DE2747842C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfskraftlenkgetriebe für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Hilfskraftlenkgetriebe der angegebenen Art ist in DE-OS 14 55 939 beschrieben. Bei dieser bekannten Kon­ struktion erfolgt die Druckfluidzufuhr radial von außen gegen den Kolben, wodurch die Umsteuerbarkeit des Kolbens erschwert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die gegen eine Seite des Kolbens wirkende Druckfluidkraft ihn auf der gegenüber­ liegenden Seite gegen den Zylinder bzw. das Ritzel drückt und nicht nur die Schmierung auf dieser Seite verschlechtert, sondern auch die zentrale Führung des Kolbens in dem Zylindergehäuse durch die einseitig wir­ kenden Kräfte beeinträchtigt wird. Entsprechend sind die Umsteuerbarkeit des Kolbens und seine Empfindlich­ keit für das Lenk-Eingangssignal eingeschränkt.

Eine problemlose Kolbenschmierung ergibt sich bei einer anderen bekannten Hilfskraftlenkung (DE-AS 10 60 272), bei der die Lenkwelle über ein kolbenkopfseitiges Pleuel betätigt wird. Bei dieser Anordnung ermöglicht die Ausbildung einer Entlastungsnut in Form einer den ge­ samten zentralen Umfangsbereich des Kolbens umgebenden Ringaussparung, daß das radial zugeführte Öl über den Umfang des Kolbens gleichmäßig verteilt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hilfs­ kraftlenkgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbes­ sern, daß sein Wirkungsgrad durch Verbesserung der Schmierung des Kolbens erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale für solche Einrichtungen gelöst.

Die längsverlaufenden Drucklagernuten auf der dem Druckfluideinlaß gegenüberliegenden Untersei­ te des Kolbens werden mit Druckfluid aus dem Druckfluideinlaß beschickt, und es entstehen zwischen Kolben und Zylinderinnenfläche Zonen, die Gegenkräfte gegen die Druckfluideinlaßseite ausüben und die Schmierung des Kolbens verbessern. Die auf den Kolben wirkenden Kräfte werden damit im wesent­ lichen ausgeglichen und die allseitige Schmierung la­ gert den Kolben derart, daß seine Empfindlichkeit für Eingangssignale beträchtlich gesteigert wird. Jedes Drucklager ist selbstkorrigierend, indem eine gestei­ gerte Kraft auf einer Seite des Kolbens eine proportio­ nale Steigerung des Druckes in dem Drucklager auf der gegenüberliegenden Seite hervorruft.

Versuche haben gezeigt, daß die Wirksamkeit des Hilfs­ kraftlenkgetriebes, d. h. die Losbrechkraft des Kolbens zur Erzeu­ gung der Lenkwirkung durch die erfindungsgemäßen Merk­ male etwa 12% (zwölf Prozent) bis 20% (zwanzig Prozent) geringer geworden ist. Die größte Leistungssteigerung (15% bis 20%) ergibt sich dabei unter Bedingungen, die bspw. bei einem stillstehenden Lastkraftwagen, der mit leer­ laufendem Benzinmotor und einer vollbelasteten Front­ achse in tiefem Morast gelenkt wird, gegeben sind. Bei normaleren Fahrbedingungen, bei denen sich das Fahrzeug mit gemä­ ßigter Geschwindigkeit auf hartem Belag bewegt, werden die unteren, jedoch immer noch außerordentlich beträchtli­ chen Prozentsteigerungen erzielt.

Eine zusätzliche Verbesserung der Umsteuerkraft des Kolbens wird gemäß Patentanspruch 3 dadurch erreicht, daß die Längsbohrungen in dem Kolben paarweise auf ge­ genüberliegenden Seien des Kolbens ausgebildet und jeweils über parallele Querbohrungen in nebeneinander­ liegende Ringnuten des Ventils münden und daß einander axial versetzt gegenüberliegende Querbohrungen gegen den Außenumfang des Kolbens gerichtete Öffnungen auf­ weisen. Auf diese Weise wird das Volumen des Fluidstro­ mes vergrößert, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Hilfskraftlenkgetriebes steigt, weil das Fluid sich schneller von und zu den Kolbenenden bewegen kann. Zur Erleichterung der Herstellung bildet ein einziges Bohr­ loch durch den Kolben jeweils eine Querbohrung mit Öff­ nung. Die seitlichen Öffnungen sorgen für Ausgleichs­ schmierungen auf den Seiten des Kolbens, die nicht von den Drucklagernuten beeinflußt werden, und es ist der Kolben nun im wesentlichen auf Fluidlagerzonen gela­ gert, die um seinen Umfang verteilt sind. Dies hat zur Folge, daß die zur Bewegung des Kolbens aus einer sta­ tischen Position erforderliche Lösekraft gering ist, wann immer eine Lenkkorrektur durchgeführt werden muß. Da die Öffnungen im Abstand zueinander liegen, wird unerwünschtes Lecken zwischen Hochdruck- und Nieder­ druckkanälen vermieden.

Vorteilhafterweise sind an den Enden der Drucklagernu­ ten gegeneinander gerichtete Nutenverlängerungen der Drucklagernuten ausgebildet, die sich auf der Untersei­ te des Kolbens um die Enden der Zahnstangenverzahnung erstrecken. Die Zone des von den Drucklagernuten gebil­ deten Fluidlagers hat zu der Zahnstangenverzahnung ei­ nen Abstand, der ausreicht, um jedes unzulässige Lecken zu der das Ritzel enthaltenden Niederdruckkammer zu verhindern.

Die Erfindung ist an­ hand der Zeichnung erläutert, die ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung zeigt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt des Hilfskraftlenkge­ triebes,

Fig. 2 den Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 zur Veranschaulichung verschiedener Öffnungen und Kanäle in dem Kolben,

Fig. 3 eine Unteransicht des Kolbens zur Darstel­ lung der Drucklagernuten,

Fig. 4 einen Teil einer Unteransicht des Kol­ bens zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungs­ form mit Nutenverlängerungen der Drucklagernuten,

Fig. 5 den Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 2 zur Veranschaulichung der Längs- und Querboh­ rungen und der gegenüberliegenden Öffnung in dem Kol­ ben, wobei der Deutlichkeit halber das Ventil weggelas­ sen wurde, und

Fig. 6 einen Teilquerschnitt der Anordnung zur Veranschaulichung von Maßnahmen zur Druckentlastung des Ritzels.

Fig. 1 zeigt ein Hilfskraftlenkgetriebe 10 im Gesamt­ querschnitt. Das Hilfskraftlenkgetriebe 10 enthält fol­ gende Grundbestandteile:

Einen Kolben 11; ein Gehäuse 12 mit einem Zylinder 13; eine Lagerkappe 14 an einer ersten Stirnseite des Zylinders 13 und einen Zylinderkopf 15 an der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Zylin­ ders 13; ein Ritzel 16 auf einer Lenkwelle 17, die von einer Zahnstangenverzahnung 18 auf dem Kolben 11 betätigt wird und eine das Ritzel 16 umgebende Niederdruck-Auslaßkammer 19.

Ein Ventil 20 ist in dem Kolben 11 über dem Ritzel 16 angeordnet. Halteringe 21, 22 an gegenüberliegenden Enden des Ventils 20 zentrieren das Ventil 20 zwischen kalibrierten Scheibenfedern 23, 24 und dienen zur Verstärkung des Kolbens 11 an Stellen, die in gleichmäßigem Abstand zum Ritzel 16 liegen. Eine Kappe 22 a verursacht eine weitere Verstärkung und verschließt die Kolbenstirnseite.

Eine Antriebswelle 25 ist mit einem Ge­ winde versehen und mit dem Ventil 20 über ein Gewinde 26 verschraubt.

Unmittelbar hinter dem gegen das Innere des Kolbens 11 gerichteten Ende des Gewindes 26 sind mehrere Bypass­ öffnungen 29 vorgesehen, die dazu dienen, den Druck im Innern des Kolbens 11 demjenigen anzugleichen, der in der ersten Stirnseite (Lagerkappenende) des Zylinders 13 herrscht. Dies bedeutet, daß der gesamte Flächenbe­ reich des Kolbens 11 neben der ersten Stirnseite für den Kraftausgang wirksam wird, d. h. daß gegen die In­ nenfläche der Kappe 22 a, die dem Querschnitt der An­ triebswelle 25 entspricht, voller Hydraulikdruck wirkt, so daß diese Innenfläche zur Erzeugung der Abtriebs­ kraft wirksam ist. Die zusammengesetzte Größe der By­ passöffnungen 29 reicht aus, um den vollen Volumenüber­ gang des Fluids zuzulassen, damit eine noch bessere Umsteuerbarkeit des Kolbens 11 während schneller Be­ wegungen des Kolbens erreicht wird.

Durch die Anordnung des Ventils 20 gegen die Mitte des Kolbens 11 wird die effektive Länge des Kolbens 11 verringert. Die Lagerkappe 14 ist nach innen verlegt, wodurch zusätzlich Platz für den Anschluß einer Lenkspindel mit Hilfe einer einfachen Universalgelenkver­ bindung geschaffen wird. In der ersten Stirnseite des Kolbens 11 ist eine Aussparung 30 ausgebildet, die ih­ rerseits ermöglicht, daß das Lager 31 für die Antriebs­ welle 25 in einem nach innen ragenden Ringteil 32 un­ tergebracht werden kann, der in die Aussparung 30 ein­ greift, wenn der Kolben 11 vollständig gegen das Lager­ kappenende gefahren ist. Sicherungsmuttern 33, 34 wirken mit den äußeren bzw. inneren Laufkränzen des Lagers 31 zusammen.

Eine Zentralbohrung 39 der Lagerkappe 14, die das Lager 31 aufnimmt, enthält eine innere Hochdruckdichtung 40 und eine äußere Staubdichtung 41. Durch einen Schmiernippel 42 kann zwischen die Dichtungen Fett gepreßt werden. An einem Einsatz-Stützring 43 ist die Hochdruckdichtung 40 gehalten.

Eine nicht gezeichnete Druckquelle ist an das Hilfskraftlenkgetriebe 10 über eine Einlaßöffnung 50 angeschlossen, von der ein Druckfluid­ einlaß 51 mit einer Längsnut 51 a ausgeht, die bei jeder Stellung des Kolbens 11 längs des Zylinders 13 eine ununterbrochene Fluidzuführung erlaubt. Der Druckfluid­ einlaß 51 mündet in eine Ringnut 52 in der Kolbenboh­ rung in der Mitte des Ventils 20. Ringnuten 53 und 54 in der Außenfläche des Ventils 20 teilen das aus der Ringnut 52 eintretende Hochdruckfluid in zwei gleiche Teile, wenn sich das Ventil 20 in seiner Neu­ tralstellung befindet. Äußere Ring­ nuten 55, 56 stellen die Verbindung zum Auslaß des Fluidstromes durch Auslaßkanäle 58, 59 an der Untersei­ te des Kolbens 11 zur Auslaßkammer 19 her (Fig. 2). Durch eine Auslaßöffnung 80 wird das abgelassene Fluid zu dem nicht gezeichneten Systembehälter zurückgeführt.

Die Ringnuten 53, 54 vermitteln außerdem eine Verbindung mit Kanälen, die das Fluid zu und von den Arbeitsräumen des Zylinders 13 führen. Längsbohrungen 85, 86 (Fig. 5) leiten Druck­ fluid zu und von der ersten Stirnseite des Kolbens 11 (in Fig. 1 links). Längsbohrungen 87, 88 leiten Druck­ fluid zu und von der gegenüberliegenden Stirnseite des Kolbens 11 und Zylinders 13.

Zur Verbindung zwischen den Längsbohrungen 85, 86 und 87, 88 und den Ringnuten 53, 54 dienen Querbohrungen 89 bzw. 90. Wie Fig. 5 zeigt, verlaufen seitliche Querboh­ rungen 89, 90 nicht vollkommen durch den Kolben 11 und sind von gegenüberliegenden Seiten gebohrt. Hierdurch ergeben sich zwei Öffnungen 91, 92, in deren Mitte sich die Ringnuten 53, 54 befinden. Diese Anord­ nung ist außerordentlich wirksam, um das erforderliche große Strömungsvolumen des Druckfluids zu und von den Stirnseiten des Zylinders 13 während des Betriebes des Hilfskraftlenkgetriebes 10 zu ermöglichen.

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

Diese Schmierung und Lagerung führt zu einer leichteren Überwindung der Haftreibung, wo­ durch zusätzlich die Umsteuerbarkeit des Kolbens 11 verbessert wird. Unerwünschtes Lecken zwischen den Mündungen der Öffnungen wird dadurch verhindert, daß die Öffnungen 91, 92 von gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 11 gebohrt sind und daher in ausreichendem Abstand lie­ gen.

Entlang den oberen und unteren Teilen des Kolbens 11 sind zusätzliche Drucklager vorgesehen. Eintretendes Druckfluid wird durch die Längsnut 51 a an das Ventil 20 innerhalb des Kolbens weitergeleitet und zwar bei jeder Stellung des Kolbens entlang des Zylinders 13.

Hochdruckfluid aus dem Druckfluideinlaß 50 füllt die Längsnut 51 a und bildet ein dem vorstehend beschriebe­ nen ähnliches Drucklager, dessen Wirkungszone etwas größer als der Umfang der Längsnut 51 a ist. Das diesen Lagerbereich füllende Druckfluid erzeugt eine seitliche Kraft auf der Oberseite des Kolbens 11 (Fig. 1) gegen das Ritzel 16 an der Kolbenunterseite.

Es hat sich gezeigt, daß dieser seitwärts und nach unten auf den Kolben 11 wirkenden Kraft zu ihrer Über­ windung am besten durch Drucklagernuten 93, 94 entgegen­ gewirkt wird, die an den Seiten der Zahnstangenverzah­ nung 18 in der Nähe der Kolbenunterseite längsverlau­ fen. Die Drucklagernuten 93, 94 sind so gestaltet, daß sie begrenzte Drucklagerbereiche schaffen (strichpunk­ tierte Linie in Fig. 3), um die von der Druckzone um die Längsnut 51 a erzeugte Kraft vollkommen auszuglei­ chen. Ferner korrigieren sich die Kräf­ te dadurch selbst, daß bei geringfügigster Abnahme der engen Toleranzabstände zwischen den beiden Gleitflä­ chen, z. B. durch die zusätzliche Wirkung des Ritzels 16 gegen die Zahnstangenverzahnung 18, die das Fluid des oberen Drucklagers aus der Längsnut 51 a quetschen will, der Gegendruck des Fluids in der Längsnut 51 a zunimmt und dies wiederum die wirksame Gegenkraft dieses Druck­ lagers wie gewünscht steigert. Der Druck wird in umge­ kehrtem Verhältnis zu dem Abstand zwischen den Kolben- und Zylinderwänden verändert.

Die Fähigkeit des Kolbens 11 zur Überwindung der Haftreibung ist dadurch stark verbessert, daß der Kolben 11 Drucklager um im wesentlichen seinen gesamten Umfang aufweist. Die Öffnungen 91, 92 und die Druckla­ gernuten 93, 94 haben zueinander und zu der Nieder­ druckzone um die Zahnstangenverzahnung 18 sowie den Stirnseiten des Kolbens 11 ausreichenden Abstand, so daß sich nur unbedeutendes Lecken zwischen Hoch- und Niederdruckzonen feststellen läßt. Daher gibt es keinen meßbaren Verlust an dem zur Verfügung stehenden Ar­ beitsfluiddruck.

Wie Fig. 4 zeigt, kann eine Drucklagernut Nutenverlän­ gerungen 93 a, 94 a aufweisen, die sich um die Enden der Zahnstangenverzahnung 18 erstrecken. Hierdurch ergibt sich ein größerer Drucklagerflächenbereich einschließ­ lich zusätzlicher Zonen über beiden Stirnseiten des Kolbens 11, und unter gewissen Bedingungen dient dies zur weiteren Verbesserung der Umsteuerbarkeit bei weiterer Ver­ ringerung der statischen Reibung des Kolbens 11.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Drucklagernuten 93, 94 im Querschnitt V-förmig sind. Die Drucklagernuten 93, 94 werden durch Verbindungskanäle 95 bzw. 96 ge­ speist. Diese Verbindungskanäle 95, 96 stehen mit der Ringnut 52 in Verbindung, wie der Querschnitt der Fig. 2 erkennen läßt. Die Ringnut 52 steht auch mit einer Rückflußbohrung 97 in Verbindung, die ihrerseits in eine längsverlaufende Auslaßleitung 98 mündet (Fig. 6). An der Bewegungsgrenze des Kolbens 11 auf der einen und der anderen Stirnseite des Zylinders 13 hebt ein An­ schlagteil 99 ein Kugelventil 100 ab, so daß der Druck in der Ringnut 52 durch die jeweiligen Auslaßkanäle 58, 59 zur Auslaßkammer 19 entweicht.

Zur zweckmäßigen Herstellung des Kolbens 11 wird der Verbindungskanal 96 radial zu der Rückflußbohrung 97 ausgerichtet, so daß nur ein einziger Bohrvorgang von einer Seite her erforderlich ist. Die schmale Druckla­ gernut 94 begrenzt den tatsächlichen Fluidstrom und hält seine Erstreckung auf einer Größe die derjenigen entspricht, die von der Drucklagernut 93 auf der gegen­ überliegenden Seite der Zahnstangenverzahnung 18 er­ zeugt wird.

Claims (3)

1. Hilfskraftlenkgetriebe für Fahrzeuge, mit einem Gehäusezylinder, in dem sich ein beweglicher Kol­ ben befindet, der auf seinem Außenumfang eine Zahnstangenverzahnung, die in ein eine Lenkwelle betätigendes Ritzel eingreift und auf seiner der Zahnstangenverzahnung gegenüberliegenden Seite eine Längsnut aufweist, die mit einem Druckfluid­ einlaß in Verbindung steht und mit einem in dem Kolben untergebrachten Ventil, das über Ringnuten sowie Längs- und Querbohrungen aus der Längsnut übernommenes Druckfluid zu den Stirnseiten des Kolbens leitet, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Zahnstangenverzahnung (18) des Kolbens (11) in dessen Oberfläche axial verlaufende Drucklagernuten (93, 94) ausgebildet sind, die über Verbindungskanäle (95, 96) in dem Kolben (11) an den Druckfluideinlaß (51) ange­ schlossen sind.

2. Hilfskraftlenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Drucklager­ nuten gegeneinander gerichtete Nutenverlängerun­ gen (93 a, 94 a) der Drucklagernuten (93, 94) ausge­ bildet sind.

3. Hilfskraftlenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrungen (85 bis 88) in dem Kolben (11) paarweise auf ge­ genüberliegenden Seiten des Kolbens (11) ausge­ bildet und jeweils über parallele Querbohrungen (89, 90) in nebeneinanderliegende Ringnuten (53, 54) des Ventils (20) münden, und daß einander axial versetzt gegenüberliegende Querbohrungen gegen den Außenumfang des Kolbens (11) gerichtete Öffnungen (91, 92) aufweisen.