DE19721755A1 - Rückwirkungsanordnung an einer Servoventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückwirkungsanordnung an einer nach Art einer Drehschieberanordnung ausgebildeten hydrauli­ schen Servoventilanordnung, welche einen Drehschieber sowie eine diesen koaxial umfassende, relativ zum Drehschieber drehbare Steuerbuchse aufweist und insbesondere für Servolen­ kungen von Kraftfahrzeugen vorgesehen ist.

Hydraulische Servolenkungen sind in den meisten Kraftfahrzeu­ gen serienmäßig eingebaut. Dabei ist es grundsätzlich be­ kannt, die am Lenkhandrad spürbare bzw. bei Lenkmanövern auf­ zubringende Handkraft parameterabhängig zu verändern, um bei­ spielsweise die Lenkung bei hoher Geschwindigkeit etwas schwergängiger und bei geringer Geschwindigkeit, insbesondere in einem für Rangiermanöver typischen Geschwindigkeitsbe­ reich, besonders leichtgängig zu machen. Zu diesem Zweck wer­ den sogenannte Rückwirkungsanordnungen eingesetzt, durch die sich die für eine Verstellung der Servoventilanordnung not­ wendige Handkraft verändern läßt.

Im Falle einer nach Art einer Drehschieberanordnung ausgebil­ deten Servoventilanordnung ist dies gleichbedeutend damit, daß sich die für eine Verdrehung von Drehschieber und Steuer­ buchse relativ zueinander notwendige Kraft steuerbar variie­ ren läßt.

In diesem Zusammenhang wurde schon vorgeschlagen, an einem mit dem Drehschieber drehfest verbundenen drehschieberseiti­ gen Wellenteil Axialnuten mit sich nach radial außen V-förmig spreizenden Flanken anzuordnen und an einem mit der Steuer­ buchse drehfest verbundenen Buchsenabschnitt, welcher das vorgenannte Wellenteil koaxial umfaßt, Radialführungen für in die Axialnuten hydraulisch eindrückbare Rückwirkungskörper anzuordnen, wobei dann die Rückwirkungskörper mit parameter­ abhängig steuerbarem Hydraulikdruck beaufschlagt werden kön­ nen, mit der Folge, daß sie sich mit steuerbarer Kraft in die Axialnuten einzusenken suchen und damit einer Relativdrehung zwischen Wellenteil und Buchsenabschnitt einen steuerbaren Widerstand entgegensetzen, welcher auch von der Form der Rückwirkungskörper, z. B. Kugeln, sowie der Steilheit der Flanken der Axialnuten abhängig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine vorteilhafte Rückwir­ kungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an ei­ nem relativ zur Steuerbuchse drehfesten Buchsenteil innensei­ tig axiale Nuten mit nach radial innen V-förmig gespreizten Flanken ausgebildet und an einem relativ zum Drehschieber drehfesten Wellenteil Radialbohrungen zur Radialführung von Rückwirkungskörpern angeordnet sind, welche mit steuerbarem Hydraulikdruck in die Nuten eindrückbar sind.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die mit den Rückwirkungskörpern zusammenwirkenden axialen V-Nuten mit möglichst großem radialen Abstand von der Drehschieberachse anzuordnen, um bei begrenzten hydraulischen Drücken ver­ gleichsweise große Rückwirkungskräfte erzeugen zu können.

Die Flanken der V-Nuten können gegebenenfalls konkav oder konvex gewölbt sein, so daß die jeweilige Rückwirkungskraft auch vom Verdrehwinkel zwischen Steuerschieber und Steuer­ buchse abhängig ist.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen schematisierten Axialschnitt der Drehschieber- sowie der Rückwirkungsanordnung,

Fig. 2 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein der Fig. 2 entsprechendes Schnittbild einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 ein der Fig. 2 entsprechendes Schnittbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform und

Fig. 5 ein Diagramm, welches die den Servomotor beauf­ schlagende Druckdifferenz in Abhängigkeit von dem am Lenkhandrad aufzubringenden Handmoment darstellt.

Gemäß Fig. 1 wird ein Drehschieber 1 von einer dazu koaxialen Steuerbuchse 2 umfaßt, die innerhalb eines nur schematisch angedeuteten Gehäuses 3 drehbar angeordnet ist. Der Dreh­ schieber 1 und die Steuerbuchse 2 lassen sich relativ zuein­ ander begrenzt verdrehen, wodurch miteinander zusammenwirken­ de, am Drehschieber 1 bzw. an der Steuerbuchse 2 angeordnete axiale Steuerkanten 4 relativ zueinander in Umfangsrichtung des Drehschiebers 1 sowie der Steuerbuchse 2 verstellt wer­ den. Damit wird zwischen zwei Motoranschlüssen 5, die mit den beiden Seiten eines beispielsweise als doppeltwirkendes Kol­ ben-Zylinder-Aggregat ausgebildeten Servomotors 6 verbunden sind und hydraulisch zwischen einem Anschluß für die Druck­ seite einer Hydraulikpumpe 7 und einem Anschluß für ein mit der Saugseite der Pumpe 7 verbundenes Hydraulikreservoir 8 angeschlossen sind, eine steuerbare Druckdifferenz in der ei­ nen oder anderen Richtung aufgebaut, so daß der Servomotor 6 eine entsprechende Servokraft in der einen oder anderen Rich­ tung erzeugt.

Im Falle einer Servolenkung eines Kraftfahrzeuges sind der Drehschieber oder die Steuerbuchse 2 mechanisch mit einem nicht dargestellten Lenkhandrad und die Steuerbuchse 2 oder der Drehschieber 1 mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrä­ dern verbunden. Der Drehschieber 1 und die Steuerbuchse 2 sind miteinander in weiter unten dargestellter Weise so ge­ koppelt, daß sie eine begrenzte Relativdrehung relativ zuein­ ander ausführen können, deren Maß von dem zwischen dem Lenk­ handrad und den lenkbaren Fahrzeugrädern übertragenen Drehmo­ ment abhängt. Im Ergebnis erzeugt somit der Servomotor 6 eine von dem genannten Drehmoment abhängige Servokraft, durch die die am Lenkhandrad aufzubringende Handkraft vermindert wird. Dies ist grundsätzlich bekannt.

An der Steuerbuchse 2 ist ein von den Steuerkanten 4 axial beabstandeter Buchsenabschnitt 9 angeordnet, welcher im Ver­ gleich zur Steuerbuchse einen vergrößerten Innendurchmesser aufweisen kann und auf seinem Innenumfang mit gleichförmig verteilten V-Nuten 10 versehen ist, die jeweils in ihrem axial mittleren Abschnitt eine maximale Tiefe erreichen, d. h. die V-Nuten 10 sind nach radial einwärts geöffnet.

An den Drehschieber 1 schließt sich ein zum Buchsenabschnitt 9 konzentrisches Wellenteil 11 an, welches eine der Anzahl der V-Nuten 10 entsprechende Anzahl von Radialbohrungen 12 aufweist. Das Wellenteil 11 ist so mit dem Drehschieber 1 drehfest verbunden, daß die Mittelachsen der Radialbohrungen 12 jeweils in einer die Längsmittellinie einer V-Nut 10 ent­ haltenden Axialebene des Drehschiebers 1 enthalten sind, wenn Drehschieber 1 und Steuerbuchse 2 ihre Mittellage relativ zu­ einander einnehmen, in der die Motoranschlüsse 5 gleiche hy­ draulische Drücke aufweisen.

Der Buchsenabschnitt 9 und die Steuerbuchse 2 können dadurch in einer entsprechenden Relativlage miteinander verbunden sein, daß der Buchsenabschnitt 9 mit einem an ihm angeordne­ ten Innenkonus 13 auf einem an der Steuerbuchse 2 vorhandenen Außenkonus 14 verpreßt ist. Durch diese Verbindung wird eine exakte Justage des Buchsenabschnittes 9 relativ zur Steuer­ buchse 2 ermöglicht. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Innenkonus 13 an der Steuerbuchse 2 und den Außenkonus 14 am Buchsenabschnitt 9 vorzusehen; auch in diesem Falle lassen der Buchsenabschnitt 9 und die Steuerbuchse 2 in der vorge­ nannten Weise miteinander verbinden.

In den Radialbohrungen 12 sind Kugeln 15 verschiebbar aufge­ nommen, welche sich in weiter unten dargestellter Weise durch hydraulische Druckbeaufschlagung mit mehr oder weniger großer Kraft in die V-Nuten 10 eindrücken lassen.

Innerhalb des Wellenteiles 11 ist eine Axialbohrung 16 ausge­ bildet, welche mit den Radialbohrungen 12 kommuniziert.

Die Axialbohrung 16 kann mit einem parameterabhängig steuer­ baren hydraulischen Druck beaufschlagt werden. Die V-Nuten 10 kommunizieren über einen im Gehäuse 3 ausgebildeten Ringraum 18 in nur schematisch dargestellter Weise mit dem relativ drucklosen Hydraulikreservoir 8, so daß sich die Kugeln 15 durch den vorgenannten hydraulischen Druck in die V-Nuten 10 drängen lassen.

Wenn nun Drehschieber 1 und Steuerbuchse 2 der Servoven­ tilanordnung relativ zueinander verdreht werden, verdreht sich auch das Wellenteil 11 relativ zu den V-Nuten 10 im Buchsenabschnitt 9, mit der Folge, daß die Kugeln 15 entweder nur an den rechten oder den linken Flanken der V-Nuten 10 an­ liegen und entsprechend den Druckkräften, die die Kugeln 15 nach radial auswärts drängen, ein Drehmoment erzeugen, wel­ ches einer Drehverstellung von Drehschieber 1 und Steuerbuch­ se 2 aus deren relativer Mittellage entgegenwirkt.

Fig. 5 zeigt nun für unterschiedliche hydraulische Drücke in der Axialbohrung 16 den Betrag der jeweils zwischen den Mo­ toranschlüssen 5 wirksamen Druckdifferenz Δp in Abhängigkeit von dem zwischen Drehschieber 1 und Steuerbuchse 2 übertrage­ nen Drehmoment M. Dabei zeigt die Kurve K₁ in schematisierter Form die Verhältnisse bei geringem Hydraulikdruck in der Axialbohrung 16, wobei davon ausgegangen wird, daß Drehschie­ ber 1 und Steuerbuchse 2 miteinander über eine nicht darge­ stellte Feder drehelastisch gekoppelt sind. Wenn zwischen Drehschieber 1 und Steuerbuchse 2 ein zunehmendes Drehmoment in der einen oder anderen Richtung wirksam ist, werden Dreh­ schieber 1 und Steuerbuchse 2 relativ zueinander zunehmend verdreht, mit der Folge, daß zwischen den Motoranschlüssen 5 eine progressiv zunehmende Druckdifferenz Δp auftritt.

Die Kurve K₂ zeigt nun die Verhältnisse bei einem größeren hy­ draulischen Druck in der Axialbohrung 16. Da nunmehr die Ku­ geln 15 mit erhöhter Kraft in die V-Nuten 10 gedrängt werden, muß im Ergebnis zwischen Steuerschieber 1 und Steuerbuchse 2 ein erhöhtes Drehmoment M wirksam sein, um eine nennenswerte Relativdrehung zwischen Steuerschieber und Steuerbuchse 2 zu bewirken.

Um Reibungsverluste und dementsprechend Hysterese-Effekte ge­ ring zu halten, ist es erwünscht, wenn die Kugeln 15 bei Re­ lativdrehung zwischen Steuerschieber 1 und Steuerbuchse 2 auf den Flanken der V-Nuten 10 abrollen. Dazu ist vorteilhaft, wenn die Flanken nur eine begrenzte Steilheit in Umfangsrich­ tung des Buchsenabschnittes 9 aufweisen. Außerdem sollten die Durchmesser der Radialbohrungen 12 geringfügig größer als die Durchmesser der Kugeln 15 sein, so daß die Kugeln 15 in den Radialbohrungen 12 "schwimmen", d. h. durch strömendes Hydrau­ likmedium von den Wandungen der Radialbohrungen 12 ferngehal­ ten werden. Allerdings soll die Durchmesserdifferenz gering sein, so daß der Querschnitt des zwischen dem Innenumfang der Radialbohrungen und den Kugeln 15 gebildeten Ringspaltes ein kleines Maß hat und der Strömung des Hydraulikmediums ein ho­ her Drosselwiderstand entgegengesetzt wird.

Im Beispiel der Fig. 2 ist vorgesehen, daß die V-Nuten 10 je­ weils ebene Flanken besitzen.

Jedoch ist es auch möglich, die Flanken der V-Nuten 10 gemäß den Fig. 3 und 4 konvex oder konkav gewölbt auszubilden, um zu erreichen, daß die durch das Zusammenwirken der Kugeln 15 mit den V-Nuten 10 verursachten Rückstellkräfte auch vom Win­ kel der Relativdrehung zwischen Drehschieber 1 und Steuer­ buchse 2 abhängig werden. Im Falle konkaver Flanken steigt die Rückwirkungskraft (bei gleichbleibenden, die Kugeln 15 beaufschlagenden hydraulischen Kräften) mit zunehmenden Dreh­ winkel an, während im Falle konvexer Flanken die Rückstell­ kraft mit zunehmenden Drehwinkel abnimmt.

Der Drehschieber 1 und das Wellenteil 11 können gemäß Fig. 1 ein einstückiges Bauteil bilden. Statt dessen ist es auch möglich, eine zweiteilige Bauweise vorzusehen, wobei Dreh­ schieber 1 und Wellenteil 11 beispielsweise durch Bördeln oder Schweißen oder mittels Schrauben miteinander verbunden sein können.

Im übrigen können auch die Steuerbuchse 2 und der Buchsenab­ schnitt 9 abweichend von der Darstellung der Fig. 1 durch Bördeln oder Schweißen oder Verschraubung miteinander verbun­ den sein. Außerdem ist grundsätzlich auch eine einteilig ein­ stückige Bauweise möglich.

Des weiteren können die Radialbohrungen 12 jeweils mehrfach in Achsrichtung des Wellenteiles 11 nebeneinander angeordnet sein, so daß jeweils mehrere Kugeln 15 mit einer V-Nut 10 zu­ sammenwirken.

Die V-Nuten 10 können in ihrem tiefen Mittelbereich ein U-artiges gerundetes Profil aufweisen.

Claims (5)

1. Rückwirkungsanordnung an einer nach Art einer Drehschie­ beranordnung ausgebildeten hydraulischen Servoventilanord­ nung, welche einen Drehschieber sowie eine diesen koaxial um­ fassende, relativ zum Drehschieber drehbare Steuerbuchse auf­ weist und insbesondere für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem relativ zur Steuerbuchse (2) drehfesten Buchsen­ abschnitt (9) innenseitig axiale Nuten (10) mit nach radial innen V-förmig gespreizten Flanken ausgebildet und an einem relativ zum Drehschieber (1) drehfesten Wellenteil (11) Ra­ dialbohrungen (12) zur Radialführung von Rückwirkungskörpern (15) angeordnet sind, welche mit steuerbarem Hydraulikdruck in die Nuten (10) eindrückbar sind.

2. Rückwirkungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwirkungskörper als Kugeln (15) ausgebildet sind.

3. Rückwirkungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwirkungskörper bzw. Kugeln (15) zusätzlich durch Federn in die V-Nuten (10) gedrängt werden.

4. Rückwirkungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die V-Nuten (10) konvexe Flanken aufweisen.

5. Rückwirkungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die V-Nuten (10) konkave Flanken aufweisen.