DE19917392A1 - Entlüftung einer Servolenkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einer in einem Lenkgehäuse längsverschieblich angeordneten Zahnstange sowie mit der Zahnstange zugeordneten Spurstangen und mit wenigstens einer mit dem Lenkgehäuse einerseits und der benachbarten Spurstange andererseits verbundenen Manschette, wobei die Manschette wenigstens teilweise aus einem gasdurchlässigen, wasserabweisenden Material 6, 21 gefertigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge in der Bauform einer Zahnstangenlenkung.

Derartige Servolenkungen besitzen eine in einem Lenkge­ häuse längs verschieblich gelagerte Zahnstange, die an beiden Ende mit einem Spurstangenabgriff versehen ist. Die Spurstangen sind im allgemeinen über ein Schraubge­ winde und ein Kugelgelenk mit der Zahnstange verbunden. Die Zahnstange, das Schraubgewinde und das Kugelgelenk werden gegen Verschmutzung durch einen Faltenbalg ge­ schützt, der mit einem Ende auf der Spurstange und mit dem anderen Ende auf dem Lenkgehäuse befestigt ist. Bei einer Lenkbewegung variiert das von dem Faltenbalg um­ schlossene Volumen, so daß die dort enthaltene Luftmenge ausgeglichen werden muß. Bei den bekannten Servolenkungen wird zu diesem Zweck eine Leitung zwischen den beiden links und rechts der Zahnstangenlenkung entstehenden Luftvolumina geschaffen, so daß ein Ausgleich zwischen den beiden Volumina zu beiden Enden der Zahnstangenlen­ kung erfolgen kann. Diese Leitung ist entweder durch eine Längsbohrung in der Zahnstange gegebenenfalls in Verbin­ dung mit Querbohrungen oder durch eine separate Rohrlei­ tung außen auf dem Lenkgehäuse oder den Faltenbälgen ver­ wirklicht.

Der konstruktive Aufwand zur Schaffung dieser Verbindung ist in der Praxis relativ hoch. Andererseits ist beim Wegfall einer solchen Verbindung eine anderweitige Abfuhr des verdrängten Luftvolumens bzw. Zufuhr des benötigten Luftvolumens erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei der die von den Faltenbälgen umschlossenen Volumina separat vari­ iert bzw. ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 sowie von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Faltenbalg mit einer hydrophoben, gas­ durchlässigen Membran;

Fig. 2 ein Lenkgehäuse für eine Servolenkung mit ei­ ner von einer Membran verschlossenen Entlüf­ tungsöffnung sowie Fig. 3 einen Faltenbalg mit einem zugeordneten fle­ xiblen Expansionsraum.

In der Fig. 1 ist ein an sich bekannter Faltenbalg 1 für eine Servolenkung dargestellt. Solche Faltenbälge werden auch "Lenkungsmanschetten" genannt. Der Faltenbalg 1 weist einen dem Lenkgehäuse zugewandten Anschluß 2 mit großem Durchmesser sowie einen der Spurstange zugewandten Anschluß 3 mit kleinem Durchmesser auf. Beide Anschlüsse 2, 3 werden üblicherweise mit Schellen auf dem jeweiligen Bauelement befestigt. Im Falle von Lenkungsmanschetten sind solche Faltenbälge nicht mit Druckausgleichsöffnun­ gen versehen.

Der Faltenbalg gemäß Fig. 1 trägt im Bereich des An­ schlusses 3 einen ringförmig umlaufenden Bund 4 aus Gum­ mi, der mit dem Anschluß 3 einstückig ist. Ein entspre­ chender Bund 5 größeren Durchmessers ist ebenfalls an dem Faltenbalg, jedoch von dem Bund 4 aus zu dem Anschluß 2 hin versetzt vorgesehen. Dieser Bund 5 ist ebenfalls ein­ stückig aus dem Material geformt, aus dem der übrige Fal­ tenbalg hergestellt ist.

Zwischen den beiden umlaufenden Bünden 4 und 5 verläuft eine Membran 6, die kegelmantelförmig gestaltet ist, wo­ bei ein offenes Ende kleineren Durchmessers stirnseitig in den Bund 4 eingearbeitet ist, während das andere offe­ ne Ende größeren Durchmessers mit seiner umlaufenden Stirnseite in den Bund 5 eingearbeitet ist. Zweckmäßiger­ weise werden die Stirnseiten oder Ränder der Membran 6 bei der Fertigung des Faltenbalgs mit dem Material des Faltenbalgs umspritzt.

In der Fig. 2 ist eine Servolenkung an sich bekannter Bauart dargestellt. Ein Lenkgehäuse 10 umgibt neben ande­ ren, nicht näher erläuterten Bauelementen eine Zahnstange 11. Die der Zahnstange 11 benachbarte offene Stirnseite 12 des Gehäuses wird im Betrieb mit dem Ende 2 des Fal­ tenbalgs 1 umgeben und verschlossen. Der hierdurch einge­ schlossene Innenraum der Servolenkung wird über einen An­ schluß 13 be- und entlüftet. Ein zweiter Anschluß 14 ist für die in der Fig. 2 rechte Seite der Zahnstangenlen­ kung vorgesehen, auf der ebenfalls ein Faltenbalg 1 ange­ ordnet ist. Die Anschlüsse 13, 14 werden bei bekannten Bauformen von Servolenkungen über eine dort angeschraubte Verbindungsleitung miteinander verbunden, so daß ein Aus­ gleich der Luftvolumina an der linken und der rechten Seite der Servolenkung durch diese Verbindungsleitung er­ folgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Anschluß 13 ebenso wie der Anschluß 14 mit einer vergrö­ ßert dargestellten Schraubkappe 16 versehen, die eine zur Atmosphäre hin offene Öffnung 17 aufweist. In der Öffnung liegt eine hydrophobe, gasdurchlässige Membran 18 ein, deren Material der Membran 6 gemäß Fig. 1 entsprechen kann. Die Membran 18 wird durch ein Kunststofformteil 19 in der Schraubkappe 16 gesichert und durch die beim Auf­ schrauben auf den Anschluß 13 entstehende Axialkraft in ihre Anlagefläche gepreßt, wodurch sie sowohl flüssig­ keitsdicht als auch mechanisch in gewissen Grenzen be­ lastbar wird.

Eine entsprechende Schraubkappe wird auf den Anschluß 14 aufgeschraubt, so daß auch das damit kommunizierende Luftvolumen zwar flüssigkeitsdicht und schmutzdicht ver­ schlossen, aber in gewissem Umfang für Gase zur Atmosphä­ re hin offen ist.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Fal­ tenbalgs 1 mit lenkungsseitigem Anschluß 2 und spurstan­ genseitigem Anschluß 3. Bei dieser Ausführungsform ist ein etwa runder Bereich 20 aus dem Faltenbalg 1 ausge­ spart und mit einem flexiblen Expansionselement 21 verse­ hen. Dies kann, wie in der Fig. 3 dargestellt, aus einem Balgbereich mit größeren Falten oder größerem Hub sowie enger aneinander angeordneten Falten bestehen. Dies kön­ nen aus einem anderen Material geformt sein als der Fal­ tenbalg 1 selbst. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, daß der Bereich 21 aus einem ähnlichen gasdurchlässigen und hydrophoben Material gefertigt ist wie die Membranen 6 und 18. In diesem Fall kann der Bereich 21 sowohl durch seine große Expansionsfähigkeit als auch durch seine re­ lativ große Oberfläche Gase aus dem Innenraum des Falten­ balgs austreten bzw. in den Innenraum eintreten lassen.

In der Praxis arbeiten die insoweit beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele wie folgt:
Der Faltenbalg gemäß Fig. 1 wird bei einem Einfahren der Zahnstange in das Lenkgehäuse zusammengezogen, so daß die von dem Faltenbalg umgebene Luftmenge einen geringeren Raum zur Verfügung hat und ein Überdruck entsteht. Dieser Überdruck kann durch die Membran 6, die hydrophob und gasdurchlässig ist, entweichen. Die Geschwindigkeit der Druckentlastung hängt dann von dem Luftvolumen, der Druckdifferenz, der Fläche der Membran 6 sowie der mitt­ leren Porengröße ab. Bei einem Ausfahren der Zahnstange wird das im Faltenbalg 1 befindliche Volumen größer, wo­ bei die Luftmenge zunächst gleich bleibt. Der entstehende Unterdruck (bei vorangegangenem Entweichen der einge­ schlossenen Luftmenge) sorgt für einen Gastransport von der Atmosphäre durch die Membran 6 in den Innenraum und somit für den erforderlichen Druckausgleich. Das jeweils andere Luftvolumen der Zahnstangenlenkung erfährt den um­ gekehrten Vorgang.

Bei der Zahnstangenlenkung gemäß Fig. 2 wird das Luftvo­ lumen im Bereich des Anschlusses 12 gegebenenfalls auch von einem herkömmlichen Faltenbalg abgeschlossen, der keine Möglichkeit zum Austausch mit der Atmosphäre be­ sitzt. In diesem Fall wird bei einer Bewegung der Zahn­ stange nach rechts auf der linken Seite ein Überdruck aufgebaut, der über den Anschluß 13 und die darin befind­ liche Membran 18 zur Atmosphäre hin entweicht. Die Mem­ bran 18 hat dabei ebenfalls die Eigenschaft, Wasser, Schmutz und sonstige unerwünschte Verunreinigungen abzu­ weisen, den Gastransport jedoch nicht in unerwünschtem Maße zu behindern. Bei der beschriebenen Bewegung der Zahnstange nach rechts wird das in der Fig. 2 rechte Luftvolumen vergrößert, so daß über den Anschluß 14 und eine entsprechende Membran 18 die benötigte Gasmenge aus der Atmosphäre nachgesaugt wird. Ein Einschlagen der Len­ kung in die entgegengesetzte Richtung mit einer Bewegung der Zahnstange 11 nach links führt zu einer Umkehrung des Vorgangs, so daß durch den Anschluß 14 die zu verdrängen­ de Luft entweicht, während durch den Anschluß 13 ein ent­ sprechendes Luftvolumen nachgesaugt wird.

Der Faltenbalg gemäß Fig. 3 ermöglicht eine ähnliche Funktion wie der Faltenbalg gemäß Fig. 1. Hier ist je­ doch neben der reinen Möglichkeit des diffusiven Gas­ transports durch die Poren der Membran 6 hindurch auch die Möglichkeit eines mechanischen Druckausgleichs durch Vergrößerung des Bereichs 21 nach innen oder nach außen gegeben. Hier ergibt sich eine Art Expansionsbehälter zum Druckausgleich. Wenn dieser Bereich 21 von einer gas­ durchlässigen hydrophoben Membran gebildet ist, so kann der sich dort aufbauende Druck schließlich ebenfalls ent­ weichen bzw. Gas aus der Atmosphäre nachgesaugt werden. Eine solche Anwendung wird bevorzugt, wenn schnelle Lenk­ bewegungen erwartet werden und die dabei in geringer Zeit erforderlichen Volumenströme allein diffusiv nicht durch die Membranen transportiert werden können. Hier ist das schnell reagierende, dünnwandige Expansionselement 21 als rein mechanischer Puffer bevorzugt.

Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen, nicht in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Konstellationen realisiert werden. So ist beispielsweise auch vorgesehen, den gesamten Faltenbalg 1 aus einer gasdurchlässigen, hy­ drophoben Membran zu fertigen. Dies hat den Vorteil, daß die zur Verfügung stehende Diffusionsfläche sehr groß ist und damit auch bei geringem Überdruck ein zuverlässiger Gastransport ermöglicht wird. Entsprechende Membranen sind beispielsweise unter der Marke Goretex von der Firma W.L. Gore & Associates, Putzbrunn, Deutschland, erhält­ lich. Es können auch andere Membranen, vorzugsweise auf Basis von halogenierten Kohlenwasserstoffen, Verwendung finden. Auch andere Materialien kommen in Betracht, so­ fern die geforderten Eigenschaften (Gasdurchlässigkeit, wasserabweisendes Verhalten und Dichtheit gegen Flüssig­ keiten) gewährleistet sind.

Insbesondere bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann auch anstelle der Folie als Membran ein Netz, ein Gewebe oder dergleichen mit geringer Maschenweite und hy­ drophober Oberfläche oder Oberflächenbeschichtung vorge­ sehen sein.

Die insoweit beschriebenen Ausführungsbeispiele der vor­ liegenden Erfindung ermöglichen es, die bei Servolenkun­ gen bislang übliche Langbohrung durch die Zahnstange oder eine außerhalb der Servolenkung angebrachte Verbindungs­ leitung zum Druckausgleich zwischen den beiden endseiti­ gen Volumina einzusparen.

Claims (9)

1. Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einer in einem Lenkgehäuse längsverschieblich angeordneten Zahn­ stange sowie mit der Zahnstange zugeordneten Spur­ stangen und mit wenigstens einer mit dem Lenkgehäu­ se einerseits und der benachbarten Spurstange ande­ rerseits verbundenen Manschette, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette we­ nigstens teilweise aus einem gasdurchlässigen, was­ serabweisenden Material 6, 21 gefertigt ist.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Material 6, 21 eine für Gase diffusiv durchlässige Membran ist.

3. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine mit Poren versehene Folien, vor­ zugsweise eine Kunststoffolie ist.

4. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Material 6, 21 einen im wesentlichen rotations­ symmetrischen Bereich des Faltenbalgs 1 bildet.

5. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß Material 21 einen Bereich 20 des Faltenbalgs 1 mit großer elastischer Verformbarkeit bildet.

6. Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einem Lenkge­ häuse, einer in dem Lenkgehäuse längs verschiebli­ chen Zahnstange, der Zahnstange zugeordneten Spur­ stangen sowie mit zwischen dem Lenkgehäuse und den Spurstangen vorgesehenen, im wesentlichen gasdich­ ten Faltenbälgen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lenkgehäuse 10 wenigstens einen Anschluß 13, 14 trägt, der mit einem von dem Faltenbalg 1 umgebenen Raum kommuniziert, wobei der Anschluß 13, 14 von einer gasdurchlässigen und flüssigkeitsdichten Membran 18 verschlossen ist.

7. Servolenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran 18 innerhalb einer Schraubkappe 16 angeordnet ist und auf den Anschluß 13 aufschraubbar ist.

8. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran 18 in einem im wesentlichen formstabilen Ring gehalten ist.

9. Servolenkung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeich­ net, daß das Material 6, 18, 21 ein hydrophob beschichtetes Netz-, Vlies- oder Gewebematerial ist.