DE3242445C2 - Kraftverstärktes Lenkgetriebe - Google Patents
Kraftverstärktes LenkgetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein kraftverstärktes Lenkgetriebe
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Kraftverstärkte Lenkgetriebe sind bekannt und weisen in aller
Regel ein Ventilglied auf, das in einer Ventilhülse gelagert
und in bezug auf diese entweder translatorisch oder drehbe
weglich verstellbar ist, wenn ein Lenkmoment eingegeben wird,
wobei zwischen diesen beiden Teilen vorgesehene Steueröff
nungen in eine bestimmte Zuordnung gebracht werden. Die je
weilige Zuordnung der Steueröffnungen steuert den Druckmit
telfluß aus einer geeigneten Druckquelle zur Druckversorgung
der die Hilfskraft erzeugenden Einrichtung, einem Kraft
verstärker, der Bestandteil eines Lenksystems mit einem
derartigen Getriebe ist, und die in aller Regel aus einem
doppelt wirkenden Hydraulik-Kolben und -Zylinder besteht. Im
allgemeinen wirkt der Relativbewegung zwischen dem Ventil
glied und der Ventilhülse eine von einem Drehstab oder einer
Feder erzeugte elastische Kraft entgegen, da die Ventilteile
über solche elastisch verformbare Elemente miteinander ge
kuppelt sind, insbesondere, wenn die Ventilteile zueinander
verdrehbar gelagert sind.
Die Ventilhülse nach dem gattungsbildenden Lenkgetriebe (DE 27 41 165 A1) weist
eine äußere Mantelfläche auf, die der Zylindermantelfläche
des Ventilgehäuses gegenübersteht, und die eine Ringnut be
sitzt, die Teil einer von der Zylindermantelfläche des
Ventilgehäuses begrenzten Kammer für ein Druckmedium ist, und
mit einem in der Ventilhülse angeordneten und in bezug auf
diese entsprechend einem eingebenen Lenkmoment verstellbaren
Ventilglied zwecks Zuordnung von Steueröffnungen zwischen der
Ventilhülse und dem Ventilglied zur Steuerung des Flusses
eines Druckmittels aus einer Druckquelle zu einem die Hilfs
kraft für das Lenkgetriebe erzeugenden Kraftverstärker, wobei
die durch die Ringnut in der Mantelfläche der Ventilhülse und
die Zylindermantelfläche des Ventilgehäuses begrenzte Kammer
mit einer mit der Druckmittelquelle verbundenen Öffnung im
Ventilgehäuse sowie mit den Steueröffnungen zwischen der
Ventilhülse und dem Ventilglied über einen Kanal in der
Ventilhülse kommuniziert.
Hierbei öffnen sich die axial einander gegenüberliegenden und
in einer radialen Ebene angeordneten Stirnflächen der Ventil
hülse in Kammern im Ventilgehäuse, die eigentlich tote Räume
im Getriebe bilden und die ständig mit dem Auslaß oder Be
hälter zur Druckentlastung der Stirnflächen in Verbindung
stehen; diese Kammern sind also praktisch in den Rücklauf des
Druckmittels nach Durchströmen der Steueröffnungen einbe
zogen.
Bei der Auslegung von Lenkgetrieben ist aber die Baugröße als
vorrangig zu bewerten, die Abmessungen sollten daher so klein
wie möglich und technisch mit der angestrebten Wirksamkeit
vereinbar gehalten werden. Hierdurch können nicht nur die
Herstellungskosten für das Getriebe verringert werden,
sondern auch der für den Einbau des Getriebes und der Lenkung
generell vorzusehende Raum kann kleiner sein, was heutzutage
bei der Auslegung der modernen Fahrzeuge eine wichtige Rolle
spielt. Bei den bisherigen kraftverstärkten Lenkgetrieben
sind das Ventilgehäuse und die zugeordneten Komponenten so
bemessen, daß sie einen beträchtlichen Anteil an den Gesamt
maßen des Getriebes ausmachen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues Ventil für ein
derartiges Lenkgetriebe zu schaffen, das bei gleicher tech
nischer Wirksamkeit eine kleinere Bauform als bisher auf
weist, um so weniger Einbauraum als bisher zu beanspruchen.
Ausgehend von dem gattungsbildenden Ventil ist diese Aufgabe
nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist also an der Mantelfläche der Ventilhülse
nur eine einzige Ringnut vorgesehen, über die Druckmittel aus
der Druckquelle zufließt oder dem Kraftverstärker über eine
der im Ventilgehäuse befindlichen Öffnungen zufließt bzw. aus
diesem abströmt, während die beiden anderen Öffnungen im
Ventilgehäuse, von denen mindestens eine zum Kraftverstärker
führt, während die andere entweder zum Kraftverstärker oder
zur Druckquelle führt, mit Kammern in Verbindung stehen, die
teilweise zwischen den Stirnflächen der Ventilhülse und axial
einander gegenüberliegenden Enden des Ventilgehäuses gebildet
sind. Auf diese Weise kann die axiale Ausdehnung der Mantel
fläche der Ventilhülse wesentlich kürzer gewählt werden, was
zwangsläufig zu geringerer Länge der Ventilhülse führt gegen
über der Längserstreckung einer Ventilhülse nach dem Stande
der Technik, gemäß dem in axialer Richtung drei im Abstand
voneinander liegende Ringnuten vorgesehen sind. Die Verkür
zung der Ventilhülse in axialer Richtung führt selbstver
ständlich zu einem entsprechend verkürzten Ventilgehäuse und
daher zu einem entsprechend geringeren Platzbedarf im
Lenkgetriebe eines Fahrzeuges.
Obzwar die zweite und dritte Flüssigkeitskammer an den ein
ander axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Ventilge
häuses, in die sich die radial verlaufenden Stirnflächen der
Ventilhülse öffnen, periodisch druckbeaufschlagt sind, kann
hier leicht eine Anpassung durch richtige Abdichtung erreicht
werden, während Beanspruchungen der Ventilhülse in Achs
richtung infolge des wechselweisen Druckanstieges bzw. Druck
abfalles in den Kammern durch geeignete Lagerung der Ventil
hülse in Achsrichtung aufgefangen werden können.
Die für die Abdichtung und die axiale Lagerung zu treffenden
Maßnahmen werden durch die Vorteile leicht aufgewogen, die
die starke Verkürzung der Länge der Ventilhülse und damit der
Gesamtlänge des Ventilgehäuses und generell des Getriebes mit
sich bringt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein für ein
Fahrzeug geeignetes kraftverstärktes
Zahnstangen-Lenkgetriebe gemäß der Er
findung,
Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A
aus Fig. 1, aus dem die mechanischen
Kupplungselemente zwischen dem Ventil und
der Ventilhülse in dem Getriebe hervor
gehen, und
Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie B-B aus
Fig. 1, in dem ein Sicherungsring, der einer
Verdrehung von Ventil und Ventilhülse relativ
zueinander entgegenwirkt, dargestellt ist.
Das ganz allgemein aus einer Zahnstange und Ritzel bestehende
Lenkgetriebe weist ein Zahnstangengehäuse 1 auf, das ein
stückig mit einem Ventilgehäuse 2 verbunden ist. Das Zahn
stangengehäuse 1 wird in Längsrichtung von einer Zahnstange 3
durchsetzt, deren Verzahnung mit einem Ritzel 4 zusammen
wirkt, das über Kugellager 5 im Zahnstangengehäuse 1 und über
Rollenlager 6 im Ventilgehäuse 2 drehbar gelagert ist. Die
Zahnstange 3 wird über ein federbelastetes Joch 7 mit dem
Ritzel 4 in Eingriff gehalten. Der Antrieb des Ritzels 4 er
folgt durch Verdrehen einer Antriebswelle 8, so daß als Folge
der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Ritzel und der
Zahnstange letztere im Zahnstangengehäuse 1 in Längsrichtung
bewegbar ist. Diese Längsverschiebung wird benutzt, um eine
von der Antriebswelle 8 eingegebene Lenkbewegung in ein ent
sprechendes Lenkmanöver umzuwandeln.
Das Lenksystem, zu dem auch die Zahnstange 3 gehört, enthält
außerdem nicht dargestellte Mittel zur Kraftverstärkung, also
zur Lenkhilfe, die hier ein doppeltwirkender Kolben in einem
Zylinder ist, dessen Kolbenkammern Druckmedium zugeführt wird
bzw. aus denen Druckmedium abströmt, um die in herkömmlicher
Weise angestrebte Kraftverstärkung für die Verschiebung der
Zahnstange 3 zu erreichen.
Die Antriebswelle 8 ragt mit einem Teilstück in einen
Zylinder 9 des Ventilgehäuses 2 und bildet ein inneres Ven
tilglied 10. Das Ventilglied 10 gleitet in einer Ventil
hülse 11, deren Mantelfläche 12 wiederum im Zylinder 9 ver
schieblich ist. Das Ventilglied 10 weist an seiner Schnitt
stelle zur Ventilhülse 11 am Umfang mehrere in gleichmäßigen
Abständen voneinander in Längsrichtung vorgesehene Steueröff
nungen 13 auf, die mit Steueröffnung 14 in der Ventilhülse 11
zwecks Steuerung des Zustromes bzw. Abflusses von Druckmedium
in bzw. aus dem Zylinder zusammenwirken. Die Ventilhülse 11
erstreckt sich vom Ventilgehäuse 2 in das Zahnstangengehäuse
1 und ist an einer Hohlwelle 15 des Ritzels 4 angeschweißt
oder kann einstückig mit dieser hergestellt sein. Die Ventil
teile 10 und 11 und der Zylinder 9 sind koaxial zur Drehachse
des Ritzels 4 angeordnet, und während beide Ventilteile mit
dem Ritzel 4 gemeinsam verdrehbar sind, ist das innere Ven
tilglied 10 in bezug auf die Ventilhülse 11 nur innerhalb
eines bestimmten Bereiches verdrehbar. Diese Wirkung wird
durch eine Art Kerbverbindung, wie bei 16 in Fig. 2 gezeigt,
erreicht. Das innenliegende Ende des Ventilgliedes 10 weist
hierzu an seinem Umfang in gleichmäßigen Abständen vonein
ander liegende, axial verlaufende Vorsprünge 17 auf, die in
korrespondierende Ausnehmungen 19 zwischen an der Hohlwel
le 15 vorgesehenen Vorsprüngen 18 liegen. Die axial verlauf
enden Ausnehmungen 19, in die die Vorsprünge 17 eingreifen,
sind in Umfangsrichtung etwas größer bemessen als die zuge
ordneten Vorsprünge 17, so daß eine Verdrehung zwischen den
Ventilgliedern 10 und 11 jeweils um den Betrag bis zum An
schlag zwischen den zusammenwirkenden Vorsprüngen 17, 18
möglich ist, vgl. Fig. 2.
Auf dem inneren Ventilglied 10 ist ein C-förmiger Sicherungs
ring 20, auch als Seegerring bezeichnet, vorgesehen, der
einer Verdrehung zwischen dem inneren und äußeren Ventilglied
elastisch entgegenwirkt und die beiden Glieder durch Feder
kraft in, einer vorbestimmten, der Mittelstellung des Ventils
entsprechenden Einstellung hält. Der Sicherungsring 20 um
schließt das Ventilglied 10 und liegt vorzugsweise in einer
am Umfang des Gliedes, vorgesehenen ringförmigen Ausnehmung,
so daß sich der Sicherungsring radial ausdehnen kann bzw.
sich zusammendrücken läßt. Ein das Ventilglied 10 diametral
durchsetzender Stift 21 greift mit seinem Ende 22 durch die
offenen Enden 23 des Sicherungsringes 20, um diesen gegen
Verschieben, d. h. Verdrehen, am Umfang des Ventilgliedes 10
zu sichern. Durch die freien Enden 23 des Sicherungsringes 20
greift außerdem ein axial verlaufender Zapfen 24 des Ventil
gliedes 11, und je nachdem, mit welchem Ende 23 des Sicher
ungsrings 20 dieser Zapfen 24 während der relativen Ver
drehung der Ventilglieder 10 und 11 zusammenwirkt, wird der
Sicherungsring diametral ausgedehnt und durch die auf die
beiden Ventilglieder wirkende vorspannende Federkraft werden
sie in ihre in Fig. 3 gezeigt Mittelstellung zurückgeführt.
Das Ventilglied 10 ist im Ventilgehäuse 2 mittels eines
stirnseitigen Abschlusses 2a oder Kappe gelagert, die Teil
des Ventilgehäuses ist, und ist gegen ein Herausgleiten aus
dem Ventilgehäuse durch einen Sicherungsbolzen 27 gehalten.
Der Sicherungsbolzen 27 ist an seinem einen Ende drehbar in
einem Kugellager 28 in der Hohlwelle 15 gelagert und ist
außerdem in diesem Kugellager in axialer Richtung gesichert,
während sein gegenüberliegendes Ende in einer Sackbohrung 27a
des Ventilgliedes 10 liegt. Über eine radiale Bohrung 29 im
Bolzen kann dieser zweckmäßig mit Hilfe des Stiftes 21 mit
dem Ventilglied 10 verbunden werden. Um den Zusammenbau der
Ventilteile zu erleichtern und insbesondere die exakte Zu
ordnung der Bohrung 29 zum Stift 21 zu gewährleisten, wenn
dieser eingesetzt wird, weist der Sicherungsbolzen 27 ein ge
schlitztes Ende 30 auf, so daß der Sicherungsbolzen von Hand
verdrehbar ist, bis Bohrung und Stift fluchten, beispiels
weise mit Hilfe eines Schraubenziehers, der durch eine
Öffnung 31 im Zahnstangengehäuse und den Durchlaß 32 in den
Schlitz 30 des Bolzenendes einsetzbar ist. Der Durchlaß 32
bildet vorzugsweise eine Rücklaufleitung, die mit der
Öffnung 31 verbunden ist und in Rücklaufkanäle 32a in der
Hohlwelle 15 übergeht, die ihrerseits mit der Sackbohrung 27a
in Verbindung steht. Das über die Steueröffnungen 13 und 14
zurückfließende Medium fließt über die Sackbohrung 27a durch
radial angeordnete Kanäle 33 im Ventilglied 10 und fließt von
dort ab.
In die Mantelfläche 12 des Ventilgliedes 11 ist eine Ring
nut 25 eingedreht, die mit der Zylindermantelfläche 9 eine
ringförmige Kammer bildet, die ständig mit einer an eine
Druckflüssigkeitsquelle angeschlossenen Einlaßöffnung 26
kommuniziert.
Die Ringnut 25 steht über eine Leitung 34 mit den Steuer
öffnungen 14 in Verbindung. Im Ventilgehäuse 2 sind ferner
zwei nicht dargestellte zusätzliche Öffnungen vorgesehen, von
denen jede mit einer von zwei wechselweise beaufschlagten
Druckkammern 35 und 36 in Verbindung steht. Diese zusätz
lichen Öffnungen sind jeweils mit je einer der Kolbenkammern
der hydraulischen Kraftverstärkungseinheit verbunden. Die
Kammer 35 wird auf einer Seite von einer an der Ventil
hülse 11 ausgebildeten Schulter 37 begrenzt, die mit der
Mantelfläche 12 abschließt und die Teil einer ringförmigen
Eindrehung 38 an der Ventilhülse 11 bildet. Die Kammer 35
kommuniziert über Kanäle 39 im Ventilteil 11 mit den Steuer
öffnungen 14 und ist durch eine Hochdruckdichtung 40 zwischen
dem Ventilgehäuse 2 und der Ventilhülse 11 verschlossen. Das
Rollenlager 6 ist zweckmäßig innerhalb der Kammer 35 ange
ordnet. Die Kammer 36 ist auf einer Seite durch eine
Schulter 41 an der Ventilhülse 11 begrenzt, die sich radial
vom Mantel 12 nach innen erstreckt und die Teil einer ring
förmigen Eindrehung 42 an der Ventilhülse 11 ist. Die Kam
mer 36 ist durch die stirnseitige Kappe 2a verschlossen und
zwischen dem Ventilgehäuse und dem inneren Ventilglied 10 ist
eine hochdruckfeste Dichtung 43 vorgesehen. Kanäle 44 in der
Ventilhülse 11 stellen die Verbindung zwischen der Druck
kammer 36 und den Steueröffnungen 14 her.
Die Anordnung, die Abmessungen und die Funktion der Steuer
öffnungen 13 und 14 sind für einen Fachmann klar, denn bei
Verdrehung des inneren Ventilgliedes 10 in bezug auf das
äußere als Folge eines auf die Welle 8 aufgebrachten Lenk
momentes gelangt Druckflüssigkeit durch die Öffnung 26 zu je
weils einer der beiden Druckkammern 35 und 36, so daß in der
jeweils zugeordneten Kolbenkammer Druck aufgebaut wird,
während die jeweils andere Druckkammer 35 oder 36 mit einem
Behälter über eine Leitung 33 und die Sackbohrung 27a ver
bunden wird, wodurch die jeweilige Kolbenkammer entlastet und
die beabsichtigte Kraftverstärkung erreicht wird.
In der Mittelstellung des Ventils, wenn also keine Kraftver
stärkung erforderlich ist, kann die Druckflüssigkeit unmit
telbar zum Auslaß über die Leitungen 33 und 27a fließen,
während die beiden wechselweise arbeitenden Druckkammern 35
und 36 ebenfalls mit der Austrittsöffnung 31 in Verbindung
stehen.
Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die Mantelfläche 12 in axialer
Richtung sehr kurz dimensioniert ist, nämlich gerade so
bemessen ist, daß die Ringnut 25 angebracht und gegenüber den
angrenzenden Kammern 35 und 36 abgedichtet werden kann. Diese
knappe Bemessung der Mantelfläche 12 ermöglicht den Einsatz
eines verhältnismäßig kurzen Ventilgliedes 10 und einer ent
sprechend kurzen Ventilhülse 11, wodurch das Ventilgehäuse 2
in axialer Richtung insgesamt stark verkürzt werden kann und
somit das Lenkgetriebe insgesamt kleinbauender wird.
Die Druckkammern 35 und 36 werden zwar periodisch ständig von
Druckmedium beaufschlagt und entlastet, doch können diese
Wechselbeanspruchungen von den Hochdruckdichtungen 40 und 43
leicht abgefangen werden. Jede axiale Beanspruchung der
Ventilhülse 11 infolge des Druckaufbaus in einer der
Kammern 35 oder 36, während die andere jeweils drucklos wird,
wird durch die axiale Sicherung des Ritzels 4 im Lager 5 auf
gefangen, wodurch die Ventilhülse 11 ebenfalls gesichert ist.
Claims (6)
1. Kraftverstärktes Lenkgetriebe mit einem eine Zylinder
mantelfläche aufweisenden Ventilgehäuse, einer darin ange
ordneten Ventilhülse- deren Mantelfläche der Zylinder
mantelfläche des Ventilgehäuses gegenüberliegt und eine
Ringnut aufweist, die Teil einer von der Zylindermantel
fläche des Ventilgehäuses begrenzten Kammer für ein Druck
medium ist, und einem in der Ventilhülse angeordneten und
in bezug auf diese entsprechend einem eingegebenen Lenk
moment verstellbaren Ventilglied zwecks Zuordnung von
Steueröffnungen zwischen der Ventilhülse und dem Ventil
glied zur Steuerung des Flusses eines Druckmittels aus
einer Druckquelle zu einem die Hilfskraft für das Lenk
getriebe erzeugenden Kraftverstärker, wobei die durch die
Ringnut in der Mantelfläche der Ventilhülse und die
Zylindermantelfläche des Ventilgehäuses begrenzte Kammer
mit einer mit der Druckmittelquelle verbundenen Öffnung im
Ventilgehäuse sowie mit den Steueröffnungen zwischen der
Ventilhülse und dem Ventilglied über einen Kanal in der
Ventilhülse kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mantelfläche (12) der Ventilhülse (11) Stirnflächen
bildende Schultern (37, 41) aufweist, die sich radial von
der Mantelfläche (12) aus erstrecken und sich an axial
einander gegenüberliegenden Enden befinden, daß die in
dieser Mantelfläche (12) befindliche Ringnut (25) und die
Zylindermantelfläche (9) eine erste Kammer bilden und daß
die Schultern (37, 41) mit den axial aneinander gegenüber
liegenden Stirnflächen des Ventilgehäuses (2) zweite und
dritte Kammern zur Aufnahme von Druckmedium bilden, die
mit je einer weiteren Öffnung im Ventilgehäuse (2) sowie
mit den Steueröffnungen (13, 14) über Kanäle (39, 44), in der
Ventilhülse (11) kommunizieren, wobei die beiden weiteren
Öffnungen mit dem Kraftverstärker in Verbindung stehen.
2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schultern (37, 41) jeweils durch die Basis einer
ringförmigen Abdrehung (38, 42) an einander axial gegen
überliegenden Enden der Ventilhülse (11) gebildet sind.
3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Ventilglied (10) und die Ventilhülse
(11) in bezug auf das Ventilgehäuse (2) in Abhängigkeit
eines eingegebenen Lenkmoments axial verdrehbar sind, und
daß das Einstellen der Steueröffnungen (13, 14) durch das
Verdrehen eines Ventilgliedes in bezug auf das andere
erfolgt.
4. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kammern
(35) auf einer der der Schulter (37) gegenüberliegenden
Fläche von einer am Ventilgehäuse (2) angeordneten Hoch
druckdichtung (40) begrenzt ist.
5. Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hochdruckdichtung (40) zwischen dem Ventilgehäuse
(2) und der Ventilhülse (11) vorgesehen ist.
6. Lenkgetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß weitere Hochdruckdichtung (43)
zwischen dem Ventilgehäuse (2) und dem Ventilglied (10)
vorgesehen ist.
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