DE19633633A1

DE19633633A1 - Lenkventil für Hilfskraftlenkungen

Info

Publication number: DE19633633A1
Application number: DE1996133633
Authority: DE
Inventors: Andreas Kruttschnitt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1998-02-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkventil für Hilfskraft lenkungen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dieses Lenkventil weist eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle auf, die miteinander durch einen Drehstab verbunden sind. Eine Ventilbuchse umgibt die Eingangswelle und ist mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Eine Mittenzentrierein richtung unterstützt den Drehstab in seiner Ventilrückstel lung. Dabei weist die Mittenzentriereinrichtung zwei Kupp lungshälften auf, von denen die eine mit der Eingangswelle und die andere mit der Ausgangswelle verbunden ist. Wenig stens eine der beiden Kupplungshälften ist durch die Kraft eines torsionssteifen, in Axialrichtung elastischen Federe lementes in Richtung auf die andere Kupplungshälfte beauf schlagt. Ein Rückwirkungskolben ist mit einer der beiden Kupplungshälften verbunden und wird von einem, in einem Rückwirkungsraum herrschenden Rückwirkungsdruck beauf schlagt.

Ein derartiges Lenkventil ist aus der EP-B1-646 080 bekannt. Bei diesem bekannten Lenkventil ist der Rückwir kungskolben drehfest mit der Eingangswelle verbunden. Das Reibmoment eines Dichtringes, der zwischen dem Rückwir kungskolben und einem zugehörigen Ventilgehäuse angeordnet ist, wirkt einer Drehbewegung der Eingangswelle entgegen. Dadurch erhöht sich die Ventilhysterese.

Rückstellkräfte des Fahrwerks sollen das Lenkgetriebe in die Geradeausfahrt-Stellung ausrichten. Den Rückstell kräften des Fahrwerks wirken Reibkräfte im Lenksystem ent gegen. Reibkräfte im Lenkventil verursachen aufgrund der Lenkungsübersetzung einen großen Anteil an der Gesamtrei bung des Lenkgetriebes. Besonders störend sind jedoch die jenigen Reibkräfte, die auf die Eingangswelle wirken, da sie bei einer vom Fahrwerk hervorgerufenen Rückstellbewe gung des Lenkgetriebes in Richtung auf die Geradeausfahrt-Stel lung eine Auslenkung des Lenkventils und damit einen Hydraulikdruck im Servomotor verursachen, der den Rück stellkräften entgegenwirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rei bungskräfte des bekannten Lenkventiles zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekenn zeichnete Lenkventil gelöst. Dazu ist der Rückwirkungskol ben mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Dadurch ist mit der Eingangswelle nur noch eine Kupplungshälfte ohne bewegliche Dichtungen verbunden, so daß im Bereich der Ein gangswelle keine "Rotationsreibung" durch zusätzliche Dich tungen entsteht.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Federelement mit seinem einen Ende an dem Rückwirkungskolben und mit seinem anderen Ende an der Ventilbuchse befestigt ist. Da das Federelement tor sionssteif ist - in einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federelement als Metallfaltenbalg ausgebildet -, so ist der Rückwirkungskolben über das Federelement und die Ven tilbuchse mit der Ausgangswelle des Lenkventils drehfest, aber axial verschiebbar, verbunden. Der Metallfaltenbalg kann in vorteilhafter Weise bereits vor der eigentlichen Ventilendmontage, insbesondere vor dem Verbohren der hy draulischen Mitte, unter fertigungstechnisch optimalen Be dingungen mit der Ventilbuchse und dem Rückwirkungskolben verbunden werden, beispielsweise durch ein Löt- oder Schweißverfahren. Zweckmäßig ist es, wenn der Rückwirkungs raum zwischen dem Rückwirkungskolben und der Ventilbuchse angeordnet ist und wenn in diesem Rückwirkungsraum der Me tallfaltenbalg aufgenommen ist. Durch diese Anordnung wird der Wellendichtring zwischen der Eingangswelle und dem Ven tilgehäuse nur mit Rücklaufdruck beaufschlagt, so daß hier nur eine sehr geringe Reibung auftritt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemä ße Lenkventil in einem ersten Ausführungs beispiel mit schematisch dargestelltem Hy draulikkreislauf;

Fig. 2 den Längsschnitt der Fig. 1, jedoch in ver größertem Maßstab;

Fig. 3 den Längsschnitt der Fig. 2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Das Lenkventil ist in dem Ausführungsbeispiel als Drehschieberventil 1 ausgebildet, das in einem Ventilgehäu se 2 einer Hilfskraftlenkung 3 aufgenommen ist. Das Dreh schieberventil 1 enthält ein erstes Ventilelement in der Form eines Drehschiebers 4, der mit einer Eingangswelle 5 fest verbunden ist. Der Drehschieber 4 und die Eingangswel le 5 sind zusammen über Wälzlager 6 und 7 in einer Ventil buchse 8 drehbar geführt. Die Ventilbuchse 8 ihrerseits ist in dem Ventilgehäuse 2 drehbar gelagert. Die Ventilbuchse 8 stellt ein zweites Ventilelement des Drehschieberventils 1 dar und ist mit einer Ausgangswelle 10 fest verbunden. Die Ausgangswelle 10 trägt ein Ritzel 11, das Teil eines anson sten nicht näher dargestellten Zahnstangen-Lenkgetriebes der Hilfskraftlenkung 3 ist. Wird das Lenkventil nicht in einer Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, sondern in einer Ku gelmutter-Hilfskraftlenkung verwendet, so ist das Ritzel 11 ersetzt durch eine Lenkschnecke. Die Eingangswelle 5 und die Ausgangswelle 10 sind miteinander durch einen Dreh stab 12 verbunden, so daß zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 10 und damit zwischen dem Drehschieber 4 und der Ventilbuchse 8 eine begrenzte Verdrehung möglich ist. Durch diese Verdrehung zwischen den beiden Ventilele menten wird das von einer Servopumpe 13 geförderte Druck mittel dem jeweiligen Arbeitsraum eines Servomotors 14 zu geführt und von dem entsprechend anderen Arbeitsraum zurück zu einem Druckmittelbehälter 15 geleitet.

Eine Mittenzentriereinrichtung 16, die gleichzeitig als Rückwirkungseinrichtung wirkt, unterstützt den Dreh stab 12 in seiner Ventilrückstellung. Die Mittenzen triereinrichtung 16 weist zwei Kupplungshälften 17 und 18 auf, von denen die eine mit der Eingangswelle 5 und die andere mit der Ausgangswelle 10 drehfest verbunden ist. Jede der beiden Kupplungshälften 17 und 18 weist wenigstens eine Ausnehmung 20 bzw. 21 mit V-förmig zueinander geneig ten Schrägflächen auf. Zwischen den Ausnehmungen 20 und 21 ist ein Wälzkörper 22, beispielsweise eine Kugel, gehalten. Die Kugel kann in einem nicht dargestellten Kugelkäfig ge führt sein.

Die eine Kupplungshälfte 17 ist in dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 1 und 2 durch ein spanloses Umformverfahren mit der Eingangswelle 5, an der beispielsweise eine Kerbverzahnung angebracht ist, fest verbunden. Dabei ist die ganze Kupplungshälfte 17 zweckmäßigerweise durch ein spanloses Umformverfahren hergestellt. Der Drehstab 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel in bekannter Weise durch zwei nicht näher beschriebene Stifte mit der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 10 fest verbunden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Kupp lungshälfte 17 zusammen mit dem Drehstab 12 durch einen Stift 19 mit der Eingangswelle 5 fest verbunden.

Beide Verfahren zum Verbinden der einen Kupplungshälf te 17 mit der Eingangswelle 5 können bei beiden Ausfüh rungsbeispielen wahlweise angewendet werden, unabhängig von der Ausbildung des weiter unten beschriebenen Federelemen tes.

Die andere Kupplungshälfte 18, die mit der Ausgangs welle 10 drehfest verbunden ist, befindet sich an einem Rückwirkungskolben 23, der dichtend auf der Eingangswelle 5 und in einer Ventilbohrung 24 des Ventilgehäuses 2 geführt ist. Der Rückwirkungskolben 23 ist durch ein torsionsstei fes, in Axialrichtung elastisches Federelement mit der Ven tilbuchse 8 verbunden. Das Federelement hat drei Aufgaben: Erstens soll es eine mechanische Vorspannung auf die beiden Kupplungshälften 17 und 18 liefern. Zweitens soll mit dem Federelement sichergestellt werden, daß der Rückwirkungs kolben 23 gegenüber der Ventilbuchse 8 nicht verdreht wer den kann. Und drittens soll die axiale Verschiebbarkeit des Rückwirkungskolbens 23 und der Kupplungshälfte 18 ermög licht werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist das Federelement durch einen Metallfaltenbalg 25 gebildet. Da mit ist die Kette der drehfesten Verbindung zwischen der zweiten Kupplungshälfte 18 und der Ausgangswelle 10 herge stellt. Der Metallfaltenbalg 25 ist an seinem einen Ende an den Rückwirkungskolben 23 und an seinem anderen Ende an der Ventilbuchse 8, beispielsweise durch Hartlöten oder Schwei ßen, befestigt. Diese Verbindung erfolgt zweckmäßigerweise vor der Endmontage des Lenkventils.

Anstelle des Metallfaltenbalges 25 ist es möglich, das torsionssteife, in Axialrichtung elastische Federelement mit einer Schraubenfeder 26 oder einer anderen in Axial richtung elastischen Feder, beispielsweise einem Paket von Blattfedern, auszubilden, wie dies in dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 3 dargestellt ist. In diesem Fall ist zwi schen dem Rückwirkungskolben 23 und der Ausgangswelle 10 eine Verdrehsicherung erforderlich, die beispielsweise durch eine Kugel-Längsführung 27 erfolgen kann.

Zwischen dem Rückwirkungskolben 23 und der Ventilbuch se 8 ist ein Rückwirkungsraum 28 angeordnet, der von einem Rückwirkungsdruck beaufschlagt wird. Durch diese Anordnung des Rückwirkungsraumes 28 wird ein Dichtring 29 zwischen der Eingangswelle 5 und dem Ventilgehäuse 2 nicht mit dem hohen Rückwirkungsdruck, sondern nur mit Rücklaufdruck be lastet. Bei Bedarf kann dieser Rückwirkungsdruck in Abhän gigkeit von wenigstens einem Parameter, beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit, verändert werden. Dies wird beispiels weise dadurch erreicht, daß der Rückwirkungsraum 28 über eine Leitung 30 mit einem elektro-hydraulischen Wandler 31 verbunden wird. Ein in Fig. 1 dargestelltes Druckbegren zungsventil und eine Blende sind nicht Gegenstand der vor liegenden Erfindung. Diese Bauteile sind beispielsweise bekannt aus der EP-B1-232 269 und werden deshalb nicht nä her beschrieben.

Der Metallfaltenbalg 25 ist, ebenso wie die Schrauben feder 26, in dem Rückwirkungsraum 28 angeordnet.

Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben:

Wird durch eine Drehung eines nicht dargestellten Lenkhand rades an der Eingangswelle 5 ein Drehmoment eingeleitet, so ergibt sich - nach Überwindung einer durch den Metallfal tenbalg 25 bzw. die Schraubenfeder 26 bestimmten mechani schen Vorspannung - außer einer Relativverdrehung zwischen dem Drehschieber 4 und der Ventilbuchse 8 eine Relatiwer drehung der beiden Kupplungshälften 17 und 18 gegeneinan der. Durch die zwischen den Schrägflächen der Ausnehmungen 20 und 21 angeordneten Wälzkörper wird zusätzlich der Rück wirkungskolben 23 gegen die Federkraft des Metallfaltenbal ges 25 bzw. der Schraubenfeder 26 in Richtung auf den Rück wirkungsraum 28 und die Ventilbuchse 8 verschoben. Dadurch entsteht durch den Metallfaltenbalg 25 bzw. die Schrauben feder 26 eine Zentrierkraft, die von der in dem Rückwir kungsraum 28 herrschenden Druckkraft unterstützt wird. Die se Zentrierkräfte wirken über die Schrägflächen der Ausneh mungen 20 und 21 zwischen der Eingangswelle 5 und der Aus gangswelle 10.

Wird der Metallfaltenbalg 25 oder die Schraubenfe der 26 - wie oben angedeutet - unter Vorspannung eingebaut, so läßt sich dadurch eine mechanische Mittenzentrierung erzielen. Diese Vorspannung läßt sich sehr einfach dadurch einstellen und variieren, daß die Kupplungshälfte 17 vor ihrer Verbindung mit der Eingangswelle 5 in eine enspre chende Stellung verschoben wird.

Bezugszeichenliste

1 Drehschieberventil
2 Ventilgehäuse
3 Hilfskraftlenkung
4 Drehschieber
5 Eingangswelle
6 Wälzlager
7 Wälzlager
8 Ventilbuchse
9 -
10 Ausgangswelle
11 Ritzel
12 Drehstab
13 Servopumpe
14 Servomotor
15 Druckmittelbehälter
16 Mittenzentriereinrichtung
17 Kupplungshälfte
18 Kupplungshälfte
19 Stift
20 Ausnehmung
21 Ausnehmung
22 Wälzkörper
23 Rückwirkungskolben
24 Ventilbohrung
25 Metallfaltenbalg
26 Schraubenfeder
27 Kugel-Längsführung
28 Rückwirkungsraum
29 Dichtring
30 Leitung
31 elektro-hydraulischer Wandler

Claims

1. Lenkventil für Hilfskraftlenkungen, mit einer Ein gangswelle (5) und einer Ausgangswelle (10), die miteinan der durch einen Drehstab (12) verbunden sind, und mit fol genden weiteren Merkmalen:

- eine mit der Ausgangswelle 10 drehfest verbundene Ven tilbuchse (8) umgibt die Eingangswelle (5),
- eine Mittenzentriereinrichtung (16) unterstützt den Drehstab (12) in seiner Ventilrückstellung,
- die Mittenzentriereinrichtung (16) weist zwei Kupp lungshälften (17, 18) auf, von denen eine mit der Eingangswelle (5) und die andere mit der Ausgangswel le (10) drehfest verbunden ist,
- wenigstens eine der beiden Kupplunghälften (17, 18) ist durch die Kraft eines torsionssteifen, in Axial richtung elastischen Federelementes in Richtung auf die andere Kupplungshälfte (18, 17) beaufschlagt,
- ein Rückwirkungskolben (23) ist mit einer der beiden Kupplungshälften (17, 18) drehfest verbunden und wird von einem, in einem Rückwirkungsraum (28) herrschenden Rückwirkungsdruck beaufschlagt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwir kungskolben (23) mit der Ausgangswelle (10) drehfest ver bunden ist.

2. Lenkventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Federelement mit seinem einen Ende an dem Rückwirkungskolben (23) und mit seinem anderen Ende an der Ventilbuchse (8) befestigt ist.

3. Lenkventil nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Federelement ein Me tallfaltenbalg (25) ist.

4. Lenkventil nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Federelement eine Schraubenfeder (26) enthält und daß der Rückwirkungskol ben (23) durch eine Kugel-Längsführung (27) gegenüber der Ausgangswelle (10) drehfest geführt ist.

5. Lenkventil nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Metallfaltenbalg (25) an seinem einen Ende an dem Rückwirkungskolben (23) und/oder an seinem anderen Ende an der Ventilbuchse (8) durch ein Löt- oder Schweißverfahren befestigt ist.

6. Lenkventil nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Metallfaltenbalg (25) vor der Endmontage des Lenkventils an seinem einen Ende an dem Rückwirkungskolben (23) und an seinem anderen Ende an der Ventilbuchse (8) befestigt ist.

7. Lenkventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß der Rückwir kungsraum (28) zwischen dem Rückwirkungskolben (23) und der Ventilbuchse (8) angeordnet ist.

8. Lenkventil nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Metallfaltenbalg (25) bzw. die Schraubenfeder (26) in dem Rückwirkungsraum (28) angeordnet ist.

9. Lenkventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die der Ein gangswelle (5) zugewandte Kupplungshälfte (17) mit der Ein gangswelle (5) durch ein spanloses Umformverfahren fest verbunden ist.

10. Lenkventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die der Ein gangswelle (5) zugewandte Kupplungshälfte (17) zusammen mit dem Drehstab (12) mit der Eingangswelle (5) durch einen Stift (19) fest verbunden ist.

11. Lenkventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die der Ein gangswelle (5) zugewandte Kupplungshälfte (17) durch ein spanloses Umformverfahren hergestellt ist.