DE19742563C2 - Servoventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Servoventil, insbesondere für hy­ draulische Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, in Form eines Drehschieberventiles mit einem Drehschieber und einer diesen koaxial umfassenden, relativ zum Drehschieber gegen Feder­ kraft um eine Drehachse drehbaren Steuerbuchse.

Derartige Servoventile sind allgemein bekannt und werden se­ rienmäßig eingesetzt. Im Falle einer Servolenkung eines Kraftfahrzeuges mit üblicher Lenkung mittels eines Lenkhand­ rades bilden dabei der Drehschieber und die Steuerbuchse Tei­ le eines Wellenzuges, der das Lenkhandrad mit den Fahr­ zeuglenkrädern mechanisch koppelt. Entsprechend den zwischen Lenkhandrad und Fahrzeuglenkrädern wirksamen Kräften und Mo­ menten werden der Drehschieber und die Steuerbuchse relativ zueinander mehr oder weniger weit gegen die Federkraft aus einer relativen Mittellage ausgelenkt. Dieser Drehhub zwi­ schen Steuerbuchse und Drehschieber bewirkt, daß ein vom Ser­ voventil gesteuerter hydraulischer Servomotor mit hydrauli­ schem Druck bzw. einer hydraulischen Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung, je nach Richtung der relativen Verdrehung zwischen Steuerbuchse und Drehschieber, steuerbar beaufschlagt wird und das jeweilige Lenkmanöver unterstützt, d. h. die am Lenkhandrad von Hand aufzubringende Kraft ent­ sprechend vermindert.

Die Relativdrehung zwischen Drehschieber und Steuerbuchse er­ folgt gegen eine durch eine Federanordnung erzeugte Feder­ kraft, die mit dem relativen Drehwinkel ansteigt. Auf diese Weise erfolgt die Drehung des Lenkhandrades gegen eine gewis­ se Kraft, die einen Lenkwiderstand nachbildet, der bei einer mechanischen Lenkeinrichtung durch die Verstellung der Räder auf der Straße hervorgerufen wird. Somit wird auch bei einer Servolenkung gewährleistet, daß der Fahrer ein gutes Gefühl für die tatsächlich an den Lenkräder des Fahrzeuges wirksa­ men Lenkkräfte erhält. Darüber hinaus bewirkt die zwischen den Drehteilen wirkende Federkraft ein Rückstellmoment, das bei unbelastetem Lenkhandrad dafür sorgt, daß Drehschieber und Steuerbuchse in ihre Mittellage bzw. Neutrallage zurück­ kehren, wodurch die hydraulische Lenkkraftunterstützung been­ det wird.

Die Federkraft wird beispielsweise bei einem aus der DE 28 14 230 A1 bekannten Servoventil durch eine Federanordnung mit sich quer zur Drehachse, zentrisch durch Steuerbuchse und Drehschieber erstreckenden Blattfedern erzeugt, wodurch der Drehschieber mit der Steuerbuchse mechanisch gekoppelt ist.

Bei einer anderen, aus der DE 42 41 531 C1 bekannten Ven­ tilanordnung wird die Federkraft durch eine konzentrisch zu Steuerbuchse und Drehschieber angeordneten Schenkelfeder er­ zeugt, deren Schenkel sich radial durch Axialschlitze in der Steuerbuchse und im Drehschieber erstrecken und diese Dreh­ teile auf diese Weise mechanisch koppeln.

Die bis zur Aktivierung der Servounterstützung von Hand auf­ zubringende Lenkkraft wird durch die zu überwindende Vorspan­ nung der Federelemente bestimmt, mit denen die zwischen den Drehteilen drehend wirkende Federkraft erzeugt wird. Dies entspricht gleichzeitig der Rückstellkraft, mit denen der Drehschieber und die Steuerbuchse durch die Federmittel in ihre Neutrallage vorgespannt sind. Diese Vorspannkraft ergibt sich aus der Federelastizität der verwendeten Federmittel. Um im Rahmen einer Serienfertigung eine gleichbleibende Vorspan­ nung und somit ein gleichbleibendes Lenkgefühl gewährleisten zu können, müssen enge Toleranzgrenzen eingehalten werden. Damit für unterschiedliche Fahrzeuge und Fahrzeugtypen Len­ kungen mit verschiedenen Lenkcharakteristiken erzielt werden können, müssen andere Federmittel mit einer an die gewünsch­ ten Anforderungen angepaßten Federelastizität verwendet wer­ den.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Servoventil der eingangs genannten Art dahingehend auszu­ gestalten, daß während der Montage unterschiedliche Vorspann­ kräfte eingestellbar und toleranzbedingte Abweichungen aus­ gleichbar sind.

Dieses Problem wird bei einem Servoventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst,

• - daß ein Flansch mit Drehspiel gegenüber der Steuerbuchse mit dem Drehschieber drehfest verbunden ist,
• - daß der Flansch zwei exzentrisch zur Drehachse ange­ ordnete Durchgangsöffnungen aufweist, die in einer quer zur Drehachse verlaufenden Ebene liegen,
• - daß jede Durchgangsöffnung an einem offenen Ende von einem Bereich des Flansches in Richtung der Drehachse etwa bis zu ihrer Mittelebene drehschieberseitig über­ deckt sind, wobei der Flanschbereich eine dem offenen Ende zugewandte bezüglich einer Längsachse der Durch­ gangsöffnung axial beabstandete erste Widerlagerfläche ausbildet,
• - daß die Steuerbuchse flanschseitig in Richtung der Dreh­ achse mit einem Fortsatz verlängert ist, der eine zweite Widerlagerfläche ausbildet, die zumindest bezüglich der Drehachse im wesentlichen deckungsgleich zur ersten Widerlagerfläche ist, und die die offenen Enden der Durchgangsöffnungen in Richtung der Drehachse etwa bis zu deren Mittelebene steuerbuchsenseitig überdeckt, und
• - daß in jeder Durchgangsöffnung eine Schraubendruckfeder untergebracht ist, die sich einenends an einem Verschluß­ stopfen abstützt, der im Bereich des von den Widerlager­ flächen abgewandten Endes der Durchgangsöffnung ange­ ordnet und bezüglich der Längsachse der Durchgangs­ öffnung fixierbar ist, und die anderenends gegen die Widerlagerflächen vorgespannt ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Kraftübertragung zwischen dem Drehschieber und der Steuer­ buchse mit Hilfe von sich axial erstreckenden Schraubendruck­ federn zu bewirken, wobei sich die Schraubendruckfedern je­ weils in einer Durchgangsöffnung befinden, deren axiale Länge durch einen Verschlußstopfen bestimmt bzw. bestimmbar ist. Während der Montage des Servoventils kann unabhängig von Fer­ tigungstoleranzen - z. B. Toleranzen für die Widerlagerflä­ chen, für den Abstand zwischen den offenen Enden der Durch­ gangsöffnungen und den Widerlagerflächen sowie für die der Federelastizität der jeweils verwendeten Schraubendruckfeder - die Vorspannkraft, mit der die Schraubendruckfedern an den Widerlagerflächen zur Anlage kommen, bzw. mit der sie den Drehschieber und die Steuerbuchse in deren Neutrallage vor­ spannen, durch eine entsprechende axiale Positionierung des Verschlußstopfens in der jeweiligen Durchgangsöffnung einge­ stellt werden. Wenn die gewünschte Vorspannung eingestellt ist, wird der jeweilige Verschlußstopfen in seiner Durch­ gangsöffnung in geeigneter Weise axial fixiert. Zur Fixierung kann der Verschlußstopfen beispielsweise in der gewünschten Axialposition verschweißt, verstemmt oder durch eine bezüg­ lich der Durchlaßöffnung radial am Flansch angebrachte Schraube verklemmt werden.

Neben dem Ausgleich gegebenenfalls vorhandener toleranzbe­ dingter Maßabweichungen können mit Hilfe des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Servoventils während der Montage mit ein und denselben Federmitteln, also mit denselben Schraubendruckfe­ dern, unterschiedliche Vorspannkräfte eingestellt werden, die sich auf das Lenkverhalten des Fahrzeuges auswirken. Bei­ spielsweise kann bei relativ geringer Vorspannung eine beson­ ders leichtgängige Lenkung mit früh einsetzender Servounter­ stützung erreicht werden. Ebenso kann für ein sportlich ambi­ tioniertes Fahrzeug mit Hilfe einer relativ großen Vorspan­ nung eine erst bei größerer Handkraft einsetzende Servoun­ terstützung eingestellt werden, wodurch dem Fahrer über das Lenkhandrad die tatsächlich an den Lenkrädern des Fahrzeuges wirksamen Lenkkräfte in erhöhtem Maße übermittelt werden.

Eine alternative Lösung mit den Merkmalen des Anspruches 2 stellt die kinematische Umkehr der vorbeschriebenen Lösung gemäß Anspruch 1 dar.

Eine zweckmäßige Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Servoventils mit den Merkmalen des Anspruches 3 ist auf be­ sonders einfache Weise herstellbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruches 4 ist auch eine nachträgliche Ein­ stellung bzw. Verstellung der Vorspannkraft auf einfache Art und Weise möglich.

Zweckmäßige Ausgestaltungen mit den Merkmalen des Anspruches 5 oder des Anspruches 6 oder des Anspruches 7 verbessern die Kraftübertragung der Schraubendruckfedern auf die Widerlager­ flächen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung dargestellt werden. Es zeigen, je­ weils schematisch,

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Servoventil im Bereich der federnden Kraftübertragung zwischen einem Dreh­ schieber und einer Steuerbuchse,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Querschnitt des Servoven­ tils entsprechend den Pfeilen II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt wie in Fig. 2, jedoch mit zwischen Druckfedern und Widerlagerflächen angeordnetem Druck­ stück,

Fig. 4 einen Querschnitt wie in Fig. 2, jedoch mit zwischen den Druckfedern und den Widerlagerflächen angeordne­ ten Kugeln, und

Fig. 5 einen Querschnitt wie in Fig. 2, jedoch mit zwischen den Druckfedern und den Widerlagerflächen angeordneten Hülsen.

Entsprechend Fig. 1 ist ein wellenförmiger Drehschieber 5 koaxial zu einer Steuerbuchse 4 ausgerichtet und um eine Drehachse 9 drehverstellbar daran gelagert. Auf der Außensei­ te des Drehschiebers 5 ist ein sich im wesentlichen radial erstreckender Flansch 1 drehfest mit dem Drehschieber 5 ver­ bunden. Dabei ist der Flansch 1 so axial bezüglich der Dreh­ achse 9 positioniert, daß sich axiales Spiel zwischen dem Flansch 1 und der Steuerbuchse 4 ausbildet, das eine Drehver­ stellung der Steuerbuchse 4 gegenüber dem Flansch 1 und somit gegenüber dem Drehschieber 5 ermöglicht.

Im Flansch 1 sind zwei senkrecht zur Drehachse 9 und bezüg­ lich dieser exzentrisch verlaufende Durchgangsöffnungen 10 angeordnet, von denen in der Ansicht entsprechend Fig. 1 je­ doch nur eine sichtbar ist. Die Durchgangsöffnung 10 ist an ihrem entsprechend Fig. 1 axial unteren Ende durch einen Ver­ schlußstopfen 3 bezüglich einer Längsachse 12 der Durchgangs­ öffnung 10 axial begrenzt, der in der Durchgangsöffnung 10 axial fixiert ist. Diese Fixierung erfolgt beispielsweise durch Verstemmen, Verschweißen oder Verklemmen; ebenso kann der Verschlußstopfen 3 als Gewindestift ausgebildet sein, der in die dann als Gewindebohrung ausgebildete Durchgangsöffnung 10 einschraubbar ist.

In der Durchgangsöffnung 10 ist eine Schraubendruckfeder 2 angeordnet, die sich an ihrem entsprechend Fig. 1 unteren En­ de am Verschlußstopfen 3 abstützt und sich im Bereich ihres anderen Endes aus einem offenen Ende 11 der Durchgangsöffnung 10 hinaus erstreckt und an einem Bereich 17 des Flansches 1 und an einem Bereich 18 der Steuerbuchse 4 unter Vorspannung zur Anlage kommt. Letztere Bereiche 17 und 18 sind vorzugs­ weise zumindest in Richtung der Drehachse 9 deckungsgleich ausgebildet und erstrecken sich jeweils bis etwa zur Längs­ achse 12 bzw. bis etwa zur Mittelebene der Durchgangsöffnung 10, wobei sie mit ihren der Durchgangsöffnung 10 zugewandten Unterseiten das offene Ende 11 der Durchgangsöffnung 10 je­ weils etwa hälftig überdecken.

Der das offene Ende 11 der Durchgangsöffnung 10 überdeckende Bereich 17 des Flansches 1 ist an seiner der Druckfeder 2 zu­ gewandten Unterseite als Widerlagerfläche 13 ausgebildet, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse 12 der Durchgangöff­ nung 10 verläuft. Der bezüglich der Drehachse 9 einen axialen Fortsatz der Steuerbuchse 14 bildende Bereich 18 ist auf sei­ ner die Durchgangsöffnung 10 überdeckenden Unterseite in ent­ sprechender Weise in Form einer zweiten Widerlagerfläche 14 ausgebildet, die in der in Fig. 1 gezeigten Neutrallage parallel zur ersten Widerlagerfläche 13 verläuft. Die Schrau­ bendruckfeder 2 kann somit an beiden Widerlagerflächen 13 und 14 gleichzeitig unter Vorspannung zur Anlage kommen.

Bei einer Relativdrehung zwischen der Steuerbuchse 4 und dem Drehschieber 5 bzw. dem Flansch 1 wird jeweils eine der Schraubendruckfedern 2 komprimiert, wodurch sich das eingangs beschriebene Lenkgefühl einstellt. Darüber hinaus bewirkt die jeweils komprimierte Schraubendruckfeder 2 eine Rückstell­ kraft in die in den Figuren dargestellte Neutrallage zwischen den Drehteilen Steuerbuchse 4 und Drehschieber 5.

Bei einer geschnittenen Draufsicht entsprechend den Pfeilen II in Fig. 1 sind nun beide Schraubendruckfedern 2 erkennbar. Dabei sind diese in der dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsform parallel zueinander ausgerichtet, so daß auch die Widerlagerflächen 13 und 14 auf ihrer ganzen Länge zweckmäßi­ gerweise geradlinig ausgebildet sind.

Während der Montage des erfindungsgemäßen Servoventils wird mit Hilfe der axialen Positionierung der Verschlußstopfen 3 die Vorspannung der Schraubendruckfedern 2 gegen die Widerla­ gerflächen 13 und 14 bzw. deren Rückstellkraft in die Neu­ tralstellung eingestellt. Dabei werden gegebenenfalls vorhan­ dene toleranzbedingte Maßabweichungen z. B. bezüglich der Län­ ge der Schraubendruckfedern 2 automatisch ausgeglichen. Dar­ über hinaus lassen sich in Abhängigkeit für den Fahrzeugtyp, für den die Servolenkung bzw. das Servoventil verwendet wer­ den soll, verschiedene Vorspannungswerte und somit verschie­ dene Lenkcharakteristiken einstellen.

Um die Kraftübertragung von den Schraubendruckfedern 2 je nach Relativstellung zwischen Drehschieber 5 und Steuerbuchse 4 auf die Widerlagerfläche 13 und/oder auf die Widerlagerflä­ che 14 zu verbessern, können entsprechend Fig. 3 den Schrau­ bendruckfedern 2 bolzenförmige Druckstücke 6 zugeordnet sein. Dabei ist ein derartiges Druckstück 6 jeweils zwischen der Schraubendruckfeder 2 und den Widerlagerflächen 13 bzw. 14 angeordnet und in der jeweiligen Durchlaßöffnung 10 gleitend axial verstellbar. Die den Widerlagerflächen 13 bzw. 14 zuge­ ordneten Enden der Druckstücke 6 sind im Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 3 kugelflächenförmig abgerundet ausgebil­ det, so daß sich in jeder Relativlage zwischen dem Drehschie­ ber 5 und der Steuerbuchse 4 eine gleichbleibende, etwa punktförmige Kraftübertragungsstelle ausbildet.

Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform entsprechend Fig. 4 werden die Druckstücke 6 durch Kugeln 8 ersetzt, die ebenfalls in den Durchgangsöffnungen 10 gleitend axial ver­ stellbar sind und eine etwa punktförmige Kraftübertragungs­ stelle erzeugen.

Bei einer anderen Ausführungsform entsprechend Fig. 5 ist in einem den Widerlagerflächen 13 bzw. 14 zugewandten Bereich der Schraubendruckfedern 2 auf jede Schraubendruckfeder 2 ei­ ne becherförmige Hülse 7 koaxial aufgestülpt. Dabei ist ein Boden 16 der Hülse 7 zwischen den Widerlagerflächen 13 bzw. 14 und den diesen zugewandten Enden der Schraubendruckfedern 2 angeordnet. Eine zylindrische Wandung 15 der Hülse 7 nimmt die jeweilige Schraubendruckfeder 2 auf und erstreckt sich bis in die Nähe des Verschlußstopfens 3. Dabei ist die Hülse 7 in der Durchgangsöffnung 10 axial gleitend verstellbar. Zwischen dem Verschlußstopfen 3 und dem offenen Ende der Hül­ se 7 muß ein bezüglich der Längsachse 12 der Durchgangsöff­ nung 10 axialer Abstand verbleiben, der eine vorgegebene ma­ ximale Drehverstellung der Steuerbuchse 4 relativ zum Dreh­ schieber 5 noch gewährleistet.

Claims (7)

1. Servoventil, insbesondere für hydraulische Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, in Form eines Drehschieberventiles mit einem Drehschieber und einer diesen koaxial umfassenden, re­ lativ zum Drehschieber gegen Federkraft um eine Drehachse drehbaren Steuerbuchse, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. ein Flansch (1) ist mit Drehspiel gegenüber der Steuer­ buchse (4) mit dem Drehschieber (5) drehfest verbunden,
• 2. der Flansch (1) weist zwei exzentrisch zur Drehachse (9) angeordnete Durchgangsöffnungen (10) auf, die in einer quer zur Drehachse (9) verlaufenden Ebene liegen,
• 3. jede Durchgangsöffnung (10) ist an einem offenen Ende (11) von einem Bereich (17) des Flansches (1) in Rich­ tung der Drehachse (9) etwa bis zu ihrer Mittelebene drehschieberseitig überdeckt, wobei der Flanschbereich (17) eine dem offenen Ende (11) zugewandte, bezüglich einer Längsachse (12) der Durchgangsöffnung (10) axial beabstandete erste Widerlagerfläche (13) ausbildet,
• 4. die Steuerbuchse (4) ist flanschseitig in Richtung der Drehachse (9) mit einem Fortsatz (18) verlängert, der eine zweite Widerlagerfläche ausbildet, die im wesent­ lichen deckungsgleich zur ersten Widerlagerfläche (13) ist und die die offenen Enden (11) der Durchgangs­ öffnungen (10) in Richtung der Drehachse (9) etwa bis zu deren Mittelebene steuerbuchsenseitig überdeckt,
• 5. in jeder Durchgangsöffnung (10) ist eine Schraubendruck­ feder (2) untergebracht, die sich einenends an einem Verschlußstopfen (3) abstützt, der im Bereich des von den Widerlagerflächen (13 und 14) abgewandten Endes der Durchgangsöffnung (10) angeordnet und bezüglich der Längsachse (12) der Durchgangsöffnung (10) fixierbar ist und die anderenends gegen die Widerlagerflächen (13 und 14) vorgespannt ist.

2. Servoventil, insbesondere für hydraulische Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, in Form eines Drehschieberventiles mit einem Drehschieber und einer diesen koaxial umfassenden, re­ lativ zum Drehschieber gegen Federkraft um eine Drehachse drehbaren Steuerbuchse, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. ein Flansch (1) ist mit Drehspiel gegenüber dem Dreh­ schieber (5) mit der Steuerbuchse (4) drehfest verbunden,
• 2. der Flansch (1) weist zwei exzentrisch zur Drehachse (9) angeordnete Durchgangsöffnungen (10) auf, die in einer quer zur Drehachse (9) verlaufenden Ebene liegen,
• 3. jede Durchgangsöffnung (10) ist an einem offenen Ende (11) von einer im Bereich (17) des Flansches (1) in Richtung der Drehachse (9) etwa bis zu ihrer Mittelebene steuerbuchsenseitig überdeckt, wobei der Flanschbe­ reich (17) eine dem offenen Ende (11) zugewandte bezüg­ lich einer Längsachse (12) der Durchgangsöffnung (10) axial beabstandete ersten Widerlagerfläche 13 ausbildet,
• 4. der Drehschieber (5) ist flanschseitig in Richtung der Drehachse (9) mit einem Fortsatz (18) verlängert, der eine zweite Widerlagerfläche (14) ausbildet, im im wesentlichen deckungsgleich zur ersten Widerlagerfläche ist und die die offenen Enden (11) der Durchgangsöff­ nungen (10) in Richtung der Drehachse (9) etwa bis zu deren Mittelebene drehschieberseitig überdeckt,
• 5. in jeder Durchgangsöffnung (10) ist eine Schraubendruck­ feder (2) untergebracht, die sich einenends an einem Verschlußstopfen (3) abstützt, der im Bereich des von den Widerlagerflächen (13 und 14) abgewandten Endes der Durchgangsöffnung (10) angeordnet und bezüglich der Längsachse (12) der Durchgangsöffnung (10) fixierbar ist, und die anderenends gegen die Widerlagerflächen (13 und 14) vorgespannt ist.

3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (10) parallel zueinander verlau­ fen und die Widerlagerfläche (13) des Flansches (1) quer zu den Längsachsen (12) der Durchgangsöffnungen (10) verläuft.

4. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (10) mit einem Innengewinde ver­ sehen und die Verschlußstopfen (3) als Gewindestifte ausge­ bildet sind.

5. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Widerlagerflächen (13 und 14) und den dage­ gen vorgespannten Enden der Schraubendruckfedern (2) jeweils ein bolzenförmiges Druckstück (6) angeordnet ist, das in der jeweiligen Durchgangsöffnung (10) axial gleitend verstellbar ist.

6. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Widerlagerflächen (13 und 14) und den dage­ gen vorgespannten Enden der Schraubendruckfedern (2) jeweils eine Kugel (8) angeordnet ist, die in der jeweiligen Durch­ gangsöffnung (10) axial gleitend verstellbar ist.

7. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schraubendruckfeder (2) auf der der Widerlagerflä­ chen (13 und 14) zugewandten Seite von einer becherförmigen Hülse (7) eingefaßt ist, wobei sich ein zylindrischer Wan­ dungsbereich (15) der Hülse (7) koaxial zur Schraubendruckfe­ der (2) erstreckt und in der jeweiligen Durchgangsöffnung (10) axial gleitend verstellbar ist, während ein Boden (16) der Hülse (7) zwischen den Widerlagerflächen (13 und 14) und dem dagegen vorgespannten Ende der jeweiligen Schraubendruck­ feder (2) angeordnet ist.