WO2007128362A1 - Rückstellvorrichtung zum elastischen rückstellen von zwei relativ zueinander verdrehbaren bauteilen, insbesondere für ein servolenkventil - Google Patents

Rückstellvorrichtung zum elastischen rückstellen von zwei relativ zueinander verdrehbaren bauteilen, insbesondere für ein servolenkventil Download PDF

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WO2007128362A1
WO2007128362A1 PCT/EP2007/002033 EP2007002033W WO2007128362A1 WO 2007128362 A1 WO2007128362 A1 WO 2007128362A1 EP 2007002033 W EP2007002033 W EP 2007002033W WO 2007128362 A1 WO2007128362 A1 WO 2007128362A1
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WO
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annular spring
component
components
reset device
spring
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Martin BÖCKER
Rainer Engel
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ZF Automotive Germany GmbH
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TRW Automotive GmbH
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
    • B62D5/083—Rotary valves
    • B62D5/0832—Rotary valves with elastic means other than a torsion bar, e.g. leaf springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/025—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by having a particular shape

Definitions

  • Reset device for elastic return of two relatively rotatable components, in particular for a power steering valve
  • the invention relates to a restoring device with a first and a second component, which are rotatable relative to each other about a central axis, and an annular spring, which rests with its two ends on the components and these acted upon in a starting position, wherein the two components at different distances from the central axis, but are arranged in the initial position on the same radius.
  • torsion bars are used in power steering valves of vehicles to apply, for example, a rotary valve and a control sleeve at a rotation relative to each other in the direction of a starting position and reset.
  • C-shaped ring springs have prevailed as a return device for power steering valves.
  • DE 2 256 073 and DE 31 50 063 represent examples of such restoring devices with ring springs.
  • the generic US 4,724,711 shows a torque sensor with a
  • the object of the invention is to improve the design of the return device, in particular with the aim of minimizing or completely eliminating an existing game between the two components.
  • the invention provides a return device of the type mentioned, in which the annular spring has individual contact surfaces for the two components.
  • individual contact surfaces in the context of this document are to be understood contact surfaces at the ends of the annular spring, which are either assigned as separate surfaces only one component or curved as contiguous surfaces or by a discontinuity between the points of contact with the first component and the Touch points are separated with the second component.
  • the opposite of individual contact surfaces are flat, continuous surfaces on which both components abut. The use of individual abutment surfaces causes the annular spring can align so that a game is eliminated.
  • a single annular spring is provided, which has mutually inclined contact surfaces for the first and the second component.
  • the spring force between the respective contact surfaces of the annular spring and the components with respect to the central axis does not act exactly in the tangential direction, but also has a radially directed component.
  • the annular spring itself adjusts to a backlash-free equilibrium of forces between the first and second components by being slightly radially, i. moves transversely to the central axis. In doing so, e.g. any manufacturing tolerances of the components compensated.
  • the mutually inclined contact surfaces can either by a
  • annular springs are provided, which rest in each case with one end on the first component and with the other end on the second component.
  • the contact surfaces of the ring spring ends are individual contact surfaces in the sense of this document, since they are each associated with only one component.
  • this embodiment has the advantages that the contact surfaces of the ring springs very easily formed and manufacturing tolerances or incorrect positioning of the components can be particularly well balanced.
  • a rolling bearing can be arranged between the two components and the ends of the annular spring.
  • annular spring support is preferably provided which prevents rotation of the annular spring relative to the first and second component.
  • Twisting the annular spring is to be understood here as a pure spring rotation, essentially without activation of a spring force, that is without widening of the spring.
  • annular spring could twist by one point, which lies in the region of the spring ends between the points of engagement of the annular spring with the first or second component. This measure thus contributes to a further reduction of the game in the reset device.
  • the annular spring support may be formed by a component which lies within the annular spring and on which an inner edge of the annular spring can be supported.
  • the component for supporting the spring thus extends in the usually unused space within the annular spring, so that no component is necessary, which claims additional space outside of the annular spring.
  • the annular spring support is formed by a component which lies outside the annular spring and on which an outer edge of the annular spring can be supported.
  • the annular spring support is a component against which an abutment formed on the annular spring is supported.
  • the abutment is advantageously formed to minimize the required space on the inner edge of the annular spring.
  • the abutment can also be provided on the ring spring outer edge.
  • the abutment is diametrically opposite the spring ends.
  • the impairment of the spring action by the abutment or cooperating with the abutment spring support is extremely low, as a moving apart of the spring ends and thus the expansion of the
  • Ring spring is hardly obstructed.
  • the annular spring support may be a pin which is coupled to one of the two components. With simultaneous rotation of both components, this offers the advantage that the entire annular spring is rotated together with the components without exerting a spring force. Particularly advantageous is the annular spring support rotatably coupled to the first or second component.
  • a roller bearing can be arranged between the annular spring support and the abutment in order to further reduce the friction.
  • the first and the second component are part of a
  • Power steering valve for a motor vehicle power steering wherein they are in particular rotatably coupled with a valve sleeve and a valve shaft of the power steering valve.
  • the reset device described is an advantageous alternative to the known power steering valves with torsion bar.
  • FIG. 1 shows a cross section and a longitudinal section of a restoring device according to the prior art
  • FIG. 2 shows the cross section of the known restoring device according to Figure 1, wherein the components have manufacturing tolerances
  • FIG. 3 shows a cross section through a restoring device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a cross section and a longitudinal section through a restoring device according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows a cross section through a restoring device according to the invention with internal annular spring support
  • FIG. 6 shows a cross section through a restoring device according to the invention with pin-shaped, external ring spring support
  • FIG. 7 shows a cross section through the return device of Figure 6 without roller bearings
  • FIG. 8 shows a cross section through the return device of Figure 6 with existing bearings
  • - Figure 9 shows a cross section through a restoring device according to the invention with pin-shaped, inner annular spring support without roller bearings
  • FIG. 10 shows a cross section through the return device of Figure 9 with existing bearings.
  • the return device 8 comprises a first component 10 and a second component 12, which are rotatable relative to each other about a central axis A, and an annular spring 14, which rests with its two ends 16, 18 on the components 10, 12.
  • the ends 16, 18 by means of a single, continuous and flat contact surface on the two components 10, 12 at.
  • the annular spring 14 acts on the two components 10, 12 in an initial position, which is shown in Figure 1. In this initial position, the two components 10, 12 are arranged at different distances from the central axis A, but at the same radius.
  • the first component 10 is a pin attached to a first body 20, e.g. on an input shaft or a rotary valve of a power steering.
  • the second component 12, also a pin is attached to a second body 22, for example an output shaft or a control sleeve of a power steering system.
  • the annular spring 14 is arranged in the axial direction between the two bodies 20, 22, wherein the pin-shaped components 10, 12 extending from their respective body 20, 22 between the ends 16, 18 of the annular spring 14.
  • FIG. 2 shows the cross-section of the return device 8 according to FIG. 1, wherein the pin-shaped components 10, 12 have different cross sections.
  • Components 10, 12 of the return device 8 are without in these cases
  • FIG. 3 shows a cross section through an inventive device
  • the annular spring 14 has in Figure 3 individual contact surfaces 24, 26 for the two components 10, 12. Under individual contact surface is to be understood that each end 16, 18 of the annular spring 14 has a first abutment surface 24 for the first component 10 and a second abutment surface 26 for the second component 12. In contrast to the prior art, the first contact surface 24 at the points of contact with the first component 10 has a different pitch than the second contact surface 26 in the contact points with the second component 12. As examples of individual contact surfaces at the ends 16, 18 of the annular spring 14, the dash-dotted framed end 18 of the annular spring 14 is shown on the right side of Figure 3 in three alternative embodiments. The variants a) and d) show plane, but mutually inclined contact surfaces 24, 26 for the first and the second component 10, 12.
  • the contact surfaces 24, 26 meet in a singular point or a singular straight line (parallel to the central axis A) each other.
  • the variants b) and c) show contact surfaces 24, 26 for the first and the second component 10, 12, which together have a curved shape.
  • the first and second abutment surfaces 24, 26 can likewise meet discontinuously or form an overall convex (FIG. 3b) or concave (FIG. 3c) overall surface, as shown in FIG.
  • the spring ends 16, 18 of the annular spring 14 are slightly expanded compared to a relaxed position by the components 10, 12, so that the return device 8 is biased.
  • the annular spring endeavors to occupy the lowest possible energy level, ie to bring the spring ends 16, 18 together as closely as possible.
  • this is achieved by a displacement of the annular spring 14 transversely to the longitudinal axis A.
  • this shift is indicated by the ring spring 14, which has been displaced downwards by ⁇ r and shown in dashed lines.
  • the annular spring 14 will move so far down (or up) until it rests at all four points of contact with the components 10, 12 with the same force. This is equivalent to achieving the smallest possible distance of the ends 16, 18 of the annular spring 14th
  • a game as shown in Figure 2 between the two components 10, 12 is no longer possible by the formation of the individual contact surfaces on the ring spring ends 16, 18 for the two components 10, 12.
  • FIG. 4 shows a cross section and a longitudinal section of the return device 8 in a second embodiment.
  • the ring spring 14 known from Figure 3 is provided and a further annular spring 28 (shown in dashed lines).
  • Each of the annular springs 14, 28 is supported with one end 18 exclusively on the first component 10 and with the other end 16 exclusively on the second component 12.
  • the one end 18 has as a contact surface on the individual contact surface 24, the other end 16 of the individual contact surface 26.
  • the annular springs 14, 28 are arranged one above the other in the axial direction and do not describe a circular cutout, but a spiral ring cutout.
  • the first and the second component 10, 12 extend from their associated bodies 20, 22 both between the ends 16, 18 of the annular spring 14 and between the ends 16, 18 of the further annular spring 28th
  • the two annular springs 14, 28 will take in this embodiment, the lowest possible energy level, so that they move so that each spring end 16, 18 engages the components 10, 12 with the same force.
  • manufacturing tolerances between the cross section of the first component 10 and the cross section of the second component 12 are compensated.
  • position tolerances of the first or second component 10, 12 in the radial or tangential direction with respect to the central axis A are compensated, without there being a game between the components 10, 12.
  • Unwanted play can also occur within the restoring device 8 according to the invention by a further effect, which is indicated in FIG.
  • annular spring 14 In case of insufficient storage of the annular spring 14 is in the event of movement of the first member 10 relative to the second component 12 initially twisting of the annular spring 14 by ⁇ possible without the components 10, 12 are acted upon by a spring force in its initial position.
  • the pivot point B is in the region of the spring ends 16, 18 between the points of engagement of the annular spring 14 with the first and second component 10, 12.
  • an annular spring support 30 is provided for this purpose, which lies inside the annular spring 14 and Twist the ring spring 14 prevents the point B.
  • this annular spring support 30 is generally circular with a diameter D2.
  • the annular spring 14 In order to further enable a movement possibility ⁇ r of the annular spring relative to the first and second components 10, 12, the annular spring 14 must be elliptical.
  • the length of the small axis of the ellipse is exactly D2, in order to cooperate in register with the annular spring support 30 and to prevent a spring rotation about the point B.
  • the length of the large ellipse axis is chosen so that it corresponds to the sum of D1 and a maximum movement possibility ⁇ r max of the annular spring 14 relative to the components 10, 12.
  • annular spring support 30 can also be arranged outside the annular spring 14 (see FIG. 1, right), the support functioning in principle analogously to the described inner annular spring support 30.
  • FIG. 6 an alternative, circular ring spring 14 is shown with an abutment 32.
  • the abutment 32 is formed in this case on an outer edge 34 of the annular spring 14, diametrically opposite the spring ends 16, 18. It cooperates with the pin-shaped in this case annular spring support 30 which is provided outside of the annular spring 14.
  • the annular spring support 30 prevents a rotation of the annular spring 14 by ⁇ and allows a shift by ⁇ r, exactly as described in Figure 5.
  • the annular spring 14 may further be inscribed a component 36, whose diameter is smaller, however, than an inner diameter D of the annular spring 14.
  • the designed as a pencil ring spring support 30 is coupled to the first or second component 10, 12 and may even be integrally formed with the first or second component 10, 12 in further embodiments.
  • FIG. 7 shows an annular spring 14 with annular spring support 30, the annular spring support 30 being coupled in a rotationally fixed manner to the first or second component 10, 12.
  • the embodiment of the annular spring 14 in Figure 8 differs from the embodiment of Figure 7 only by rolling bearings provided 38th Die
  • Rolling bearings 38 are between the annular spring 14 and the first component 10, the
  • Ring spring support 30 is provided to reduce the friction, so that a movement ⁇ r is easier possible.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of the restoring device 8 according to the invention.
  • the annular spring support 30 lies inside the annular spring 14 and cooperates with the abutment 32, which is integrally formed on an inner edge 40 of the annular spring 14.
  • the outer contour of the return device 8 remains thereby circular in cross-section and has no projections. The return device 8 is thus very compact and requires little space.
  • the return device 8 shown in Figure 10 substantially corresponds to the embodiment of Figure 9, wherein rolling bearings 38 between the annular spring 14 and the first member 10, the annular spring 14 and the second member 12 and the annular spring 14 and the annular spring support 30 are provided to the Reduce friction.
  • the described restoring device 8 can be used very advantageously in a power steering valve for a motor vehicle power steering.
  • the first body 20, for example, a valve sleeve and the second body 22 is a valve shaft.
  • the first or second component 10, 12 is rotatably coupled to the valve sleeve or valve shaft.
  • the annular spring support 30 is rotatably coupled to the valve sleeve or the valve shaft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rückstellvorrichtung (8) mit einem ersten und einen zweiten Bauteil (10, 12), die relativ zueinander um eine Mittelachse (A) verdrehbar sind, und einer Ringfeder (14), die mit ihren beiden Enden (16, 18) an den Bauteilen (10, 12) anliegt und diese in einer Ausgangsstellung beaufschlagt. Die beiden Bauteile (10, 12) sind in unterschiedlichen Abständen von der Mittelachse (A), aber in der Ausgangsstellung auf demselben Radius angeordnet. Die Ringfeder (14) weist individuelle Anlageflächen (24, 26) für die beiden Bauteile (10, 12) auf.

Description

Rückstellvorrichtung zum elastischen Rückstellen von zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen, insbesondere für ein Servolenkventil
Die Erfindung betrifft eine Rückstellvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Bauteil, die relativ zueinander um eine Mittelachse verdrehbar sind, und einer Ringfeder, die mit ihren beiden Enden an den Bauteilen anliegt und diese in einer Ausgangsstellung beaufschlagt, wobei die beiden Bauteile in unterschiedlichen Abständen von der Mittelachse, aber in der Ausgangsstellung auf demselben Radius angeordnet sind.
Traditionell werden bei Servolenkventilen von Fahrzeugen Torsionsstäbe eingesetzt, um beispielsweise einen Drehschieber und eine Steuerhülse bei einer Verdrehung relativ zueinander in Richtung einer Ausgangsstellung zu beaufschlagen und rückzustellen. Mittlerweile haben sich aber auch C-förmige Ringfedern als Rückstellvorrichtung bei Servolenkventilen durchgesetzt. Die DE 2 256 073 und die DE 31 50 063 stellen Beispiele solcher Rückstellvorrichtungen mit Ringfedern dar.
Die gattungsgemäße US 4,724,711 zeigt einen Drehmomentsensor mit einer
C-förmigen Ringfeder, die mit ihren beiden Enden an zwei Zapfen anliegt und diese in eine Ausgangsstellung beaufschlagt, wobei die beiden Zapfen in unterschiedlichen Abständen von einer Mittelachse, aber in der Ausgangsstellung auf demselben Radius angeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Konstruktionsverbesserung der Rückstellvorrichtung, insbesondere mit dem Ziel, ein vorhandenes Spiel zwischen den beiden Bauteilen zu minimieren oder komplett zu beseitigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Rückstellvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, bei der die Ringfeder individuelle Anlageflächen für die beiden Bauteile aufweist. Unter individuellen Anlageflächen im Sinne dieser Schrift sind dabei Anlageflächen an den Enden der Ringfeder zu verstehen, die entweder als getrennte Flächen nur einem Bauteil zugeordnet sind oder als zusammenhängende Flächen gekrümmt bzw. durch eine Unstetigkeitsstelle zwischen den Berührpunkten mit dem ersten Bauteil und den Berührpunkten mit dem zweiten Bauteil getrennt sind. Das Gegenteil von individuellen Anlageflächen sind ebene, durchgehende Flächen, an denen beide Bauteile anliegen. Die Verwendung von individuellen Anlageflächen führt dazu, daß sich die Ringfeder so ausrichten kann, daß ein Spiel beseitigt ist.
In einer Ausführungsform der Rückstellvorrichtung ist eine einzige Ringfeder vorgesehen, die gegeneinander geneigte Anlageflächen für das erste und das zweite Bauteil aufweist. Somit wirkt die Federkraft zwischen den jeweiligen Anlageflächen der Ringfeder und den Bauteilen bezüglich der Mittelachse nicht exakt in tangentialer Richtung, sondern weist auch eine radial gerichtete Komponente auf. Entsprechend justiert sich die Ringfeder infolge dieser besonderen Ausbildung der Anlageflächen selbst auf ein spielfreies Kräftegleichgewicht zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil, indem sie sich geringfügig radial, d.h. quer zur Mittelachse verschiebt. Dabei werden z.B. etwaige Fertigungstoleranzen der Bauteile kompensiert.
Die gegeneinander geneigten Anlageflächen können entweder durch eine
Unstetigkeitsstelle ineinander übergehen oder aber als lokale Anlageflächen an einer konvex bzw. konkav gekrümmte Gesamtfläche ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Ringfedern vorgesehen, die jeweils mit einem Ende am ersten Bauteil und mit dem anderen Ende am zweiten Bauteil anliegen. Die Anlageflächen der Ringfederenden sind individuelle Anlageflächen im Sinne dieser Schrift, da sie jeweils nur einem einzigen Bauteil zugeordnet sind. Trotz zweier notwendiger Ringfedern bietet diese Ausführungsform die Vorteile, daß die Anlageflächen der Ringfedern sehr einfach ausgebildet und Fertigungstoleranzen oder Fehlpositionierungen der Bauteile besonders gut ausgeglichen werden können.
Um den Einfluß der Reibung auf die Justierung der Ringfeder zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil zu minimieren, kann zwischen den beiden Bauteilen und den Enden der Ringfeder jeweils ein Wälzlager angeordnet sein.
Darüber hinaus ist bevorzugt eine Ringfederabstützung vorgesehen, die ein Verdrehen der Ringfeder relativ zum ersten und zweiten Bauteil verhindert. Unter
Verdrehen der Ringfeder ist hierbei eine reine Federrotation zu verstehen, im wesentlichen ohne Aktivierung einer Federkraft, also ohne Aufweitung der Feder. .
Wäre keine Ringfederabstützung vorhanden, so könnte sich die Ringfeder um einen Punkt verdrehen, der im Bereich der Federenden zwischen den Angriffspunkten der Ringfeder mit dem ersten bzw. zweiten Bauteil liegt. Diese Maßnahme trägt also zu einer weiteren Verminderung des Spiels in der Rückstellvorrichtung bei.
Die Ringfederabstützung kann durch ein Bauteil gebildet sein, das innerhalb der Ringfeder liegt und an dem sich ein Innenrand der Ringfeder abstützen kann. Das Bauteil zur Abstützung der Feder erstreckt sich also in dem üblicherweise ungenutzten Bauraum innerhalb der Ringfeder, so daß kein Bauteil notwendig ist, welches zusätzlichen Bauraum außerhalb der Ringfeder beansprucht. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, daß die Ringfederabstützung durch ein Bauteil gebildet ist, das außerhalb der Ringfeder liegt und an dem sich ein Außenrand der Ringfeder abstützen kann. Beim Vorsehen der Ringfederabstützung ist generell zu beachten, daß in einer radialen Richtung eine Ringfederverschiebung zum Justieren der Feder möglich sein muß. Daher ist die Ringfeder unter Umständen nicht exakt kreisrund, sondern leicht oval auszuführen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ringfederabstützung ein Bauteil, an dem sich ein an der Ringfeder ausgebildetes Widerlager abstützt. Durch das an der Ringfeder ausgebildete Widerlager ist eine ovale Ringfederausführung nicht notwendig, wobei das Widerlager zur Minimierung des benötigten Bauraums vorteilhaft am Innenrand der Ringfeder angeformt ist. Natürlich kann das Widerlager aber auch am Ringfederaußenrand vorgesehen sein.
Vorzugsweise liegt das Widerlager diametral gegenüber den Federenden. In diesem Fall ist die Beeinträchtigung der Federwirkung durch das Widerlager bzw. die mit dem Widerlager zusammenwirkende Federabstützung äußerst gering, da ein Auseinanderbewegen der Federenden und damit das Aufweiten der
Ringfeder kaum behindert wird.
Insbesondere kann die Ringfederabstützung ein Stift sein, der mit einem der beiden Bauteile gekoppelt ist. Bei gleichzeitiger Verdrehung beider Bauteile bietet dies den Vorteil, daß die gesamte Ringfeder zusammen mit den Bauteilen verdreht wird, ohne eine Federkraft auszuüben. Besonders vorteilhaft ist die Ringfederabstützung drehfest mit dem ersten oder zweiten Bauteil gekoppelt.
Analog zum oben beschriebenen Wälzlager zwischen den Bauteilen und der Ringfeder kann zwischen der Ringfederabstützung und dem Widerlager ein Wälzlager angeordnet sein, um die Reibung weiter zu reduzieren.
Vorzugsweise sind das erste und das zweite Bauteil Teil eines
Servolenkventils für eine Kraftfahrzeug-Servolenkung, wobei sie insbesondere mit einer Ventilhülse und einer Ventilwelle des Servolenkventils drehfest gekoppelt sind. Damit ist die beschriebene Rückstellvorrichtung eine vorteilhafte Alternative zu den bekannten Servolenkventilen mit Torsionsstab.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 einen Querschnitt und einen Längsschnitt einer Rückstellvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- Figur 2 den Querschnitt der bekannten Rückstellvorrichtung gemäß Figur 1 , wobei die Bauteile Fertigungstoleranzen aufweisen;
- Figur 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- Figur 4 einen Querschnitt und einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- Figur 5 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung mit innenliegender Ringfederabstützung;
- Figur 6 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung mit stiftförmiger, außenliegender Ringfederabstützung;
- Figur 7 einen Querschnitt durch die Rückstellvorrichtung nach Figur 6 ohne Wälzlager;
- Figur 8 einen Querschnitt durch die Rückstellvorrichtung nach Figur 6 mit vorhandenen Wälzlagern; - Figur 9 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung mit stiftförmiger, innenliegender Ringfederabstützung ohne Wälzlager; und
- Figur 10 einen Querschnitt durch die Rückstellvorrichtung nach Figur 9 mit vorhandenen Wälzlagern.
Die Figur 1 zeigt links einen Querschnitt durch eine Rückstellvorrichtung 8 gemäß dem Stand der Technik und rechts einen entsprechenden Längsschnitt. Die Rückstellvorrichtung 8 umfaßt ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 12, die relativ zueinander um eine Mittelachse A verdrehbar sind, sowie eine Ringfeder 14, die mit ihren beiden Enden 16, 18 an den Bauteilen 10, 12 anliegt. Insbesondere liegen die Enden 16, 18 mittels einer einzigen, durchgehenden und ebenen Anlagefläche an den beiden Bauteilen 10, 12 an.
Die Ringfeder 14 beaufschlagt die beiden Bauteile 10, 12 in eine Ausgangsstellung, die in Figur 1 dargestellt ist. In dieser Ausgangsstellung sind die beiden Bauteile 10, 12 in unterschiedlichen Abständen von der Mittelachse A, aber auf demselben Radius angeordnet.
Das erste Bauteil 10 ist ein Stift, der an einem ersten Körper 20 befestigt ist, z.B. an einer Eingangswelle oder einem Drehschieber einer Servolenkung. Das zweite Bauteil 12, ebenfalls ein Stift, ist an einem zweiten Körper 22 angebracht, beispielsweise einer Ausgangswelle oder einer Steuerhülse einer Servolenkung. Die Ringfeder 14 ist in axialer Richtung zwischen den beiden Körpern 20, 22 angeordnet, wobei sich die stiftförmigen Bauteile 10, 12 ausgehend von ihrem jeweiligen Körper 20, 22 zwischen die Enden 16, 18 der Ringfeder 14 erstrecken.
Die Figur 2 zeigt den Querschnitt der Rückstellvorrichtung 8 nach Figur 1 , wobei die stiftförmigen Bauteile 10, 12, unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
Solche Querschnittsunterschiede können infolge von unerwünschten
Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Bauteile 10, 12 auftreten. Die
Bauteile 10, 12 der Rückstellvorrichtung 8 sind in diesen Fällen ohne
Federbeaufschlagung relativ zueinander verdrehbar, wobei die Bewegungsfreiheit des kleineren, zweiten Bauteils 12 gestrichelt eingezeichnet ist. - -
Um das unerwünschte Spiel zwischen den Bauteilen 10, 12 zu beseitigen, werden erfindungsgemäß keine ebenen, durchgehenden Anlageflächen für beide Bauteile an der Ringfeder verwendet, wie nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 erläutert wird.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Rückstellvorrichtung 8. Der entsprechende Längsschnitt sowie die prinzipielle Funktionsweise der Rückstellvorrichtung 8 sind dabei identisch zur oben beschriebenen Figur 1. Im folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede zum Stand der Technik eingegangen, wobei einander entsprechende Bauelemente die gleichen Bezugszeichen tragen.
Die Ringfeder 14 weist in Figur 3 individuelle Anlageflächen 24, 26 für die beiden Bauteile 10, 12 auf. Unter individueller Anlagefläche ist dabei zu verstehen, daß jedes Ende 16, 18 der Ringfeder 14 eine erste Anlagefläche 24 für das erste Bauteil 10 und eine zweite Anlagefläche 26 für das zweite Bauteil 12 aufweist. Im Unterschied zum Stand der Technik weist die erste Anlagefläche 24 in den Berührpunkten mit dem ersten Bauteil 10 eine andere Steigung auf als die zweite Anlagefläche 26 in den Berührpunkten mit dem zweiten Bauteil 12. Als Beispiele für individuelle Anlageflächen an den Enden 16, 18 der Ringfeder 14 ist das strichpunktiert eingerahmte Ende 18 der Ringfeder 14 auf der rechten Seite der Figur 3 in drei alternativen Ausführungsformen dargestellt. Die Varianten a) und d) zeigen ebene, aber gegeneinander geneigte Anlageflächen 24, 26 für das erste und das zweite Bauteil 10, 12. Die Anlageflächen 24, 26 treffen dabei in einem singulären Punkt bzw. einer singulären Geraden (parallel zur Mittelachse A) aufeinander. Die Varianten b) und c) zeigen Anlageflächen 24, 26 für das erste und das zweite Bauteil 10, 12, die zusammen eine gekrümmte Form haben. Die erste und zweite Anlagefläche 24, 26 können dabei ebenfalls unstetig aufeinandertreffen oder eine insgesamt konvexe (Figur 3b) oder konkave (Figur 3c) Gesamtfläche bilden, wie in Figur 3 gezeigt.
Die Federenden 16, 18 der Ringfeder 14 sind gegenüber einer entspannten Stellung durch die Bauteile 10, 12 leicht aufgeweitet, so daß die Rückstellvorrichtung 8 vorgespannt ist. Die Ringfeder ist bestrebt, ein möglichst niedriges Energieniveau einzunehmen, d.h. die Federenden 16, 18 möglichst nahe zusammenzubringen. Infolge der individuellen Anlageflächen, d.h. der unterschiedlichen Steigungen der Anlageflächen 24, 26 im Bereich der Berührpunkte eines Federendes 16, 18 mit dem ersten bzw. zweiten Bauteil 10, 12, wird dies durch eine Verschiebung der Ringfeder 14 quer zur Längsachse A erreicht. In Figur 3 ist diese Verschiebung durch die um Δr nach unten verschobene, gestrichelt dargestellte Ringfeder 14 angedeutet. Die Ringfeder 14 wird sich dabei so weit nach unten (oder nach oben) verschieben, bis sie an allen vier Berührstellen mit den Bauteilen 10, 12 mit gleicher Kraft anliegt. Dies ist gleichbedeutend mit dem Erreichen des geringstmöglichen Abstands der Enden 16, 18 der Ringfeder 14.
Ein wie in Figur 2 gezeigtes Spiel zwischen den beiden Bauteilen 10, 12 ist durch die Ausbildung der individuellen Anlageflächen an den Ringfederenden 16, 18 für die beiden Bauteile 10, 12 nicht mehr möglich.
Die Figur 4 zeigt einen Querschnitt und einen Längsschnitt der Rückstellvorrichtung 8 in einer zweiten Ausführungsform. Dabei ist die von Figur 3 bekannte Ringfeder 14 vorgesehen sowie eine weitere Ringfeder 28 (gestrichelt eingezeichnet). Jede der Ringfedern 14, 28 stützt sich mit dem einen Ende 18 ausschließlich am ersten Bauteil 10 und mit dem anderen Ende 16 ausschließlich am zweiten Bauteil 12 ab. Das eine Ende 18 weist als Berührfläche die individuelle Anlagefläche 24, das andere Ende 16 die individuelle Anlagefläche 26 auf. In dieser Ausführungsform sind die Ringfedern 14, 28 in axialer Richtung übereinander angeordnet und beschreiben keinen Kreisringausschnitt, sondern einen Spiralringausschnitt. Das erste und das zweite Bauteil 10, 12 erstrecken sich ausgehend von ihren zugeordneten Körpern 20, 22 sowohl zwischen die Enden 16, 18 der Ringfeder 14 als auch zwischen die Enden 16, 18 der weiteren Ringfeder 28.
Die beiden Ringfedern 14, 28 werden auch in dieser Ausführungsform ein möglichst niedriges Energieniveau einnehmen, so daß sie sich derart verschieben, daß jedes Federende 16, 18 an den Bauteilen 10, 12 mit derselben Kraft angreift. Dadurch werden Herstellungstoleranzen zwischen dem Querschnitt des ersten Bauteils 10 und dem Querschnitt des zweiten Bauteils 12 kompensiert. Auch Positionstoleranzen des ersten oder zweiten Bauteils 10, 12 in radialer oder tangentialer Richtung bezüglich der Mittelachse A werden kompensiert, ohne daß es zu einem Spiel zwischen den Bauteilen 10, 12 kommt. Unerwünschtes Spiel kann innerhalb der erfindungsgemäßen Rückstellvorrichtung 8 auch durch einen weiteren Effekt auftreten, der in Figur 5 angedeutet ist. Bei unzureichender Lagerung der Ringfeder 14 ist im Falle einer Bewegung des ersten Bauteils 10 relativ zum zweiten Bauteil 12 anfangs ein Verdrehen der Ringfeder 14 um Δα möglich, ohne daß die Bauteile 10, 12 durch eine Federkraft in ihre Ausgangsstellung zurück beaufschlagt werden. Der Drehpunkt B liegt dabei im Bereich der Federenden 16, 18 zwischen den Angriffspunkten der Ringfeder 14 mit dem ersten bzw. zweiten Bauteil 10, 12. In der Figur 5 ist aus diesem Grund eine Ringfederabstützung 30 vorgesehen, die innerhalb der Ringfeder 14 liegt und ein Verdrehen der Ringfeder 14 um den Punkt B verhindert. Aus Herstellungsgründen ist diese Ringfederabstützung 30 in der Regel kreisrund mit einem Durchmesser D2 ausgeführt. Um weiterhin eine Bewegungsmöglichkeit Δr der Ringfeder relativ zum ersten und zweiten Bauteil 10, 12 zu ermöglichen, muß die Ringfeder 14 elliptisch ausgebildet sein. Die Länge der kleinen Achse der Ellipse beträgt dabei exakt D2, um paßgenau mit der Ringfederabstützung 30 zusammenzuwirken und eine Federverdrehung um den Punkt B zu verhindern. Die Länge der großen Ellipsenachse ist so gewählt, daß sie der Summe aus D1 und einer maximalen Bewegungsmöglichkeit Δrmax der Ringfeder 14 relativ zu den Bauteilen 10, 12 entspricht.
In anderen Ausführungsformen kann die Ringfederabstützung 30 auch außerhalb der Ringfeder 14 angeordnet sein (vgl. Figur 1 , rechts), wobei die Abstützung prinzipiell analog zur beschriebenen, innenliegenden Ringfederabstützung 30 funktioniert.
Die Herstellung ovaler Ringfedern 14 ist relativ aufwendig. Daher ist in Figur 6 eine alternative, kreisrunde Ringfeder 14 mit einem Widerlager 32 abgebildet. Das Widerlager 32 ist in diesem Fall an einem Außenrand 34 der Ringfeder 14, diametral gegenüber den Federenden 16, 18 angeformt. Es wirkt mit der in diesem Fall stiftförmig ausgebildeten Ringfederabstützung 30 zusammen, die außerhalb der Ringfeder 14 vorgesehen ist. Die Ringfederabstützung 30 verhindert eine Verdrehung der Ringfeder 14 um Δα und ermöglicht eine Verschiebung um Δr, genau wie in Figur 5 beschrieben. Der Ringfeder 14 kann weiterhin ein Bauteil 36 einbeschrieben sein, dessen Durchmesser jedoch kleiner ist, als ein Innendurchmesser D der Ringfeder 14. Die als Stift ausgeführte Ringfederabstützung 30 ist mit dem ersten oder zweiten Bauteil 10, 12 gekoppelt und kann in weiteren Ausführungsvarianten sogar einstückig mit dem ersten oder zweiten Bauteil 10, 12 ausgebildet sein.
In Figur 7 ist eine Ringfeder 14 mit Ringfederabstützung 30 zu sehen, wobei die Ringfederabstützung 30 drehfest mit dem ersten oder zweiten Bauteil 10, 12 gekoppelt ist. Die Ausführung der Ringfeder 14 in Figur 8 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 7 lediglich durch vorgesehene Wälzlager 38. Die
Wälzlager 38 sind zwischen der Ringfeder 14 und dem ersten Bauteil 10, der
Ringfeder 14 und dem zweiten Bauteil 12 sowie der Ringfeder 14 und der
Ringfederabstützung 30 vorgesehen, um die Reibung zu reduzieren, so daß eine Bewegung Δr einfacher möglich ist.
Die Figur 9 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückstellvorrichtung 8. Die Ringfederabstützung 30 liegt dabei innerhalb der Ringfeder 14 und wirkt mit dem Widerlager 32 zusammen, das an einem Innenrand 40 der Ringfeder 14 angeformt ist. Im Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen erstrecken sich außerdem auch die Federenden 16, 18 in Richtung zum Inneren der Ringfeder 14. Die Außenkontur der Rückstellvorrichtung 8 bleibt dadurch im Querschnitt kreisrund und weist keinerlei Vorsprünge auf. Die Rückstellvorrichtung 8 ist damit sehr kompakt ausgebildet und benötigt wenig Bauraum.
Die in Figur 10 dargestellte Rückstellvorrichtung 8 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Figur 9, wobei Wälzlager 38 zwischen der Ringfeder 14 und dem ersten Bauteil 10, der Ringfeder 14 und dem zweiten Bauteil 12 sowie der Ringfeder 14 und der Ringfederabstützung 30 vorgesehen sind, um die Reibung zu reduzieren.
Die beschriebene erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung 8 kann sehr vorteilhaft in einem Servolenkventil für eine Kraftfahrzeug-Servolenkung eingesetzt werden. Hierbei ist der erste Körper 20 beispielweise eine Ventilhülse und der zweite Körper 22 eine Ventilwelle. Das erste bzw. zweite Bauteil 10, 12 ist mit der Ventilhülse bzw. Ventilwelle drehfest gekoppelt. Ferner ist auch die Ringfederabstützung 30 mit der Ventilhülse oder der Ventilwelle drehfest gekoppelt.

Claims

Patentansprüche
1. Rückstellvorrichtung mit einem ersten Bauteil (10) und einem zweiten Bauteil (12), die relativ zueinander um eine Mittelachse (A) verdrehbar sind, und einer Ringfeder (14), die mit ihren beiden Enden (16, 18) an den Bauteilen (10, 12) anliegt und diese in eine Ausgangsstellung beaufschlagt, wobei die beiden Bauteile (10, 12) in unterschiedlichen Abständen von der Mittelachse (A), aber in der Ausgangsstellung auf demselben Radius angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (14) individuelle Anlageflächen (24, 26) für die beiden Bauteile (10, 12) aufweist.
2. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Ringfeder (14) vorgesehen ist, die gegeneinander geneigte Anlageflächen (24, 26) für das erste und das zweite Bauteil (10, 12) aufweist.
3. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (24, 26) für das erste und das zweite Bauteil (10, 12) zusammen eine gekrümmte Form haben.
4. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (24, 26) konkav sind.
5. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (24, 26) konvex sind.
6. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Ringfedern (14, 28) vorgesehen sind, die jeweils mit einem Ende (16, 18) am ersten Bauteil (10) und mit dem anderen Ende (16, 18) am zweiten Bauteil (12) anliegen.
7. Rückstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Bauteilen (10, 12) und den
Enden (16, 18) der Ringfeder (14) jeweils ein Wälzlager (38) angeordnet ist.
8. Rückstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringfederabstützung (30) vorgesehen ist, die ein Verdrehen der Ringfeder (14) relativ zum ersten und zweiten Bauteil (10, 12) verhindert.
9. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfederabstützung (30) durch ein Bauteil gebildet ist, das innerhalb der Ringfeder (14) liegt und an dem sich ein Innenrand (40) der Ringfeder (14) abstützen kann.
10. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfederabstützung (30) ein Bauteil ist, an dem sich ein an der Ringfeder (14) ausgebildetes Widerlager (32) abstützt.
11. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (32) diametral gegenüber den Federenden (16, 18) liegt.
12. Rückstellvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfederabstützung (30) ein Stift ist, der mit einem der beiden Bauteile (10, 12) gekoppelt ist.
13. Rückstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfederabstützung (30) drehfest mit dem ersten oder zweiten Bauteil (10, 12) gekoppelt ist.
14. Rückstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ringfederabstützung (30) und dem Widerlager (32) ein Wälzlager (38) angeordnet ist.
15. Rückstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Bauteil (10, 12) Teil eines Servolenkventils für eine Kraftfahrzeug-Servolenkung sind, insbesondere mit einer Ventilhülse und einer Ventilwelle drehfest gekoppelt sind.
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