DE60121003T2

DE60121003T2 - Kolben für eine hydraulisch verstärkte zahnstangenlenkung

Info

Publication number: DE60121003T2
Application number: DE60121003T
Authority: DE
Inventors: A. Richard Royal Oak STOLL
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: KR20030020989A; ES2266238T3; EP1315885A4; AU2001283554A1; KR100531585B1; WO2002014653A1; JP2004506563A; DE60121003D1; JP3672909B2; EP1315885B1; EP1315885A1; US6363833B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für ein hydraulisches Zahnstangen/Ritzel-Servolenksystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein bekanntes hydraulisches Zahnstangen/Ritzel-Servolenksystem für ein Fahrzeug weist eine Zahnstange auf, die beweglich ist, um eine Schwenkbewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu bewirken. Ein Kolben ist an der Zahnstange befestigt. Ein Teil des Kolbens ist in einer oder mehr Nuten in der Zahnstange aufgenommen, um den Kolben an der Zahnstange zu befestigen. Der Kolben bildet einen Teil eines Strömungsmittelmotors zum Bewegen der Zahnstange ansprechend auf das Drehen des Fahrzeuglenkrads.
Der Kolben wird durch Spanen bzw. Zerspanung ausgebildet. In dem Zerspanungsprozess geht eine große Materialmenge verloren.
Ferner wird auf das Dokument GB-A-2 046 682 hingewiesen, das eine Servolenkzylindereinrichtung von der Zahnstangenbauart offenbart, die einen Kolben und einen Zylinder aufweist. Der Kolben weist Folgendes auf: einen Kolbenring, der die Kolbenwelle mit einem Abstand bzw. Spiel umgibt, zwei Führungsringe, die die Seitenoberflächen des Kolbenrings gleitbar kontaktieren und Abstände zwischen ihren Außenumfängen und dem Zylinder bilden, eine erste Dichtung, die zwischen einem der Führungsringe und der Welle angeordnet ist, und eine zweite Dichtung, die zwischen einem der Führungsringe und dem Kolbenring angeordnet ist, und Einrastringe, die die Führungsringe axial auf der Welle halten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein hydraulisches Servolenksystem gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein hydraulisches Servolenksystem für ein Fahrzeug mit lenkbaren Rädern. Das System weist ein Gehäuse und eine Zahnstange auf, die in dem Gehäuse bewegbar ist, um die Schwenkbewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu bewirken. Das System weist ebenfalls einen Strömungsmittelmotor zum Bewegen der Zahnstange auf. Der Strömungsmittelmotor umfasst einen Kolben, der fest mit der Zahnstange und einer Pumpe verbunden ist. Der Kolben besitzt erste und zweite gegenüberliegende Endstirnflächen, gegen welche das hydraulische Strömungsmittel durch die Pumpe gerichtet wird, um die Bewegung des Kolbens, und dadurch der Zahnstange, relativ zu dem Gehäuse zu bewirken. Der Kolben besitzt eine Wand, die einen ersten Endteil umfasst, der mit der Zahnstange an einer ersten axialen Stelle entlang der Zahnstange verbunden ist, einen zweiten Endteil, der mit der Zahnstange an einer zweiten axialen Stelle entlang der Zahnstange verbunden ist, und einen Mittelteil, der sich zwischen den ersten und zweiten Endteilen der Wand erstreckt und sie miteinander verbindet. Der Mittelteil der Wand besitzt eine Außenumfangsnut, um einen Dichtungsring für den Eingriff mit dem Gehäuse aufzunehmen. Der erste Endteil und der zweite Endteil und der Mittelteil des Kolbens definieren einen Hohlraum in dem Kolben. Der Hohlraum besitzt eine ringförmige Konfiguration, die sich innerhalb der Wand um die Zahnstange herum erstreckt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangen und anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Berücksichtigen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, offensichtlich werden, wobei in den Zeichnungen zeigt:
1 eine Elevationsansicht, teilweise geschnitten eines hydraulischen Zahnstangen/Ritzel-Servolenksystems, das einen Kolben gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst; und
2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der 1, die den Kolben zeigt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für ein hydraulisches Zahnstangen/Ritzel-Servolenksystem. Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Kolbenbauarten für hydraulische Zahnstangen/Ritzel-Servolenksysteme anwendbar. Repräsentativ für die vorliegende Erfindung stellt 1 einen Kolben 10 dar, der einen Teil eines Lenksystems 12 bildet.
Das Lenksystem 12 umfasst eine Gehäuse 14. Ein Lenkglied in Form einer Zahnstange 16 wird von dem Gehäuse 14 getragen und ist relativ zu ihm bewegbar. Gegenüberliegende Enden der Zahnstange 16 sind durch eine geeignete Verbindung mit den lenkbaren Rädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden. Bei Bewegung der Zahnstange 16 relativ zu dem Gehäuse 14 werden die lenkbaren Räder des Fahrzeugs auf eine bekannte Weise verschwenkt.
Das Lenksystem 12 umfasst einen Hydraulikmotor 20, um den Fahrzeugbetreiber beim Verschwenken der lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu unterstützen. Der Hydraulikmotor 20 umfasst den Kolben 10, der fest mit der Zahnstange 16 verbunden ist. Der Kolben 10 ist in einem Zylinder 24 angeordnet, der von dem Gehäuse 14 gebildet wird. Der Kolben 10 teilt den Zylinder 24 in ersten und zweite Strömungsmittelkammern oder Druckkammern 26 und 28.
Ein Steuerventil 30 ist in dem Gehäuse 14 angeordnet. Das Steuerventil 30 ist mit den ersten und zweiten Kammern 26 und 28 des Motors 20 durch ein Paar von Leitungen 32 und 34 verbunden. Das Steuerventil 30 ist ebenfalls mit einer Pumpe 36 und mit einem Reservoir oder Sammelbehälter 38 durch ein weiteres Paar von Leitungen 40 und 42 verbunden.
Das Lenksystem 12 umfasst ferner eine Antriebswelle 44. Die Antriebswelle 44 ist zur Drehung mit einem Lenkrad 46 des Fahrzeugs verbunden. Ein Torsionsstab bzw. eine Torsionsstange (nicht gezeigt) in dem Steuerventil 30 verbindet die Antriebswelle 44 mit einem Ritzel 48. Das Ritzel 48 steht mit der Zahnstange 16 in Zahneingriff.
Bei Drehung des Fahrzeuglenkrads 46, verdreht sich die Torsionsstange, um es zu ermöglichen, dass sich die Antriebswelle 44 relativ zu dem Ritzel 48 dreht. Bei solch relativer Drehung leitet das Steuerventil 30 hydraulisches Strömungsmittel unter Druck von der Pumpe 36 zu dem Motor 20. Der Betrieb des Hydraulikmotors 20 bewegt die Zahnstange 16 und treibt das Ritzel 48 an, sich in einer Nachfolgeweise zu drehen. Das Steuerventil 30 kehrt zu einem neutralen Zustand zurück, wenn die lenkbaren Räder des Fahrzeugs auf ein Ausmaß verschwenkt wurden, das der Drehung des Lenkrads 46 und der Antriebswelle 44 entspricht.
Die Zahnstange 16 (2) besitzt eine zylindrische Außenoberfläche 50. Erste und zweite Nuten 52 und 54 sind in der Außenoberfläche 50 der Zahnstange 16 ausgebildet. Die ersten und zweiten Nuten 52 und 54 sind von einer sich radial erstreckenden Mittelebene 56 des Kolbens 10 gleichermaßen in einander gegenüberliegenden Richtungen voneinander beabstandet.
Der Kolben 10 (2) ist einstückig aus einem geeigneten Material, beispielsweise Metallblech, gebildet. Der Kolben 10 wird durch Stanzen oder Ziehen geformt. Da der Kolben eher auf diese Weise als durch Zerspanung hergestellt wird, geht während des Herstellungsprozesses des Kolbens keine große Menge an Material verloren.
Der Kolben 10 weist eine Einzelwand 60 auf, die einen Mittelteil 62 und erste und zweite gegenüberliegende Endteile 64 und 66 umfasst. Der Mittelteil 62 des Kolbens 10 besitzt eine im Allgemeinen scheibenförmige Konfiguration, die axial auf der Mittelebene 56 zentriert ist. Der Mittelteil 62 umfasst einen zylindrischen, sich axial erstreckenden Außenseitenwandteil 68 des Kolbens 10. Eine Außenumfangsnut 70 ist in dem Seitenwandteil 68 ausgebildet.
Der Mittelteil 62 des Kolbens 10 umfasst ebenfalls zwei ringförmige, sich radial erstreckende Endwandteile 74 und 76. Der Endwandteil 74 erstreckt sich zwischen den Seitenwandteilen 68 und dem ersten Endteil 64 des Kolbens 10 und verbindet diese miteinander. Der Endwandteil 76 erstreckt sich zwischen dem Seitenwandteil 68 und dem zweiten Endteil 66 des Kolbens 10 und verbindet diese miteinander.
Die gestrichelten Linien in 2 stellen die Konfiguration der Kolbenendteile 64 und 66 dar, wenn der Kolben 10 geformt ist und anfänglich (durch Gleiten) auf der Zahnstange 16 platziert wird. Die durchgezogenen Linien in 2 stellen die Konfiguration des Kolbenendteils 64 und 66 dar, nachdem der Kolben 10 an der Zahnstange 16 befestigt wurde.
In der Anordnung des Kolbens 10 an der Zahnstange 16, wird der erste Endteil 64 des Kolbens radial nach innen verformt, um in die erste Nut 52 in der Zahnstange einzugreifen. Der zweite Endteil 66 des Kolbens 10 wird radial nach innen verformt, um in die zweite Nut 54 in der Zahnstange 16 einzugreifen. Die Kolbenendteile 64 und 66 können durch Magnaformen oder durch Stauchhämmern verformt werden.
Daraus resultierend ist der Kolben 10 in Position an der Zahnstange 16 befestigt. In diesem zusammengebauten Zustand definieren der erste Endteil 64 und der zweite Endteil 66 und der Mittelteil 62 des Kolbens 10 einen Hohlraum 80 in dem Kolben. Der Hohlraum 80 besitzt eine ringförmige Konfiguration, die sich um die Zahnstange 16 herum innerhalb der Wand 60 erstreckt.
Wenn der Kolben 10 und die Zahnstange 16 zusammengebaut werden in dem Gehäuse 14, ist der Kolben zwischen den ersten und zweiten Druckkammern 26 und 28 in dem Gehäuse gelegen und definiert diese teilweise. Der erste Endwandteil 74 des Mittelteils 62 des Kolbens 10 bildet eine erste Endstirnfläche 82 des Kolbens. Die erste Endstirnfläche 82 des Kolbens 10 wird dem unter Druck stehenden Strömungsmittel in der ersten Druckkammer 26 ausgesetzt.
Der zweite Endwandteil 76 des Mittelteils 62 des Kolbens 10 bildet eine zweite Endstirnfläche 84 des Kolbens. Die zweite Endstirnfläche 84 des Kolbens 10 ist dem unter Druck stehenden Strömungsmittel in der zweiten Druckkammer 28 ausgesetzt. Ein Dichtungsring 86 ist in der Außenumfangsnut 70 des Kolbens aufgenommen. Die Dichtung 86 steht in abdichtendem Eingriff mit einer zylindrischen Innenoberfläche 88 des Gehäuses 14.
Beim Betrieb des Lenksystems 12, wird das hydraulische Strömungsmittel durch die Pumpe 36 auf bekannte Art und Weise gegen die ersten und zweiten Endstirnflächen 82 und 84 des Kolbens 10 geleitet, um eine Bewegung des Kolbens und damit der Zahnstange 16 relativ zu dem Gehäuse 14 zu bewirken. Die Dichtung 86 dichtet gegen die zylindrische Innenoberfläche 88 des Gehäuses 14 ab. Der abdichtende Eingriff der ersten und zweiten Endteile 64 und 66 des Kolbens 10 in den ersten und zweiten Nuten 52 und 54 der Zahnstange 16 blockiert die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Hohlraum 80 in dem Kolben und den ersten und zweiten Druckkammern 26 und 28. Der Hohlraum 80 in dem Kolben 10 bleibt im Allgemeinen frei von Hydraulikströmungsmittel.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen in der Erfindung entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen durch die angefügten Ansprüche abgedeckt werden.

Claims

Ein hydraulisches Servolenksystem für ein Fahrzeug mit lenkbaren Rädern, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse (14) und eine in dem Gehäuse bewegbare Zahnstange (16), um eine Verschwenkbewegung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu bewirken; einen Strömungsmittelmotor (20) zum Bewegen der Zahnstange (16), wobei der Strömungsmittelmotor einen Kolben umfasst, der fest mit der Zahnstange und einer Pumpe verbunden ist; wobei der Kolben (10) erste und zweite gegenüberliegende Endstirnflächen (82, 84) besitzt, gegen die von der Pumpe hydraulisches Strömungsmittel geleitet wird, um eine Bewegung des Kolbens und damit der Zahnstange relativ zu dem Gehäuse zu bewirken; wobei der Kolben (10) eine einzige Wand umfasst, die einen ersten Endteil (64), der mit der Zahnstange an einer ersten axialen Stelle entlang der Zahnstange verbunden ist, einen zweiten Endteil (66), der mit der Zahnstange an einer zweiten axialen Stelle entlang der Zahnstange, und einen Mittelteil (62) aufweist, der sich zwischen den ersten und zweiten Endteilen der Wand erstreckt und sie miteinander verbindet; wobei der Mittelteil (62) der Wand eine äußere Umfangsnut zum Aufnehmen eines Dichtungsrings (86) für den Eingriff mit dem Gehäuse besitzt; wobei der erste Endteil (64) und der zweite Endteil (66) und der Mittelteil (62) des Kolbens einen Hohlraum in dem Kolben definieren; wobei der Hohlraum (80) eine ringförmige Konfiguration besitzt, die sich innerhalb der Wand um die Zahnstange herum erstreckt.
Ein Lenksystem (12) gemäß Anspruch 1, das erste und zweite Druckkammern in dem Gehäuse aufweist, wobei der Kolben (10) zwischen den ersten und zweiten Kammern lokalisiert ist, wobei die Stirnfläche des ersten Endes des Kolbens unter Druck stehendem Strömungsmittel in der ersten Druckkammer ausgesetzt ist und die Stirnfläche des zwei ten Endes des Kolbens unter Druck stehendem Strömungsmittel in der zweiten Druckkammer ausgesetzt ist, wobei der Hohlraum in dem Kolben für eine Strömungsmittelverbindung zwischen den ersten und zweiten Druckkammern blockiert ist.
Lenksystem (12) gemäß Anspruch 2, wobei der Kolben (10) einstückig aus einem einzigen Materialstück ausgebildet ist.
Lenksystem (12) gemäß Anspruch 1, wobei die Zahnstange axial beabstandete erste und zweite Nuten (52, 54) besitzt, die die ersten und zweiten Endteile des Kolbens aufnehmen.