DE3100643C2

DE3100643C2 - Lenkventil für eine Hilfskraftlenkeinrichtung

Info

Publication number: DE3100643C2
Application number: DE3100643A
Authority: DE
Inventors: Akira Susono Shizuoka Hasegawa; Nobuo Toyota Aichi Hiraiwa; Yoshimi Susono Shizuoka Sato
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1980-07-08
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1987-03-12
Also published as: JPS5718567A; DE3100643A1; GB2082521A; GB2082521B; US4381799A

Abstract

Die Erfindung ist somit auf eine Umschaltventileinheit für ein Lenksystem mit Lenkkraftverstärkung gerichtet, die eine Eingangswelle (20) und eine Ausgangswelle (30), die relativ zueinander drehbar auf fluchtenden Achsen angeordnet sind, einen Torsionsstab (21), der die beiden Wellen miteinander verbindet, ein kolbenschieberförmiges Ventilelement (40), das die Eingangswelle (20) umgibt und derart angeordnet und ausgebildet ist, daß es bei einer Relativdrehung der Wellen in Axialrichtung verlagert wird und dadurch die Zufuhr von Druckfluid zu einem hydraulischen Zylinder steuert, der zum Lenksystem gehört, sowie einen Verschiebemechanismus (24, 26) für das Ventilelement aufweist. Die Umschaltventileinheit umfaßt ferner ein ringförmiges Halteelement (61), das unter Bildung einer Ölkammer (R) mit einem Ende des Ventilelementes (40) in Eingriff steht, eine in die Ölkammer eingesetzte Druckfeder (63), die das Ventilelement zum Verschiebemechanismus zu drücken versucht, sowie eine ringförmige Durchflußöffnung (62), die vom Halteelement begrenzt wird und um die Eingangswelle herum ausgebildet ist, damit eine Fluidströmung zwischen der Ölkammer und dem Inneren des kolbenschieberförmigen Ventilelementes möglich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkventil für eine Hilfskraftlenkeinrichtung bei Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-OS 22 13 988 ist ein derartiges Lenkventil für eine Lenkeinrichtung bekannt. Es ist ein zylindrischer kolbenschieberförmiger Axialschieber konzentrisch zu einer Eingangswelle angeordnet, die koaxial mit einer Lenkgetriebeeingangswelle verbunden ist, wobei zwischen dem Axialschieber und der Eingangswelle eine Relativdrehung stattfinden kann, die durch die vom Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Lenkkraft hervorgerufen wird. Der Axialschieber wird aufgrund einer Relativdrehung zwischen der Eingangswelle und der Lenkgetriebeeingangswelle in Axialrichtung verschoben, damit auf diese Weise die Strömung unter Druck stehenden Fluids zwischen einem zum Lenksystem gehörenden hydraulischen Zylinder und einer Druckfluidquelle gesteuert wird. Der Verschiebemechanismus für den Axialschieber umfaßt dabei schraubenlinienförmige Führungsrillen, die auf der Außenseite des inneren Endes der Eingangswelle ausgebildet sind und in denen drehbar Stahlkugeln sitzen, die in Eingriff mit einem Abschnitt des Axialschiebers stehen.
Die Kugeln sind mit Spiel in die Führungsrillen eingesetzt, um die Getriebeverbindung zwischen der Eingangswelle und dem Axialschieber leichtgängig zu halten. Dies führt trotz der Einfügung einer Druckfeder zu einer Verstärkung der Hysterese in der Steuerungscharakteristik des Lenkventils. Dies bedeutet, daß ein glatter und stoßfreier Rückstellvorgang des Lenkrades nicht erwartet werden kann.
Es hat sich nämlich herausgestellt, daß diese Vorspannfeder nicht in optimaler Weise gestaltet werden kann: Denn eine Dimensionierung dieser Feder in der Weise, daß die Servolenkung schnell anspricht und zu einem guten Lenkgefühl beiträgt, bringt nicht die ausreichende Wirkung bezüglich der Unterdrückung von Schwingungsgeräuschen. Andererseits müßte die Vorspannfeder zur wirklich wirksamen Unterdrückung der nachteiligen Schwingungsgeräusche des Axialschiebers so stark dimensioniert werden, daß dadurch das Lenkgefühl beeinträchtigt würde.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenkventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, mit dem zuverlässig axiale Vibrationen bzw. Schwingungen des Axialschiebers unterdrückt und dadurch störende Geräusche beseitigt werden, während gleichzeitig ein gutes Lenkgefühl erhalten bleiben soll.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß ist außer der Druckfeder eine Maßnahme getroffen, durch die im Inneren des Axialschiebers eine solche Fluidströmung erfolgen kann, daß eine Art Öldämpfer entsteht, der es ermöglicht, die Kraft der Druckfeder zu verringern und dennoch bzw. gleichzeitig die Lage des Axialschiebers zu stabilisieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 wird der als Dämpfungskammer wirkende druckmittelerfüllte Raum mit sehr geringen konstruktionstechnischen Aufwand bereitgestellt. Der erfindungsgemäße neue Dämpfungseffekt wird dabei durch Einbeziehung lediglich eines einzigen weiteren Elements, nämlich des Drosselelements erzielt.
Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ergibt sich der besondere Vorteil, daß das ringförmige Drosselelement sicher auf der Eingangswelle geführt werden kann, wobei gleichzeitig die erfindungsgemäße Drosselstelle zwischen dem Innenhohlraum des Axialschiebers und dem druckmittelerfüllten Raum, der als Dämpfungskammer fungiert, in beliebiger gewünschter Größe und Abmessung bereitgestellt werden kann.
Wenn der Axialschieber gemäß Patentanspruch 4 von der Druckfeder beaufschlagt wird, ergibt sich eine weitere Vereinfachung der Konstruktion hin zu einer sehr kompakten Bauart. Mit dieser Maßnahme kann die axiale Länge des druckmittelerfüllten Raumes reduziert und gleichzeitig die Herstellung der Eingangswelle vereinfacht werden.
Aus der DE-OS 21 21 002 ist es zwar grundsätzlich bekannt, bei Axialschieberlenkventilen für Kraftfahrzeuge die Ventilschieber hydraulisch zu dämpfen. Das in dieser Druckschrift gezeigte Servo-Lenksystem gehört jedoch einer Gattung an, bei der kein mit dem Erfindungsgegenstand vergleichbarer Getriebeeingriff zwischen einem Axialschieber und der Eingangswelle vorliegt. Folglich können auch die oben dargelegten Probleme bezüglich der Unterdrückung von Schwingungen des Axialschiebers nicht auftreten.
Darüber hinaus sind die bei diesem Lenksystem vorgesehenen Dämpfungsräume schaltungstechnisch auf andere Art und Weise in das Druckmittel-Versorgungsleitungssystem integriert.
Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm, das Steuerkennlinien eines herkömmlichen Lenkventils mit Hysterese wiedergibt;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkventils, wobei der Schnitt gemäß II-II in Fig. 3 geführt ist;
Fig. 3 den Schnitt gemäß III-III in Fig. 2; und
Fig. 4 eine vergrößerte, ausschnittsweise Darstellung eines Bereiches von Fig. 2, die das ringförmige Drosselelement des Lenkventils zeigt.
Im folgenden wird auf die Fig. 2 und 3 eingegangen, die eine bevorzugte Ausführungsform des Lenkventils 10 für eine Hilfskraftlenkeinrichtung zeigen. Das Lenkventil 10 umfaßt ein Gehäuse 12, das fluiddicht an einem Getriebegehäuse 11 angebracht ist. Das Gehäuse 12 trägt zwei Kugellager 13 und 14, mittels derer eine Eingangswelle 20 und eine im folgenden als Ausgangswelle bezeichnete Lenkgetriebeeingangswelle 30 koaxial gelagert sind. Innerhalb des Gehäuses 12 sind ein zylindrisches, kolbenschieberförmiges Ventilelement 40, das nachfolgend als Axialschieber bezeichnet werden soll, sowie ein hülsenförmiges Ventilgehäuse 50 konzentrisch zur Eingangswelle 20 angeordnet. Die Eingangswelle 20 ist an ihrem unteren Ende mittels eines Nadellagers 15 abgestützt, das in das obere Ende der Ausgangswelle 30 eingebaut ist. Ein Torsionsstab 21 ist an seinem einen Ende mittels eines Stiftes 22 mit dem oberen Ende der Eingangswelle 20 und an seinem anderen Ende mittels eines Stiftes 23 mit der Ausgangswelle 30 verbunden. Wie Fig. 3 deutlich zeigt, sind auf der Außenseite der Eingangswelle 20 an deren unterem Ende zwei schraubenlinienförmige Führungsrillen 24 sowie zwei axiale Ausnehmungen 25 ausgebildet. Jede der Führungsrillen 24 hat ein V-förmiges Profil, und in jede Führungsrille 24 ist eine Stahlkugel 26 eingesetzt.
Am oberen Ende der Ausgangswelle 30 sind zwei axiale Vorsprünge 31 angeformt, die sich jeweils in eine der axialen Ausnehmungen 25 der Eingangswelle 20 erstrecken. An jedem der axialen Vorsprünge 31 ist ein radial verlaufender Führungsstift 32 befestigt, wobei diese Führungsstifte 32 gleitend verschiebbar in Eingriff mit zwei axialen Führungsschlitzen 41 stehen, die am unteren Ende des Axialschiebers 40 ausgebildet sind und einander gegenüber angeordnet sind. Die Führungsstifte 32 führen somit aufgrund ihres gleitenden Eingriffs mit den axialen Führungsschlitzen 41 den Axialschieber 40 bei seiner axialen Bewegung. Jeder der axialen Vorsprünge 31, der von der Ausgangswelle 30 ausgeht, ist jeweils in seiner zugehörigen axialen Ausnehmung 25 der Eingangswelle 20 mit einem gewissen Spiel in Umfangsrichtung angeordnet, damit eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 20 und der Ausgangswelle 30 möglich ist. Die Ausgangswelle 30 ist ferner mit einem Ritzel einstückig ausgebildet, das mit einem nicht dargestellten Zahnstangenelement kämmt und für die funktionale Verbindung mit gelenkten Rädern eines Radfahrzeuges sorgt. Ein nicht dargestellter hydraulischer Zylinder, der zum Lenksystem gehört, sorgt für die Unterstützung des Zahnstangenelementes, so daß Lenkkraftverstärkung erreicht wird.
Der Axialschieber 40 ist im Ventilgehäuse 50 in Axialrichtung verschiebbar und weist in seinem unteren Bereich zwei radiale Bohrungen 42 auf, in denen die Stahlkugeln 26 drehbar angeordnet sind. Der Axialschieber 40 weist zwei Ringnuten 44 auf, die auf zueinander entgegengesetzten Seiten der Stahlkugeln 26 ausgebildet sind. Mit Hilfe von zwei Sicherungsringen 45, die elastisch in den beiden Ringnuten 44 sitzen, wird ein Haltering 46 in seiner Einbaulage gehalten, der wiederum die Stahlkugel 26 drehbar sichert. Auf der Innenseite des Ventilgehäuses 50 sind zwei Ringnuten 57 und 59 für das zu steuernde Fluid ausgebildet, die derart angeordnet sind, daß sie wahlweise in Verbindung mitRingnuten 47, 48 und 49 für das zu steuernde Fluid am Axialschieber 40 treten können. Die mittlere Ringnut 48 des Axialschiebers 40 ist derart ausgebildet, daß sie ständig mit mittigen radialen Bohrungen 58 im Ventilgehäuse 50 in Verbindung steht, die in offener Verbindung mit einem Einlaß 12 A des Gehäuses 12 stehen. Ferner stehen die Ringnuten 57 und 59 in offener Verbindung mit einem Auslaß 12 B bzw. 12 C des Gehäuses 12.
Eine Druckplatte 33 ist an ihrem inneren Rand drehbar mit dem oberen Abschnitt der Ausgangswelle 30 gekoppelt und an ihrem äußeren Rand mittels eines Sicherungsringes 34 im unteren Ende des Ventilgehäuses 50 gehalten. Die Ausbildung ist derart, daß die Druckplatte 33 eine Drehung der Ausgangswelle 30 relativ zum Ventilgehäuse 50 zuläßt und eine Drehung des Ventilgehäuses relativ zur inneren Umfangswand des Gehäuses 12 verhindert.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 4 ein Vibrationsunterdrückungsmechanismus 60 für den Axialschieber 40 erläutert. Der Vibrationsunterdrückungsmechanismus 60 ist nach Art eines Öldämpfers konstruiert, und umfaßt ein ringförmiges Drosselelement 61, das in Eingriff mit dem offenen, oberen Ende des Axialschiebers 40 steht und einen ringförmigen druckmittelerfüllten Raum R um die Eingangswelle 20 herum begrenzt. Ferner ist eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 63 vorgesehen, die zwischen dem Drosselelement 61 und einem inneren Laufring 13 a des Kugellagers 13 sitzt und unter einer bestimmten Vorspannung steht. Der vom Drosselelement 61 abgeteilte Raum R steht mit dem Inneren des Axialschiebers 40 durch eine ringförmige Durchlaßöffnung 62 in Verbindung, die zwischen der Innenseite des Drosselelementes 61 und der Außenseite der Eingangswelle 20 ausgebildet ist. Während der Axialschieber 40 seine Neutralstellung einnimmt, werden die Stahlkugeln 26 aufgrund der Vorspannkraft der Druckfeder 63 elastisch in Anlage an einer Seitenwand der jeweiligen Führungsrille 24 gehalten. Dies sorgt zuverlässig dafür, daß axiale Vibrationen bzw. Schwingungen der Stahlkugeln 26 in der jeweiligen schraubenlinienförmigen Führungsrille 24 verhindert werden.
Wenn die Eingangswelle 20 aufgrund eines am Lenkrad aufgebrachten Drehmomentes gedreht wird und dadurch der Torsionsstab 21 verdreht wird, wälzt sich jede Stahlkugel 26 entlang einer Seitenwand der zugehörigen schraubenlinienförmigen Führungsrille 24 ab, so daß dadurch der Axialschieber 40 aus seiner Neutralstellung nach oben oder nach unten verlagert wird. Aufgrund dieser Verschiebung des Axialschiebers 40 strömt das unter Druck stehende Fluid aus dem Einlaß 12 A durch einen der Auslässe 12 B und 12 C in den hydraulischen Zylinder des Lenksystems, während das vom hydraulischen Zylinder zurückströmende Fluid durch den anderen Auslaß zum Fluidreservoir zurückkehrt. Wenn während der Betätigung der Druck der Fluidströmung schwankt, strömt das in der Ölkammer R gespeicherte Fluid durch die ringförmige Durchflußöffnung 62 in das Innere des Axialschiebers 40 oder aus dessen Innerem in die Ölkammer R, so daß dadurch jegliche durch die Druckschwankung hervorgerufene Vibration des Axialschiebers 40 absorbiert wird. Selbst wenn die Kraft der Druckfeder 63 verringert ist, um deren Kraft am Axialschieber 40 zu verringern, werden die axialen Schwingungen des Axialschiebers 40 zuverlässig aufgrund der Fluidströmung zwischen der Ölkammer R und dem Inneren des Axialschiebers 40 unterdrückt, so daß dem Auftreten störender Geräusche aufgrund von Druckschwankungen wirkungsvoll vorgebeugt ist.
Obwohl beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Drosselstelle 62 zwischen der Innenseite des ringförmigen Elements 61 und der Außenseite der Eingangswelle ausgebildet ist, kann sie durch eine axiale Durchflußöffnung ersetzt sein, die von einer axialen Ausnehmung in der Eingangswelle 20 gebildet wird. In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann ferner ein ringförmiges Dichtungselement am oberen Ende des Axialschiebers 40 angeordnet sein, wobei dann das Drosselelement 61 auf dem Dichtungselement sitzt, damit auf diese Weise die Ölkammer R zuverlässiger abgedichtet ist.

Claims

1. Lenkventil für eine Hilfskraftlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer in einem Ventilgehäuse (12) drehbar und axial unverschieblich gelagerten, an die Lenkspindel des Fahrzeugs angeschlossenen Eingangswelle (20), die mit einer koaxial zu ihr liegenden Lenkgetriebeeingangswelle (30 ) drehelastisch verbunden ist und über ein Getriebe mit einem sie umgebenden Axialschieber (40) derart in Getriebeverbindung steht, daß letzterer bei einer Relativdrehung zwischen Lenkgetriebeeingangswelle (30) und Eingangswelle (20) axial verschiebbar ist, wobei der Axialschieber (40) zwischen seiner Innenfläche und der Mantelfläche der Eingangswelle (20) einen Druckmitteldurchlaß freiläßt, mit seiner einen Stirnfläche in einen druckmittelerfüllten, zwischen Ventilgehäuse (12) und Eingangswelle 20 gebildeten Raum ragt, der mit dem Druckmitteldurchlaß in Verbindung steht und in diesem Raum eine die Eingangswelle (20) umgebende und den Axialschieber (40) in axialer Richtung belastende Druckfeder (63) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmitteldurchlaß die einzige Öffnung des druckmittelgefüllten Raumes (R) darstellt und durch ein am Axialschieber (40) festgelegtes ringförmiges Drosselelement (61) in einer Querebene des Axialschiebers (40) zu einer Drosselstelle (62) verengt ist.

2. Lenkventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (61) in Eingriff mit einem Stirnende des Axialschiebers (40) steht und über die Druckfeder (63) gegen dieses Stirnende gedrückt wird, und die Drosselstelle (62) zwischen der Mantelfläche der Eingangswelle (20) und der Innenoberfläche des ringförmigen Elementes (61) gebildet ist.

3. Lenkventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wesentliche freie Querschnitt der Drosselstelle (62) durch eine axiale Ausnehmung gebildet ist, die unterhalb der Innenoberfläche des ringförmigen Elementes (61) in die Eingangswelle (20) eingearbeitet ist.

4. Lenkventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckfeder (63) an einem inneren Laufring (13 a) eines Kugellagers (13) für die Eingangswelle (20) abstützt.