DE3628360A1 - Verbindungszapfen fuer ein servolenkgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungszapfen für ein Servorlenkgetriebe, das ein Hydraulikventil, eine Eingangs­ welle und einen sich koaxial in einer Bohrung der Eingangs­ welle erstreckenden Torsionsstab aufweist, die durch den Verbindungszapfen miteinander verbunden sind, indem sich der Verbindungszapfen durch miteinander fluchtende Radialbohrungen durch den Torsionsstab und die Eingangs­ welle erstreckt.

Die üblicherweise als Ventile verwendeten Drehschieber haben eine Eingangswelle mit einem Ventilelement, die sich von dem Lenkgetriebe nach oben erstreckt und über eine flexible Kupplung mit der Lenkachse verbindet. Aus diesem Grund ist das Ende der Eingangswelle üblicher­ weise mit einer Kerbverzahnung versehen.

Das Lenkgetriebe weist dabei ein Ventilgehäuse auf, das konzentrisch zur Eingangswelle ist und eine Buchse ent­ hält, die auf der Eingangswelle gelagert ist.

Die Eingangswelle erstreckt sich durch die Buchse und ist in einem drehbaren ersten Steuerzahnrad gelagert, welches bei einem Zahnstangengetriebe das Ritzel ist.

Die Schieberbuchse ist so angeordnet, daß sie von einem Zapfen spielfrei gedreht wird, der sich vom Ritzel radial erstreckt. Das nach unten gerichtete Ende der Eingangs­ welle ist kerbverzahnt, worauf das Ritzel im Schiebesitz steckt, damit nur eine begrenzte Relativdrehung zwischen Eingangswelle und Ritzel und damit auch zwischen Eingangs­ welle und Buchse möglich ist.

Sowohl die Eingangswelle, als auch die Buchse haben an ihren einander zugewandten Flächen nach innen und außen gerichtete Längskammern, die ein Vierwegeventil mit offe­ ner Mitte bilden, das durch eine Relativdrehung betätigt­ bar ist.

Die Buchse arbeitet in dem Gehäuse und ist mit verschie­ denen Umfangsnuten und Dichtungen versehen, welche es gestatten, das Drucköl in an sich bekannter Weise von und zu linken und rechten Hilfszylindern durch eine exter­ ne Hydraulikpumpe gefördert wird. Die Eingangswelle und die Buchse sind normalerweise in einer neutralen Mittel­ stellung durch einen Torsionsstab vorgespannt, der an seinem unteren Ende mit dem Ritzel und an seinem oberen Ende mit der Eingangswelle verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbindung zwischen Torsionswelle und Eingangswelle eines Servo-Lenkgetriebes zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Bei Lenkgetrieben ist es nämlich erforderlich, daß die hydraulische Unterstützung bei Links- bzw. Rechtsdrehung nahezu identisch ist, wobei ein derart symmetrischer Betrieb praktisch nur bei nahezu vollständig montiertem Lenkgetriebe eingestellt werden kann.

Eine hohe Genauigkeit ist erforderlich, um die exakte Position des Torsionsstabs gegenüber der Eingangswelle festzustellen, um diesen symmetrischen Betrieb zu gewähr­ leisten, und sobald diese Position festgestellt wurde, muß sie für das jeweilige Lenkgetriebe immer beibehalten werden.

Bislang hat man den Tosionsstab mit der Eingangswelle durch einen Zapfen verbunden, der durch eine durch beide Teile gebohrte und geräumte Bohrung gedrückt wurde, und zwar bei der Montage in einer sogenannten Abstimmaschine.

Bei dieser Maschine werden sowohl die Eingangswelle, als auch der Torsionsstab unabhängig an einen Antrieb angeklemmt, der Feineinstellungen in bezug aufeinander durch Winkeldrehung vornehmen kann. Dieser Antrieb muß jedoch drehbar sein und die aufgewendeten Drehmomente müssen sehr genau bestimmt werden können, während man den entstehenden Druck in dem linken und rechten Lenk­ zylinder aufzeichnet. Wenn ein exakter Ausgleich erreicht wird, dann beendet der Antrieb die Drehung und die gesamte Lenkgetriebeanordnung wird zusammen mit dem Antrieb in die Einstellmaschine verbracht, in der in aufeinander folgenden Stationen oder Positionen das Bohren, Räumen und Verstiften mit einem Zapfen erfolgt.

Es kommt jedoch häufig vor, daß während dieser verschiede­ nen Arbeitsschritte die sehr genaue Einstellung verändert wird und man hat bei der Nachkontrolle von fertigen Servo- Lenkgetrieben feststellen müssen, daß ihr Schieberbetrieb nicht mehr symmetrisch ist. In einem solchen Fall ist ein Nacharbeiten erforderlich, das hohe Kosten und Schwie­ rigkeiten mit sich bringt. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die erwähnte Abgleichmaschine, die Sensoren für Druck und Drehmoment aufweisen muß und der Öl bei sehr genau gesteuertem Druck und genau gesteuerter Strömung zuzuführen ist, ferner Bohr- und Räumvorgänge auszuführen hat, die die gesamte Maschine verunreinigen können.

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um diese Schwierigkeiten zu vermeiden und um Ausschuß zu verhin­ dern, der dann anfällt, wenn eine Asymmetrie entdeckt wird, damit der Montagevorgang ohne Verunreinigung des Maschinenbetriebs fortlaufen kann. Hierzu schlägt die US-PS 31 45 626 eine Zapfenverbindung zwischen Buchse und Eingangswelle vor, bei der der Verbindungszapfen exzentrisch ist und einen halbkugelförmigen Kopf hat. Der Verbindungszapfen wird durch ein Gewinde fest, jedoch drehbar in dem Eingangselement gehalten und die Verriege­ lung erfolgt durch einen Nyloneinsatz in dem Gewinde. Das sich radial nach außen erstreckende, kugelförmige Ende des Verbindungszapfens greift in einen sich verjün­ genden Schlitz in einem Fortsatz der Buchse ein. Bei der Montage besteht Zugang zu dem exzentrischen Zapfen durch einen im Ventilgehäuse vorgesehenen entfernbaren Stopfen, durch den ein Werkzeug zum Drehen des Zapfens eingesetzt werden kann.

Diese Anordnung hat sich jedoch als nachteilig für wieder­ holte Drehrichtungsumkehrung an der Eingangswelle herausge­ stellt, wie sie Lenkgetrieben vorkommen und die Nylonver­ riegelung war unzureichend, so daß die Einstellung verlo­ renging. Da ferner der Stopfen aus dem Gehäuse zu Einstell­ zwecken entfernt werden mußte, konnte der Abgleich bei durch das Ventilgehäuse strömendem Öl nicht erfolgen. Daher mußte der Stopfen immer wieder entfernt und einge­ setzt werden und die Eingangswelle konnte nur nachgestellt werden, wenn Zugriff zu dem Zapfen durch das Gehäuse erfolgte.

All diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden und die Kombination von Torsionsstab, Eingangswelle und Verbindungszapfen ist leicht und wirtschaftlich herstell­ bar. Außerdem kann durch einfache Verdrehung des Verbin­ dungszapfens eine sehr genaue Einstellung des Torsions­ stabs gegenüber der Eingangswelle erfolgen. Wenn die richtige Position gefunden ist, dann wird die Eingangs­ welle gegenüber dem Verbindungszapfen verstemmt und dieser behält für immer die Einstellposition bei, und zwar da­ durch, daß der Verbindungszapfen und die Bohrungen so geformt sind, daß eine Drehung des Verbindungszapfens um seine Zylinderachse eine begrenzte Drehung des Torsions­ stabs gegenüber der Eingangswelle bewirkt. Der Verbindungs­ zapfen besitzt Mittel, mit denen er um seine Zylinderachse gedreht werden kann. Ferner sind Mittel vorgesehen, mit denen der Verbindungszapfen in einer gewünschten Position gegenüber der Eingangswelle fixiert werden kann.

Der Kern der Erfindung liegt mithin in der Schaffung eines Verbindungszapfens von einzigartiger Form, der den Torsionsstab auf einfache Weise richtig gegenüber der Eingangswelle fixiert.

Diese Geometrie ist so, daß bei einer Drehung des Verbin­ dungszapfens um seine Zylinderachse der Torsionsstab gegenüber der Eingangswelle um eine Winkel gedreht wird, der typischerweise etwa +2° oder -2° beträgt. Dabei ist die entsprechende Drehung des Verbindungszapfens +20° oder -20°, so daß dieser sozusagen einen Feinein­ stellungseffekt besitzt.

Der Teil des Verbindungsstifts, der in den Torsionsstab eingreift, verjüngt sich und schafft eine spielfreie Verbindung. Der Verbindungsstift kann in seiner korrekten Position durch Verstemmen andauernd befestigt werden. Er besitzt zwei koaxiale Zylinderabschnitte mit unter­ schiedlichem Durchmesser, die durch den sich verjüngen­ den oder kegelstumpfförmigen Abschnitt verbunden werden. Die Kegelachse ist gegenüber der Zylinderachse geneigt und die beiden Achsen schneiden sich in einem Punkt, der nahe zur Mittellinie der Eingangswelle liegt. Der Verbindungsstift ragt beim ursprünglichen Einsetzen radial aus der Eingangswelle heraus, so daß er erfaßt und gedreht werden kann. Normalerweise wird diese Drehungseinstellung in einer Einstellmaschine vorgenommen, in der das montier­ te Ventil abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen gedreht wird, während man Öl durch die Anordnung leitet. Das Ritzel wird gegen Drehung festgehalten. Der Druck bei den Links- und Rechtsdrehungen der Eingangswelle wird beobachtet und der Verbindungszapfen wird so lange nachgestellt, bis eine Symmetrie erhalten wird. Anschlie­ ßend wird das vorstehende Ende des Zapfens abgebrochen oder abgeschnitten und der Rest verstemmt, um seine Posi­ tion beizubehalten.

Die Verwendung dieses Zapfens ermöglicht es, daß die Welle und der Torsionsstab vor der Endmontage fertig bearbeitet werden können und daß keine Nachbearbeitung bei der Montage zu erfolgen hat. In bezug auf den Torsions­ stab bedeutet dies als wesentlichen Vorteil, daß er aus jedem geeigneten Material hergestellt und vor der Montage warmbehandelt werden kann, ohne daß man ihn noch während der Montage bohren oder räumen können muß. Daher kann man einen qualitativ hochwertigen Federstahl verwenden, der auf etwa 50 Rockwell gehärtet und angelassen werden kann, während man beim Stand der Technik nur Stahllegierun­ gen verwenden durfte, die nach dem Härten eine Härte von etwa 35 Rockwell hatten. Dies bedeutet, daß eine wesentlich höhere Dauerfestigkeitsgrenze erhalten wird, so daß man einen steiferen Torsionsstab verwenden kann. Für bestimmte Lenkgetriebe ist dies ein wichtiger Faktor zur Erweichung optimaler Funktion.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein typisches Lenkgetriebe unter Verkörperung der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie C-C aus Fig.e 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 2;

Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie D-D aus Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Eingangswelle 1 in einem Gehäuse 2 eines Lenkgetriebes, die in einer Buchse 3 gelagert ist. Die Art und Weise, in der die Eingangswelle 1 und die Buchse 3 zusammenwirken, um Öl zu und von einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe zu und von den ebenfalls nicht dargestellten Hilfszylindern zu leiten, ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert. Das untere Ende der Eingangswelle 1 ist bei 6 in einem Ritzel 4 gelagert. Ein Buchsendrehstift 7 ragt von dem Ritzel 4 vor und greift in einen Schlitz der Buchse 3, um eine spielfreie Verbindung zwischen Buchse 3 und Ritzel 4 herzustellen. Ein Torsionsstab 8 ist mit dem Ritzel 4 in irgendeiner Weise fest verbunden, beispielsweise durch eine Kerbverzahnung 9, mit der der Torsionsstab 8 in das Ritzel 4 eingedrückt ist. Der Torsionsstab 8 und die Eingangswelle 1 sind durch einen Verbindungszapfen 5 miteinander verbunden, der zur Einstellung der relativen Winkellage dient.

Die genaue Geometrie des Verbindungszapfens 5 folgt aus den Fig. 2 bis 5. In Fig. 5 erkennt man, daß der Verbindungszapfen 5 einen oberen Zylinderabschnitt 10 und einen im Abstand dazu angeordneten unteren Zylinder­ abschnitt 12 aufweist, die zueinander koaxial sind und damit eine gemeinsame Zylinderachse 11 haben. Der Durchmes­ ser des oberen Zylinderabschnitts 10 ist größer als der Durchmesser des unteren Zylinderabschnitts 12. Zwischen den beiden Zylinderabschnitten 10 und 12 ist ein Kegelab­ schnitt 14 vorgesehen, der den oberen Zylinderabschnitt 10 mit dem unteren Zylinderabschnitt 12 verbindet. Die Kegelachse 13 des Kegelabschnitts 14 ist jedoch um 5° gegenüber der Zylinderachse 11 geneigt. Der Kegelwinkel des Kegelabschnitts 14 kann etwa 6° betragen. In der in Fig. 5 gezeigten Position ist der Verbindungszapfen 5 etwas im Uhrzeigersinn um die Zylinderachse 11 um einen kleinen Winkel 16 gedreht, wie dies die Fig. 3 und 4 zeigen. Dies führt zu einer Verlagerung der Kegelachse 13 gemäß den Schnitten A-A und B-B in den Fig. 4 und 3, und zwar um die Beträge 17 und 18 nach links und nach rechts.

Wie bereits erwähnt, schneiden sich die Zylinderachse 11 und die Kegelachse 13 in der Nähe der Mittellinie 25 des Ventils und es folgt, daß dann, wenn die Schnitte A-A und B-B gleich weit von 18 entfernt sind, die Beträge 17 und 18 gleich sind.

Somit ist der Torsionsstab 8 um einen kleinen Winkel 19 gedreht, der typischerweise etwa 1,5° beträgt.

Natürlich hätte eine Drehung des Verbindungszapfens 5 gegen den Uhrzeigersinn eine entgegengesetzte Drehung des Torsionsstabs 8 bewirkt.

Es wird darauf hingewiesen, daß gemäß vergrößerter Darstel­ lung von Fig. 4a dann, wenn die Kegelachse 13 um den Betrag 17 nach links verschoben ist, sie einen sehr klei­ nen Betrag 20 nach oben verlagert wird. Für die oben angegebenen Werte beträgt die resultierende Drehung des Torsionsstabs 8 in Fig. 5 bei einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn um den Schnittpunkt der Achsen 11 und 13 etwa 10 Bogen-Minuten. Eine derart kleine Verlagerung wird jedoch leicht durch den Spalt zwischen Eingangswelle 1 und Torsionsstab 8 aufgenommen. Um sicherzustellen, daß kein Festsetzen auftritt, sind die Zylinderabschnitte des Verbindungszapfens 5 gemäß der Linie 21 ausgenommen, was die Steifigkeit der Verbindung zwischen Torsionsstab 8 und Eingangswelle 1 gemäß Fig. 5 verringert, ohne daß die Torsionssteifheit der Verbindung gemäß Fig. 2 herabgesetzt wird.

Wenn die richtige Position des Verbindungsstifts 5 er­ reicht ist, dann wird dieser durch Verstemmen festgesetzt, wie dies mit dem Bezugszeichen 23 angedeutet ist. Zu diesem Zweck ist am Verbindungszapfen 5 eine Nut 24 vorge­ sehen, die mit Kerben 22 versehen ist. Auf diese Weise wird der Verbindungszapfen 5 gegen Axialverlagerung oder Drehung gesichert.

Der Verbindungszapfen 5 ist im Bereich der gekerbten Nut 24 eingeschnürt und kann an dieser Stelle abgetrennt werden, beispielsweise abgebrochen oder abgeschnitten werden.

Claims (6)

1. Verbindungszapfen für ein Servolenkgetriebe, das ein Hydraulikventil, eine Eingangswelle (1) und einen sich koaxial in einer Bohrung der Eingangswelle (1) erstreckenden Torsionsstab (8) aufweist, die durch den Verbindungszapfen (5) miteinander verbunden sind, indem sich der Verbindungszapfen (5) durch miteinander fluchtende Radialbohrungen durch den Torsionsstab (8) und durch die Eingangswelle (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbin­ dungszapfen (5) und die Bohrungen derart geformt sind, daß eine Drehung des Verbindungszapfens (5) um seine Achse (11) eine begrenzte Drehung des Tor­ sionsstabs (8) gegenüber der Eingangswelle (1) bedeu­ tet, und daß der Verbindungszapfen (5) Mittel zum Drehen um seine Achse (11) und Mittel zur Befestigung in einer gewünschten Stellung in bezug auf die Ein­ gangswelle (1) aufweist.

2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehung des Verbindungszapfens (5) um 20° in jeder Richtung eine Drehung des Torsionsstabs (8) in der Größenordnung von 2° bewirkt.

3. Kombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbindungszapfen (5) zwei koaxiale Zylinderabschnitte (10; 12) aufweist, die durch einen Kegelabschnitt (14) verbunden sind, wobei die Kegelachse (13) gegenüber der Zylinderachse (11) geneigt ist und diese auf oder in der Nähe der Mittellinie (25) der Eingangswelle (1) schneidet, und daß die Zylinderabschnitte (10 und 12) eng in die Bohrungen der Eingangswelle (1) passen und der Kegelabschnitt (14) eng in eine Kegelbohrung des Torsionsstabs (8) paßt.

4. Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Zylinderabschnitt (10), der an den größeren Durchmesser des Kegelabschnitts (14) an­ schließt, einen größeren Durchmesser als der an das untere Ende des Kegelabschnitts (14) anschließen­ de untere Zylinderabschnitt (12) hat, und daß die zugehörigen Bohrungen in der Eingangswelle (1) ent­ sprechend dimensioniert sind.

5. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstift (5) an einem Ende einen axialen Fortsatz (15) aufweist, der als Mittel zum Drehen des Verbindungsstifts (5) um die Zylinderachse (11) dient und der nach der Befestigung abgebrochen oder abgeschnitten werden kann.

6. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstift (5) mit einer gezahnten Nut (24) versehen ist, die als Mittel zum Festsetzen des Verbindungsstifts (5) in der gewünschten Position durch Verstemmen der Eingangswelle (1) dient.