DE4215074A1 - Kolben, insbesondere fuer die stange einer zahnstange einer servolenkung fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, insbesondere für die Stange einer Zahnstange einer Servolenkung für ein Kraftfahrzeug.

Servolenkungen für Kraftfahrzeuge funktionieren auf bekannte Weise mit einer Zahnstange, die sich entsprechend der Lenkradbewegung in einem im Lenkgehäuse sitzenden Zylinder bewegt, wobei die Lenkradbewegung die Drehung eines Ritzels bewirkt, das zum einen fest an der Lenk­ spindel des Kraftfahrzeugs sitzt und zum anderen mit der besagten Zahnstange in Kontakt steht. Die Unterstützung der Lenkung kann mit Hilfe einer Hydraulik- oder Pneumatikvor­ richtung mit zwei Druckkammern geschehen, die jeweils an den beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind und zum einen von dem besagten Zylinder und zum anderen, ent­ sprechend für beide Kammern, von zwei Kolben begrenzt werden, von denen jeder eine Dichtung und einen Gleitring aufweist, wobei in den beiden Kammern je nach der Richtung, in die das Lenkrad gedreht wird, selektiv ein Hydraulik­ druck erzeugt und damit die Lenkung erleichtert wird.

Aus dem Dokument EP 02 61 854 ist ein Lenkgetriebe für eine Servolenkung des oben beschriebenen Typs bekannt, das über ein Ritzel und eine Zahnstange funktioniert, und bei dem die Übertragung der Zahnstangenbewegung auf die Spurstangen des Achssatzes von Antriebsrädern im mittleren Teil der Zahnstange stattfindet, und bei dem man durch eine Vorrichtung zur ständigen Anpassung der jeweiligen Stellung der Zahnstange und des Ritzels eine optimale Übersetzung erhält, unabhängig von unterschiedlichen Abmessungen, die aufgrund von Fabrikationstoleranzen, unterschiedlicher Steifigkeit der Zahnstange oder von Auswirkungen der Lang­ zeitbenutzung entstehen.

Zu diesem Zweck weist diese Vorrichtung ein drittes Gleitlager in Höhe des vorgenannten Getriebes auf, das aus einem Druckkolben besteht, der in einem Lenkgehäuse hin- und hergleitet, am unteren Teil der Zahnstange sitzt und ständig über eine Feder zum Ritzel zurückgeholt wird. An diesem dritten Gleitlager sitzt ein hin- und herfahrender Kolben, der eines der beiden Enden der Zahnstange umgibt, auf das starr eine Dichtung und ein Reibungsring montiert sind, und in dessen Innenraum das entsprechende Ende der Zahnstange während der Anpassung der entsprechenden Stel­ lungen der Zahnstange und des Ritzels gleiten kann.

Nun stellt jedoch heraus, daß hin- und herfahrende Kolben für Servolenkungen gewisse Nachteile beinhalten, und zwar dergestalt, daß zum einen trotz der mit Hilfe der Plattiervorrichtung vorgenommenen ständigen Anpassung die Gefahr einer Dezentrierung der Zahnstange besteht und zum anderen Beanspruchung und Fabrikationstoleranzen Schwan­ kungen in den Abmessungen mit sich bringen, die die Gleiteigenschaften und Dichtheit des Kolbens gegenüber dem Zylinder mit der Zeit beeinträchtigen.

Außerdem ist die Lenkung über Gleitkolben für Lenkungen mit auf Spurstangen übertragener Bewegung von der Mitte der Zahnstange aus schwer auf andere Lenkungen zu übertragen, bei denen die Übertragung der Zahnstangen­ bewegungen von einem Teil derselben in Form einer Stange übernommen wird, deren eines Ende mit den Antriebslenk­ stangen an der Seite des Gehäuses verbunden ist, weil ein drittes Reibungslager im Falle eines vorstehenden Stangen­ austritts kaum zu realisieren ist.

Bei dieser Art von Lenkung werden auf die Stange nämlich erhebliche Kräfte übertragen, die zu ihrer Verformung führen und damit die Gleitfähigkeit der Kolben entlang der Zylinderwände und die Dichtheit der Vorrichtung beein­ trächtigen können.

Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme und stellt einen Kolben vor, insbesondere für die Stange einer Zahnstange einer Servolenkung für Kraftfahrzeuge, der sehr kostengünstig und leicht zu montieren ist, wobei der Kolben leicht gleitet und im Zylinder eine gute Dichtheit zwischen den beiden Seiten des Kolbens gewährleistet ist, unabhängig von den Verformungen der Stange durch die auf sie ausgeüb­ ten Kräfte.

Zu diesem Zweck geht es bei der vorliegenden Erfin­ dung um einen Kolben, insbesondere für die Stange einer Zahnstange von Servolenkungen für Kraftfahrzeuge, der an der besagten Zahnstange angebracht wird und in einem Zylin­ der des Lenkgehäuses hin- und hergleitet, und der über eine Dichtung und einen Reibungsring verfügt, die zwischen dem Zylinder und der vorgenannten Zahnstange an einer starren Halterung befestigt sind, so daß sie mit dem besagten Zylinder mindestens die eine der beiden jeweils an den Enden des Zylinders vorgesehenen Druckkammern bildet und gleichzeitig das Gleiten der besagten Zahnstange, die vom besagten Kolben umgeben ist, unter guter Abdichtung gewähr­ leistet, und zwar unter Beaufschlagung eines in einer der vorgenannten Kammern erzeugten Drucks bei jeder Drehbewe­ gung des Lenkrads, wobei dieser Kolben dadurch gekennzeich­ net ist, daß die starre Halterung zusammen mit einer elastischen Vorrichtung funktioniert, die um die Stange herum montiert ist, um dauerhaft den reibungslosen und dichten Kontakt zwischen dem Reibungsring und dem vorge­ nannten Zylinder zu gewährleisten.

Man sieht bereits, daß dank der Erfindung der Rei­ bungsring der Geometrie der Innenfläche des Zylinders folgt, unabhängig von der Gleitbewegung der Stange, wodurch eine dauerhafte Dichtheit und die ungehinderte Bewegung gewährleistet sind.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist, daß die vorgenannte elastische Vorrichtung ein Stück aus elastischem Material ist und zwischen der Halterung und der vorgenannten Stange, an denen sie unter guter Abdichtung befestigt ist, vorgesehen ist. Die starre Halterung ist vorzugsweise ringförmig und umgibt die Stange, und eine ebenfalls starre Zwinge wird zwischen das vorgenannte elastische Stück und die Stange gesetzt, an denen sie gut abgedichtet befestigt ist.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß das elastische Stück mit der starren Halterung und der vorge­ nannten Zwinge entweder durch Kleben, Klemmen oder Aufpres­ sen fest verbunden wird.

Weiter wird beschrieben werden, daß das vorgenannte elastische Stück aus Elastomer oder analogem Material bestehen kann.

Ein anderes besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß die starre Halterung die Form eines Kranzes und an ihrem äußeren Umfang eine Vertiefung aufweist, in die über­ einander Dichtung und Reibungsring passen.

Ein anderes besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß die Zwinge an einem ihrer Enden länger ist und so einen Begrenzungsanschlag für Verschiebungen der starren Halte­ rung gegenüber dem elastischen Stück bildet. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß das aus elastischem Material bestehende Stück einer zu starken Schubbeanspruchung ausgesetzt wird; Gummi beispielsweise bietet nur geringen Widerstand gegen die Schubbeanspruchung.

Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung ist, daß der Kolben gegenüber seiner mittleren Ebene symmetrisch ist, die senkrecht zur Längsrichtung der Zahnstange verläuft.

Erfindung betrifft außerdem eine hydraulische Servolenkung, die mit einem wie oben beschriebenen Kolben ausgestattet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der detaillierten nachfolgenden Beschreibung hervor, zu der auch die beiliegenden Zeichnungen gehören, in denen

Fig. 1 eine Aufsicht einer Servolenkung für Kraft­ fahrzeuge ist, die ein Lenkgehäuse, einen Zylinder, eine Zahnstange und Druckkammern aufweist, sowie

Fig. 2 eine Detailansicht in Richtung des Pfeils 11 der vorgenannten Zeichnung ist und den um die Zahnstange montierten Kolben der Erfindung zeigt.

Auf der Fig. 1 ist eine Hydraulik-Servolenkung für Kraftfahrzeuge abgebildet, die in der Hauptsache ein Lenkgehäuse 3 aufweist, in dem ein Zylinder 2 sitzt, der eine Zahnstange 4 aufnimmt, die im besagten Zylinder 2 hin- und hergleitet und Kontakt mit einem Ritzel 5 hat, das mit der (nicht abgebildeten) Lenkspindel des Kraftfahrzeugs verbun­ den ist. Die vorgenannte Zahnstange 4 weist ein Stück 40 in Form einer Stange auf, das die Verbindung mit den Spur­ stangen zweier Antriebsräder des Kraftfahrzeugs (nicht abgebildet) herstellt, wobei die Stange 40 aus dem Zylin­ der 2 durch eine Öffnung austritt, die in einer Seite des besagten Zylinders 2 vorgesehen ist. Diese Lenkung ist mit einer hydraulischen Unterstützungsvorrichtung verbunden, die über ein Ventil und Hydraulikzylinder (nicht abge­ bildet) funktioniert und an zwei Druckkammern 20, 21 ange­ schlossen ist, die zum einen von den beiden Enden des Zylinders 2 und zum anderen von zwei Kolben 1, 6 begrenzt werden, die jeweils um die beiden Enden des gezahnten Teils der Zahnstange 4 montiert sind. Einer 6 dieser beiden Kolben 1, 6 ist vom bekannten Typ und weist eine Dichtung 60 und einen Reibungsring 61 auf, während der andere 1, dessen Struktur im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben werden wird, der Erfindung entspricht und um die Stange 40 montiert ist, die das gezahnte Stück der Zahnstange 4 verlängert.

Bei Betrachtung der Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Kolben 1 der Erfindung eine Dichtungshalterung 12 aus star­ rem Material in Form eines um die Zahnstange 4 verlaufenden Kranzes aufweist. Im äußeren Umfang der besagten Halterung 12 ist eine Vertiefung 120 vorgesehen, die übereinander eine Dichtung 11 und einen Reibungsring 10 aufnehmen kann. Das Innere der vorgenannten Halterung 12 ist gut abgedich­ tet an einem Block aus elastischem Material 13 befestigt, der auf die gleiche Weise durch seine Innenfläche mit einer ringförmigen Zwinge 14 verbunden ist, die um die Stange 40 verläuft, an der sie durch Kleben oder Klemmen befestigt ist. Zu beachten ist, daß die vorgenannte Zwinge 14 in Richtung des gezahnten Teils der Zahnstange 4 verlängert ist und ein hakenartiges Element 140 bildet, das eine Seite 141 aufweist, die parallel zu einem der Ränder 121 der Hal­ terung 12 der Dichtung 11 verläuft, so daß sie für die besagte Halterung 12 eine Stützfläche 141 darstellt, und daß die besagte Zwinge 14 unten eine Schrägfläche 122 aufweist, die an eine Anschlagscheibe 44 stößt, die fest mit der Stange 40 der Zahnstange 4 verbunden ist.

Zu beachten ist, daß der vorgenannte elastische Block 13 aus synthetischem Material bestehen kann, während die Zwinge 14 und die kranzförmige Dichtungshalterung 12 aus Stahl bestehen können und der Reibungsring 10 aus Teflon.

Die feste Verbindung der Zwinge 14 mit der Stange 40 kann, durch Klemmen und/oder Kleben so erfolgen, daß die Stange 40 vom Kolben 1 mitgenommen werden kann und die statische Dichtheit gewährleistet ist; die Befestigung durch Klemmen kann beispielsweise durch Abkühlen der Stange 40 und Erhitzen der Zwinge 14 vor der Montage erfol­ gen. Zu beachten ist, daß dieses Anschlagelement 44 unter­ schiedliche Formen haben kann, und zwar kann es z. B. aus einem Bogenstück, einem Spreng- oder Sicherungsring oder einem Vorsprung bestehen oder andere Formen aufweisen.

Bei der Montage wird der Kolben 1, dessen verschie­ dene Einzelteile zusammengesetzt wurden, um die Stange 40 der Zahnstange 4 herum angeordnet, von ihrem freien Ende 41 an und vor der Verbindung dieses Endes 41 mit den Spur­ stangen, bis die Zwinge 14 auf der Anschlagscheibe 44 auf­ liegt. Dann wird die Zwinge 14 auf eine der vorstehend erwähnten Befestigungsweisen an der Stange 40 befestigt.

Wenn im Betrieb ein Druck in einer der Kammern 21 erzeugt ist, bewirken die starre Halterung 12, die Dichtung 11, der Reibungsring 10, das Stück 13 und die Zwinge 14, die zusammen den Kolben der Erfindung 1 bilden, die Paral­ lelverschiebung der Stange 40 der Zahnstange 4 wobei durch das Stück aus elastischem Material 13 gesichert ist, daß das Ganze entlang der Innenfläche des Zylinders 2 läuft. Während dieser Verschiebung liegt die Halterung 12 an der von der Zwinge 14 gebildeten Stützfläche 141 an, wodurch eine zu große Schubbeanspruchung des elastischen Stücks 13 vermieden wird, die durch die Verschiebung der Halterung 12 gegenüber der Zwinge 14 bei der Beaufschlagung eines Drucks auf besagten Kranz 12 entsteht. Gummi ist hier ein wenig geeignetes Material.

Zu beachten ist, daß der Kolben gemäß der Erfindung für hydraulische wie pneumatische Servolenkungen Anwendung finden kann, und daß, obwohl er eher geeignet ist für Len­ kungen mit seitlicher Übertragung der Bewegung der Zahn­ stange auf die Spurstangen, er ebenso bei anderen Lenkungen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Lenkungen, bei denen die Übertragung der Bewegung zwischen beiden Kolben erfolgt.

Weiterhin ist zu beachten, daß man im Falle der Verwendung eines doppelt wirkenden Zylinders eine gegenüber einer vertikalen Mittelachse x-x, symmetrische Zwinge vor­ sehen kann. Durch den Einsatz solcher Kolben in Servo­ lenkungen mit doppelt wirkenden, koaxialen Kolben kann ver­ mieden werden, daß sich die Funktionsbeanspruchungen der Stange auswirken, außerdem wird eine bessere Dichtheit erreicht.

Die Erfindung stellt also einen Kolben vor, insbe­ sondere für die Stange einer Zahnstange einer Servolenkung für Kraftfahrzeuge, bei dem unabhängig von den durch die Funktionsbeanspruchung bewirkten Verformungen der Stange eine optimale Gleitfähigkeit und Dichtheit des Reibungs­ rings des Kolbens gegenüber den Zylindern sichergestellt ist und gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Lenksysteme erhöht wird, für die er geeignet ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung in kleinster Weise auf die beschriebene und in Zeichnungen dargestellte Ausführungsart beschränkt, die nur beispielhaft gegeben wurde.

Im Gegenteil, die Erfindung umfaßt alle technischen Äquivalente der beschriebenen Vorrichtungen sowie ihrer Kombinationen, wenn diese erfindungsgemäß vorgenommen werden.

Claims (11)

1. Kolben, insbesondere für die Stange einer Zahn­ stange einer Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, der an diese Zahnstange in einem Zylinder des Lenkgehäuses glei­ tend montiert ist und eine Dichtung und einen Reibungsring aufweist, die auf eine starre Halterung zwischen diesem Zylinder und dieser Zahnstange montiert sind, so daß mit diesem Zylinder zumindest die eine der beiden Druckkammern gebildet wird, die jeweils an beiden Enden des Zylinders vorgesehen sind, und das Gleiten der Zahnstange, die vom besagten Kolben umgeben ist, unter guter Abdichtung gewähr­ leistet wird, und zwar unter Beaufschlagung eines in einer der vorgenannten Kammern erzeugten Drucks bei jeder Drehbewegung des Lenkrads, dadurch gekennzeichnet, daß diese starre Halterung (12) zusammen mit einer elastischen Vorrichtung (13) funktioniert, die um die Stange (40) herum montiert ist, um dauerhaft den reibungslosen und dichten Kontakt zwischen dem Reibungsring (10) und dem vorgenannten Zylinder (2) zu gewährleisten.

2. Kolben gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorrichtung ein Stück (13) aus elastischem Material ist, das zwischen dieser Halterung (12) und der vorgenannten Stange (40) unter guter Abdichtung befestigt ist.

3. Kolben gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die starre Halterung (12) ringförmig ist und die Stange (40) umgibt.

4. Kolben gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine starre Zwinge (14) zwischen das vorgenannte elastische Stück (13) und diese Stange (40) gesetzt und gut abgedichtet befestigt wird.

5. Kolben gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses elastische Stück (13) einerseits mit der starren Halterung (12) und andererseits mit der vorgenannten Zwinge (14) festhaftend verbunden wird.

6. Kolben gemäß einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge (14) durch Kleben, Klemmen oder Aufpressen fest mit der Stange (40) verbunden wird.

7. Kolben gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgenannte elastische Stück (13) aus Elastomer oder analogem Material besteht.

8. Kolben gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Halterung (12) die Form eines Kranzes und an ihrem äußeren Umfang eine Vertie­ fung (120) aufweist, in die übereinander Dichtung (11) und Reibungsring (10) passen.

9. Kolben gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge (14) an einem ihrer Enden länger ist und so einen Begrenzungsanschlag (141) für die Verschiebung der starren Halterung (12) gegenüber dem elastischen Stück (13) bildet.

10. Kolben gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er gegenüber seiner mittleren Ebene symmetrisch ist, die senkrecht zur Längsrichtung der Zahnstange verläuft.

11. Hydraulische Servolenkung, die gemäß einem der vorstehenden Ansprüche mit einem wie oben beschriebenen Kolben ausgestattet ist.