SE510243C2 - Anordning för reducering av servotryck vid en styrväxel samt styrväxel med en dylik anordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 510 245 2 när ratten vrids till vänster eller höger ändläge, och medför problem i form av oljud och vibrationer i styrväx- eln. Dessutom belastas fordonets motor hårt av servopumpen, vilket medför att fordonets tomgångsvarvtal inte alltid kan hållas konstant. Slutligen hettas hydrauloljan upp onormalt snabbt, vilket kan leda till skador på servopumpen.

En tidigare känd anordning som syftar att lösa dessa problem är förut känd genom patentet US 4354422. Anord- ningen innefattar en svängbar bur som kan vridas i för- hållande till en ingående axel som är förbunden med fordonets ratt. Buren är förbunden med en ventil som kan ställas in så att olja matas fram för förflyttning av en kuggstång vid vridning av den ingående axeln. När kugg- stången når ett av sina ändlägen kommer buren att påverkas av ett kamelement och vridas tillbaks till ett neutralläge, oberoende av kraften på den ingående axeln. Detta medför att ventilen går tillbaks till ett neutralläge så att en förbindelse mellan en oljematningsledning och en oljereser- voar kortsluts. Härigenom reduceras kraften från servopum- pen.

Denna tidigare kända anordning är dock relativt komplicerad till sin konstruktion, vilket ger en hög tillverkningskost- nader samt kan leda till att fel uppstår. Dessutom kan den inte utnyttjas i samband med alla typer av konventionella styrväxlar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett huvudändamål med den föreliggande uppfinningen är att lösa ovannämnda problem och åstadkomma en förbättrad anordning som minskar belastningen från en servoanordning vid en styrväxel när ratten har vridits till ett förutbe- stämt läge och som kan utnyttjas i samband med konventio- nella styrväxlar. Detta ändamål uppnås genom en anordning 10 15 20 25 30 35 510 245 3 av i inledningen nämnt slag, vars kännetecknande särdrag framgår av den kännetecknande delen i patentkrav l.

Genom att uppfinningen innefattar ett särskilt ventilele- ment som anligger direkt mot kuggstången och som sträcker sig genom en förbindelsekanal mellan matnings- och retur- ledningarna för servoolja, samt genom att kuggstången är försedd med ett avsnitt med förändrad form för samverkan med ventilelementet, varigenom ventilelementet på ett effektivt sätt kan förflyttas så att matnings- och retur- ledningarna kortsluts när kuggstången är i ett förutbestämt läge. Härigenom fås en enkel men ändå effektiv ventil- konstruktion som dessutom kan integreras i ett konventio- nellt servosystem.

Enligt en föredragen utföringsform utgörs ventilelementet av en huvudsakligen cylindrisk stång eller tapp som glider med sin bottenyta mot kuggstången.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till de bifogade figurerna, där Figur 1 är en schematisk vy av en styrväxel enligt den föreliggande uppfinningen, Figur 2 är en förstorad, delvis genomskuren vy som schematiskt visar anordningen enligt uppfin- ningen i en första position, och Figur 3 visar anordningen enligt figur 2 i en andra position.

FÖREDRAGEN UTPÖRINGSFORM: I figur 1 visas i schematisk och något förenklad form en anordning enligt den föreliggande uppfinningen. Enligt en 10 15 20 25 30 35 510 243 4 föredragen utföringsfor¶1är anordningen avsedd att användas i samband med en styrväxel l av i huvudsak konventionellt slag avsedd för ett motorfordon.

Styrväxeln 1 är av kuggstångstyp och innefattar en ingående axel 2 som är förbunden med en (ej visad) ratt hos fordo- net. Den ingående axeln 2 är fast anordnad vid ett kuggdrev 3, vilket innefattar kuggar som samverkar med motsvarande kuggar på en kuggstång 4. Två styrstag 5, 6 finns anordnade på respektive ände av kuggstången 4. Styrstagen 5, 6 är på konventionellt vis infästade i kuggstången 4 via kulleder eller liknande och är avsedda att styra hjulens riktning.

På så vis kan en vridningsrörelse på ratten överföras till fordonets hjul via den ingående axeln 2, kuggdrevet 3, kuggstången 4 och styrstagen 5, 6. Hjulutslaget, d.v.s. ändlägena för ratten och den ingående axeln 2, definieras av (ej visade) stoppanordningar i styrväxeln 1.

Kuggstången 4 är inbyggd i ett styrväxelhus 7 som i sin tur är sammanbyggt med ett ventilhus 8, vars uppbyggnad och funktion kommer att beskrivas i detalj nedan med hänvisning till figurerna 2 och 3. Till ventilhuset 8 finns anslutet en matningsledning 9 för matning av ett servomedium, före- trädesvis olja, från en servopump 10. Dessutom finns en returledning ll som är ansluten mellan ventilhuset 8 och servopumpen 10 och som är avsedd för återföring av servo- olja l från styrväxeln 1 till servopumpen 10. Servopumpen 10 drivs företrädesvis med hjälp av en (ej visad) mekanisk överföring från fordonets motor, t.ex. en kilrem.

Anordningen innefattar vidare en hydraulisk cylinder 12 som bildas mellan kuggstången 4 och styrväxelhuset 7. Cylindern 12 är indelad i en första cylinderkammare 13 och en andra cylinderkammare 14 med hjälp av en kolv 15 som är fast anordnad i kuggstången 4 och som tätar mot cylinderns 12 (d.v.s. styrväxelhusets 7) innerväggar. Vidare förbinds 10 15 20 25 30 35 5'íÛ 245 s ventilhuset 8 med cylinderkamrarna 13, 14 med hjälp av en tredje ledning 16 och en fjärde ledning 17.

Vid drift av anordningen drivs servopumpen 10 av fordonets motor. Härvid matas servoolja från servopumpen 10 till styrväxeln 1 via matningsledningen 9. Inuti ventilhuset 8, i anslutning till den ingående axeln 2, finns en ej närmare visad ventilspole av i sig känt slag. Med hjälp av denna kan servoolja.med högt tryck styras till en av cylinderkam- rarna 13 respektive 14 via den tredje eller fjärde led- ningen 16 respektive 17, beroende på åt vilket håll den ingående axeln 2 vrids. Ventilspolen är inrättad att i beroende av vridläget hos den ingående axeln 2 kunna förbinda matningsledningen 9, returledningen 11, den tredje ledningen 16 och den fjärde ledningen 17 med varandra så att de följande funktionerna kan erhållas: i) Om den inre axeln 2 befinner sig i neutralläget (d.v.s. om den ej vrids i någon riktning) kortsluts matningsledningen 9 med returledningen ll. ii) Om den inre axeln 2 vrids motsols (sett uppifrån) förbinds matningsledningen 9 med den tredje ledningen 16. Servoolja under högt tryck matas då till den första kammaren 13. Kuggstången. 4 påverkas då åt vänster i figur 1. Dessutom kommer den fjärde led- ningen 17 i förbindelse med returledningen ll, så att servoolja med lågt tryck matas från den andra kammaren 14 tillbaks till servopumpen 10. iii) Om den inre axeln 2 vrids medsols förbinds matnings- ledningen 9 med den fjärde ledningen 17. Servoolja under högt tryck matas då till den andra kammaren 14 så att kuggstången 4 påverkas åt höger i figur 1.

Dessutom kommer den tredje ledningen 16 i förbindelse med returledningen 11, så att servoolja med lågt tryck 10 15 20 25 30 35 510 243 6 matas från den första kammaren 13 tillbaks till servopumpen 10.

I figur 2 visas en delvis genomskuren, principiell vy av ventilhuset 8. Figuren visar även ett avsnitt av den ingående axeln 2 och. kuggstången 4, samt återger' upp- finningen i ett tillstånd som motsvarar att ratten vrids motsols, d.v.s. för styrning till vänster av fordonet.

Härvid matas servoolja in via matningsledningen 9 till en matningskanal 18 i ventilhuset 8. Servooljan returneras från ventilhuset 8 genom returledningen 11 via en returka- nal 19.

Med hjälp av den ovannämnda ventilspolen styrs servooljan i det aktuella driftsfallet till den tredje ledningen 16 via en tredje kanal 20 i ventilhuset 8. Servooljan returne- ras från cylindern 12 (jfr. figur 1) via den fjärde ledningen 17 och en fjärde kanal 21 i ventilhuset 8 och därefter tillbaks till returkanalen 19. På så vis fås ett krafttillskott som påverkar kuggstången 4. I figur 2 har servoolja som står under högt tryck markerats med streckade linjer.

Matningskanalen 18 är förbunden med returkanalen 19 med hjälp av en förbindelsekanal 22. Vidare finns ett ventil- element 23 i form av en huvudsakligen cylindrisk stång anordnad i förbindelsekanalen 22 samt i ett ytterligare kanalavsnitt. 24 i. ventilhuset 8. Kanalavsnittet 24 kan utgöra en förlängning av förbindelsekanalen 22 så att ventilelementet 23 kan förskjutas genom de båda kanalerna 22 och 24.

Ventilelementet 23 är företrädesvis anordnat huvudsakligen vertikalt så att dess bottenyta ligger an mot ovansidan av kuggstången 4. Ventilelementet 23 har vidare ett övre parti 25 med dimensioner som något understiger förbindelse- 10 15 20 25 30 35 510 243 7 kanalens 22 dimensioner. Detta gör att det övre partiet 25 har en tätande funktion som i det aktuella driftstillstån- det förhindrar att servoolja läcker in i returkanalen 11.

Vidare har ventilelementet 23 ett smalt mellanparti 26 som medger passage av servoolja genom returkanalen 19. Ventile- lementet 23 är företrädesvis tillverkat av stål och har en rundad bottenyta som glider mot kuggstångens 4 övre yta.

För att ge kuggstången 4 en låg friktion mot ventilelemen- tet 23 är det senare företrädesvis insmort med fett. Vidare är ventilelementet 23 försett med en tätning 27 med vars hjälp kanalavsnittet 24 tätas.

I enlighet med uppfinningen innefattar kuggstången 4 en formförändring såsom exempelvis en fördjupning eller urtagning 28. Placeringen av denna urtagning 28 är sådan att den motsvarar att den ligger mitt för ventilelementets 23 bottenyta när den ingående axeln 2 har vridits till ett förutbestämt läge, företrädesvis ett ändläge för rattens utslag. Kuggstången 4 innefattar även en ytterligare (ej visad) urtagning som är placerad på en position som motsvarar att den ingående axeln 2 har vridits till sitt andra ändläge.

När den ingående axeln 2 har vridits till ett ändläge kommer ventilelementet 23 att vara.mitt för urtagningen 28.

På grund av det höga servotrycket i matningskanalen 18 samt på grund av ventilelementets 23 egen vikt kommer ventilele- mentet 23 att tryckas ned i urtagningen 28, d.v.s. det förskjuts nedåt i förbindelsekanalen 22 och kanalavsnittet 24. Detta tillstånd visas i figur 3. Genom att ventile- lementet 23 förs ner i urtagningen 28 kommer det övre partiet 25 att tryckas nedåt ett stycke genom förbindelse- kanalen 22. Enligt vad som framgår av figur 3 medför detta att en förbindelse mellan.matningskanalen 18 och returkana- len 19 friläggs, vilket i sin tur medför att matnings- ledningen 9 och returledningen ll kortsluts. Detta leder 10 15 20 25 30 35 510 243 8 till att servotrycket sjunker. På så vis reduceras trycket med vilket servosystemet verkar på styrväxeln 1.

När den ingående axeln 2 återigen vrids bort från kugg- stångens 2 ändläge kommer Ventilelementet 23 att pressas upp ur urtagningen 28. Detta underlättas genom att urtag- ningen 28 innefattar snedställda kanter mot vilka ventile- lementets 23 bottenyta kan glida.

Uppfinningen är inte begränsad till den ovan beskrivna utföringsformen, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan ventilelementet vara fjäderbelastat så att det lättare trycks ned i urtagningen 28 när ett ändläge har nåtts.

Ventilelementet 23 kan ges en utformning så att servotryck- et reduceras antingen helt eller delvis (d.v.s. ned till en viss förutbestämd nivå) när kuggstången 4 når sitt ändläge.

Formförändringen kan anordnas på positioner som svarar mot ett ändläge hos kuggstången, samt på ytterligare positioner längs kuggstången 4 där man önskar erhålla ett minskat servotryck. Dessutom kan formförändringen hos kuggstången 4 utformas på många sätt. Den kan t.ex. utgöras av en avsmalnande form hos kuggstången 4. Den kan också utgöras av ett utskjutande parti som påverkar Ventilelementet 23 i riktning bort från kuggstången 4, d.v.s. så att Ventilele- mentet 23 trycks uppåt.

Vidare kan ventilelementets 23 övre parti 25 innefatta en separat tätning för blockering av förbindelsekanalen 22 i det funktionstillstånd som visas i figur 2. Det övre partiet 25 kan dessutom vara utformat på olika sätt, t.ex. cylindriskt eller koniskt. 510 245 9 Slutligen kan ventilelementets 23 mot kuggstången 4 anliggande yta ges en särskilt låg friktion, alternativt förses med en rulle eller liknande, så att ventilelementet 23 glider lätt när kuggstången 4 förskjuts.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 510 243 10 PATENTKRAV 2

1. Anordning för reducering av servotryck vid en styrväxel (1) innefattande en ingående axel (2) som är förbunden med en kuggstång, en servoanordning (9-17) för tillförsel av kraft till kuggstången (4) och innefattande ett hus (8) med en första kanal (18) och en andra kanal (19) för matning respektive återförsel av servomediunlsamt en förbindelseka- nal (22) nællan den första och andra kanalen (18, 19), medel (28) för detektering av huruvida kuggstången (4) befinner sig i ett förutbestämt läge samt ett ventilelement (23) för öppning av förbindelsekanalen (22) när nämnda läge detekteras, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att ventilelementet (23) anligger mot kuggstången (4) och har sin utsträckning genom förbindelsekanalen (22), samt att nämnda medel (28) utgörs av en formändring (28) i kugg- stången (4) med vilken ventilelementet (23) samverkar vid detektering av nämnda läge, varvid ventilelementet (23) förskjuts i förbindelsekanalen (22).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att ventilelementet (23) utgörs av en huvud- sakligen cylindrisk stång.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v , att ventilelementet (23) in- nefattar ett övre parti (25) för blockering av förbindelse- kanalen (22) när nämnda läge ej har detekteras, samt ett smalare parti (26) som sträcker sig tvärs över returkanalen (19) när nämnda läge ej har detekterats. 10 15 20 25 510 243 ll

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä 1: a v , att det övre partiet (25) innefattar en tätning.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda läge utgörs av ett ändläge för den ingående axeln (2).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda formändring utgörs av en urtagning (28) i kuggstången (4).

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att ventilelementets (23) mot kuggstången (4) anliggande yta uppvisar låg friktion.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att ventilelementet (23) löper genom ett ytterligare kanalavsnitt (24) som ligger i linje med förbindelsekanalen (22).

9. Styrväxel (1) för motorfordon innefattande ett ventil- arrangemang enligt något av föregående patentkrav.