DE202009000221U1

DE202009000221U1 - Bewegungskraftverstärker (II)

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Publication number: DE202009000221U1
Application number: DE200920000221
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-01-07

Abstract

Bewegungskraftverstärker bestehend aus einer in einem Getriebegehäuse (1) angeordneten Eingangswelle (2) für eine Drehbewegung und einer aus dem Getriebegehäuse (1) herausführenden Antriebsstange (4) für eine translatorischen Bewegung, wobei
auf der Eingangswelle (2) ein Ritzel (3) angeordnet ist, das mit einer Verzahnung (5), die mit der Antriebsstange (4) gekoppelt ist, kämmt und
die Antriebsstange (4) mit einem hydraulisch in beide Richtungen der translatorischen Bewegung betätigbaren Kolben verbunden ist, wobei
die Kolbenbewegung mindestens in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Eingangswelle (2) zur Verstärkung der durch das Drehmoment bewirkten translatorischen Kraft steuerbar ist und
der dabei genutzte hydraulische Volumenstrom einem Hydraulikkreislauf (9) entstammt, wobei
im Getriebegehäuse (1) ein Hohlkolben (6) translatorisch bewegbar angeordnet ist und der Hohlkolben (6) beidseitig mit dem Getriebegehäuse (1) je einen Gehäuseraum (7, 8) bildet, wobei
die beiden Gehäuseräume (7, 8) miteinander strömungstechnisch verbunden sind und ein Gehäuseraum (7) über einen Auslass...

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungskraftverstärker bei der Umwandlung einer vorzugsweise manuell erzeugten Drehbewegung in eine translatorischen Bewegung.
Einer der bekannten Anwendungsfälle ist die Servolenkung, mittels der eine Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges beim Lenken im Stand, beim Rangieren, oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten nötig ist, erreicht wird.
Die Servolenkung unterstützt den Fahrer beim Lenken, in dem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken verstärkt wird.
Dabei handelt es sich um ein hydraulisches System, bestehend aus der vom Motor angetriebenen Pumpe, dem Ölvorratsbehälter, dem Servoventil, dem Hydraulikzylinder sowie den dazugehörigen Druckleitungen.
Servolenkungen sind, in der Literatur vielfach beschrieben. Gemeinsam ist den vorgeschlagenen hydraulischen Konstruktionen, dass die Drehbewegung des Lenkrades und damit der Lenksäule auf einen rotierenden Regelschieber übertragen wird. Dieser lenkt den ständig geförderten Volumenstrom in Abhängigkeit von der Stellung des Drehventils in Teilen in einen Arbeitszylinder um, der die mechanisch mittels des Lenkgetriebes auf die Spurstangen übertragene manuelle Kraft verstärkt, oder anders ausgedrückt, die ansonsten manuell benötigte Kraft reduziert.
Wesentliche Nachteile der bekannten technischen Lösungen bestehen darin, dass der hydraulische Antrieb baulich neben dem mechanischen Antrieb existiert und die Ventilsteuerung für den hydraulischen Antrieb entfernt von dem eigentlichen Lenkgetriebe angeordnet ist, nämlich an der Lenksäule und damit Druckleitungen notwendig werden, um den von der Ventilsteuerung (Regelschieber) kommenden Volumenstrom zu der Servobetätigungseinrichtung zu leiten.
Mit der DE 20 2008 008 765 werden, die die manuelle Lenkbewegung unterstützenden Baugruppen (Servolenkung) mit dem manuell zu betätigenden Lenkbetriebe in einer Baueinheit zu vereint.
Gemäß dieser DE 20 2008 008 765 wird bei einem Bewegungskraftverstärker, der besteht aus einer in einem Getriebegehäuse angeordneten Eingangswelle für eine Drehbewegung und einer aus dem Getriebegehäuse herausführenden Antriebsstange für eine translatorischen Bewegung, wobei auf der Eingangswelle ein Ritzel angeordnet ist, das mit einer Verzahnung, die mit der Antriebsstange gekoppelt ist, kämmt und die Antriebsstange mit einem hydraulisch in beide Richtungen der translatorischen Bewegung betätigbaren Kolben verbunden ist, wobei die Kolbenbewegung in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Eingangswelle zur Verstärkung der durch das Drehmoment bewirkten translatorischen Kraft steuerbar ist und der dabei genutzte hydraulische Volumenstrom einem Hydraulikkreislauf entstammt, vorgeschlagen,
dass im Getriebegehäuse ein Hohlkolben translatorisch bewegbar angeordnet ist und der Hohlkolben beidseitig mit dem Getriebegehäuse je einen Gehäuseraum bildet, wobei die beiden Gehäuseräume miteinander strömungstechnisch verbunden sind und ein Gehäuseraum über einen Auslass verfügt, oder beide Gehäuseräume über je einen Auslass verfügen, wobei der oder die Auslässe mit dem Hydraulikkreislauf gekoppelt sind.
Der Hohlkolben ist weiter mit der Antriebsstange verbunden und in den Hohlkolben ist stirnseitig und abgedichtet ein Führungsrohr eingeführt, das mit dem Getriebegehäuse fest verbunden ist und das an den Hydraulikkreislauf angeschlossen ist.
Im Hohlkolben stützt sich innenwandig ein auf dem Führungsrohr gleitend angeordneter Steuerkolben dichtend ab, so dass beidseitig Zylinderräume gebildet sind, die über jeweils mindestens eine verschließbare Ausströmöffnung in einen der Gehäuseräume oder in die strömungstechnische Verbindung zwischen den Gehäuseräumen verfügen.
Der Hohlkolben weist weiter einen Schieber auf, der mit der Verzahnung für das Ritzel zur Übertragung der Drehbewegung in die translatorische Hohlkolbenbewegung gekoppelt ist und der das Verschließen/Öffnen der Ausströmöffnungen steuert. Der Steuerkolben ist nur begrenzt bewegbar auf dem Führungsrohr angeordnet, derart, dass er je nach Stellung Austrittsöffnungen aus dem Führungsrohr in beide Zylinderräume des Hohlkolbens oder in jeweils nur einen dieser Zylinderräume freigibt.
Der Steuerkolben wird dabei durch beidseitig auf ihn wirkende Federn in einer Stellung gehalten, in der Austrittsöffnungen in beide Zylinderräume geöffnet sind, und zur Bewegungskraftverstärkung bei einem sich erhöhenden Hydraulikdruck verschiebt sich der Steuerkolben gegen die Kraft einer der Federn und verschließt dabei die Austrittsöffnungen in einen der beiden Zylinderräume.
Die Austrittsöffnungen sind durch die zentrische Verschiebung des Steuerkolbens schlitzförmig, wobei die geöffnete Schlitzbreite zwischen 0,1–0,2 mm beträgt.
Dies verlangt eine hohe Präzision der Federnabstimmung, um die exakte Stellung des Steuerkolbens insbesondere in der Mittelstellung (Leerlaufstellung) zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Leerlaufstellung des Steuerkolbens, was einer Bewegungskraftverstärkung = 0 entspricht, unabhängig von der Abstimmung der auf ihn beidseitig wirkenden Federkräfte zu gestalten.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, der zwei Ausführungen beschreibt. Vorteilhafte Aufgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Bewegungskraftverstärker vorgeschlagen, der besteht aus einer in einem Getriebegehäuse angeordneten Eingangswelle für eine Drehbewegung und einer aus dem Getriebegehäuse herausführenden Antriebsstange für eine translatorischen Bewegung, wobei
auf der Eingangswelle ein Ritzel angeordnet ist, das mit einer Verzahnung, die mit der Antriebsstange gekoppelt ist, kämmt und
die Antriebsstange mit einem hydraulisch in beide Richtungen der translatorischen Bewegung betätigbaren Kolben verbunden ist, wobei
die Kolbenbewegung mindestens in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Eingangswelle zur Verstärkung der durch das Drehmoment bewirkten translatorischen Kraft steuerbar ist und
der dabei genutzte hydraulische Volumenstrom einem Hydraulikkreislauf entstammt, wobei
im Getriebegehäuse ein Hohlkolben translatorisch bewegbar angeordnet ist und der Hohlkolben beidseitig mit dem Getriebegehäuse je einen Gehäuseraum bildet, wobei
die beiden Gehäuseräume miteinander strömungstechnisch verbunden sind und ein Gehäuseraum über einen Auslass verfügt, oder beide Gehäuseräume über je einen Auslass verfügen, wobei
der oder die Auslässe mit dem Hydraulikkreislauf gekoppelt sind,
der Hohlkolben mit der Antriebsstange verbunden ist,
in den Hohlkolben stirnseitig und abgedichtet ein Führungsrohr geführt ist, das mit dem Getriebegehäuse fest verbunden ist und das an den Hydraulikkreislauf angeschlossen ist,
im Hohlkolben sich innenwandig ein auf dem Führungsrohr angeordneter Steuerkolben dichtend abstützt, so dass beidseitig Zylinderräume gebildet sind, die über jeweils mindestens eine verschließbare Ausströmöffnung in einen der Gehäuseräume oder in die strömungstechnische Verbindung zwischen den Gehäuseräumen verfügen,
der Hohlkolben einen Schieber aufweist, der mit der Verzahnung für das Ritzel zur Übertragung der Drehbewegung in die translatorische Hohlkolbenbewegung gekoppelt ist und der das Verschließen/Öffnen der Ausströmöffnungen steuert, wobei

a) der Steuerkolben begrenzt bewegbar auf dem Führungsrohr angeordnet ist und bei der Bewegung auf dem Führungsrohr je nach Stellung Austrittsöffnungen aus dem Führungsrohr in beide Zylinderräume oder in jeweils nur einen Zylinderraum freigibt, indem der Steuerkolben begrenzt kipp- und verschiebbar auf dem Führungsrohr angeordnet ist und durch beidseitig auf ihn asymmetrisch wirkende Federn in einer Stellung gehalten wird, in der Austrittsöffnungen in beide Zylinderräume geöffnet sind, und zur Bewegungskraftverstärkung bei einem sich erhöhenden Hydraulikdruck sich der Steuerkolben gegen die Kraft einer der Federn auf dem Führungsrohr verschiebt und/oder gegenüber diesem kippt und dabei die Austrittsöffnungen in einen Zylinderraum verschließt, oder
b) der Steuerkolben ein Ventilaufsatz ist, der fest auf dem Ende des Führungsrohres angeordnet ist, wobei die Öffnung des Führungsrohres mit verschließbaren Überströmkanälen innerhalb des Ventilaufsatzes strömungstechnisch verbunden ist, von denen jeweils mindestens ein Überströmkanal in jeweils einen der Zylinderräume mündet und im Ventilaufsatz eine Verschließeinrichtung für die Überströmkanäle angeordnet ist, derart, dass bei einer Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen ein Überströmen von Fluid des Hydraulickreislaufes in den Zylinderraum mit dem kleineren Druck unterbunden ist und bei gleichen Drücken die Überströmkanäle in beide Zylinderräume geöffnet sind.

Der Steuerkolben nimmt somit bei der erstgenannten Ausführung a) in der Leerlaufstellung eine Schrägstellung gegenüber dem Führungsrohr ein, mit der Folge, dass die Austrittsöffnungen aus dem Führungsrohr in die Zylinderräume eine sichelförmige Form besitzen.
Der Steuerkolben wird in seiner Lage auf dem Führungsrohr und über den Austrittsöffnungen durch jeweils seitlich angeordnete Ringbuchsen in der Kipp- und Verschiebebewegung begrenzt.
Bei einer Alternative dieser Ausführung weist das Führungsrohr im Hohlkolben eine Ringbuchse mit einer umlaufenden Nut auf, wobei in die Nut die Austrittsöffnungen münden und die Nutwände die seitliche Bewegungsbegrenzung für den in der Nut angeordneten Steuerkolben bilden.
Gemäß der Ausführung a) münden die Austrittsöffnungen aus dem Führungsrohr, deren Breite oder Durchmesser größer ist als die Steuerkolbenbreite, bevorzugt zentrisch in die Nut oder den Zwischenraum zwischen den Ringbuchsen.
Die asymmetrisch auf den Steuerkolben wirkenden Federn stützen sich bevorzugt in Öffnungen der Ringbuchsen ab. Als Feder haben sich gekröpfte Blattfedern bewährt, die sich jeweils in einer Öffnung, am Umfang der Ringbuchsen angeordnet, abstützen.
Um eine Kipp- und Verschiebbarkeit des Steuerkolbens auf dem Führungsrohr zu realisieren, weist dieser innen ein umlaufenden Stützprofil auf. Dieses Stützprofil hat bevorzugt einen rechteckigen oder zum Führungsrohr hin trapezförmig zulaufenden oder dreieckig zulaufenden Querschnitt, oder die Auflage auf dem Führungsrohr ist durch eine Außenkrümmung gebildet.
Dabei kann das Stützprofil fester Bestandteil des Steuerkolbens sein oder durch einen in eine Innennut des Steuerkolbens eingesetzten Ring gebildet werden.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die Ausströmöffnungen bevorzugt Breiten in der Größenordnung kleiner 0,5 mm aufweisen. Das bedeutet, dass der Wechsel der Strömungsrichtung zwischen den Zylinderräumen fast ausschließlich durch eine Kippbewegung bei minimaler Verschiebung erreicht wird.
In der Ausführung b) ist der Steuerkolben ein Ventilaufsatz, der fest auf dem Ende des Führungsrohres angeordnet ist, wobei die Öffnung des Führungsrohres mit verschließbaren Überströmkanälen innerhalb des Ventilaufsatzes strömungstechnisch verbunden ist, von denen jeweils mindestens ein Überströmkanal in jeweils einen der Zylinderräume mündet und im Ventilaufsatz eine Verschließeinrichtung für die Überströmkanäle angeordnet ist, derart, dass bei einer Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen ein Überströmen von Fluid des Hydraulikkreislaufes in den Zylinderraum mit dem kleineren Druck unterbunden ist und bei gleichen Drücken die Überströmkanäle in beide Zylinderräume geöffnet sind.
Gleiche Drücke bzw. Druckdifferenz schließt dabei einen Toleranzbereich ein, der z. B. Trägheiten des Systems geschuldet ist.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Ventilaufsatz eine Kammer auf, vorzugsweise zentrisch zum in die Kammer mündenden Führungsrohr angeordnet, wobei in die Kammer die Überströmkanäle gegenüberliegend münden, so dass sie wechselseitig durch die Verschließeinrichtung verschließbar sind. Als Verschließeinrichtung wird bevorzugt eine Kugel genutzt, die in der Kammer lose angeordnet ist und in ihrer Lage durch die Strömungs- und Druckverhältnisse gesteuert wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 den Bewegungskraftverstärker mit Anschlüssen,
2 den Hohlkolben,
3 den Hohlkolben mit Schieber,
4 einen Abschnitt des Führungsrohres mit den zugehörigen Montageteilen,
5 das Führungsrohr mit Steuerkolben federbelastet,
6 vergrößerte Darstellung der Steuerkolbenlagerung,
7 den Bewegungskraftverstärker im Leerlauf,
8 die Bewegungskraftverstärkung in Richtung A,
9 die Bewegungskraftverstärkung in Richtung B,
10 die Ausführung b) mit Ventilaufsatz auf dem Führungsrohr mit geöffneten Überströmkanälen,
11 die Bewegungskraftverstärkung in Richtung A und-
12 die Bewegungskraftverstärkung in Richtung B.
1 zeigt in einer Außenansicht den Bewegungskraftverstärker bestehend aus einer in einem Getriebegehäuse 1 angeordneten Eingangswelle 2 für eine Drehbewegung und einer aus dem Getriebegehäuse 1 herausführenden Antriebsstange 4 für eine translatorische Bewegung.
Beim Einsatz als Servolenkung eines Kraftfahrzeuges ist die Eingangswelle 2 mit der Lenksäule zu koppeln und die Antriebsstange 4 mit den Spurstangen.
Diese kompakte Baugruppe zur Bewegungskraftverstärkung ist an einen Hydraulikkreislauf 9 angeschlossen, so dass der durch die Pumpe des Hydraulikkreislaufes 9 erzeugte Flüssigkeitsstrom, vorzugsweise ein Ölstrom, durch die einzelnen Bauteile innerhalb des Getriebegehäuses geleitet wird und hier neben der Steuer- auch eine Schmierfunktion erfüllt. Als Einlass dient das Führungsrohr 11, das mit dem Getriebegehäuse 1 fest verbunden ist. Der Auslass 10 verfügt über einen Anschluss für eine Druckleitung des Hydraulikkreislaufes 9.
Im Getriebegehäuse 1 ist der in 2 dargestellte Hohlkolben 6 translatorisch bewegbar angeordnet. Der Hohlkolben 6 ist mit der Antriebsstange 4 verbunden und in den Hohlkolben 6 ist stirnseitig und abgedichtet das Führungsrohr 11 geführt. Der durch das Führungsrohr 11 einströmende Volumenstrom des Hydraulikkreislaufes 9 durchströmt innerhalb des Hohlkolbens 6 die Austrittsöffnung 17, tritt aus den verschließbaren Ausströmöffnungen 12, 13 in das Getriebegehäuse 1 aus und gelangt von da über den Auslass 10 wieder in eine Druckleitung zur Pumpe des Hydraulikkreislaufes 9.
Außen auf dem Hohlkolben 6 ist wie in 3 dargestellt der Schieber 20, hier ein Rohr mit der eingearbeiteten Verzahnung 5 zum Eingriff des Ritzels 3, verschiebbar angeordnet.
Ein geringes Verschieben des Schiebers 20 auf dem Hohlkolben 6 bewirkt das Verschließen einer der Ausströmöffnungen 12, 13 und setzt damit die Bewegungskraftverstärkung bei vorhandenem arbeitenden Hydraulikkreislauf in Gang, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Bei funktionslosem Hydraulikkreislauf wird die Bewegungsübertragung ohne Kraftverstärkung ebenfalls nahezu spielfrei gewährleistet.
Die in das Getriebegehäuse 1 eingeleitete Drehbewegung führt so zwangsweise zu einer Längsbewegung der Antriebstange 4 wie es allgemein bei einer Lenkung üblich ist. Durch eine zusätzliche Kraft, erzeugt durch den Volumenstrom innerhalb des Hohlkolbens 6, lässt sich die notwendige Bewegungskraft verstärken.
Dabei kommt den Ausströmöffnungen 12, 13 eine wesentliche Bedeutung zu, denn durch das Öffnen oder Schließen werden die Druckverhältnisse innerhalb des Hohlkolbens 6 gesteuert.
In der Leerlaufstellung sind beide Ausströmöffnungen geöffnet. Das Verschließen jeweils einer der Ausströmöffnungen 12, 13, d. h. wechselseitig, erfolgt mittels des Schiebers 20, der durch die Bewegung des Ritzels 3 in der Verzahnung 5 betätigbar ist.
Neben der beschriebenen Variante eines Rohres als Schieber 20 ist es auch möglich, das der Schieber 20 gebildet ist aus einer anderweitig ausgebildeten Doppelwand des Hohlkolbens 6 mindestens im Bereich der Ausströmöffnungen 12, 13, so dass durch das Verschieben eines der Wände jeweils eine der Ausströmöffnungen 12, 13 verschließbar ist.
Das Verschieben in eine Geschlossenposition einer der Ausströmöffnungen 12, 13 erfolgt gegen die Kraft einer Feder 19, hier bevorzugt durch jeweils eine im Bereich der Ausströmöffnungen 12 und 13 angeordnete doppelseitig wirkende Tellerfeder, die Durchströmöffnungen 23 aufweisen.
4 zeigt das Führungsrohr 11, auf dem der Hohlkolben 6 verschiebbar und vorzugsweise abgedichtet angeordnet ist.
Das Führungsrohr 11, das zentrisch in den Hohlkolben 6 hineinragt, weist im Endbereich am Umfang Austrittsöffnungen 17 für den Ölvolumenstrom auf.
Der Steuerkolben 14 ist begrenzt kipp- und verschiebbar auf dem Führungsrohr 11 über den Austrittsöffnungen 17 angeordnet und wird durch beidseitig auf ihn asymmetrisch wirkende Federn 24, 25 in einer Stellung gehalten, in der Austrittsöffnungen 17 in beide Zylinderräume 15, 16 geöffnet sind.
Der Steuerkolben 14 wird dabei in seiner Lage auf dem Führungsrohr 11 und über den Austrittsöffnungen 17 durch jeweils seitlich angeordnete Ringbuchsen 26, 27 in der Kipp- und Verschiebebewegung begrenzt. Die Ringbuchsen 26, 27 sind dabei fest mit dem Führungsrohr 11 verbunden.
Da die Austrittsöffnungen 17 größer bemessen sind als die Breite des Steuerkolbens 14 wird stets eine Durchflussmöglichkeit für den Ölvolumenstrom gewährleistet.
5 zeigt den Steuerkolben im montierten Zustand und 6 in einer übertriebenen vergrößerten Darstellung, um die gekippte Position des Steuerkolbens 14 in der Leerlaufstellung anschaulicher zu machen.
Zur Bewegungskraftverstärkung bei einem sich erhöhenden Hydraulikdruck wird der Steuerkolben 14 gegen die Kraft einer der Federn 24, 25 auf dem Führungsrohr 11 verschoben und/oder gegenüber diesem gekippt, wobei eine der Austrittsöffnungen 17 in einen Zylinderraum 15 oder 16 verschlossen wird.
Die Federn 24, 25 stützen sich in Öffnungen 28 der Ringbuchsen 26, 27 ab. Dabei handelt es sich bei den dargestellten Federn 24, 25 um gekröpfte Blattfedern, die sich in Öffnungen 28, am Umfang der Ringbuchsen 26, 27 angeordnet, abstützen.
Ist eine Stirnfläche der Ringbuchse 26 geschlossen ausgeführt, lässt sich so auch das Führungsrohr 11 endseitig verschließen.
Weiter ist gezeigt, dass der Steuerkolben 14 auf dem Führungsrohr 11 mittels eines umlaufenden Stützprofils 29 kipp- und verschiebbar gelagert ist. Das gezeigte Stützprofil 29 besitzt einen rechteckigen Querschnitt.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Stützprofil 29 zum Führungsrohr 11 hin einen trapezförmig zulaufenden oder dreieckig zulaufenden Querschnitt aufweist oder die Auflage auf dem Führungsrohr 11 durch eine Außenkrümmung gebildet ist.
Das Stützprofil 29 kann fester Bestandteil des Steuerkolbens 14 sein oder aus einem in eine Innennut des Steuerkolbens 14 eingesetzten Ring gebildet werden.
Auf diese Weise lässt sich der Durchströmquerschnitt in Grenzen vergrößern. Ein Dichtfunktion hat das Stützprofil 29 nicht zu erfüllen, die Abdichtung erfolgt je nach Steuerkolbenstellung zwischen der Stirnfläche der jeweiligen Ringbuchse 26 oder 27 und dem Steuerkolben 14.
In den 7 bis 9 ist der Bewegungskraftverstärker im Schnitt in den Positionen
Leerlauf (7),
Bewegungskraftverstärkung in Richtung A (8) und
Bewegungskraftverstärkung in Richtung B (9)
dargestellt, wobei die Öffnungen für den jeweiligen Ölvolumenstrom als vergrößerte Darstellung besonders hervorgehoben sind. Bei den Öffnungen kann es sich jeweils um einen oder mehrere Schlitze oder Bohrungen handeln. Entscheidend ist, dass diese sich wie beschrieben öffnen und schließen lassen, um die Ölströme entsprechend zu kanalisieren.
In der Leerlaufstellung (7) erfolgt ein gleichmäßiger Ölvolumenstrom vom Hydraulikkreislauf 9 durch das Führungsrohr 11 und die beidseitig des Steuerkolbens 14 offenen Austrittsöffnungen 17 in die durch den Steuerkolben 14 gebildeten Zylinderräume 15, 16 innerhalb des Hohlkolbens 6. Von dort gelangt das Öl durch die geöffneten Ausströmöffnungen 12 und 13 in die beiden miteinander strömungstechnisch verbundenen Gehäuseräume 7, 8 des Getriebegehäuses 1 und tritt von dort über den Auslass 10 in eine Druckleitung des Hydraulikkreislaufes 9 aus.
Wird nun das Ritzel 3 nach rechts gedreht, werden die Verzahnung 5 und der Schieber 20 mitbewegt, damit auch der Hohlkolben 6 und es erfolgt gleichzeitig eine Bewegungskraftverstärkung in Richtung A (8).
Mit Beginn der Drehbewegung des Ritzels 3 erfolgt das Verschließen der Ausströmöffnung 13 durch den Schieber 20, hier ein Rohr mit der eingearbeiteten Verzahnung 5 zum Eingriff des Ritzels 3.
Infolge der geschlossenen oder in der Anfangsphase auch nur gedrosselten Ausströmöffnung 13 baut sich im Zylinderraum 16 ein Überdruck auf, der ein Kippen und Verschieben des Steuerkolbens 14 aus dem Zylinderraum 16 heraus bewirkt.
Die Folge ist, dass der Steuerkolben 14 seine schräge Stellung über den Austrittsöffnungen 17 des Führungsrohres 11 verläßt und den Ölvolumenstrom zunehmend einseitig in den Zylinderraum 16 lenkt. Das dann in den Zylinderraum 16 gelangende Öl verlangt eine Volumenvergrößerung des Zylinderraumes 16, der durch eine Verschiebung des Hohlkolbens 6 in Richtung A entsprochen wird. Dabei verkleinert sich das Volumen des Zylinderraumes 15, wobei das hier vorhandene Öl durch die geöffnete Ausströmöffnung 12 aus dem sich verkleinernden Zylinderraum 15 entweichen kann. Die Bewegungskraft in Richtung A wird so verstärkt.
Lässt die Drehkraft nach, d. h. es bedarf keiner Bewegungskraftverstärkung mehr, öffnet der Schieber 20 die Ausströmöffnung 13 infolge der Federkraft der hier befindlichen Tellerfeder 19, die beim Schließen gespannt (zusammengedrückt) wurde.
Mit dem Öffnen der Ausströmöffnung 13 findet ein Druckabbau durch das ausströmende Öl im Zylinderraum 16 statt und der Steuerkolben 14 bewegt sich unter der Federspannung der Federn 24 zurück in seine schräge Stellung über den Austrittsöffnungen 17.
Es stellt sich ein Strömungsgleichgewicht wie in der eingangs beschriebenen Leerlaufstellung ein, wobei der Hohlkolben 6 in seiner neuen Lage verbleibt. Diese verändert er in der beschriebenen Weise erst dann, wenn das Ritzel 3 nach links bewegt wird und eine Kraftverstärkung in Richtung B benötigt wird (9).
Dieser Vorgang beginnt mit dem Verschließen der Ausströmöffnung 13, dem Druckaufbau im Zylinderraum 15 und dem Umlenken des geteilten Volumenstromes aus dem Führungsrohr 11 einseitig in den Zylinderraum 15. Ansonsten verläuft der Vorgang analog wie bei der Verstärkung in Richtung A beschrieben.
10 zeigt eine Ausführung b), bei der bei grundsätzlich gleichem Aufbau des Bewegungsverstärkers der Steuerkolben 14 (vgl. 4–8) durch einen Ventilaufsatz 30 ersetzt wurde. Dieser Ventilaufsatz 30 ist fest auf dem Ende des Führungsrohres 11 angeordnet, wobei die Öffnung des Führungsrohres 11 mit verschließbaren Überströmkanälen 31, 32 innerhalb des Ventilaufsatzes 30 strömungstechnisch verbunden ist, von denen der Überströmkanal 31 in den Zylinderraum 15 und der Überströmkanal 32 in den Zylinderraum 16 mündet. Im Ventilaufsatz 30 ist eine Verschließeinrichtung 33 in Form einer Kugel für die Überströmkanäle 31, 32 angeordnet, derart, dass bei einer Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen 15, 16 ein Überströmen von Fluid des Hydraulikkreislaufes 9 in den Zylinderraum 15 oder 16 mit dem kleineren Druck unterbunden ist und bei gleichen Drücken die Überströmkanäle 31, 32 in beide Zylinderräume 15, 16 geöffnet sind. Die Druckdifferenz entsteht, wie bei 7–9 beschrieben, durch ein Verschieben des Schiebers 20 infolge einer Ritzelbewegung bei einem Lenkvorgang.
In der dargestellten Ausführung weist der Ventilaufsatz 30 eine Kammer 34 auf, die zentrisch zum in die Kammer 34 mündenden Führungsrohr 11 angeordnet ist, wobei in die Kammer 34 die Überströmkanäle 31, 32 gegenüberliegend münden, so dass sie wechselseitig durch die durch eine Kugel gebildete Verschließeinrichtung 33 verschließbar sind.
Die als Verschließeinrichtung 33 eingesetzte Kugel ist lose in der Kammer 34 angeordnet, wobei der Kugeldurchmesser so bemessen ist, dass die Kugel die jeweilige Öffnung der Überströmkanäle 31, 32 verschließen kann. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der halbe Durchmesser der Kugel größer ist als der kleinste Abstand zwischen der Öffnung der Überströmkanäle 31, 32 und dem Boden 35 der Kammer 34.
Die Kammer 34 ist als Hohlzylinder ausgebildet, vorzugsweise mit einem leicht zentrisch nach außen gewölbten Boden 35, was zur Lagestabilisierung der Kugel in der Leerlaufstellung beiträgt.
In der dargestellten Ausführung wird der Ventilaufsatz 30 aus einem Kammerteil mit den Überströmkanälen 31, 32 und einem Ring zur Innenlagerung des Hohlkolbens 6 gebildet.
Die Überströmkanäle lassen sich so fertigungstechnisch vorteilhaft herstellen durch Bohrungen.
Bei einstückiger Ausfertigung des Ventilaufsatzes 30 ist es auch möglich die Überströmkanäle 31, 32 als durchgehende radiale Bohrungen im Ventilaufsatz 30 mit einer Seitenabzweigung in den jeweiligen Zylinderraum 15 oder 16 auszubilden, wobei die radialen Bohrungen außen durch den Hohlkolben 6 und/oder einen Stopfen verschlossen sind.
In den 11 und 12 ist die Stellung der als Verschließeinrichtung arbeitenden Kugel bei Bewegungskraftverstärkung in Richtung A bzw. Richtung B dargestellt. Die einzelnen Bewegungsabläufe sind unter 7–9 beschrieben

1: Getriebegehäuse
2: Eingangswelle
3: Ritzel
4: Antriebsstange
5: Verzahnung
6: Hohlkolben
7: Gehäuseraum innerhalb des Getriebegehäuses
8: Gehäuseraum innerhalb des Getriebegehäuses
9: Hydraulikkreislauf
10: Auslass zum Hydraulikkreislauf
11: Führungsrohr mit Anschluß zum Hydraulikkreislauf
12: Auslassöffnung(-en) aus dem Hohlkolben
13: Auslassöffnung(-en) aus dem Hohlkolben
14: Steuerkolben
15: Zylinderraum innerhalb des Hohlkolbens
16: Zylinderraum innerhalb des Hohlkolbens
17: Austrittsöffnung(-en) aus dem Führungsrohr
18: n. b.
19: Feder, vorzugsweise doppelt wirkende Tellerfeder
20: Schieber
21: Ringbuchse
22: n. b.
23: Durchströmöffnung(-en)
24: Feder
25: Feder
26: Ringbuchse
27: Ringbuchse
28: Öffnungen für Federn 26, 27
29: Stützprofile
30: Ventilaufsatz
31: Überströmkanal
32: Überströmkanal
33: Verschließeinrichtung
34: Kammer
35: Kammerboden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202008008765 [0007, 0008]

Claims

Bewegungskraftverstärker bestehend aus einer in einem Getriebegehäuse (1) angeordneten Eingangswelle (2) für eine Drehbewegung und einer aus dem Getriebegehäuse (1) herausführenden Antriebsstange (4) für eine translatorischen Bewegung, wobei auf der Eingangswelle (2) ein Ritzel (3) angeordnet ist, das mit einer Verzahnung (5), die mit der Antriebsstange (4) gekoppelt ist, kämmt und die Antriebsstange (4) mit einem hydraulisch in beide Richtungen der translatorischen Bewegung betätigbaren Kolben verbunden ist, wobei die Kolbenbewegung mindestens in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Eingangswelle (2) zur Verstärkung der durch das Drehmoment bewirkten translatorischen Kraft steuerbar ist und der dabei genutzte hydraulische Volumenstrom einem Hydraulikkreislauf (9) entstammt, wobei im Getriebegehäuse (1) ein Hohlkolben (6) translatorisch bewegbar angeordnet ist und der Hohlkolben (6) beidseitig mit dem Getriebegehäuse (1) je einen Gehäuseraum (7, 8) bildet, wobei die beiden Gehäuseräume (7, 8) miteinander strömungstechnisch verbunden sind und ein Gehäuseraum (7) über einen Auslass (10) verfügt, oder beide Gehäuseräume (7, 8) über je einen Auslass (10) verfügen, wobei der oder die Auslässe (10) mit dem Hydraulickreislauf (9) gekoppelt sind, der Hohlkolben (6) mit der Antriebsstange (4) verbunden ist, in den Hohlkolben (6) stirnseitig und abgedichtet ein Führungsrohr (11) geführt ist, das mit dem Getriebegehäuse (1) fest verbunden ist und das an den Hydraulikkreislauf (9) angeschlossen ist, im Hohlkolben (6) sich innenwandig ein auf dem Führungsrohr (11) angeordneter Steuerkolben (14) dichtend abstützt, so dass beidseitig Zylinderräume (15, 16) gebildet sind, die über jeweils mindestens eine verschließbare Ausströmöffnung (12, 13) in einen der Gehäuseräume (7, 8) oder in die strömungstechnische Verbindung zwischen den Gehäuseräumen (7, 8) verfügen, der Hohlkolben (6) einen Schieber (20) aufweist, der mit der Verzahnung (5) für das Ritzel (3) zur Übertragung der Drehbewegung in die translatorische Hohlkolbenbewegung gekoppelt ist und der das Verschließen/Öffnen der Ausströmöffnungen (12, 13) steuert, wobei a) der Steuerkolben (14) begrenzt bewegbar auf dem Führungsrohr (11) angeordnet ist und bei der Bewegung auf dem Führungsrohr (11) je nach Stellung Austrittsöffnungen (17) aus dem Führungsrohr (11) in beide Zylinderräume (15, 16) oder in jeweils nur einen Zylinderraum (15 oder 16) freigibt, indem der Steuerkolben (14) begrenzt kipp- und verschiebbar auf dem Führungsrohr (11) angeordnet ist und durch beidseitig auf ihn asymmetrisch wirkende Federn (24, 25) in einer Stellung gehalten wird, in der Austrittsöffnungen (17) in beide Zylinderräume (15, 16) geöffnet sind, und zur Bewegungskraftverstärkung bei einem sich erhöhenden Hydraulikdruck sich der Steuerkolben (14) gegen die Kraft einer der Federn (24 oder 25) auf dem Führungsrohr (11) verschiebt und/oder gegenüber diesem kippt und dabei die Austrittsöffnungen (17) in einen Zylinderraum (15 oder 16) verschließt, oder b) der Steuerkolben (14) ein Ventilaufsatz (30) ist, der fest auf dem Ende des Führungsrohres (11) angeordnet ist, wobei die Öffnung des Führungsrohres (11) mit verschließbaren Überströmkanälen (31, 32) innerhalb des Ventilaufsatzes (30) strömungstechnisch verbunden ist, von denen jeweils mindestens ein Überströmkanal (31, 32) in jeweils einen der Zylinderräume (15, 16) mündet und im Ventilaufsatz (30) eine Verschließeinrichtung (33) für die Überströmkanäle (31, 32) angeordnet ist, derart, dass bei einer Druckdifferenz zwischen den Zylinderräumen (15, 16) ein Überströmen von Fluid des Hydraulikkreislaufes (9) in den Zylinderraum (15 oder 16) mit dem kleineren Druck unterbunden ist und bei gleichen Drücken die Überströmkanäle (31, 32) in beide Zylinderräume (15, 16) geöffnet sind.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (14) in seiner Lage auf dem Führungsrohr (11) und über den Austrittsöffnungen (17) durch jeweils seitlich angeordnete Ringbuchsen (26, 27) in der Kipp- und Verschiebebewegung begrenzt ist.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (11) im Hohlkolben (6) eine Ringbuchse (21) mit einer umlaufenden Nut aufweist, wobei in die Nut (22) die Austrittsöffnungen (17) münden und die Nutwände die seitliche Bewegungsbegrenzung für den Steuerkolben (14) bilden.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (17) zentrisch in die Nut oder den Zwischenraum zwischen den Ringbuchsen (26, 27) münden und deren Breite oder Durchmesser größer ist als die Steuerkolbenbreite.
Bewegungskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (24, 25) sich in Öffnungen (28) der Ringbuchsen (26, 27) abstützen.
Bewegungskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (24, 25) gekröpfte Blattfedern sind, die sich in Öffnungen (28), am Umfang der Ringbuchsen (21, 26, 27) angeordnet, abstützen.
Bewegungskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (14) auf dem Führungsrohr (11) mittels eines umlaufenden Stützprofils (29) kipp- und verschiebbar gelagert ist.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützprofil (29) einen rechteckigen oder zum Führungsrohr (11) hin trapezförmig zulaufenden oder dreieckig zulaufenden Querschnitt aufweist oder die Auflage auf dem Führungsrohr (11) durch eine Außenkrümmung gebildet ist.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützprofil (29) aus einem in eine Innennut des Steuerkolbens (14) eingesetzten Ring gebildet ist.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilaufsatz (30) eine Kammer (34) aufweist, vorzugsweise zentrisch zum in die Kammer (34) mündenden Führungsrohr (11) angeordnet, wobei in die Kammer (34) die Überströmkanäle (31, 32) gegenüberliegend münden, so dass sie wechselseitig durch die Verschließeinrichtung (33) verschließbar sind.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließeinrichtung (33) eine Kugel ist.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die als Verschließeinrichtung (33) eingesetzte Kugel lose in der Kammer (34) angeordnet ist, wobei der Kugeldurchmesser so bemessen ist, dass die Kugel die jeweilige Öffnung des Überströmkanals (31, 32) verschließen kann.
Bewegungskraftverstärker nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Durchmesser der Kugel größer ist als der kleinste Abstand zwischen der Öffnung der Überströmkanäle (31, 32) und dem Boden (35) der Kammer (34).
Bewegungskraftverstärker nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (34) als Hohlzylinder ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem zentrisch nach außen gewölbten Boden (35).
Bewegungskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmkanäle (31, 32) als durchgehende radiale Bohrungen im Ventilaufsatz (30) mit einer Seitenabzweigung in den jeweiligen Zylinderraum (15 oder 16) ausgebildet sind, wobei die radialen Bohrungen außen durch den Hohlkolben (6) und/oder einen Stopfen verschlossen sind.