel
sich über die Nut 72 gleichmäßig nach den Nuten 62, 64 und 7o, 74 verteilt, über
welche es der Rücklaufbohrung 78 zugeführt wird. Diese Überschneidungen zwischen
den Nuten des Gehäuses 6o und denjenigen des Ventilkörpers 66 ändern sich aber beim
Verschieben des Körpers 66 in dem Gehäuse 6o. Es wird dann die Überschneidung der
Mittelnut 72 mit der einen oder anderen Gehäusenut 62, 64 vergrößert bzw. verringert,
wobei gleichzeitig eine Vergrößerung bzw. Verringerung mit der Überschneidung mit
den entsprechenden Rücklaufrillen 7o,74 erfolgt. Wenn beispielsweise der Ventilkörper
66 nach oben verschoben wird und dabei die Stellung nach der Fig. I einnimmt, dann
vergrößert sich die Überschneidung zwischen den Nuten 72 und 62, so daß ein größerer
Anteil des Druckmittels nach der Kammer I6 gefördert wird, während gleichzeitig
die Überschneidung zwischen den Nuten 62, 7o verringert und völlig aufgehoben wird,
wenn der Ventilkörper 66 die eine Endstellung einnimmt, wobei der ganze Verschiebeweg
des Ventilkörpers 66 nur wenige Millimeter beträgt. Durch die Verschiebung des Ventilkörpers
66 wird in dessen Endstellung die Verbindung zwischen den Nuten 72 und 64 unterbrochen,
von denen die letztere an die Kammer I4 angeschlossen ist, während die Überschneidung
der Nuten 64 und 74 zunimmt, um den Auslaß des Druckmittels aus der Kammer I4 zu
erleichtern.
-
Die axiale Verschiebebewegung des Ventilkörpers 66 wird durch die
Axialverschiebung der Steuerstange 32 bewirkt, die zwar gegenüber dem Ventilkörper
66 verschiebber ist, deren Verschiebebewegung aber durch Übersetzungshebel 86, 88
auf den Ventilkörper 66 übertragen wird. Diese Hebel sind so ausgebildet und gelagert,
daß sich gegenüber dem Weg der Steuerstange 32 ein größerer Verschiebeweg des Ventilkörpers
66 ergibt. Die Hebel 86, 88 liegen mit den einen Enden an den Stirnflächen des Ventilkörpers
66 und stützen sich mit den anderen Enden auf Schultern des Gehäuses 6o ab. Sie
liegen mit von ihrer Rückseite ausgehenden Nasen an Scheiben 9o, 92 der Steuersäule
32 an. Die Scheiben 9o und 92 sind durch eine Abstandshülse 94 voneinander und durch
eine Mutter 96 an einem Bundring 98 der Steuerstange 32 gehalten, wobei gegebenenfalls
noch andere Abstandsglieder eingelegt sein können. Die Mutter 96, die Scheibe 9o
und der Hebel 86 liegen in der Kammer 56 des Gehäuses 57. Der Bundring 98, die Scheibe
92 und der Hebel 88 sind in einer Kammer 99 des Endstückes 2o untergebracht. Je
nach der Verschieberichtung der Steuerstange wird der eine oder andere Übersetzungshebel
86, 88 verschwenkt und verschiebt dabei den Ventilkörper 66 in der gleichen Richtung
um einen entsprechend größeren Betrag.
-
Die Fig. 4 zeigt die Richtglieder, die versuchen, die Steuerstange
32 in der neutralen Mittelstellung nach der Fig. I zu halten Da die Steuerstange
32 und die Scheiben 9o, 92 durch eine Schwerkraftskomponente nach unten beeinflußt
werden, ist eine diese Komponente ausgleichende Gegenkraft vorgesehen, die aus einem
in eine Bohrung der oberen Stirnfläche des Gehäuses 6o eingesetzten Kolben Ioo besteht,
der durch eine Feder Io2 belastet ist, die ihn gegen die Scheibe 9o drückt. In zwei
einander gegenüberliegenden, achsparallelen Bohrungen .des Gehäuses ,6o sind je
zwei Hohlkörper io8, iio .geführt, die durch je eine Feder 104, i o6 gegen die benachbarten
Stirnflächen des Gehäuses 57 und des Endstückes 2o des Kolbens 12. gedrückt werden.
In der Grundstellung der Teile liegen die Hohlkolbenio8, i io auch an den Scheiben
9o, _92 an. Mit dem Verschieben des Ventifkärpers 6o in der einen oder anderen Richtung
wird auch jeweils die in der Verschieberichtung vorn liegende Scheibe 9o bzw. 92
von dem benachbarten Hohlkolben io8 bzw. iio abgehoben, während die jeweils andere
Scheibe den an ihr anliegenden Kolben von der Stirnfläche des Gehäuses 57 bzw. des
Endteiles 2o abhebt, wodurch die Federn 104, io6 gespannt werden und versuchen,
die Verstelleinheit wieder in die Grundstellung zurückzubringen.
-
Die die Federn io4, io6 aufnehmenden Aussparungen der Hohlkolben i
o8, iio bilden je eine Kammer i i i, die durch eine Leitung 112 miteinander verbunden
und durch eine Leitung 116 an eine Bohrung 114 angeschlossen sind. Von der
Bohrung
II4 führt ein Kanal II8 zu der Mittelbohrung des Ventilkörpers 6o, und zwar an einer
Stelle, die der Einlaßbohrung 76 gegenüberliegt, die in ständiger Verbindung mit
der Nut 72 der Ventilbüchse 66 steht. Da die Kammern III somit in ständiger Verbindung
mit der Einlaßbohrung 76 stehen, unterstützt der Flüssigkeitsdruck in den Kammern
III die Wirkung der Federn Io8, IIo, wobei die dadurch ausgeübte Kraft abhängig
ist von dem Flüssigkeitsdruck in der Einlaßbohrung 76. Wenn somit die Steuerstange
32 derart axial bewegt wird, daß die Ventilbüchse 66 verschoben wird, ergibt sich
in der Einlaßbohrung 76 ein Druckaufbau, da das Druckmittel einer der beiden Kammern
I4, I6 zugeführt wird, um den Kolben I2 zu verschieben. Der sich dabei in der Einlaßbohrung
76 einstellende Druck überträgt sich dabei auf die von den Kolben Io8, IIo umschlossenen
Kammern III und verstärkt dabei die die Steuerstange 32 in die Grundstellung zurückzubringen
versuchende Kraft.
-
Der Lenkwiderstand kann zuweilen eine erhebliche Größe annehmen, die
dem Kraftaufwand entspricht, der erforderlich ist, um bei stehendem Fahrzeug die
Räder einzuschlagen. Wenn sich ein derart großer Lenkwiderstand bereits beim Verschieben
des Ventilkörpers durch geringe Verdrehung der Steuerstange einstellt, der etwa
darauf beruhen kann, daß eines der Lenkräder in einer Rille läuft oder. an einen
Bordstein anstößf,- steigt der Druck in .der Einlaßbohzung 76 stark an, und dieser
Druck überträgt sich durch die Leitungen 118, 114, 116, 112 den Kammern
i i i. Sobald der Druck in diesen Kammern den Höchstdruck der Pumpe erreicht hat,
wirkt auf die Hohlkolben io8, i io eine sehr erhebliche Kraft, die versucht, die
Steuerstange in die Grundstellung zurückzubringen und dabei die Steuerstange 32
entgegen der von dem Fahrer aufgewendeten Kraft Zurückzudrehen Es führt also der
große Widerstand gegen Einschlagen der Fahrzeugräder zu einem entsprechend großen
Rückdruck, der noch zusätzlich überwunden werden muß, um die Lenkräder einschlagen
zu können. Das Auftreten derart großer Rückstellkräfte wird nach der Erfindung dadurch
verhütet, daß der Zufluß des Druckmittels zu den die Rückführung in die Grundstellung
bewirkenden Gliedern selbsttätig abgeschlossen wird, wenn der Flüssigkeitsdruck
in diesen einen bestimmten Wert erreicht.-Es wird dadurch erreicht, daß der Lenkwideristand
bis zu einer bestimmten Größe erfühlt werden kann, der Kraftaufwand zum Lenken .aber
einen bestimmten Höchstwert nicht übersteigt. Hierzu isst in der Bohrung 114 ein
Steuerkörper verschiebbar geführt, der aus zwei durch eine Stange 124 miteinander.
verbundenen Kolben r2o, 122 besteht. Der Steuerkörper i2o, 122, 124 ist von einer
Feder 126 an einem festen Endanschlag 12'8 gehalten. Der Kanal i 18, der die Bohrung
i 14- mit denn Einlaß 76 verbindet, mündet mit einer Gabelung 130, 132 in die Bohrung
114 aus, wobei die beiden Gabelarme 130, 132 so geführt sind,. d.aß in der Grundstellung
nach der Fig: 5 der Arm 132 in die Bohrung 114 hinter der freien Stirnfläche des
Kolbens z22 ausmündet, während der Gabelarm 130 im Bereich Ader Kolbenstange r24
in die Bohrung, 114 ausläuft. Von der Bohrung 114 ist eine Ableitung 134
abgezweigt, die zu einer Stelle führt, die in ständiger Verbindung mit der Auslaßbohrung
78 steht. Die Ableitung 134 ist in der Grundstellung der; Teile durch den Kolben
i2o abgeschlossen und nimmt außerdem noch ein federbelastetes Rückschlagventil 136
auf, das erst bei einem gewissen Überdruck den Ablauf aus .der Leitung 134 freigibt.
-
Der in der Zuleitung 76 herrschende Druck wird durch die Zweigleitung
132, 'auf die Bohrung 114 übertragen und beaufschlagt dabei die Endfläche
des Kolbens 122 entgegen der Wirkung der Feder 126, während der ,durch die Zweigleitung
130 zwischen .den beiden miteinander verbundenen Kolben i2o, 122 aufgebaute Druck
ohne Wirkung bleibt. Sobald der Druck aus der Zweigleitung 132 gegen die Stirnfläche
des Kolbens 122 die Kraft der Feder 126 überwindet, werden die Kolben 122, i2o nach
links (Fig. 5) verschoben, wodurch der Kanal i 16 und die Kammer i i i von der Leitung
i18 abgeschlossen- uild,mit der Auslaßbohrung 134 verbunden werden. Der in den Kammern
i i i aufgebaute Druck wird somit auf einen durch das Ventil 136 bestimmten Restdruck
abgebaut.
-
Bei einem Ausfall der das System mit dem Druckmittel beliefernden
Pumpe verbleibt ,die reine Handsteuerung. Der Kolben 12 wirkt- dann als Pumpenkolben,
der in Verbindung mit ' der verbleibenden Verschiebebewegung der Ventilhülse 66
nunmehr beim Verdrehen der Steuerstange 32 versucht, -aus der Zuleitung 76 Flüssigkeit
anzusaugen und in die Auslaßbohrung 78 zu drücken. Um eine Förderung des Druckmittels
und dessen Absaugen aus dem Vorratsbehälter zu verhindern, ist zwischen dem Einlaß
76 und dem Auslaß 78 eine Querverbindung i4o vorgesehen, die von der Einlaßbohrung
76 zu der Kammer 99 führt; die ihrerseits durch eine Bohrung i42 an die Auslaßbohrurng
78 angeschlossen ist. Ein durch eine Feder 146 belastetes @ Rückschlagventfl 144
in der Bohrung 140 verhindert den Austritt von Druckmittel aus der. Eiulaßbohrung
76 in die Kammer 99, `läßt aber den freien Durchfluß in der umgekehrten Richtung
zu.