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Dokumentenidentifikation DE4011031A1 11.10.1990
Titel Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, für - insbesondere schwere - Kraftfahrzeuge
Anmelder Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, 7990 Friedrichshafen, DE
Erfinder Eberhard, Andrea, 7067 Plüderhausen, DE;
Elser, Dieter, 7087 Essingen, DE
DE-Anmeldedatum 05.04.1990
DE-Aktenzeichen 4011031
Offenlegungstag 11.10.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.1990
IPC-Hauptklasse B62D 5/22
IPC-Nebenklasse B62D 5/12   
Zusammenfassung Eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, die insbesondere für schwere Kraftfahrzeuge verwendet wird, weist zwei hydraulisch voneinander getrennte Lenkkreise auf. In einem Lenkgehäuse (1) ist ein Ritzel (2) drehbar und eine Zahnstange (4) axial verschiebbar geführt. Die Zahnstange (4) steht mit dem Ritzel (2) in Kämmeingriff. Die Zahnstange (4) bildet mit ihren beidseitigen Stirnflächen (5, 6) den Kolben (7) des ersten Lenkkreises, der dazugehörige Zylinder (8) ist in dem Lenkgehäuse (1) ausgebildet. In der Zahnstange (4) sind zwei Zylinderräume (14, 15) gebildet, die zu den Stirnflächen (5, 6) der Zahnstange (4) hin offen sind. Mit zwei Gehäusedeckeln (16, 17), die den Zylinder (8) abschließen, sind zwei Kolben (18, 20) fest verbunden, die zusammen mit den in der Zahnstange (4) angeordneten Zylinderräumen (14, 15) eine Zylinder-Kolben-Einheit des zweiten Lenkkreises bilden. Damit sind die beiden Zylinder-Kolben-Einheiten der beiden Lenkkreise raumsparend ineinandergeschachtelt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangen- Hilfskraftlenkung für - insbesondere schwere - Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei sind zur Hilfskraftunterstützung zwei hydraulisch voneinander getrennte Lenkkreise vorgesehen, die je eine Zylinder-Kolben-Einheit enthalten. Beide Zylinder-Kolben- Einheiten sind mechanisch miteinander verbunden. Eine der Zylinder-Kolben-Einheiten steht mit einem Abtriebsgestänge in Verbindung, das zur Übertragung der Lenkbewegung auf die zu lenkenden Fahrzeugräder ausgebildet ist.

Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen können in Ein-Kreis- Ausführung für schwere Nutzfahrzeuge nur bis zu einer Lenkachslast von ca. 6500 kg verwendet werden, da bestimmte Forderungen des Gesetzgebers (z. B. § 38 der StVZO) zu erfüllen sind. Diese Grenze ergibt sich durch das systembedingte direkte Gesamt-Übersetzungsverhältnis von Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen. Für Kraftfahrzeuge, deren Lenkachslasten 6500 kg übersteigen, sind Zahnstangen- Hilfskraftlenkungen mit zwei hydraulisch voneinander getrennten Lenkkreisen erforderlich.

Eine derartige Zahnstangen-Hilfskraftlenkung ist beispielsweise bekannt aus der EP-B1-01 88 158. In dieser Zahnstangen-Hilfskraftlenkung sind zwei Zylinder-Kolben- Einheiten parallel nebeneinander angeordnet. Die beiden Zylinder-Kolben-Einheiten sind durch eine elastische Kupplung miteinander verbunden, die zwischen den beiden axial verschiebbaren Zylindern angeordnet ist. Die beiden nebeneinander angeordneten Zylinder-Kolben-Einheiten benötigen relativ viel Platz. Eine derartige Ausführung erfordert einen großen Herstellungs- und Montageaufwand.

Die Stelle, an der die Verbindungsteile von der Zahnstange zu den zu lenkenden Fahrzeugrädern aus dem Gehäuse heraustreten, ist durch eine gleitende Abdichtung abgedichtet. Eine solche gleitende Abdichtung kann bei starker Verschmutzung, wie sie im Bereich eines Lenkgetriebes auftritt, zu Schwierigkeiten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung mit zwei hydraulisch voneinander getrennten Lenkkreisen der eingangs beschriebenen Art raumsparend auszubilden. Dabei sollen nur wenige leicht herzustellende und zu montierende Teile verwendet werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Zahnstangen-Hilfskraftlenkung gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Zur Lösung der Aufgabe gehört es, daß das Lenkgehäuse im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und einen Zylinder des ersten Lenkkreises enthält. Dabei bildet die Zahnstange mit ihren beidseitigen Stirnflächen den Kolben des ersten Lenkkreises und trennt zwei Zylinderräume des ersten Lenkkreises voneinander. Die Zylinder-Kolben-Einheit des zweiten Lenkkreises wird durch zwei Zylinderräume, die von den Stirnseiten der Zahnstange ausgehend in der Zahnstange angeordnet sind, und von zwei mit dem Lenkgehäuse fest verbundenen Kolben gebildet. Die Zylinder und Kolben der beiden Zylinder-Kolben-Einheiten sind ineinander geschachtelt und benötigen deshalb nur sehr wenig Raum. Durch diese Anordnung wird durch ein einziges Bauteil der Kolben des einen Lenkkreises und der Zylinder des anderen Lenkkreises gebildet.

Zweckmäßigerweise ist jeder der beiden Kolben des zweiten Lenkkreises mit einem Gehäusedeckel verbunden, der den Zylinder des ersten Lenkkreises abschließt. Auch hierbei erfüllt ein einfach herzustellendes Bauteil zwei unterschiedliche Funktionen. In diesem aus dem Kolben des zweiten Lenkkreises und dem Gehäusedeckel bestehenden Bauteil lassen sich die Drucköl-Durchführkanäle für die Zylinderräume der beiden Lenkkreise leicht unterbringen.

Durch die Ineinanderschachtelung der beiden Zylinder- Kolben-Einheiten wird eine im wesentlichen zylindrische Außenform des Lenkgehäuses erreicht. Dadurch kann wie bei Ein-Kreis-Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen ein fest mit dem Lenkgehäuse verbundener zylindrischer Faltenbalg verwendet werden, mit dem eine sichere Abdichtung der Austrittsstelle des Abtriebsgestänges aus dem Lenkgehäuse erreicht werden kann.

Zweckmäßigerweise werden an den beiden Gehäusedeckeln Befestigungselemente zur Befestigung des Lenkgehäuses in dem Kraftfahrzeug angebracht. Auf diese Weise können bei einem Einbau der Hilfskraftlenkung in verschiedenen Fahrzeugen mit unterschiedlichen Befestigungsvorrichtungen die Gehäusedeckel entsprechend angepaßt werden, während das große und teure Hauptteil der Hilfskraftlenkung, das Lenkgehäuse für alle diese Anwendungsfälle beibehalten werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zahnstangen- Hilfskraftlenkung mit einem schematisch dargestellten Schaltplan der beiden Lenkkreise,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Zahnstangen- Lenkgetriebe nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab mit einer Ausführungsvariante der Trenndichtungen der beiden Lenkkreise.

Bei der erfindungsgemäßen Zahnstangen- Hilfskraftlenkung ist in einem Lenkgehäuse 1 ein Ritzel 2 drehbar gelagert. Das Ritzel 2 ist über einen Lenkspindelanschluß 3 mit einem nicht dargestellten Lenkhandrad verbunden. Mit dem Ritzel 2 steht eine Zahnstange 4 in Kämmeingriff. Die Zahnstange 4 weist an ihren beiden Stirnseiten Stirnflächen 5 und 6 auf, die einen Kolben 7 bilden. Das Lenkgehäuse 1 weist eine im wesentlichen zylindrische Form auf und enthält einen Zylinder 8. Der Zylinder 8 und der Kolben 7 bilden zusammen eine Zylinder-Kolben-Einheit eines ersten Lenkkreises. Dabei trägt der Kolben 7 an seiner äußeren zylindrischen Umfangsfläche an beiden Enden je eine Kolbendichtung 10 bzw. 11. Der Kolben 7 trennt damit in dem Zylinder 8 zwei Zylinderräume 12 und 13 des ersten Lenkkreises voneinander.

In der Zahnstange 4 sind zwei Zylinderräume 14 und 15 angeordnet, die in zwei von den beiden Stirnflächen 5 und 6 der Zahnstange 4 ausgehenden Sackbohrungen gebildet sind. Das Lenkgehäuse 1 ist an den beiden Enden seines Zylinders 8 durch zwei Gehäusedeckel 16 und 17 verschlossen. Mit den Gehäusedeckeln 16 und 17 sind zwei Kolben 18 und 20fest verbunden. Zweckmäßigerweise sind die Kolben 18 bzw. 20 einteilig mit den Gehäusedeckeln 16 bzw. 17 ausgebildet. Zwischen jedem Zylinderraum 14 bzw. 15 und dem dazugehörigen Kolben 18 bzw. 20 ist eine Kolbendichtung 21 bzw. 22 angeordnet. Die Zylinderräume 14 und 15 bilden zusammen mit dem Kolben 18 und 20 eine Zylinder-Kolben- Einheit eines zweiten Lenkkreises.

In jedem Gehäusedeckel 16 bzw. 17 ist ein Druckölkanal 23 bzw. 24 angeordnet, durch den Drucköl in den benachbarten Zylinderraum 12 bzw. 13 eingeleitet bzw. aus ihm abgeleitet werden kann. An jeden Druckölkanal 23 bzw. 24 ist eine Arbeitsleitung 25 bzw. 26 des ersten Lenkkreises angeschlossen. Die beiden Arbeitsleitungen 25 und 26 können über ein erstes Steuerventil 27 wechselweise mit einer ersten Servopumpe 28, die beispielsweise vom Fahrzeugmotor 30 angetrieben wird und mit einem ersten Behälter 31 verbunden werden.

Jeder der beiden Kolben 18 und 20 ist von einem Druckölkanal 32 bzw. 33 durchsetzt, durch den dem zugehörigen Zylinderraum 14 bzw. 15 Drucköl zugeführt bzw. aus ihm abgeleitet werden kann. An jeden Druckölkanal 32 bzw. 33 ist eine Arbeitsleitung 34 bzw. 35 angeschlossen, die über ein zweites Steuerventil 36 wechselweise mit einer zweiten Servopumpe 37 und einem zweiten Behälter 38 verbunden werden können. Die zweite Servopumpe 37 ist als Notlenkpumpe ausgebildet und wird zweckmäßigerweise von einem Teil des Antriebsstranges zwischen dem Getriebeausgang und den Fahrzeugrädern angetrieben.

Die Übertragung der Bewegung der Zahnstange 4 auf zu lenkende Fahrzeugräder 40 und 41 erfolgt zweckmäßigerweise durch einen sogenannten Mittenabtrieb 42. Dazu ist an der Zahnstange 4 ein Mitnehmerzapfen 43 befestigt, der durch einen Schlitz 44 aus dem Lenkgehäuse 1 herausgeführt wird. An dem Mitnehmerzapfen 43 sind zwei Spurstangen 45 und 46 des Abtriebsgestänges angelenkt. Ein im wesentlichen zylindrischer Faltenbalg 47 ist an seinen beiden Enden fest mit dem Lenkgehäuse 1 verbunden und dichtet den Schlitz 44 und damit die Befestigungsstelle des Abtriebsgestänges gegenüber der Umgebung ab.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist neben der einen Kolbendichtung 21, die den Zylinderraum 12 des ersten Lenkkreises von dem Zylinderraum 14 des zweiten Lenkkreises trennt, eine zweite Kolbendichtung 48 angeordnet. Zwischen der einen Kolbendichtung 21 und der zweiten Kolbendichtung 48 ist eine Leckölleitung 50 angeschlossen, durch die eventuell aus einem der Zylinderräume 12 oder 14 austretendes Lecköl abgeleitet werden kann. Durch diese Leckölleitung 50, die entsprechend auch am anderen Ende der Zahnstange 4 angeordnet ist, wird ein Leckölaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Lenkkreis in einem Schadensfall verhindert. Dies ergibt mehr Sicherheit durch Früherkennung von Dichtungsschäden, ohne daß ein Ölverlust nach außen auftritt. Die Früherkennung erfolgt in bekannter Weise, z. B. durch Durchflußanzeiger oder Ölstandsanzeiger in beiden Lenkkreisen.

Unterschiedliche Fahrzeuge weisen unterschiedliche Befestigungspunkte für die Lenkung auf. Um für teure Hauptteile der Lenkung, beispielsweise das Lenkgehäuse 1, einheitliche Ausführungen für eine Großserien-Fertigung zu erreichen, werden die Befestigungselemente zur Befestigung des Lenkgehäuses 1 an kleinere, billige Teile, nämlich die Gehäusedeckel 16 und 17, gelegt. Jeder Gehäusedeckel 16 bzw. 17 weist deshalb einen Befestigungsflansch 51 bzw. 52 auf, mit dem das Lenkgehäuse im Fahrzeug befestigt wird.

Bezugszeichen

1 Lenkgehäuse

2 Ritzel

3 Lenkspindelanschluß

4 Zahnstange

5 Stirnfläche

6 Stirnfläche

7 Kolben

8 Zylinder

9 -

10 Kolbendichtung

11 Kolbendichtung

12 Zylinderraum

13 Zylinderraum

14 Zylinderraum

15 Zylinderraum

16 Gehäusedeckel

17 Gehäusedeckel

18 Kolben

19 -

20 Kolben

21 Kolbendichtung

22 Kolbendichtung

23 Druckölkanal

24 Druckölkanal

25 Arbeitsleitung

26 Arbeitsleitung

27 Erstes Steuerventil

28 Erste Servopumpe

29 -

30 Fahrzeugmotor

31 Erster Behälter

32 Druckölkanal

33 Druckölkanal

34 Arbeitsleitung

35 Arbeitsleitung

36 Zweites Steuerventil

37 Zweite Servopumpe

38 Zweiter Behälter

39 -

40 Fahrzeugrad

41 Fahrzeugrad

42 Mittenabtrieb

43 Mitnehmerzapfen

44 Schlitz

45 Spurstange

46 Spurstange

47 Faltenbalg

48 Zweite Kolbendichtung

49 -

50 Leckölleitung

51 Befestigungsflansch

52 Befestigungsflansch


Anspruch[de]
  1. 1. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung für - insbesondere schwere - Kraftfahrzeuge, mit folgenden Merkmalen:
    1. - in einem Lenkgehäuse (1) ist ein Ritzel (2) drehbar gelagert;
    2. - mit dem Ritzel (2) steht eine in dem Lenkgehäuse (1) axial verschiebbar geführte Zahnstange (4) in Eingriff;
    3. - zur Hilfskraftunterstützung sind zwei hydraulisch voneinander getrennte Lenkkreise vorgesehen, die je eine Zylinder-Kolben-Einheit enthalten;
    4. - die Zylinder-Kolben-Einheiten sind mechanisch miteinander verbunden;
    5. - eine der Zylinder-Kolben-Einheiten steht mit einem Abtriebsgestänge (42, 44, 45) in Verbindung, das zur Übertragung der Lenkbewegung von der Zahnstange (4) auf zu lenkende Fahrzeugräder ausgebildet ist,
  2. gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    1. - das Lenkgehäuse (1) ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und enthält einen Zylinder (8) des ersten Lenkkreises;
    2. - die Zahnstange (1) bildet mit ihren beidseitigen Stirnflächen (5, 6) den Kolben (7) des ersten Lenkkreises und trennt zwei Zylinderraume (12, 13) des ersten Lenkkreises voneinander;
    3. - ausgehend von den Stirnflächen (5, 6) der Zahnstange (4) sind in der Zahnstange (4) zwei Zylinderräume (14, 15) gebildet, die mit zwei mit dem Lenkgehäuse (1) fest verbundenen Kolben (18, 20) die Zylinder-Kolben-Einheit des zweiten Lenkkreises bilden.
  3. 2. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kolben (18, 20) des zweiten Lenkkreises mit einem den Zylinder (8) des ersten Lenkkreises abschließenden Gehäusedeckel (16, 17) verbunden ist.
  4. 3. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Gehäusedeckel (16, 17) einen Druckölkanal (23, 24) zum Durchführen von Drucköl zu und von einem der Zylinderräume (12, 13) des ersten Lenkkreises enthält.
  5. 4. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kolben (18, 20) des zweiten Lenkkreises einen Druckölkanal (32, 33) zum Durchführen von Drucköl zu und von einem der Zylinderräume (14, 15) des zweiten Lenkkreises enthält.
  6. 5. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstelle des Abtriebsgestänges (42, 44, 45) in der Mitte der Zahnstange (4) liegt und durch einen mit dem Lenkgehäuse (1) fest verbundenen zylindrischen Faltenbalg (47) gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.
  7. 6. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zylinderräumen (12, 13) des ersten Lenkkreises einerseits und den Zylinderräumen (14, 15) des zweiten Lenkkreises andererseits je zwei Kolbendichtungen (21, 22; 48) angeordnet sind, zwischen denen je eine Leckölleitung (50) angeschlossen ist.
  8. 7. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusedeckel (16, 17) Befestigungselemente (Befestigungsflansche 51, 52) zur Befestigung des Lenkgehäuses (1) in dem Kraftfahrzeug tragen.






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