DE4036589A1

DE4036589A1 - Zylinder-kolben-einheit

Info

Publication number: DE4036589A1
Application number: DE19904036589
Authority: DE
Inventors: Dieter Maurer; Eberhard Wilks; Peter Berghoff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1991-05-23
Also published as: WO1991007304A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Einheit, insbesondere für Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei weist der Kolben an seinem einen Ende einen Kolbenbund auf, der in dem Zylinder dichtend geführt ist. Der Kolbenbund unterteilt den Zylinder in zwei mit Drucköl beaufschlagbare Arbeitsräume. Der Kolben weist an seinem anderen Ende ein Zahnstangenprofil auf, das mit einem Zahnsegment einer Abtriebswelle in Eingriff steht.

Eine derartige Zylinder-Kolben-Einheit findet allgemein Anwendung in Hilfskraftlenkungen von Kraftfahr zeugen, wie sie beispielsweise aus der DE 28 05 800 A1 bekannt sind. Zwischen dem Zahnsegment der Abtriebswelle und dem Zahnstangenprofil des Kolbens kann nach längerem Betrieb des Lenkgetriebes ein Verzahnungsspiel auftreten. Um dieses Verzahnungsspiel auszuschalten, ist ein Feder druckelement vorgesehen, das in der Mittelstellung des Arbeitskolbens eine Verdrehkraft auf diesen Kolben ausübt. Das Federdruckelement besteht aus einer Vielzahl von Bauelementen, die eine aufwendige Herstellung und Montage erfordern. Außerdem entstehen bei der Verdrehung des Kolbens im Eingriff des Zahnstangenprofiles mit dem Zahnsegment Ungenauigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer bekannten Zylinder-Kolben-Einheit die Einrichtung zum selbsttätigen Zahnspielausgleich äußerst raumsparend, montagefreundlich und kostensparend auszubilden und unterzubringen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Zylinder-Kolben-Einheit gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Die Lösung der Aufgabe besteht vor allem darin, daß an dem von dem Kolbenbund entfernt gelegenen Ende des Kolbens auf der dem Zahnstangenprofil gegenüberliegenden Seite ein Druckelement angeordnet ist, das sich an der Zylinderwand abstützt und über das das Zahnstangenprofil in spielfreier Anlage an dem Zahnsegment gehalten wird. Mit einem derart angeordneten Druckelement wird das Spiel in der Verzahnung mit geringem technischen Aufwand, insbesondere mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen, aufgehoben. Eine Einstellung des Druckelementes bei der Erstmontage ist nicht erforderlich. Außerdem benötigt das Druckelement keinen zusätzlichen Bauraum.

Zweckmäßigerweise enthält das Druckelement einen Druckkolben, der in einer in dem Kolben angeordneten radialen Sackbohrung geführt ist. Dabei kann der Druckkolben entweder durch einen der Sackbohrung zuführbaren Öldruck oder durch eine Druckfeder in Anlage an der Innenwand des Zylinders gehalten werden. Das Druckelement stützt sich dann einerseits an der Innenwand des Zylinders und andererseits an dem Kolben ab, so daß dieser in Richtung auf das Zahnsegment gedrückt wird. Dadurch wird die Verzahnung selbsttätig über die gesamte Lebensdauer der Zylinder-Kolben-Einheit spielfrei gehalten.

Wird der Druckkolben zusätzlich von einer Bohrung mit einer Dämpfungsdrossel durchsetzt, so läßt sich das Anlegen des Druckkolbens an die Innenwand des Zylinders beliebig dämpfen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zylinder-Kolben-Einheit;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Zylinder- Kolben-Einheit nach der Linie II-II der Fig. 1.

In einem Zylinder 1 ist ein Kolben 2 verschiebbar angeordnet. Der Kolben 2 weist an seinem einen Ende einen Kolbenbund 3 auf, der an einer Innenwand 4 des Zylinders dichtend geführt ist. Der Kolbenbund 3 unterteilt den Zylinder 1 in zwei mit Drucköl beaufschlagbare Arbeitsräume 5 und 6. Das Drucköl wird den beiden Zylinderräumen 5 und 6 über ein nicht dargestelltes Steuerventil zugesteuert. An seinem anderen Ende trägt der Kolben 2 ein Zahnstangenprofil 7, das mit einem Zahnsegment 8 einer Abtriebswelle 10 in Eingriff steht. Am freien Ende der Abtriebswelle 10 ist beispielsweise ein Lenkstockhebel 11 angeordnet, der mit einer nicht dargestellten Spurstange eines Lenkgestänges verbunden ist.

An dem von dem Kolbenbund 3 entfernt gelegenen Ende des Kolbens 2 ist ein Druckelement 12 auf der dem Zahnstangenprofil 7 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 2 angeordnet. Das Druckelement 12 weist einen Druckkolben 13 auf, der in einer in dem Kolben 2 radial angeordneten Sackbohrung 14 dichtend geführt ist.

Der Druckkolben 13 wird durch eine Druckfeder 15 nach außen gegen die Innenwand 4 des Zylinders 1 gedrückt und dort in Anlage gehalten. Alternativ oder zusätzlich zu der Druckfeder 15 kann in die Sackbohrung 14 ein Öldruck eingeleitet werden, der den Druckkolben 13 ebenfalls in Richtung auf die Innenwand 4 des Zylinders 1 beaufschlagt.

Der Öldruck kann der Sackbohrung 14 durch einen in dem Kolben 2 angeordneten Druckkanal 16 aus einem der Arbeitsräume 5 oder 6 zugeführt werden. Der Druckkanal 16 enthält ein Rückschlagventil 17, das nur in der Richtung von dem Arbeitsraum 5 bzw. 6 zu der Sackbohrung 14 durchströmt werden kann. Prinzipiell genügt eine Verbindung der Sackbohrung 14 mit einem der Arbeitsräume 5 oder 6. Wird die Sackbohrung 14 jedoch durch je einen Druckkanal mit den Arbeitsräumen 5 und 6 verbunden - wie in Fig. 1 dargestellt -, so wirkt in ihr jeweils der höhere der Drücke in den beiden Arbeitsräumen 5 und 6 auf den Druckkolben 13. Durch entsprechende Auslegung dieses Systems wird sichergestellt, daß die in Richtung auf die Verzahnung wirkende Vorspannkraft proportional zu dem Betätigungsdruck der Zylinder-Kolben- Einheit, und damit immer etwas höher als die Zahntrennkraft ist.

Befindet sich der Kolben 2 im Gleichgewicht, d. h. herrscht gleicher Druck in den beiden Arbeitsräumen 5 und 6, so drückt das Druckelement 12 durch den in der Sackbohrung 14 herrschenden Öldruck und/oder durch die Kraft der Druckfeder 15 den Kolben 2 in Richtung auf das Zahnsegment 8 der Abtriebswelle 10.

Wird der Kolben 2 einseitig mit Druck beaufschlagt, so verschiebt er sich axial. Das Zahnstangenprofil 7 legt sich an dem Zahnsegment 8 an, so daß über den Flankenwinkel der Verzahnung ein Teil der Axialkraft radial auf den Kolben 2 wirkt. Der Kolben 2 bewegt sich dadurch mit seiner dem Zahnstangenprofil 7 gegenüberliegenden Seite in Richtung auf die Innenwand 4 des Zylinders 1. Hierbei wird der Druckkolben 13 in das Innere der Sackbohrung 14 gedrückt.

Bei allen Betriebszuständen wird dadurch der Eingriff zwischen dem Zahnstangenprofil 7 und dem Zahnsegment 8 spielfrei gehalten.

Wird in dem Druckkolben 13 zusätzlich eine Bohrung 18 angeordnet, die den Druckkolben 13 in dessen Axialrichtung durchsetzt und in der eine Dämpfungsdrossel 20 angeordnet ist, so läßt sich das Anlegen des Kolbens 2 an die Innenwand 4 des Zylinders 1 beliebig dämpfen.

Die Ausführungsform mit Dämpfungsdrossel ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Ausführung ohne Dämpfungsdrossel ist leicht vorstellbar und deshalb nicht gesondert dargestellt.

Bezugszeichen

1 Zylinder
2 Kolben
3 Kolbenbund
4 Innenwand
5 Arbeitsraum
6 Arbeitsraum
7 Zahnstangenprofil
8 Zahnsegment
9 -
10 Abtriebswelle
11 Lenkstockhebel
12 Druckelement
13 Druckkolben
14 Sackbohrung
15 Druckfeder
16 Druckkanal
17 Rückschlagventil
18 Bohrung
19 -
20 Dämpfungsdrossel

Claims

1. Zylinder-Kolben-Einheit, insbesondere für Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Zylinder (1) verschiebbaren Kolben (2), wobei der Kolben (2) an seinem einen Ende einen Kolbenbund (3) aufweist, der an einer Innenwand (4) des Zylinders (1) dichtend geführt ist, und der den Zylinder (1) in zwei mit Drucköl beaufschlagbare Arbeitsräume (5, 6) unterteilt, und wobei der Kolben (2) an seinem anderen Ende ein Zahnstangenprofil (7) trägt, das mit einem Zahnsegment (8) einer Abtriebswelle (10) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von dem Kolbenbund (3) entfernt gelegenen Ende des Kolbens (2) auf der dem Zahnstangenprofil (7) gegenüberliegenden Seite des Kolbens (2) ein Druckelement (12) angeordnet ist, das sich an der Innenwand (4) des Zylinders (1) abstützt und über das das Zahnstangenprofil (7) in spielfreier Anlage an dem Zahnsegment (8) gehalten wird.

2. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement (12) einen Druckkolben (13) aufweist, der in einer in dem Kolben (2) radial angeordneten Sackbohrung (14) geführt ist.

3. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (13) durch eine in der Sackbohrung (14) angeordnete Druckfeder (15) in Anlage an der Zylinderwand (4) des Zylinders (1) gehalten wird.

4. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (13) in der Sackbohrung (14) dichtend geführt ist und durch einen der Sackbohrung (14) zuführbaren Öldruck in Anlage an der Innenwand (4) des Zylinders (1) gehalten wird.

5. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung des Öldruckes in die Sackbohrung (14) aus wenigstens einem der Arbeitsräume (5, 6) über wenigstens einen Druckkanal (16) erfolgt.

6. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (16) ein in Richtung auf die Sackbohrung (14) aufsteuerbares Rückschlagventil (17) enthält.

7. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (13) in seiner axialen Richtung von einer Bohrung (18) durchsetzt ist, in der eine Dämpfungsdrossel (20) angeordnet ist.