Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Federcharakteristik eines zwei Befestigungsendbereiche und wenigstens einen Torsionsbereich aufweisenden Torsionselementes eines Lenkventils für Kfz.-Servo- Lenksysteme sowie ein neuartiges Torsionselement.

Lenkventile der genannten Art werden insbesondere in Servolenk-Systemen eingesetzt. Eine mit einer Lenkstange verbundene Eingangswelle wirkt hydrau¬ lisch mit einer sie umgebenden Ventilhülse zusammen, die ihrerseits mit einer mit einem Ritzel versehenen Ausgangswelle verbunden ist. Das Ritzel wirkt auf die Zahnstange einer Lenkung. Von einer Pumpe wird Hydraulikflüssigkeit unter geringem Druck durch das System gepumpt. Bei einer relativen Verdre¬ hung der Eingangswelle zur Ventilhülse wird Hydraulikdruck einem Hydraulik¬ motor zugeführt, welcher die Zahnstangenbewegung in eine der beiden mögli¬ chen Richtungen unterstützt. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle sind zur Erzeugung einer Drehsteifigkeit mit einem elastischen Torsionselement, vorzugsweise einem Torsionsstab, miteinander verbunden. Eine durch Druck beaufschlagbare Reaktionsvorrichtung kann an dem System angeordnet sein, um ein zusätzliches Zentriermoment bzw. ein Schwellmoment zu erzeugen. Üblicherweise wird zu diesem Zweck ein mit einer Druckfeder beaufschlagter Reaktionskolben verwendet, der zusätzlich beispielsweise geschwindigkeitsab¬ hängig mit Hydraulikdruck beaufschlagbar sein kann, wodurch das zu über¬ windende Drehmoment zur Verdrehung der Eingangswelle relativ zur Ventil¬ hülse geschwindigkeitsabhängig variiert wird. Derartige vorbekannte Reak¬ tionskolben sind drehfest gegenüber der Eingangswelle mittels Kugeln fixiert, die in auf der Eingangswelle angeordneten Längsnuten geführt werden. Wei¬ terhin ist der Reaktionskolben durch eine Druckfeder in Richtung Ventilhülse vorgespannt. Wird auf die Eingangswelle ein Drehmoment aufgebracht, wird dieses über den Reaktionskolben und eine Kugelkupplung in eine axiale Kraft umgesetzt, welche gegen die Federkraft der den Reaktionskolben beaufschla¬ genden Feder wirkt. Sobald diese von der Kugelkupplung erzeugte Axialkraft

die gegenwirkende Federkraft übersteigt, wird der Reaktionskolben von der Ventilhülse axial wegbewegt und eine relative Verdrehung zwischen Ein¬ gangswelle und Ventilhülse ermöglicht. Eine Variation des Drehmomentes kann dadurch erzeugt werden, daß ein einstellbarer Hydraulikdruck auf die der Feder gegenüberliegende Seite des Reaktionskolbens gebracht wird.

Wird beispielsweise ein durch eine Spiralfeder druckbeaufschlagter Reaktions¬ kolben zur Zentrierung verwendet, hängt die sich ergebende Reaktionskolben¬ vorspannung von der Qualität der Ventilvormontage ab. Es entsteht eine un¬ erwünschte Streubreite der einzustellenden Federvorspannung. Wegen der Verwendung der Spiralfeder ist darüber hinaus die Federkraft gegen den Re¬ aktionskolben nicht konzentrisch. Es ergeben sich somit Verschränkungen des Ventils, die sich in Form von Reibung gegen die Eingangswelle bis hin zu Hy- steresisproblemen auswirken.

Neben den beschriebenen Nachteilen wie schwere mechanische Einstellbar¬ keit, einem großen Bauteileaufwand und im Falle einer Druckbeaufschlagung einer schwierigen hydraulischen Abdichtung besteht ein Nachteil vorbekannter Lenkventile der gattungsgemäßen Art darin, daß wegen der zusätzlichen, im wesentlichen axial wirkenden Reaktionselemente die Baugröße, insbesondere die Baulänge nicht reduziert werden kann.

Es ist auch bekannt, anstelle von Spiralfedern beispielsweise einen Metallfal¬ tenbalg einzusetzen, der torsionssteif ist, aber axialelastisch, so daß durch dessen Montage und Voreinstellung ein definiertes Moment erzeugbar ist.

Insgesamt weisen alle beschriebenen Systeme den Nachteil auf, daß an unter¬ schiedlichen Stellen unterschiedliche Elemente montiert und relativ zueinander zentriert bzw. hydraulisch balanciert werden müssen.

Eine Zentriereinrichtung der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise in der EP 0244449 B1 beschrieben. Um die Montage der einzelnen Bestandteile an un¬ terschiedlichen Stellen vermeiden zu können, und um insbesondere den Raumbedarf in axialer Richtung sowie eine exakte Mitteneinstellung gewähr¬ leisten zu können, wird mit dieser Druckschrift eine Zentriereinrichtung vorge¬ schlagen, die aus zwei Verbindungsteilen besteht, die im Inneren mit einem

Torsionsstab verbunden sind, und im äußeren Umfangsbereich eine mit einem Metallfaltenbalg zusammenwirkende Kugelkupplung aufweisen. Mit dieser Vorrichtung, die als Baueinheit in einem Servolenkventil einsetzbar ist, können einstellbare Zentriermomente erzeugt werden.

Ein Nachteil der vorbekannten Vorrichtung besteht in der Vielzahl der benötig¬ ten Bauteile, die nicht nur unabhängig voneinander montiert sondern auch re¬ lativ zueinander eingestellt werden müssen. Weitere Nachteile ergeben sich aus dem relativ großen Außendurchmesser des Metailfaltenbalgs sowie aus einem hohen Preisniveau. Die Wirkungsweise der vorbekannten Vorrichtung besteht darin, daß eine Rotationsbewegung in eine axiale Bewegung umgesetzt wird.

Aus der EP 0621 1 68 A 1 ist eine alternative Vorrichtung bekannt, bei welcher der Torsionsstab durch eine Röhre mit einer anderen Federcharakteristik umgeben wird. Mittels einem C-Federsystem werden die Rotationskräfte in Tangentialkräfte umgesetzt und somit bewirkt, daß die den Torsionsstab umgebende Hülse exzentrisch ausgelenkt wird. Dieses sich aus der Rückstellkraft ergebende zusätzliche Moment dient der Zentrierung und verbessert das Ansprechverhalten. Auch diese vorbekannte Vorrichtung ist wegen der Vielzahl der benötigten Bauteile aufwendig, da diese unabhängig voneinander montiert und auch relativ zueinander eingestellt werden müssen. Auch läßt die Bauform keine Miniaturisierung zu.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung der

Federcharakteristik eines gattungsgemäßen Torsionselementes anzugeben, welches mit geringem wirtschaftlichen Aufwand anwendbar und insbesondere hinsichtlich der Verbesserung der Zentrierkraft einfach und ohne großen Einstellaufwaπd realisierbar ist. Weiterhin soll mit der Erfindung ein neuartiges Torsionselement bereitgestellt werden.

Zur technischen L ö s u n g dieser Aufgabe wird vorgeschlagen ein

Verfahren zur Verbesserung der Federcharakteristik eines zwei Befestigungsendbereiche und wenigstens einen Torsionsbereich aufweisenden Torsionselementes eines Lenkventils, welches dadurch gekennzeichnet ist,

daß beide Befestigungsendbereiche durch ein im wesentlichen torsionssteifes, an wenigstens einem Befestigungsendbereich gegen das Torsionselement in Abhängigkeit von der im wesentlichen in radialer Richtung wirkenden Kraft eines elastischen Elementes verdrehbar gelagertes Ergänzungselement verbunden werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden ein Torsionselement, vorzugsweise ein Torsionsstab, und ein an sich torsionssteifes Ergänzungselement überlagert, wobei das im wesentlichen torsionssteife Ergänzungselement in radialer Richtung gegen das Torsionselement vorgespannt ist. Die Rotationsbewegung wird also in eine radiale Kraft umgesetzt, was gegenüber den vorbekannten Umsetzungen rotatorischer Kräfte in axialer Richtung oder in tangentialer Richtung extrem vereinfacht ist. Dadurch werden die Einstellbarkeit, die Bauteile und die Anwendung des Verfahrens erheblich vereinfacht. Es kann direkt und ohne große Umlenkungen oder Umwandlungen ein Zentriermoment ausgeübt werden, welches nur noch von der Federkonstanten des radialwirkenden elastischen Elements abhängig ist. Diese verfahrensgemäße Lösung läßt auch eine Miniaturisierung des Torsionselementes zu.

Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag werden die beiden Befestigungsendbereiche des Torsionselements durch ein Hülsenelement miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt in wenigstens einem der Befestigungsendbereiche vorzugsweise durch Aufpressen. Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß bei der Verbindung zwischen dem Ergänzungselement und dem Torsionselement Kugeln zwischengelagert werden. GEmäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag werden die Kugein in Nuten in wenigstens einem der beiden Elemente eingelegt.

Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, daß das elastische Element direkt im Ergänzungselement ausgebildet wird. Dies kann beispielsweise durch Schlitzen des Endbereiches des Ergänzungselementes erfolgen. Der Endbereich des Ergänzungselementes kann durch einfache Maßnahmen radial gegenüber dem Torsionselement vorgespannt und elastisch ausgestaltet werden.

Mit der Erfindung wird ein einfaches Verfahren vorgeschlagen, welches auf große Umlenkungen von Kräften verzichtet und einfache Umsetzungen der Drehkraft in radialer Richtung nutzt. Hierdurch kann auf umständliche Umsetzungsgetriebe verzichtet werden.

Mit besonderem Vorteil wird mit der Erfindung weiterhin ein Torsionselement für ein Lenkventil mit zwei Befestigungsendbereichen und wenigstens einem Torsionsbereich vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses ein beide Befestigungsendbereiche verbindendes, im wesentlichen torsionssteifes, an wenigstens einem Befestigungsendbereich gegen das Torsionselement in Abhängigkeit von der im wesentlichen in radialer Richtung wirkenden Kraft eines elastischen Elementes verdrehbar gelagertes Ergänzungselement aufweist.

Das vorgeschlagene Torsionselement ist miniaturisierbar und die Federcharakteristika des Torsionselementes werden hinsichtlich der Zentrierung durch das die Elastizität des Torsionselementes überlagernden Eigenschaften des elastischen Elementes verbessert.

Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, daß das Ergänzungselement eine rohrformige Hülse ist. Eine derartige Hülse kann gemäß einem Vorschlag der Erfindung an einem Befestigungsendbereich des Torsionsstabes aufgepreßt werden. Am anderen Ende kann die Hülse mit axialverlaufenden Schlitzen versehen sein, so daß sich federelastische Rohrflächen im Bereich der Endkante ergeben. Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag können zwischen dem Ergänzungselement und dem Torsionselement im verdrehbaren Endbereich Kugeln angeordnet sein, vorzugsweise in Nuten im Torsioπsstab und/oder in Nuten in der Hülse.

Das erfindungsgemäße Torsionselement bewirkt also, daß beim Einleiten einer Verdrehbewegung in den Torsionsstab, der in an sich bekannter Weise mit einer Eingangs- und einer Ausgangswelle verbunden ist, zunächst die im wesentlichen torsionssteife Hülse und damit das radiale federelastische Befestigungsende belastet werden. Durch die Torsionskraft wird eine Gegenkraft auf das in radialer Richtung wirkende elastische Element ausgeübt, bis diese Kraft überwunden wird und eine Verdrehung bzw. eine Torsion des

Torsionsstabes ermöglicht wird, die ausschließlich von seiner Federelastizität abhängt.

Mit der Erfindung wird eine wirtschaftlich günstig herstellbare, nachrüstbare, miniaturisierbare, einfach aufgebaute und äußerst wirksame Vorrichtung vorgestellt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Figur 2 eine Darstellung gemäß Figur 1 in teilgeschnittener Form;

Figur 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A gemäß Figur 2;

Figur 4 eine schematische Darstellung gemäß Figur 3 in einer ausgelenkten Position;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Figur 6 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Figur 5 und

Figur 7 eine schematische Darstellung gemäß Figur 6 in einer ausgelenkten Position.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform. Die Zentriereinrichtung in Form des Torsionselementes 1 besteht aus einem Torsionsstab 2, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel Befestigungsbereiche 3 und 4 hat. In üblicher Weise wird der Torsionsstab 2 mit einem Befestigungsbereich, beispielsweise Bereich 3, mit einer Ausgangswelle verbunden, und mit dem jeweils anderen Befestigungsbereich 4 mit einer Eingangswelle. Der Torsionsstab 2 hat zwischen den Befestigungsbereichen 3 und 4 einen Torsionsbereich 5. Eine von der Eingangswelle aufgebrachte Kraft führt zunächst über die

Torsionselastizität des Torsionsstabes 2 zu einer relativen Verdrehung der beiden Enden 3 und 4 zueinander.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Torsionsstab 2 von einer Hülse 6 umgeben, die jeweils am Befestigungsbereich 3 bzw. 4, also an den Endbereichen des Torsionsbereiches 5, mit dem Torsionsstab 2 verbunden ist. Auf der Seite des Befestigungsbereiches 4 ist die Hülse 6 unverdrehbar mit dem Torsionsstab 2 verbunden, beispielsweise durch Verpressen. Im Bereich des Befestigungsendes 3 ist die Hülse 6 relativ zum Torsionsstab 2 verdrehbar. Zu diesem Zwecke ist die Hülse 6 im Endbereich mit Schlitzen 7 versehen. Es ergeben sich somit federelastische Endstücke, die in Radialrichtung Federelastizität aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die federelastischen Endstücke Nuten 9 auf, die jeweils Nuten 1 0 gegenüberliegend angeordnet werden, welche im Torsionsstab 2 ausgebildet sind (Figur 3) . In die sich ergebenden Nutenpaare 9, 1 0 sind jeweils Kugeln 8 eingesetzt. Figur 4 zeigt deutlich die sich ergebende maximale Auslenkung. Bei einer relativen Verdrehung des Befestigungsbereiches 4 gegenüber dem Befestigungsbereich 3 wird die an sich nicht torsionselastische Hülse 6 mitverdreht und arbeitet gegen die radialwirkende Federelastizität der geschlitzten Endbereiche, da durch die Verdrehung die Kugeln 8 aus dem Nutenpaar 9, 1 0 herausgedreht werden. Somit überlagert die Federelastizität der Endstücke der Hülse 6 die Torsionselastizität des Torsionsstabes 2.

In den Figuren 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 4 bezeichnet. Das Torsionselement 1 umfaßt den Torsionsstab 2 mit den Befestigungsbereichen 3 und 4. Der Torsionsbereich 5 ist von der in den Befestigungsbereichen angeordneten Hülse 6 umgeben, welche auf der Seite des Befestigungsbereiches 4 unverdrehbar mit dem Torsionsstab 2 verbunden ist, beispielsweise durch Verpreßen. Im Bereich des Befestigungsendes 3 ist die Hülse 6 relativ zum Torsionsstab 2 verdrehbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hülse, die ebenfalls im Endbereich Schlitze 7 aufweist, so daß sich federelastische Endstücke ergeben, die in Radialrichtung Federelastizität aufweisen, mittels Einkerbungen 1 2 in Nuten 1 0 im Torsionsstab eingesetzt. Es müssen somit keine Elemente wie Kugeln oder dergleichen zwischengelagert werden. Insbesondere Figur 7 zeigt, wie bei

einer relativen Verdrehung aufgrund eines Drehmomentes, welches über die Eingangswelle auf den Torsionsstab aufgebracht wird, die Federelastizität des Endstücks der Hülse 6 durch ein Aufbiegen aufgrund der auf der Nut 1 0 ablaufenden Einkerbung 1 2 eine Zentrierkraft bewirkt.

Bezugszeichenliste:

1 Torsionselement

2 Torsionsstab

3 Befestigungsbereich

Befestigungsbereich

5 Torsionsbereich

Hülse

Schlitz

Kugel

Nuten

1 0 Nuten

1 1 maximale Auslenkung

2 Einkerbung