DE202005018390U1

DE202005018390U1 - Ventilvorrichtung für eine hydraulische Servolenkung

Info

Publication number: DE202005018390U1
Application number: DE202005018390U
Authority: DE
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2015-11-25
Also published as: GB0623303D0; GB2432563A; US20070137327A1

Abstract

Ventilvorrichtung (10) für eine hydraulische Servolenkung, mit zwei Ventilelementen (18, 14), die aus einer Neutralstellung relativ zueinander verdreht werden können, um dadurch die Überlagerung eines zusätzlichen Lenkmoments zu erreichen,
einem Linearsteller (33), und
einem Getriebe (20), mittels dem die beiden Ventilelemente (18, 14) aneinandergekoppelt sind,
wobei das Getriebe (20) einen linearen Hub des Linearstellers (30) in eine Drehung umsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (20) ein drehfest an das erste Ventilelement (18) gekoppeltes erstes Zahnrad (22) mit einer bezogen auf die axiale Richtung des Zahnrads in einer ersten Richtung geneigten Verzahnung und ein zweites Zahnrad (30) mit einer in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung geneigten Verzahnung aufweist, wobei das zweite Zahnrad (30) mittels des Linearstellers (33) axial verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für eine hydraulische Servolenkung, mit zwei Ventilelementen, die aus einer Neutralstellung relativ zueinander verdreht werden können, um dadurch die Überlagerung eines zusätzlichen Lenkmoments zu erreichen, einem Linearsteller, und einem Getriebe, mittels dem die beiden Ventilelemente aneinandergekoppelt sind, wobei das Getriebe einen linearen Hub des Linearstellers in eine Drehung umsetzt.
Eine solche Ventilvorrichtung ist aus der DE 10 2004 049 686 A1 bekannt. Um der vom Benutzer vorgegebenen Servounterstützungskraft eine von einer Steuereinheit bestimmte Servounterstützungskraft (zusätzliches Lenkmoment) zu überlagern, ist die Ventilhülse der Ventilvorrichtung nicht starr mit der Ausgangswelle gekoppelt, sondern mit dieser über zwei Planetengetriebe verbunden, um eine extern steuerbare Relativdrehung der Ventilhülse zur Ausgangswelle zu ermöglichen. Ein Linearsteller kann über einen Arm ein Hohlrad eines der Planetengetriebe so verdrehen, daß sich dadurch zwangsläufig eine Relativdrehung zwischen der Ventilhülse und der Eingangswelle ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Relativdrehung zweier Ventilelemente einer Servoventilvorrichtung zur Bereitstellung eines überlagerten Drehmoments zu vereinfachen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Ventilvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der das Getriebe ein drehfest an das erste Ventilelement gekoppeltes erstes Zahnrad mit einer bezogen auf die axiale Richtung in einer ersten Richtung geneigten Verzahnung und ein zweites Zahnrad mit einer in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung geneigten Verzahnung aufweist, wobei das zweite Zahnrad mittels des Linearstellers axial verschiebbar ist. Das erfindungsgemäße Getriebe zwischen den beiden Ventilelementen, vorzugsweise zwischen der Ventilhülse (Steuerhülse) und der Ausgangswelle der Ventilvorrichtung, verlagert die Einstellung des Relativwinkels zwischen den beiden Ventilelementen im Inneren des Ventils auf die Steuerung einer externen linearen Verschiebung. Zur Verdrehung des ersten Ventilelements muß nämlich lediglich eine axiale Verschiebung des zweiten Zahnrads vorgenommen werden. Aufgrund der gegenläufig geneigten Verzahnungen des ersten und des zweiten Zahnrads führt diese Verschiebung zu einer Drehung des ersten Zahnrads und des daran drehfest gekoppelten Ventilelements. Die Einstellung des Relativwinkels zwischen den beiden Ventilelementen ist dadurch gegenüber bekannten Lösungen stark vereinfacht.
Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß die auf das Getriebe wirkenden Störkräfte, die aus den Reibkräften und Strömungskräften in der Ventilvorrichtung resultieren, nahezu vollständig absorbiert werden. Gerade bei einem kleinen Neigungswinkel der Verzahnungen ergibt sich ein niedriger Rückwirkungsgrad der Ventilvorrichtung. Damit ist die Voraussetzung für eine robuste axiale Positionsregelung des zweiten Zahnrads auf einem sehr niedrigen Kraftniveau geschaffen. Das erfindungsgemäße Funktionsprinzip ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Antriebe für den Linearsteller, d.h. es kann auch auf Antriebskonzepte zurückgegriffen werden, die sich in anderen Bereichen bewährt haben. Je nach Ausführung des Antriebs reicht die Bandbreite der möglichen praktischen Umsetzungen von Low-Cost-Systemen mit geringen Anforderungen an Genauigkeit und Dynamik der externen Ansteuerung bis zu Systemen mit höchster Regelgüte.
Es erweist sich als vorteilhaft, das zweite Zahnrad in eine Neutralstellung vorzuspannen. Die Neutralstellung entspricht einer Stellung, in der das zweite Zahnrad dem ersten Ventilelement eine Stellung aufzwingt, die das erste Ventilelement einnehmen würde, wenn es fest mit dem zweiten Ventilelement verbunden und keine Möglichkeit zur Überlagerung eines zusätzlichen Lenkmoments vorgesehen wäre. Aus dieser Neutralstellung ist das erste Ventilelement durch das zweite Zahnrad verdrehbar, wobei zum Verdrehen Rückstellkräfte überwunden werden müssen. Die Vorspannung schafft eine höhere Ausfallsicherheit der Ventilvorrichtung, insbesondere wenn der Linearsteller nicht funktionsfähig ist. Das zweite Zahnrad und damit auch das erste Zahnrad mit dem ersten Ventilelement verbleiben dann in ihrer Neutralstellung, so daß die Ventilvorrichtung in konventioneller Weise arbeiten kann.
Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ist eine Justiereinrichtung zweckmäßig, mittels der die axiale Neutralstellung des zweiten Zahnrads einstellbar ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Getriebe ferner ein drehfest an das zweite Ventilelement gekoppeltes drittes Zahnrad und ein drehfest an das zweite Zahnrad gekoppeltes viertes Zahnrad auf. Das dritte und das vierte Zahnrad haben entgegengesetzt geneigte Verzahnungen, wobei die Verzahnung des dritten Zahnrads in der zweiten Richtung und die Verzahnung des vierten Zahnrads in der ersten Richtung geneigt ist. Mit einem solchen Getriebe ist eine genaue und zuverlässige gleichläufige Drehung der beiden Ventilelemente auf einfache Weise realisierbar.
Ein besonders kompakter Aufbau des Getriebes ergibt sich dadurch, daß das zweite Zahnrad und das vierte Zahnrad als Doppelritzel ausgebildet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung;
2 eine Draufsicht auf das erste und das zweite Zahnrad der Ventilvorrichtung; und
3a bis 3c Seitenansichten der Zahnräder der Ventilvorrichtung in verschiedenen Betriebsstellungen.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 10 für eine hydraulische Servolenkung in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Die Ventilvorrichtung 10 weist in bekannter Weise eine mit dem Lenkrad verbundene Eingangswelle 12 und eine durch einen Torsionsstab an die Eingangswelle 12 gekoppelte Ausgangswelle 14 mit einem Ritzel 16 auf. Das Ritzel 16 greift in eine Zahnstange ein, die Teil eines Lenkgetriebes ist. Ein mit Steuernuten versehener Abschnitt der Eingangswelle 12 ist in einer Ventilhülse 18 angeordnet. Die Ventilhülse 18 ist nicht starr mit der Ausgangswelle 14 gekoppelt, sondern drehbar auf dieser gelagert. Genauer gesagt ist die Ventilhülse 18 mit der Ausgangswelle 14 über ein Getriebe 20 verbunden, das nachfolgend genauer erläutert wird.
Mit der Ventilhülse 18 ist ein Zahnrad 22 drehfest verbunden, das im folgenden als Ventilhülsenzahnrad bezeichnet wird. Das Ventilhülsenzahnrad 22 hat eine bezüglich der axialen Richtung des Zahnrads schräge Verzahnung. Ein weiteres Zahnrad 24 ist mit der Ausgangswelle 14 drehfest verbunden und wird im folgenden als Ausgangswellenzahnrad bezeichnet. Das Ausgangswellenzahnrad 24 ist genauso groß und hat genauso viele Zähne wie das Ventilhülsenzahnrad 22, die Verzahnung des Ausgangswellenzahnrads 24 ist jedoch gegenüber der Verzahnung des Ventilhülsenzahnrads 22 entgegengesetzt geneigt.
Die beiden Zahnräder 22, 24 kooperieren mit einem Doppelritzel 26, das auf einer Welle 28 gelagert ist. Das Doppelritzel 26 besteht aus zwei fest miteinander verbundenen Zahnrändern 30, 32, von denen eines mit dem Ventilhülsenzahnrad 22 und das andere mit dem Ausgangswellenzahnrad 24 kämmt (siehe auch 2). Die Zahnräder 30, 32 haben die gleichen Abmessungen und die gleiche Anzahl Zähne, die Verzahnungen haben jedoch entgegengesetzte Neigungen. Bezogen auf das Ventilhülsenzahnrad 22 und das Ausgangswellenzahnrad 24 weisen die Verzahnungen der Zahnräder 30, 32 jeweils eine Neigung auf, die der Neigung des kämmenden Zahnrads 22 bzw. 24 entgegengesetzt ist. Der Zahneingriff und die starre Verbindung der Zahnräder 30, 32 des Doppelritzels 26 sorgen dafür, daß die Ventilhülse 18 immer eine definierte, im wesentlichen spielfreie Winkelposition relativ zur Ausgangswelle 14 einnimmt.
Die Welle 28 ist Teil eines Linearstellers 30, mit dem die Welle 28 und damit das Doppelritzel 26 in Längsrichtung der Welle 28 axial in beide Richtungen verschoben werden kann. Die Zahnräder 30, 32 des Doppelritzels 26 weisen gegenüber dem Ventilhülsenzahnrad 22 und dem Ausgangswellenzahnrad 24 eine größere axiale Höhe auf. Zwei vorgespannte Schraubenfedern 34, 36 halten das Doppelritzel 26 in der in den 1 und 3b gezeigten Neutralstellung, in der das Ventilhülsenzahnrad 22 und das Ausgangswellenzahnrad 24 axial mittig zu den Zahnrädern 30, 32 des Doppelritzels 26 ausgerichtet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an den beiden Enden der Welle 28 Druckräume 38, 40 vorgesehen, die mit unter Druck stehendem Öl, das dem Hydraulikreislauf des Servolenksystems entnommen sein kann, beaufschlagbar sind. Auf diese Weise kann die Welle 28 proportional zum anliegenden Druck in axialer Richtung verschoben werden. Es sind aber auch andere Antriebe zur Verschiebung der Welle 28 möglich, z.B. ein doppelseitig wirkender Proportionalmagnet. Die Verwendung eines elektromechanischen Linearstellers ist ebenfalls denkbar.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Ventilvorrichtung 10 beschrieben. Im normalen Lenkbetrieb nimmt das Doppelritzel 26 die Neutralstellung ein, wobei das Getriebe 20 so abgestimmt ist, daß sich die Ventilhülse 18 und die Ausgangswelle 14 dann in einer vorher festgelegten Neutralstellung befinden. Bei einer Lenkbewegung des Fahrers wird in bekannter Weise durch die Relativdrehung zwischen den Steuernuten der Eingangswelle 12 und der Ventilhülse 18 ein von einer Pumpe bereitgestellter Hydraulikstrom so gesteuert, daß in Abhängigkeit von der jeweiligen Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 12 und der Ventilhülse 18 die eine oder die andere Kammer eines Hydraulikzylinders mit dem Ölstrom beaufschlagt wird. Die Drehung der Ventilhülse 18 wird dabei über das Getriebe 20 unverändert auf die Ausgangswelle 14 übertragen.
Wenn eine elektronische Steuereinheit erkennt, daß eine Lenkmomentüberlagerung wünschenswert ist, z.B. um die Spurhaltung des Fahrzeugs für den Fahrer zu erleichtern, ermöglicht das Getriebe 20 eine Verdrehung der Ventilhülse 18 auf der Ausgangswelle 14, um so die Steuerung des lenkkraftunterstützenden Hydraulikstroms zu beeinflussen. Dazu wird das Doppelritzel 26 mit Hilfe des Linearstellers 30 je nach Bedarf in die eine oder andere Richtung axial verschoben, wie in den 3a und 3c gezeigt. Die Breite und der axiale Abstand der Zahnräder 22, 24, 30, 32 zueinander sind so abgestimmt, daß das Ventilhülsenzahnrad 22 und das Ausgangswellenzahnrad 24 bei einer Verschiebung des Doppelritzels 26 nicht außer Eingriff kommen. Aufgrund der besonderen Neigungen der einzelnen Zahnräder 22, 24, 30, 32 bewirkt die Verschiebung des Doppelritzels 26 eine gegenläufige Drehung des Ventilhülsenzahnrads 22 und des Ausgangswellenzahnrads 24, wie durch die Pfeile in den 3a und 3c angedeutet. Somit werden die Ventilhülse 18 und die Ausgangswelle 14 relativ zueinander verdreht, wobei das Ausmaß der Verdrehung durch den Hub des Linearstellers 30 bestimmt ist.
Bei einem Ausfall des Linearstellers 30 nimmt das Doppelritzel 26 aufgrund der Vorspannung durch die Federn 34, 36 die in 3b gezeigte Neutralstellung ein, und die Ventilvorrichtung 10 kann weiter in konventioneller Weise ohne die Möglichkeit einer Lenkmomentüberlagerung betrieben werden.
Eine Justiereinrichtung mit einer Einstellschraube 42 erlaubt die Einstellung der axialen Position der Welle 28, so daß die Neutralstellung des Doppelritzels 26 auch nach Fertigung der Ventilvorrichtung 10 noch verändert werden kann.

Claims

Ventilvorrichtung (10) für eine hydraulische Servolenkung, mit zwei Ventilelementen (18, 14), die aus einer Neutralstellung relativ zueinander verdreht werden können, um dadurch die Überlagerung eines zusätzlichen Lenkmoments zu erreichen, einem Linearsteller (33), und einem Getriebe (20), mittels dem die beiden Ventilelemente (18, 14) aneinandergekoppelt sind, wobei das Getriebe (20) einen linearen Hub des Linearstellers (30) in eine Drehung umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (20) ein drehfest an das erste Ventilelement (18) gekoppeltes erstes Zahnrad (22) mit einer bezogen auf die axiale Richtung des Zahnrads in einer ersten Richtung geneigten Verzahnung und ein zweites Zahnrad (30) mit einer in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung geneigten Verzahnung aufweist, wobei das zweite Zahnrad (30) mittels des Linearstellers (33) axial verschiebbar ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Ventilelemente (18, 14) eine Ventilhülse (18) und das andere Ventilelement (18, 14) eine Ausgangswelle (14) der Ventilvorrichtung (10) ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (30) eine größere axiale Höhe als das erste Zahnrad (22) hat.
Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (30) auf einer axial verschiebbaren Welle (28) des Linearstellers (33) gelagert ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (28) des Linearstellers (33) durch hydraulische Druckbeaufschlagung verschiebbar ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (28) des Linearstellers (33) durch Magneteinwirkung verschiebbar ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearsteller (33) ein elektromechanischer Linearsteller ist.
Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (30) in eine axiale Neutralstellung vorgespannt ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Justiereinrichtung, mittels der die axiale Neutralstellung des zweiten Zahnrads (30) einstellbar ist.
Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (20) ferner ein drehfest an das zweite Ventilelement (14) gekoppeltes drittes Zahnrad (24) und ein drehfest an das zweite Zahnrad (30) gekoppeltes viertes Zahnrad (32) aufweist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Zahnrad (24) und das vierte Zahnrad (32) entgegengesetzt geneigte Verzahnungen haben.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung des dritten Zahnrads (24) in der zweiten Richtung und die Verzahnung des vierten Zahnrads (32) in der ersten Richtung geneigt ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (30) und das vierte Zahnrad (32) als Doppelritzel (26) ausgebildet sind.