DE10010837A1 - Drehschieber mit Drehstabbefestigung ohne spanende Bearbeitung - Google Patents

Abstract

Bei einem Drehschieberventil 1 für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen wird durch eine neue Verbindungstechnik eine Verbindung zwischen dem Drehstab 5 und dem Drehschieber 2 geschaffen, die zum einen eine rationellere Fertigung ermöglicht und zum anderen eine auf Dauer präzisere Justierung der hydraulischen Mittellage gewährleistet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehschieberventil für Servolenkungen sowie ein Verfahren zu dessen Herstel­ lung und eine Verwendung eines Expanders bei der Herstel­ lung.

Drehschieberventile für Servolenkungen bei Kraftfahrzeu­ gen umfassen üblicherweise unter anderem eine Steuerbüch­ se, in der drehbar der Drehschieber mit seinen Steuernu­ ten angeordnet ist. In dem Drehschieber wiederum ist ein Drehstab eingesetzt, der an dem lenksäulenseitigen Ende des Drehschiebers drehfest mit diesem verbunden und an dem gegenüberliegenden Ende in einem Nadellager drehbar gelagert ist. Die gesamte Anordnung ist in etwa rotati­ onssymmetrisch um die gemeinsame Drehachse. Der Drehstab erlaubt ein gewisses Verdrehen zwischen der Lenksäule, genauer gesagt der Lenkspindel und dem Antriebsritzel des Lenkgetriebes. Da der Drehschieber nur an dem eingangsseitigen Ende des Drehstabes drehtest befestigt ist, be­ wirkt diese Verdrehung eine Lageänderung der Steuernuten des Drehschiebers gegenüber der Steuerbüchse und damit ein hydraulisches Steuersignal, das letztendlich zur Be­ tätigung der Servounterstützung führt.

Die Befestigung des Drehstabes in dem Drehschieber er­ folgt üblicherweise in einem Schaftabschnitt des Drehsta­ bes. In der Nähe dieses Bereichs wird eine radiale, den Drehschieber und den Drehstab mittig durchsetzende Boh­ rung eingebracht und die beiden Bauelemente durch diese Durchgangsbohrung hindurch miteinander verstiftet. Das Einbringen dieser Durchgangsbohrung durch die beiden Bau­ elemente hindurch ist in der Praxis nicht problemlos, weil das zu verwendende Material recht hart ist. Außerdem müssen während des Bohrvorgangs entstehende Späne sowie die dabei entstehende Wärme abgeführt werden. Schließlich ist die erzielte Verbindung nicht dicht gegenüber dem in­ nerhalb des Drehschiebers und um den Federabschnitt des Drehstabes herum befindlichen Fluid. Es muss also für ei­ ne zusätzliche Abdichtung, beispielsweise in Gestalt ei­ nes O-Rings, Sorge getragen werden.

Eine weitere Verbindungstechnik für Drehschieberventile von Servolenkungen sieht vor, dass der Schaftabschnitt des Drehstabes mit einer koaxialen Sackbohrung versehen wird, in die dann in der Befestigungsposition eine Kugel eingepresst oder eingeschlagen wird. Die Kugel weist ei­ nen geringfügig größeren Durchmesser auf als der Innen­ durchmesser der Sackbohrung, so dass der Schaftabschnitt des Drehstabes erweitert und damit in der Bohrung des Drehschiebers befestigt wird. Diese Befestigungstechnik führt zu erheblichen Axialkräften auf den Drehstab, des­ sen Federabschnitt hierdurch beeinträchtigt werden kann.

Es ergeben sich Nachteile für die Präzision, mit der bei­ spielsweise die kräftefreie hydraulische Mittellage des Ventils justiert werden kann.

Schließlich ist aus der DE 197 52 468 eine Verbindungs­ technik bekannt, bei der mit einem Expanderelement der Drehstab von innen her aufgeweitet wird und so in dem Drehschieber fixiert wird. Hierbei entstehen durch das zusätzliche Befestigungselement weitere Kosten.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehschieberventil für Servolenkungen zu schaffen, das bei hoher Präzision kostengünstig zu fertigen ist. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entspre­ chendes Verfahren zur Fertigung eines Drehschieberventils bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird von einem Drehschieberventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie von einem Fertigungsver­ fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Weil die Bohrung des Drehschiebers und das erste Ende des Drehstabs eine nicht geometrisch ähnliche Querschnitts­ form aufweisen und die Wandung mit dem ersten Ende be­ reichsweise in reibschlüssigem Kontakt steht, sind zwi­ schen den Kontaktstellen der Wandung mit dem ersten Ende auch Bereiche ohne Kontakt gegeben. In diesen Bereichen kann eine axiale Kraft zur Verformung der Wandung aufge­ wendet werden, die den Reibschluß aufhebt und so den Drehstab in dem Drehschieber frei positionierbar macht.

Wenn die Bohrung des Drehschiebers einen unrunden Quer­ schnitt aufweist, der unter Einwirkung einer von außen wirkenden Spannkraft zu einem im wesentlichen runden Querschnitt verformbar ist, ergibt sich eine besonders einfache Geometrie, bei der der Drehstab frei in dem Drehschieber drehbar ist. Unter Einwirkung der Spannkraft werden die Querschnitte der Bohrung des ersten Endes vor­ zugsweise so weit geometrisch ähnlich, daß das erste Ende frei in die Bohrung einführbar ist. Eine besonders gute reibschlüssige Halterung des Drehstabs in dem Drehschie­ ber ergibt sich, wenn der Querschnitt der Bohrung drei in einem Winkelabstand von etwa 120° angeordnete Flachstel­ len, also Bereiche mit gegenüber dem Rest der Bohrung verringertem Radius aufweist.

Eine freie Winkelpositionierung des Drehstabes relativ zu dem Drehschieber ist möglich, wenn das erste Ende des Drehstabs kreisrund ist.

Weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst das Spannen eines etwa rotationssymmetrischen, mit einer koa­ xialen Bohrung versehenen Drehschiebers in einer Spann­ vorrichtung im Bereich der Bohrung mit einer derart be­ messenen und gerichteten Spannkraft vorgesehen ist, daß der lichte Querschnitt der Bohrung durch elastische Ver­ formung geometrisch ähnlich zu dem ersten Ende des Dreh­ stabs wird, dann das Einführen eines etwa rotationssymme­ trischen Drehstabs in die elastisch verformte Bohrung vorgesehen ist und schließlich das Entspannen der Spann­ vorrichtung vorgesehen ist, kann durch die Entlastung der elastisch verformten Bohrung ein Reibschluß zwischen der Bohrungswandung und dem ersten Ende des Drehstabs er­ reicht werden.

Die Bohrung in dem Drehschieber wird vor dem Einführen des Drehstabs vorzugsweise unter Einwirkung einer Spann­ kraft von außen angefertigt, wobei die Angriffspunkte der Spannkraft regelmäßig, vorzugsweise um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich in einem relativ einfachen Bohrverfahren eine im entspannten Zustand vom kreisrunden Querschnitt abweichende Bohrung anfertigen.

Die Bohrung nimmt bei der Einführung des ersten Endes ei­ nen wiederum im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt an, wenn die Spannkraft bei der Anfertigung der Bohrung in Kraft und Richtung mit der Spannkraft beim Einführen des ersten Endes in die Bohrung übereinstimmt. Eine freie Winkelpositionierung des Drehstabes relativ zur Bohrung und damit relativ zum Drehschieber wird möglich, wenn die Bohrung durch elastische Verformung unter der Spannkraft vor dem Einführen des Drehstabs im wesentlichen kreisrund wird. Wenn die Bohrung im entspannten Zustand eine Anzahl von Flachstellen aufweist und die Spannkraft während des Einführens mittig zwischen den Flachstellen angreift, wird eine Zentrierung des Drehstabs zwischen den Flach­ stellen im entspannten Zustand erreicht und gleichzeitig eine gute, flächige Anlage für den Reibschluß gewährlei­ stet.

Das insoweit beschriebene Verfahren ist besonders vor­ teilhaft, wenn vor dem Verbinden zusätzlich vorgesehen ist, das Drehschieberventil auf eine hydraulische Mittel­ lage zu justieren.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: ein Drehschieberventil für eine Kraftfahr­ zeugservolenkung in einem Querschnitt von der Seite;

Fig. 2: den Verbindungsbereich des Drehstabs in einer Stirnansicht während des Zusammenfügens; so­ wie

Fig. 3: den Verbindungsbereich gemäß Fig. 2 nach dem Zusammenfügen.

In der Fig. 1 ist ein Drehschieberventil insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Drehschieberventil 1 umfaßt einen Dreh­ schieber 2 mit einem verzahnten Anschlußbereich 3 für ei­ ne nicht dargestellte untere Lenkspindel. Der Drehschie­ ber 2 trägt eine innere, abgestufte Durchgangsbohrung 4, in die ein Drehstab 5 eingesetzt ist. Weiterhin ist der Drehschieber 2 im Bereich von Steuernuten 6 von einer Steuerbüchse 7 umgeben, in der in an sich bekannter Weise verschiedene Hydrauliksteuerkanäle 8 angeordnet sind.

Der Drehstab 5 wiederum weist einen der Lenksäule zuge­ wandten Schaftabschnitt 10 auf, der im Bereich der Ver­ zahnung 3 in der Bohrung 4 des Drehschiebers einliegt. An seinem gegenüberliegenden Ende weist der Drehstab 5 einen zweiten Schaftabschnitt 11 auf, der über ein Nadellager 12 in dem Drehschieber 2 drehbar gelagert ist. Zwischen den Schaftabschnitten 10 und 11 ist der Drehstab 5 in seinem Querschnitt verjüngt und bildet somit eine Tor­ sionsfeder 13, die mit den Schaftabschnitten 10 und 11 einstückig ist. Schließlich umfaßt das Drehschieberventil noch in ebenfalls an sich bekannter Weise eine Abtriebs­ welle 14, die mit einer Verzahnung 15 für den Antrieb ei­ nes nicht dargestellten Antriebsritzels des Lenkgetriebes versehen ist.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Verbindungsbereich des Drehstabes 10 mit dem Drehschieber 3 in einer Stirnansicht in Richtung der Symmetrieachse entlang der Linie II-II aus Fig. 1.

Das erste Ende des Drehstabs 10 ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel mit einem kreisförmigen Querschnitt ausge­ führt. Der Anschlußbereich 3 des Drehschiebers 2 wird von insgesamt drei Spannbacken 20 mit einer definierten, ra­ dial gerichteten Kraft F eingespannt und gehalten, wobei sich der lichte innere Querschnitt des Anschlußbereichs 3, genauer gesagt der darin befindlichen Bohrung 4 zu ei­ nem Kreis elastisch verformt. Die Bohrung 4 ist dabei im Durchmesser geringfügig größer als der Außendurchmesser des ersten Endes 10 des Drehstabs 5, so daß sich ringsum ein kleiner ringförmiger Spalt S ergibt. Der Spalt S ist in der Praxis gerade so bemessen, daß das erste Ende 10 in die Bohrung 4 einführbar und der Drehstab 5 darin drehbar ist.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 2 mit abgeho­ benen Spannbacken 20.

Nach Wegfall der durch die Spannbacken 20 aufgebrachten Radialkräfte entspannt sich der Anschlußbereich 3 des Drehschiebers 5 und kehrt im wesentlichen zu seiner Aus­ gangsform zurück. Dabei entfernen sich die mit der Kraft F der Spannbacken 20 beaufschlagten Bereiche des An­ schlußbereichs nach außen, während die zwischen den Spannbacken 20 liegenden Bereiche mit einer Kraft F2 nach innen auf das erste Ende 10 des Drehstabs 5 zufedern. Hierbei liegen sie mit einer Kraft F2 in Radialrichtung auf der äußeren Oberfläche des Schaftabschnitts 10 auf. Die Kraft F2 ist dabei so groß, daß die in der Praxis ma­ ximal auftretenden Drehmomente und Zugkräfte in allen Be­ triebssituationen aufgenommen werden können.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform sieht vor, daß der Schaftabschnitt 10 des Drehstabs 5 kreisrund und damit frei positionierbar innerhalb des An­ schlußbereichs 3 des Drehschiebers 2 ist. Die Bohrung im Anschlußbereich 3 ist dabei unrund, nämlich im entspannen Zustand an drei Stellen radial nach innen abgeflacht. Diese Stellen bilden die Orte des reibschlüssigen Ein­ griffs mit dem Schaftabschnitt 10.

Bei der Fertigung des Anschlußbereichs 3 wird die Bohrung 4 angefertigt, während der Schaftabschnitt 3 in gleicher Weise in einem Dreibackenfutter gehalten wird, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Der radiale Druck der Spann­ backen 20 auf den zu bohrenden Schaftabschnitt 3 bewirkt, daß während des Bohrvorgangs der Schaftabschnitt 3 ver­ formt wird. Die unter der Radialkraft der Spannbacken 20 kreisrund gebohrte Bohrung 4 nimmt dann nach dem Entspan­ nen die unrunde Gestalt an, die in der Fig. 3 veran­ schaulicht ist. Wird nun der Schaftabschnitt 3 des Dreh­ schiebers 2 erneut mit Spannbacken 20 an den Stellen ge­ spannt, an denen er auch bei der Fertigung gehalten wur­ de, so kehrt die unrunde Bohrung 4 zu ihrem bei der Fer­ tigung eingenommenen vorgespannten Zustand und damit zum kreisrunden Querschnitt zurück. Der Drehstab kann dann eingesetzt und befestigt werden.

Die Größenverhältnisse in den Fig. 2 und 3 sind zur Verdeutlichung des Verbindungsprinzips übertrieben darge­ stellt. Die Verformung des Schaftabschnitts 3 liegt in der Praxis vorzugsweise im Bereich < 1/100 mm. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Bohrung 4 vor dem Einfügen des Drehstabs 5 an ihrer Innenwand mit einem Klebstoff versehen wird. Dieser Kleb­ stoff bewirkt eine Erhöhung der Haltekräfte und außerdem eine Abdichtung der Bohrung 4. Diese Abdichtung ist vor­ teilhaft, da der Innenraum der gestuften Bohrung 4 im Be­ reich der Steuernuten 6 mit einem unter Druck stehenden Hydraulikfluid beaufschlagt wird. Dieser Innenbereich des Drehschieberventils muß gegenüber dem Außenbereich abge­ dichtet werden. Wird die Bohrung 4 im Bereich des ersten Endes 10 mit dem erwähnten Klebstoff versehen, so wird auf diese Weise bereits die Abdichtung ohne weitere Vor­ kehrungen gewährleistet.

Insgesamt ergibt sich ein Fertigungsverfahren für ein Drehschieberventil, bei dem der Drehstab ohne spanende Bearbeitung in den Drehschieber eingesetzt werden kann. Zusätzliche Verbindungselemente sind nicht erforderlich. Außerdem ergibt sich eine Abdichtung des hydraulischen Innenbereich des Drehschieberventils gegenüber dem Außen­ bereich mit ausgesprochen einfachen Mitteln.

Neben der in den Fig. 2 und 3 gezeigten geometrischen Anordnung von Spannbacken 20 und der daraus resultieren­ den Verformung eines der beiden zusammenzufügenden Bau­ elemente sind auch andere geometrische Verhältnisse denk­ bar. Die gezeigte Anordnung scheint jedoch derzeit vor­ teilhaft zu sein.

Claims (11)

1. Drehschieberventil (1) für Servolenkungen, mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Drehschieber (2), der eine mittige axiale Bohrung (4) mit einer Wandung aufweist, sowie mit einem Drehstab (5), der koaxial in der Bohrung (4) angeordnet ist, wobei der Drehstab (5) im Bereich eines ersten Endes (10) dreh­ fest mit dem Drehschieber (2) verbunden und im Be­ reich eines zweiten Endes (11) um die gemeinsame Ach­ se drehbar in dem Drehschieber (2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) des Drehschiebers (2) und das erste Ende (10) des Drehstabes (5) eine nicht geometrisch ähnliche Querschnittsform aufweisen und die Wandung mit dem ersten Ende (10) bereichsweise in reibschlüs­ sigem Kontakt steht.

2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) des Drehschiebers (2) einen unrunden Querschnitt auf­ weist, der unter Einwirkung einer von außen wirkenden Spannkraft zu einem im wesentlichen runden Quer­ schnitt verformbar ist.

3. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass unter Einwirkung der Spannkraft die Querschnitte der Bohrung (4) und des ersten Endes (10) soweit ähnlich sind, dass das erste Ende (10) in die Bohrung (4) einführbar ist.

4. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass der Querschnitt der Bohrung (4) drei in einem Winkelabstand von etwa 120° angeordnete Flach­ stellen aufweist.

5. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass das erste Ende (10) des Drehstabs (5) kreisrund ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Drehschieberventils (1) für Servolenkungen, mit folgenden Schritten:

• - Spannen eines etwa rotationssymmetrischen, mit ei­ ner koaxialen Bohrung (4) versehenen Drehschiebers (2) in einer Spannvorrichtung im Bereich der Bohrung (4) mit einer derart bemessenen und gerichteten Spannkraft, dass der lichte Querschnitt der Bohrung (4) durch elastische Verformung geometrisch ähnlich zu einem ersten Ende (10) eines Drehstabs (5) wird;
• - Einführen eines etwa rotationssymmetrischen Dreh­ stabs (5) in die elastisch verformte Bohrung (4);
• - Entspannen der Spannvorrichtung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Bohrung (4) vor dem Einführen des Drehstabs (5) unter Einwirkung einer Spannkraft von außen angefertigt wird, wobei An­ griffspunkte der Spannkraft regelmäßig, vorzugsweise um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft bei der Anfertigung der Bohrung (4) in Kraft und Richtung mit der Spannkraft bei dem Einfüh­ ren des ersten Endes (10) in die Bohrung (4) im we­ sentlichen übereinstimmt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) durch elastische Verformung unter der Spannkraft vor dem Einführen des Drehstabs (5) im we­ sentlichen rund wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) im entspannten Zustand eine Anzahl von Flachstellen aufweist und dass die Spannkraft während des Einführens mittig zwischen den Flachstel­ len angreift.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbinden zusätzlich vorgesehen ist, das Drehschieberventil (1) auf eine hydraulische Mittel­ lage zu justieren.