DE4337440C2 - Vorrichtung zum Umsetzen der Relativverdrehung zwischen zwei Wellenteilen in eine axiale Schiebebewegung eines Steuerelements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umsetzen der Rela­ tivverdrehung zwischen zwei vorzugsweise über ein tordierbares oder sonstiges federndes Element miteinander gekoppelten Wellen­ teilen in eine axiale Schiebebewegung eines Steuerelements der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie bei­ spielsweise aus der DE-40 26 983-A1 oder der DE-40 35 065-A1 be­ kannt ist.

Bei hydraulischen Kfz-Servolenkeinrichtungen wird bekanntlich im Zuge der die Lenkbewegungen des Lenkrades auf das Lenkgetriebe übertragenden Wellenanordnung ein stabförmiges Torsionsglied oder ein in der Wirkung gleichwertiges Federelement zwischenge­ schaltet, um mit der Größe der Verformung dieses Gliedes bzw. Elementes eine lenkmomentenabhängige Steuergröße zur Aussteu­ erung des Steuerventils der hydraulischen Kfz-Servolenkeinrich­ tung zu erhalten.

Bei den heute weit verbreiteten Zahnstangenlenkungen ist es im allgemeinen üblich, dieses Torsionsglied bzw. Federelement zwi­ schen der Ritzelwelle des mit der Zahnstange kämmenden Lenkrit­ zels und dem unteren Ende der Lenkwelle anzuordnen. Ritzelwelle und Lenkwelle sind also nicht starr miteinander verbunden, son­ dern derart, daß sie bei Betätigung des Lenkrades lenkmomenten­ abhängig - begrenzt - relativ zueinander verdreht werden.

In vielen Fällen (z. B. DE-40 26 983-A1, DE-40 35 065-A1) wird diese Relativverdrehung zwischen der Lenkwelle und der Ritzel­ welle in eine dazu proportionale axiale Schiebebewegung einer die Lenkwelle und die Ritzelwelle umgreifenden und mit einer dieser beiden Wellen unverdrehbar gekoppelten Steuerhülse umge­ setzt, durch deren axiale Verschiebung dann das Steuerglied des Steuerventils direkt oder aber unter Zwischenschaltung eines z. B. schwenkbaren Hebelwerks lenkmomentenabhängig verstellt wird.

Bei einer anderen bekannten hydraulischen Kfz-Servolenkeinrich­ tung (EP-0 362 592-A2, Fig. 18, 19) ist das mit der Ritzel­ welle gekoppelte Ende der Lenkwelle selbst als lenkmomentenab­ hängig axial verschiebbares Steuerelement ausgebildet. Bei die­ ser vorbekannten Servolenkeinrichtung bewirkt die lenkmomenten­ abhängige Axialverschiebung des Steuerelementes im übrigen nicht nur eine entsprechende lenkmomentenabhängige Verstellung des Steuerventils. Vielmehr wird gleichzeitig auch eine elektrische Sensor- bzw. Schaltereinrichtung betätigt, um einen elektrischen Pumpenantrieb der Hydraulikanlage ein- bzw. auszuschalten, so daß dieser Pumpenantrieb wirklich nur dann in Betrieb ist, wenn eine Servounterstützung abverlangt wird, wie dies z. B. auch bei der aus der EP-0 287 227-B1 bekannten hydraulischen Kfz-Servo­ lenkeinrichtung der Fall ist.

Bei den bekannten hydraulischen Kfz-Servolenkeinrichtungen wird die Axialverschiebung der Steuerhülse bzw. des glockenförmig und als Steuerelement ausgebildeten Lenkwellenendes u. a. mittels mehrerer in der Hülse bzw. im glockenförmigen Wellenende schräg zum Umfang bzw. zur Radialebene der Hülse bzw. Welle verlaufen­ der Kulissenführungen sowie darin eingreifender Führungsstifte erzeugt.

Der Fertigungsaufwand für diese Kulissenführungen und die darin eingreifenden Führungsstifte ist beträchtlich, da nicht nur die Kulissenführungen und die Stifte sehr paßgenau gefertigt werden müssen, sondern auch Bohr- und/oder Fräs- und Schleifarbeiten quer zur Längsachse der Hülse und Welle erforderlich werden. Im übrigen treten während des Betriebes nicht unerhebliche Reibun­ gen auf.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art anzugeben, die sich durch geringen Fertigungsauf­ wand, Montagefreundlichkeit und Leichtgängigkeit auszeichnet und in einfacher Weise bei den verschiedensten Varianten üblicher Servolenkeinrichtungen zum Einsatz kommen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in vereinfachter und schematisierter Darstellung

Fig. 1 den Längsschnitt eines Zahnstangen-Lenkge­ triebes bzw. eines Teils davon mit einer dar­ in eingebauten Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch dieses Lenkgetriebe entlang der Schnittführung II,

Fig. 3 die Draufsicht einer als eigenständiges Bau­ element ausgebildeten Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 4 einen Querschnitt durch diese Vorrichtung entlang der Schnittführung IV.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer als Zahnstangenlenkung ausgebildeten hydraulischen Kfz-Servolenkeinrichtung, und zwar den mit der nicht weiter dargestellten Zahnstange zusammenwir­ kenden unteren Teil der die Lenkbewegung des ebenfalls nicht weiter dargestellten Lenkrades übertragenden Wellenanordnung. Dieser untere Teil enthält zwei in einem nicht weiter darge­ stellten Lenkgetriebegehäuse drehbar gelagerte Wellenteile 1 und 2, wobei das erste Wellenteil 1 ein mit der Zahnstange kämmendes Lenkritzel 3 trägt.

Die zueinander koaxialen Wellenteile, von denen das erste Wel­ lenteil 1 die Ritzelwelle und das zweite Wellenteil 2 die Lenk- oder Ritzeleingangswelle des Lenkgetriebes bilden, sind in übli­ cher Weise durch ein stabförmiges Torsionsglied 4 drehmomenten­ mäßig miteinander gekoppelt. Im Ausführungsbeispiel ist dieses Torsionsglied mit seinem einen Ende durch eine Stiftverbindung 5 mit dem zweiten Wellenteil 2 und mit seinem anderen Ende durch eine Keilverzahnung 6 mit dem ersten Wellenteil 1 drehfest ver­ bunden. Selbstverständlich können aber auch beide Enden durch eine Stiftverbindung oder eine Keilverzahnung angekoppelt wer­ den.

Beim Aufbringen eines Lenkmoments können sich die miteinander gekoppelten beiden Wellenteile 1 und 2 somit lenkmomentenabhän­ gig relativ zueinander verdrehen, allerdings maximal nur um ei­ nen vergleichsweise geringen Winkel, bis nämlich beide Wellen­ teile mit ihren entsprechend gestalteten freien Enden in Um­ fangsrichtung starr aneinander zur Anlage kommen, wie dies aus Fig. 2 leicht zu erkennen ist.

Des Weiteren ist ein Steuerelement 7 in Form einer die beiden Wellenteile 1 und 2 konzentrisch umschließenden Steuerhülse vor­ gesehen, die einen unmittelbar auf dem zweiten Wellenteil 2 axi­ al verschieblich und drehbar gelagerten ersten Hülsenteil 71 so­ wie einen dem ersten Wellenteil 1 zugekehrten durchmessergröße­ ren glockenförmigen zweiten Hülsenteil 72 enthält, der das erste Wellenteil 1 axial etwas übergreift und die einander zugekehrten freien Enden dieser beiden Wellenteile im radialen Abstand um­ schließt.

Das Steuerelement 7 ist mit dem ersten Wellenteil 1 verdrehfest, aber ebenfalls axial verschieblich gekoppelt. Hierzu sind im ga­ belförmig ausgebildeten freien Ende 11 des ersten Wellenteils radial vorspringende Sicherungsstifte 8 angeordnet, die in im zweiten Hülsenteil 72 angeordnete Längsschlitze 73 eingreifen.

Um Relativverdrehungen zwischen den beiden Wellenteilen 1 und 2 in eine dazu proportionale axiale Schiebebewegung des Steuerele­ ments 7 umzusetzen, ist zwischen dem glockenförmigen zweiten Hülsenteil 72 des Steuerelements 7 und dem zweiten Wellenteil 2 eine kugellagerähnlich ausgebildete Vorrichtung 9 angeordnet, die im wesentlichen einen radial äußeren Laufring 91, einen ra­ dial inneren Laufring 92 sowie in Kugellaufbahnen dieser Lauf­ ringe gelagerte Kugelkörper 93 enthält.

In jedem der beiden Laufringe 91 und 92 sind jeweils mehrere schräg zur Lagerachse 95 gestellte Kugellaufbahnen angeordnet, die gleichmäßig über den Laufringumfang verteilt sind. Im Aus­ führungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 sind vier derartige Kugellaufbahnen 94 jeweils einem Steigungswinkel α von etwa 45° vorgesehen. Es ist nicht zwingend vier Kugellaufbahnen vorzuse­ hen, mindestens drei sind jedoch erforderlich.

Die beiden Laufringe 91, 92 sind entweder kraft- oder aber form­ schlüssig einerseits mit dem zweiten Wellenteil 2 und anderer­ seits mit dem glockenförmigen zweiten Hülsenteil 72 des Steuer­ elementes 7 verbunden, wozu der Außenumfang des radial äußeren Laufrings 91 und der Innenumfang des radial inneren Laufrings 92 entweder mit einer geeigneten Preßsitzpassung oder aber mit ei­ ner einen Formschluß fördernden Längsriefelung o. ä. versehen sind.

Wenn nun die beiden Wellenteile 2 und 1 bzw. das Wellenteil 2 und das Steuerelement 7 bei Betätigung des Lenkrades unter der Wirkung eines dabei wirksamen Lenkmoments im Rahmen der Tordier­ barkeit des stabförmigen Torsionsglieds 4 relativ zueinander verdreht werden, dann werden die einerseits mit dem zweiten Wel­ lenteil 2 und andererseits mit dem Steuerelement 7 starr verbun­ denen Laufringe 91, 92 infolge der schräg gestellten Kugellauf­ bahnen 94 zwangsläufig je nach Größe und Richtung dieser Rela­ tivverdrehung mehr oder weniger weit in die eine oder andere Richtung axial zueinander verschoben. Da das hülsenförmige Steu­ erelement 7 fest mit dem radial äußeren Lagerring 91 verbunden ist, erfährt auch diese eine lenkmomentenproportionale axiale Schiebebewegung y relativ zu den Wellenteilen 2, 1, die dann in bekannter Weise - erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung geeigneter Gestänge- oder Hebelanordnungen - zur Aussteuerung des nicht weiter dargestellten Steuerventils der hydraulischen Servolenkeinrichtung und/oder zum Ein- und Ausschalten eines elektromotorischen Pumpenantriebs für die Hydraulik dieser Ser­ volenkeinrichtung verwendet werden kann.

Die kugellagerähnliche Vorrichtung 9 arbeitet in vorteilhafter Weise weitgehend spielfrei und insbesondere sehr leichtgängig, so daß mit dem Steuerelement 7 ein sehr leicht ansprechendes und äußerst präzise arbeitendes Element zum Ein- und Ausschalten bzw. zum Aussteuern nachgeschalteter Schalter- und/oder Ventile­ lemente in Abhängigkeit von der Relativverdrehung zweier Wellen bzw. - bei Einsatz von zwischengeschalteten Torsionsgliedern oder gleichwirkenden Federelementen - in Abhängigkeit von einem Drehmoment zur Verfügung steht.

Für eine definierte und zuverlässige Aussteuerung der nachge­ schalteten Glieder genügt es im allgemeinen, wenn die axiale Schiebebewegung des Steuerelements 7 bzw. des radial äußeren er­ sten Laufrings 91 relativ zum radial inneren Laufring 92 in bei­ den Schieberichtungen etwa maximal 10 bis 20% der Laufringbrei­ te b beträgt; falls die Steuerschieber o. ä. der jeweils einge­ setzten hydraulischen Steuerventile einen größeren Stellweg be­ nötigen sollten, dann kann dieser durch entsprechende Dimensio­ nierung eines die axiale Schiebebewegung des Steuerelements 7 auf den Steuerschieber übertragenden Betätigungshebels o. ä. er­ zeugt werden.

Im Ausführungsbeispiel sind die Kugelkörper 93 in einem gemein­ samen Kugelkäfig 96 geführt, was jedoch nicht zwingend ist.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die Vorrichtung 9 nicht als separates eigenständiges Bauteil auszuführen, sondern als zumindest teilintegriertes Ele­ ment der relativ zueinander verdrehbaren Wellenteilen, nämlich in der Weise, daß mindestens einer der beiden Laufringe 91, 92 in Fortfall kommt und die entsprechenden schrägen Kugellaufbah­ nen für die Kugelkörper 93 dann unmittelbar in die innere Man­ telfläche des zweiten Hülsenteils 72 bzw. in die äußere Mantel­ fläche des zweiten Wellenteils 2 eingeformt werden.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf den Einsatz in einer hy­ draulischen Kfz-Servolenkeinrichtung; sie kann überall einge­ setzt werden, wo aus einer Relativbewegung zweier koaxialer Wel­ len eine dazu proportionale axiale Schiebebewegung erzeugt wer­ den soll, um irgendwelche Schalt- oder Steuereinrichtungen zu betätigen oder auszusteuern. Sie kann insbesondere auch in elek­ tromechanischen Kfz-Servorlenkeinrichtungen eingesetzt werden, wie sie z. B. unter anderem aus der DE-36 12 619-A1 bekannt sind.

BEZUGSNUMMERNLISTE

1

erstes Wellenteil

11

freies Ende des ersten Wellenteils

2

zweites Wellenteil

21

freies Ende des zweiten Wellenteils

3

Lenkritzel

4

stabförmiges Torsionsglied

5

Stiftverbindung

6

Keilverzahnung

7

Steuerelement, Steuerhülse

71

erster Hülsenteil

72

zweiter Hülsenteil

73

Längsschlitz

8

Sicherungsstift

9

Vorrichtung

91

radial äußerer Laufring

92

radial innerer Laufring

93

Kugelkörper

94

Kugellaufbahn

95

Lagerachse

96

Kugelkäfig

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Umsetzen einer Relativverdrehung zwischen zwei vorzugsweise über ein tordierbares oder sonstiges fe­ dernd nachgiebiges Element (4) miteinander gekoppelten Wel­ lenteilen (1, 2), vorzugsweise der Lenkwelle (2) und der Rit­ zelwelle (1) einer mittels eines Steuerventils gesteuerten hydraulischen Kfz-Servolenkeinrichtung, in eine axiale Schie­ bebewegung eines mit einem ersten der beiden Wellenteile verdrehfest, aber axial verschieblich gekoppelten Steuer­ elements, vorzugsweise einer die Lenkwelle (2) und die Rit­ zelwelle (1) konzentrisch umschließenden Steuerhülse (7), gekennzeichnet durch ihre kugellagerähnliche Ausbildung,
mit einem starr mit dem Steuerelement, vorzugsweise der Steu­ erhülse (7) verbindbaren radial äußeren ersten Laufring (91) mit mindestens drei gleichmäßig entlang seinem Innen­ umfang angeordneten und schräg zu seiner Laufringachse (95) verlaufenden Kugellaufbahnen (94),
mit einem starr mit dem zweiten Wellenteil (2) verbindbaren radial inneren zweiten Laufring (92) mit ebenfalls mindestens drei gleichmäßig entlang seinem Außenumfang angeordneten und schräg zu seiner Laufringachse (95) verlaufenden Kugellauf­ bahnen (94),
sowie mit mindestens drei in den mindestens drei Kugellauf­ bahnen (94) der beiden Laufringe (91, 92) gelagerten Kugel­ körpern (93).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkörper (93) in einem Kugelkäfig (96) geführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als eigenständiges Bauelement ausgebildet ist und die Mantelfläche des Außenumfangs ihres radial äußeren ersten Laufrings (91) sowie die Mantelfläche des Innenumfangs ihres radial inneren zweiten Laufrings (92) je eine formschluß­ förderliche Längsriefelung o. ä. trägt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Laufringe (91, 92) jeweils integraler Bestandteil des ihm zugeordneten zweiten Wellen­ teils (2) bzw. des ihm zugeordneten Steuerelements (7) ist, indem seine Kugellaufbahnen (94) jeweils direkt in die äußere Mantelfläche des zweiten Wellenteils (2) bzw. in die innere Mantelfläche des Steuerelements (7) eingeformt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (α) der Kugellaufbahnen (94) in der Größenordnung von etwa 45° liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schiebebewegung (y) des radial äußeren ersten Laufrings (91) relativ zum radial inneren Laufring (92) in beiden Richtungen etwa 10 bis 20% der Laufringbreite (b) beträgt.