DE2538778A1

DE2538778A1 - Zahnstangen-hilfskraftlenkung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2538778A1
Application number: DE19752538778
Authority: DE
Inventors: James J Duffy
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1974-09-13
Filing date: 1975-09-01
Publication date: 1976-03-25
Also published as: BR7503665A; CA1036042A; GB1465445A; JPS5153328A; US4063490A

Description

Zahnstangen-Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

Die Efindung bezieht sich auf eine Zahn stangen-Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer in einem zylindrischen Gehäuse angeordneten, über ein Ritzel verschiebbaren, abgedichtet über die Endwände hinaustretenden Zahnstange, die mit einem das zylindrische Gehäuse in zwei Druckräume aufteilenden Arbeitskolben versehen ist und wobei das Ritzel über eine Torsionswelle mit der Lenkwelle und die Zahnstange über Kugelgelenke mit Spurstangen verbunden ist und in einem Steuergehäuse drehbare Ventilteile angeordnet sind, die einerseits mit der Lenkwelle und andererseits mit dem Rtzel verbunden sind und eine Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und den Druckräumen entsprechend der Richtung und Stärke eines die Lenkwelle gegenüber dem Ritzel verdrehenden Drehmomentes herstellen.

Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus der US-PS 3 707 167 und der US-PS 3 709 099 bekannt. Bei diesen bekannten Zahn stangen-Hilfskraftlenkung en bildet das zylindrische Gehäuse unmittelbar den Arbeitszylinder für den Arbeitekolben und die beiden

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Sitz der Gesellschaft: Köln ■ Registergericht Köln, HRB 84 · Vorsitzender des Aufsichtsrates: Hans Schaberger · Vorstand: Robert A. Lutz, Vorsitzender

Horst Bergemann - Franz J. Bohr · Waldemar Ebers · Wilhelm Inden · Alfred Langer Stellvertretend: Hans Wilhelm Gab · Paul A. Guckel · Hans-Joachim Lehmann · Peter Weiher

Druckräume sind über getrennte Durckmittelleitungen mit dem die Steuerventilanordnung enthaltenden Steuergehäuse verbunden.

Die bekannten Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen weisen den Nachteil auf, daß für die Anordnung der getrennten Druckmittelleitungen ein erheblicher Bearbeitungs- und Montageaufwand erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Abdichtung des Arbeitskolbens gegenüber dem Arbeitszylinder und die Abdichtung der Zahnstange gegenüber den Endwänden des zylindrischen Gehäuses schwierig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der Bearbeitungs- und Montageaufwand sowie die Abdichtprobleme wesentlich verringert werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung der eingangs genannten Art die in den Patentansprüchen aufgezeigten Merkmale aufweist.

Durch die erfindungsgemäfie Anordnung einer innerhalb des zylindrischen Gehäuses liegenden ersten Hülse, die einen mit dem Arbeitskolben zusammenwirkenden Arbeitszylinder bildet, wobei diese Hülse einenends an der Endwand des einen Druckraumes und anderenends am Ritzelgehäuse abgestützt ist und durch die Anordnung einer teilweise innerhalb dieser ersten Hülse liegenden zweiten Hülse, die an ihrem einen Ende die Endwand des anderen Druckraumes trägt und mit ihrem anderen Ende in geringem Maße winkelbeweglich im Ritzelgehäuse abgestützt ist, wird der Bearbeitungsaufwand für die verschiedenen Gehäuseteile der Zahnstangen-Hilfskraftlenkung auf die verhältnismäßig einfach zu bearbeitenden konzentrisch zueinander liegenden Ringflächen beschränkt während für die beiden Hülsen mit entsprechender

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Genauigkeit und Oberflächengüte erhältliches gezogenes Rohrmaterial verwendet werden kann. Der Montageaufwand wird hierbei auf das aufeinander folgende Ineinander setzen der verschiedenen konzentrischen Hülsen und Gehäuseteile beschränkt. Die erfindungsgemäß angeordneten Hülsen bilden hierbei durch ihre zwischen ihnen gebildeten ringförmigen Kanäle unmittelbar die Druckmittelleitungen für die beiden Druckräume. Die Verbindung dieser ringförmigen Kanäle zur Steuerventilanordnung im Steuergehäuse wird hierbei über entsprechende Druckmittelkanäle im Ritzelgehäuse sichergestellt. Durch die erfindungsgemäß angeordneten, verhältnismäßig dünnen Hülsen für den Arbeitszylinder und für die eine Endwand des einen Druckraumes werden Abdichtprobleme, die sich immer wieder durch die Durchbiegung der Zahnstange oder durch mangelnde Konzentrizität von Zahnstange und Arb eitskolben bzw Arbeitskolben und Arbeitszylinder ergeben haben, durch eine entsprechende elastische Anpassung der dünnen Hülsen wesentlich verringert. So ist die Abdichtung der zum Ritzelgehäuse liegenden Endwand des einen Druckraumes durch die Anordnung der Dichtung auf der freitragenden zweiten Hülse, über die sie sich im wesentlichen auf der Zahnstange abstützt, wesentlich unempfindlicher gegen Fertigungstoleranzen, wie z. B. mangelnder Konzentrizität.

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Au s führung sb ei spiel es näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Zahn stangen-Hilfskraftlenkung mit teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, in der die Steuerventilanordnung in einer Linkskurve dargestellt ist.

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Fig. 4 zeigt einen Schnitt ähnlich wie Fig 3, in der die Steuerventilanordnung in einer Rechtskurve dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die linke Kugelgelenkverbindung der Zahnstange mit der Spurstange.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die rechte Kugelgelenkverbindung der Zahnstange mit der Spurstange.

In Fig. 1 ist das zylindrische Gehäuse der Zahn stangen-Hilfskraftlenkung mit. 10 bezeichnet. Das zylindrische Gehäuse 10 ist an seinem linken Ende mit einen Endgehäuse 12 verbunden, das das linke Ende des zylindrischen Gehäuses 10 umfaßt. Eine Endwand 14 wird im linken Ende des zylindrischen Gehäuses 10 aufgenommen und ist über eine im Endgehäuse 12 eingeschraubte Ringmutter 16 axial festgelegt.

Das rechte Ende des zylindrischen Gehäuses 10 wird von einem Ansatz 18 eines Ritzelgehäuses 20 umfaßt. Das zylindrische Gehäuse 10 ist hierbei sowohl mit dem Endgehäuse 12 als auch mit dem Ansatz 18 des Ritzelgehäuses 20 in geeigneter Weise fest verbunden.

Das Ritzelgehäuse 20 ist mit einem Steuergehäuse 22 verbunden, das eine Steuerventilanordnung aufnimmt, die in Verbindung mit Fig. 2 noch erläutert wird.

Im zylindrischen Gehäuse 10 ist eine erste Hülse 24 angeordnet. Das linke Ende der ersten Hülse 24 ist an einer Schulter der linken Endwand 14 abgestützt. Das rechte Ende der ersten Hülse 24 ist über eine Schulter 26 im Ansatz 18 des Ritzelgehäuses 20 abgestützt. Eine zweite, innere Hülse 28 ist teilweise innerhalb der ersten Hülse 24 angeordnet und ist an ihrem rechten

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Ende über eine Schulter 30 im Ansatz 18 des Ritzelgehäuses 20 abgestützt. Das linke Ende der zweiten Hülse 28 trägt eine rechte Endwand 32, durch die sich die Zahnstange 34 erstreckt. Die rechte Endwand 32 stützt sich über eine Dichtung 35 unmittelbar an der Zahnstange 34 ab.

Die Zahnstange 34 ist etwa in der Mitte ihres seitlich liegenden, nicht verzahnten Abschnittes mit einem Arbeitskolben 36 versehen, der mit der ersten, einen Arbeitszylinder bildenden Hülse 24 zwei einander gegenüber liegende Druckkammern 38 und 40 bildend zusammenwirkt. Das linke Ende der Zahnstange 34 tritt durch eine öffnung 42 in der linken Endwand 14 und wird hier über eine Dichtung 44 abgedichtet. Das linke Ende der Zahnstange 34 ist über ein Kugelgelenk 48, dessen Aufbau in Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert wird, mit einer Spurstange 46 verbunden. Das an den im Ritzelgehäuse 20 angeordneten verzahnten Abschnitt 50 der Zahnstange 34 anschließende rechte Ende der Zahnstange 34 ist gleichfalls über eirie Kugelgelenkverbindung, deren Aufbau in Verbindung mit Fig. 5 erläutert wird, mit einer Spurstange 52 verbunden.

Die Kugelgeleckverbindungen mit den beiden Spur stangen 46 und 52 sind hierbei jeweils über Faltenbalgmanschetten 56 und 54 gegen Verschmutzung geschützt.

Soll das Kraftfahrzeug eine Rechtskurve ausführen, so wird die Druckkammer 38 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Druckkammer 38 steht hierbei über einen zwischen der ersten Hülse 24 und der zweiten Hülse 28 gebildeten ringförmigen Kanal in Verbindung mit einem Druckmittelkanal 58 im Ritzelgehäuse 20. Soll das Kraftfahrzeug eine Linkskurve ausführen, so wird die Druckkammer 40 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Druckkammer 40 steht hierbei über radiale Bohrungen 62 mit dem zwischen dem zylindrischen Gehäuse 10 und der ersten Hülse 24 gebildeten ringförmigen Kanal in Verbindung mit einem Druckmittelkanal 60 im Ritzelgehäuse 20,

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Die Druckmittelkanäle 58 und 60 werden wechselweise mit einer Druckmittelquelle bzw mit einem Auslaß verbunden,, wobei diese Verbindung über eine Steuerventilanordnung, wie sie in Zusammenhang mit Fig. 2 sowie mit den Fig. 3 und 4 noch beschrieben wird, hergestellt wird,

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Hülsen 24 und 28 innerhalb des zylindrischen Gehäuses werden ringförmige Kanäle gebildet, die zur Beaufschlagung der beiden Druckräume 38 und 40 mit Druckmittel herangezogen werden, so daß die bisher bei bekannten Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen erforderlichen externen Druckmittelleitungen mit ihrem erheblichen Bearbeitung s- und Montageaufwand entfallen können.

Durch die unmittelbare Abstützung der Dichtung 35 und der Endwand 32 auf der Zahnstange 34, die durch eine geringe Winkelbeweglichkeit der zweiten Hülse 28 an ihrer Abstützung dem Ritzelgehäuse 20 ermöglicht wird, werden Dichtungsprobleme infolge Durchbiegung der Zahnstange 34 bei Belastung oder infolge von Fertigung stole ran ζ en, wie z. B. mangelnder Konzentrizität, weitgehend vermieden. Durch die Tatsache, daü die gemäß der Erfindung sich entsprechend ausrichtenden Hülsen nicht nur Fertigungstoleranzen sondern ebenso im Betrieb auftretende Verformungen ausgleichen, wird ein besonders zuverlässiger Betrieb der erfindungsgemäßen Zahnstangen-Hilfskraftlenkung erreicht.

Nachfolgend wird die Funktion der in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Steuerventilanordnung erläutert.

Das Steuergehäuse 22 ist mit einer zylindrischen Ventilbohrung 64 versehen. Eine drehbare Ventilhülse 66 ist innerhalb der Ventilbohrung 64 angeordnet und mit radialen Druckmittelzufuhr öffnung en 68 und schrägen Druckmittelabführöffnung en 70 und 72 versehen, die wieder in Verbindung mit einem

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Druckmittelkanal 60 für eine Linkskurve und mit einem Druckmittelkanal 58 für eine Rechtskurve stehen. Die Verbindung zwischen der Druckmittelabführöffnung 70 und dem Druckmittelkanal 60 ist über Ringdichtung en 74 und 76 der Ventilhülse 66 und die Verbindung zwischen der Druckmittelabführöffnung 72 und dem Drucmittelkanal 58 ist über Ringdichtungen 78 und 80 in der Ventilhülse 66 abgedichtet. Die Ringdichtungen 76 und 78 dichten hierbei gleichzeitig die Druckmittelzuführöffnung 68 gegenüber den Druckmittelabführöffnungen 78 und 72 ab. Die Druckmittelzuführöffnung 68 steht hierbei in Verbindung mit einem Druckmittelzuführkanal 84, der über eine Druckmittel zuführleitung 82, die über eine Verschraubung 86 mit dem Steuergehäuse 2?. verbunden ist, in Verbindung mit einer Druckmittelquelle steht.

Die Ventilhülse 66 weist eine zylindrische Innenbohrung auf, in der ein inneres, drehbares Ventilelement 88 angeordnet ist. Dieses Ventilelement 88 und seine Funktionsweise in Zusammenwirken mit der Ventilhülse 66 wird nachfolgend in Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 erläutert.

Das Ventilelement 88 ist mit einer Bohrung 90 versehen, durch die sich die Torsionswelle 92 erstreckt. Das rechte Ende des Ventilementes 88 ist bei 94 mit der vom Fahrer betätigten Lenkwelle verbunden. Das Ventilelement 88 ist hierbei in einer Lagerbohrung 96 des Steuergehäusee 22 über ein Lenkwellenlager 98 drehbar gelagert und über eine Ringdichtung 100 abgedichtet.

Da· rechte Ende der Torsionewelle 92 ist drehfeet mit dem rechten Ende des Ventilelementes 88 verbunden. Das linke Ende der Toriionswelle 92 ist über einen Bolzen 114 drehfest mit dem Ritzel 102 verbunden, da· im Ritzelgehäuee 20 drehbar gelagert ist. Das Ritzel 102 ist hierbei im Ritzelgehäuse 20 über einen unteren Lagerzapfen 104 in einer Lagerbohrung 108 und über einen mittleren Lager ab schnitt 106 in einer Lagerbohrung 109 drehbar gelagert.

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Das Ritzel 102 ist hierbei in seinem mittleren Lagerabschnitt mit einer Hülse 110 versehen, die über den Bolzen 114 mit dem Ritzel 102 drehfest verbunden ist. Die Hülse 110 liegt gegen einen Anlaufring 116, an dem sich über radiale Nadellager 118 und 120 im Steuergehäuse angeordnete Anlaufringe 122 und 124 abstützen. Zwischen dem einen Anlauf ring 124 und einer Schulter 130 im Steuergehäuse 22 ist eine Tellerfeder 128 angeordnet. Die Vorspannung der Tellerfeder 128 ist hierbei so gewählt, daß das Ritzel 102 gegenüber dem Ritzelgehäuse 20 stets in einer bestimmten axialen Lage festgehalten wird. Das Ritzel 102 steht über eine Verzahnung 132 im Eingriff mit dem verzahnten Abschnitt 50 der Zahnstange 34.

Die Verzahnung 132 des Ritzels 102 ist normalerweise eine Schräg- oder Schraubverzahnung, so daß sobald ein Drehmoment auf das Ritzel 102 ausgeübt wird, eine axiale Kraftkomponente entsteht. Diese Kraftkomponente wird jedoch durch die Axiallageranordnung 116, 118 und 120 aufgenommen. Die Vorspannung der Tellerfeder 128 ist hierbei so gewählt, daß sie ausreicht, um das Ritzel 102 jederzeit gegen eine axiale Verlagerung festzuhalten.

Der verzahnte Abschnitt 50 der Zahnstange 34 steht mit der Verzahnung des Ritzels 102 unter Vorspannung in Eingriff. Die Vorspannung wird hierbei über ein die Zahnetange 34 umfassendes Druckstück 134 aufgebracht, das in einer Bohrung 136 über eine Feder 138 axial belastet ist. Die Vorspannung der Feder 138 kann hierbei über einen Schraubendeckel 140 entsprechend eingestellt werden.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Ventilhülse 66 und das Ventil eiern ent 88 gezeigt. Das Ventilelement 88 ist mit einem ersten Steuerbund 142 versehen, der mit der Druckmittelabführöffnung 70 zusammenwirkt. Ein entsprechender Steuerbund 144 wirkt mit der Druckmittelabführöffnung 72 zusammen. Der Abschnitt 146 zwischen den beiden Steuerbünden 142 und 144 steht in

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Verbindung mit der Druckmittelzuführöffnung 68. Das Ventilelement 88 ist weiterhin mit radialen Druckmittelabführöffnungen 148 und 149 versehen, die in die Bohrung 90 des Ventilelementes 88 führen, von wo das Druckmittel über radiale Bohrungen im Ventilelement 88 in die Lagerbohrung 96 und von hier über eine Druckmittelrückführleitung in den Sumpf der Druckmittelquelle gelangen kann.

Der eine Steuerbund 142 ist hierbei mit einer bestimmten Abschrägung 150 und der andere Steuerbund 144 ist mit einer entsprechenden Abschrägung 152 versehen. Die Steuerbünde 142 und 144 wirken paarweise, so daß sobald das Ventilelement 88 entgegen der Ventilhülse 66 in Fig. 3 gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird, eine Verbindung zwischen der Druckmittelzuführöffnung 68 und der Druckmittelabführöffnung 70 vergrößert, eine Verbindung zwischen der Druckmittelzuführöffnung 68 und der Druckmittelabführöffnung 62 jedoch verringert wird. Gleichzeitig wird eine Verbindung der Druckmittelabführöffnung 72 mit dem Auslaßbereich zwischen der Ventilhülse 66 und dem Ventilelement 88 vergrößert. Daraus ergibt sich eine Druckerhöhung im Druckraum 40 und eine Druckverringerung im Druckraum 38. Das Kraftfahrzeug wird somit eine Linkskurve ausführen.

Eine relative Verdrehung des Ventilelementes 88 gegenüber der Ventilhülse 66 ergibt sich, sobald über die Lenkwelle ein Drehmoment ausgeübt wird.

Ein vom Fahrer auf die Lenkwelle ausgeübtes Drehmoment wird bei 94 auf das Ventilelement 88 und auf die Torsionswelle 92 übertragen. Die Torsionswelle 92 wird sich sobald das Drehmoment erhöht wird, linear verdrehen, so daß sich eine relative Verdrehung der mit dem Ritzel 102 über die Bolzen 154 verbundenen Ventilhülse 66 und dem mit der Lenkwelle verbundenen Ventilelement 88 ergibt. Wird ein nach links gerichtetes Drehmoment auf die Lenkwelle ausgeübt, so wird die Steuerventilanordnung die in Fig. 3 gezeigte Lage einnehmen.
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Wird ein nach rechts gerichtetes Drehmoment auf die Lenkwelle ausgeübt, so wird die Steuerventilanordnung die in Fig. 4 gezeigte Lage einnehmen. Im einen Fall wird das Fahrzeug eine Linkskurve und im anderen Fall wird das Fahrzeug eine Rechtskurve ausführen.

Das rechte Ende der Zahnstange 34 ist über eine Kugelgelenkverbindung 156, 158, 160 und 164 mit einer Spurstange 52 verbunden. Das Druckstück 164 ist hierbei über eine im Gewinde der Kugelpfanne 156 ein schraubbar c Einstellmutter 166 einstellbar, deren Lage durch Verstemmen über eine öffnung 168 festgelegt wird. Ein eigener Sicherungsstift ist somit nicht mehr erforderlich.

Das linke Ende der Zahnstange 34 ist in entsprechender Weise über eine Kugelgelenkverbindung 172, 174, 176 und 178 mit einer Spurstange 46 verbunden. Auch hier wird eine Einstellmutter 180 angewendet, die nachfolgend verstemmt wird.

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Claims

Patentansprüche

Zahnstangen-Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einer in einem zylindrischen Gehäuse angeordneten, über ein Ritzel verschiebbaren, abgedichtet über die Endwände hinaustretenden Zahnstange, die mit einem das zylindrische Gehäuse in zwei Druckräume aufteilenden Arbeitskolben versehen ist und wobei das Ritzel über eine Torsionswelle mit der Lenkwelle und die Zahnstange über Kugelgelenke mit Spur stangen verbunden ist und in einem Steuergehäuse drehbare Ventilteile angeordnet sind, die einerseits mit der Lenkwelle und andererseits mit dem Ritzel verbunden sind und eine Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und den Druckräumen entsprechend der Richtung und Stärke eines die Lenkweiie gegenüber dem Ritzel verdrehenden Drehmomentes herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zylindrischen Gehäuses (10) eine erste, einen Arbeitszylinder bildende, einenends an der Endwand (14) des Druckraumes (40) abgestützte Hülse (24) und teilweise innerhalb dieser eine zweite, die Endwand (32) des anderen Druckraumes (38) tragende Hülse (28) angeordnet und anderenends im Ansatz (18) des Ritzelgehäuses (20) an entsprechenden Schultern zum Teil winkelbeweglich abgestützt sind und der durch das zylindrische Gehäuse (10) und die er β te Hülse (24) gebildete ringförmige Kanal einen ends über Bohrungen (62) mit dem einen Druckraum (40) und anderenends mit einem Druckmittelkanal (60) im Ritzelgehäuse (20) und der durch die erste Hülse (24) und die zweite Hülse (28) gebildete ringförmige Kanal, einenende mit dem anderen Druckraum (38) und ander en end· mit einem Druckmittelkanal (58) im Ritzelgehäuse (20) verbunden ist und die Druckmittelkanäle (60 und 58) mit der Steuerventilanordnung (66, 88) im Steuergehäuse (22) in Verbindung stehen.
2. Zahnstangen-Hilfekraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, das das die Endwand (32) des anderen Druckrautnes (38) tragende Ende der zweiten Hülse (28) über eine Dichtung (35) nur auf der Zahnstange (34) gleitend abgestützt ist.

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