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    公开号:WO1985001924A1
    申请号:PCT/EP1984/000333
    申请日:1984-10-25
    公开日:1985-05-09
    发明作者:Armin Lang；Helmut KNÖDLER
    申请人:Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag；
    IPC主号:B62D5-00
    专利说明:
    [0001] Zahnstangen-Hilfskraftlenkung,.- insbesondere für Kraftfahrzeuge
    [0002] Die Erfindung betrifft eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des An¬ spruches 1.
    [0003] Eine derartige Zahnstangen-Hilfskraftlenkung ist bekannt aus der DE-OS 25 36 894. Diese Lenkung besteht aus einem mechanischen Lenkgetriebe, an das in Fortsetzung der Lenkspindel und des Rit¬ zels ein Steuerventil für die Steuerung eines Druckmittels zu und von einem Servomotor angebaut ist. Der Ventilschieber des Steuer¬ ventils wird durch eine in seiner Längsrichtung wirkende Reaktions kraft bewegt, die beim Drehen des schrägverzahnten Ritzels auf die Ritzelwelle wirkt und damit das Ritzel in axialer Richtung ver¬ schiebt. Durch das an dem mechanischen Lenkgetriebeteil angebaute Steuerventil weist die -bekannte Zahnstangen-Hydrolenkung eine Länge auf, die einer Austauschbarkeit einer rein mechanischen Zahnstangenlenkung durch eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung ent¬ gegensteht.
    [0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Zahn- stangen-Hilfskraftlenkung derart zu verbessern, daß eine Austausch barkeit mit einer rein mechanischen Zahnstangenlenkung möglich ist. Dies bedeutet, daß die Zahnstangen-Hilfskraftlenkung in Rich¬ tung Lenkspindel-Ritzel etwa gleich lang sein soll wie eine ver¬ gleichbare mechanische Zahnstangenlenkung. Da die Verwendung der Zahnstangen-Hilfskraftlenkung anstelle einer rein mechanischen Lenkung erfolgen soll, muß auch der Energiebedarf für die Hilfs¬ kraftunterstützung auf einen möglichst kleinen Wert beschränkt bleiben.
    [0005] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Anordnung der Steuereinrichtung neben dem Ritzel wird erreicht, daß die Länge des Lenkgetriebes in der Achsrichtung des Ritzels im wesentlichen nur von der Länge des Ritzels und sei¬ ner Lagerung bestimmt ist. Die Verwendung von Sitzventilen an¬ stelle von bisher allgemein üblichen Kolbe entilen ermöglicht die Verwendung eines Druckspeichers. Wegen der fehlenden Leckverluste kann die Servopumpe sehr klein gehalten sein. Diese Möglichkeit der Energieeinsparung wird noch unterstützt durch die Tatsache, daß durch die spielfreie Mittenzentrierung die Lenkung unterhalb einer bestimmten Ansprechschwelle wie eine normale mechanische Lenkung arbeitet. Wegen der Verwendung der Sitzventile kann im Bereich des mechanischen Getriebes auf die sonst bei Hilfskraft¬ lenkungen notwendigen Dichtringe verzichtet werden, so daß die Lenkung unterhalb der hydraulischen Ansprechschwelle unbeeinflußt von durch Dichtringe hervorgerufenen Reibmomenten arbeiten kann.
    [0006] Die spielfreie Mittenzentrierung wird mit einfachen Mittein dadurch erreicht, daß die Zentrierfedern in der einen Richtung nur bis zu einem gehäusefesten Anschlag wirken können. Die Federkraft in dieser Richtung ist etwa doppelt so groß wie die Kraft der ent¬ gegengesetzt wirkenden Federn. Dadurch ist eine eindeutig defi¬ nierte Mittenstellung möglich. Durch das Zusammenwirken der ent¬ gegengesetzt wirkenden Federn mit unterschiedlicher Federkraft wird erreicht, daß die Zentrierkraft in beiden Richtungen ungefähr gleich groß ist.
    [0007] Die Einlaß- und Auslaß-Sitzventile sind parallel zu dem Rit¬ zel in einem Bereich angeordnet, der von der Zahnstange nicht be¬ rührt wird. Um ein Verkanten der Mitnahmescheibe zu verhindern, ist zusätzlich zu den über die Ventilstößel wirkenden Federn eine dritte Feder, die nur einen kurzen Bauraum benötigt, im Bereich der Zahnstange angeordnet.
    [0008] O PI
    [0009] ^ o Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
    [0010] Fig. 1 den Längsschnitt durch die Zahnstangen-Hilfskraft¬ lenkung nach der Linie I-I in Fig. 3, Fig. 2 den Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 3, Fig. 3 den Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1.
    [0011] In einem Lenkgehäuse 1 ist ein schräg- oder spiralverzahntes Ritzel 2 drehbar und in bestimmten Grenzen axial verschiebbar ge¬ lagert. Das Ritzel 2 trägt an seinem einen Ende einen Lenkspindel¬ anschluß 3, für den Anschluß an ein Lenkorgan, beispielsweise ein nicht dargestelltes Lenkhandrad. Das Ritzel 2 steht über seine Schrägverzahnung in Eingriff mit einer Zahnstange 4, die in dem Lenkgehäuse 1 axial verschiebbar geführt ist.
    [0012] Das Ritzel 2 ist durch zwei Radiällager 5 und 6 und durch zwei Axiallager 7 und 8 gelagert. Die axiale Fixierung erfolgt durch eine Lagerscheibe 9, die über eine erste Federanordnung 10 in der Form von Tellerfedern gegen eine Anlageschulter 11 in dem Lenkgehäuse 1 gedrückt wird. Das Axiallager 7 ist zwischen der Lagerscheibe 9 und einem mit dem Ritzel 2 verbundenen Zentrier¬ bund 12 angeordnet. Auf der anderen Seite des Zentrierbundes 12 ist das Axiallager 8 angeordnet, das durch eine zweite (weiter unten näher beschriebene) Federanordnung über eine Mitnahmeschei- be 13 gegen den Zentrierbund 12 gedrückt wird.
    [0013] Zur Steuerung des von einer nicht dargestellten Servopumpe geförderten Druckmittels zu und von einem nicht dargestellten Ser¬ vomotor dient eine Steuereinrichtung 14, das aus zwei Einlaß-Sitz¬ ventilen 15 und 16 und zwei Auslaß-Sitzventilen 17 und 18 gebildet ist. Die Einlaß- und Auslaß-Sitzventile sind im wesentlichen par- allel zu dem Ritzel 2 angeordnet. Dabei können alle vier Sitz¬ ventile getrennt voneinander in dem Lenkgehäuse angeordnet sein. Besonders vorteilhaft für eine kompakte Ausführung ist jedoch eine Anordnung, in der jeweils ein Einlaß-Sitzventil 15 bzw. 16 und ein Auslaß-Sitzventil 17 bzw. 18 koaxial zueinander angeordnet sind (Fig. 1) .
    [0014] In der Neutralstellung der Steuereinrichtung 14 sind die Ein¬ laß-Sitzventile 15 und 16 geschlossen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Ventilkörper 19 und 20 durch Druckfedern 21 und 22 gegen gehäusefeste Ventilsitze 23 und 24 gedrückt werden.
    [0015] In Bohrungen der Ventilkörper 19 und 20 der Einlaß-Sitzven¬ tile 15 und 16 sind Ventilsitze 25 und 26 für die Auslaß-Sitzven¬ tile 17 und 18 gebildet. An zwei Ventilstößeln 27 und 28, die durch Druckfedern 29 und 30 gegen die Mitnahmescheibe 13 gedrückt werden, sind die Ventilkörper 31 und 32 der Auslaß-Sitzventile 17 und 18 ausgebildet. Die Ventilsitze 25 und 26 sind den Schließkör¬ pern 31 und 32 derart zugeordnet, daß in der Neutralstellung des Steuerventiles 14 die Auslaß-Sitzventile 17 und 18 geöffnet sind.
    [0016] Die Druckfedern 29 und 30, die über die Ventilstößel 27 und 28 auf die Mitnahmescheibe 13 und damit auch auf den Zentrier¬ bund 12 wirken, gehören zusammen mit einer dritten Druckfeder 33 zu der oben erwähnten zweiten Federanordnung. Die drei Druckfe¬ dern 29, 30 und 33 sind hinsichtlich ihrer Anordnung zueinander und ihrer Federkräfte derartig ausgelegt, daß die Mitnahmeschei¬ be 13 nur in axialer Richtung belastet und frei von Querkräften ist. Dies wird durch eine symmetrische Anordnung der Druckfedern zueinander erreicht. Im einfachsten Fall sind drei gleiche Federn mit gleicher Teilung in dem Lenkgehäuse 1 angeordnet.
    [0017] O PI & AT1Q$∑ Um in der Neutralstellung des Steuerventils 14 eine genaue und spielfreie Zentrierung des Ritzels 2 und damit der Mitnahme¬ scheibe 13 zu erreichen, ist die Kraft der ersten Federanord¬ nung 10 etwa doppelt so groß wie die Kraft der durch die Druckfe¬ dern 29, 30, 33 gebildeten zweiten Federanordnung. Bei einer Ver¬ schiebung des Ritzels 2 nach oben (in Fig. 1) wirkt dieser Bewe¬ gung die Kraft der Federanordnung 10 entgegen, während die Kraft der zweiten Federanordnung die Bewegung unterstützt. Bei einer Verschiebung des Ritzels 2 nach unten wirkt nur die Kraft der zweiten Federanordnung dieser Bewegung entgegen. Damit sind in beiden Richtungen gleiche Kräfte wirksam.
    [0018] Zur Versorgung der Lenkung mit von einer nicht dargestellten Förderpumpe geförderten Druckmittel ist ein Zulaufanschluß 34 vor¬ gesehen, der über entsprechende Kanäle mit an jedem der Einlaß- Sitzventile 15 und 16 angeordneten Zulaufkammern 35 und 36 in Ver¬ bindung steht. Zwei Ringräume 37 und 38, die in Neutralstellung des Steuerventils von den Zulauf ammern 35 und 36 getrennt sind, stehen mit zwei Zylinderanschlüss-_n 39 und 40 in Verbindung. Außerdem sind die Ringräume 37 und 38 über Bohrungen 41 und 42 und über die in Neutralstellung des Steuerventils offenen Auslaß-Sitz¬ ventile 17 und 18 mit einem Rücklaufanschluß 43 verbunden.
    [0019] Im folgenden wird die Funktion der Steuereinrichtung 14 bei einer Betätigung der Zahnstangen-Hilfskraftlenkung näher beschrie¬ ben: In der Neutralstellung der Steuereinrichtung sind die beiden Zulaufkammern 35 und 36 hermetisch abgeschlossen, so daß kein Druckmittel verbraucht wird. Die beiden Zylinderanschlüsse 39 und 40 sind in dieser Neutralstellung mit dem Rücklaufanschluß 43 verbunden, wodurch ein ungehinderter Rücklauf des Lenkgetriebes möglich ist.
    [0020] Wird die Lenkspindel so gedreht, daß durch die Schrägverzah¬ nung des Ritzels 2 eine Kraftkomponente auf das Ritzel nach oben hin entsteht, so bleibt diese Kraftkomponente so lange unwirksam, bis die Kraft der ersten Federanordnung 10 überwunden ist. Nach Überwindung dieser Grenzkraft, bis zu der rein mechanisch gelenkt wird, verschiebt sich das Ritzel 2 nach oben. Durch die Kraft der Druckfedern 29, 30 und 33 werden die Ventilstδßel 27 und 28 eben¬ falls nach oben verschoben und in ständiger Anlage an der Mitnah¬ mescheibe 13 gehalten. Bei dieser Bewegung schließt zuerst das eine Auslaß-Sitzventil 17, während sich das andere Auslaß-Sitz¬ ventil 18 weiter öffnet. Wenn der Ventilkörper 31 des Auslaß-Sitz¬ ventils 17 vollständig an dem Ventilsitz 25 des Auslaß-Sitzven¬ tils 17 anliegt, wird bei weiterer Bewegung des Ventilstδßels 27 der Ventilkörper 19 des einen Einlaß-Sitzventils 15 mitgenommen und das Einlaß-Sitzventil 15 wird geöffnet. Dadurch ergibt sich ein Druckmittelstrom von dem Zulaufanschluß 34 über die Zulauf- kammer'35, das geöffnete Einlaß-Sitzventil 15, den Ringraum 37 zu dem Zylinderanschluß 39. Der Zylinderanschluß 39 ist mit der einen Seite eines nicht dargestellten Servomotors verbunden. Von der anderen Seite des Servomotors fließt das Druckmittel zurück zu dem zweiten Z linder nschluß 40 und von dort über den Ringraum 38, die Bohrung 42 und das offene Auslaß-Sitzventil 18 zu dem Rücklauf n¬ schluß 43, der mit einem nicht dargestellten Druckmittelbehälter verbunden ist.
    [0021] Bei einer Drehung des Ritzels 2 in der entgegengesetzten Rich¬ tung wird das Ritzel nach Überwindung der Grenzkraft der Druckfe¬ dern 29, 30 und 33 nach unten verschoben. Die Steuereinrichtung 14 arbeitet entsprechend und ermöglicht einen Druckmittelstrom in entgegengesetzter Richtung. Auch hierbei ist die Schaltfolge der Sitzventile so, daß zuerst das Auslaß-Sitzventil 18 schließt und danach der Ventilkörper 20 des Einlaß-Sitzventils 16 durch die weitere Bewegung des Ventilstößels 28 mitgenommen wird, bis das Einlaß-Sitzventil 16 öffnet. Das andere Einlaß-Sitzventil 15 bleibt geschlossen, das andere Auslaß-Sitzventil 17 bleibt in seine vollen Offenstellung.
    [0022] "•gTTRE^
    [0023] OMPI V IPO &1 5 NAT1Ö2^ Bezugszeichen
    [0024] 1 Lenkgehäuse 32 Ventilkörper
    [0025] 2 Ritzel 33 Druckfeder
    [0026] 3 Lenkspindelanschluß 34 Zulaufanschluß
    [0027] 4 Zahnstange 35 Zulaufkammer
    [0028] 5 Radiallager 36 Zulaufkammer
    [0029] 6 Radiallager 37 Ringraum
    [0030] 7 Axiallager 38 Ringraum
    [0031] 8 Axiallager 39 Zylinderanschluß
    [0032] 9 Lagerscheibe 40 Zylinderanschluß 0 Erste Federanordnung 41 Bohrung 1 Anlageschulter 42 Bohrung 2 Zentrierbund 43 Rücklaufanschluß 3 Mitnahmescheibe 4 Steuereinrichtung 5 Einlaß-Sitzventil 6 Einlaß-Sitzventil 7 Auslaß-Sitzventil 8 Auslaß-Sitzventil 9 Ventilkörper 0 Ventilkörper 1 Druckfeder 2 Druckfeder 3 Ventilsitz 4 Ventilsitz 5 Ventilsitz 6 Ventilsitz- 7 Ventilstößel 8 Ventilstößel 9 Druckfeder 0 Druckfeder 1 Ventilkörper
    权利要求:
    Claims A n s p r ü c h e
    1. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahr¬ zeuge, mit einem schrägverzahnten, begrenzt axial verschiebbar in einem Lenkgehäuse gelagerten und durch die Kraft von Federn zen¬ trierbaren Ritzel und einer mit dem Ritzel in Eingriff stehenden Zahnstange und mit einer durch die Axialbewegung des Ritzels betä¬ tigbaren Steuereinrichtung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Steuereinrichtung (14) durch je zwei Einlaß-Sitzventi¬ le (15, 16) und Auslaß-Sitzventile (17, 18) gebildet ist, die neben dem Ritzel (2) im Bereich der axialen Erstreckung des Rit¬ zels (2) in dem Lenkgehäuse (1) angeordnet sind.
    2. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einlaß-Sitzventi¬ le (15, 16) und Auslaß-Sitzventile (17, 18) parallel zu dem Ritzel (2) angeordnet sind und daß deren Schließkörper (19, 20, 31, 32) über eine mit dem Ritzel (2) verbundene Mitnahmeschei¬ be (13) in gleichem Sinne wie das Ritzel (2) axial verschiebbar sind.
    3. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mitnahmescheibe (13) durch die Kraft einer zweiten Federanordnung (Druckfedern 29, 30, 33) an einen mit dem Ritzel (2) verbundenen Zentrierbund (12) gedrückt wird, der sich über ein Axiallager (7) an einer Lagerseheibe (9) abstützt, die durch die Kraft einer ersten Federanordnung (10) gegen eine Anlageschulter (11) in dem Lenkgehäuse (1) gedrückt wird, wobei die Kraft der ersten Federanordnung (10) in entgegen¬ gesetzter Richtung wirkend und etwa doppelt so groß ist wie die Kraft der zweiten Federanordnung (29, 30, 33).
    4. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite Federanordnung aus drei einzelnen Druckfedern (29, 30, 33) besteht, die im wesent¬ lichen symmetrisch zueinander in dem Lenkgehäuse (1) angeordnet sind, wobei eine (33) der Druckfedern direkt an der Mitnahmeschei¬ be (13) angreift und die beiden anderen Druckfedern (29, 30) über je einen Ventiistößel (27, 28) der Auslaß-Sitzventile (17, 18) an der Mitnehmerscheibe (13) angreifen.
    5. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils ein Einlaß-Sitzventil (15 bzw. 16) und ein Auslaß-Sitzventil (17 bzw. 18) koaxial zueinander angeordnet sind.
    6. Zahnstangen-Hydrolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einlaß-Sitzven¬ tile (15, 16) in -Neutralstellung der Steuereinrichtung (14) ge¬ schlossen sind und die Auslaß-Sitzventile (17, 18) offen sind.
    7. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in Neutralstellung der Steuer¬ einrichtung (14) die Einlaß-Sitzventile (15, 16) durch Druckfe¬ dern (21, 22) geschlossen sind und die Auslaß-Sitzventile (17, 18) über ihre durch die Federn (29, 30) in Anlage an der Mitnahme¬ scheibe (13) gehaltenen Ventilstößel (27, 28) in Offenstellung gehalten sind.
    8. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einlaß-Sitzventi¬ le (15, 16) nur bei geschlossenen Auslaß-Sitzventilen (17, 18) aufsteuerbar sind.
    9. Zahnstangen-Hilfskraftienkung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ventilkörper (31, 32) der Auslaß-Sitzventile (17, 18) als Ventilstößel (27, 28) ausgebildet und unmittelbar betätigbar sind, daß die Ventilsitze (23, 24) der Einlaß-Sitzventile (15, 16) gehäusefest sind und daß die Ventil¬ körper (19, 20) der Einlaß-Sitzventile (15, 16) und die Ventilsit¬ ze (25, 26) der Auslaß-Sitzventile (17, 18) jeweils fest mit¬ einander verbunden sind.
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