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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung für Kraftfahrzeuge
in der Bauform einer Zahnstangenlenkung.
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Derartige
Servolenkungen besitzen eine in einem Lenkgehäuse längs verschieblich gelagerte Zahnstange,
die an beiden Ende mit einem Spurstangenabgriff versehen ist. Die
Spurstangen sind im allgemeinen über
ein Schraubgewinde und ein Kugelgelenk mit der Zahnstange verbunden.
Die Zahnstange, das Schraubgewinde und das Kugelgelenk werden gegen
Verschmutzung durch einen Faltenbalg geschützt, der mit einem Ende auf
der Spurstange und mit dem anderen Ende auf dem Lenkgehäuse befestigt
ist. Bei einer Lenkbewegung variiert das von dem Faltenbalg umschlossene
Volumen, so daß die dort
enthaltene Luftmenge ausgeglichen werden muß. Bei den bekannten Servolenkungen
wird zu diesem Zweck eine Leitung zwischen den beiden links und
rechts der Zahnstangenlenkung entstehenden Luftvolumina geschaffen,
so daß ein
Ausgleich zwischen den beiden Volumina zu beiden Enden der Zahnstangenlenkung
erfolgen kann. Diese Leitung ist entweder durch eine Längsbohrung
in der Zahnstange gegebenenfalls in Verbindung mit Querbohrungen
oder durch eine separate Rohrleitung außen auf dem Lenkgehäuse oder
den Faltenbälgen
verwirklicht.
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Der
konstruktive Aufwand zur Schaffung dieser Verbindung ist in der
Praxis relativ hoch. Andererseits ist beim Wegfall einer solchen
Verbindung eine anderweitige Abfuhr des verdrängten Luftvolumens bzw. Zufuhr
des benötigten
Luftvolumens erforderlich.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkung
für Kraftfahrzeuge
zu schaffen, bei der die von den Faltenbälgen umschlossenen Volumina
separat variiert bzw. ausgeglichen werden können.
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Diese
Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6
gelöst.
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Zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1:
Einen Faltenbalg mit einer hydrophoben, gasdurchlässigen Membran;
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2:
ein Lenkgehäuse
für eine
Servolenkung mit einer von einer Membran verschlossenen Entlüftungsöffnung sowie
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3:
einen Faltenbalg mit einem zugeordneten flexiblen Expansionsraum.
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In
der 1 ist ein an sich bekannter Faltenbalg 1 für eine Servolenkung
dargestellt. Solche Faltenbälge
werden auch "Lenkungsmanschetten" genannt. Der Faltenbalg 1 weist
einen dem Lenkgehäuse
zugewandten Anschluß 2 mit
großem
Durchmesser sowie einen der Spurstange zugewandten Anschluß 3 mit
kleinem Durchmesser auf. Beide Anschlüsse 2, 3 werden üblicherweise
mit Schellen auf dem jeweiligen Bauelement befestigt. Im Falle von Lenkungsmanschetten
sind solche Faltenbälge
nicht mit Druckausgleichsöffnungen
versehen.
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Der
Faltenbalg gemäß 1 trägt im Bereich
des Anschlusses 3 einen ringförmig umlaufenden Bund 4 aus
Gummi, der mit dem Anschluß 3 einstückig ist.
Ein entsprechender Bund 5 größeren Durchmessers ist ebenfalls
an dem Faltenbalg, jedoch von dem Bund 4 aus zu dem Anschluß 2 hin versetzt
vorgesehen. Dieser Bund 5 ist ebenfalls einstückig aus
dem Material geformt, aus dem der übrige Faltenbalg hergestellt
ist.
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Zwischen
den beiden umlaufenden Bünden 4 und 5 verläuft eine
Membran 6, die kegelmantelförmig gestaltet ist, wobei ein
offenes Ende kleineren Durchmessers stirnseitig in den Bund 4 eingearbeitet ist,
während
das andere offene Ende größeren Durchmessers
mit seiner umlaufenden Stirnseite in den Bund 5 eingearbeitet
ist. Zweckmäßigerweise werden
die Stirnseiten oder Ränder
der Membran 6 bei der Fertigung des Faltenbalgs mit dem
Material des Faltenbalgs umspritzt.
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In
der 2 ist eine Servolenkung an sich bekannter Bauart
dargestellt. Ein Lenkgehäuse 10 umgibt
neben ande ren, nicht näher
erläuterten
Bauelementen eine Zahnstange 11. Die der Zahnstange 11 benachbarte
offene Stirnseite 12 des Gehäuses wird im Betrieb mit dem
Ende 2 des Faltenbalgs 1 umgeben und verschlossen.
Der hierdurch eingeschlossene Innenraum der Servolenkung wird über einen
Anschluß 13 be-
und entlüftet.
Ein zweiter Anschluß 14 ist
für die
in der 2 rechte Seite der Zahnstangenlenkung vorgesehen,
auf der ebenfalls ein Faltenbalg 1 angeordnet ist. Die
Anschlüsse 13, 14 werden
bei bekannten Bauformen von Servolenkungen über eine dort angeschraubte
Verbindungsleitung miteinander verbunden, so daß ein Ausgleich der Luftvolumina
an der linken und der rechten Seite der Servolenkung durch diese
Verbindungsleitung erfolgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der
Anschluß 13 ebenso
wie der Anschluß 14 mit
einer vergrößert dargestellten
Schraubkappe 16 versehen, die eine zur Atmosphäre hin offene Öffnung 17 aufweist.
In der Öffnung
liegt eine hydrophobe, gasdurchlässige
Membran 18 ein, deren Material der Membran 6 gemäß 1 entsprechen
kann. Die Membran 18 wird durch ein Kunststofformteil 19 in der
Schraubkappe 16 gesichert und durch die beim Aufschrauben
auf den Anschluß 13 entstehende
Axialkraft in ihre Anlagefläche
gepreßt,
wodurch sie sowohl flüssigkeitsdicht
als auch mechanisch in gewissen Grenzen belastbar wird.
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Eine
entsprechende Schraubkappe wird auf den Anschluß 14 aufgeschraubt,
so daß auch
das damit kommunizierende Luftvolumen zwar flüssigkeitsdicht und schmutzdicht
verschlossen, aber in gewissem Umfang für Gase zur Atmosphäre hin offen
ist.
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Die 3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Faltenbalgs 1 mit lenkungsseitigem Anschluß 2 und
spurstan genseitigem Anschluß 3.
Bei dieser Ausführungsform
ist ein etwa runder Bereich 20 aus dem Faltenbalg 1 ausgespart
und mit einem flexiblen Expansionselement 21 versehen.
Dies kann, wie in der 3 dargestellt, aus einem Balgbereich
mit größeren Falten
oder größerem Hub
sowie enger aneinander angeordneten Falten bestehen. Dies können aus
einem anderen Material geformt sein als der Faltenbalg 1 selbst.
Insbesondere kann auch vorgesehen sein, daß der Bereich 21 aus
einem ähnlichen
gasdurchlässigen
und hydrophoben Material gefertigt ist wie die Membranen 6 und 18.
In diesem Fall kann der Bereich 21 sowohl durch seine große Expansionsfähigkeit
als auch durch seine relativ große Oberfläche Gase aus dem Innenraum
des Faltenbalgs austreten bzw. in den Innenraum eintreten lassen.
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In
der Praxis arbeiten die insoweit beschriebenen Ausführungsbeispiele
wie folgt:
Der Faltenbalg gemäß 1 wird bei
einem Einfahren der Zahnstange in das Lenkgehäuse zusammengezogen, so daß die von
dem Faltenbalg umgebene Luftmenge einen geringeren Raum zur Verfügung hat und
ein Überdruck
entsteht. Dieser Überdruck
kann durch die Membran 6, die hydrophob und gasdurchlässig ist,
entweichen. Die Geschwindigkeit der Druckentlastung hängt dann
von dem Luftvolumen, der Druckdifferenz, der Fläche der Membran 6 sowie
der mittleren Porengröße ab. Bei
einem Ausfahren der Zahnstange wird das im Faltenbalg 1 befindliche
Volumen größer, wobei
die Luftmenge zunächst
gleich bleibt. Der entstehende Unterdruck (bei vorangegangenem Entweichen
der eingeschlossenen Luftmenge) sorgt für einen Gastransport von der
Atmosphäre durch
die Membran 6 in den Innenraum und somit für den erforderlichen
Druckausgleich. Das jeweils andere Luftvolumen der Zahnstangenlenkung
erfährt den
umgekehrten Vorgang.
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Bei
der Zahnstangenlenkung gemäß 2 wird
das Luftvolumen im Bereich des Anschlusses 12 gegebenenfalls
auch von einem herkömmlichen
Faltenbalg abgeschlossen, der keine Möglichkeit zum Austausch mit
der Atmosphäre
besitzt. In diesem Fall wird bei einer Bewegung der Zahnstange nach
rechts auf der linken Seite ein Überdruck
aufgebaut, der über
den Anschluß 13 und
die darin befindliche Membran 18 zur Atmosphäre hin entweicht.
Die Membran 18 hat dabei ebenfalls die Eigenschaft, Wasser, Schmutz
und sonstige unerwünschte
Verunreinigungen abzuweisen, den Gastransport jedoch nicht in unerwünschtem
Maße zu
behindern. Bei der beschriebenen Bewegung der Zahnstange nach rechts wird
das in der 2 rechte Luftvolumen vergrößert, so
daß über den
Anschluß 14 und
eine entsprechende Membran 18 die benötigte Gasmenge aus der Atmosphäre nachgesaugt
wird. Ein Einschlagen der Lenkung in die entgegengesetzte Richtung
mit einer Bewegung der Zahnstange 11 nach links führt zu einer
Umkehrung des Vorgangs, so daß durch
den Anschluß 14 die
zu verdrängende
Luft entweicht, während
durch den Anschluß 13 ein
entsprechendes Luftvolumen nachgesaugt wird.
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Der
Faltenbalg gemäß 3 ermöglicht eine ähnliche
Funktion wie der Faltenbalg gemäß 1. Hier
ist jedoch neben der reinen Möglichkeit
des diffusiven Gastransports durch die Poren der Membran 6 hindurch
auch die Möglichkeit
eines mechanischen Druckausgleichs durch Vergrößerung des Bereichs 21 nach
innen oder nach außen
gegeben. Hier ergibt sich eine Art Expansionsbehälter zum Druckausgleich. Wenn
dieser Bereich 21 von einer gasdurchlässigen hydrophoben Membran
gebildet ist, so kann der sich dort aufbauende Druck schließlich ebenfalls entweichen
bzw. Gas aus der Atmosphäre
nachgesaugt werden. Eine solche Anwendung wird bevorzugt, wenn schnelle
Lenkbewegungen erwartet werden und die dabei in geringer Zeit erforderlichen
Volumenströme
allein diffusiv nicht durch die Membranen transportiert werden können. Hier
ist das schnell reagierende, dünnwandige
Expansionselement 21 als rein mechanischer Puffer bevorzugt.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch in anderen, nicht in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen Konstellationen realisiert werden. So ist beispielsweise
auch vorgesehen, den gesamten Faltenbalg 1 aus einer gasdurchlässigen,
hydrophoben Membran zu fertigen. Dies hat den Vorteil, daß die zur
Verfügung
stehende Diffusionsfläche
sehr groß ist
und damit auch bei geringem Überdruck
ein zuverlässiger
Gastransport ermöglicht
wird. Entsprechende Membranen sind beispielsweise unter der Marke Goretex
von der Firma W. L. Gore & Associates, Putzbrunn,
Deutschland, erhältlich.
Es können
auch andere Membranen, vorzugsweise auf Basis von halogenierten
Kohlenwasserstoffen, Verwendung finden. Auch andere Materialien
kommen in Betracht, sofern die geforderten Eigenschaften (Gasdurchlässigkeit,
wasserabweisendes Verhalten und Dichtheit gegen Flüssigkeiten)
gewährleistet
sind.
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Insbesondere
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann
auch anstelle der Folie als Membran ein Netz, ein Gewebe oder dergleichen
mit geringer Maschenweite und hydrophober Oberfläche oder Oberflächenbeschichtung
vorgesehen sein.
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Die
insoweit beschriebenen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ermöglichen
es, die bei Servolenkun gen bislang übliche Langbohrung durch die
Zahnstange oder eine außerhalb
der Servolenkung angebrachte Verbindungsleitung zum Druckausgleich
zwischen den beiden endseitigen Volumina einzusparen.