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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Servolenkung
mit einem Wasserablassventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Elektromechanische
Servolenkungen weisen ein Lenkungsgehäuse auf, in dem eine
Zahnstange längsverschieblich gelagert ist. Die Zahnstange
bewirkt bei Verlagerung in Ihrer Axialrichtung ein Verschwenken
der gelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs. Zur Verbindung
zwischen der Zahnstange und den Räder sind Spurstangen
im Allgemeinen mit Kugelgelenken an der Zahnstange angelenkt. Um diesen
Bereich gegenüber Umwelteinflüssen abzudichten,
sind zwischen dem Lenkungsgehäuse und den Spurstangen Faltenbälge
angeordnet, die die Beweglichkeit der Spurstange gewährleisten,
den Innenraum der Lenkung aber vollständig abdichten oder
allenfalls einen Luftaustausch mit der Atmosphäre erlauben,
keinesfalls jedoch den Eintritt von Fremdkörpern, Staub
oder Wasser gestatten.
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Beschädigungen
eines Faltenbalges sind im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs
jedoch nicht auszuschließen. Ein beschädigter
Faltenbalg kann beispielsweise bei Wasserdurchfahrten oder bei dauerhaftem
Spritzwassereinfluss nicht verhindern, dass Wasser in den Innenraum
des Faltenbalges und schließlich in das Gehäuse
der Servolenkung gelangt. Dieses eindringende Wasser stört
den Betrieb der Lenkung. Es kann Korrosionsschäden verursachen
und im Extremfall bei Temperaturen unterhalb von 0°C die
Lenkung durch Eisbildung blockieren.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 006 679 A1 ist es bekannt, ein
Ventil am tiefsten Punkt eines Lenkungsgehäuses anzuordnen,
welches sich bei Kontakt mit Wasser von der Innenseite des Lenkungsgehäuses
her öffnet. In das Lenkungsgehäuse eingedrungenes
Wasser kann dann durch dieses Ventil wieder austreten, so dass größere
Wasseransammlungen in dem Lenkungsgehäuse verhindert werden,
die bei Frost ein Blockieren der Lenkung bewirken könnten.
Es werden zahlreiche Ausführungsformen vorgeschlagen, die
bei Trockenheit sich wieder schließende Ventile ebenso
umfassen wie Ventile, die nach der ersten Öffnung offen
bleiben.
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Die
DE 19917392 A1 zeigt
einen Faltenbalg mit einer Membran, die gasdurchlässig,
aber flüssigkeitsabweisend ist. Dieser Faltenbalg ist nur
zum Druckausgleich mit der Atmosphäre geeignet. Wasser
kann über die Membran weder eintreten noch austreten.
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Die
FR 2098823 zeigt eine Vorrichtung
zum Entfernen von Kondenswasser aus Gehäusen von Elektromotoren,
die mit einem hydrophilen Material in einer Gehäusebohrung
arbeitet. Kondenswasser wird von dem hydrophilen Material (beispielsweise Baumwolle)
aufgenommen und an der Außenseite durch Verdunstung ab geführt.
Die Vorrichtung ist nicht geeignet, größere Mengen
eindringenden Wassers schnell zu entfernen.
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Bei
der erstgenannten Druckschrift, die den gattungsbildenden Stand
der Technik bildet, muss das eintretende Wasser von dem Faltenbalgraum
zunächst in das Lenkungsgehäuse eindringen, um
zu dem Ventil zu laufen. Hierbei mitgeführte Fremdkörper
können auch nach Öffnen des Ventils in dem Lenkungsgehäuse
verbleiben. Außerdem ist beim Ersetzen des Faltenbalges,
der den Wassereinbruch verursacht hat, auch darauf zu achten, dass
das Ventil mit ersetzt wird.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromechanische
Servolenkung mit einem Wasserablassventil zu versehen, dass geeignet
ist, das Eindringen von Wasser in das Lenkungsgehäuse zu
verhindern und das beim Austausch des Faltenbalges zuverlässig
mit gewechselt wird.
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Diese
Aufgabe wird von einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weil
bei einer Zahnstangenlenkung mit einem Lenkungsgehäuse,
in dem eine mit endseitig angeordneten Spurstangen versehene Zahnstange
axial verschieblich gelagert ist, und das wenigstens einen Faltenbalg
aufweist, der das Lenkungsgehäuse und die Zahnstange in
den Bereichen, in denen die Zahnstange aus freien Enden des Lenkungsgehäuses
heraus ragt, gegenüber äußeren Einflüssen
kapselt, der wenigstens einen Faltenbalg an seiner in der Betriebsstellung
der Lenkung unten befindlichen Seite mit einem selbsttätigen
Wasserablassventil versehen ist, wird eindringendes Wasser unmittelbar
abgelassen, ohne dass es zunächst in das Lenkungsgehäuse
laufen muss. Wird der beschädigte Faltenbalg ausgetauscht,
so wird aufgrund der baulichen Einheit mit dem Wasserablassventil
dieses Ventil zwangsläufig mit gewechselt.
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Bevorzugt
wird ein derartiges Ventil bei Zahnstangenservolenkungen und besonders
bevorzugt bei elektromechanischen Servolenkungen vorgesehen.
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Der
Betrieb der Lenkung, insbesondere einer elektrischen Servolenkung
wird dadurch im Schadensfall zuverlässiger aufrecht erhalten.
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Wenn
der Schwimmkörper das Wasserablassventil bei von außen
einwirkendem Wasser in Anlage an die oberhalb angeordnete Öffnung
verschließt, wird das Eindringen von Wasser in diesem Bereich
bei Wasserdurchfahrten zuverlässig verhindert. Insbesondere
wir auch das Ventil gegen eindringendes Wasser und Staub geschützt,
wenn der Schwimmkörper im Ruhezustand des Ventils vor der ersten Öffnung
das Ventil durch Anlage im Bereich der unten angeordneten Öffnung
verschließt.
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Eine
erstmalige Auslösung durch unerwünschten Wassereinbruch
in den Innenraum des Faltenbalgs erfolgt zuverlässig und
schnell, wenn der Schwimmkörper im Ruhezustand des Ventils
mittels eines den Schwimmkörper bei Wasserkontakt frei
gebenden Auslöseelements dichtend in Anlage im Bereich
der unten angeordneten Öffnung drängt. Dadurch
wird im ungestörten Betrieb eine dauerhafte und vollständige
Dichtigkeit des Ventils gewährleistet.
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Besonders
funktionssicher wird das Ventil, wenn der Schwimmkörper
eine Hohlkugel ist.
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Eine
dauerhafte und dichte Verbindung des Ventils mit dem Faltenbalg
kann erzielt werden, wenn das Ventil einen Sockelbereich oder einen
Grundkörper aufweist, der mit dem Material des Faltenbalgs stoffschlüssig,
beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder Vulkanisieren
verbunden ist. Dazu ist es weiter von Vorteil, wenn der Grundkörper
oder Sockel aus einem ähnli chen Material wie der Faltenbalg
gefertigt ist. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn der Grundkörper
oder Sockel einstückig mit dem Faltenbalg gefertigt ist.
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Eindringendes
Wasser wir aus dem Faltenbalg entfernt, bevor es in das Lenkungsgehäuse
eintreten kann, wenn das Ventil mit seinem Sockelbereich oder Grundkörper
unmittelbar neben dem freien Ende des Lenkungsgehäuses
in dem Faltenbalg angeordnet ist.
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Weil
bei einem Faltenbalg für eine Lenkung, insbesondere für
eine elektromechanische Servolenkung, zur Abdichtung des Bereichs,
in dem eine Zahnstange aus einem Lenkungsgehäuse der Servolenkung
austritt, vorgesehen ist, dass der Faltenbalg an seiner im Betrieb
unten angeordneten Seite ein Wasserablassventil aufweist, kann im
Beschädigungsfall eintretendes Wasser unmittelbar wieder
abgelassen werden.
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Wenn
das Wasserablassventil im Ruhezustand geschlossen ist und bei Wassereinbruch
in das Innere des Faltenbalgs selbsttätig öffnet,
ist eine dauerhafte Dichtigkeit wie bei Faltenbälgen ohne
dieses Ventil gewährleistet, während im Schadensfall
das eindringende Wasser ohne Eingriff eines Benutzers oder einer
Bedienperson abgelassen wird.
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Auch
nach einer wasserbedingten Öffnung des Ventils kann kein
Wasser von außen durch das Ventil in den Faltenbalg eindringen,
wenn das Ventil als Rückschlagventil ausgebildet ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, das Ventil so auszugestalten, dass der
Schwimmkörper oder das Ventilglied im trockenen Zustand
nicht das Ventil verschließt, so dass das im Normalbetrieb
Ventil zur Be- und Entlüftung des Faltenbalges dient. Bei
einer Wasserdurchfahrt mit von außen anstehendem Wasser
schließt das Ventil dann, um Wasser aus dem Faltenbalg
fernzu halten. Im Störungsfall bleibt das Ventil offen und
eingedrungenes Wasser kann ablaufen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1:
ein Ventil für eine erfindungsgemäße Servolenkung
in einem Querschnitt von der Seite;
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2:
eine andere Ausführungsform eines geeigneten Ventils;
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3:
einen Querschnitt durch eine elektrische Servolenkung im Bereich
des Anschlusses eines Faltenbalges an ein Lenkungsgehäuse
mit einem Entwässerungsventil.
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Die 1 zeigt
ein Ventil 1 in einer Betriebsstellung mit einem Sockelbereich 2,
der eine Durchgangsbohrung 3 aufweist. Die Durchgangsbohrung 3 erweitert
sich zu einer Unterseite 4 des Sockelbereichs 2 kegelförmig
in einem Ventilsitz 5. Der Ventilsitz 5 ist wiederum
an der Unterseite 4 des Sockelbereichs 2 von einem
Stutzen 6 umgeben, in dem ein Schwimmkörper 7 angeordnet
ist. Der Stutzen 6 ist kappenförmig ausgebildet
und weist an einer stumpfkegeligen Unterseite 8 eine Durchgangsbohrung 9 auf,
die mittig angeordnet und etwa konzentrisch zu der Durchgangsbohrung 3 ist.
An der Unterseite des Stutzens 6 ist im Bereich seiner
zylindrischen Wandung eine Schutzkappe 10 mit Öffnungen 11 angeordnet.
Die Schutzkappe 10 ist im unteren Bereich einer äußeren
zylindrischen Wandung 12 des Stutzens 6 an diesem
befestigt und trägt die Öffnungen 11 an ihrem äußeren
Umfang, die den Innenraum mit der Atmosphäre verbinden.
Eine Bodenfläche 13 der Schutzkappe 10 ist
an ihrer Unterseite plan, während die Oberseite eine stumpfkegelige
Ausbildung an ihrer Innenseite 14 aufweist, wobei die Spitze der
Innenseite 14 in der Betriebsstellung gemäß 1 nach
oben weist und sich mittig unterhalb der Öffnung 9 befindet.
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Bei
einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
ist das Ventil im Normalbetrieb immer geöffnet, wenn die
untere Öffnung 9 nicht mittig angeordnet ist und
nicht von dem Ventilglied aufgrund der Schwerkraft geschlossen gehalten
wird.
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Die 2 zeigt
eine andere Ausführungsform eines Entwässerungsventils 19 mit
einem kappenförmigen Grundkörper 20.
Der Grundkörper 20 umgibt einen im wesentlichen
zylindrischen Innenraum 21 mit kreisrundem Querschnitt.
In dem Innenraum 21 ist ein Schwimmkörper 22 als
bewegliches Ventilglied angeordnet. Der Schwimmkörper 22 liegt mit
seiner Unterseite an einem Sitz 23 an, der kegelförmig
ausgebildet ist. Mittig in dem Sitz 23 ist eine Entwässerungsöffnung 24 vorgesehen,
die den Innenraum 21 nach unten hin öffnet. Der
Schwimmkörper 22 verschließt im Ruhezustand
die Öffnung 24 wasserdicht.
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Ein
Auslöseelement 25 liegt ringförmig auf einem
ringscheibenförmigen Bund 26 des Schwimmkörpers 22 auf.
Das Auslöseelement 25 wird an seiner Oberseite
von einem Sicherungsring 27 innerhalb des Innenraums 21 derart
gehalten, dass der Schwimmkörper 22 fest in Anlage
mit dem Ventilsitz 23 gedrängt wird und die Öffnung 24 fest
verschließt.
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Die 3 zeigt
schließlich einen Faltenbalg 30, der an einer
stirnseitigen Öffnung eines nur abschnittsweise dargestellten
Lenkungsgehäuses 31 angeordnet ist. Der Faltenbalg 30 ist
in an sich bekannter Weise auf ein freies Ende 33 mit einer
umlaufenden Stirnseite aufgeschoben und durch Verrasten oder mit
einer in einer Einschnürung 32 angeordneten Schelle
dort befestigt.
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An
der im Betrieb unten befindlichen Seite des Faltenbalgs 30 unmittelbar
neben dem Lenkungsgehäuse 31 ist das Ventil 1 aus 1 angeordnet.
Es kann beispielsweise mit seiner Sockelplatte 2 mit dem
Material des Faltenbalgs 30 durch Vulkanisieren, Kleben
oder Schweißen fest und dicht verbunden sein. Die Durchgangsöffnung 3 führt
bei dieser Anordnung von dem umschlossenen Innenraum des Faltenbalgs 30 in
das Innere des Ventils 1.
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Im
Betrieb ist das Ventil 1 im Normalfall geschlossen, da
die Gravitationskraft den Schwimmkörper 7 gegen
den Rand der Durchgangsbohrung 9 drängt und damit
das Ventil dort dicht ist. Bei von außen durch die Bohrungen 11 und 9 eindringenden Wasser
wird der Schwimmkörper 7 angehoben und kommt in
Anlage mit dem Ventilsitz 5. So wird die Bohrung 3 gegenüber
von außen eindringendem Wasser verschlossen. Es kann auch
bei Wasserdurchfahrten kein Wasser in den Innenraum des Faltenbalgs 30 gelangen.
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Entsprechendes
gilt für das Ventil 19, dass anstelle des Ventils 1 an
dessen Einbauposition der 3 vorgesehen
sein kann. Hier wird der Schwimmkörper 22 durch
das Auslöseelement 25 und den Sicherungsring 27 in
Anlage mit dem Sitz 23 gehalten, so dass unabhängig
von äußeren Einflüssen das Ventil 19 dicht
ist.
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Wird
nun der Filter beschädigt, so dass Wasser in das Innere
des Faltenbalgs 30 eindringen kann, so läuft dies
zunächst in dem Faltenbalg 30 an die tiefste Stelle.
An dieser Stelle befindet sich die durch Durchbohrung 3.
Das Wasser läuft durch den geöffneten Ventilsitz 5 an
dem Schwimmkörper 7 vorbei nach unten. Der Schwimmkörper 7 wird
angehoben und das Wasser kann durch die Bohrungen 9 und 11 nach
außen austreten. Das eindringende Wasser wird also, sofern
nicht eine Wasserdurchfahrt stattfindet und sich die gesamte Lenkung
unter Wasser befindet, aus dem Faltenbalg 30 abgeleitet,
bevor es überhaupt in das Lenkungsgehäuse 31 eintreten kann.
Die Lenkung ist dann auch mit beschädigtem Faltenbalg 30 zumindest übergangsweise
noch betriebssicher, da Wasser und eventuell mitgeführte Fremdkörper
mit einiger Sicherheit nicht in das Innere des Lenkungsgehäuses 31 gelangen
können.
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Die
Funktionsweise des Ventils 19 bei einem Wassereintritt
ist durch die Eigenschaften des Auslöseelements 25 bestimmt.
Das Auslöseelement 25 ist in trockenem Zustand
ringförmig und fest. Bei Wassereintritt löst es
sich innerhalb kurzer Frist auf. Geeignete Materialien hierzu sind
beispielsweise Salze oder Mischungen von Salzen. Mit der Auflösung
des Auslöseelements 25 kann der Schwimmkörper 22 bei Wassereintritt
von der Oberseite des Ventils 19 her angehoben werden,
so dass sich der Schwimmkörper 22 von dem Sitz 23 abhebt
und das eingedrungene Wasser durch die Entwässerungsöffnung 24 ablaufen
kann. Da das Auslöseelement 25 mit der Auflösung
wirkungslos wird, ist das Ventil 19 dauerhaft offen. Bei
einer Wasserdurchfahrt könnte hier Wasser eindringen, was
in der Praxis unerheblich ist, da der Faltenbalg 30 ohnehin
beschädigt ist.
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Ein
besonders vorteilhafter Beitrag zur Betriebssicherheit wird dadurch
erzielt, dass der Austausch eines beschädigten Faltenbalgs
in der Ausführung nach 3 zwangsläufig
auch die Erneuerung des Ventils 1 bzw. 19 erfordert.
Das Ersetzen des Ventils kann nicht versehentlich unterbleiben. Um
sicher zu stellen, dass das Ventil 1 bzw. 19 immer an
der Unterseite des Faltenbalgs 30 angeordnet ist, ist der
Faltenbalg in seinem Anschlussbereich an das Lenkungsgehäuse 31 vorzugsweise
unrund ausgeführt, so dass er nur in einer bestimmten Orientierung montiert
werden kann.
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Eine
weitere, nicht in den Figuren dargestellte Ausführungsform
sieht vor, dass zwischen dem Sockelbereich 2 und dem Schwimmkörper 7 eine Scheibe
aus einem wasserlöslichen Materi al ähnlich dem
Auslöseelement 25 vorgesehen ist, die den Schwimmkörper 7 gegen
den Rand der Durchgangsbohrung 9 drängen, so dass
im trockenen Zustand der Schwimmkörper 7 unten
gehalten wird und das Ventil 1 immer dicht ist. In der
Funktion entspricht dieses modifizierte Ventil dann dem Ventil 19,
welches die Durchgangsöffnung erst freigibt, wenn das Auslöseelement 25 durch
Wasserkontakt aufgelöst wird.
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- 1
- Ventil
- 2
- Sockelbereich
- 3
- Durchgangsbohrung
- 4
- Unterseite
- 5
- Ventilsitz
- 6
- Stutzen
- 7
- Schwimmkörper
- 8
- stumpfkegelige
Unterseite
- 9
- Durchgangsbohrung
- 10
- Schutzkappe
- 11
- Öffnungen
- 12
- Zylindrische
Wandung
- 13
- Bodenfläche
- 14
- Innenseite
- 19
- Entwässerungsventil
- 20
- Grundkörper
- 21
- Innenraum
- 22
- Schwimmkörper
- 23
- Sitz
- 24
- Entwässerungsöffnung
- 25
- Auslöseelement
- 26
- Bund
- 27
- Sicherungsring
- 30
- Faltenbalg
- 31
- Lenkungsgehäuse
- 32
- Einschnürung
- 33
- freies
Ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006006679
A1 [0004]
- - DE 19917392 A1 [0005]
- - FR 2098823 [0006]