DE2747842A1

DE2747842A1 - Integrales servolenkgetriebe

Info

Publication number: DE2747842A1
Application number: DE19772747842
Authority: DE
Inventors: Richard Harper Sheppard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1978-05-03
Also published as: IT1089888B; AU505589B2; SE8207327L; SE8207327D0; DE2747842C2; SE7712172L; BR7706037A; JPS5357627A; SE455594B; ES461892A1; GB1558110A; CA1074704A; SE432743B; US4088063A; AU2825177A

Description

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Integrales Servolenkgetriebe

Die Erfindung betrifft integrale Servolenkgetriebe, insbesondere ein Servolenkgetriebe, dessen Merkmale eine außerordentlich einfache und preisgünstige Herstellung sowie maximale Leistungsfähigkeit bei kurzer Kolbenabmessung hervorrufen.

Das Servolenkgetriebe mit einem Verteilerventil in dem Kolben, das in dem USA-Patent 3 o92 083 des Anmelders beschrieben ist,das den Kolben für ein Servolenksystem betrifft, ist gestaltungsmäßig sehr vorteilhaft und wird für das leistungsfähigste und zuverlässigste System mit den geringsten Herstellungskosten in der Industrie gehalten. Die Grundgestaltung wurde seit ihrer Einführung in den frühen sechziger Jahren für mehrere Modelle und Größen verwendet. Im Verlauf der Jahre sind zahlreiche Verfeinerungen, von denen manche patentiert sind, an dem Sheppard-Servolenksystem durchgeführt worden, jedoch ist bis heute die Grundgestaltung des Kolbens und des Lenkgetriebes im wesentlichen gleich geblieben.

In den vergangenen Jahren haben Automobilhersteller einschließlich Herstellern von Lastkraftwagen den Platz unter dem Frontende des Fahrzeuges mehr und mehr überfüllt mit zusätzlichen Zubehörteilen sowie größeren und stabileren Achsen, Motoren und anderen Bestandteilen. Zusätzlich zu dem Platzproblem bestand das Erfordernis, das Gewicht von einem Fahrzeug gegebener Größe zu trimmen, um die Nutzlast zu vergrößern und Kosten sowie Brennstoffverbrauch zu senken. Lastkraftwagenhersteller haben in ihrenNeukonstruktionen Verkürzungen des Fahrzeugchassis insbesondere des vorderen Endes vorgenommen. Dies alles hat Jedoch unvermeidlich zu technischen Schwierigkeiten bei der Durchführung der mecha-

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nischen Verbindung der Lenkwelle des Fahrzeuges mit der Antriebswelle des Lenkgetriebes geführt. Dies bedeutet, daß der Raum zwischen den zusammengreifenden Enden der Wellen so gekürzt und in anderer Weise zusammengedrängt wurde, daß Universalgelenke der Standardlenkgetriebe nicht länger arbeiten können, wodurch sich das Erfordernis nach anderen Gelenken, z.B. den teureren Kegelradgetriebekästen ergab.

Hieraus hat sich die Notwendigkeit zur Verkleinerung der Größe und des Gewichtes der Servolenkeinheit ergeben, insbesondere zur Verkürzung des Antriebswellenendes bei gleichzeitiger Steigerung der Leistung zur Eignung für die größer und größer werdenden Fahrzeuge mit größeren Nutzlasten.

V/eitere wesentliche Bereiche, die verändert werden mußten, um die gewünschten, verbesserten Ergebnisse mit dem neuen Servolenkgetriebe zu erzielen, sind :

1. Verbesserung der Möglichkeit und Wirksamkeit der Herstellung durch eine Änderung der Konstruktion, insbesondere des Kolbens und der Lagerkappe,

2. Erzielung einer verbesserten Umsteuerbarkeit in dem Ventil,

3. Erzielung einer verbesserten Umsteuerbarkeit des Arbeitskolbens und

4. konstruktionsmäßige Gestaltung derart, daß ein vollständigerFluidvolumenübergang erfolgt, ohne daß unerwünschtes Lecken zwischen Hochdruck- und Niederdruckzuführungsöffnungen vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Servolenksystem mit verkürztem Kolben und Gehäuse zur Erzielung neuer Raumausnutzung gegenüber vergleichbaren früheren Modellen zu

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schaffen. Das Servolenkgetriebe soll in dem Kolben ein Ventil aufweisen, bei dem die effektive Länge dadurch verkürzt ist, daß die Antriebswelle auf einem nach innen gerichteten Teil einer Lagerkappe gelagert ist, der in eine Aussparung in dem Kolben passend eingreift, wenn der Kolben sich gegen das Lagerkappenende bewegt hat.

Außerdem geht es bei der Erfindung darum, ein Lenkgetriebe wie beschrieben so auszustatten, daß es einen gesteigerten Wirkungsgrad bei überlegener Umsteuerbarkeit (Änderung oder Beginn der Bewegung) des Kolbens und des Ventils in diesem Kolben aufweist.

Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, 1. eine verbesserte Umsteuerbarkeit des Ventils durch optimale Anordnung des Ventil-Führungszapfens zu erreichen und 2. Fluidlagernuten auf der Unterseite des Kolbens gegenüber der Druckfluid-Einlaßnut anzubringen, um die Gegenkräfte auszugleichen und eine Schmierung zu erreichen, um hierdurch die Umsteuerbarkeit des Kolbens zu verbessern. Es sind den Druckeinlaßkanälen zugeordnete Schmieröffnungen so angeordnet,

Po daß unerwünschtes Lecken zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckfluid ausgeschlossen wird. Im übrigen werden die Herstellungstechniken in mehreren Zonen des Lenkgetriebes verbessert und es wird eine Technik zur Einarbeitung der Fluidöffnungen und Kanäle in den Kolben mit der geringsten

2J₅ Anzahl von Bohrvorgängen erzielt. Außerdem wird die Lagerkappe durch Bearbeitung in einem einzigen Werkzeug so hergerichtet, daß sowohl eine Hochdruckdichtung als auch eine äußere Wetter- oder Salzdichtung gemeinsam in die Lagerkappe eingesetzt werden können.

zahlreichen Gesichtspunkte der Erfindung einschließlich der Konstruktionsänderungen zur Verringerung der Größe und

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des Gewichtes der Einheit und zur Steigerung der Herstellungskapazität sowie die Änderungen zur Verbesserung der Umsteuerbarkeit der beweglichen Teile, bewirken gemeinsam die Schaffung eines verbesserten Servolenkgetriebes, das die derzeitigen Anforderungen erfüllt. Um die Servolenkeinheit gemäß der Erfindung in einen beengteren Raum einsetzen zu können und insbesondere den Abstand zwischen der Antriebswelle des Lenkgetriebes und dem Anschlußende der Lenksäule zu vergrößern, damit die Verbindung sich einfacher durchführen läßt, wurde das Ventil innerhalb des Kolbens des Lenkgetriebes bis etwa in die Mitte des Kolbens verlegt, damit eine Aussparung im Lagerkappenende des Kolbens angebracht werden konnte. Auf diese Weise kann das Lager für die Antriebswelle auf einem nach innen gerichteten Teil der Lagerkappe gelagert sein.

Eine abgestufte Bohrung zur Aufnahme des Lagers, der Lager-Sicherungsring und die beiden Hochdruck- und Wetterdichtungen können von einer einzigen Seite in einem einzigen Arbeitsgang angebracht werden. Dies ist durch Verwendung eines Einsatzringes zur Abstützung der Hochdruckdichtung möglich, wobei der Ring die Schulter zwischen der Hochdruckdichtung und der Schmierfettkammer für die äußere Wetterdichtung bildet.

Das Verteiler- oder Strömungsteilerventil innerhalb des Kolbens ist mit der Antriebswelle am Lagerkappenende verschraubt und der Ventilführungszapfen befindet sich in diesem Dereich, in dem das Ventil maximal abgestützt i:;t. Die Umsteuerbarkeit oder die Fähigkeit des Ventils, sich aus einer zentrierten Position herauszulösen, wird unter diesen Umständen verbessert, weil der Führungszapfen und die Paßnut bei minimalem Widerstand frei gleiten können. Der Einfluß leichter Ablenkungen der Teile, die während

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Zeiten hoher dynamischer Drehleistungen an dem Lenkgetriebe auftreten können, wird bei der neuen Konstruktion aufgehoben, d.h. der Führungszapfen befindet sich im wesentlichen gegenüber dem Ausgangszahnrad,wenn die Antriebs· welle mit dem Ventil in der Nähe des FUhrungszapfens verschraubt ist.

Zur Erzielung eines vollständigen Kolbenarbeitsbereiches bei Wegbewegung des Kolbens vom Lagerkappenende ist das Ventil von radialen Hochvolumen-Bypassöffnungen durchsetzt, die unmittelbar mit dem Inneren des Kolbens in Verbindung stehen. Die Bypassöffnungen sind außerhalb des Gewindes der Antriebswelle gegen das Innere des Kolbens vorgesehen. Es wird eine direkte maximale Fluidströmung gewährleistet und damit eine maximale Umsteuerbarkeit und Ansprechbarkeit des Kolbens erzielt.

Die Umsteuerbarkeit des Kolbens wird außerdem dadurch verbessert, daß Fluidlagerzonen entlang der Unterseite des Kolbens im Bereich der Zahnstange vorgesehen sind. Diese Bereiche ergeben sich durch längsverlaufende Nuten, denen Hochdruckfluid durch Verbindung mit dem Hochdruck-Fluideinlaßkanal zugeführt wird. Diese Druckzonen befinden sich auf der Seite gegenüber dem Einlaßkanal und damit gleichen sie die Kraft des Fluidlagers aus, die von dem Einlaßkanal und dem Zuführungsschlitz auf der Oberseite des Kolbens erzeugt wird. Die Kräfte des Kolbens sind damit im wesentlichen ausgeglichen und diese allseitige Schmierung lagert den Kolben derart, daß die Empfindlichkeit des Kolbens für ein Eingangssignal beträchtlich verbessert wird.

Zur zusätzlichen Verbesserung der Umsteuerbarkeit wurde die Konstruktion der längsverlaufenden Einlaßkanäle geändert. Zunächst wurde das Volumen des Fluidstromes vergrößert, was die Empfindlichkeit steigert, weil das Fluid

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sich schneller von und zu den Enden des Kolbens bewegen kann. Zu diesem Zweck sind wenigstens zwei ZufUhrkanäle an jedem Ende des Kolbens mit einem Anschlußleitungsteil durch die ringförmige Zuführungsnut des Ventils vorgesehen. Zur Vereinfachung der Herstellung bildet ein einziges Bohrloch durch den Kolben die Anschlußleitungsteile. Durch Bohrung der beiden Anschlußleitungsteile von gegenüberliegenden Seiten schaffen die offenen Seitenöffnungen Ausgleichsschmierungen auf den beiden Seiten des Kolbens. Zusätzlich zu den Fluidlagern oben und unten ist der Kolben nun im wesentlichen auf Fluidlagerzonen um seinen Umfang gelagert. Dies hat zur Folge, daß die zur Bewegung des Kolbens aus einer statischen Position erforderliche Lösekraft gering ist, wann immer eine Lenkkorrektur durchgeführt werden muß.

Da die Öffnungen im Abstand zueinander liegen, wird erreicht, daß unerwünschtes Lecken zwischen Hochdruck und Niederdruck vermieden wird.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Kolbens können sich die Lagernuten auf der Unterseite des Kolbens um die Enden der Zahnstange erstrecken. Die Zone oder der Abdruck des von den Nuten gebildeten Fluidlagers hat zu der Zahnstange einen Abstand, der ausreicht, um jedes unzulässige Lecken zu der das Ausgangs zahnrad enthaltenden Niederdruckkammer zu verhindern.

Jedes Fluidlager ist selbstkorrigierend, indem eine gesteigerte Kraft auf einer Seite des Kolbens eine proportionale Steigerung des Druckes in dem Fluidlager auf der gegenüberliegenden Seite hervorruft.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Darüberhinaus schließt die Erfindung zahlreiche andere und abweichende Ausführungsmög-

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Henkelten ein.
Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt längs der Längsachse des Servolenkgetriebes mit dem verkürzten Kolben und der zugehörigen Konstruktion,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 zur Veranschaulichung der Anordnung des Ventllführungszapfens,

Flg. 3 einen Teilquerschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2 zur Veranschaulichung des VentiIfuhrungszapfens aus einer anderen Perspektive,

Fig. 4 den Querschnitt einer Einzelheit einer abgewandelten Form einer Hochdruckdichtung auf der Antriebswelle,

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 1 zur Veranschaulichung verschiedener öffnungen und Kanäle in dem Kolben,

Fig. 6 eine Unteransicht des Kolbens zur Darstellung der Fluidlagernuten,

Fig. 7 eine weggebrochene Unteransicht des Kolbens zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform mit Lagernutverlängerungen,

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 5, wobei der Deutlichkeit halber das Ventil weggelassen wurde, zur Veranschaulichung der Hochvolumen-Übergangskanäle und der gegenüberliegenden Seitenöffnung für den Kolben und

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Fig. 9 einen Teilquerschnitt längs der Linie 9-9 der Fig.2 zur Veranschaulichung der Druckentlastungskonstruktion des Zahnrades und des Fluidanschlussesan die Zuführungsringnut.

^lj Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten AusfUhrungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Servolenkgetriebe Io im Gesamtquerschnitt. Das Getriebe Io enthält Grundbestandteile, an denen Konstruktionsänderungen vorgenommen wurden, um die Arbeitsleistung zu verbessern und die Herstellungskosten herabzusetzen. Zum besseren Verständnis dieser Merkmale der Erfindung sind die Grundbestandteile des Getriebes wie folgt numeriert worden:

Arbeitskolben 11; den Zylinder 13 bildendes Getriebegehäuse 12; Lagerkappe 14 an einem ersten Ende des Zylinders und Zylinderkopf 13 am gegenüberliegenden oder zweiten Ende des Zylinders; Ausgangsgetriebe 16 auf der Abtriebswelle 17, die von der Zahnstange 18 auf dem Kolben 11 betätigt wird und das Ausgangsgetriebe 16 umgebende Niederdruck-Auslaßkammer 19.

Gemäß der Erfindung ist ein hin- und herbewegliches Verteilungsschieberventil 2o in dem Kolben 11 im wesentlichen in dessen Mitte beinahe unmittelbar über dem Ausgangsgetriebe 16 angeordnet. Halteringe 21,22 an gegenüberliegenden Enden des Ventilschiebers 2o zentrieren das Ventil zwischen kalibrierten Scheibenfedern 23»24 und dienen zur Verstärkung des Kolbens an Stellen, die in gleichmäßigem Abstand zum Ausgangs zahnrad 16 liegen (Fig. 1). Die Kolbenendkappe 22a verursacht eine weitere Verstärkung und verschließt das Kolbenende.

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Eine Antriebswelle 25 ist mit einem Gewinde versehen und mit dem Ventilschieber 2o über ein Gewinde 26 verschraubt. Durch das Gewinde 26, die Zentrierung des Ventilschiebers 2o und die Tatsache, daß ein Zapfen 27 etwa unmittelbar gegenüber der Zahnstange 18 und das Ausgangszahnrad in senkrechter Ebene angeordnet sind (Fig. 1 und 2) wird das Ventil in dem Kolben vollständiger stabilisiert und von äußeren Ablenkkräften im wesentlichen frei gehalten, die durch sehr hohe Drehmomente während der dynamischen Betätigung des Getriebes auftreten können. Der Haltering 21 neben der Lagerkappe \k, der den Kolben verstärkt, befindet sich in unmittelbarer Nähe des Führungszapfens 27. Es hat sich gezeigt, daß das Gewindeende des Ventils in der Nähe der Antriebswelle 25 (mit der Lagerkappe 14 versehenes Ende des Kolbens) zur Anbringung des Führungszapfens 27 besser geeignet ist (siehe auch Fig. 2 und 3)·

Der Führungszapfen 27 weist einen abgeflachten Bereich 27a auf, der in einer Führungsnut 28 in der der Lagerkappe zugewandten Nase des Ventils arbeitet. Wegen der großen Stabilität des Ventils insbesondere in seinem Querschnitt, ist die Reibung zwischen der abgeflachten Fläche 27a und der Nut 28 selbst unter hohen Drehmomentbedingungen verringert. Der Ventilschieber wird leichter hin- und hergeschoben, als bisher, wenn der Zapfen im Bereich des gegenüberliegenden Endes des Ventils in einer Ebene von etwa 9o zur Zahnstange angeordnet wurde. Bei der neuen Konstruktion,bei der der Zapfen 27 im wesentlichen gegenüber dem Ausgangszahnrad 16 (Fig. 2) angeordnet ist, haben leichte Seitenablenkungen des Ventilschiebers während hoher Dreh» momentperlöden keinen Einfluß auf die freie Verschiebungsbewegung in der Paßnut 28. Die Umsteuerbarkeit wird verbessert, da daß "break-loose"-Niveau der Kraft für das Ventil während der Betätigung der Antriebswelle 25 unter dem weiten Bereich der Lasten auf dem Getriebe konstant gehalten wird.

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Unmittelbar hinter dem gegen das Innere des Kolbens gerichteten Ende des Gewindes 26 sind mehrere Bypassöffnungen 29 vorgesehen, die dazu dienen, den Druck im Innern des Kolbens demjenigen anzugleichen, der in dem ersten Ende ^ (Lagerkappenende) des Zylinders I3 herrscht. Dies bedeutet, daß der gesamte Flächenbereich des Kolbens neben dem ersten Ende für den Kraftausgang wirksam wird, d.h. daß gegen die Innenfläche der Kappe 22a,die dem Querschnitt der Antriebswelle 25 entspricht, voller Hydraulikdruck wirkt, so daß diese Innenfläche zur Erzeugung der Abtriebskraft wirksam ist. Die zusammengesetzte Größe der Bypassöffnungen 29 reicht aus, um den vollen VoIurnenübergang des Fluids zuzulassen, damit eine noch bessere Umsteuerbarkeit des Kolbens während des dynamischen oder unausgeglichenen Betriebes des Kolbens erreicht wird.

Durch die physikalische \fersetzung des Verteilungsschieberventils 2o gegen die Mitte des Kolbens wurde bei dem neuen Lenkgetriebe die effektive Länge des Kolbens 11 verringert. Sehr wesentlich ist, daß aufgrund dieser Konstruktionsänderung die Lagerkappe 14 nach innen verlegt werden konnte, wodurch zusätzlich Platz für den Anschluß der Lenksäule mit Hilfe einer einfachen Universalgelenkverbindung geschaffen wurde. In dem ersten Ende des Kolbens 11 ist eine Aussparung 3o ausgebildet, die ihrerseits ermöglicht, daß das Lager 3I für die Antriebswelle 25 in einem nach innen ragenden Ringteil 32 untergebracht werden kann, der in die Aussparung 30 eingreift, wenn der Kolben vollständig gegen das Lagerkaρpenende gefahren ist. Sicherungsmuttern 33»34 greifen mit den äußeren bzw. inneren Laufkränzen des Lagers 31 zusammen. Die Verringerung der Größe und diese sich hieraus ergebenden Vorteile werden durch Vergleich der Fig. 1 dieser Anmeldung mit Fig. 1 des vorstehend erwähnten früheren USA-Patentes 3 o92 083 des Anmelders ersichtlich.

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Die Zentralbohrung 39 der Lagerkappe 14, die das Lager 31 aufnimmt, enthält vorteilhaft sowohl ein inneres Hochdruckdichtorgan 4o als auch eine äußere Wetter- oder Salzdichtung 41. Durch einen Schmiernippel 42 kann zwischen die Dichtungen Fett gepreßt werden. Wichtig ist, daß alle Stufen in der Bohrung 39 in die gleiche Richtung weisen, so daß während der Bearbeitung die inneren Bearbeitungsvorgänge sich von einer Seite der Lagerkappe 14 aus durchführen lassen. Dies ist dadurch möglich, daß zwischen den Dichtungen ein Einsatz-Stützring 43 verwendet wird, der eine volle Schulter bildet, gegen die die Hochdruckdichtung 4o gehalten wird. Der Stützring wird als gesondertes Teil eingesetzt und deshalb ergibt sich die volle Schulter,ohne daß die Lagerkappe während der Herstellung von beiden Seiten bearbeitet werden muß. Die drei maßgebenden Durchmesser der Bohrung 39 unterscheiden sich nur minimal, damit der Durchmesser des Ringteiles 32 verringert wird, wodurch eine maximale Konstruktion^ festigkeit im ersten Ende des Kolbens 11 um die Aussparung 3o herum ermöglicht ist.

Unter Verwendung des Einsatζ-Stützringes ist eine abgewandelte Ausführungsform der Hochdruckdichtung möglich. Zu diesem Zweck weist gemäß Fig. 4 der ringförmige Einsatz-Stützring 43a eine Querschnittsabschragung auf, die gegen die Innenseite des Getriebes gerichtet ist. Eine billige

2^lj und außerordentlich wirksame Schleifdichtung 4oa von im wesentlichen gleicher Dicke um den gesamten Umfang.kann nun verwendet werden. Der innere Hochdruck drückt die Dichtung gegen die Abschrägung, wenn die innere Lippe gegen die rotierende Welle abdichtend anliegt. Wie bei der Standarddichtung ist eine Ringbandfeder eingesetzt.

Aus dem Vorangegangenen ist ersichtlich, wie die Bewegung des Ventils gegen die Mitte des Kolbens und die Verlegung des Führungszapfens 27 sowie die Umgestaltung der Lagerkappe 14 nicht nur einen verbesserten Betrieb des Ventils

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bei der Umsteuerung und Vorteile bei der Herstellung mit sich bringen, sondern auch zu einem integralen Servolenkgetriebe mit einem Ventil in dem Kolben führen, bei dem der Kolben und das Getriebe selbst beträchtlich verkürzt sind. Mit diesen Vorteilen gekoppelt sind zusätzliche Maßnahmen bezüglich der Fluidführung und Weiterleitung innerhalb des Lenkgetriebes gemäß der Erfindung und der Fluidlager zur Lagerung des Kolbens,die die Wirksamkeit der neuen Lenkgetriebeanordnung verbessern.

Gemäß Fig. 1 ist die nicht gezeichnete Druckquelle oder Pumpe an das Lenkgetriebe 11 über eine Einlaßöffnung 5o angeschlossen, von der ein Fluideinlaßkanal 51 mit einem Schlitz 51a ausgeht, der bei jeder Stellung der Kolbenbewegung längs des Zylinders 13 eine ununterbrochene Fluidic zuführung erlaubt. Der Einlaßkanal 5I mündet in eine Ringnut 52 in der Kolbenbohrung in der Mitte des Verteilungsschieberventils 2o. Hingnuten 53 und 5^ in der Außenfläche des Ventils 2o teilen das aus der Ringnut 52 eintretende Hochdruckfluid in zwei gleiche Teile, wenn das Getriebe im Bereitstellungs- oder Gleichgewichtszustand ist. Äußere Ringnuten 55,56 stellen die Verbindung zum Auslaß des Fluidstromes durch Auslaßkanäle 58,59 am Boden des Kolbens zur Auslaßkammer 19 her (I¹¹Ig. 5)· Durch eine Auslaßöffnung 80 wird das abgelassene Fluid zu dem nicht gezeichneten Systembehälter zurückgeführt.

Die Ringnuten 53» 5^ vermitteln außerdem eine Verbindung mit den Hauptlängszuführleitungen, die das Fluid zu und von den gegenüberliegenden Enden des Kolbens 11 und dem Zylinder 13 führen. Zuführleitungen 85,86 (Fig. 8) dienen zur Ubertragung des Fluids zu und von dem ersten Ende oder Lagerkappenende (in Fig. 1 links). Zuführleitungen 87,88 stellen die Verbindung für das Hydraulikfluid zu und von dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens und Zylinders her.

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Wenn der Pluidstrom gleichmäßig aufgeteilt ist, füllt im wesentlichen der gleiche Fluiddruck alle vier Leitungen und entweicht kontinuierlich durch die Nuten 55»56 und die Leitungen 58,59* so daß der Kolben im Glelchgewichtszustand bleibt.

Die Verbindung zwischen den Leitungen 85,86 und 87,88 mit den Zuführungsringnuten 53,5^ ergibt sich durch neue Anschlußleitungsteile 89 bzw.9o. Wie Fig. 8 zeigt, verlaufen die seitlichen Leitungsteile 89,90 nicht vollkommen durch den Kolben 11 und sind von gegenüberliegenden Seiten gebohrt. Hierdurch ergeben sich zwei Seitenöffnungen 91,92, in deren Mitte sich die Ringnuten 53,5^ befinden und die gegen entgegengesetzte Seitenwände des Kolbens 11 öffnen. Diese Anordnung ist außerordentlich wirksam, um das erforderliche große Strömungsvolumen des Hydraulikfluids zu und von den Enden des Zylinders während des dynamischen Betriebes des Getriebes zu ermöglichen.

Wenn zum Beispiel eine Lenkung gefordert wird, die eine Bewegung des Kolbens 11 gegen das Lagerkappenende erfordert, wird das Ventil 2o in Fig. 1 nach links bewegt. Die Strömungsteilung ist sofort unausgeglichen, wenn das Hochdruckfluid, das durch die Zuführringnut 54, die divergierenden Abschnitte des Teiles 89 und die Zuführleitungen 85,86 zum rechten Ende des Kolbens strömt, Druck aufbaut, der eine sofortige Bewegung des Kolbens 11 in eine neue Position hervorruft, in der die Strömung wieder gleichmäßig aufgeteilt ist. Wenn sich der Kolben 11 bewegt, wobei die Bewegung des Ventilschiebers 2o gesteuert wird, wird das linke Ende des Zylinders I3 genauso schnell durch die Gesamtvolumen-Zufuhrleitungen 87,88 entleert, die den Leitungsteil 9o, die Ringnut 53, die Auslaßringnut 55 und die Auslaöleitung 58 mit der Auslaßkammer 19 verbinden.

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Durch diesen einen erfindungsgernäßen Gesichtspunkt betreffend die erwünschte Vollvolumen-Fluidströmung wird die Umsteuerbarkeit verbessert, das ist die Fähigkeit des Kolbens, sich als Antwort auf ein Eingangssignal von dem auf die Welle 25 ausgeübten E ingang sdrehm otne nt rasch und genau in eine neue Stellung zu bewegen, wobei die Lenkaktion hervorgerufen wird.

Das gleiche Merkmal ist auch aus anderem Grunde wichtig. Da der Kolben 11 von dem Zylinder 13 gehalten wird, und in diesem hin- und herbeweglich ist, wird die Mündung der seitlichen öffnungen 91,92 von der Zylinderwand verschlossen. Eine sehr begrenzte Fluidmenge drückt sich unter dem von der Pumpe erzeugten Hochdruck nach außen in diesen Raum zwischen die Kolben- und Zylinderwände. Das Herausdrücken des Fluids radial nach außen um die Mündung dieser Öffnungen bildet ein Fluidlager, das die Seiten des Kolbens in wirksamer Weise schmiert und lagert.

Diese Schmierung und Lagerung führt zu einer leichteren Überwindung der anfänglichen statischen Reibung, wodurch zusätzlich die Umsteuerbarkeit des Kolbens 11 verbessert wird. Im Falle der Lenkung ist natürlich der Druck in den Anschlußleitungsteilen 89,90 zeitweise unausgeglichen. Unerwünschtes Lecken zwischen den Mündungen der öffnungen wird jedoch durch die öffnungen 91»92 verhindert, die von gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 11 gebohrt sind und daher in ausreichendem Abstand liegen, um dies zu verhindern.

Entlang den oberen und unteren Teilen des Kolbens 11 sind zusätzliche Fluidlager vorgesehen. Eintretendes Druckfluid wird durch den längsgerichteten Verteilerschlitz 5I& ^an das Ventil 2o innerhalb des Kolbens weitergeleitet und zwar bei jeder Stellung des Kolbens entlang des Zylinders 13·

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Hochdruckfluid von der öffnung 50 füllt den Schlitz 51a und bildet ein Fluidlager ähnlich dem vorstehend beschriebenen, wobei die Wirkungszone etwas größer als der Umfang des Schlitzes ist. Das diesen Lagerbereich füllende Druckfluid erzeugt eine seitliche Kraft auf der Oberseite des Kolbens (Fig. 1) gegen das Ausgangszahnrad 16 an der Unterseite. In dynamischem oder unausgeglichenem Betriebszustand ist das gegen die Zahnstange 18 arbeitende Ausgangszahnrad 16 bestrebt, diese Kraft auszugleichen. Zu anderen Zeiten, z.B. im statischen-oder Gleichgewichts-Zustand (ohne Lenkaktion), ist jedoch die Kraft bestrebt, den Boden des Kolbens gegen die Bodenwand des Zylinders 13 zu schieben.

Es hat sich gezeigt, daß dieser seitlich oder nach unten auf den Kolben 11 wirkenden Kraft zu ihrer Überwindung am besten entgegengewirkt wird, indem Fluidlagernuten vorgesehen werden, die an den Seiten der Zahnstange 18 in der Nähe des Kolbenbodens längsverlaufen. Die Nuten sind so gestaltet, daß sie begrenzte Druckbereiche schaffen (strichpunktierte Linie in Fig. 6), um die von der Druckzone um den Verteilerschlitz 51a erzeugte Kraft vollkommen auszugleichen oder aufzuheben. Ferner korrigieren sich die Kräfte dadurch selbst, daß bei geringfügigster Abnahme der engen Toleranzabstände zwischen den beiden Gleitflächen, z.B. durch die zusätzliche Wirkung des Zahnrades 16 gegen die Zahnstange 18, die das obere Fluidlager um den Schlitz 51a quetschen will, der Gegendruck des Fluids in dem Schlitz zunimmt und dies wiederum die wirksame Gegenkraft dieses Kluidlagers wie gewünscht steigert. Der Druck wird in umgekehrtem Verhältnis zu dem Abstand zwischen den Kolben- und Zylinderwänden verändert.

Die Fähigkeit des Kolbens zur Überwindung der statischen Reibung ist nun sehr stark verbessert, da der Kolben 11 Kluidlager um im wesentlichen seinen gesamten Umfang aufweist.

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Die öffnungen 9I, 92 und die Lagernuten 93,94 haben zueinander und zu der Niederdruckzone um die Zahnstange 18 und die Enden des Kolbens ausreichenden Abstand, so daß sich nur unbedeutendes Lecken zwischen Hoch- und Niederdruckzonen feststellen läßt. Daher gibt es keinen meßbaren Verlust an dem zur Verfugung stehenden Arbeitsfluiddruck, der in Lenkaktion umgewandelt werden soll.

Versuche haben gezeigt, daß die Wirksamkeit des Lenkgetriebes (gemessen in Begriffen der Umsteuerbarkeit oder des Losbrechens "break-loose" des Kolbens zur Erzeugung der Lenkwirkung) unter Verwendung dieser erfindungsgemäßen Merkmale etwa 12#(zwölf Prozent) bis 2o# (zwanzig Prozent) erhöht worden ist. Die größte Leistungssteigerung (15$ bis 2o#) ergibt sich unter Bedingungen, die in der Technik als "Lugging"-Bedingungen bekannt sind, z.B. bei einem stillstehenden Lastkraftwagen, der mit leerlaufendem Benzinmotor und einer vollbelasteten Frontachse in tiefem Morast gelenkt wird. Bei normaleren Fahrbedingungen,bei denen sich das Fahrzeug mit gemäßigter Geschwindigkeit auf Pflaster bewegt, werden die unteren, jedoch immer noch außerordentlich beträchtlichen Prozentsteigerungen erzielt.

Wie Fig. 7 zeigt, kann eine wahlweise Fluidlagernut Verlängerungen 93a,94a aufweisen, die sich um die Enden der Zahnstange 18 erstrecken. Hierdurch ergibt sich ein größerer Lagerflächenbereich einschließlich zusätzlicher Zonen über beiden Enden des Kolbens,und unter gewissen Bedingungen dient dies zur Verbesserung der Umsteuerbarkeit bei weiterer Verringerung der statischen Reibung des Kolbens 11.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Lagernuten 93,94 im Querschnitt V-förmig sind. Die Nuten werden durch Zuführbohrungen 95 bzw. 96 gespeist. Diese Bohrungen stehen mit der F.inlaßringnut 52 in Verbindung, wie der Querschnitt der

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Figur 5 erkennen läßt. Die Ringnut 52 steht auch mit einer RUckflußbohrung 97 in Verbindung, die ihrerseits in die längsverlaufende Auslaßleitung 98 mündet.(Fig. 9). An der Bewegungsgrenze des Kolbens auf der einen und der anderen Seite des Zylinders hebt ein Anschlagteil 99 ein Kugelventil loo ab, so daß der Druck in der Ringnut 52 durch die jeweiligen Leitungsbohrungen zur Auslaßkammer I9 entweicht.

Wenn das Lenkgetriebe daher in dieser oder jener Richtung volle Fahrposition eingenommen hat, ist der Druck in den Fluidlagern um den Kolben gleich, Jedoch niedriger (im wesentlichen Austrittsdruck). Wenn der Kolben sich von dem Anschlagteil 99 wegbewegt hat, schließt sich das Ventil loo und die Seiten des Kolbens sind wieder voll geschmiert.

I^ Zur zweckmäßigsten Herstellung des Kolbens 11 wird die Zufuhrbohrung 96 radial zu der Ubergangsbohrung 97 ausgerichtet, so daß nur ein einziger Bohrvorgang von einer Seite her erforderlich ist. Die schmale Nut 97 begrenzt den tatsächlichen Fluidstrom und hält den Umkreis (print) auf einer gleichen Größe wie denjenigen, der von der entsprechenden Nut 93 auf der gegenüberliegenden Seite der Zahnstange 18 erzeugt wird.

Aus dem Vorangegangenen läßt sich ersehen, daß die Konstruktion des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes wesentliche Vorteile insofern bietet, als sie kompakter und leichter ist, während sie gleichzeitig leistungsfähiger bei der Umformung des Hydraulikdruckes in eine Lenkkraft für ein Fahrzeug ist. Die Größe des Kolbens 11 und des Gehäuses wird beträchtlich verkürzt,und die Lagerkappe 14 wird ebenfalls in ihrer Abmessung außerhalb der Einheit verringert, indem der nach innen ragende Ringteil 32 zur Montage des Lagers 3I der Antriebswelle 25 benutzt wird.

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Die Verlegung des Führungszapfens 27 bringt neue Wirksamkeit in bezug auf die Umsteuerbarkeit des Ventils 2o. Der Führungszapfen 27 befindet sich gegenüber dem Ausgangszahnrad 16 in dem Bereich größter Verstärkung und Stabilität in der Nähe der Gewindeverschraubung 26 mit der Antriebswelle 25. BypassÖffnungen 29 in dem Ventil 2o dienen der Fluidübertragung zum Inneren des Zylinders, damit das Druckfluid in beiden Richtungen gegen die gesamte Fläche des Kolbens 11 arbeiten kann.

Seitliche Öffnungen 9I, 92 dienen der Schmierung der Kolbenseiten und Fluidlagernuten 93» 9^ schmieren den Boden des Kolbens 11 zum Ausgleich der Kraft des Fluiddruckes, der um den Fluideinlaßkanal 5I Lind den Fluidverteilerschlitz 51a herrscht. Fluidlager, die auf diese Weise um den Kolben mit Abstand verteilt sind, vergrößern die Fähigkeit des Kolbens erheblich, sich zur Lenkwirkung in Bewegung zu setzen und damit leistungsfähig arbeiten zu können.

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Claims

Ansprüche

1. Integrales Servolenkgetriebe , gekennzeichnet durch einen hin- und herbeweglichen Kolben (11) in einem Zylinder (13); ein Ventil (2o) zur selektiven Verteilung von Druckfluid zu den Enden des Zylinders (13) zur Lenkwirkung; Mittel (5o,5l) auf einer Seite des Kolbens zur Erzeugung einer Seitenkraft und Fluidlagernuten (93,94) auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens zur Zuführung von Hochdruckfluid zwischen den Kolben (11) und den Zylinder (13), damit eine ausgleichende Seitenkraft vorhanden ist, die die auf den Zylinder wirkende Kraft im wesentlichen ausgleicht und die Umsteuerbarkeit des Kolbens verbessert.

2. Servolenkgetriebe nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , daß Kanäle zur Verbindung zwischen Jedem Ende des Kolbens (11) und dem Ventil (2o) zwei längsverlaufende Zuführleitungen (85,86 und 87.88) aufweisen, die eine vergrößerte Strömungskapazität zu dem Zylinder hervorrufen, um die Umsteuerbarkeit zu verbessern, wobei die Zuführlei-

tungen um den Kolben getrennt sind, und daß zu jedem Zui'ührleitungspaar ein seitlicher Anschlußleitungsteil (89 und 9o) gehört, der mit dem Ventil verbunden ist und eine seitliche Öffnung (91,92) auf einer Seite des Kolbens bildet, wobei Druckfluid von den beiden Öffnungen die gegenüberliegenden Seiten des Kolbens im wesentlichen ins Gleichgewicht bringt und schmiert.

- Servolenkgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußleitungsteile (89,9o) parallel zueinander seitlich durch den Kolben (11) verlaufen, wobei der eine Teil (89) die seitliche Öffnung (91) auf einer Seite des Kolbens und der andere Teil (90) seine seitliche Öffnung (92) auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens aufweist und diese im Abstand vorgesehen ist, um unerwünschtes Lecken von den Hochdruck- zu den Hiederdruckkanalen zu vermeiden.

. Servolenkgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Ventil (2o) innernalb des Kolbens (11) zur selektiven Verteilung von Druckfluid zu einem ersten und einem zweiten Ende des Kolbens innerhalb des Zylinders (13) zur Lenkwirkung; durch eine Lenkantriebswelle (25), die mit dem Ventil (2o) wenigstens im Bereich des ersten Endes des Kolbens in Wirkverbindung steht; durch Ausgangsmittel (16,18), die mit dem Kolben zusammerigreifen und durch ein Lager (3I) und eine Lagerkappe (14), die einen nach innen gerichteten Ringteil (32) aufweist, der die Antriebswelle (25) im Rereich des ersten Endes des Kolbens trägt, wobei das Ventil (2o) innerhalb des Kolbens in diesem gegenüber den Ausgangsmitteln (16,18) durch Haltemittel (21,22) im Bereich seiner Enden zentriert gehalten ist und durch eine Aussparung (30) im Bereich des ersten Endes des

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Kolbens,in die der Ririgteil (32) der Lagerkappe (14) hineinpaßt, wodurch die Länge des Servolenkgetriebes mit dem Ventil innerhalb des Kolbens verkürzt wird.

5. Servolenkgetriebe nach Anspruch 4 , gekennzeichnet durch Bypasskanäle (29) zur Zuführung von Fluid zum Inneren des Kolbens in der Nähe des zweiten Endes zur Schaffung eines vollen Kolbenarbeitsbereiches.

6. Servolenkgetriebe nach Anspruch 4 , gekennzeichnet durch Führungszapfen (27), die sich zwischen dem Ventil (2o) innerhalb des Kolbens und dem ersten Ende des Kolbens erstrecken, um das Ventil zu führen und seine Drehung zu verhindern.

7. Servolenkgetriebe nach Anspruch 5 » dadurch gekennzeichnet , daß die Dypasskanäle ßypassöffnungen (29) aufweisen, die im wesentlichen radial durch das Ventil hindurchverlaufen und direkt mit dem Inneren des zweiten Endes des Kolbens in Verbindung stehen.

R. Servolenkgetriebe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zentrale Bohrung (39) mit abgestuftem Durchmesser in der Lagerkappe (14), und durch eine in der Bohrung angeordnete innere Hochdruckdichtungseinrichtung (4o), die ein Hochdruckdichtorgan (4o) lind einen Einsatz-StUtzring (43) aufweist, der als gesondertes Teil in die Bohrung der Lagerkappe eingesetzt ist.

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9. Servolenkgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine äußere Wetterdichtung (41) in der Bohrung der Lagerkappe im Bereich des äußeren Endes angeordnet ist,und daß die Wetterdichtung an einem Teil geringeren Durchmessers als derjenige für die Hochdruckdichtung angeordnet ist, um die Bearbeitung von der Innenseite der Lagerkappe zu erleichtern.

10. Servolenkgetriebe nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daß der Stützring als keilförmiger Kreisring (42a) ausgebildet ist, daß der keilförmige Ring eine Schleifdichtung (4oa) unter schräger Stellung gegen die Innenseite des Lenkgetriebes lagert, und daß die Schleifdichtung im wesentlichen gleiche Dicke um den gesamten Umfang aufweist, wodurch der Materialbedarf für die Schleifdichtung verringert wird.

11. Servolenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagernuten (93>9Ό in Längsrichtung längs des Kolbens verlaufen.

12. Servolenkgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß an den Enden des Kolbens Nutenverlängerungen(93a,94a) der Lagernuten gegeneinander gerichtet sind, die verbesserte Fluidlager bilden.

809818/0349