DE3242375A1

DE3242375A1 - Kraftverstaerktes lenkgetriebe

Info

Publication number: DE3242375A1
Application number: DE19823242375
Authority: DE
Inventors: Frederick John Clevedon Avon Adams
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1981-11-18
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1983-05-26
Also published as: GB2109757A; US4487225A; FR2516465A1; FR2516465B1; GB2109757B

Description

Kraftverstärktes Lenkgetriebe

Die Erfindung betrifft ein kraftverstärktes Lenkgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1„

Kraftverstärkte Lenkgetriebe _e insbesondere für motorgetriebene Fahrzeuge sind bekannt und weisen in aller Regel ein in einer Ventilhülse oder einem TJbertragungsglied angeordnetes und in bezug auf diese in Abhängigkeit von einem z.B. von einer Lenksäule erzeugten Drehmoment verdrehbares Ventilglied auf, ; so daß Steueröffnungen in dem Ventilglied in eine bestimmte Zuordnung zueinander gebracht werden. Über die jeweilige Zuordnung der Steueröffnungen wird der Fluß eines Druckmediums aus einer geeigneten Druckquelle zu einem eine Lenkhilfskraft erzeugenden Kraftverstärker eines ein derartiges Getriebe aufweisenden Lenksystems bestimmt; ein solcher Kraftverstärker besteht meist aus einem doppeltwirkenden Hydraulik-Kolben/Zylinder. Im allgemeinen wirkt der Relativbewegung zwischen dem Ventilglied und der Ventilhülse oder dem Übertragungsglied eine elastische Kraft entgegen oder ist die Bewegung anderweitig gesichert.

Bei der Auslegung von Lenkgetrieben spielen die Abmessungen der Lenkeinheit eine wesentliche Rolle und sind so klein als

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technisch mit der angestrebten Wirksamkeit vereinbar zu halten, denn hierdurch lassen sich nicht nur die Herstellkosten für das Getriebe verringern, sondern auch dessen Platzbedarf, so daß generell Einbauraum für das Lenksystem eingespart wird. Dies ist ein entscheidender Faktor bei der Auslegung eines Lenksystems für modernde Fahrzeuge und für dessen Unterbringung im Fahrzeug.

Bei Ventilgliedern, die durch ein von der Lenksäule eingehendes Lenkmoment relativ zueinander verstellbar sind, können die zwischen diesen Ventilgliedern vorgesehenen Steueröffnungen ihre Funktion nur dann richtig erfüllen, .wenn die axiale Zuordnung der Steueröffnungen zueinander konstant gehalten wird und wenn die Ventilglieder im Getriebegehäuse gegen Verschiebung in Längsrichtung gesichert sind. Im allgemeinen dienen zur axialen Sicherung Axialkräfte aufnehmende Axiallager für ein jedes Ventilglied. Axialkugellager sind aber nicht nur teuer, sondern ihr Einbau im Ventilgehäuse erhöht auch dessen Größe und folglich die Größe des Getriebes insgesamt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, jein neues kraftverstärktes Lenkgetriebe mit einem in bezug auf eine Ventilhülse oder Übertragungsglied durch Verdrehen einstellbaren Ventilglied sowie zur Sicherung des Ventilgliedes gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Teil von dem es mitgenommen wird, .eine integrierte kompakte Anordnung zu schaffen, die eine kleinere Dimensionierung des gesamten Getriebes als bisher ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das drehbare Übertragungsglied wird im allgemeinen ein Teil

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mit einer Verzahnung sein, ^beispielsweise ein Ritzel, .dessen Verzahnung mit den Zähnen eines angetriebenen Teils kämmt, . beispielsweise einer Zahnstange, .so daß bei Verschiebung der Zahnstange infolge der Drehung des Übertragungsgliedes ein Lenkausgang erzeugt wird. Dieser Lenkausgang wird im allgemeinen durch den von einem Druckmedium betätigten Kraftverstärker verstärkt oder unterstützt, .der durch die Zufuhr des Druckmediums über die Einstellung der Steueröffnungen gesteuert wird. Das Übertragungsglied kann einstückig mit der Ventilhülse hergestellt sein oder diese ist mit ihm fest verbunden; wobei die Ventilhülse das innere Ventilglied umschließt. Bei dieser Anordnung ist das Übertragungsglied und folglich auch die auf ihm angeordnete Ventilhülse durch die erfindungsgemäßen Sicherungselemente gegen eine axiale Verschiebung in bezug auf das Gehäuse gesichert. Dieses am Übertragungsglied oder an der Ventilhülse wirksam werdende Sicherungselement ist also eine starre Kupplung, .die einer axialen Verschiebung zwischen dem inneren Ventilglied und der Ventilhülse oder dem Übertragungsgliexl, .je nach den Gegebenheiten entgegenwirkt und eine solche verhindert. Infolge dieser starren Verbindung werden Axialkugellager am Umfang des inneren Ventilgliedes entbehrlich, die nach herkömmlicher Bauart zwischen dem inneren Ventilglied und entweder der Ventilhülse oder dem Gehäuse als Sicherungselement gegen eine axiale Verschiebung des inneren Ventilgliedes wirken. Durch den Wegfall solcher Lager kann das Ventilgehäuse insgesamt wesentlich kleinbauender ausgebildet sein und dementsprechend auch das gesamte Getriebe.

Da die starre Kupplung vorzugsweise aus einem länglichen Kupplungselement besteht, .das koaxial zum Ventilglied angeordnet ist und in einer im Ventilglied oder im inneren Ventilglied vorgesehenen axialen Bohrung angeordnet ist, kann diese an einem Ende in einer Bohrung des inneren Ventilgliedes liegen

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und mit diesem gemeinsam verdreht werden, .während das andere drehbar gelagerte Ende cjegen axiale Verschiebung entweder durch das Übertragungsglied oder di^ Ventilhülse gesichert ist.

Diese Art der Verbindung untereinander und die damit für das innere Ventilglied erreichte M cherung in axialer Richtung, .· ermöglicht eine verhältnismäßig gedrängte Bauweise eines Getriebes. Da das innere Ventilglied im allgemeinen aus einem Zylinder besteht, .wobei die Steueröffnungen im Zylindermantel vorgesehen sind, wird durch die bereits beschriebene Art der Verbindung das innere Ventilglied axial gesichert, .auch wenn ein Ende des Ventilgliedes an einer Seitenwand des Getriebegehäuses vorsteht.

Der Zusammenbau des Getriebes wird, dadurch erleichtert, .daß die langgestreckte und koaxial zum Ventilglied angeordnete starre Kupplung ein Ende aufweist_f Jdas fluchtrecht zu einer Öffnung in dem Bauteil liegt, .an dem es drehbar gelagert ist, ; wobei die starre Kupplung über diese Öffnung in bezug auf das Bauteil so verdrehbar xs±_f daß eine vorbestimmte Einstellung der Kupplung beim Zusammenbau erreichbar ist.

Nach Bedarf kann die starre Kupplung, vorzugsweise ein Stab oder ein Rohr, .drehbar sowohl am Ventilglied als auch an der Ventilhülse oder dem Übertragungsglied, .je nach den Gegebenheiten, gelagert sein, .wobei durch die jeweiligen Lager eine axiale Verschiebung zwischen der starren Kupplung und den durch sie verbundenen Teilen verhindert wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

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Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes kraftverstärktes Zahnstangen-T.enkgetriube für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung, -

Figur 2 einen Teilschnitt entlang der Linie AA aus

Figur ¹I₁, aus dem die mechanischen ?\upplungs — elemente zwischen dem Ventil und der Ventilhü'lse in dem Getriebe hervorgehen, .

Figur 3 einen Teilschnitt nach der Linie B-H aus

Figur ·1, in dem ein Sicherungsring, der einer Verdrehung von Ventil und Ventilhülse relativ zueinander entgegenwirkt^ gezeigt ist.

Pas Lenkgetriebe besteht aus einem Zahnstangentrieb mit einem Zahnstangengehäuse 1_f das einstückig mit dem Ventilgehäuse 2. ist. Das Zahnstangengehäuse 1 wird in Längsrichtung von einer Zahnstange 3 durchsetzt, deren Verzahnung mit einem Übertragungsglied, hier mit einem Ritzel ·4 , zusammenwirkt,, .das über Kugellager 5 im Zahnstangengehäuse 1 und über ein Rollenlager (I im Ventilgehäuse 2 drehbar gelagert ist. Das Lager 5 hat zusätzlich die Aufgabe, .das Ritzel 4 gegen eine axiale Verschiebung in bezug auf d„-;s Zahnstangengehäuse 1 zu sichern. Die Zahnstange 3 wird über ein federbelastetes Joch 7 mit dem Ritzel 4 in Eingriff gehalten. Der Antrieb des Ritzels 4 erfolgt durch Verdrehen einer Antriebswelle β, so daß als Folge der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Ritzel und der Zahnstange letztere im Zahnstangengehäuse 1 in Längsrichtung bewegbar ist. Über diese Längsverschiebung wird die von der Antriebswelle eingegebenen Lenkbewegung weitergeleitet.

Das Lenksystem, zu dem auch die Zahnstange 3 gehört, .enthält

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außerdem nicht dargestellte Mittel zur Kraftverstärkung, : die zweckmäßigerweise ein doppeltwirkender Kolben*ist, . dessen Kammern Druckmedium zugeführt wird, .bzw. aus denen Druckmedium abströmt, /urn die in herkömmlicher Weise angestrebte Kraftverstärkung für die Verschiebung der Zahnstange 3 zu erreichen.

Die Antriebswelle 3 ragt mit einem Teilstück in einen Zylinder 9 des Ventilgehäuses 2 und bildet ein inneres Ventilglied 10. Das Ventilglied 10 gleitet in einer Ventilhülse 1:1 _# j fieren Mantelfläche 12 wiederum im Zylinder 9 verschieblich ist. Das Ventilglied 10 weist an seiner Schnittstelle zur Ventilhülse 11 am Umfang mehrere in gleichmäßigen Abständen voneinander in Längsrichtung vorgesehene Steueröffnungen 13 auf, die mit Steueröffnungen 14 in der Ventilhülse 11 zwecks Steuerung des Zustroms bzw. Abflusses von Druckmedium in bzw. aus den Druckkammern des Arbeitszylinders des Kraftverstärkers zusammenwirken. Die Ventilhülse 11 erstreckt sich vom Ventilgehäuse 2 in das Zahnstangengehäuse 1 und ist an einer Hohlwelle 15 des Ritzels 4 angeschweißt oder kann einstückig mit dieser hergestellt sein. Die Ventilteile 10 und 11 und der Zylinder 9 sind koaxial zur Drehachse des Ritzels 4 angeordnet. Während beide Ventilteile mit dem Ritzel 4 gemeinsam verdrehbar sind, J ist das innere Ventilglied 10 in bezug auf die Ventilhülse 11 nur innerhalb eines bestimmten Bereiches verdrehbar. Diese Wirkung wird durch eine Kerbverbindung, .wie bei 16 in Fig. 2 angedeutet, jerreicht. Hierzu weist das innenliegende Ende des Ventilgliedes 10 an seinem Umfang in gleichmäßigen Abständen voneinander liegende Vorsprünge 17 auf, .die in korrespondierende Ausnehmungen 19 ziiidschen an der Hohlwelle 15 vorgesehenen Vorsprünge 18 liegen. Die axial verlaufenden Ausnehmungen 19, in die die Vorsprünge 17 eingreifen, sind in Umfangsrichtung etwas *in einem Arbeitszylinder

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größer bemessen als die zugeordneten Vorsprünge 1:7 p .so daß eine Verdrehung zwischen den Ventilgliedern 10 und 11 jeweils um den Betrag bis zum Anschlag zwischen den zusammenwirkenden Vorsprünqen 1:7, .18 möcjlich ist.

Auf dem inneren Ventilglied It) ist ein C-förmiger Federring 20 auch als Seegerring bezeichnet, .vorgesehen _? der einer Verdrehung zwischen dem inneren und äußeren Ventilglied elastisch entgegenwirkt und die beiden Glieder durch Federkraft in einer vorbestimmten_f .der Mittelstellung des Ventils entsprechenden Einstellung hält. Der Federring 20 umschließt das Ventilglied 10 und liegt vorzugsweise in einer am Umfang des Ventilgliedes vorgesehenen ringförmigen Ausnehmung, jso daß sich der Federring radial ausdehnen kann bzw. sich zusammendrücken läßt. Ein das Ventilglied 10 diametral durchsetzender Stift 21 greift mit seinem Ende 22 durch die offenen Enden 23 des Federringes 20 _e .um diesen gegen Verschiebung am Umfang des Ventilgliedes lü zu sichern. Durch die freien Enden 23 des Federringes 20 greift außerdem ein axial verlaufender Zapfen 24 des Ventilgliedes 11, .und je nachdem auf welcher Seite dieser Zapfen 24 mit den Enden 23 des Federringes 20 während der relativen Verdrehung der Ventilglieder und 11 wirkt, ;wird der Federring diametral ausgedehnt und durch die auf die beiden Ventilglieder wirkende Federkraft werden diese in ihre in Figur 3 gezeigte Mittelstellung zurückgeführt.

Das innere Ventilglied 10 ist im Ventilgehäuse 2 in einer stirnseitigen Abschlußkappe 2a angeordnet, die als Teil des Ventilgehäuses zu betrachten isrt," .'so daß die im wesentlichen zylindrische Mantelfläche über das Ventilgehäuse nach außen vorsteht. Das Ventilglied ist gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Ventilgehäuse 2 gesichert und daher auch gegen ein Herausgleiten aus dem Ventilgehäuse durch die Kappe 2a über eine

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starre Kupplung in Form eines Sicherungsbolzens 27. Der Sicherungsbolzen 27 ist an seinem einen Ende drehbar in einem Kugellager 28 in der Hohlwelle 15 des Ritzels 4 und der Ventilhülse 11 gelagert und außerdem durch dieses Kugellager in axialer Richtung gesichert. Das gegenüberliegende Ende des Sicherungsbolzens 27 liegt in einer Sackbohrung 27a des Ventilgliedes 1Ü und weist eine radiale Bohrung 29 auf, : durch die der Stift 21 ragt,zwecks Verbindung des Sicherungsbolzens mit dem Ventilglied ID, so daß dieser bei Verdrehung des Ventilqliedes 10 mitgenommen wird.

Um den Zusammenbau der Ventilteile zu erleichtern und insbesondere die exakte Zuordnung der Bohrung 29 zum Stift 21 zu gewährleisten, .wenn dieser eingesetzt wird, .weist der Sicherungsbolzen 27 ein cjeschlitztes Ende 30 auf, .so daß der Sicherungsbolzen von Hand verdrehbar ist, .bis Bohrung und Stift fluchten, ; was beispielsweise mit Hilfe eines Schraubenziehers geschieht, j der durch eine Öffnung 31 im Zahnstangengehäuse und den Durchlaß 32 in den Schlitz 30 des Bolzenendes einsetzbar ist. Der Durchlaß 32 bildet vorzugsweise eine Rücklaufleitung, die mit der Öffnunqj 31 verbunden ist und in Rücklaufkanäle 32a in der Hohlwelle 15 übergeht, .die ihrerseits mit der Sackbohrung 27a in Verbindung steht. Das über die Steueröffnungen 13 und 14 zurückfließende Druckmedium _t fließt über die Sackbohrung 2 7a durch radial angeordnete Kanäle 33 im Ventilglied 10 und von dort ab.

Im Zylindermantel 12 des Ventilgliedes 11 ist eine Rignnut 25 eingedreht, die mit der Mantelfläche des Zylinders 9 eine ringförmige Kammer bildet, .die ständig mit einer an eine Druckmediumquelle angeschlossenen Einlaßöffnung 26 kommuniziert.

Die Ringnut 25 steht über eine Leitung 34 mit den Steueröffnungen 14 in Verbindung. Im Ventilgehäuse 2 sind ferner

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zwei nicht dargestellte zusätzliche Öffnungen vorgesehen, ; von denen jede mit einer von zwei wechselweise beaufschlagten Druckkammern 35 und 36 in Verbindung steht. Diese zusätzlichen Öffnungen sind jeweils mit je einer der Kolbenkammern der nicht dargestellten hydraulischen Kraftverstärkung zur Erzeugung der Lenkhilfskraft verbunden. Die Kammer 35 wird auf einer Seite von einer an der Ventilhülse 11 ausgebildeten Schulter 37 begrenzt,, .die mit dem Zylindermantel 12 abschließt und die Teil einer ringförmigen Eindrehung 38 an der Ventilhülse 11 ist. Die Kammer 35 kommuniziert über Kanäle 39 im Ventilteil mit den Steueröffnungen 14 und ist durch eine Hochdruckdichtung 40 zwischen dem Ventilgehäuse 2 und der Ventilhülse 11 verschlossen. Das Rollenlager ist zweckmäßig innerhalb der Kammer 35 ancjeordnet„ Die Kammer ist auf einer Seite durch eine Schulter 41 an der Ventilhülse 11 begrenzt,, .die sich radial zum Zylindermantel 12 nach innen erstreckt und die Teil einer ringförmigen Eindrehung 42 an der Ventilhülse 11 ist. Die Kammer 36 ist durch die stirnseitige Kappe 2a verschlossen und zwischen dem Ventilgehäuse und dem inneren Ventilglied 10 ist eine weitere hochdruckfeste Dichtung 43 vorgesehen. In der Ventilhülse 11 angeordnete Kanäle 44 stellen die Verbindung zwischen der Druckkammer 36 und den Steueröffnungen 14 her.

Die Anordnung, jdie Abmessungen und die Funktion der Steueröffnungen 13 und 14 sind für einen Fachmann klar, denn bei Verdrehung des inneren Ventilgliedes 10 in bezug auf das äußere als Folge eines über die Antriebswelle 8 aufgebrachten Lenkmomentes gelangt Druckmedium oder -flüssigkeit durch die Öffnung 25 zu jeweils einer der beiden Druckkammern 35 und 3:6, > so daß in der jeweils zugeordneten Kolbenkammer des Kraftverstärkers Druck aufgebaut wird, .während die andere Druckkammer oder 36 mit einem Behälter über eine Leitung 33 und die Sack-

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bohrung 27a verbunden wird, .wodurch die zugeordnete Kolbenkammer des Kraftverstärkers entlastet und dabei die beabsichtigte Kraftverstärkung erreicht wird.

In der Mittelstellung des Ventils_f .wenn also keine Kraftverstärkung erforderlich ist, kann die Druckflüssigkeit unmittelbar zum Auslaß über die Leitungen 33 und 27a fließen,. während die beiden wechselweise arbeitenden Druckkammern 35 und 36 ebenfalls mit der Austrittsöffnung 31 in Verbindung stehen.

Aus Figur 1 ist zu entnehmen, daß die Mantelfläche 12 in axialer Richtung sehr kurz dimensioniert, nämlich gerade so bemessen isrtj. .daß die Ringnut 25 angebracht und gegenüber den angrenzenden Kammern 35 und 36 abgedichtet werden kann.

Die interne Verbindung der ventilteile durch den Sicherungsbolzen 27 bildet eine kompakte Vorrichtung zur Sicherung der zwei Ventilteile getjen axiale Verschiebung, .was zusammen mit der erfindungsgemäß geringen Dimensionierung der Mantelfläche 12 und einer entsprechend verkürzten Ventilhülse 11 zu

einer beachtlichen Verringerung der Gesamtgröße des Ventilqehäuses 2 und damit auch zu einer kleineren Bauform des Getriebes generell führt.

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Leerseite

Claims

3242375 PATENT/vNWÄL^TE SPOTT UND PUSCHVANN

Cam Gears Limited 45 Wilbury Way Hertfordshire, .SG4 OT.U, : England

München, . P 972/82' Pu/ho

.den 16.11.1932

PATENTANSPRÜCHE

1 „J Kraftverstärktes Lenkgetriebe mit einem Gehäuse, .einem dem Gehäuse drehbeweglich gelagerten Übertragungsglied und mit Mitteln zur Sicherung des Übertragungsgliedes gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Gehäuse _t .gekennzeichnet durch ein im Gehäuse (2) angeordnetes Ventilglied (10:), .das mit dem Übertragungsglied (11) gemeinsam und in bezug auf dieses drehbar gelagert is±, .wobei diese Drehbewegung durch ein Lenkmoment erfolgt, das auf ein über eine Seitenwand (2a) des Gehäuses (2) vorstehendes Ende (8) des Ventilgliedes wirkt und dazu dient, :Steueröffnungen (1:3, .14) des Ventilgliedes so einzustellen, .daß der Zustrom von Druckmedium in einen die Lenkkraft verstärkenden Kraftverstärker steuerbar ist, .und durch eine das Ventilglied (10) gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Gehäuse (2) sichernde starre Kupplung (21, 27·), die entweder an dem Ventilteil oder dem Übertragungsglied drehbar, aber gegen axiale Verschiebung gesichert angeordnet ist und die mit dem jeweils anderen Ventilteil oder Übertragungsglied verbunden ist.
2. Kraftverstärktes Lenkgetriebe, .dadurch gekennzeichnet , .daß ein in einer Ventilhülse (11) koaxial angeordnetes inneres Ventilglied (10) vorgesehen is-t, jdaß das innere Ventilglied und die Ventilhülse in Abhängigkeit eines eingegebenen Lenkmomentes zwecks Übertragung eines Lenkausganges

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relativ zueinander verdrehbar sind zwecks Einstellung von miteinander korrespondierenden Steueröffnungen (13, 14) in diesen Ventilgliedern, durch die der Zustrom von Druckmedium zu einem dem Lenkausgang zugeordneten Kraftverstärker steuerbar is:t_f daß ein Sicherungselement (27) vorgesehen is:t, das eines der Ventilglieder gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Gehäuse (2) sichert, .eine starre Kupplung ( 21,2/7'), die drehbar gelagert und gegen axiale Verschiebung gegenüber einem der Ventilglieder (1:0, 11) gesichert ist und mit dem anderen Ventilglied (10) verbunden ist, ;um dieses gegen axiale Verschiebung in bezug auf das andere Ventilglied (11) zu sichern.
3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (11) durch das Sicherungselement (27) gesichert ist.
4. Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (11) mit e inem Übertragungsglied (4) verdrehbar und mit diesem gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Ventilgehäuse (2) gesichert ist.
5. Lenkgetriebe nach Anspruch 3 oder :4, dadurch gekennzeichnet,: daß ein Ende (8) des inneren Ventilgliedes (10) über eine Stirnwand (2a) des Ventilgehäuses (2) vorsteht und ein als Drehmoment wirkendes Lenkmoment aufnimmt.
6. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ; dadurch gekennzeichnet, daß die starre Kupplung in einem Lager (28) drehbar gelagert is:t, das die starre Kupplung (27) gegen axiale Verschiebung in bezug auf das Ventilglied (10) sichert, mit dem die Kupplung drehbar verbunden

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