DE4036589A1

DE4036589A1 - CYLINDER PISTON UNIT

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

Abstract

In a cylinder-piston unit which is especially designed for assisted steering systems for motor vehicles, a piston (2) is arranged to move in a cylinder (1). At one end the piston (2) has a collar (3) guided to seal on an inner wall (4) of the cylinder (1). At its other end the piston (2) has a rack outline (7) engaging with a toothed segment (8) of a drive shaft (10). At the other end of the piston (2) there is a pressure component (12) on its side opposite the rack outline (7) which has a pressure piston (13). The pressure piston (13) is guided with a seal in a blind drilling (14) arranged radially in the piston (2) and is acted upon by a pressure spring (15) and/or pressurised oil which can be fed into the blind drilling (14) towards the inner wall of the cylinder (1). Thereby the piston (2) is pressed towards the toothing between the rack outline (7) and the toothed segment (8). This automatically and permanently prevents the formation of play between the teeth.

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.The invention relates to a cylinder-piston unit, especially for auxiliary steering of motor vehicles, with a piston that can be moved in a cylinder the preamble of claim 1. The piston at one end a piston collar on which the Cylinder is sealingly guided. The piston collar divided the cylinder in two pressurized oil Workspaces. The piston points at its other end Rack profile on that with a toothed segment one Output shaft is engaged.

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.Such a cylinder-piston unit takes place general application in power steering systems of motor vehicles testify, as for example from DE 28 05 800 A1 are known. Between the toothed segment of the output shaft and the rack profile of the piston can last for a long time Operation of the steering gear occur a backlash. A spring is used to switch off this backlash pressure element provided that in the central position of the Working piston exerts a torsional force on this piston. The spring pressure element consists of a variety of Components that require complex manufacture and assembly require. In addition, arise when the Piston in engagement of the rack profile with the Tooth segment inaccuracies.

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. The invention has for its object in a known cylinder-piston unit the device for automatic backlash compensation extremely space-saving, training easy to assemble and cost saving to accommodate.

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.This object is characterized by that in claim 1 Cylinder-piston unit released. Appropriate and advantageous embodiments are in the subclaims specified. However, the invention is not based on the Characteristic combinations of the claims limited. For the Specialists arise more sensible Possible combinations of claims and individual Claim characteristics from the task.

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.The main solution to the problem is that at the end of the Piston on the opposite of the rack profile A pressure element is arranged on the side Supports the cylinder wall and the rack profile is held on the toothed segment in a play-free system. With such a pressure element arranged, the game in the gearing with little technical effort, especially with a minimal number of components, canceled. An adjustment of the pressure element at the Initial assembly is not necessary. It also needs that Print element no additional space.

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. The pressure element expediently contains one Pressure piston, which is arranged in a piston radial blind bore is guided. The Pressure piston either through one of the blind holes supplyable oil pressure or by a pressure spring in the system held on the inside wall of the cylinder. The The pressure element is then supported on the one hand on the inner wall of the cylinder and on the other hand on the piston, so that this is pressed in the direction of the tooth segment. As a result, the gearing is automatic over the entire Lifetime of the cylinder-piston unit without play held.

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.If the pressure piston is also borne by a hole interspersed with a damping choke, so that can Place the pressure piston on the inner wall of the cylinder steam as desired.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention is based on one in the Drawing illustrated embodiment closer explained. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zylinder-Kolben-Einheit; Fig. 1 shows a longitudinal section through the cylinder-piston unit;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Zylinder- Kolben-Einheit nach der Linie II-II der Fig. 1. Fig. 2 shows a cross section through the cylinder-piston unit according to the line II-II in 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.A piston 2 is arranged displaceably in a cylinder 1 . The piston 2 has at one end a piston collar 3 which is sealingly guided on an inner wall 4 of the cylinder. The piston collar 3 divides the cylinder 1 into two working spaces 5 and 6 to which pressure oil can be applied. The pressure oil is controlled to the two cylinder spaces 5 and 6 via a control valve, not shown. At its other end, the piston 2 carries a rack profile 7 , which is in engagement with a toothed segment 8 of an output shaft 10 . At the free end of the output shaft 10 , for example, a steering column lever 11 is arranged, which is connected to a tie rod, not shown, of a steering linkage.

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.At the end of the piston 2 located away from the piston collar 3 , a pressure element 12 is arranged on the side of the piston 2 opposite the rack profile 7 . The pressure element 12 has a pressure piston 13 which is sealingly guided in a blind bore 14 arranged radially in the piston 2 .

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.The pressure piston 13 is pressed outwards by a compression spring 15 against the inner wall 4 of the cylinder 1 and held there in contact. Alternatively or in addition to the compression spring 15 , an oil pressure can be introduced into the blind bore 14, which also acts on the pressure piston 13 in the direction of the inner wall 4 of the cylinder 1 .

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.The oil pressure can be supplied to the blind bore 14 through a pressure channel 16 arranged in the piston 2 from one of the working spaces 5 or 6 . The pressure channel 16 contains a check valve 17 which can only flow through in the direction from the working space 5 or 6 to the blind bore 14 . In principle, it is sufficient to connect the blind bore 14 to one of the work spaces 5 or 6 . However, if the blind bore 14 is connected to the working spaces 5 and 6 by a pressure channel, as shown in FIG. 1, the higher of the pressures in the two working spaces 5 and 6 acts on the pressure piston 13 . Appropriate design of this system ensures that the pretensioning force acting in the direction of the toothing is proportional to the actuation pressure of the cylinder-piston unit, and is therefore always somewhat higher than the tooth separation force.

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. If the piston 2 is in equilibrium, ie there is the same pressure in the two working spaces 5 and 6 , the pressure element 12 presses the piston 2 in the direction of the tooth segment by the oil pressure prevailing in the blind bore 14 and / or by the force of the compression spring 15 8 of the output shaft 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.If the piston 2 is pressurized on one side, it shifts axially. The rack profile 7 rests on the toothed segment 8 , so that part of the axial force acts radially on the piston 2 via the flank angle of the toothing. The piston 2 thereby moves with its side opposite the rack profile 7 in the direction of the inner wall 4 of the cylinder 1 . Here, the pressure piston 13 is pressed into the interior of the blind bore 14 .

Bei allen Betriebszuständen wird dadurch der Eingriff zwischen dem Zahnstangenprofil 7 und dem Zahnsegment 8 spielfrei gehalten.In all operating states, the engagement between the rack profile 7 and the toothed segment 8 is thereby kept free of play.

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.Is a bore 18 additionally disposed in the pressure piston 13 which extends through the pressure piston 13 in its axial direction and is arranged in a damping throttle 20, then the application of the piston 2 can be arbitrarily attenuate to the inner wall 4 of the cylinder. 1

Die Ausführungsform mit Dämpfungsdrossel ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Ausführung ohne Dämpfungsdrossel ist leicht vorstellbar und deshalb nicht gesondert dargestellt.The embodiment with damping throttle is shown in FIGS. 1 and 2. The version without damping choke is easy to imagine and is therefore not shown separately.

BezugszeichenReference numerals

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 1 cylinder
2 pistons
3 piston collar
4 inner wall
5 work space
6 work space
7 rack profile
8 tooth segment
9 -
10 output shaft
11 pitman arm
12 pressure element
13 pressure pistons
14 blind hole
15 compression spring
16 pressure channel
17 check valve
18 hole
19 -
20 damping throttle

Claims

1. Cylinder-piston unit, in particular for power steering systems of motor vehicles, with a piston ( 2 ) displaceable in a cylinder ( 1 ), the piston ( 2 ) having at one end a piston collar ( 3 ) which is attached to an inner wall ( 4 ) of the cylinder ( 1 ) is sealingly guided, and which divides the cylinder ( 1 ) into two working spaces ( 5 , 6 ) which can be pressurized with oil, and wherein the piston ( 2 ) carries a rack profile ( 7 ) at its other end, which is in engagement with a toothed segment ( 8 ) of an output shaft ( 10 ), characterized in that at the end of the piston ( 2 ) remote from the piston collar ( 3 ) on the side of the piston ( 2 ) opposite the toothed rack profile ( 7 ) Pressure element ( 12 ) is arranged, which is supported on the inner wall ( 4 ) of the cylinder ( 1 ) and via which the rack profile ( 7 ) is held in play-free contact on the toothed segment ( 8 ).

2. Cylinder-piston unit according to claim 1, characterized in that the pressure element ( 12 ) has a pressure piston ( 13 ) which is guided in a radially arranged in the piston ( 2 ) blind bore ( 14 ).

3. Cylinder-piston unit according to claim 2, characterized in that the pressure piston ( 13 ) is held in contact with the cylinder wall ( 4 ) of the cylinder ( 1 ) by a compression spring ( 15 ) arranged in the blind bore ( 14 ).

4. Cylinder-piston unit according to claim 2, characterized in that the pressure piston ( 13 ) in the blind bore ( 14 ) is sealingly guided and by one of the blind bore ( 14 ) supplyable oil pressure in contact with the inner wall ( 4 ) of the cylinder ( 1 ) is held.

5. Cylinder-piston unit according to claim 4, characterized in that the supply of the oil pressure into the blind bore ( 14 ) from at least one of the working spaces ( 5 , 6 ) via at least one pressure channel ( 16 ).

6. Cylinder-piston unit according to claim 5, characterized in that the pressure channel ( 16 ) contains a check valve ( 17 ) which can be opened in the direction of the blind bore ( 14 ).

7. Cylinder-piston unit according to claim 4, characterized in that the pressure piston ( 13 ) is penetrated in its axial direction by a bore ( 18 ) in which a damping throttle ( 20 ) is arranged.