DE2825383A1 - Servolenksystem - Google Patents

Description

Servolenksystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servolenksystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem in einer Gehäusekammer drehbar angeordneten Eingangssteuerglied und einem mit dem Pahrzeuglenkgetriebe verbundenen, im Gehäuse zwei druckbeaufschlagbare Arbeitskammern voneinander trennenden Arbeitskolben mit einer Innenbohrung, durch deren offenes Ende sich in Axialrichtung eine mit Gewindegängen versehene Spindel des Eingangssteuerglieds erstreckt.

Bei Servolenksystemen dieser Art trägt der Arbeitskolben gewöhnlich eine Zahnstange, die mit einem Zahnradsegment kämmt, durch das ein Lenkstockhebel zur Betätigung des Lenkgestänges verschwenkt wird. Am Ende des Eingangssteuerglieds befindet sich ein Schneckenrad, das über Kugelumlaufglieder mit einer am Arbeitskolben befestigten Steuermutter zusammenwirkt. Bei Drehung des Lenkrads wird über ein Verteilerventil die eine oder andere Arbeitskammer mit Druckmittel beaufschlagt.

Bei derartigen Servolenksystemen besteht die Forderung nach

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geringen Gesamtabmessungen und insbesondere nach einer Verringerung des Längsabstands zwischen der Welle des Zahnradsegments und dem mit der Steuersäule zu verbindenden Spindelende, z.B. bei Lastkraftwagen mit einer schwenkbaren Fahrerkabine .

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Servolenksystem zu schaffen, bei dem das Verteilerventil innerhalb des Arbeitskolbens untergebracht und dadurch ein äußerst kompaktes Servolenkgerät geringer Abmessungen erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Servolenksystem der eingangs erwähnten Art dadurch, da ß im Arbeitskolben eine zur Spindel koaxiale, scheibenförmige Verteilerkammer ausgebildet und eine mit der Spindel über Gewindegänge zusammenwirkende Steuermutter am Arbeitskolben in Axialrichtung bewegungsschlüssig, jedoch begrenzt drehbar angeordnet ist, daß ein drehbar in der Verteilerkammer angeordneter, sternförmiger Steuerkörper mit der Steuermutter drehfest verbunden ist, der eine zentrale Nabe mit mehreren radial nach außen ▼erlaufenden Steuerarmen aufweist und die Verteilerkammer in erste und zweite, jeweils mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer verbundene Kammersegmente unterteilt, und daß im Arbeitskolben ausgebildete, jeweils an die Nieder- bzw. Hochdruckseite einer Druckmittelquelle anschließbare Aus-

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bzw. tiinlaßkanäle rait der Verteilerkammer über entsprechende öffnungen in Verbindung stehen, die zur Steuerung der Druckverteilung in den ersten und zweiten Kammersegmenten in Abhängigkeit von dem .Drehwinkel zwischen Arbeitskolben und Steuerkörper mit den Steuerarmen zusammenwirken.

Hach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Innenbohrung des Arbeitskolbens im Bereich des offenen Bohrungsendes mit einer durch eine Schulter begrenzten Erweiterung versehen, und die Verteilerkammer ist im Inneren einer aus zwei ringförmigen Begrenzungsplatten und einem zwischen diesen liegenden Zwischenring bestehenden, in die Erweiterung der Innenbohrung unter Anlage der einen Begrenzungsplatte an der Schulter eingepaßten Baugruppe ausgebildet, wobei die Steuermutter in der Erweiterung der Innenbohrung angeordnet ist und eine axial in die Verteilerkammer verlaufende, in Drehrichtung mit dem Steuerkörper verbundene, hülsenförmige Verlängerung aufweist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibund in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Pig. 1 einen Axialschnitt einer Servorlenkeinheit

mit einem Arbeitskolben, der eine Lenkmutter

für die Lenkspindel und eine mit dem Ausgangs-

—7— zahnradsegment kämmende Zahnstange aufweist, '

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- 7 sowei mit einem Verteilerventil;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 zur Darstellung der selbstzentrierenden Rückstelleinrichtung des Verteilerventils in die neutrale Mittellage;

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 zur Darstellung des Verteilerventils; und

Fig. 4 einen der Fig. 1 entsprechenden Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem sich das Anschlußende der Längsspindel durch das andere Ende der Servolenkeinheit erstreckt,

Die Servolenkeinheit enthält ein Gehäuse 1 mit einer zylindrischen Innenbohrung 2. In dem Gehäuse 1 ist ein Arbeitskolben 3 in Axialrichtung frei gleitfähig, jedoch drehfest geführt. Der Arbeitskolben 3 ist über Dichtungen 4 in der Bohrung 2 abgedichtet und begrenzt zwei Arbeitskammern 5, 6. Auf seiner Außenfläche ist der Arbeitskolben 3 mit einem Zahnstangenabschnitt 7 versehen, der mit einem Zahnradsegment 8 kämmt, welches auf der Ausgangswelle 9 befestigt ist. Im Kolben 3 verläuft eine axiale Innenbohrung 10, die am einen Ende (an dem im Sinne der Fig. 1 unteren Ende) verschlossen ist und am anderen Ende zu einem Abschnitt 11 vergrößerten Durchmessers

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erweitert ist, welcher durch eine ringförmige Schulter 11a begrenzt wird« Im erweiterten Abschnitt 11 sitzt eine auf die welter unten beschriebene Weise zum Yertellerventll gehörende Steuer- oder Lenkmutter 12.

Am offenen Sehäuseende ist ein innerer, stufenförmiger Sitz 13 ausgebildet, an dem eine Platte 15 unter Zwischenlage eines Dichtungsrings 14 drucksicher anliegt. Die Platte 15 trägt an ihrer Außenfläche einen Bund 16,, der einen Sitz für ein Kugellager 17 bildet. Diese Baugruppe wird durch einen über Schrauben 19 am Gehäuse 1 befestigten Deckel 18 gesichert. Die Platte 15 und der Deckel 18 sind mit einer Öffnung versehen,, durch die sich eine ein Eingangssteuerglied bildende Spindel ZO erstreckt^ die einen Bund 21 für das Kugellager 17» beidseitig des Bundes 21 jeweils einen zylindrischen Abschnitt 22 fur eine Ringdichtung 23» sowie einen ring 24 aufweist, die In die Öffnung der Platte 15 bzw. des Deckels 18 eingesetzt sind« Am äußeren Ende 25 Spindel 20 über nicht gezeigte Verbindungsglieder mit dam Lenkrad gekoppelt* und der innere Splndelteil 26 ist: bei schraubengangförmig genutet und sitzt in der InnenbofeetEHg 1© des Arbeitskolbens 3, wo er über eine herkömmliche laufverbindung gewindegangartig mit der Mutter 12 wirkt.

Ausgehend von der Schulter 11a. sind in der Erweiterung: TTr

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der Innenbohrung 10 eine ringförmige Begrenzungsplatte 28, ein scheibenförmiger Ring 29, eine weitere ringförmige Begrenzungsplatte 30 mit einer axialen, an der Innenfläche der Erweiterung 11 liegenden Schürze 31» die beiden Hälften 32 eines Kugellager-Außenrings, sowie eine ringförmige Sicherungsmutter 33 angeordnet, die diese Teile gegen die Ringschulter 11a der Erweiterung 11 andrückt. Über das durch den Laufring 32 gebildete Kugellager ist die Steuermutter drehbar in der durch die Schürze 31 und die Teile 32 und begrenzten Ausnehmung gelagert; wie erwähnt, wirkt die Steuermutter 12 über die Umlaufkugeln 34 mit der schraubengangförmigen Nut 25 der Spindel 20 zusammen. Auf der Innenseite ist die Steuermutter 12 mit einer axialen, hülsenförmigen Verlängerung 35 versehen, auf deren Außenseite durch Nuten voneinander getrennte Rippen 36 (Fing. 2 und 3) ausgebildet sind, wobei sich die Verlängerung 35 unter Freilassung eines Spalts durch die ringförmigen Begrenzungsplatten 28, 30 erstreckt und am äußeren freien, zylindrischen Ende mit einem schulterförmigen Sitz der Innenbohrung 10 unter Zwischenlage einer 0-Ringdichtung 37 zusammenwirkt.

Der Ring 29 und die Verlängerung 35 einerseits sowie die beiden Begrenzungsplatten 28, 30 andererseits bilden eine scheibenförmige Verteilerkammer des Verteilerventils, die von den benachbarten Arbeitskammern strömungsmäßig durch die Dichtung 37, eine zwischen der Schürze 31 und der Steuermutter

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12 liegende Dichtung 38 und durch weitere Dichtungen 39, 40 getrennt ist, welche zwischen den Platten 28 und 30 und der Innenfläche des erweiterten Bohrungsabschnitts 11 angeordnet sind. Die Verteilerkammer liegt somit koaxial zur Spindel 20 und wird durch eine fest mit dem Arbeitskolben 3 verbundene Baugruppe "begrenzt.

Wie Pig. 3 am deutlichsten zeigt, ist der scheibenförmige Ring 29 auf der Innenseite mit zwei Gruppen von Begrenzungsflächen versehen, die jeweils in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinander folgen und aus drei zylindrischen Flächenabschnitten bestehen, wobei die beiden Gruppen von Plächenabschnitten unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen und die Flächenabschnitte 41 den größeren, die Flächenabschnitte 42 den kleineren Krümmungsradius haben. Innerhalb der Terteilerkammer befindet sich ein sternförmiger Ventilsteuerkörper oder -rotor 43 mit einer zentralen, ringförmigen Nabe, deren Mittelbohrung mit einer Kerbverzahnung versehen ist und somit drehschlüssig mit den Rippen der an der Steuermutter 12 einstückig angeformten Verlängerung 35 zusammenwirkt. Der sternförmige Rotor 43 enthält zwei Sätze von radial von der Nabe nach außen verlaufenden Armen 44, 45, die in Umfangsrichtung abwechselnd verteilt um die Nabe angeordnet sind, so daß die Arme 44 am äußeren Ende gleitend und dichtend mit den zylindrischen Flächenabschnitten 41 größeren Krümmungsradius, die Arme 45 an ihren äußeren Enden hingegen gleitend und dichtend mit den zylindri-

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-tischen H-ächenahsohnitten 42 kleineren Krümmungsradius zusammenwirken. Die Verteilericammer "wird somit in zwei Gruppen -von jeweils drei Kammersegmenten 46, 47 unterteilt, die in Umfangsrichtung wechselweise um die mittlere Nabe des Steuerkörpers 43 angeordnet sind, wobei jedes Kammersegment 46, 47 durch die Innenfläche der Verteilerkammer und die einander zugekehrten Seitenflächen zweier benachbarter Arme 44, 45 begrenzt wird* Jedes Kammersegment 47 steht mit einer Ringnut 49 in der an der Ringschulter 11a des erweiterten Bohrungsabschnitts 11 anliegenden Stirnfläche der Begrenzungsscheibe 28 über entsprechende Öffnungen 48 in Verbindung, die sich durch die Begrenzungsscheibe 28 erstrecken. Die Nut 49 ist durch eine Dichtung 39 abgedichtet und über einen in Längsrichtung durch, den Arbeitskolben. 3 verlaufenden Kanal 50 mit der Arbeitskammer 5 der Servolenkeinheit verbunden.

In ähnlicher Weise erstrecken sich drei Kanäle 51 durch die Begrenzungsplatte 30 und die Schürze 31 und münden in einen durch den. Spalt zwischen der Steuermutter 12 und den Teilen 31» 32, 33 begrenzten Ringraum, wodurch eine Strömungsmittelverbindung zwischen den drei Kammersegmenten 46 und der Arbeitskammer 6 der Servolenkeinheit hergestellt wird.

An der Begrenzungsplatte 30 sind ferner drei Öffnungen 53 ausgebildet, die in der neutralen Mittelstellung von den längeren Armen 44 abgedeckt werden und über Kanäle 54 in der Begrenzungs—

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platte 30 mit einer Ringnut 55 in Verbindung stehen, welche auf der Außenfläche der Schürze 31 ausgebildet ist. Die Ringnut 55 führt über in Fig. 3 zum Teil dargestellte Kanäle 56 zu einem auf der Außenseite des Gehäuses 1 angeordneten Anschlußstutzen 57. Beim Einbau in ein Kraftfahrzeug wird der Anschlußstutzen 57 mit einer an die Hochdruckseite einer Druckmittelquelle angeschlossenen Druckleitung verbunden.

In den Begrenzungsplatten 28, 30 sind ferner entsprechende Öffnungen 58 ausgebildet, die in der neutralen Mittelstellung von den Rotorarmen 4-5 abgedeckt werden und zu Radialnuten 59 verlaufen, welche in Ringnuten 60 am Außenrand der Begrenzungsplatten 38, 30 münden. Im Arbeitskolben 3 ist eine Radialbohrung 61 ausgebildet, über die die ITuten 60 mit der Außenfläche des Arbeitskolbens 3 und von dort mit einem Auslaßstutzen 62 in Verbindung stehen, der auf der Außenseite des Servolenkkastens 1 angeox^dnet ist. Zu diesem Zweck sind die aufeinandergleitenden Flächen des Zylinders 2 und des Arbeitskolbens 3 mit zwei zueinander fluchtenden Längsnuten 63 versehen, die sich in sämtlichen Betriebsstellungen der Servolenkung überlappen und somit die Radialbohrung 61 mit dem Auslaßstutzen 62 verbinden. Der Auslaßstutzen 62 ist an die Niederdruckseite der Druckmittelquelle angeschlossen.

Der sternförmige Steuerrotor 43 ist in Fig. 1 aus G-ründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet, und der Einfachheit halber sind die verschiedenen Strömungsmittelkanäle in der „-jj.

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Zeichenebene dargestellt, in der Praxis sind diese Strömungsmittelkanäle jedoch -um die Achse der Servolenkeinrichtung verteilt angeordnet, wie dies deutlich aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Wie Pig. 2 im einzelnen zeigt, wirkt die hülsenförmige Verlängerung 35 am freien Ende mit einem mittleren zylindrischen Kolbenabschnitt 63e zusammen, der zwischen der Bohrung 10 und der Erweiterung 11 liegt. Auf der Innenfläche ist der mittlere Kolbenabschnitt 63a mit mehreren Längsnuten 64 versehen, in die die Außenrippen 36 der Verlängerung 35 derart eingreifen, daß zwischen den Rippen 36 und den Nuten 64 ein Umfangsspiel vorhanden ist, das der Größe des zwischen der Steuermutter 12 und dem Arbeitskolben 3 und somit zwischen dem Rotor 43 und den diesen umschließenden Begrenzungsplatten 28, 30 zugelassenen Drehwinkels entspricht.

Im Arbeitskolben 3 ist eine Querbohrung 65 ausgebildet, die im wesentlichen tangential zur Außenfläche der Verlängerung 35 in der den Rippen und Nuten 36, 64 entsprechenden Drehlage verläuft. In der Querbohrung 65 sind zwei Rückstellkolben 66 auf jeder Seite der in die Querbohrung 65 radial vorstehenden Rippe 36 angeordnet, welche durch entsprechende Schraubenfedern 67 zusammengedrückt werden, die unter Vorspannung mit Hilfe von Madenschrauben 68 in der Querbohrung 65 gehalten werden. Wenn die Vorspannung der beiden Federn

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gleich ist, wird die Einrichtung selbsttätig in die neutrale Mitt eist ellung gebracht.

Das Verteilerventil arbeitet wie folgt:

Der Steuerrotor 43 wird durch eine Relativbewegung zwischen der Steuermutter 12 und dem Arbeitskolben 3 verdreht, wenn dieser durch die Spindel 20 verschoben wird, welche zunächst betätigt wird, wenn die Fahrzeugräder verstellt werden sollen. Daher werden die Arme 44, 45 des Steuerrotors 43 bezüglich der von diesen in der Mittelstellung abgedeckten Öffnungen verschoben, wodurch der Hochdruck von der Druckmittelquelle zu der einen G-ruppe von Kammersegmenten 46 bzw. 47 und somit zu der einen Arbeitskammer 5 bzw. 6 gelangt, während die andere G-ruppe von Kammers egment en und somit auch die andere Arbeitskammer mit der Niederdruckseite in Verbindung gebracht wird. Die Druckdifferenz zwischen den Arbeitskammern 5, 6 der Servolenkeinheit sorgt somit für eine Kraftverstärkung beim Verstellen der Fahrzeugräder. Wenn auf das Lenkrad keine Lenkkraft mehr ausgeübt wird, bringen die Federn 67 und die auf die Arme einwirkenden, hydraulischen Reaktionskräfte die Einrichtung wieder in die neutrale Mittelstellung zurück.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Abmessungen zwischen der Welle 9 und dem Spindelende 25 weiter verringert. Die Servolenkeinrichtung gemäß Fig. 4 unterschei-

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det sich von dem ersten Ausfuhrungsbeispiel im wesaitlichen dadurch, daß die Spindelenden zu sich gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 1 verlaufen. In Fig. 4 sind die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bauteile mit dem gleichen, jedoch um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Die Spindel 120 endet am Kugellagerbund 121, und der Deckel 118 enthält keine Bohrung. Ferner erstreckt sich die Innenbohrung 110 vollständig durch den Arbeitskolben 103 und ist von einer Spindelverlängerung 139 durchsetzt, wobei eine Dichtung 170 für eine strömungsmittelsichere Abdichtung sorgt. Die Spindelverlängerung 169 erstreckt sich durch einen Kragen 172 mit einem lagerring 173 und einem Sicherungsring 174 im Gehäuseende I7I und ist mit einer Kerbverzahnung 125 versehen, über die sie an eine zum Lenkrad führende Transmission angeschlossen wird.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   .J Servolenksystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem in einer Gehäusekammer drehbar angeordneten Eingangssteuerglied und einem mit dem Pahrzeuglenkgetriebe verbundenen, im Gehäuse zwei druckbeaufschlagbare Arbeitskammer voneinander trennenden Arbeitskolben mit einer Innenbohrung, durch deren offenes Ende sich in Axialrichtung eine mit Gewindegängen versehene Spindel des Eingangssteuerglieds erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dai3 im Arbeitskolben (3) eine zur Spindel (26) koaxiale, scheibenförmige Verteilerkammer ausgebildet und eine mit der Spindel über Gewindegänge zusammenwirkende Steuermutter (12) am Arbeitskolben in Axialrichtung bewegungsschlüssig, jedoch begrenzt drehbar angeordnet ist, daß ein drehbar in der Verteilerkammer angeordneter, sternförmiger Steuerkörper (43) mit der Steuermutter (12) drehfest verbunden ist, der eine zentrale Nabe mit mehreren radial nach außen verlaufenden Steuerarmen (44, 45) aufweist und die Verteilerkammer in erste und zweite,

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   ORIGINAL INSPECTED

   jeweils mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer (5, 6) verbundene Kammersegmente (46, 47) unterteilt, und daß im Arbeitskolben ausgebildete, jeweils an die Nieder- bzw. Hochdruckseite einer Druckmittelquelle anschließbare Aus- bzw. Einlaßkanäle mit der Verteilerkammer über entsprechende Öffnungen (53, 58)in Verbindung stehen, die zur Steuerung der Druckverteilung in den ersten und zweiten Kammersegmenten (46, 47) in Abhängigkeit von dem Drehwinkel zwischen Arbeitskolben (3) und Steuerkörper (43) mit den Steuerarmen (44, 45) zusammenwirken.
2. 2. Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbohrung (10) des Arbeitskolbens (3) im Bereich des offenen Bohrungsendes mit einer durch eine Schulter (11a) begrenzten Erweiterung (11) versehen und die Verteilerkammer im Inneren einer aus zwei ringförmigen Begrenzungsplatten (28, 30) und einem zwischen diesen liegenden Zwischenring (29) bestehenden, in die Erweiterung (11) der Innenbohrung (10) unter Anlage der einen Begrenzungsplatte an der Schulter (11a) eingepaßten Baugruppe ausgebildet ist, und daß die Steuermutter (12) in der Erweiterung (11) der Innenbohrung (10) angeordnet ist und eine axial in die Verteilerkammer verlaufende, in Drehrichtung mit dem Steuerkörper (43) verbundene, hülsenförmige Verlängerung (35) aufweist.
3. 3. Servolenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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   die Verlängerung (55) auf der Außenfläche mit einer aus Rippen und Nuten bestehenden Kerbverzahnung versehen ist, deren Rippen (36) zur drehschlüssigen Verbindung von Steuermutter (12) und Steuerkörper (43) mit entsprechenden Nuten des Steuerkörpers zusammenwirken,
4. 4. Servolenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (36) der Verlängerung (35) in auf der Innenseite der Kolbenbohrung (10) ausgebildete, eine begrenzte Relativdrehung zwischen Steuermutter (12) und Arbeitskolben (3) gestattende Nuten (64) eingreifen.
5. 5. Servolenksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3) mit einer zur Außenfläche der Verlängerung (35) mit Ausnahme der Rippen (36) tangentialen Querbohrung (65) versehen ist, in die sich eine Rippe der Verlängerung in Radialrichtung erstreckt, und auf jeder Seite der Rippe jeweils ein federnd vorgespannter Rückstellkolben zur selbsttätigen Rückstellung der Steuermutter (12) und des Steuerkörpers (43) in die neutrale Mittellage gleitend in der Querbohrung angeordnet ist.

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