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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Servolenkung von
der Bauart einer Zahnstangenlenkung mit einem hydraulischen Drehschieberventil
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Zahnstangenlenkungen
mit hydraulischer Servounterstützung sind seit langem bekannt.
Die gängigste Bauform bei Personenkraftwagen umfasst ein
Lenkgetriebegehäuse oder Lenkgehäuse aus Leichtmetallguss,
in dem eine Zahnstange längsverschieblich gelagert ist.
Das Lenkgehäuse weist einen Zylinderabschnitt auf, in dem
nach Art eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders ein mit der
Zahnstange fest verbundener tellerförmiger Kolben verschieblich gelagert
ist. Eine mechanische Verbindung mit der vom Fahrer zu betätigenden
Lenksäule wird über ein Ritzel bewirkt, das in
einem Ritzelgehäuse drehbar gelagert ist und das über
eine Verzahnung mit der Zahnstange in Eingriff steht. Die Ansteuerung
des Hydraulikaktuators der Lenkung erfolgt über ein Drehschieberventil,
das in einem Ventilgehäuse zwischen der Lenksäule
und dem Lenkritzel angeordnet ist. Das Drehschieberventil weist
einen Drehschieber und eine Steuerbuchse auf, die relativ zueinander entgegen
der Rückstellkraft einer Drehstabfeder verdrehbar sind.
Beide Elemente zusammen sind ebenfalls innerhalb des Ventilgehäuses
drehbar. Die Versorgung mit Hydraulikfluid und die Abgabe der Fluidströme
an den Hydraulikaktuator erfolgt über angeschlossene Hydraulikleitungen,
die bei Gehäusen aus Leichtmetallguss üblicherweise
angeschraubt oder rastend eingesteckt sind.
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Weiter
sind Bauformen von hydraulischen Servolenkungen bekannt, bei den
das Lenkungsgehäuse und der Arbeitszylinder einstückig
aus einem Stahlrohr gefertigt sind. Solche Lenkungen sind beispielsweise
in den Dokumenten
EP
0147069 A2 und
DE 10 2004 012 405 A1 beschrieben.
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Schließlich
ist eine Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 aus der Druckschrift
WO
2006/100261 A1 bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine hydraulische
Zahnstangenservolenkung mit einem Lenkgehäuse aus Stahl
und einem an das Lenkgehäuse angeschweißten, ebenfalls
aus Stahl gefertigten Ritzelgehäuse. Eine andere Ausführungsform
derselben Druckschrift zeigt ein Ritzelgehäuse mit einstückig
anschließendem Ventilgehäuse, ebenfalls aus Stahl,
das mit dem Lenkgehäuse verschweißt ist. Die Hydraulikleitungen
sind nach diesem Dokument mit den jeweiligen Öffnungen im
Lenkgehäuse und im Ventilgehäuse verschweißt. Das
Drehschieberventil kann zusammen mit dem Lenkritzel insbesondere
bei der zweitgenannten Variante als Modul in das kombinierte Ritzel/Ventilgehäuse
eingesetzt werden, was die Fertigung vereinfacht.
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Bei
Servolenkungen wird zunehmend gefordert, dass Zusatzfunktionen integriert
werden. So ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10131753 A1 ein Drehschieberventil
bekannt, bei dem in der Steuerbuchse angeordnete Kugeln auf V- förmige
Nuten des Drehschiebers wirken, um eine Rückstellkraft
in die Mittenposition zu bewirken. Ein mechanisches Ventil ist ebenfalls
in der Steuerbuchse realisiert, um bestimmte Eigenschaften der Servolenkung
zu erzielen. Solche Zusatzfunktionen werden entweder durch Änderungen
des Drehschieberventils oder durch extern angeschlossene Komponenten
realisiert, wie in der
US 5,517,899 dargestellt.
Bei der erstgenannten Lösung ist die Beeinflussung der
Charakteristik der Lenkung im Betrieb nicht möglich. Die
Eigenschaften sind durch den mechanischen Aufbau des Drehschieberventils
bestimmt. Bei der zweiten Variante ist eine Vielzahl von externen
Leitungen und Ventilen erforderlich, die beispielsweise in Abhängigkeit
von einer elektronischen Steuerung interne Kanäle und Bauelemente
des Drehschieberventils mit Druck beaufschlagen, drucklos machen
oder miteinander verbinden oder trennen. Der Aufbau und Anschluss
einer solchen Servolenkung ist dementsprechend sehr aufwändig.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße
hydraulische Servolenkung derart weiterzubilden, dass Zusatzfunktionen
der Lenkung durch einfache, preisgünstige zusätzliche
Bauelement ohne hohen Montageaufwand realisiert werden können.
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Diese
Aufgabe wird von einer Lenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Weil
an dem Ventilgehäuse ein Zusatzventilgehäuse angeschweißt
ist, das mit zwei Anschlussöffnungen mit der Innenseite
des Ventils in Verbindung steht, kann das im Betrieb in dem Ventilgehäuse
angeordnete Drehschieberventil durch ein elektrisch angesteuertes
Zusatzventil gezielt mit Hydraulikdruck beaufschlagt oder entlastet
werden.
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Verschiedene
Anwendungsarten können realisiert werden, weil in das Zusatzgehäuse
unterschiedliche Ventilkörper eingesetzt werden können. Der
externe Aufwand für den Anschluss beschränkt sich
auf ein oder zwei elektrische Steuerleitungen für die Ansteuerung
des Zusatzventils. Wird kein Ventil eingesetzt, so kann das Zusatzgehäuse
einfach verschlossen werden.
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Das
Zusatzgehäuse weist vorteilhaft zwei Anschlüsse
zu dem Ventilgehäuse auf, die in Axialrichtung des Ventilgehäuses
voneinander beabstandet sind. So kann die Steuerbuchse mit zwei
umlaufenden Ringnuten versehen werden, über die das Hydraulikfluid
aus den zwei Anschlüssen des Zusatzventils gespeist oder
entnommen werden kann. Bei gleichem Lenkungsgehäuse und
gleichem Zusatzventilgehäuse kann somit durch Verwendung
unterschiedlicher Steuerbuchsen auch eine unterschiedliche Funktionalität
der Lenkung erzielt werden. Das Lenkungsgehäuse mit dem
Zusatzventilgehäuse kann deshalb in großen Stückzahlen
gefertigt werden und später bei der Bestückung
mit dem entsprechenden Drehschieberventil und dem entsprechenden Zusatzventil
so ausgerüstet werden, dass bestimmte Eigenschaften für
Baureihen kleiner Stückzahl preiswert realisierbar sind.
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Nachfolgend
werden zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1:
den Ventilbereich einer erfindungsgemäßen Lenkung
mit einem von dem Ritzelgehäuse abnehmbaren Ventilgehäuse
und einem angeschweißten 2/2 Wege-Zusatzventilgehäuse;
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2:
eine Servolenkung mit einstückigem Ritzel/Drehschieberventilgehäuse
und angeschweißtem Zusatzventilgehäuse.
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In
der 1 ist abschnittweise ein Lenkungsgehäuse 1 dargestellt,
in dem eine nicht dargestellte Zahnstange in Längsrichtung
verschieblich gelagert ist. Das Lenkungsgehäuse 1 ist
mit einem Ritzelgehäuse 2 versehen, dass durch
Schweißen mit dem Lenkungsgehäuse 1 verbunden
ist. Das Ritzelgehäuse 2 trägt an seinem
dem Lenkgehäuse 1 entfernt liegenden Ende einen
Flansch 3, der als Verbindungsstelle mit einem kompatiblen
Ventilgehäuse 4 eingerichtet ist. Das Ventilgehäuse 4 weist
einen kreiszylindrischen Innenraum 5 auf, in dem ein Drehschieberventil
mit einer Steuerbuchse und einem Drehschieber anzuordnen ist. Hydraulikleitungen 6 und 7 sind über Öffnungen
mit dem Innenraum 5 verbunden. Diese Hydraulikleitungen 6 und 7 sind
mit dem Ventilgehäuse 4 verschweißt.
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Ein
Zusatzventilgehäuse 10 ist an der Außenseite
des Ventilgehäuses gegenüber den Hydraulikleitungen 6 und 7 angeordnet.
Das Zusatzventilgehäuse 10 weist einen Ventilraum 11 auf,
in dem ein bewegliches Ventilglied eines elektromechanischen Ventils
anzuordnen ist. In axialer Verlängerung des Innenraums 11 ist
eine Durchgangsbohrung 12 vorgesehen, die eine Verbindung
zwischen dem Innenraum 5 des Ventilgehäuses 4 und
dem Innenraum des Zusatzventilgehäuses 10 bewirkt.
Ein zweiter Anschluss des Zusatzventilgehäuses 10 ist
als Bohrung 13 radial nach außen geführt.
Die Bohrung 13 ist über eine Hydraulikleitung 14 in
Form eines Metallrohres aus dem Ventilgehäuse 10 heraus
geführt und in einem 90°-Bogen zu einer weiteren Durchgangsöffnung 15 geführt,
die den Innenraum 10 über die Bohrung 13 und
das Rohr 14 mit dem Innenraum 5 verbindet. Die
Anschlusspunkte der Leitungen 6 und 7 sowie die
Bohrungen 12 und 15 sind an unterschiedlichen
axialen Positionen des Innenraums 5 angebracht, so dass
eine Steuerbuchse über Umfangsnuten mit jeweils einem der
externen Anschlüsse in Verbindung stehen kann.
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Die 2 zeigt
ein Lenkgehäuse ähnlich demjenigen aus 1.
Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Ein
Ritzelgehäuse 20 ist hier einstückig
als rohrförmiges Bauteil mit variierendem Durchmesser und
variierender Wandstärke ausgeführt und trägt
an seinem dem Lenkgehäuse 1 abgewandtem Ende ein
einstückiges Ventilgehäuse 21 umgibt
einen zylindrischen Innenraum 22, der über Bohrungen mit
Hydraulikleitungen 23 und 24 in Verbindung steht.
Das Zusatzventilgehäuse 10 ist entsprechend der
Ausführungsform nach 1 an der
Außenseite des Ventilgehäuses 21 angeordnet.
Der Innenraum 11 des Zusatzventilgehäuses 10 steht
wiederum über die Bohrung 12 mit dem Innenraum 22 in
Verbindung, während die Radialbohrung 13 über
den Rohrbogen 14 und eine Öffnung 15 an
anderer axialer Position ebenfalls mit dem Innenraum 22 des
Ventilgehäuses 21 in Verbindung steht.
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Die
erwähnten Bauteile sind vorzugsweise insgesamt aus Stahl
gefertigt und miteinander verschweißt, so dass sich ein
insgesamt einstückiges Gehäuse ergibt, das mit
den notwendigen Komponenten bestückt werden kann.
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Zur
Komplettierung der Lenkung wird zunächst eine Zahnstange
mit den dazugehörigen Lagern und Dichtungen in das Lenkgehäuse 1 eingeführt.
Dann wird eine an sich bekannte Baugruppe aus Drehschieber, Drehstab,
Steuerbuchse und Ritzel montiert und bei der Ausführungsform
nach 1 zunächst in den Innenraum 5 des
Ventilgehäuses 4 eingesetzt. Danach wird das Ventilgehäuse 4 derart auf
den Flansch 3 aufgesetzt, dass das Ritzel in das Ritzelgehäuse 2 ragt
und in Eingriff mit Verzahnung der Zahnstange gebracht wird. Bei
der Ausführungsform nach 2 kann die
Baugruppe von oben her durch das Ventilgehäuse 21 eingeführt
werden, bis das Ritzel in dem Ritzelgehäuse 20 in
der vorgesehenen Position sitzt und mit der Zahnstange in dem Lenkgehäuse 1 kämmt.
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Wird
die Baugruppe, insbesondere die Steuerbuchse in der beschriebenen
Weise in den jeweiligen Innenraum
5 bzw.
22 angeordnet,
so stehen umlaufende Nuten der Steuerbuchse mit den Bohrungen
12 und
15 sowie
mit den angeschlossenen Hydraulikleitungen
6 und
7 bzw.
23 und
24 in
Verbindung. Ein- und austretendes Hydraulikfluid wird durch die
Steuerbuchse und den darin drehbar angeordneten Drehschieber verteilt.
Die unterschiedlichen axialen Positionen der genannten Anschlüsse
gewährleisten, dass jedem einzelnen Anschluss eine umlaufende Ringnut
der Steuerbuchse zugeordnet ist. Die Eigenschaften der Steuerbuchse
und des darin angeordneten Drehschiebers sind dann frei wählbar.
Es kann beispielsweise eine Steuerbuchse mit Rückwirkungskörpern
vorgesehen sein, die in der oben erwähnten Druckschrift
DE 10 2004 012 405
A1 dargestellt ist.
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Das
Zusatzventilgehäuse 10 wird schließlich mit
einem elektromechanischen Ventil versehen, dessen Ventilkörper
in den Innenraum 11 des Zusatzventilgehäuses 10 ragt.
Der Ventilkörper ist axial beweglich und verbindet oder
trennt die Bohrung 12 und die Bohrung 13 sowie
die an die Bohrung 13 angeschlossenen Durchgänge,
so dass zwei axial beabstandete, umlaufende Ringnuten der Steuerbuchse in
Abhängigkeit von der Ventilstellung in dem Innenraum 11 miteinander
verbunden oder voneinander getrennt werden können. Das
in das Zusatzventilgehäuse 10 einzuführende
Ventil kann dabei beispielsweise ein Regelschieber, ein Proportionalventil
oder ein einfaches 2/2-Wegeventil sein. Eine nicht dargestellt Steuerung
kann dann im Betrieb das Ventil so ansteuern, dass im Zusammenspiel
mit der Steuerbuchse bestimmte Eigenschaften der Lenkung im Fahrbetrieb
erzielt werden.
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Auf
diese Weise kann bei einem einheitlich gefertigten Gehäuse
nach den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 durch
Kombination mit unterschiedlichen Steuerbuchsen und Drehschiebern, mit
unterschiedlichen Ventilkörpern in dem Zusatzventilgehäuse 10 und
mit unterschiedlichen Steuerprogrammen einer elektronischen Steuerung
eine große Vielfalt von Funktionen bei einer hydraulischen Servolenkung
realisiert werden, ohne das Gehäuse der Lenkung ändern
zu müssen. So eignet sich die erfindungsgemäße
Lenkung insbesondere für die Realisierung von Sonderfunktionen
bei Lenkungen mit besonders kleiner Stückzahl. Der Preis
für solche Lenkungen wird durch die Verwendung des beschriebenen
Gehäuses deutlich reduziert.
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Es
ist im Rahmen der Erfindung weiter möglich, das Zusatzventilgehäuse 10 anders
auszubilden, beispielsweise mit drei Anschlüssen zu versehen,
oder mehrere Zusatzventilgehäuse 10 am äußeren
Umfang des Ventilgehäuses 4 bzw. 21 anzuordnen.
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Eine
umlaufende Kante innerhalb des Innenraums 11 kann als Ventilsitz
dienen.
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- 1
- Lenkungsgehäuse
- 2
- Ritzelgehäuse
- 3
- Flansch
- 4
- Ventilgehäuse
- 5
- Innenraum
- 6
- Hydraulikleitung
- 7
- Hydraulikleitung
- 10
- Zusatzventilgehäuse
- 11
- Zusatzventilinnenraum
- 12
- Durchgangsbohrung
- 13
- Bohrung
- 14
- Hydraulikleitung
- 15
- Durchgangsöffnung
- 20
- Ritzelgehäuse
- 21
- Ventilgehäuse
- 22
- Innenraum
- 23
- Hydraulikleitung
- 24
- Hydraulikleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0147069
A2 [0003]
- - DE 102004012405 A1 [0003, 0019]
- - WO 2006/100261 A1 [0004]
- - DE 10131753 A1 [0005]
- - US 5517899 [0005]