DE3248001A1

DE3248001A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE3248001A1
Application number: DE19823248001
Authority: DE
Inventors: James J. Orangelawn Mich. Duffy
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE3248001C2; US4516471A; JPS58116265A; JPH031191B2; GB2112332A; GB2112332B

Description

SERVOLENKUNG

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine derartige Servolenkung ist in der US-PS 4 063 490 im Zusammenhang mit einer Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge beschrieben. Die Erfindung ist aber auch anwendbar bei Lenkgetrieben mit Zahnsegmenten gemäß US-PS 3 227 178 und 3 516 437. Weitere Anwendungsbeispiele bieten die Konstruktionen gemäß US-PS 3 746 045, 3 680 443 und 3 807 456.

Die in der US-PS 4 063 490 beschriebene Servolenkung hat einen doppelt wirkenden Servozylinder mit zwei nach entgegengesetzten Seiten auf einen Kolben wirkenden Druckkammern. Die Kolbenstange ist verbunden oder einstückig ausgebildet mit einer Zahnstange, in die ein Ritzel eingreift. Ein Steuerventil mit drehbarem Ventilkörper steuert die Druckbeaufschlagung der Zylinderkammern des Servorzylinders, der das beim Steuern des Kraftfahrzeugs von Hand über das Lenkrad auf das Ritzel ausgeübte Drehmoment verstärkt. Das Steuerventil sitzt in einem Ventilgehäuse und besteht aus einer Ventilnabe mit inneren Ventilstegeri sowie einem drehbaren Ventilkörper in Form einer Spindel bzw. eines Zapfens mit äußeren Ventilstegen, die mit den inneren Stegen der Ventilnabe je nach Ventilstellung dichtend zusammenwirken oder einen mehr oder weniger weit geöffneten Ventilspalt zwischen sich freigeben. Der Ventilkörper ist mit einer vom Fahrer betätigten Lenkspindel verbunden, die über einen Drehstab mit dem genannten Ritzel verbunden ist. Die Torsion des Drehstabs hängt von der Größe und Richtung des von Hand aufgebrachten Drehmoments an der Lenkspindel ab und führt zu einer Verdrehung des Ritzels relativ zum Ventilkörper. Die Ventilnabe dagegen ist drehfest mit dem Ritzel verbunden. Wenn es zu der erwähnten Verdrehung kommt, bewegen sich die Stege des Ventilkörpers in Umfangsrichtung relativ zu den Stegen der Ventilnabe, wodurch die Druckfluidverteilung auf die beiden Druckkammern des Servozylinders ge-

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steuert wird. Die Druckdifferenz am Kolben des Servozylinders hängt somit ab von der Größe des Drehmoments an der Lenkspindel, die wiederum die relative Lage der inneren und äußeren
Ventilstege bestimmt.

Die Herstellung von Steuerventilen der genannten Art geschieht in der Weise, daß die Stege am Umfang des Ventilkörpers durch Fräsen erzeugt werden. Dabei entsteht jeweils eine im axialen Längsschnitt bogenförmige Ausnehmung im Ventilkörper zwischen benachbarten Stegen. Die Stege selbst können zur abdichtenden Ausrichtung mit geraden Stegen auf der Innenseite der Ventilnabe gebracht werden.

Bei Servorlenkungen kommen normalerweise Verdrängerpumpen zum Einsatz, die einen konstanten Druckflüssigkeitsstrom durch das Steuerventil pumpen. Die Ventilstege am Ventilkörper und der
Ventilnabe können so angeordnet sein, daß ein Durchfluß möglich ist, wenn sich die Ventilstege relativ zueinander in einer mittleren Neutralstellung befinden. Dabei wird in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmoments an der Lenkspindel
Druckfluid auf die linke und rechte Zylinderkammer, des Servozylinders verteilt und die Verbindung zur Rücklaufleitung zur Verdrängerpumpe entsprechend geschlossen. Das Verhältnis zwischen dem Maß der Änderung der Spaltweite zwischen zusammenwirkenden Ventilstegen, bezogen auf den relativen Drehweg der Ventilteile, ist ausschlaggebend dafür, wie steil der Druckanstieg in der einen oder anderen Zylinderkammer des Servozylinders ist. Die Geometrie der Ventilstege kann so gewählt
werden, daß sich im Bereich nahe der geschlossenen Stellung
der Stege nur eine verhältnismäßig langsame Änderung der
Spaltweite zwischen den Stegen ergibt;, wodurch ein unerwünscht schneller Druckanstieg vermieden wird. Andererseits ist imBereich der Mittelstellung eine schnellere Änderung der Spaltweite zwischen den Stegen erwünscht, um den Pumpenrückdruck in der mittleren Lenkstellung zu verringern. Somit sind zwei unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeiten der Spaltweite zwischen zusammenwirkenden Stegen, bezogen auf relative Drehbewegungen der Ventilteile erwünscht. Eine schnellere Änderung

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sollte stattfinden, wenn sich das Ventil im Bereich der mittleren Stellung befindet, dagegen' sollte sich die Spaltweite langsamer ändern, wenn sich die Ventilstege im Bereich nahe ihrer geschlossenen Stellung befinden. Bei dem Versuch, diese •Bedingung zu erfüllen, wurden kleine Fasen an den Stegen angebracht, wie dies in Fig. 3 und 4 der US-PS 4 063 490 bei 150 und 152 gezeigt ist. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Spalten zwischen zusammenwirkenden Stegen mit solchen Fasen läßt einen beträchtlichen Rückdruck im Strömungssystem entstehen, der sich als Leistungsverlust bemerkbar macht. Außerdem entstehen Geräusche wegen der starken Strömung pro Zentimeter Steglänge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strömung je Längeneinheit der Stege zu verringern und für eine kleinere Änderungsgeschwindigkeit des Spalts zwischen zusammenwirkenden Ventilstegen in dem Bereich, wo sich diese ihrer geschlossenen Stellung nähern, zu sorgen.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stege der Ventilnabe neben der Mündungsöffnung der Druckleitung der Verdrängerpumpe über ihre gesamte Länge angefast sind.

Die Erfindung hat zunächst herstellungstechnische Vorteile. Die Fasen an den Stegen der Ventilnabe können nämlich unmittelbar beim Räumen der Innenkontur der Ventilnabe mit erzeugt werden, so daß damit praktisch keine Mehrkosten verbunden sind;

Der funktioneile Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die gesamte Länge der Stege für die Steuerung des Druckfluids zur Verfügung steht. Darin unterscheidet sich die Erfindung wesentlich von den bekannten Ausführungen, bei denen die kürzeren, unterschiedlich hohen Stege am Ventilkörper angefast waren. Pie sich über ihre Länge ändernde Höhe der durch Fräsen erzeugten Stege am Umfang des Ventilkörpers bewirkte eine Konzentration der Strömung auf den verhältnismäßig kurzen mittleren Bereich der Länge der Stege. Dementsprechend wuchs die Strö-

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mung.sgeschwindigke.it an den Stegen bei einer Relativdrehung der Ventilteile mit zunehmender Lenkkraft stark an und die sich schnell verkleinernden Spalte zwischen zusammenwirkenden Stegen hatten wegen der starken Strömung pro Zentimeter Länge der Stege unerwünschte Ventilgeräusche zur Folge. Im Gegensatz dazu verteilen die vorgeschlagenen erweiterten Fasen an den Stegen der Ventilnabe die Strömung über einen längeren Spalt, so daß bei gleicher Durchflußmenge der Druckabfall und die Geräuschbildung bei Lenkmanövern wesentlich verringert werden. So beträgt z.B. bei einem bestimmten Kraftfahrzeugtyp mit einer herkömmlichen Servolenkung mit gefrästen Stegen am Umfang des Ventilkörpers in einer bestimmten Relativstellung der Ventilteile die Strömungsmenge pro Zentimeter Steglänge ungefähr 4 l/Min. im Vergleich zu ungefähr 1 l/Min, bei Verwendung innenseitig mit Fasen an den Stegen geräumter Ventilnaben gemäß der Erfindung, wenn im übrigen alle anderen Bedingungen konstant gehalten werden. Der durch die Verteilung der Strömung auf eine größere.Steglänge erzielte geringere Druckabfall bedeutet darüberhinaus geringere Leistungsverluste

-'·>>. ι ■"■■ ■-- '■-■■■' '■'■>' :.>v.ju'. <j u.i'i ''.'W ■ t. --ι? ■ t giVrfsr ϊ*λγ.η 1^:ΐaU-^Ef?ν·;/-!;;---¹ durch die Servolenkung und.somit geringeren Kraftstoffverbrauch. Die geräumten Schlitze bzw. Nuten in der Vehtünabe mit sich über die gesamte Länge erstreckenden Fasen an den Kari-

■· ■■."■ ^! · -..-■" '-■·■'-" -."i =^! Λ-? t< - uv _;f rn cr-KiöUfQH a A-Ia ten der Stege stellen Vier-Wege-Ventile, dar und erzeugen^eine gleichförmige, geringere Strömung pro Längeneinheit der Ventil-stege.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Servozylinder in Verbindung mit einer Zahnstangenlenkung und einem Steuerventil gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt nach Schnittlinie II-II in Fig. 1 ;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch das Steuerventil gemäß Schnittlinie III-III in Fig. 2;

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Fig. 3Α einen Querschnitt durch die Ventilnabe des Steuerventils pach Fig. 3;

Fig. 3B einen Querschnitt durch den inneren Ventilkörper des Steuerventils nach Fig. 3;

Fig. 3C einen Längsschnitt duröh die Ventilnabe nach Fig. 3A;

Fig. 4 Seitenansicht des mit der Ventilnabe nach Fig. 3A zusammenwirkenden Ventilkörpers;

Fig. 4A eine Stirnansicht des Ventilkörpers nach Fig. 4;

Fig. 5 einen axialen Längsschnitt durch den Ventilkörper gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 4A;

Fig. 6 eine schema'tische Darstellung zur Geometrie der zusammenwirkenden Ventilstege in einem Steuerventil von der Art wie in Fig. 2 bis gezeigt, wobei jedoch in diesem Fall Fasen an den Ventilstegen eines in einer stationären Ventil^nabe verschieblichen Ventilkörpers gezeigt sind;

Fig. 6A als Detail aus Fig. 6 einen Spalt zwischen zusammenwirkenden Ventilstegen in größerem Maßstab;

Fig. 7 Kurvenschaubild, welches den Druckanstieg

einer Servolenkung mit einem Steuerventil nach Fig. 6 zeigt;

Fig. 8 ein Kurvenschaubild, in welchem das Verhältnis zwischen Ventilöffnung und Drehweg der relativ zueinander beweglichen Teile des Steuerventils nach Fig. 6 dargestellt ist;

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Fig. 9 ein Kurvenschaubild zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen Druckaufbau der Servosteuerung und Drehweg des Steuerventils nach Fig. 6.

Das in Fig. 1 gezeigte Zahnstangenlenkgetriebe mit Servounterstützung hat ein erstes Gehäuseteil 10, welches den hydraulischen Servomotor in Form eines Servozylinders enthält, und ein weiteres Gehäuseteil 12, welches die relativ zueinander drehbaren Ventilteile des Steuerventils aufnimmt. Die Gehäuseteile 10 und 12 werden vorzugsweise als ein einstückiges Gußteil gefertigt. Das Gehäuseteil 10 ist, wie in Fig. 1. gezeigt, konisch ausgebildet, um die Entfernung des inneren Kerns nach dem Gießen zu erleichtern. Das Gehäuseteil 10 hat eine Zwischenwand 14, die mit einer inneren Öffnung 16 ausgebildet ist, durch welche sich eine Kolbenstange 18 erstreckt. Zwischen dieser und der Wand der Öffnung 16 befindet sich ein freier Spalt. Die Öffnung ist durch eine Dichtung 20 abgedichtet, die in einer Ringnut in der Zwischenwand 14 sitzt und gleitend an der Kolbenstange 18 anliegt.

Das äußere Ende des Gehäuseteils 10 ist durch eine Abschlußscheibe 22, in welcher die Kolbenstange 18 gleitet, nach außen abgeschlossen. Auch hier ist eine Dichtung 26 vorgesehen, die in einer Ringnut der Scheibe 22 sitzt und die Kolbenstange 18 umgibt. Die Scheibe 22 wird durch eine Stützplatte 28 axial festgehalten, welche ihrerseits durch einen in eine passende Ringnut des Gehäuseteils 10 eingesetzten Sprengring 30 gehalten ist. Auf der anderen Seite wird die Scheibe 22 durch eine innere Schulter 32 im Gehäuseteil 10 axial gehalten. Eine Umfangsdichtung 34 verhindert den Austritt von Druckfluid an der äußeren Mantelfläche der Scheibe 22. Das Gehäuse besteht im Beispielsfall aus einer Aluminiumlegierung. In das daraus hergestellte Gußteil ist eine Zylinderbuchse 36 aus Stahl eingesetzt. Sie ist auf der mit Bezug auf Fig. 1 rechten Seite in einer zylindrischen Bohrung 38 neben.der Zwischenwand 14 zentriert und durch eine innere Schulter am Gehäuse axial

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gesichert. Das linke Ende der Zylinderbuchse 36 sitzt auf einem zylindrischen axialen Vorsprung 40 der Scheibe 22. Die Kolbenstange 18 trägt im mittleren Bereich einen Kolben 42, der durch einen in eine Nut 46 eingesetzten Haltering 44 axial festgehalten ist. Das mit Bezug auf Fig. 1 linke Ende der Kolbenstange 18 ist über ein Kugelgelenk 50 mit einem Lenkgestängeteil 48 verbunden. Das Kugelgelenk 50 ist durch einen flexiblen Gummibalg 52 geschützt, der, wie bei 54 gezeigt, auf das äußere Ende des Gehäuseteils 10 aufgezogen ist und am anderen Ende bei 56 am Lenkgestängeteil 48 befestigt ist.

An dem mit Bezug auf Fig. 1 rechten Ende ist die'Kolbenstange 18 als Zahnstange 58 ausgebildet und erstreckt sich durch eine Öffnung 60 am rechten Ende des Gehäuseteils 10 nach aussen. Dort ist die Zahnstange 58 über ein Kugelgelenk 64 mit einem zweiten Lenkgestängeteil 62 verbunden. Das Kugelgelenk 64 kann mit dem Kugelgelenk 50 übereinstimmen. Es ist durch einen flexiblen Balg 66 geschützt, welcher dem Balg 52 auf der linken Seite der Fig. 1 entspricht. Ein Druckausgleichsrohr 58 erstreckt sich im wesentlichen parallel zum Gehäuseteil 10 und stellt eine pneumatische Verbindung her zwischen dem Innenraum des Balgs 66 und dem Innenraum des Balgs 52, so daß bei Bewegung des Lenkgestängeteils 62 nach links Luft aus dem dabei zusammengedrückten Balg 66 nach links in den sich ausdehnenden Balg 52 strömen kann. Umgekehrt ist es bei Bewegung des Lenkgestängeteils 48 nach rechts.

Der Kolben 42 teilt den Zylinderraum, der durch die Zylinderbuchse 36 und die Kolbenstange 18 radial begrenzt ist, in zwei Druckkammern 70 und 72. Der Zwischenraum zwischen der Zylinderbuchse 36 und dem Gehäuseteil 10 bildet einen Druckfluidkanal 74, welcher die Zylinderbuchse 36 umgibt und durch eine Öffnung 74' mit der Druckkammer 70 in Verbindung steht. Eine Druckfluidleitung 76 für Lenkbewegungen nach links ist Über eine Öffnung 78 mit dem Druckfluidkanal 74 verbunden. Das Ende der Leitung 76 ist mittels eines Anschlußfittings 80 am Gehäuseteil 10 befestigt. Eine Leitung 82 für Lenkbewegungen nach rechts führt zu einer öffnung 84 im Gehäuseteil 10 und

steht darüber in Verbindung mit der Druckkammer 72. Die entgegengesetzten Enden der Leitungen 76 und 82 sind durch Leitungsanschlüsse 86 und 88 mit dem Gehäuseteil 12 verbunden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, enthält das Gehäuseteil 12 eine Ventilnabe 90, die nachstehend anhand von Fig. 3A und 3C näher erläutert wird. Die Leitung 76, die in Fig. 2 durch ihre Mittellinie 76' symbolisch angedeutet ist, hat Anschluß an eine Ventilöffnung 92 der Ventilnabe 90. In entsprechender Weise hat die in Fig. 2 durch ihre Mittellinie 82' angedeutete Leitung 82 Anschluß an eine Ventilöffnung 94 der Ventilnabe 90. Zu beiden Seiten der Ventilöffnungen 92 und 94 sind jeweils Ringdichtungen angeordnet. Von einer nicht gezeigten Pumpe wird über eine Druckleitung der Ventilnabe 90 Druckfluid durch eine Ventilöffnung 96 zugeleitet. Diese Druckleitung ist mittels eines in Fig. 1 mit 98 bezeichneten Fittings an das Gehäuseteil 12 angeschlossen. Ein weiteres Fitting 100 dient zum Anschluß einer Rücklaufleitung zu der genannten Pumpe an das Gehäuseteil 12. Die Rücklaufleitung hat Anschluß an Ventilöffnungen 102 und 104 des nach Art einer Hohlwelle ausgebildeten Ventilkörpers 106 gemäß Fig. 2, wodurch eine Leitungsverbindung zwischen der Rücklaufleitung und der zentralen Bohrung 108 im Ventilkörper 106 besteht.

Der Ventilkörper 106 ist aufSeiten des äußeren Endes mittels eines Lagers 110 im Gehäuseteil 12 gelagert. Am entgegengesetzten Ende ist er mit einem Kopfteil 112 in einer Lagerbohrung 114 in einer Ritzelwelle 116 aufgenommen. Letztere wiederum ist durch ein Rollenlager 118 und ein Kugellager in einer Bohrung 122 des Gehäuseteils 12 gelagert. Das Ende der Ritzelwelle 116 ist mit einem Gewinde versehen, um eine Mutter 194 aufzuschrauben, welche an der Ritzelwelle auftretende axiale Kräfte auf den inneren Laufring des Kugellagers 120 überträgt, von wo diese Kräfte über das Kugellager und eine Schulter 126 am Gehäuseteil 12 auf dieses übertragen werden. Das Kugellager 120 ist durch eine in die mit 130 bezeichnete Öffnung der Gehäusebohrung eingesetzte Verschlußkappe 128 abgedeckt. Zwischen dem Lager 118 und dem die Ventilnabe 90 aufnehmenden Raum ist eine Dichtung 130 angeordnet.

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In entsprechender Weise ist auf der gegenüberliegenden Seite der Ventilnabe 90 eine Dichtung 132 vorgesehen, um zu verhindern, daß Druckfluid aus dem Gehäuseteil 12 nach außen austritt.

Der Ventilkörper 106 erstreckt sich aus dem Gehäuseteil 12 heraus nach außen und kann bei 134 mit einer in die zentrale Bohrung 108 eingeführten, von Hand drehbaren Lenkspindel drehfest verkeilt oder verstiftet werden. Bei 138 ist das äußere Ende des Ventilkörpers mit einem sich durch seine zentrale Bohrung 108 erstreckenden Drehstab 136 verstiftet, der einstückig mit der Lenkspindel ausgebildet sein kann. Das innere Ende des Drehstabs 136 ist bei 140 mit der Ritzelwelle 116 verstiftet. Die Ventilnabe 90 ist durch Stifte 142 drehfest mit der Ritzelwelle 116 verbunden. Wenn somit ein Drehmoment auf die Lenkspindel ausgeübt und über den Drehstab 136 auf die Ritzelwelle 116 übertragen wird, kommt es infolge der Torsion des Drehstabs 136 zu einer relativen Verdrehung zwischen dem Ventilkörper 106 und der Ventilnabe 90. Der Winkel der Verdrehung des Ventilkörpers relativ zur Ventilnabe ist ein Maß für das Drehmoment an der Lenkspindel. Da zwischen dem Kopfstück 112 des Ventilkörpers 106 und der Ritzelwelle eine spielbehaftete Mitnahmeverbindung in Drehrichtung vorgesehen ist, wird das Drehmoment an der Lenkspindel auf diesem Wege direkt auf die Ritzelwelle 116 übertragen, wenn sich der Drehstab 136 um einen vorbestimmten maximalen Grenzwert durch Torsion verformt hat.

Bei Torsion des Drehstabs 136 kommt es, wie erwähnt, zu einer Winkelverschiebung zwischen dem Ventilkörper 106 und der Ventilnabe 90. Um das Zusammenwirken dieser beiden Ventilteile näher zu erläutern, ist in Fig. 4, 4A und 5 der Ventilkörper gesondert dargestellt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist er in dem eigentlichen Ventilbereich 144 mit eingefrästen Schlitzen oder Ausnehmungen 146 versehen, durch welche gleichzeitig die am besten aus Fig. 3B ersichtlichen Ventilstege gebildet sind. Bei der Ausführung nach Fig. 3B sind acht derartige Ventilstege am Umfang des Ventilkörpers angeordnet.

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Die Ventilnabe 90 hat vier Einlaßöffnungen 148, 150, 152 und 1^Γ>4, die im cjocjensr· i Ligen Winkolabstand von 90 Grad angeordnet sind (siehe Fig. 3 und 3A). Die Öffnung 148 befindet sich in einem inneren Ventilsteg, der auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung mit 156 bzw. 158 bezeichnet ist. In entsprechender Weise befindet sich die Öffnung 150 in einem Steg 160, 162 , die Öffnung 152 in einem Steg 164, 166 und die Öffnung 154 in einem Steg 168, 170. Die Ventilnabe 90 hat weiterhin vier im. Winkel versetzt angeordnete Auslaßöffnungen 172, 174, 176 und 178. Auch diese haben gegenseitig einen Winkelabstand von. 90 Grad und münden jeweils in einer Nut neben einer der radialen Einlaßöffnungen 148, 150, 152 und 154. Bei der Ausführung nach Fig. 3A ist der innere Ventilsteg 156, 158 der Ventilnabe 90, welcher sich zwischen Längsnuten 180 und 182 befindet, breiter als die beiden benachbarten Stege 184 und 186. In entsprechender Weise ist der Steg 168, 170 mit der Öffnung 154 breiter als die beiden benachbarten Stege 186 und 188. Schließlich ist auch der Steg 164, 166, in dem sich die Öffnung 152 befindet, breiter als die beiden benachbarten Stege 188 und 190 sowie der Steg 160, 162 mit der Öffnung breiter als die benachbarten Stege 190 und 184.

Wie in Fig. 3A bei 192 und 194 gezeigt, sind die Kanten des Stegs mit der Einlaßöffnung 148 angefast. Auf der anderen Seite der Nut'180 hat die Kante des Stegs jedoch keine Fase. Auch auf der anderen Seite der Nut 182 ist die Stegkante nicht angefast. In entsprechender Weise sind auch die Stege mit den Einlaßöffnungen 150, 152 und 154 an den Kanten angefast. Auf diese Weise hat jeweils einer der beiden Stege, die eine Nut begrenzen, eine angefaste Kante, während der andere Steg aufseiten dieser Nut scharfkantig ist.

Die Nuten in der Ventilnabe können ebenso wie die Fasen an den Kanten der Ventilstege durch Räumen hergestellt werden. Nach dem Räumen werden Endringe 196 und 198 mit Preßsitz in zylindrische Erweiterungen der Nabenbohrung zu beiden Seiten der geräumten Nuten eingesetzt.

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Der in der Ventilnabe 90 drehbare Ventilkörper 106 ist in den Figuren 4, 5 und 3B, 3C detailliert dargestellt. Die acht äußeren Stege sind am besten aus Fig. 3B ersichtlich. Die Stege werden durch spanende Formgebung mittels eines Fräsers erzeugt, der bogenförmige Ausnehmungen 146 mit bestimmter Verteilung um die Mittellängsachse aus dem Material herausarbeitet (siehe Fig. 4 und 5). Vier radiale Auslauföffnungen im gegenseitigen Winkelabstand von 90 Grad sind zwischen den gleichmäßig über den Umfang verteilten Ausnehmungen .146 vorgesehen und in Fig. 3B mit 200, 202, 204 und 206 bezeichnet. Die zentrische Lage des Ventilkörpers 106 in der Ventilnabe 90 ist in Fig. 3 gezeigt. Die radialen Öffnungen 200 bis 206 stehen in direkter Verbindung mit der an die Rücklaufleitung angeschlossenen zentralen Bohrung 108 (siehe Fig. 2). Die äußeren Ventilstege, die durch das Herausfräsen der Ausnehmungen 146 am Ventilkörper 106 gebildet sind, haben in Fig. 3B die Bezugszeichen 208 bis 222.

Das Arbeitsverfahren des Räumens zur spanenden Formgebung der inneren Stege der Ventilnabe 90 erzeugt Stege und dazwischen Längsnuten von über ihre gesamte Länge ganz gleichmäßigem Querschnitt, also auch gleichmäßiger Höhe bzw. Tiefe. Auch die Fasen an den Kanten der Stege haben über deren gesamte Länge eine gleichmäßige geometrische Form, wobei die Breite und der Winkel der Fasen infolge des Räum-Arbeitsverfahrens in sehr engen Toleranzgrenzen gehalten werden.

Wenn der Ventilkörper relativ zur Ventilnabe gedreht wird, kommt es zu einem Druckanstieg in einer der beiden Druckkammern 70 oder 72 und damit zu einer Unterstützung der Lenkbewegung nach rechts oder links je nach der Richtung des auf den Drehstab ausgeübten Drehmoments. Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des drehbaren Steuerventils sowie der Bedeutung der Fasen an den Stegen der Ventilnabe wird nachstehend auf die Figuren 6, 6A, 7, 8 und 9 Bezug genommen.

In Fig. 6 ist eine Abwicklung von drehbaren Ventilteilen mit zusammenwirkenden Stegen schematisch dargestellt. Gezeigt ist

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ein Ventilkörper 224 mit zwei äußeren Stegen 226 und 228. Diese Stege befinden sich zu beiden Seiten einer Nut 230, in die eine Einlaßöffnung 232 in der mit 234 bezeichneten Ventilnabe mündet. Eine Nut 236 in der Ventilnabe hat Anschluß an diejenige Druckkammer des Servozylinders, die beim Lenken in Linkskurven unterstützt. In entsprechender Weise hat eine andere Nut 238 ■ in der Ventilnabe Anschluß an diejenige Druckkammer des Servozylinders, die beim Lenken in Rechtskurven mit Druck beaufschlagt wird. Wenn der Ventilkörper 224 mit Bezug auf Fig. 6 nach links bewegt wird, wie dies bei einer Lenkbewegung nach links der Fall wäre, nähert sich die mit 240 bezeichnete scharfe Kante am Steg 226 der ebenfalls scharfen Kante 242 an dem die Nut 236 der Ventilnabe begrenzenden Steg. Gleichzeitig nähert sich die mit 244 bezeichnete angefaste Kante des Stegs 228 der mit 246 bezeichneten Kante des die Nut 238 begrenzenden Stegs.

Bei dem schematisch dargestellten Steuerventil gemäß Fig. 6 haben Auslaßöffnungen 248 und; 250 im Ventilkörper Anschluß an eine darin vorgesehene zentrale Bohrung 252, die Teil der Rücklaufleitung zur Pumpe ist.

Bei einer Servolenkung mit Verdrängerpumpe ist das pro Zeiteinheit geförderte Flüssigkeitsvolumen konstant. Somit hängt der Druckanstieg in der Lenkbewegungen nach links unterstützenden Druckkammer des Servozylinders bei Bewegung des Ventilkörpers 224 mit Bezug auf Fig. 6 nach links von den Querschnittsflächen der Spalte .ab, die in Fig. 6 mit 1'- und 2¹ bezeichnet sind.

Bei einer Bewegung des Ventilkörpers 224 relativ zur Ventil— nabe 234 ändern sich die Querschnitte der Spalte 1¹ und 2¹ entsprechend den Kennlinien gemäß Fig. 8. Dort ist eine besondere Kennlinie für die Summe der Querschnitte der Spalte 1' und 2' gezeigt, so daß die Veränderung der Summe dieser Flächen bei Relativbewegungen der Teile 224, 234 des Steuerventils ersichtlich ist. Daneben zeigt Fig. 8 die Veränderung der Querschnittsfläche des Spalts 2¹ bei relativer Bewegung der Ventilteile. An der Stelle, wo sich bei fortschrei-

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tender Relativbewegung des Ventilkörpers 224 mit Bezug auf die Ventilnabe 234 die beiden geraden Kennlinien kreuzen, bestimmt sich der Druckanstieg in der wirksamen Druckkammer des Servozylinders nach dem Änderungsverhältnis der Querschnittsfläche des Spalts 2¹. Der tatsächliche Druckanstieg, dargestellt als Δ P, kann wie folgt berechnet werden:

(1) Q = const. = K A \[~αΪ?

(SV

(2) AP = κ m² = κ« 12

Die Pumpe und das das Fördervolumen regelnde Ventil liefern eine konstante Flüssigkeitsmenge Q. Wenn die Gleichung (2) in einem Koordinatensystem aufgezeichnet wird, bei dem die Querschnittsfläche der Ventilspalte auf der Abszisse und der Druckanstieg Λ P auf der Ordinate abgetragen sind, ist die sich ergebende Kennlinie eine parabolische Kurve.

In Fig. 7 sind derartige parabolische Kurven gezeigt, die das Verhältnis zwischen Δ P und dem Verstellweg des Ventils zur Veränderung der Querschnittsflächen der Steuerspalte des Ventils kennzeichnen. Bei einem schweren Fahrzeug ist ein mit zunehmendem Verstellweg des Ventils verhältnismäßig schnell parabolisch stattfindender Druckanstieg Δ Ρ erwünscht, bei einem leichten Fahrzeug jedoch eine zunächst flachere Kurve, so daß der Fahrer bei Geradeausfahrt die Straße besser spürt. Der steile Anstieg der Kurve für das leichte Fahrzeug nach verhältnismäßig weiter Relativdrehung der Ventilteile zeigt an, daß die Servolenkung dann, wenn es erforderlich ist, z.B. beim Parken oder bei Wendemanövern mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten _t genügend Lenkunterstützung zur Verfügung stellt.

In Fig. 6A sind die geometrischen Verhältnisse des Ventilspalts zwischen zusammenwirkenden Stegen, von denen einer angefast ist, in größerem Maßstab dargestellt. Die Breite des mittels der Fase gebildeten Spalts 2" zwischen zusammenwirkenden Ventilstegen beträgt s-sinQ, wobei θ der Winkel der Fase und s der Abstand zwischen den Außenkanten der Stege ist. Die Quer-

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«I * β

schnittsfläche des Spalts 2¹ ergibt sich aus dem Produkt von s-iirtöund der axialen Länge des Steuerventils in dem Fall, wo erfindungsgemäß dio Fasen an den Kernten der inneren Stege der Ventilnabe angebracht sind. Dann ist nämlich jeder Steg auf seiner gesamten Länge voll wirksam, um den Druckmittelstrom über die gesamte Ventilbewegung zu steuern, so daß die Strömungsmenge pro Zentimeter Ventillänge verhältnismäßig niedrig ist im Vergleich zu solchen Steuerventilen, bei denen die äußeren Stege am Ventilkörper angefast sind. Wenn z.B. ein Versuch unternommen würde, die in Fig. 3B gezeigten äußeren Stege am Ventilkörper, die durch Fräsen erzeugt worden sind, anzufasen, ergäbe sich mit zunehmendem Verstellweg des Ventils eine Änderung der wirksamen Länge der Ventilstege. Bei verkürzter wirksamer Steglänge müßte ein großes Druckfluidvolumen darüber strömen, so daß sich große Strömungsgeschwindigkeiten, Turbulenz und· Ventilgeräusche ergäben. Außerdem entstünde ein starker Druckabfall mit der weiteren Folge eines schlechten Wirkungsgrads der Servolenkung, der wiederum Einfluß auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs hat,,da mehr Leistung für den Antrieb der Druckpumpe gebraucht wird.

Fig. 9 zeigt in einer weiteren Kurvendarstellung, daß die Geometrie der Ventilstege nach Wunsch gewählt werden kann, um unterschiedliche Kennlinien für das Verhältnis zwischen Druckanstieg und Verstellweg des Ventils zu erhalten. Die in Fig. 9 vergleichsweise gezeigte abgewinkelte Kurve resultiert aus einem früheren Schließen des Ventilspalts 1' im Vergleich zu den in Fig. 7 dargestellten Kurven.

Die Vorteile der Erfindung lassen sich ohne zusätzliche Komplizierung der Herstellung des Steuerventils erreichen. Die spanende Bearbeitung der Ventilnabe durch Räumen stellt vielmehr eine Vereinfachung dar im Verhältnis zur Bearbeitung der Ventilstege mit Fräsern bei den bekannten Steuerventilen. Außerdem läßt sich der vorbestimmte Winkel der an den Ventilstegen anzubringenden Fasen beim Räumen der Innenkontur der Ventilnabe mit größerer Genauigkeit einhalten.

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Claims

Patentansprüche

«Ί. Servolenkung mit einem über ein Steuerventil an eine ^—' Verdrängerpumpe angeschlossenen, mit einem Abtriebsteil verbundenen, hydraulischen, doppeltwirkenden Servo zylinder, wobei das Steuerventil aus einem drehfest mit einer Lenkspindel verbundenen Ventilkörper mit äußeren Stegen und einer den Ventilkörper aufnehmenden Ventilnabe mit inneren Stegen besteht, die mit dem Abtriebsteil in Eingriffsverbindung steht, welches seinerseits über eine unter Drehmomentbelastung elastisch nachgiebige mechanische Verbindung mit der Lenkspindel verbunden ist, und die Spalte zwischen den inneren und äußeren Stegen des Steuerventils Teil der Leitungsverbindungen zwischen der Verdrängerpumpe und dem Servozylinder sind, dadurch gekennzeich net, daß die Stege (156-170) der Ventilnabe (90) neben der Mündungsöffnung (148-154) der Druckleitung (96, 98) der Verdrängerpumpe über ihre gesamte Länge angefast sind.

2. Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Abtriebsteil (18,58) die Zahnstange einer Zahnstangenlenkung (58,116) ist, deren mit der Zahnstange (58) zusammenwirkendes Ritzel (1.16) drehfest mit der Ventilnabe (90) verbunden ist, und der Ventilkörper (106) mit einer zentralen axialen Bohrung (108) sowie mit radialen Bohrungen (200-206) versehen ist, mittels derer die Leitungsverbindungen (76, 82) zwischen dem Steuerventil (90, 106) und dem Servozylinder (70,72) steuerbar sind«

3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich bei Drehung des Ventilkörpers (106) relativ zur Ventilnabe (90) in einer Richtung sowohl die Verbindung zwischen der Druckleitung (96, 98) der Verdrängerpumpe und der Leitung (76 bzw. 82) vom Steuerventil (90,106) zu einer ersten Druckkammer (70 bzw. 72) des doppeltwirkenden Servozylinders (36,42),

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als auch die Verbindung zwischen einer Rücklaufleitung (100, 102, 104, 108) zur Verdrängerpumpe und der Leitung (82 bzw. 76) vom Steuerventil (90, 106) zu der zweiten Druckkammer (72 bzw. 70) des Servozylinders (36, 42) zunehmend verengen.

4. Servolenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei Drehung des Ventilkörpers (106) relativ zur Ventilnabe (90) in dieser Richtung die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung (100, 102, 104, 108) zur Verdrängerpumpe und der Leitung (76 bzw. 82) zur ersten Druckkammer (70 bzw. 72) des Serve Zylinders (36, 42) sowie die Verbindung zwischen der Druckleitung (96, 98) der Verdrängerpumpe und der Leitung (82 bzw. 76) zur zweiten Druckkammer (72 bzw. 70) des Servozylinders (36, 42) zunehmend erweitern.

5. Servolenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei zusammenwirkenden Stegen' an dem Ventilkörper (106) und der Ventilnabe (90), die zwischen sich die Leitungsverbindung zwischen der Rücklaufleitung (100, 102, 104, 108) und der Leitung (82 bzw. 76) zur zweiten Druckkammer (72 bzw. 70) des Servozylinders (36, 42) begrenzen, der Steg der Ventilnabe (90) scharfkantig ausgebildet ist, während von zwei, zusammenwirkenden Stegen an dem Ventilkörper (106) und der Ventilnabe (90), die zwischen sich die Leitungsverbindung zwischen der Druckleitung (96, 98) und der Leitung (76 bzw. 82) zur ersten Druckkammer (70 bzw. 72) des Servozylinders (36, 42) begrenzen, der Steg der Ventilnabe

(90) über seine gesamte Länge angefast ist.¹

23.12.1982

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