DE2358184A1

DE2358184A1 - Servolenkeinrichtung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2358184A1
Application number: DE2358184A
Authority: DE
Inventors: Guenther Strauff
Original assignee: Langen and Co
Current assignee: Langen and Co
Priority date: 1973-11-22
Filing date: 1973-11-22
Publication date: 1975-06-05
Also published as: FR2252242B1; US3945456A; GB1485277A; FR2252242A1; IT1022289B; DE2358184C2; JPS5083940A

Description

Patentanmeldung

Gegenstand: Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge Anmelder: Langen & Co, 4000 Düsseldorf, Klosterstr. 49

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkeinrichtunq für Kraftfahrzeuge mit einer mit dem Lenkrad in Wirkverbindung stehenden, ein Gehäuse dicht durchdringenden und in einen Zylinderraum innerhalb des Gehäuses hineinragenden Lenkschneckenwelle, die in eine axial verschiebbare,auf ein v/eiteres Getriebeglied z. B. durch eine Verzahnung einwirkende Lenkmutter eingreift, die gleichzeitig als Servokolben innerhalb des Zylinderraumes wirkt oder aber mit einem Servokolben in axialer Richtung gesehen fest verbunden ist, wobei der Zylinderraum durch den Servokolben in zwei dicht voneinander getrennte Arbeitsräume geteilt wird und wobei die Lenkmutter in einem von der als Servokolben ausgebildeten Partie bzw. in einem von dem Servokolben entfernten Bereich an ihrem äußeren Mantel einen in Achsrichtung verlaufenden, sich radial nach außen erstreckenden Hebel besitzt, dessen axiale Erstreckung mindestens dem Hub des Servokolbens entspricht und der in eine achsparallele Nut im Gehäuse eingreift, welche so bemessen ist, daß der Hebel ge*- ringe Kippbewegungen relativ zum Gehäuse ausführen kann, wenn die Lenkmutter infolge Drehmoment und Steigung der Lenkschneckennuten bei einer Drehung der Lenkschneckenwelle ebenfalls in Drehung versetzt wird, wobei die Kippbewegungen zum Betätigen mindestens eines im Gehäuse senkrecht zur Achsrichtung angeordneten Ventilgliedes dienen in der Weise, daß-der Zufluß eines Druckmittels zu bzw. der Abfluß des Druckmittels aus einem Arbeitsraum so gesteuert werden, daß die durch die Lenkschneckenwelle eingeleitete Bewegung der Lenkmutter in axialer Richtung unterstützt

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wird, wobei das Ventilglied oder die Ventilglieder von den Drücken in den Arbeitsräumen beaufschlagte Reaktionsflächen besitzen oder mit entsprechenden Reaktionsgliedern in Wirkverbindung stehen, um dem Fahrzeuglenker ein Lenkgefühl übermitteln zu können.

Herkömmliche Servolenkeinrichtungen dieser Art wurden bisher so ausgeführt, daß die durch den Servokolben innerhalb des Zylinderrauins abgeteilten Arbeitsräume im wesentlichen die gleichen Wirkflächen besaßen. Dementsprechend hatten das Ventilglied oder die Ventilglieder die Funktion eines 4/3-Wegeventils, d. h. wenn ein Arbeitsraum mit einer Druckquelle verbunden wurde, stand der andere Arbeitsraum mit einem Ablauf in Verbindung und umgekehrt. In einer Mittelstellung waren dabei entweder alle Anschlüsse gesperrt oder zumindest teilweise miteinander verbunden. Die so entstehende Art der Steuerung ist auch unter dem Namen "Vier-Kanten-Steuerung" bekannt, da das Ventilglied oder die Ventilglieder vier Steuerkanten aufweisen müssen.

Sofern bei einer Vier-Kanten-Steuerung in einer Mittelstellung die Druckzuleitung gesperrt wird, können sich beim Aufsteuern einer Verbindung hydraulische Schläge, ruckartige Bewegungen im Lenksystem und unerwünschte Geräuschentwicklung ergeben. Zur Vermeidung dieser Erscheinungen ist bereits bei Servolenkungen anderer Art vorgeschlagen worden, sogenannte Zwei-Kanten-Steuerungen zu benutzen. Zwei-Kanten-Steuerungen benötigen für ihre Funktion einen Differentialmotor, also einen Servomotor mit zwei verschieden großen Wirkflächen, welche sich üblicherweise wie 2:1 verhalten. Die kleinere wirksame Fläche ist permanent vom Druck der Druckquelle beaufschlagt, während der Arbeitsraum mit der größeren Wirkfläche über ein Ventilglied, welches die Funktion eines 3/3-Wegeventils besitzt, wechselweise mit der Druckquelle oder einem Ablauf verbunden wird, während je nach Ausbildung des Ventilgliedes in dessen

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Mittelstellung diese Verbindungen sperrt oder zumindest drosselt. , .. ■ . "■"-.■."""-'

Bei Servolenkeinrichtungen der eingangs erwähnten Art war es bisher auch nicht möglich, bei kleinen äußeren Kräften an den gelenkten Rädern, wie es z, B. bei Glatteis .oder schnellen Autobahnfahrten bekannt ist, ohne hydraulische ServounterStützung mit Hilfe einer im wesentlichen rein mechanischen Kraftübertragung zu lenken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Servolenkeinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß unterhalb einer Grenzbetätigüngskraft eine rein mechanische Kraftübertragung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern erfolgen kann. Bei überschreiten der Grenzbetätigungskraft soll dann die hydraulische Servouhterstützung einsetzen, wobei der Ariteil der Servounterstützung allmählich anwachsen soll. Weiterhin sollen die Vorteile einer Zwei-Kanten-Steuerung nutzbar gemacht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Servokolben als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen wirksame Flächen sich vorzugsweise wie 1 : 2 verhalten, wobei der der kleineren wirksamen Fläche zugeordnete Arbeitsraum permanent mit der Druckquelle verbunden ist, während der andere Arbeitsraum von einem Ventilglied in Form eines als Stufenkolben ausgebildeten 3/3-Wege-Steüerkolbens mit der Druckquelle oder einem Ablauf verbunden oder aber abgesperrt wird, wobei der Steuerkolben zwei Reaktiöhsflachen aufweist, deren Größen sich ebenfalls verhalten wie die wirksamen Flächen des Servokolbens und die von den Drücken der zugeordneten Arbeitsräume beaufschlagt werden, wobei die Betätigung des Steuerkolbens über

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mindestens eine Regelfeder durch einen Hilfskolben erfolgt, der von mindestens einer vorgespannten Feder gegenüber dem Gehäuse zentriert ist und seinerseits von dem mit der Lenkmutter verbundenen Hebel betätigt wird. Zweckmäßigerweise sind Hilfskolben und Steuerkolben koaxial zueinander angeordnet. Die der Zentrierung des Hilfskolbens dienende Feder sollte doppelt wirkend sein, so daß sich in beiden Bewegungsrichtungen genau der gleiche Bewegungswiderstand ergibt. Insbesondere in solchen Fällen, in denen sich der Hebel innerhalb eines druckbeaufschlagten Arbeitsraumes befindet, sollte der Hilfskolben die Nut beidseitig gegenüber der den Hilfskolben führenden Bohrung abdichten. Zur Vermeidung fertigungstechnisch schwierig beherrschbarer Doppelzentrierungen kann der gestufte Steuerkolben mehrteilig ausgeführt sein, wobei als Reaktionsflächen die freien Stirnflächen dienen. Ausgezeichnete Einbauverhältnisse ergeben sich, wenn der Steuerkolben in einen Steuerteil mit stirnseitiger Reaktionsfläche und einen Reaktionsteil mit stirnseitiger Reaktionsfläche geteilt wird, wobei der Reaktionsteil den Hilfskolben axial durchdringt und mit seinem freien Ende in eine Gehäusebohrung oder eine Bohrung innerhalb einer fest mit -öem Gehäuse verbundenen Buchse eintaucht,während der Steuerteil vorzugsweise in einer gehäusefesten Steuerbuchse gleitet. Es ist darüberhinaus auch möglich, den Reaktionsteil zweiteilig auszuführen. Die Regelfeder greift in günstiger Weise am Reaktionsteil an. Eine Zentrierung des Steuerkolbens läßt sich durch die Verwendung zweier gegeneinander geschalteter, vorgespannter Regelfedern erzielen, die zu beiden Seiten des Hilfskolbens zwischen diesem und Anschlägen am Reaktionsteil wirken. Eine exakte Zentrierung läßt sich mit Hilfe einer verstellbaren Gewindebuchse erzielen, welche zentrisch in den Hilfskolben

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geschraubt wird, vom Reaktionsteil durchdrungen wird und zur Abstützung der Regelfedern dient. Die die Regelfedern enthaltenden Räume sind mit dem Ablauf verbunden. Sofern zwei Regelfedern vorhanden sind, sind die Federräume beispielsweise durch -einen Kanal innerhalb des Reaktionsteils miteinander verbunden.

Anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispie^ len wird die Erfindung näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Servolenkeinrichtung entlang der Achse der Lenkschneckenwelle und senkrecht zur Achse des abtreibenden Getriebegliedes.

Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Schnittlinie C-D von Figur 1, wobei einige unwichtige Teile fortgelassen sind und die an sich innerhalb der Servolenkeinriehtunq verlaufenden-Druckmittelkanäle und Leitungen in symbolischer Form, die entsprechenden Anschlüsse in den Figuren 1 und 2 verbindend, dargestellt sind.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Kraft am Lenkrad in Abhängigkeit von der Kraft an den gelenkten Rädern.

Figur 4 zeigt einen der Figur 2 entsprechenden Schnitt in abgewandelter Ausführung.

In einem Gehäuse 1 ist ein gestufter Zylinderraum angeordnet, der aus einem Zylinder-raum 2 kleineren Durchmessers und einem sich daran koaxial anschließenden Zylinderraum 3 größeren Durchmessers besteht. In den Zylinderräumen 2 und 3 gleitet ein mit entsprechenden Stufen äüsgebildeter Servökolben 4. Dör Zylinderraum 3 ist stirnseitig von einem Deckel5 verschlossen, welcher einen in den Zylinderraum 3 hineinragenden zentrisch sitzenden zylindrischen Ansatz 6 aufweist. Dieser zylindrische Ansatz 6

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durchdringt abgedichtet einen Deckel 7, welcher zur axialen Festlegung einer im Innern des Servokolbens angeordneten Lenkmutter 8 dient. In die Lenkmutter 8 greift mit Hilfe eines Kugelumlaufgewindes 9 eine Lenkschneckenwelle 10 ein, welche eine gewindefreie Partie 11 aufweist, die sich abgedichtet durch eine zentrale Bohrung 12 im Ansatz 6 bzw. im Deckel 5 nach außen erstreckt und dort mit einer nicht dargestellten Lenkspindel bzw. mit einem Lenkrad 13 in Wirkverbindung steht. Der Servokolben 4 begrenzt im Zylinderraum 2 einen stirnseitigen Arbeitsraum 14 -sowie einen den Ansatz 6 ringförmig umgebenden Arbeitsraum 15, wobei sich die wirksamen Flächen der Arbeitsräume 14 und 15 v/ie 1 : 2 verhalten. Der Servokolben 4 weist außerhalb seines der Abdichtung dienenden Bereiches eine als Zahnstange 16 dienende Partie auf, die auf ein mit einer Abtriebswelle 17 verbundenes Zahnsegment 18 einwirkt. Die Lenkmutter 8 ist mit einem von ihrer Achsrichtung im wesentlichen' senkrecht fortweisenden Hebel 19 verbunden. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wurde darauf verzichtet, alle im Schnitt C-D von Figur 1 sichtbaren Teile darzustellen. Der Einfachheit halber wurde nur die Lenkmutter 8 und der Hebel 19 sowie eine näher zu beschreibende Ventileinrichtung gezeigt. Der Hebel 19 durchdringt den Servokolben 4 durch eine nicht näher dargestellte Ausnehmung. Die axiale Ausdehnung des Hebels 19 ist mindestens so groß wie der Hub des Servokolbens 4. Mit seinem freien Ende 20 ragt der Hebel 19 in eine innerhalb des Gehäuses 1 axial verlaufende Nut 21 hinein. Die Breite der Nut 21 ist geringfügig größer als die Breite des Hebels 19, so daß sich der Hebel 19 (in Umfangsrichtung der Lenkmutter.gesehen) um einen gewissen Betrag bewegen kann. Eine Bohrung 22 schneidet in quer zur Achsrichtung der Lenkmutter 8 verlaufender Richtung die Nut 21 an. Die Bohrung 22 erweitert sich in einem gewissen Abstand von der Nut 21 zu einer koaxialen Bohrung 23. In der Bohrung 22 gleitet

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ein Hilfskolben 24, der im Bereich der Nut 21 eine Ringnut 25 von geringerer Breite als die der Nut 21 besitzt. In die Ringnut 25 greift das freie Ende 20 des Hebels 19 ein. Beidseitig der Nut 21 ist der Hilfskolben 24 dicht in der Bohrung 22 geführt. Ausgehend von einer Mittellage ist der Hilfskolben 24 im Bereich eines Absatzes 26 zwischen den Bohrungen 22 und 23 abgesetzt, so daß ein Absatz 27 sowie ein zylindrischer Ansatz 28 entstehen. Der Ansatz 28 dient zur Führung einer Feder 29, welche sich ah zwei Federtellern 30 und 31 abstützt. Der Federteller 30 stützt sich in einer Mittellage des Hilfskolbens 24 an einem Anschlag 32 auf dem Ansatz 2 8 ab. Gleichzeitig berührt der Federteller 30 in der besagten Mittelstellung die Stirnfläche eines durch eine zentrische Ansenkung in einer Büchse 33 entstehenden Ansatzes 34, Die Büchse 33 ist dicht in die Bohrung 23 eingesetzt. Der Federteller 31 hingegen wirkt in der Mittellage gleichermaßen auf die Absätze 26 und 27. Die Büchse 33 weist eine zentrische Bohrung 35 auf, welche nach außen hin durch einen Stopfen 36 dicht verschlossen ist. In der Bohrung 35 gleitet ein Steuerteil 37 eines mehrteiligen Steuerkolbens. Der Steuerteil besteht aus drei Schultern 38, 39 und"40, welche jeweils durch Taillen 41 und 42 voneinander getrennt sind. Die Schulter 39 verschließt in einer Mittelstellung einen Kanal 43, welcher über einen Anschluß A und eine Leitung 44 mit einem in den Arbeitsraum 15 mündenden Anschluß A, verbunden ist. Im Bereich der Taille 42 mündet ein Kanal 45 in die Bohrung 35, welcher über einen Anschluß P und eine Leitung 46 mit einer nicht näher dargestellten Druckquelle 47 verbunden ist. Von der Leitung 46 zweigt eine Leitung 48 zu einem Anschluß P, ab, der in den Arbeitsraum 14 mündet. Im Bereich der Taille 41 mündet ein Kanal 49 in die Bohrung 35, welcher in den die Feder 29 und den Ansatz 2 8 aufnehmenden Raum 50 mündet. Der Raum 50 ist mit Hilfe eines Kanals 51 mit einem An-

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Schluß T verbunden, an den eine Ablaufleitung 52 angeschlossen ist. Vom Kanal 4 5 zweigt ein Steuerkanal 53 ab, welcher in einen sich an die Stirnfläche f. der Schulter 40 anschließenden Reaktionsraum 54 mündet. Die freie Stirnfläche der Schulter 38 wirkt auf die Stirnfläche eines Stößels 55, der in einer zentralen Bohrung 56 innerhalb des Hilfskolbens 24 geführt ist und mit seiner gegenüberliegenden Stirnfläche auf einen Reaktionskolben 57 einwirkt, welcher in einer Bohrung 5 8 innerhalb einer in die Bohrung 22 eingesetzten Büchse 59 dicht gleitet. Die freie Stirnfläche des Reaktionskolbens 57 dient als Reaktionsfläche und ist mit F₁ bezeichnet. Ein an die Reaktionsfläche F. anschließender Raum 60 ist über einen Steuerkanal mit dem Kanal 43 verbunden. In der Nähe seiner Enden weist der Stößel 55 Anschläge 62 und 63 auf, die als Widerlager für Federteller 64 und 65 dienen. An den Federtellern 64 und 65 stützen sich Federn 66 und 67 ab, die mit ihren anderen Enden auf den Hilfskolben 24 einwirken. Eine Längsnut 68 im Stößel 55 verbindet einen die Feder 67 aufnehmenden Raum 69 mit dem Raum 50.

Die Anordnung nach Figur 4 unterscheidet sich von jener der Figur 2 einzig und allein dadurch, daß sich die Federn 66 und nicht direkt am Hilfskolben 24 sondern an einer in einen Hilfskolben 24' eingeschraubten Gewindehülse 70 abstützen. Der Stößel 55 1st dementsprechend in einer zentralen Bohrung 71 der Gewindehülse 70 geführt. Alle anderen Teile bleiben die gleichen und tragen demnach auch die gleichen Bezugszeichen.

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß sich ein mit der erfindungsgemäßen Servolenkeinrichtung ausgerüstetes Fahrzeug in schneller Fahrt auf einem glatten Untergrund bewege.

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Die notwendigen Kräfte zur Einleitung einer Lenkbewegung an den gelenkten Rädern sind in einem solchen Fall sehr gering. Es sei weiterhin angenommen, daß eine Lenkbewegung am Lenkrad. 13 bzw. an der Lenkschneckenwelle 10 im Uhrzeigersinn eingeleitet werde. Der Hebel 19 wird sich dann aufgrund der durch das Zusammenwirken von Lenkschneckenwelle 10, Kugelumlaufgewinde 9 und Lenkmutter 8 entstehenden Reibungen wegen der gewählten Schnittdarstellung auf die zeichnerische Darstellung bezogen gegen den Uhrzeigersinn zu bewegen versuchen. Da das aufgebrachte Moment aber, wie schon erwähnt, nur sehr gering ist, wird der Hebel 19 nicht in der Lage sein, den Hilfskolben 24 gegen die Vorspannung der Feder 29 zu bewegen. Die Lenkmutter 8 ist dadurch gezwungen, sich in Achsrichtung der Lenkschneckenwelle 10 zu bewegen und diese Bewegung über den Servokolben4 und die Zahnstange 16 auf das Zahnsegment 18 und die Abtriebswelle 17 zu übertragen. Die Abtriebswelle 17 wirkt ihrerseits auf die gelenkten Räder ein. Einer Drehrichtung der Lenkschneckenwelle IO im Uhrzeigersinn entspricht eine Bewegung des Servokolbens 4 nach rechts. Bei dieser Bewegung verkleinert sich der Arbeitsraum 15, so daß Druckmittel über-den Anschluß A₁, die Leitung 44 und den Anschluß A in den Kanal 43 verdrängt wird. Der dabei entstehende geringfügige Druckanstieg pflanzt sich über den Steuerkanal 61 in den Raum 60 fort und wirkt dort auf die Reaktionsfläche F. ein. Der dadurch entstehende Kraftzuwachs reicht aus, um die auf den Steuerteil 37 vom Reaktionsraum 54 her wirkende, vom Druck der Druckquelle 47 verursachte, im wesentlichen konstant bleibende Kraft zu überwinden. Reaktionskolben 57, Stößel 55 und Steuerteil 37 bewegen sich daher geringfügig nach oben, so daß durch die Schulter 39 eine Verbindung zwischen den Kanälen und 49 freigegeben wird. Das aus dem Arbeitsraum 15 verdrängte Druckmittel kann daher vom Anschluß A über den Kanal 43, den Kanal 49, den Raum 50, den Kanal 51 und den Anschluß T in die

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Ablaufleitung 52 abfließen. Es muß hier bemerkt werden, daß sich bei diesem ganzen Vorgang die Vorspannung der Feder 29 nicht verändert hat. Die gegenüber dieser Vorspannung schwächer vorgespannten und sich im übrigen zunächst im Gleichgewicht befindlichen Federn 66 und 67 haben hingegen ihre Vorspannung geringfügig verändert. Die Feder 66 wurde dabei entspannt, während die Feder 67 etwas höher vorgespannt wurde. Der sich vergrößernde Arbeitsraum 14 wird von der Druckquelle 47 mit Druckmittel aufgefüllt und behält im wesentlichen einen konstanten Druck bei. Wenn in umgekehrter Weise das Lenkrad 13 und die Lenkschneckenwelle IO gegen den Uhrzeigersinn bewegt werden, stützt sich unterhalb einer bestimmten Grenzkraft der Hebel 19 ebenfalls am Hilfskolben 24 ab, ohne daß es zu einer Überwindung der Vorspannung der Feder 29 käme. Die Lenkmutter 8 muß sich daher nach links bewegen und diese Bewegung auf den Servokolben 4 bzw. die Abtriebswelle 17 übertragen. Bei dieser Bewegung vergrößert sich der Arbeitsraum 15, so daß in ihm ein geringfügiger Druckabfall entsteht. Dieser Druckabfall pflanzt sich über den Anschluß A , die Leitung 44, den Anschluß A, den Kanal 43 und den Steuerkanal 61 in den Raum 60 fort und bewirkt dort einen geringfügigen Abfall der auf die Reaktionsflache F' wirkenden Kraft. Die auch hier im wesentlichen konstant bleibende Kraft auf der Reaktionsfläche f, des Steuerteils 37 bewirkt eine Abwärtsbewegung von Steuerteil 37, Stößel 55 und Reaktionskolben 57. Dabei wird die Feder 66 geringfügig weiter gespannt, während die Feder 67 etwas entspannt wird. Die Schulter 3 9 gibt eine Verbindung zwischen den Kanälen 4 5 und 43 frei, so daß Druckmittel von der Druckquelle 47 über die Leitung 46, den Anschluß P, den Kanal 45, den Kanal 43, den Anschluß A, die Leitung 44 und den Anschluß A. in den Arbeitsraum 15 strömen kann und den entstehenden Druckabfall ausgleicht. Es ist bemerkenswert, daß bei diesen Vorgängen keinerlei hydraulische Unterstützung der Lenkbewegung stattfindet. In diesem Bereich wird also die ganze zur Lenkung notwendige Kraft manuell auf-

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gebracht. Der Zusammenhang ist aus dem Diagramm in Figur 3 sichtbar, in dem auf der Abszisse die Kräfte K„ an den Rädem aufgetragen sind, während auf der Ordinate die Kräfte K₁. am Lenkrad aufgetragen sind. Man erkennt, daß der Anstieg der Kraft K_ infolge der fehlenden hydraulischen Unterstützung relativ steil entsprechend den Kurvenzügen 0-1 verläuft. Die über I hinausgehende gestrichelt gezeichnete Kurve gibt den Verlauf der Kraft K_T am Lenkrad für den Fall an, daß überhaupt keine hydraulische Unterstützung stattfindet. Da die dann benötigten manuellen Kräfte aber sehr hoch würden, ist die Vorspannung der Feder 29 so bemessen, daß bei Überschreitung jener dem Punkt I entsprechenden Kräfte eine hydraulische Unterstützung zunächst langsam und dann stärker werdend,einsetzt.

Zur Erklärung der zugehörigen Wirkungsweise sei wiederum angenommen/daß das Lenkrad 13 und die Lenkschneckenwelle 10 im Uhrzeigersinn bewegt würden.Der sich in gleicher Richtung, bezogen auf die Darstellung, aber gegen den Uhrzeigersinn bewegende Hebel 19 wirkt auf den Hilfskolben 24 und da, wie vorausgesetzt, die Vorspannung der Feder 29 überwunden werden SoIl₁ hebt der Federteller 31 vom Ansatz 26 ab. Die Vergrößerung der Vorspannung der Feder 29 ist als Teil der auf den Hebel 19 wirkenden Gesamtreaktionskraft spürbar. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß solange keine Bewegung des Servokolbens 4 durch die Lenkschneckenwelle 10 stattfindet, wie sich die Lenkmutter 8 zusammen mit der Lenkschneckenwelle 10 dreht. Durch die, wenn auch zunächst geringfügige Bewegung des Hilfskolbens .24 relativ zum Gehäuse 1 wird die Feder 66 etwas höher gespannt während die Feder 67 die Tendenz zur Entspannung hat* Die aufwärts gerichtete Kraft auf den Stößel 55 vergrößert sich dadurch und ist in der Lage, den Steuerteil 37 ebenfalls etwas nach oben hin zu bewegen. Dadurch entsteht zum einen am Hebel

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ein zweiter Reaktionskraftanteil, welcher die veränderten Vorspannungen der Federn 66 und 67 berücksichtigt und zum anderen wird der Steuerteil 37 ebenfalls nach oben bewegt. Die Schulter 39 ist daher in der Lage, eine Verbindung zwischen den Anschlüssen A und T herzustellen, wodurch Druckmittel aus dem Arbeitsraum 15 über die schon weiter oben beschriebene Verbindung in die Ablaufleitung 52 abströmen kann. Der dadurch entstehende Druckabfall im Arbeitsraum 15 verringert die auf die Wirkfläche F wirkende Kraft, so daß die auf die Wirkfläche f wirkende konstante Kraft überwiegt und den Servokolben 4 hydraulisch nach rechts bewegt, also genau in der Richtung, in welcher er sich auch ohne Servounterstützung hätte bewegen müssen. Da der Druck im Arbeitsraum 15 auch im Reaktionsraum 16 wirksam wird und dort die Reaktionsfläche F. beaufschlagt und andererseits der Druck im Arbeitsraum 14 im Reaktionsraum 54 herrscht und dort die Reaktionsfläche fj belastet,wirkt der aus dem Steuerteil 37, dem Stößel 55 und dem Reaktionskolben 57 bestehende Steuerkolben wie der Steuerkolben eines Druckregelventils, d. h. die sich einstellende Druckdifferenz zwischen den Arbeitsräumen 14 und 15 hängt im wesentlichen von der Veränderung der Vorspannung der Federn 66 und 67 ab. Da neben der der Summe der Reaktionskräfte entsprechenden manuellen Kraft nunmehr bereits eine hydraulische Servokraft wirksam wird, verläuft der Kraftanstieg der Kraft K_T am Lenkrad entsprechend der Linie I, II flacher als bei rein manueller Lenkung. Wenn die Kraft K_n an den Rädem beispielsweise beim Parken eines Fahrzeuges noch größer wird und¹ jenen den Punkt II entsprechenden Wert überschreitet, wird die Feder 66 so weit zusammengedrückt sein, daß ein mechanischer Kontakt zwischen dem Hilfskolben 24 und dem Federteller 64 zustande kommt. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die entsprechende Steuerkante der Schulter 39 allenfalls um einige 0,1 mm öffnet, wird der Steuerteil 37 wie auch schon vorher in nahezu ein und dergleichen Position verharren. Wäh-

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rend aber vorher der Hilfskolben 24 unter Verkürzung der Federn 29 und 66 sich weiter bewegen mußte, wird er nunmehr durch den mechanischen Kontakt am Federteller 64 ebenfalls seine Lage im wesentlichen beibehalten können. Das bedeutet für den Fahrzeuglenker, daß er am Lenkrad nur noch die Reaktionskraft auszugleichen hat, welche durch die an den Reaktionsflächen F und f₁ auftretenden Kräftunterschiede entstehen. Da ein Anwachsen des mechanischen Kraftübertragungsanteils also nicht mehr stattfindet, verläuft der Anstieg der Kraft K flacher als vorher,

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wie aus dem Kurvenzug II, III zu entnehmen ist.

Bei einem umgekehrten Lenkvorgang,also einer Bewegung des Lenkrades 13 gegen den Uhrzeigersinn wird sich der Hebel 19 in der zeichnerischen Darstellung im Uhrzeigersinn und den Steuerkolben 24 damit abwärts bewegen, wobei sich der Federteller 30 vom Ansatz 34 löst. Gleichzeitig wird die Feder 67 gespannt, während sich die Feder 66 entspannt. Der Stößel 55 bewegt sich zusammen mit dem Reaktionskolben 57 und dem Steuerteil 37 geringfügig nach unten bis die entsprechende Steuerkante an der Schulter 39 ein überströmen von Druckmittel aus dem Kanal 45 in den Kanal gestattet. Druckmittel gelangt daher von der Druckquelle 47 in den Arbeitsraum 15 und bewirkt dort einen Druckanstieg, welcher den Servokolben 4 zu einer Bewegung nach links veranlaßt. Wenn die an den Rädern benötigte Kraft K_n weiterhin anwächst, wird auch der Hilfskolben 24 unter weiterer Verkürzung der Federn 29 und 66 ausgelenkt, so daß auch hier wiederum ein Kraftzuwachs entsprechend dem Kurvenzug I, LI entsteht. Nach einem gewissen Weg des Hilfskolbens 24 findet entsprechend dem Punkt II ein mechanischer Kontakt zwischen dem Hilfskolben 24 und dem Federteller 65 statt* Da , wie schon gesagt, sich die Lage des Steuerteils 37, des Stößels 55 und des Reaktionskolbens 57 relativ zum Gehäuse 1 praktisch nicht ändert, wird nunmehr auch der Hilfskolben 24 eine nahezu unveränderte Stellung einnehmen. Bei weiter

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anwachsender Kraft K hat der Fahrzeuglenker infolge dessen nur noch die an der Reaktionsfläche F anwachsende hydraulische Reaktionskraft zu überwinden, so daß sich wiederum der relativ flache Kurvenzug II, III ergibt. Wenn es gelingt, den Durchmesser des Steuerteils 37 und den Durchmesser des Reaktionskolbens 57 genügend dünn zu konstruieren, läßt sich der Kurvenzug II, III so flach gestalten, daß die Funktion einer Lenkkraftbegrenzung entsteht.

Ein selbsttätiges Rückstellen der gelenkten Räder in die Geradeausstellung ist ohne weiteres möglich, da die Feder 29 in Verbindung mit den Federn 66 und 67 zentrierend wirkt. Ein Rückstellen bei rein manueller Lenkung, also bei nicht ausgelenkten Hilfskolben 24 ist ebenfalls möglich, da die durch die Rückstelltendenz im Arbeitsraum 15 entstehenden Druckunterschiede sich auf die Reaktionsfläche F fortpflanzen und den Steuerteil 37 so bewegen, daß jeweils die richtigen Verbindungen für das Abströmen von Druckmittel aus dem Arbeitsraum 15 bzw. zum Zuströmen von Druckmittel in den Arbeitsraum 15 hergestellt werden. Eine einwandfreie Zentrierung des Steuerteils 37 wird selbst bei Auftreten der üblichen Herstellungstoleranzen leicht mit Hilfe der Gewindebüchse 70 ermöglicht, mit deren Hilfe die Mittellage des Stößels 55 und damit die Mittellage des Steuerteils 37 variiert werden können.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind bei Servolenkeinrichtungen andere Formen des Steuerteils 37 bekannt, welcher insgesamt nur die Funktion eines 3/3-Wegeventil-Steuerkolbens erfüllen muß. Es ist weiterhin möglich, die Federn 66 und 67 durch eine einzige doppelt wirkende Feder zu ersetzen, welche dann ähnlich der Feder 29 in beiden Bewegungsrichtungen

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wirksam werden würde. Der mechanische Kontakt zwischen dem Hilfskolben 24 bzw. 24' und dem, Steuerkolben 37, 55, 57 kann natürlich auch an anderer Stelle als. an den Federtellern 64 und 65 stattfinden.Diesbezügliche Variationen sind ganz in das Ermessen des. Konstrukteurs gestellt. Weiterhin kann der Steuerkolben natürlich auch einteilig ausgeführt werden. Schließlich ist es auch durchaus üblich, am Steuerteil selbst keine Reaktionsflächen vorzusehen, sondern einen weiteren Reaktionskolben mit dem Steuerteil in Wirkverbindung treten zu lassen.

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Claims

Patentansprüche;

1. + Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer mit dem \^_y Lenkrad in Wirkverbindung stehenden, ein Gehäuse dicht durchdringenden und in einen Zylinderraum innerhalb des Gehäuses hineinragenden Lenkschneckenwelle, die in eine axial verschiebbare, auf ein weiteres Getriebeglied z. B. durch eine Verzahnung einwirkende Lenkmutter eingreift, die gleichzeitig als Servokolben innerhalb des Zylinderraumes wirkt oder aber mit einem Servokolben in axialer Richtung gesehen fest verbunden ist, wobei der Zylinderraum durch den Servokolben in zwei dicht voneinander getrennte Arbeitsräume geteilt wird und wobei die Lenkmutter in einem von der als Servokolben ausgebildeten Partie bzw. in einem von dem Servokolben entfernten Bereich an ihrem äußeren Mantel einen in Achsrichtung verlaufenden, sich radial nach außen erstreckenden Hebel besitzt, dessen axiale Erstreckung mindestens dem Hub des Servokolbens entspricht und der in eine achsparallele Nut im Gehäuse eingreift, welche so bemessen ist, daß der Hebel geringe Kippbewegungen relativ zum Gehäuse ausführen kann, wenn die Lenkmutter infolge Drehmoment und Steigung der Lenkschneckennuten bei einer Drehung der Lenkschneckenwelle ebenfalls in Drehung versetzt wird, wobei die Kippbewegungen zum Betätigen mindestens eines im Gehäuse senkrecht zur Achsrichtung angeordneten Ventilgliedes dienen in der Weise, daß der Zufluß eines Druckmittels zu bzw. der Abfluß des Druckmittels aus einem Arbeitsraum so gesteuert werden, daß die durch die Lenkschneckenwelle eingeleitete Bewegung der Lenkmutter in axialer Richtung unterstützt wird, wobei das Ventilglied oder die Ventilglieder von den Drücken in den ArbeitsrMunen beaufschlagte Reaktionsflächen

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besitzen oder mit entsprechenden- Reaktionsgliedern in Wirkverbindung stehen, um dem Fahrzeuglenker ein Lenkgefühl übermitteln zu können., dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben (4) als. Stufenkolben ausgebildet ist, dessen wirksame Flächen (F, f) sich'vorzugsweise wie 1 : 2 verhalten, wobei der der kleineren wirksamen Fläche (f) zugeordnete Arbeitsraum (14) permanent mit der Druckquelle (47) verbunden ist, während der andere Arbeitsraum (15) von einem Ventilglied in Form eines als Stufenkolben ausgebildeten 3/3-Wege-Steuerkolbens (37, 55, 57) mit der Druckquelle (47) oder einem Ablauf (52) verbunden oder aber abgesperrt wird, wobei der Steuerkolben (37, 55, 57) zwei Reaktionsflächen (F₁, f^ aufweist, deren Größen sich ebenfalls verhalten wie die wirksamen Flächen (F, f) des Servokolbens (4) und die von den Drücken der zugeordneten Arbeitsräume (15, 14) beaufschlagt werden, wobei die Betätigung des Steuerkolbens (37, 55, 57) über mindestens eine Regelfeder (66, 67) durch einen Hilfskolben (24, 24.') erfolgt, der von mindestens einer vorgespannten Feder (29) gegenüber dem Gehäuse (1) zentriert ist und,seinerseits von dem mit der Lenkmutter (8) verbundenen Hebel (19) betätigt wird.

2. - Servolenkeinrichtung für Kfcafti'ahrzeuge nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß Hilfskolben (24,24'). und Steuerkolben (37, 55, 57) koaxial zueinander, angeordnet sind.

3. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die der Zentrierung des Hilfskolben» (24, 24·) dienende Feder (29) in beiden Bewegungsrichtungen.des Hilfskolbens (24/ 24') wirksam wird.. . . _ ,-......; ._:._._; :'_..' ..;.-" .-., ..-.-■-;.·■

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4. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach einem oder

mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (24, 24') die Nut (21) beidseitig gegenüber der den Hilfskolben (24, 24') führenden Bohrung (22) abdichtet.

5. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach einem oder

mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gestufte Steuerkolben (37, 55, 57) mehrteilig ausgeführt ist, wobei als Reaktionsflächen (F,, f.) die freien Stirnflächen dienen.

6. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (37, 55, 57) in einen Steuerteil (37) mit stirnseitiger Reaktionsfläche (£-,) und ein Reaktionsteil (55, 57) mit stirnseitiger Reaktionsfläche (F.) geteilt ist, wobei der Reaktionsteil (55) den Hilfskolben (24, 24') axial durchdringt und mit seinem freien Ende (Reaktionskolben 57) in eine Gehäusebohrung oder eine Bohrung (58) innerhalb einer fest mit dem Gehäuse verbundenen Büchse (59) eintaucht, während der Steuerte!1 (37) vorzugsweise in einer gehäusefesten Steuerbüchse gleitet.

7. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,daß die Regelfeder (66, 67) am Reaktionsteil (Stößel 55) angreift.

8. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegeneinander geschaltete vorgespannte Regelfedern zu beiden Seiten des Hilfskolbens (24) zwischen diesen und Anschlägen (62, 63) am Reaktionsteil (Stößel 55) wirken.

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9» - Servolenkeinrichtung für Kraftfährzeuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Regelfedern (66, 67) an einer zentrisch in den Hilfskolben (24·) eingesetzten Gewindebüchse (70) abstützen, wobei die Gewindebüchse (70) vom Stößel (68) durchdrungen wird,

10. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß die die Regelfedern (66, 67) enthaltenden Räume (50, mit dem Ablauf (52) verbunden sind.

11. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach den Ansprüchen

6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (50, 69) drarch einen Kanal (68) innerhalb des Reaktionsteils (Stößel 551 miteinander verbunden sind. .

12. - Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach einem oder

meftreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überwindung eines bestimmten Federweges ein direfeter mechanischer Kontakt zwischen Hilfskolben (24, 24') Steuerkolben oder einem mit dem Steuerkolben (37, 55, verbundenen Teil (Federteller 64, 65) entsteht.

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