DE2416763A1

DE2416763A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE2416763A1
Application number: DE2416763A
Authority: DE
Inventors: Richard Harper Sheppard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-27
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1975-07-03
Also published as: IT1010707B; BR7403281A; JPS5097031A; CA996002A; FR2256065A1; GB1406593A; AU6593174A; AU472848B2; FR2256065B3; SE7402289L; US3906837A

Description

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Richard Harper Sheppard- w.^ ™ ^Λ· ^!^"

Hanover, Pa., V.St".Ä.

Servolenkung

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, die einen Kolben aufvjeist, der durch einen manuell betätigten, hydraulischen Schieber gesteuert wird. Die_Erfindung betrifft insbesondere eine Zentriereinrichtung für den Schieber, die einen Torsionsstab aufweist.

In den US-Patentschriften 3 092 O83 und 3 195 575 wird eine Servolenkung beschrieben, bei der ein gläitbaj-^r Sehieber innerhalb eines Kolbens angeordnet ist. wobei der Schieber dio Zuführung von Druckmittel zu den Zylinderenden steuert. Bei diesen Vorrichtungen wird der Schieber innerha3.b des Kolbens durch ringförmige Scheibenfedern an den entgegengesetzten Enden des Schiebers zentriert. Obwohl diese ScheibenfOdern in den meisten Anwendungsfällen zufriedenstellend arbeiten, weisen diese unter extrem schweren Arbeitsbedingungen erhöhte Ermüdungserscheinungen auf, wie sie beispielsweise in der Lenkung von großer», langsam fahrenden Lastkraftwagen und Geländefahrzeugen auftreten.

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Daraus folgt, daß ein gexfisser Teil der ursprünglichen Federwirkung verlorengeht, und daß das Lenkgefühl sich ändert. Ferner ist während des Zusammenbaus eine genaue Einstellung der Halterungen für die gegenüberliegenden Seheibenfedern erforderlich _s um den Federn die notwendige Vorspannung zu erteilen_s und um dadurch eine Hysteresis zu verhindern,, die sich einstellen würde_s wenn nicht sichergestellt ist, daß die Enden des Schiebers bündig oder mit Paßsitz gegen die Federn anliegen, und zwar insbesondere dann, wenn die zentrierte Stellung erreicht ist. Die Tatsache, daß die Scheibenfedern von Natur aus eine gewisse nicht lineare Federcharakteristik aufweisen, ist in gewissen Fällen ebenfalls unerwünscht.

Im allgemeinen wurde das Zentrieren des Schiebers durch eine Torsionsstabkraft bereits bei bekannten Lenksystemen vorgesehen. Bei diesen Lenksystemen wurde ein äußerer hydraulischer Drehschieber mit einem Torsionsstab verwendet, der zwischen der Servolenkungseinheit und der Lenkeingangswelle angeordnet ist. Ein Beispiel hierfür ist in der US-PS 3 406 beschrieben.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Servolenkgetriebe mit einem Schieberzentriermechanismus zu schaffen, das einen kompakten und unempfindlichen Aufbau aufweist und für einen Hochleistungsbetrieb geeignet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen unempfindlichen und kompakten Schieberzentriermechanismus für eine Servolenkung au schaffen, die einen gleitbaren Schieber innerhalb eines Antriebskolbens aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Schiebersentriermechanismus für eine Servolenkung, die einen gleitbaren Schieberkolben innerhalb eines Antriebskolbens aufweist, zu schaffen, der eine im wesentlichen lineare Federeharakteristik aufweist.

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Erfindungsgemäß ist eine Servolenkung, die einen verschiebbaren Schieberkolben innerhalb eines Arbeitskolbens aufweist, mit einem integralen Schieberzentriernechanismus ausgerüstet, der einen Torsionsstab aufweist. Wie bei den Servolenkungen nach den US-Patentschriften 3 092 083 und 3 195 575 weist das Ende einer Eingangswelle einen äußeren Gewindeabschnitt auf, der in Eingriff mit dem Inneren eines rohrförmigen Schiebers steht, um den Schieber entsprechend der Drehung der Eingangswelle zu verschieben. Der Schieber weist äußere Nuten auf, die mit inneren Nuten an der Innenseite des Kolbens zusammenarbeiten, um wahlweise das Druckmittel auf die Zylinderenden so zu verteilen, daß der Kolben der Verschiebung des Schiebers nachläuft.

Im Gegensatz zu den Vorrichtungen nach den US-Patentschriften 3 092 O83 und 3 195 575 ist die Eingangswelle rohrförmig ausgebildet und der Innenumfang der zylindrischen Wandung des Rohres ist mit einem Gewinde ausgerüstet, welches die gleiche Steigung aufweist wie das Außengewinde. Innerhalb der Eingangswelle ist ein Torsionsstab vorgesehen, dessen eines Ende in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde der Eingangswelle steht. Das andere Ende des Torsionsstabes ist fest am.Kolben angebracht. Wenn manuell kein Drehmoment auf die Eingangswelle aufgebracht wird, so wird eine Verschiebung des Kolbens über den Torsionsstab in eine Drehung der Eingangswelle umgewandelt, die ihrerseits den Schieber verschiebt, um den Schieber im Kolben zentriert zu halten.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es umgekehrt möglich, daß der axiale Schub des Gewindes am Torsionsstab direkt und elastisch den Kolben genau in seine neue Endstellung nach jeder Drehung drückt, wodurch der Schieber dann wieder zentriert ist. Der gleiche axiale Schub unterstützt die manuelle Verschiebung des Kolbens, wenn das Fahrzeug im Fall eines Ausfalls des Hydrauliksystems gelenkt wird.

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Der Torsionsstab ist innerhalb der Servolenkung in kompakter Weise eingebaut und kann ausreichend groß bemessen sein, um die erforderliche Kraft zu erzeugen, so daß in zuverlässiger Weise die Zentrierfunktion durchgeführt werden kann. Dies erfolgt ohne langwierige Voreinstellungen, die bei den bekannten Vorrichtungen erforderlich waren, um die Ausbildung einer Hysterese beim Ansprechen zu verhindern.

Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert werden.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Längsschnittansicht einer integralen Servolenkung, bei der der erfindungsgemäße Schieberzentriermechanismus mit Torsionsstab verwendet wird.

Es sei nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Servolenkung umfaßt eine manuell drehbare rohrförmige Eingangswelle 12, die drehbar in einem Lager 14 in einer Endkappe 15 des im allgemeinen zylindrischen Gehäuses 16 gelagert ist. Die Eingangswelle 12, die sich axial in das Gehäuse 16 hinein erstreckt, verschiebt einen Schieber 17, um die Hin- und Herbewegung eines Antriebskolbens 18 hydraulisch zu steuern, welcher seinerseits eine Drehung einer querverlaufenden Ausgangswelle 19 hervorruft. Die Ausgangswelle 19 ist mit dem üblichen Lenkgestänge verbunden, durch das die Räder eines nicht dargestellten Fahrzeugs gelenkt werden. Es sei bemerkt, daß die Darstellung in Fig. 1 und die vorliegende Beschreibung auf diejenigen Teile beschränkt sind, die zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Verbesserung in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erforderlich sind. Für eine weitere Beschreibung der integralen Servolenkung im allgemeinen sei auf die US-PS 3 092 083 und die US-PS 3 195 575 verwiesen. Das Gehäuse 16 weist Einlaß- und Auslaßanschlüsse 21 und 22 auf, die zur Zuführung eines Druckmittels von einer nicht

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dargestellten Pumpe und zum Abführen des Druckmittels zum Behälter zurück vorgesehen sind. Der Antriebskolben 18 gleitet in einer axialen Bohrung 2k des Gehäuses 16 entsprechend der wahlweisen Zuführung von Druckmittel durch den Schieber 17 zu den Kammern 26 und 28 an den Enden des Arbeitskolbens.Der Arbeitskolben 18 weist Zähne 30 auf, die zu einem Ritzel 32 an einer Welle 19 hinweisen. Das Ritzel 32 dient dazu, die Welle 19 gemäß der Verschiebung des Kolbens 18 zu drehen.

Der Arbeitskolben 18 weist eine Mittelbohrung 3^ auf, die bei einer radialen Schulter 37 in eine Einsenkung 36 übergeht. Die Eingangswelle 12 erstreckt sich in die Einsenkung 36 hinein und ist im radialen Abstand gegenüber dieser Einsenkung angeordnet, wodurch ein Ringraum frei bleibt. Der hülsenförmige Schieber 17 ist in dem Ringraum angeordnet und wird zwischen der Schulter 37 und einer Mutter 38 gehalten, die in das offene Ende der Einsenkung 36 eingeschraubt ist. Die Endstellung der Mutter ist derart, daß eine geringe relative axiale Bewegung zwischen dem Schieber 17 und dem Kolben 18 möglich ist. Der Schieber 17 weist ein Innengewinde auf, und dieses Innengewinde steht in Eingriff mit dem Außengewinde 39 der Eingangswelle 12, die bei einer Drehung den Schieber 17 verschiebt.

Der Außenumfang des Schiebers 17 und die Einsenkung 36 des Kolbens sind mit zusammenarbeitenden Ringnuten 40 und 42 ausgerüstet, die dazu dienen, Druckmittel vom Einlaß 21 in eine ausgewählte der Kammern 26 und 28 zu leiten, damit der Arbeitskolben 18 entsprechend der Drehung der Eingangswelle 12 verschoben wird. In bekannter Weise läuft der Arbeitskolben 18 der Verschiebung des Schiebers 17 nach und ist bestrebt, die Einsenkung 16 im Kolben in Längsrichtung zentriert gegenüber dem Schieber 17 zu halten. Sollte der Kolben 18 innerhalb einer kleinen Fehlergrenze, die durch die Schieberhalterung zugelassen wird, dem Schieber nicht folgen, wie es bei schnellen

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Lenkmanövern oder bei einem Ausfall des Druckmittels vorkommen kann, stößt der Schieber entweder gegen die Schulter 37 oder die Mutter 38 an und zwar in Abhängigkeit von der Lenkrichtung, und dadurch ist es möglich, daß der Schieber direkt den Kolben 18 antreibt. Wenn der Schieber 17 nicht genau in der Einsenkung 36 zentriert ist, was eine augenblickliche Lenkabweichung anzeigt, und wenn der Fahrer kein Drehmoment auf die Eingangswelle 12 über das übliche nicht dargestellte Lenkrad überträgt, ist es wünschenswert, daß sich der Schieber 17 selbst in der Einsenkung 36 zentriert, um die augenblickliche Lenkstellung aufrechtzuerhalten. Es ist ebenfalls wünschenswert, auf die Welle 12 einen Drehmomentenwiderstand auszuüben, der proportional zur relativen Verschiebung zwischen dem Arbeitskolben l8 und dem Schieber 17 ist, um dem Fahrer ein gewisses Straßengefühl zu geben. Weiterhin ist es vorteilhaft, eine positive elastische Vorlaufverbindung, die lineare Charakteristiken aufweist, zwischen der Eingangswelle 12 und dem Arbeitskolben 18 zu schaffen, und* die dazu neigt, axial den Kolben 18 zu verschieben, so daß, wenn der Schieber 17 auf die Schulter 37 oder die Mutter 38 auftrifft oder sich an diese anlegt, der Kolben bereits begonnen hat, sich in der richtigen Richtung zu bewegen, wodurch die Schlagkräfte vermindert werden.

Erfindungsgemäß werden die Funktionen der Schieberzentrierung, des Straßengefühls und der Kolbenvorlaufbewegung durch einen Mechanismus bewirkt, der einen Torsionsstab 40 aufweist, der entlang der Mittelachse des Arbeitskolbens 18, koaxial zur rohrförmigen Eingangswelle 12 angeordnet ist. Der Torsionsstab 40 weist entlang seiner Achse einen Mittelabschnitt 41 auf, der eine TorsionsVerdrehung durchführen kann, einen Endabschnitt 42 mit vergrößertem Durchmesser, der mit einem Gewinde versehen ist, welches in die Gewinde 46 an der Innenseite der Eingangswelle 12 eingreift, und einen entgegengesetzten Endabschnitt 43, der einen Durchmesser aufweist, der größer

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ist als der des Abschnittes 41 und der in der Kolbenbohrung 34 sitzt. Der Endabschnitt 43 ist mit dem Kolben 18 durch einen querverlaufenden Zapfen 44 fest verbunden und ist mittels eines O-Ringes 45 abgedichtet, um eine vollständige Trennung zwischen den Arbeitskammern 26 und 28 zu erzielen.

Das Gewinde 46 am inneren Umfang der Eingangswelle 12, welches in das Gewinde am Endabschnitt 42 des Torsionsstabes eingreift, weist die gleiche Steigung auf wie das Gewinde 39 am äußeren Umfang der Welle. Die beiden Enden des Torsionsstabes verschieben sich unter den Umständen, in denen der Arbeitskolben 18 dem Schieber 17 nachläuft, gleichzeitig unter einer gesteuerten Verdrillung des Abschnittes 4l. Dies ist der Fall unter normalen Lenkbedingungen sowie unter Notlenkbedingungen. Die Verdrillung des Torsionsstabes 40 erzeugt das genaue gewünschte umgekehrte Drehmoment, welches auf die Eingangswelle 12 einwirkt und welches proportional zur relativen Verschiebung des Schiebers 17 und damit proportional zum Ausmaß des Lenkausschlages ist.

Es ist zu erkennen, daß der Torsionsstab, der kompakt in den Arbeitskolben 18 der Servolenkung 10 eingebaut ist, verbesserte Betriebsergebnisse und Vorteile mit sich bringt. Der Torsionsstab 40, der eine entsprechende Länge und einen entsprechenden Durchmesser aufweisen kann, um unterhalb kritischer Spannungen arbeiten zu können, wobei ein geeignetes Widerstandsdrehmoment auf die Eingangswelle übertragen werden kann, kann billig hergestellt werden und kann in einfacher Weise eingebaut werden, da keine Vorbelastung erforderlich ist. Die lineare Federcharakteristik stellt ein genaues proportionales Gefühl sicher und stellt ferner einen genauen Betrieb mit einem präzisen Zentrieren des Schiebers 17 sicher.

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Claims

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1. Servolenkung mit einem Gehäuse, einer drehbaren Eingangsvrelle und Ausgangswelle, die vom Gehäuse getragen werden, einem Arbeitskolben, der innerhalb des Gehäuses verschiebbar gelagert ist und in Antriebsverbindung mit der Ausgangswelle steht j einem Schieber, der verschiebbar innerhalb des Kolbens angeordnet ist, eine hydraulische Anlage, mittels welcher der Kolben entsprechend der Verschiebung des Schiebers verschoben wird, wobei die Eingangswelle einen Gewindeabschnitt aufweist, der sich durch den Schieber hindurch erstreckt und in einem Gewindeeingriff mit dem Schieber steht, um diesen zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Torsionsstab innerhalb der Eingangswelle angeordnet ist, daß ein erstes Ende des Torsionsstabes mit dem Arbeitskolben verbunden ist, daß eine derartige Verbindung zwischen dem zweiten Ende des Torsionsstabes und der Welle vorgesehen ist, daß eine Zentrierung des Schiebers bewirkt wird, daß diese Verbindung einen Gewindeeingriff zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Ende des Torsionsstabes umfaßt, daß ein Gewindeeingriff zwischen der Eingangswelle und dem Schieber die gleiche Steigung aufweist wie der Gewindeeingriff zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Ende des Torsionsstabes.

2. Servolenkung, gekennzeichnet durch:

eine rohrförmige Eingangswelle mit Innengewinde und Außengewinde ,

eine Ausgangswelle,

einen Antriebskolben, der mit der Ausgangswelle in Antriebsverbindung steht,

einen hydraulischen Schieber, der mit dem Außengewinde der Eingangswelle verbunden ist,

eine Hydraulikanlage, welche eine Verschiebung des Schiebers entsprechend der Drehung der Eingangswelle bewirkt und

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einen Torsionsstab innerhalb der Eingangswelle, welcher ein Ende aufweist, das in einem Gewindeeingriff mit dem Innengewindeabschnitt der Eingangswelle steht und ein zweites Ende, das mit dem Kolben verbunden ist, wobei der Gewindeeingriff zwischen der Eingangswelle und dem Schieber die gleiche Steigung aufweist wie der Gewindeeingriff zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Ende des Torsionsstabes, um den Schieber zu zentrieren.

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