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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Drehschieberventil für Servolenkungen
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verwendung eines
Expanders bei der Herstellung.
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Drehschieberventile
für Servolenkungen
bei Kraftfahrzeugen umfassen üblicherweise
unter anderem eine Steuerbüchse,
in der drehbar der Drehschieber mit seinen Steuernuten 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 rotationssymmetrisch 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
drehfest befestigt ist, bewirkt diese Verdrehung eine Lageänderung
der Steuernuten des Drehschiebers gegenüber der Steuerbüchse und
damit ein hydraulisches Steuersignal, das letztendlich zur Betätigung der
Servounterstützung
führt.
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Die
Befestigung des Drehstabes in dem Drehschieber erfolgt üblicherweise
in einem Schaftabschnitt des Drehstabes. In der Nähe dieses
Bereichs wird eine radiale, den Drehschieber und den Drehstab mittig
durchsetzende Bohrung eingebracht und die beiden Bauelemente durch
diese Durchgangsbohrung hindurch miteinander verstiftet. Das Einbringen
dieser Durchgangsbohrung durch die beiden Bauelemente 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 innerhalb des Drehschiebers
und um den Federabschnitt des Drehstabes herum befindlichen Fluid.
Es muss also für eine
zusätzliche
Abdichtung, beispielsweise in Gestalt eines O-Rings, Sorge getragen
werden.
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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 einen geringfügig größeren Durchmesser auf als der
Innendurchmesser 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, dessen Federabschnitt hierdurch beeinträchtigt werden
kann. Es ergeben sich Nachteile für die Präzision, mit der beispielsweise
die kräftefreie
hydraulische Mittellage des Ventils justiert werden kann.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
44 41 165 A1 ist ein Servoventil bekannt, bei dem im Verbindungsbereich
des Drehschiebers mit dem Drehstab der Drehschieber eine Innenkontur
mit spiraligen Flächen
und der Drehstab eine entsprechende Außenkontur aufweisen. Die Verbindung
wird kraftschlüssig durch
Verdrehen der Teile gegen einander hergestellt. Diese Verbindung
kann nicht in jeder beliebigen Relativposition zwischen den Bauteilen
hergestellt werden.
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Schließlich ist
aus der
DE 197 52
468 A1 eine Verbindungstechnik 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.
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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 entsprechendes Verfahren
zur Fertigung eines Drehschieberventils bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird von einem Drehschieberventil mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie von einem Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 5 gelöst.
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Weil
die Bohrung des Drehschiebers einen unrunden Querschnitt 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 vorzugsweise so
weit geometrisch ähnlich,
dass das erste Ende frei in die Bohrung einführbar ist. Eine besonders gute reibschlüssige Halterung
des Drehstabs in dem Drehschieber ergibt sich, wenn der Querschnitt
der Bohrung drei in einem Winkelabstand von etwa 120° angeordnete
Flachstellen, also Bereiche mit gegenüber dem Rest der Bohrung verringertem
Radius aufweist.
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Eine
freie Winkelpositionierung des Drehstabes relativ zu dem Drehschieber
ist möglich,
wenn das erste Ende des Drehstabs kreisrund ist.
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Weil
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst das
Spannen eines etwa rotationssymmetrischen, mit einer koaxialen Bohrung
versehenen Drehschiebers in einer Spannvorrichtung im Bereich der
Bohrung mit einer derart bemessenen und gerichteten Spannkraft vorgesehen
ist, dass der lichte Querschnitt der Bohrung durch elastische Verformung
geometrisch ähnlich
zu dem ersten Ende des Drehstabs wird, dann das Einführen eines
etwa rotationssymmetrischen Drehstabs in die elastisch verformte
Bohrung vorgesehen ist und schließlich das Entspannen der Spannvorrichtung
vorgesehen ist, kann durch die Entlastung der elastisch verformten Bohrung
ein Reibschluss zwischen der Bohrungswandung und dem ersten Ende
des Drehstabs erreicht werden.
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Die
Bohrung in dem Drehschieber wird vor dem Einführen des Drehstabs vorzugsweise
unter Einwirkung einer Spannkraft 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.
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Die
Bohrung nimmt bei der Einführung
des ersten Endes einen 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 Flachstellen im entspannten Zustand erreicht und gleichzeitig eine
gute, flächige
Anlage für
den Reibschluss gewährleistet.
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Das
insoweit beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn
vor dem Verbinden zusätzlich
vorgesehen ist, das Drehschieberventil auf eine hydraulische Mittellage
zu justieren.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
ein Drehschieberventil für
eine Kraftfahrzeugservolenkung in einem Querschnitt von der Seite;
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2:
den Verbindungsbereich des Drehstabs in einer Stirnansicht während des
Zusammenfügens;
sowie
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3:
den Verbindungsbereich gemäß 2 nach
dem Zusammenfügen.
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In
der 1 ist ein Drehschieberventil insgesamt mit 1 bezeichnet.
Das Drehschieberventil 1 umfasst einen Drehschieber 2 mit
einem verzahnten Anschlussbereich 3 für eine nicht dargestellte untere Lenkspindel.
Der Drehschieber 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.
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Der
Drehstab 5 wiederum weist einen der Lenksäule zugewandten
Schaftabschnitt 10 auf, der im Bereich der Verzahnung 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 Torsionsfeder 13, die mit den Schaftabschnitten 10 und 11 einstückig ist.
Schließlich
umfasst das Drehschieberventil noch in ebenfalls an sich bekannter
Weise eine Abtriebswelle 14, die mit einer Verzahnung 15 für den Antrieb
eines nicht dargestellten Antriebsritzels des Lenkgetriebes versehen
ist.
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Die 2 zeigt
schematisch den Verbindungsbereich 10 des Drehstabes 5 mit
dem Anschlussbereich 3 des Drehschiebers 2 in
einer Stirnansicht in Richtung der Symmetrieachse entlang der Linie
II-II aus 1.
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Das
erste Ende 10 des Drehstabs 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel
mit einem kreisförmigen Querschnitt
ausgeführt.
Der Anschlussbereich 3 des Drehschiebers 2 wird
von insgesamt drei Spannbacken 20 mit einer definierten,
radial gerichteten Kraft F eingespannt und gehalten, wobei sich
der lichte innere Querschnitt des Anschlussbereichs 3,
genauer gesagt der darin befindlichen Bohrung 4 zu einem 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.
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Die 3 zeigt
die Anordnung gemäß 2 mit
abgehobenen Spannbacken 20.
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Nach
Wegfall der durch die Spannbacken 20 aufgebrachten Radialkräfte entspannt
sich der Anschlussbereich 3 des Drehschiebers 5 und
kehrt im wesentlichen zu seiner Ausgangsform zurück. Dabei entfernen sich die
mit der Kraft F der Spannbacken 20 beaufschlagten Bereiche
des Anschlussbereichs 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 maximal auftretenden Drehmomente und Zugkräfte in allen
Betriebssituationen aufgenommen werden können.
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Die
in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform
sieht vor, dass der Schaftabschnitt 10 des Drehstabs 5kreisrund
und damit frei positionierbar innerhalb des Anschlussbereichs 3 des
Drehschiebers 2 ist. Die Bohrung im Anschlussbereich 3 ist
dabei unrund, nämlich
im entspannten Zustand an drei Stellen radial nach innen abgeflacht.
Diese Stellen bilden die Orte des reibschlüssigen Eingriffs mit dem Schaftabschnitt 10.
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Bei
der Fertigung des Anschlussbereichs 3 wird die Bohrung 4 angefertigt,
während
der Anschlussbereich 3 in gleicher Weise in einem Dreibackenfutter
gehalten wird, wie es in der 2 dargestellt
ist. Der radiale Druck der Spannbacken 20 auf den zu bohrenden
Anschlussbereich 3 bewirkt, dass während des Bohrvorgangs der
Anschlussbereich 3 verformt wird. Die unter der Radialkraft
der Spannbacken 20 kreisrund gebohrte Bohrung 4 nimmt
dann nach dem Entspannen die unrunde Gestalt an, die in der 3 veranschaulicht
ist. Wird nun der Anschlussbereich 3 des Drehschiebers 2 erneut
mit Spannbacken 20 an den Stellen gespannt, an denen er
auch bei der Fertigung gehalten wurde, so kehrt die unrunde Bohrung 4 zu
ihrem bei der Fertigung eingenommenen vorgespannten Zustand und
damit zum kreisrunden Querschnitt zurück. Der Drehstab kann dann
eingesetzt und befestigt werden.
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Die
Größenverhältnisse
in den 2 und 3 sind zur Verdeutlichung des
Verbindungsprinzips übertrieben
dargestellt. Die Verformung des Anschlussbereichs 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 Klebstoff bewirkt eine Erhöhung der Haltekräfte und
außerdem
eine Abdichtung der Bohrung 4. Diese Abdichtung ist vorteilhaft,
da der Innenraum der gestuften Bohrung 4 im Bereich der
Steuernuten 6 mit einem unter Druck stehenden Hydraulikfluid
beaufschlagt wird. Dieser Innenbereich des Drehschieberventils muss
gegenüber
dem Außenbereich
abgedichtet 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 Vorkehrungen gewährleistet.
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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
Außenbereich mit
ausgesprochen einfachen Mitteln.
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Neben
der in den 2 und 3 gezeigten geometrischen
Anordnung von Spannbacken 20 und der daraus resultierenden
Verformung eines der beiden zusammenzufügenden Bauelemente sind auch andere
geometrische Verhältnisse
denkbar. Die gezeigte Anordnung scheint jedoch derzeit vorteilhaft zu
sein.
