DE3242445A1 - Kraftverstaerktes lenkgetriebe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE -·^:· ^gPQTT^UM)-PUSCHMANN

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Cam Gears Limited München, 16.11.1982

4 5 Wilbury Way P 971/82

Hitchin Pu/rei

Hertfordshire,
SGH OTU, England

Kraftverstärktes Lenkgetriebe

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

Kraftverstärkte Lenkgetriebe, insbesondere für motorgetriebene Fahrzeuge, sind bekannt und weisen in aller Regel ein Ventilglied auf, das in einer Ventilhülse gelagert und in bezug auf diese entweder translatorisch oder drehbeweglich verstellbar ist, wenn ein Lenkmoment eingegeben wird, wobei zwischen diesen beiden Teilen vorgesehene Steueröffnungen in eine bestimmte Zuordnung gebracht werden. Die jeweilige Zuordnung der Steueröffnungen steuert den Druckmittelfluß aus einer geeigneten Druckquelle zur Druckversorgung der die Hilfskraft erzeugenden Einrichtung, einem Kraftverstärker, der Bestandteil eines Lenksystems mit einem derartigen Getriebe ist, und die in aller Regel aus einem doppelt wirkenden Hydraulik-Kolben und -Zylinder besteht. Im allgemeinen wirkt der Relativbewegung zwischen dem Ventilglied und der Ventilhülse eine von einem Drehstab oder einer Feder erzeugte elastische Kraft entgegen, da die Ventilteile über solche elastisch verformbare Elemente miteinander gekuppelt sind, insbesondere, wenn die Ventilteile zueinander verdrehbar gelagert sind.

Bei bekannten Einrichtungen weist die Ventilhülse eine äußere Mantelfläche auf, mit der sie in einem Zylinder eines Ventilgehäuses gleitet, das in der Regel mit dem Getriebegehäuse einstückig hergestellt ist, und das mindestens drei Öffnungen aufweist, von denen eine mit der Druckmittelquelle verbunden ist, während die anderen beiden mit dem Kraftverstärker verbunden sind, beispielsweise mit einander gegenüberliegenden Kolbenkammern eines Arbeitszylinders, so daß je nach der gewünschten Richtung und Größe der Hilfskraftverstärkung entweder die eine oder die andere Kammer unter Druck steht bzw. entlastet ist. Über die jeweilige Einstellung der Steueröffnungen zwischen dem Ventil und der Ventilhülse wird der Fluß des Druckmittels in bzw. aus den öffnungen gesteuert.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, wie beispielsweise aus Figur 1 des kraftverstärkten Lenkgetriebes nach der britischen Patentschrift 1 223 551 hervorgeht, in der Mantelfläche der Ventilhülse mindestens drei axial im Abstand voneinander liegende Ringnuten vorzusehen, von denen jeweils eine mit einer der drei öffnungen im Ventilgehäuse in Verbindung steht und durch die Druckmittel dem Kraftverstärker zufließt bzw. aus diesem abströmt, je nachdem, welche Stellung die Steueröffnungen einnehmen. Bei dieser Anordnung werden die drei Ringnuten zeitweise mit Druckflüssigkeit beaufschlagt bzw. entlastet, je nachdem, welche Hilfskraftverstärkung erforderlich ist.

Bei einer solchen Anordnung öffnen sich die axial einander gegenüberliegenden und in einer radialen Ebene angeordneten Stirnflächen der Ventilhülse in Kammern im Ventilgehäuse, die eigentlich tote Räume im Getriebe bilden und die ständig mit dem Auslaß oder Behälter zur Druckentlastung der Stirnflächen in Verbindung stehen; diese Kammern sind also praktisch in den Rücklauf des Druckmittels nach Durchströmen der Steueröffnungen einbezogen.

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Bei der Auslegung von Lenkgetrieben ist die Baugröße als vorrangig zu bewerten, die Abmessungen sollten daher so klein wie technisch mit der angestrebten Wirksamkeit vereinbar gehalten werden. Hierdurch können gegebenenfalls nicht nur die Herstellungskosten für das Getriebe verringert werden, sondern auch der für den Einbau des Getriebes und der Lenkung generell vorzusehende Raum kann kleiner sein, was heutzutage bei der Auslegung der modernen Fahrzeuge eine wichtige Rolle spielt, Bei den bisherigen kraftverstärkten Lenkgetrieben sind das Ventilgehäuse und die zugeordneten Komponenten so bemessen, daß sie einen beträchtlichen Anteil an den Gesamtmaßen des Getriebes ausmachen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues Ventil für ein derartiges Lenkgetriebe zu schaffen, das bei gleicher technischer Wirksamkeit eine kleinere Bauform als bisher aufweist, um so weniger Einbauraum als bisher zu beanspruchen.

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

Erfindungsgemäß ist also an der Mantelfläche der Ventilhülse nur eine einzige Ringnut vorgesehen, über die Druckmittel aus der Druckquelle zufließt oder dem Kraftverstärker über eine der im Ventilgehäuse befindlichen öffnungen zufließt bzw. aus diesem abströmt, während die beiden anderen öffnungen im Ventilgehäuse, von denen mindestens eine zum Kraftverstärker führt, während die andere entweder zum Kraftverstärker oder zur Druckquelle führt, mit Kammern in Verbindung stehen, die teilweise zwischen den Stirnflächen der Ventilhülse und axial einander gegenüberliegenden Enden des Ventilgehäuses gebildet sind. Auf diese Weise kann die axiale Ausdehnung der Mantelfläche der Ventilhülse wesentlich kürzer gewählt werden, was zwangsläufig zu geringerer Länge der Ventilhülse führt gegenüber der Längserstreckung einer Ventilhülse nach dem Stande der Technik, ge-

maß dem in axialer Richtung drei im Abstand voneinander liegende Ringnuten vorgesehen sind, wie dies beispielsweise die britische Patentschrift Nr. 1 223 551 zeigt. Die Verkürzung der Ventilhülse in axialer Richtung führt selbstverständlich zu einem entsprechend verkürzten Ventilgehäuse und daher zu einem entsprechend geringeren Platzbedarf im Lenkgetriebe eines Fahrzeuges.

Obzwar die zweite und dritte Flüssigkeitskammer an den einander axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Ventilgehäuses, in die sich die radial verlaufenden Stirnflächen der Ventilhülse öffnen, periodisch druckbeaufschlagt sind, kann hier leicht eine Anpassung durch richtige Abdichtung erreicht werden,während Beanspruchungen der Ventilhülse in Achsrichtung infolge des wechselweisen Druckanstieges bzw. Druckabfalles in den Kammern durch geeignete Lagerung der Ventilhülse in Achsrichtung aufgefangen werden können.

Die für die Abdichtung und die axiale Lagerung zu treffenden Maßnahmen werden durch die Vorteile leicht aufgewogen, die die starke Verkürzung der Länge der Ventilhülse und damit der Gesamtlänge des Ventilgehäuses und generell des Getriebes mitsichbringt.

Vorzugsweise ist die mit der ersten Kammer in Verbindung stehende öffnung zum Anschluß an eine Druckquelle vorgesehen, während die zweiten und dritten Kammern über ihre zugeordneten öffnungen mit dem Hilfskraftverstärker verbunden sind (im allgemeinen mit den einander gegenüberliegenden Kammern im Arbeitszylinder).

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein für ein Fahrzeug geeignetes kraftverstärktes Zahnstangen-Lenkgetriebe gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1, aus dem die mechanischen Kupplungselemente zwischen dem Ventil und der Ventilhülse in dem Getriebe hervorgehen, und

Figur 3 einen Teilschnitt nach der Linie B-B aus Figur 1, in dem ein Sicherungsring, der einer Verdrehung von Ventil und Ventilhülse relativ zueinander entgegenwirkt, gezeigt ist.

Das ganz allgemein aus einer Zahnstange und Ritzel bestehende Lenkgetriebe weist ein Zahnstangengehäuse 1 auf, das einstückig mit einem Ventilgehäuse 2 verbunden ist. Das Zahnstangengehäuse 1 wird in Längsrichtung von einer Zahnstange 3 durchsetzt, deren Verzahnung mit einem Ritzel 4 zusammenwirkt, das über Kugellager 5 im Zahnstangengehäuse 1 und über Rollenlager 6 im Ventilgehäuse 2 drehbar gelagert ist. Die Zahnstange wird über ein federbelastetes Joch 7 mit dem Ritzel 4 in Eingriff gehalten. Der Antrieb des Ritzels 4 erfolgt durch Verdrehen einer Antriebswelle 8, so daß als Folge der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Ritzel und der Zahnstange letztere im Zahnstangengehäuse 1 in Längsrichtung bewegbar ist. Diese Längsverschiebung wird benutzt, um eins von der Antriebswelle 8 eingegebene Lenkbewegung in ein entsprechendes Lenkmanöver umzuwandeln.

Das Lenksystem, zu dem auch die Zahnstange 3 gehört, enthält außerdem nicht dargestellte Mittel zur Kraftverstärkung, also zur Lenkhilfe, die hier zweckmäßigerweise ein doppeltwirkender Kolben in einem Zylinder sein soll, dessen Kolbenkammern Druckmedium zugeführt wird bzw. aus denen Druckmedium abströmt, um die in herkömmlicher Weise angestrebte Kraftverstärkung für die Verschiebung der Zahnstange 3 zu erreichen.

Die Antriebswelle 8 ragt mit einem Teilstück in einen Zylinder 9 des Ventilgehäuses 2 und bildet ein inneres Ventilglied 10. Das Ventilglied 10 gleitet in einer Ventilhülse 11, deren Mantelfläche 12 wiederum im Zylinder 9 verschieblich ist. Das Ventilglied 10 weist an seiner Schnittstelle zur Ventilhülse am Umfang mehrere in gleichmäßigen Abständen voneinander in Längsrichtung vorgesehene Steueröffnungen 13 auf, die mit Steueröffnungen 14 in der Ventilhülse 11 zwecks Steuerung des Zustromes bzw. Abflusses von Druckmedium in bzw. aus dem Zylinder zusammenwirken. Die Ventilhülse 11 erstreckt sich vom Ventilgehäuse 2 in das Zahnstangengehäuse 1 und ist an einer Hohlwelle 15 des Ritzels U 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, und während beide Ventilteile mit dem Ritzel 4 gemeinsam verdrehbar sind, ist das innere Ventilglied 10 in bezug auf die Ventilhülse 11 nur innerhalb eines bestimmten Bereiches verdrehbar. Diese Wirkung wird durch eine Art Kerbverbindung, wie bei 16 in Figur 2 gezeigt, erreicht. Das innenliegende Ende des Ventilgliedes 10 weist hierzu an seinem Umfang in gleichmäßigen Abständen voneinander liegende, axial verlaufende Vorsprünge 17 auf, die in korrespondierende Ausnehmungen 19 zwischen an der Hohlwelle 15 vorgesehenen Vorsprüngen 18 liegen. Die axial verlaufenden Ausnehmungen 19, in die die VorSprünge 17 eingreifen, sind in Umfangsrichtung etwas größer bemessen als die zugeordneten Vorsprünge 17, so daß eine Verdrehung zwischen den Ventilgliedern 10 und 11 jeweils um den Betrag bis

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bis zum Anschlag zwischen den zusammenwirkenden Vorsprüngen 17, 18 möglich ist, vgl. Figur 2.

Auf dem inneren Ventilglied 10 ist ein C-förraiger Sicherungsring 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, der Mittelstellung des Ventils entsprechenden Einstellung hält. Der Sicherungsring 20 umschließt das Ventilglied 10 und liegt vorzugsweise in einer am Umfang des Gliedes vorgesehenen ringförmigen Ausnehmung, so daß sich der Sicherungsring 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 Sicherungsringes 20, um diesen gegen Verschieben, d.h. Verdrehen, am Umfang des Ventilgliedes 10 zu sichern. Durch die freien Enden 23 des Sicherungsringes 20 greift außerdem ein axial verlaufender Zapfen 24 des Ventilgliedes 11, und je nachdem, mit welchem Ende 23 des Sicherungsringes 20 dieser Zapfen 24 während der relativen Verdrehung der Ventilglieder 10 und 11 zusammenwirkt, wird der Sicherungsring diametral ausgedehnt und durch die auf die beiden Ventilglieder wirkende vorspannende Federkraft werden sie in ihre in Figur 3 gezeigte Mittelstellung zurückgeführt.

Das Ventilglied 10 ist im Ventilgehäuse 2 mittels eines stirnseitigen Abschlusses 2a oder Kappe gelagert, die Teil des Ventilgehäuses ist, und ist gegen ein Herausgleiten aus dem Ventilgehäuse durch einen Sicherungsbolzen 27 gehalten. Der Sicherungsbolzen 27 ist an seinem einen Ende drehbar in einem Kugellager 28 in der Hohlwelle 15 gelagert und ist außerdem in diesem Kugellager in axialer Richtung gesichert, während sein gegenüberliegendes Ende in einer Sackbohrung 27a des Ventilgliedes 10 liegt, über eine radiale Bohrung 29 im Bolzen kann dieser zweckmäßig mit Hilfe des Stiftes 21 mit dem Ventilglied 10 verbunden werden. Um den Zusammenbau der Ventilteile zu er-

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leichtern und insbesondere die exakte Zuordnung der Bohrung zum Stift 21 zu gewährleisten, wenn dieser eingesetzt wird, weist der Sicherungsbolzen 27 ein geschlitztes Ende 30 auf, so daß der Sicherungsbolzen von Hand verdrehbar ist, bis Bohrung und Stift fluchten, beispielsweise mit Hilfe eines Schraubenziehers, 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 Öffnung 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 Medium fließt über die Sackbohrung 27a durch radial angeordnete Kanäle 33 im Ventilglied 10 und fließt von dort ab.

In die Mantelfläche 12 des Ventilgliedes 11 ist eine Ringnut eingedreht, die mit der Zylindermantelfläche 9 eine ringförmige Kammer bildet, die ständig mit einer an eine Druckflüssigkeitsquelle angeschlossenen Einlaßöffnung 26 kommuniziert.

Die Ringnut 25 steht über eine Leitung 34 mit den Steueröffnungen 14 in Verbindung. Im Ventilgehäuse 2 sind ferner zwei nicht dargestellte zusätzliche Öffnungen vorgesehen, von denen jede mit einer von zwei wechselweise beaufschlagten Druckkammern und 36 in Verbindung steht. Diese zusätzlichen Öffnungen sind jeweils mit je einer der Kolbenkammern der hydraulischen Kraftverstärkungseinheit verbunden. Die Kammer 35 wird auf einer Seite von einer an der Ventilhülse 11 ausgebildeten Schulter begrenzt, die mit der Mantelfläche 12 abschließt und die Teil einer ringförmigen Eindrehung 38 an der Ventilhülse 11 bildet. Die Kammer 35 kommuniziert über Kanäle 39 im Ventilteil 11 mit den Steueröffnungen 14 und ist durch eine Hochdruckdichtung zwischen dem Ventilgehäuse 2 und der Ventilhülse 11 verschlossen. Das Rollenlager 6 ist zweckmäßig innerhalb der Kammer 35 angeordnet. Die Kammer 36 ist auf einer Seite durch eine Schul-

ter 41 an der Ventilhülse 11 begrenzt, die sich radial vom Mantel 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 hochdruckfeste Dichtung 43 vorgesehen. Kanäle 44 in der Ventilhülse 11 stellen die Verbindung zwischen der Druckkammer 36 und den Steueröffnungen 14 her.

Die Anordnung, die 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 auf die Welle 8 aufgebrachten Lenkmomentes gelangt Druckflüssigkeit durch die öffnung 26 zu jeweils einer der beiden Druckkammern 35 und 36, so daß in der jeweils zugeordneten Kolbenkammer Druck aufgebaut wird, während die jeweils andere Druckkammer 35 oder 36 mit einem Behälter über eine Leitung 33 und die Sackbohrung 27a verbunden wird, wodurch die jeweilige Kolbenkaramer entlastet und die beabsichtigte Kraftverstärkung erreicht wird.

In der Mittelstellung des Ventils, 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 ist, nämlich gerade so bemessen ist, daß die Ringnut 25 angebracht und gegenüber den angrenzenden Kammern 35 und 36 abgedichtet werden kann. Diese knappe Bemessung der Mantelfläche 12 ermöglicht den Einsatz eines verhältnismäßig kurzen Ventilgliedes 10 und einer entsprechend kurzen Ventilhülse 11, wodurch das Ventilgehäuse 2 in axialer Richtung insgesamt stark verkürzt werden kann und somit das Lenkgetriebe insgesamt kleinbauender wird.

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Die Druckkammern 35 und 36 werden zwar periodisch ständig von Druckmedium beaufschlagt und entlastet, doch können diese Wechselbeanspruchungen von den Hochdruckdichtungen 40 und 4 3 leicht abgefangen werden. Jede axiale Beanspruchung der Ventilhülse 11 infolge des Druckaufbaus in einer der Kammern 35 oder 36, während die andere jeweils drucklos wird, wird durch die axiale Sicherung des Ritzels 4 im Lager 5 aufgefangen, wodurch die Ventilhülse 11 ebenfalls gesichert ist.

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Claims (7)

1. PATENTANWÄLTE ^:"'^:'SPOTT^UKFDBUSCHMANN

   Cam Gears Limited München, 16.11.1982

   Wilbury Way P 971/82

   Hitchin Pu/rei

   Hertfordshire,
   SG4 OTU, England

   PATENTANSPRÜCHE

   Kraftverstärktes Lenkgetriebe mit einem in einer Ventilhülse angeordneten und in bezug auf diese entsprechend einem eingegebenen Lenkmoment verstellbaren Ventilglied zwecks Zuordnung von Steueröffnungen zwischen diesen Ventilgliedern zur Steuerung des Flusses eines Druckmittels aus einer Druckquelle zu einem die Hilfskraft für das Lenkgetriebe erzeugenden Kraftverstärker, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilhülse (11) eine in einer Zylindermantelfläche (9) eines Ventilgehäuses (2) gleitende Mantelfläche (12) mit Stirnflächen bildenden Schultern (37, 41) aufweist, die sich radial von der Mantelfläche aus erstrecken und an axial einander gegenüberliegenden Enden befinden, daß eine erste Kammer für das Druckmedium durch eine in dieser Mantelfläche befindliche Ringnut (25) gebildet ist und daß zweite und dritte, teilweise durch diese Schultern (37, 41) und von axial einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Ventilgehäuses (2) begrenzte Kammern (35, 36) zur Aufnahme von Druckmedium vorgesehen sind, die jeweils mit je einer von drei öffnungen im Ventilgehäuse (2) über Kanäle (34, 39, 44) mit den Steueröffnungen (13, 14) in der Ventilhülse (11) kommunizieren, wobei eine der Öffnungen (26) für das Druckmedium mit der Druckmittelquelle verbunden ist, während die anderen beiden Öffnungen mit dem Kraftverstärker in Verbindung stehen.

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2. 2. Kraftverstärktes Lenkgetriebe mit einem in einer Ventilhülse angeordneten und in bezug auf diese bei einem eingegebenen Lenkmoment verstellbaren Ventilglied zwecks Zuordnung von Steueröffnungen zwischen diesen Ventil-

   . gliedern zur Steuerung des Druckmittelflusses aus einer Druckquelle zu einem eine Hilfskraft für die Lenkung erzeugenden Kraftverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (11) eine Mantelfläche (12) aufweist, die in einer Zylindermantelfläche (9) eines Ventilgehäuses (2) gleitet und Stirnflächen bildende Schultern (37, 41) aufweist, die sich radial von der Mantelfläche aus erstreckend an axial einander gegenüberliegenden Enden befinden, daß eine Druckmedium zu den Steueröffnungen (13, 1¹O führende Ringnut (25) in der Mantelfläche (12) vorgesehen ist, wobei die Stirnflächen der Schultern mit axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Ventilgehäuses (2) zwei wechselweise beaufschlagte Druckkammern (35, 36) begrenzen, die mit den Steueröffnungen kommunizieren und mit öffnungen (26, 31) im Ventilgehäuse (2) ständig in Verbindung stehen, durch die der Kraftverstärker betätigbar ist.
3. 3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schultern (37, 41) jeweils durch die Basis einer ringförmigen Abdrehung (38, 42) an einander axial gegenüberliegenden Enden der Ventilhülse (11) gebildet sind.
4. 4. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilglied (10) und die Ventilhülse (11) in bezug auf das Ventilgehäuse (2) in Abhängigkeit eines eingegebenen Lenkmoments axial verdrehbar sind, und daß das Einstellen der Steueröffnungen (13, 14) durch das Verdrehen eines Ventilgliedes in bezug auf das andere erfolgt.
5. 5. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Kammern (35) auf einer der der Schulter (37) gegenüberliegenden Fläche von einer am Ventilgehäuse (2) angeordneten Hochdruckdichtung (40) begrenzt ist,
6. 6. Lenkgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Hochdruckdichtung (40) zwischen dem Ventilgehäuse (2) und der Ventilhülse (11) vorgesehen ist.
7. 7. Lenkgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine weitere Hochdruckdichtung (43) zwischen dem Ventilgehäuse (2) und dem Ventilglied (10) vorgesehen ist.