DE3228058A1

DE3228058A1 - Hubbegrenzungseinrichtung fuer hydraulische servolenkungen

Info

Publication number: DE3228058A1
Application number: DE19823228058
Authority: DE
Inventors: Cesare Casalecchio di Reno Bologna Nascetti
Original assignee: Riva Calzoni SpA
Current assignee: Riva Calzoni SpA
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1983-03-10
Also published as: FR2510710B1; IT8123254A0; CS572682A2; ES8307630A1; SU1322972A3; FR2510710A1; IT1138903B; HU189605B; ES514507A0; GB2102753A; GB2102753B; CS256375B2

Description

Hubbegrenzungseinrichtung für hydraulische Servolenkungen.

Die Erfindung betrifft eine Hubbegrenzungseinrichtung für hydraulische Servolenkungen mit einem Zylinder in welchem dichtend ein Kolben gleitbar angeordnet ist, der zwei entgegengesetzte Arbeitskammern begrenzt, einem

Verteiler für die Zufuhr eines hydraulischen Druckmittels in die eine oder in die andere der entgegengesetzten Kammern und das gleichzeitige Verbinden der nicht mit dem Druckmittel belieferten Kammer mit dem Auslaß, einer Lenksäule für

die Lenkräder eines Fahrzeugs, einem Zahnsegment, das auf 20

die Lenksäule aufgekeilt ist und mit einer Zahnstange in Eingriff steht, die am Körper des Kolbens ausgebildet ist, zur übertragung der geradlinigen Bewegungen des Kolbens auf die Lenksäule, um diese in entsprechende Winkelbewegungen

umzuwandeln, sowie einer Schraube, die axial zwischen einem 25

Hohlraum des Kolbens angeordnet ist und mittels einer umkehrbaren Verbindung mit einer Mutter in Eingriff steht, die an einem Ende des Kolbens begrenzt drehbar zur Steuerung des Verteilers angeordnet ist, wobei das freie Ende der erwähnten Schraube axial und dichtend aus dem Zylinder zur Verbindung mit einem Betätigungsorgan herausragt.

Hydraulische Servolenkungen der vorangehend beschriebenen allgemeinen Art sind an sich bekannt für ihre baulichen ,..,_ Einzelheiten und ihre Wirkungsweise wird beispielsweise auf die englischen Patente 1.576.051 und 1.576.052 verwiesen.

Für eine einwandfreie Wirkungsweise der Servolenkungen im allgemeinen und insbesondere derjenigen der vorangehend beschriebenen Art muß eine Hubbegrenzung vorgesehen werden, um in beiden Richtungen den winkeligen Hub der Lenksäule der Räder zu begrenzen, um vor allem eine Beschädigung der Führungsorgane des Fahrzeugs in der Stellung ntaxiittäler Lenkung der Lenkräder zu vermeiden und um auch die Förderpumpe des hydraulischen Druckmittels in den Ruhezustand zu bringen, um eine übermässlge Erwärmung des Fluids zu vermeiden, das im Behälter enthalten ist, und die negativen Folgen, durch welche die Pumpe Schaden leiden kann.

Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Arten von Hub-15

begrenzungen vorgeschlagen worden, bei denen ein Ventilpaar vorgesehen ist, das beispielsweise auf dem Kolben angeordnet ist, und ein Paar entsprechender Widerlager, welche verstellbar von den Endwänden des Zylinders in Ausfluchtung mit den Ventilen getragen werden.

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Letztere werden daher abwechselnd in dem Augenblick des Auftreffens gegen das entsprechende Widerlager geöffnet, was zur Folge hat, daß der in der aktiven Kammer des

_o_ Zylinders herrschende Druck abgeleitet wird und der Kolben 25

seinen Hub anhält.

Ein Beispiel für solche Hubbegrenzungsarten ist in der deutschen Patentanmeldung 1.455.939 dargestellt.

Als Alternative ist in an sich bekannter Weise das Ventilpaar in fester Stellung auf dem Körper des Zylinders angeordnet oder auf Teilen, die mit diesem verbunden sind und die verstellbaren Widerlager werden durch den Kolben

g₅ oder von der Lenksäule aus betätigt.

Beispiele solcher Hubbegrenzungseinrichtungen sind in den

deutschen Patenten 1.291.644, 1.159.286 und 1.160.318 dargestellt.

Eine der wesentlichen Begrenzungen, die bei den bekannten Hubbegrenzungseinrichtungen mit hydraulischer Wirkungsweise, wie vorangehend beschrieben, auftraten, besteht in der Unmöglichkeit, sofort die Einstellung während ihres Einbaus in die Fahrzeuge vorzunehmen, wenn nur die rein mechanischen Teile der Führungsorgane vorhanden sind. Es ist in der Tat zu ihrer Regelung nötig, abzuwarten, bis der Zusammenbau des Fahrzeugs beendet ist, zusammen mit der Pumpe, welche das Vorhandensein entsprechender Leitungen erfordert, des Behälters des hydraulischen Fluids, des hydraulischen Fluids

selbst und des arbeitenden Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubbegrenzungseinrichtung für hydraulische Servolenkungen zu entwickeln, welche ihre Regelung direkt am Einbausitz der

einzelnen mechanischen Bauelemente des Fahrzeugs ermöglicht, ohne den Zusammenbau und die Arbeitstätigkeit der hydraulischen Bauelemente abzuwarten. Dieses Ziel wird durch die erfindungsgemäße Hubbegrenzungseinrichtung erreicht, welche sich dadurch unterscheidet, daß sie zwei

Ventilorgane besitzt, die in entsprechende Druckmittelauslaßleitungen eingesetzt sind, welche in der Wand des Zylinderkörpers untergebracht und an den Seiten des Zahnsegments angeordnet sind, welche Ventilorgane normalerweise

in der Schließstellung gehalten werden mit einer Vorspannung, 30

die größer ist als der maximale Druck, der in den Zylinderkammern herrscht, ferner Steuerstangen, welche mit ihrem einen Ende mit dem jeweiligen Ventilorgan verbunden sind und sich mit dem anderen Ende in das Innere des Zylinderg₅ körpers zum Eingriff mit den Flanken des Zahnsegments erstrecken, wenn sich dieses in dem einen oder in dem entgegengesetzten Sinn beim Erreichen der maximalen Lenkstellun-

gen verlagert befindet, welche Steuerstangen um einen bestimmten Betrag entgegen der erwähnten Feder beweglich sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die erwähnten Ventilorgane je in einer rohrförmigen Hülse angeordnet, die mit einem Gewinde über mindestens einen Abschnitt ihrer Außenwand versehen ist, welches Gewinde mit einem Gegengewinde inEingriff steht, das in einer jeweilige Bohrung der Wand des Zylinderkörpers herausgearbeitet ist.

Ein weiteres Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das freie Ende jeder Steuerstange, die sich in das Innere des Zylinderkörpers erstreckt, mit einer schwingenden kugeligen Kappe versehen und die Flanken des Zahnsegments sind je mit einer Nische versehen, deren Oberfläche derjenigen der kugeligen Kappe angepaßt ist.

²^ Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielsweisen Ausführungsform in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im vertikalen Längsschnitt mit EIe-

menten teilweise in Seitenansicht einer Servolenkung, welche mit der erfindungsgemäßen Hubbegrenzungseinrichtung versehen ist;

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie II-II in 30

Fig. 1;

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab die Besonderheit der Hubbegrenzungseinrichtung nach Fig. 1 in einer Stellun

maximaler öffnung.

In den Zeichnungen bezeichnet 1 den Zylinderkörper der Serv

lenkung, der in seinem Inneren einen Kolben 2 mit einer Zahnstange 3 enthält, mit welcher ein Zahnsegment 4 in Eingriff steht, das auf die Lenksäule aufgekeilt ist.

Der Kolben 2 unterteilt den Zylinder in herkömmlicher Weise in zwei Arbeitskammern 6 und 7, die über einen Verteiler, der allgemein mit 8 bezeichnet ist, wechselweise mit einer Druckmittelquelle und mit dem Auslaß in der herkömmlichen und daher nicht dargestellten Weise verbunden wird.

Der Kolben 2 weist in seinem Inneren einen axialen Hohlraum 9 auf, in welchem sich eine Schnecke 10 bewegt, welche mit einer Schraubenmutter 11 in Eingriff eteht, die ihrer-

seits über einen Schwinghebel 12 mit der Stellstange 13 des Verteilers 8 verbunden ist.

Wegen weiterer baulicher Einzelheiten und Einzelheiten der Wirkungsweise, die an sich bekannt sind, wird auf die Be-

Schreibungen der englischen Patentschriften 1.576.051 und 1.576.052 verwiesen.

Das Ende 14 der Schnecke 10 ragt aus dem Zylinder 1 aus

der in Form eines abnehmbaren Deckels ausgebildeten End-25

wand 15 heraus und ist zur Verbindung mit einem herkömmlichen und daher nicht dargestellten Lenkrad bestimmt.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß der Kolben 2 mit einem Kanal

versehen ist, der dazu bestimmt ist, eine ständige hydrau-30

lische Verbindung zwischen der Kammer 6 und dem Raum 17 des Zylinders 1, in welchem sich das Zahnsegment 4 befindet, aufrecht zu erhalten.

Die Wand 18 des Zylinders 1 ist mit zwei durchgehenden Bohrungen 19 und 20, die ein Innengewinde aufweisen, ver-

sehen, welche zur Achse des Zahnsegments 4 symmetrisch und zur Achse des Zylinders 1 senkrecht angeordnet sind. Die Bohrungen 19 und 20 sind mit zylindrischen Erweiterungen 21 und 22 versehen, welche miteinander durch einen Kanal 23 in Verbindung stehen, der in der Dicke der Wand 18 des Zylinders 1 herausgearbeitet ist.

Der Kanal 23 steht ferner mit Kanalabschnitten 24 und 25 in Verbindung, die in der Dicke der Wände 26 und des Zylinders 1 vorgesehen sind und durch eine Öffnung in die der Kammer 6 entgegengesetzte Kammer 7 münden.

In der Gewindebohrung 19 ist ein erstes Ventilelement der

erfindungsgemäBen Hubbegrenzungseinrichtung angeordnet.

Das zweite Ventilelement, welches dem ersten vollständig gleich ist, ist in der Gewindebohrung 20 angeordnet.

Wie sich aus Fig. 1 und 2 ergibt, ist in der Bohrung

mittels miteinander in Eingriff stehenden Gewinden 29 und 30 eine rohrförmige Hülse 31 angeordnet, welche mit einem ersten axialen Hohlraum 32, einem zweiten axialen Hohlraum 33, der mit dem Hohlraum 32 in Verbindung steht, 25

und ein dritter Hohlraum 34 vorgesehen.

Der Hohlraum 33 hat einen kleineren Durchmesser als der Hohlraum 32, wodurch ein Ventilsitz 35 erhalten wird, gegen

g₀ den sich das Verschlußstück 36 des Ventilelements abstützt. Das Verschlußstück 36 wird ständig gegen den Sitz 35 und damit in der Verschlußstellung durch eine Schraubenfeder 37 gehalten, die in dem Hohlraumabschnitt 32 angeordnet ist, dessen Innenwandabschnitt 38 mit einem Gewinde versehen ist. Das Gewinde des Abschnitts 38 steht mit dem Schraubeinsatz 39 in Eingriff, der als Abstützung für die

Feder 37 dient und die Einstellung der Belastung derselben ermöglicht.

Gegenüber dem Ventilsitz 35 ist ein diametraler Kanal vorgesehen, der dazu dient, den axialen Hohlraumabschnitt 32 mit der Erweiterung 21 der Bohrung 19 zu verbinden.

In dem axialen Hohlraumabschnitt 33 ist eine Stellstange 41 angeordnet, welche an ihrem einen Ende mit dem Verschlußstück 36 frei verbunden ist und mit ihrem anderen Ende mit dem Schaft 42 eines Körpers 43, der sich mit einem radialen Spiel in dem axialen Hohlraum 34 befindet und außerhalb der Hülse 31 mit einer kugeligen Kappe 44 geformt ist.

Der axiale Hohlraum 33 ist seinerseits mit einem diametralen Kanal 45 versehen, welcher das Innere des erwähnten Abschnitts mit dem den Zylinder 1 umgebenden Raum 17 in ständiger Verbindung hält.

Der Schaft 42 des Körpers 43 ist mit einem Flansch 47 und mit einer ringförmigen Eintiefung 48 gegenüberliegend radialen Halte- bzw. Einraststiften 46 versehen. Der Flansch 47 ist zum Eingriff mit den Stiften 46 bestimmt, um den Körper 43 in seiner Stellung zu halten, während die ringförmige Abstützung 49 des. axialen Hohlraumabschnitts die Anschlagebene des Körpers 43 bildet und zwar unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen.

Ein Dichtungsring 50 gewährleistet die hydraulische Abdichtung zwischen der Hülse 31 und der Wand 18 des Zylinders 1, während die Gewindekappe 51 die Halterung und den Schutz des äußeren Endes der Hülse 31 gewährleistet.

Da das in die Bohrung 20 eingesetzte Ventilelement dem

■■ίο -

in die Bohrung 19 eingesetzten völlig gleich ist, erübrigt sich die Beschreibung und sind in den Zeichnungen die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

An den Flanken 52 und 53 des Zahnsegments 4 sind ferner Nischen 54 und 55 mit gekrümmten Flächen herausgearbeitet, deren gekrümmte Flächen den gleichen Radius wie die kugeligen Kappen 44 der Ventilorgane haben, die der Einfachheit halber als rechte und linke Kappe bezeichnet sind.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die Wirkungsweise der Hubbegrenzungseinrichtung wie folgt ist.

Es sei angenommen, daß sich der Kolben 2 nach rechts bewegt (gesehen in Fig. 1 und 2), so daß sich das Zahnsegment 4 winkelig im Uhrzeigersinn bewegt, wodurch die Kammer 6 und der Raum 17 des Zylinders 1 unter Druck gesetzt wird.

Die Kammer 7 wird dagegen über den Verteiler 8 in herkömmlicher Weise mit dem Auslaß verbunden.

Während dieser Bewegung und bis die Hubendstellung noch

nicht erreicht ist, sind das rechte und das linke Ventil-25

element beide geschlossen. In der Tat schließen die Verschlußstücke 36 den Ventilsitz 35, so daß das Druckmittel nicht aus dem Raum 17 zu dem axialen Hohlraumabschnitt 32 gelangen kann und aus diesem nicht über den diametralen _g0 Kanal 40, die Erweiterungen 21 und 20 in die Kanäle 23,

24, 25 und in die Kammer 7, welche mit dem Auslaß in Verbindung steht.

Die kugelige Kappe 44 der beiden Ventilelemente befindet g^ sich in der Stellung maximaler Erstreckung in den Raum 17, wobei der Flansch 47 des Schaftes 42 gegen die Stifte 46

-ii-

anliegt und daher um einen bestimmten Betrag "S" gegenüber der Ebene angehoben ist, welche durch das ringförmige

Widerlager 49 bestimmt wird.
5

Beim Erreichen der Hubendstellung, welche der Stellung maximaler Lenkung der Räder in dem jeweiligen Uhrzeigersinn entspricht, kommt die Nische mit der gekrümmten Fläche 55 der Flanke 53 des Zahnsegments 4 in mechanischen Eingriff mit der schwingenden kugeligen Kappe 44 des rechten Ventilorgans.

Eine weitere winkelige Bewegung des Zahnsegments 4 hat zur Folge, daß die kugelige Kappe 44 nach unten gedrückt wird und mit dieser die Stellstange 41, welche das Verschlußstück 36 in die Öffnungsstellung bringt, wobei es von dem Sitz 35 unter Überwindung der Kraft entfernt wird, die von der Feder 37 ausgeübt wird, welche normalerweise diejenige des Druckes des im Zylinder befindlichen Fluids überwindet.

Durch das öffnen des Ventilsitzes 35 wird sofort der Druckraum des Zylinders 1 mit der Kammer 7 und damit mit dem Auslaß in Verbindung gebracht.

Die Bewegung des Kolbens 2 wird daher infolge der besonderen Bedingungen des hydraulischen Kreislaufs automatisch angehalten.

In dem Fall, in welchem das Zahnsegment 4 seine Winkelbe-30

wegung im Uhrzeigersinn fortsetzen muß als Folge eines von Hand auf die Schnecke 10 ausgeführten Lenkvorgangs kann es nachdem die kugelige Kappe 44 mit dem ganzen Hub bewegt worden ist, der durch das Spiel "S" ermöglicht wird, nicht mehr weiterbewegt werden wegen der mechanischen Anlage zwischen dem Körper 43 und dem ringförmigen Widerlager 49.

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Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Hubbegrenzungseinrichtung ihre Aufgabe, den Kolben 2 entweder auf hydraulischem Wege oder auf mechanischem Wege anzuhalten, erfüllt, so daß die maximale Garantie dafür erhalten wird, daß bei den Lenkungsorganen in den Stellungen maximaler Lenkung kein Schaden verursacht wird. Außerdem werden die herkömmlichen äußeren Hubbegrenzungen überflüssig.

Eine analoge Wirkungsweise wird erhalten, wenn die Bewegung des Kolbens 2 nach links erfolgt.

Beim Erreichen der Hubendestellung kommt die kugelige Nische

54 des Zahnsegments 4 in Eingriff mit der kugeligen Kappe 44 des linken Ventilorgans, wodurch den vorangehend beschriebenen analoge Arbeitsbedingungen erhalten werden.

Da unter diesen Arbeitsbedingungen sich die Kammer 7 unter Druck befindet und die Kammer 6 in der Auslaßstellung, befindet sich auch der Raum 17 über dem Kanal 16 in Verbindung mit dem Auslaß.

Beim öffnen des Ventilsitzes 35 des linken Ventilorgans kann das Druckmittel in der Kammer 7 in den Raum 17 gelangen und von diesem in den Auslaß über die Kanäle 25, 24, 23, die Erweiterung 20, den diametralen Kanal 40, den axialen Abschnitt 33 und den weiteren diametralen Kanal ⁴⁵·

Wegen der Ausbildung und der Wirkungsweise der dargestellter Hubbegrenzungs-Ventilorgane können diese natürlich rein mechanisch geregelt werden, noch bevor in die Fahrzeuge die hydraulischen Kreislaufelemente eingebaut sind und

der Motor in Betrieb ist.

In der Tat wird die erwähnte Regelung allein mit Hilfe 5

der richtigen axialen Einstellung der Hülse 31 in den

Bohrungen 19 und 20 erhalten, nachdem das Zahnsegment in die jeweiligen Stellungen maximal mechanischer Verschiebung gebracht worden ist, die zulässig ist, und wird die kugelige Kappe 44 des rechten und des linken Ventilorgans mit den Nischen 55 und 54 des Zahnsegments 4 in Eingriff gebracht.

Der Patentanwalt

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35

Leerseite

Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH -\: : % ^: .;^ D-8000 MQNCmbTnr - '

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMÄNN " " ** *"* Steinsdorfstraße 10

Dr. re r. oat. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹> * ^{29 66 84} Dipl.-I η q. J, SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

27.7.1982

RIVA Calzoni S.p.A.
Via Stendhal 34
Mailand / Italien

Ansprüche

' 1.1 Hubbegrenzungseinrichtung für hydraulische Servolenkungen ι J

mit einem Zylinder, in welchem ein Kolben dichtend gleitbar ist, der zwei entgegengesetzte Arbeitskammern begrenzt, einem Verteiler zur Speisung der einen oder der anderen der entgegengesetzten Kammer mit einem hydraulischen Druckmittel und gleichzeitigen Verbindung mit dem Auslaß der nicht mit dem Druckmittel gespeisten Kammer, einer Lenksäule für die Lenkräder eines Fahrzeugs, einem Zahnsegment, das auf die Lenksäule aufgekeilt ist und mit einer Zahnstange in Eingriff steht, die am Körper des Kolbens ausgebildet ist, um die geradlinigen Bewegungen des Kolbens auf die Lenksäule zu übertragen und in entsprechende Winkelbewegungen umzuwandeln, sowie mit einer Schnecke, welche axial in einem Hohlraum des Kolbens angeordnet ist und sich mittels einer umkehrbaren Verbindung in Eingriff mit einer Mutter befindet, die auf dem einen Ende des Kolbens zur Betätigung des Verteilers begrenzt drehbar angeordnet ist, wobei das freie Ende der Schnecke axial und dichtend aus dem Zylinder übersteht zur Verbindung mit einem Betätigungsorgan, gekennzeichnet durch zwei Ventilorgane, die je in einem Druckmittelauslaßkanal (19, 20) eingesetzt sind, welche Kanäle in der Wand des Zylinderkörpers (1)

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vorgesehen und auf den Seiten des Zahnsegments (4) angeordnet sind, welche Ventilorgane normalerweise in der Schließstellung durch eine Feder (37) gehalten werden, deren Druck höher als der maximale Druck ist, der in den Zylinderkammern (6, 7) herrscht, sowie Stellstangen (41), die an ihrem einen Ende mit dem jeweiligen Ventilorgan verbunden sind und sich mit ihrem anderen Ende in das Innere des Zylinderkörpers zum Eingriff mit den Flanken (52, 53) des Zahnsegmens (4) erstrecken, wenn dieses in dem einen Sinn oder in dem entgegengesetzten Sinn beim Er reichen der Stellungen maximaler Lenkung verlagert ist, welche Stellstangen (41) um einen bestimmten Betrag entgegen der Feder verschiebbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Ventilorgane in rohrförmigen Hülsen (31) angeordnet sind, die mit einem Gewinde (30) über mindestens

einen Abschnitt ihrer Außenwand versehen sind, welches Gewinde sich in Eingriff mit einem Gegengewinde (29) befindet, das in den Bohrungen der Wand des Zylinderkörpers vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende jeder Stellstange (41) sich in das Innere des Zylinderkörpers erstreckt, mit einer kugeligen Kappe (44) versehen ist, die zwischen den Flanken (52, 53) des Zahnsegments (4) schwingt, an welchem Nischen (54, 55) vorgesehen sind, welche Flächen aufweisen, die derjenigen der kugeligen Kappe angepaßt sind.