DE3930147A1 - Hydraulische lenkeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkeinheit mit einem eine Druckkammer aufweisenden Gehäuse, wobei die Druckkammer an einer Stirnseite eine Öffnung auf­ weist, durch die eine drehbeweglich gelagerte Lenksteuer­ einrichtung nach außen geführt ist und die Öffnung mit Hilfe eines Dichtringes nach außen abgedichtet ist.

Eine derartige Lenkeinheit wird von der Anmelderin unter dem Namen "OSP" vertrieben. Derartige Lenkeinheiten werden im "Downstream"-Betrieb verwendet, d.h. die Lenk­ einheit befindet sich in Reihe zwischen einer Pumpe und weiteren nachgeschalteten hydraulischen Einrichtun­ gen. In der Druckkammer befindet sich eine Hydraulikflüs­ sigkeit, die unter einem gewissen Druck steht, nämlich dem Versorgungsdruck der nachgeschalteten hydraulischen Einrichtungen. Durch die Lenksteuereinrichtung, bei­ spielsweise eine mit einer Lenksäule verbundenen Schie­ ber, werden verschiedene Steueröffnungen freigegeben oder verschlossen, um die Hydraulikflüssigkeit zu Hydrau­ likmotoren gelangen zu lassen, die letztendlich die Räder bewegen. Wenn der Druck in der Druckkammer an­ steigt, wird der Dichtring stärker belastet. Die Reibung zwischen der Lenksteuereinrichtung und dem Dichtring wird erhöht. Der Verschleiß des Dichtrings, der durch eine Bewegung der Lenksteuereinrichtung, d.h. durch eine Drehung der Lenksäule, bewirkt wird, vergrößert sich. Darüber hinaus wird die Bedienung der Lenksteuerein­ richtung durch das höhere Reibungsmoment erschwert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinheit anzugeben, die bei einfacher Montage eine höhere Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Lenkeinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Dichtring und der Druckkammer ein einstückig ausgebildeter Druck­ reduktionsring vorgesehen ist, der die Lenksteuereinrich­ tung umgibt, daß zwischen dem Druckreduktionsring und dem Dichtring ein Flüssigkeitssammelraum mit Abfluß vorgesehen ist und daß der Druckreduktionsring einen umlaufenden, flanschartigen Vorsprung aufweist, der an der Stirnseite der Druckkammer dichtend anliegt.

Aus US-PS 30 44 785 ist es bekannt, bei einer in Axial­ richtung bewegbaren Kolbenstange zur Entlastung eines Dichtungsrings eine die Kolbenstange umgebende metal­ lische Buchse zwischen der Druckkammer und dem Dichtungs­ ring vorzusehen, an dem die Hydraulikflüssigkeit vorbei­ fliessen kann. Zwischen der metallischen Buchse und dem Dichtungsring ist eine Abflußmöglichkeit für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen. Die metallische Buchse ist aus relativ vielen Teilen aufgebaut. Die Montage ist schwierig. Darüber hinaus hat die bekannte Abdichtung einen relativ hohen Raumbedarf.

Erfindungsgemäß erfordert der neue Druckreduktionsring nur unwesentlich mehr Platz in der Lenksteuereinrichtung als der bisher dort vorgesehene Dichtring. Er wird durch den in der Druckkammer herrschenden Druck automatisch an der Stirnseite der Druckkammer fixiert. Der Druck­ reduktionsring ist einstückig ausgebildet, so daß sich die Montage im Gegensatz zu der Dichtungsanordnung nach US-PS 30 44 785 ganz erheblich vereinfacht. Der Druck­ reduktionsring muß nämlich lediglich von innen an die Stirnseite der Druckkammer angelegt werden. Danach kann die Lenksteuereinrichtung, wie bisher auch, durch die Öffnung nach außen geschoben werden. Der Druckreduktions­ ring hat die Wirkung, daß er den Druck auf den Dichtring durch eine Drosselwirkung zwischen sich und der Lenk­ steuereinrichtung vermindert. Steigt der Druck in der Druckkammer an, vergrößert sich der Flüssigkeitsstrom, der zwischen Druckreduktionsring und Lenksteuereinrich­ tung in den Flüssigkeitssammelraum gelangt. Damit wird automatisch der Druckabfall, der durch die Drosselwir­ kung des Druckreduktionsringes entsteht, vergrößert. Die Druckbelastung auf den Dichtring kann also gering gehalten werden.

Mit Vorteil ist der Innendurchmesser des Druckreduktions­ rings am druckkammerseitigen Ende auf einem Teil seiner Länge konusartig vergrößert, während er auf der übrigen Länge annähernd konstant ist. Der Flüssigkeitssammelraum umgibt den Druckreduktionsring bis annähernd zum flansch­ artigen Vorsprung. Der Druckreduktionsring ist also von außen im größten Teil seiner Längsausdehnung vom Druck im Flüssigkeitssammelraum beaufschlagt. Steigt der Druck im Flüssigkeitssammelraum an, wird der Druck­ reduktionsring radial nach innen zusammengepreßt, wodurch sich die Drosselwirkung im Ringspalt zwischen Druckreduk­ tionsring und Lenksteuereinrichtung vergrößert. Dadurch vergrößert sich der Druckabfall über den Druckreduktions­ ring, wodurch der Druck im Flüssigkeitssammelraum wieder sinkt. Durch die Vergrößerung des Innendurchmessers des Druckreduktionsrings am druckkammerseitigen Ende kann ein Effekt ausgeglichen werden, der sich dadurch ergibt, daß sich der Innendurchmesser des Druckreduk­ tionsrings bei sehr großen Drücken geringfügig ver­ kleinert. Durch die konusartige Ausbildung des Innen­ durchmessers auf einem Teil seiner Länge wird verhindert, daß sich bei der entsprechenden Verringerung des Innen­ durchmessers eine Berührung zwischen Druckreduktionsring und Lenksteuereinrichtung ergibt.

Die konusartige Innendurchmesservergrößerung weist eine Steigung in der Größenordnung von 1 : 100 auf. Beispiels­ weise wird der Innendurchmesser über eine Länge von 2 mm um 20 µm vergrößert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lenksteuer­ einrichtung über ein Axiallager an der Stirnseite der Druckkammer abgestützt, wobei der Vorsprung des Druck­ reduktionsrings zwischen Stirnseite und Axiallager einge­ spannt ist. Dies hat den Vorteil, daß der Druckreduk­ tionsring zusätzlich an der Stirnseite der Druckkammer fixiert ist. Damit ist gewährleistet, daß auch ein größe­ rer Druck in der Druckkammer nicht in der Lage ist, den Druckreduktionsring weiter in die Öffnung hineinzu­ pressen und damit die Reibung zwischen der Lenksteuer­ einrichtung und dem Druckreduktionsring zu erhöhen. Vielmehr erlaubt die zusätzliche Festlegung des Druck­ reduktionsrings an der Stirnseite der Druckkammer, daß der Drosselspalt zwischen Druckreduktionsring und Lenk­ steuereinrichtung im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Mit Vorteil ist das Axiallager als Wälzlager ausgebildet, wobei zwischen dem Druckreduktionsring und den Rollenele­ menten des Lagers eine Wälzplatte aus steifem Material vorgesehen ist. Damit wird vermieden, daß bei Bewegung der Lenksteuereinrichtung gegenüber dem Gehäuse eine Reibung zwischen der Lenksteuereinrichtung und dem flanschartigen Vorsprung des Druckreduktionsrings auf­ tritt. Die Wälzplatte aus steifem Material erlaubt trotz der einzelnen Wälzelemente eine gleichmäßige Druckvertei­ lung auf den flanschartigen Vorsprung des Druckreduk­ tionsrings.

Bevorzugterweise ist auf der dem Axiallager zugewandten Seite des Druckreduktionsrings eine Zentriereinrichtung für das Axiallager vorgesehen. Diese Zentriereinrichtung bewirkt, daß der Druckreduktionsring zentrisch in dem Axiallager angeordnet ist. Da der Druckreduktionsring im wesentlichen zentrisch in der Öffnung des Gehäuses angeordnet ist, ergibt sich damit automatisch eine rela­ tiv gute Zentrierung des Axiallagers in Bezug auf die Öffnung.

Dabei ist bevorzugt, daß die Zentriereinrichtung durch einen umlaufenden Zentriervorsprung gebildet ist. Dieser verhindert einen direkten Kontakt zwischen dem Axiallager und der Lenksteuereinrichtung, was den Verschleiß ver­ mindert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens eine umlaufende Rille in der radialen Innenfläche des Druckreduktionsrings vorgesehen. Die Rille vermindert die wirksame Fläche, über die der Druckreduktionsring mit der Lenksteuereinrichtung in Verbindung steht. Damit wird die Reibung weiter herabgesetzt. Darüber hinaus bewirkt die Rille, daß der Druckreduktionsring sich bei Auftreten einer Flüssigkeitsströmung von der Druck­ kammer zum Flüssigkeitssammelraum selbst zentriert.

Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die Rille die Form einer im Querschnitt rechteckförmigen Nut hat. Nuten dieser Art sind einfach zu fertigen und gewährleisten ein günstiges Strömungsverhalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Lenksteuereinheit,

Fig. 2 einen Druckreduktionsring im Querschnitt und

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2.

Eine Lenkeinheit 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Druck­ kammer 3 auf. In einer Stirnseite 16 der Druckkammer 3 ist eine Öffnung 22 im Gehäuse 2 vorgesehen, durch die ein innerer Schieber 4 einer Lenksteuereinrichtung nach außen geführt ist. Der innere Schieber 4 ist mit einer Lenksäule 5 über eine Vielkeilverbindung 6 verbun­ den. Durch eine Drehung der Lenksäule 5 wird der innere Schieber 4 ebenfalls verdreht. Der innere Schieber 4 wirkt mit einem äußeren Schieber 7 in bekannter Weise zusammen, um nicht dargestellte Hydraulikmotoren zu steuern.

Die Druckkammer 3 steht über einen Anschluß 8 mit einer Downstream-Hydraulik bzw. mit einem Tank in Verbindung. Über den Anschluß 8 kann Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer 3 heraus fliessen. Die Öffnung 22 ist nach außen mit Hilfe eines Dichtrings 9 abgedichtet, der den inneren Schieber 4 konzentrisch umgibt und im Gehäuse 2 angeordnet ist.

Zwischen dem Dichtring 9 und der Druckkammer 3 ist ein Druckreduktionsring 10 angeordnet. Der Druckreduktions­ ring 10 weist einen flanschartigen Vorsprung 17 auf, der an der Stirnseite 16 der Druckkammer 3 dichtend anliegt. Der flanschartige Vorsprung 17 erstreckt sich von einem Körper 23 radial nach außen. Der Körper 23 ist in eine Bohrung 24 im Gehäuse 2 eingesetzt, die die Öffnung 22 radial erweitert. Zwischen dem Druckreduk­ tionsring 10 und dem Dichtring 9 ist ein Flüssigkeits­ sammelraum 11 vorgesehen, aus dem die Flüssigkeit über einen Abfluß 12 abfließen kann. Die Bohrung 24 hat einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Körpers 23 des Druckreduktionsrings 10. Somit umgibt der durch die Bohrung 24 und den Druckreduktionsring 10 begrenzte Flüssigkeitssammelraum 11 den Körper 23 des Druckreduktionsrings praktisch bis zum flanschartigen Vorsprung 17. Die Abdichtung zwischen Druckkammer 3 und Flüssigkeitssammelraum 11 erfolgt dabei über die Berührung zwischen dem flanschartigen Vorsprung 17 und der Stirnseite 16 der Druckkammer 3. Der Körper 23 des Druckreduktionsrings 10 ist also auf seiner Außenseite mit dem Druck im Flüssigkeitssammelraum 11 beaufschlagt. Steigt der Druck im Flüssigkeitssammelraum 11 an, wird der Druckreduktionsring 10 in Richtung auf den inneren Schieber 4, also radial nach innen, zusammengepreßt, wodurch sich der Ringspalt zwischen innerem Schieber 4 und Druckreduktionsring 10 verkleinert. Dadurch erhöht sich die Drosselwirkung dieses Ringspalts. Der Druckab­ fall zwischen der Druckkammer 3 und dem Flüssigkeitssam­ melraum 11 wird vergrößert. Dadurch sinkt der Druck im Flüssigkeitssammelraum 11 wieder ab und der Dichtring 9 wird entsprechend schwächer belastet.

Die aus innerem Schieber 4, Lenksäule 5 und äußerem Schieber 7 gebildete Lenksteuereinheit ist über ein Axiallager 13 an der Stirnseite 16 der Druckkammer 3 axial gelagert. Das Axiallager 13 weist Wälzelemente 14 auf, die auf einer Wälzplatte 15 abrollen können. Die Wälzplatte 15 preßt den flanschartigen Vorsprung 17 des Druckreduktionsrings 10 gegen die Stirnseite 16 der Druckkammer 3. Auf diese Weise wird der Druckre­ duktionsring 10 sicher an seinen bestimmungsgemäßen Platz gehalten. Der Druckreduktionsring 10 weist an seiner dem Axiallager 13 zugewandten Seite einen Zen­ triervorsprung 21 auf, der in eine entsprechend vorge­ sehene zentrische Bohrung der Wälzplatte 15 eingreift. Der Zentriervorsprung 21 ist als umlaufender Vorsprung ausgebildet, d.h. er steht in Umfangsrichtung praktisch überall mit der Wälzplatte 15 in Verbindung. Damit ist eine gleichmäßige Kräfteverteilung auf den Druckreduk­ tionsring 10 gewährleistet. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß das Axiallager 13 in bezug auf den Druck­ reduktionsring 10 zentriert wird. Darüber hinaus verhin­ dert der Zentriervorsprung einen Kontakt zwischen der Wälzplatte 15 und dem inneren Schieber 4, wodurch der Verschleiß vermindert wird.

Der Druckreduktionsring 10 weist Rillen 25 auf, die im Querschnitt die Form einer rechteckigen Nut haben. Die Rillen 25 sind Druckausgleichsrillen, die zusammen mit einer Flüssigkeitsströmung zwischen innerem Schieber 4 und Druckreduktionsring 10 bewirken, daß sich der Druckreduktionsring 10 selbst zentriert. Hierbei werden kleine Toleranzen berücksichtigt, die bei der Herstellung des Druckreduktionsrings 10 entstehen können. Zum anderen vermindern die Rillen 25 die wirksame Fläche, mit der der Druckreduktionsring 10 auf dem inneren Schieber 4 aufliegen kann, wenn er aufgrund eines zu geringen Flüssigkeitsstromes noch nicht zentriert ist. Für diesen Fall wird die Reibung vermindert und die Bedienung der Lenkeinheit 1 erleichtert.

Der Innendurchmesser des Druckreduktionsrings 10 ist nicht konstant. An seinem druckkammerseitigen Ende ist der Innendurchmesser auf einem Teil der Länge konusartig vergrößert. Die Durchmesservergrößerung hat ein Ausmaß beispielsweise im Bereich von µm. Beispielsweise ist der Innendurchmesser über eine Länge von 2 mm um 20 µm vergrößert. Die Steigung der konusartigen Innendurchmes­ servergrößerung liegt also in der Größenordnung von 1 : 100. Durch diese Maßnahmen wird verhindert, daß die bei einem großen Druck in der Druckkammer 3 unvermeidlich auftretende Innendurchmesserverringerung des Druckreduk­ tionsrings 10 zu einer Berührung und damit einer starken Reibung des Druckreduktionsrings 10 auf dem inneren Schieber 4 führt.

Eine Lenksäulenhalterung 18 ist mit dem Gehäuse 2 verbun­ den und stützt über ein Lenksäulenlager 19 die Lenksäule ab. Zwischen dem Gehäuse 2 und der Lenksäulenhalterung 18 ist eine Staubdichtung 20 vorgesehen.

Im Betrieb ist es unvermeidlich, daß die in der Druckkam­ mer 3 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit entlang des inneren Schiebers 4 versucht, durch die Öffnung 22 nach außen zu dringen. Dabei fließt sie am Druckreduk­ tionsring 10 vorbei. Der kleine Spalt, der zwischen dem Druckreduktionsring 10 und dem inneren Schieber 4 vorhanden ist, stellt praktisch eine Drossel dar, die einen erheblichen Druckabfall für die Flüssigkeit bewirkt. Die Flüssigkeit sammelt sich in dem Flüssig­ keitssammelraum 11 und fließt durch den Abfluß 12 ab. Der Druck, der dann noch auf den Dichtring 9 wirken kann, ist praktisch vernachlässigbar.

Claims (9)

1. Hydraulische Lenkeinheit mit einem eine Druckkammer aufweisenden Gehäuse, wobei die Druckkammer an einer Stirnseite eine Öffnung aufweist, durch die eine drehbeweglich gelagerte Lenksteuereinrichtung nach außen geführt ist und die Öffnung mit Hilfe eines Dichtringes nach außen abgedichtet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Dichtring (9) und der Druckkammer (3) ein einstückig ausgebildeter Druckreduktionsring (10) vorgesehen ist, der die Lenksteuereinrichtung (4) umgibt, daß zwischen dem Druckreduktionsring (10) und Dichtring (9) ein Flüs­ sigkeitssammelraum (11) mit Abfluß (12) vorgesehen ist und daß der Druckreduktionsring (10) einen um­ laufenden, flanschartigen Vorsprung (17) aufweist, der an der Stirnseite (16) der Druckkammer (3) dich­ tend anliegt.

2. Lenkeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Druckreduktionsrings am druckkammerseitigen Ende auf einem Teil seiner Länge konusartig vergrößert ist, während er auf der übrigen Länge annähernd konstant ist und daß der Flüssigkeitssammelraum (11) den Druckreduktionsring (10) bis annähernd zum flanschartigen Vorsprung (17) umgibt.

3. Lenkeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konusartige Innendurchmesservergrößerung eine Steigung in der Größenordnung von 1 : 100 aufweist.

4. Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenksteuereinrichtung (4, 5, 7) über ein Axiallager (13) an der Stirnseite (16) der Druckkammer (3) abgestützt ist, wobei der Vorsprung (17) des Druckreduktionsrings (10) zwischen Stirnseite (16) und Axiallager (13) eingespannt ist.

5. Lenkeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (13) als Wälzlager ausgebildet ist und zwischen dem Druckreduktionsring (10) und den Rollenelementen (14) des Axiallagers (13) eine Wälzplatte (15) aus steifem Material vorgesehen ist.

6. Lenkeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Axiallager (13) zugewandten Seite des Druckreduktionsrings (10) eine Zentriereinrich­ tung (21) für das Axiallager (13) vorgesehen ist.

7. Lenkeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung durch einen umlaufenden Zentriervorsprung (21) gebildet ist.

8. Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine umlaufende Rille (25) in der radialen Innenfläche des Druckreduktions­ rings (10) vorgesehen ist.

9. Lenkeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille (25) die Form einer im Querschnitt reckteckförmigen Nut hat.