CN113374755A - 尤其作为液压转向单元的一部分的流体控制器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种流体控制器(1)，尤其作为液压转向单元的一部分的流体控制器。该控制器(1)包括具有供应端口装置的壳体(2)、可旋转地布置在壳体(2)的孔中的套筒(4)、可旋转地布置在套筒(4)中的阀芯(3)以及测量马达，其中，测量马达包括多个工作腔，每个工作腔连接到孔，其中，套筒(4)包括换向几何结构(7)，换向几何结构具有多对换向槽(12、13)的并且与壳体(2)的壳体几何结构(5)一起控制液压流体流流入和流出工作腔，并且阀芯(3)包括与套筒(4)的阀几何结构一起控制供应端口装置和换向几何结构之间的液压流体流的阀芯几何结构。这种流体控制器可以具有稳定的控制性能。为此，至少一个换向槽(12、13)包括封闭的底部，并且至少一个换向槽(12、13)包括形成阀几何结构的一部分的贯穿开口(10、11)。

Description

尤其作为液压转向单元的一部分的流体控制器
技术领域
本发明涉及一种流体控制器，尤其作为液压转向单元的一部分的流体控制器，所述控制器包括具有供应端口装置的壳体、可旋转地布置在壳体的孔中的套筒、可旋转地布置在套筒中的阀芯，以及测量马达，其中，测量马达包括多个工作腔，每个工作腔连接到孔，其中，套筒包括换向几何结构，该换向几何结构具有多对换向槽并且与壳体的壳体几何结构一起控制液压流体流流入和流出工作腔，并且阀芯包括阀芯几何结构，该阀芯几何结构与套筒的阀几何结构一起控制供应端口装置与换向几何结构之间的液压流体流。
背景技术
例如，从US7610935B2中已知这种流体控制器。
下面，转向单元被用作这种流体控制器的示例。然而，本发明不限于转向单元。
转向单元用于将一定量的液压流体供应到连接至转向单元的转向马达或转向致动器。转向单元又连接到方向盘或另一转向命令装置。当方向盘旋转时，阀芯相对于套筒旋转。这种旋转打开了由阀芯几何结构和阀几何结构形成的孔口。通过这些孔口的流体被供应给换向几何结构，换向几何结构又经由壳体几何结构将流体供应给测量马达的工作腔。测量马达可以例如是摆线马达或具有多个工作腔的齿轮组。每个工作腔连接到壳体几何结构的截面上。
到达测量马达的流体驱动测量马达。测量马达连接到套筒并且一旦已经将必要量的流体供应到转向马达，就将套筒恢复到初始位置。驱动测量马达的流体被供应到转向马达。
发明内容
本发明的目的是实现稳定的控制性能。
该目的通过如开头所述的流体控制器来实现，在流体控制器中，至少一个换向槽包括封闭的底部，并且至少一个换向槽包括形成阀几何结构的一部分的贯穿开口。
为了便于解释本发明，使用了示例，在该示例中测量马达是摆线马达，该摆线马达包括具有六个外齿的星形轮和具有七个内齿的星形环。因此，测量马达包括七个工作腔。每个工作腔通过通道连接到壳体的孔，终止于孔中的开口的该通道与开口一起形成壳体几何结构。
在现有技术中，套筒包括六对换向槽。因此，换向几何结构具有六个分隔部。阀芯同样包括六对孔，这些孔同样具有六个分隔部。在一个轴向半部中向阀芯供应加压的液压流体，并且在阀芯的另一个轴向半部中使液压流体返回到容器或另一低压区。
当阀芯相对于套筒旋转时，例如当方向盘旋转时，孔口打开以允许流体从阀芯流到套筒并且从套筒流到壳体，并且反过来从壳体通过套筒流到阀芯。
由于套筒中有六对孔，并且阀芯中有相同数目的孔，并且阀芯可以相对于套筒沿两个方向旋转，所以存在30°的最大旋转角度，即在每个旋转方向上15°。
阀芯和套筒之间的较小的角度或相对旋转承担了不稳定的控制性能的风险。
根据本发明，这种风险可以显著地降低。套筒和阀芯之间的可能旋转不再存在或被换向几何结构的限制到很小的程度。
在本发明的实施例中，阀芯几何结构包括连接到供应端口装置的供应端口的一组供应区域和连接到壳体的缸体端口的一组缸体区域，其中，供应区域的数量等于缸体区域的数量并且小于换向槽的对的数量。根据本发明，一方面对于换向几何结构和另一方面对于阀几何结构可以使用不同的分隔部或分隔角。分隔角是每个分隔部在周向方向上的宽度。因此，阀芯可以独立于换向几何结构的分隔角而相对于套筒旋转，使得旋转角度的限制不再是用于流体控制器的控制性能的稳定性的障碍。
在本发明的实施例中，在周向方向上供应区域和缸体区域由密封区域分开，其中，每个密封区域的宽度大于贯穿开口的宽度。这样，密封区域可以用于封闭贯穿开口。当贯穿开口关闭时，没有液压流体流到测量马达。
在本发明的实施例中，密封区域的宽度在周向方向上小于或等于换向槽的宽度。贯穿开口通常略小于换向槽。密封区域仅稍大于贯穿开口在周向方向上的宽度。因此，仅需要阀芯相对于套筒的较小的旋转就能启动转向操作。死区很小。
在本发明的实施例中，供应区域包括连接到供应端口的供应槽，其中，从供应区域的边界到供应槽流动阻力减小，并且/或者缸体区域包括连接到缸体端口的缸体槽，其中，从缸体槽到供应区域的边界流动阻力增加。当阀芯相对于套筒旋转时，供应区域的边界和缸体区域的边界分别开始通过贯穿开口。在这个阶段，流动阻力很高。阀芯相对于套筒旋转得越多，流动阻力就减小得越多。这具有转向操作平稳的优点。不会有驾驶员在方向盘上可以感觉到的突然的压力增加。
在本发明的实施例中，供应区域和/或缸体区域包括在周向方向上变化的截面。有多种可能性来实现这种变化的截面。一种可能性是分别具有供应区域和缸体区域的倾斜底部。另一种可能性是分别增加供应区域或缸体区域从供应区域或缸体区域的边界到相应的供应槽或缸体槽的轴向长度。也可以在套筒的径向内侧中形成供应区域和/或缸体区域的至少一部分。
在本发明的实施例中，套筒的内部不形成阀几何结构和换向几何结构之间的连接的一部分。套筒可以在换向几何结构的区域中靠近径向内侧。
在本发明的实施例中，换向几何结构的分隔角为45°或更小。因此，可以使用换向几何结构来控制具有五个或更多工作腔的测量马达。换向几何结构可以是现有技术中已知的分隔角，例如上述的30°。然而，可以使用用于阀几何结构的更大的分隔角。
在本发明的实施例中，阀几何结构的分隔角为60°或更大。因此，可以实现稳定的控制性能。
在本发明的实施例中，阀几何结构的分隔角为90°。这具有两个优点。一方面，在阀芯和套筒之间允许相当大的旋转。另一方面，可以平衡阀芯和套筒上的压力分布，使得阀芯和套筒的变形的风险非常小。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据现有技术的流体控制器的示意图；
图2示出了根据本发明的流体控制器的示意图；以及
图3以剖视图示意性地示出流体控制器。
具体实施方式
图3示出了控制装置101，控制装置包括壳体102、流量计103和端板104。入口P与泵连接，并且出口T与系统贮存期连接，泵从该贮存期接收流体。控制端口在所示的横截面中不可见，但是字母L和R指向与控制端口连通的环形腔。流量计103包括具有内齿的静止齿圈105(或星形环)和具有外齿的旋转行星齿轮106(或星形轮)。齿轮形成容积腔107，该容积腔在外齿在内齿之间移动期间膨胀和收缩。
阀构件108可旋转地设置在壳体中，在壳体中环形腔109与出口T连通。L与转向缸的一端连接，并且R与在转向缸的另一端经由如前所述在图L和图R中未示出的控制端口来连接。L和R形成工作端口或方向端口。在阀部件108上设置的多个仪表端口10通过设置在壳体上的轴向通路111在容积腔107之间连通。环形腔112与入口P连通，并且由此与由泵输送的加压流体连通。
阀构件108包括套筒113和阀芯114。阀芯包括由车辆的操作者经由驱动轮驱动的联接端115。阀芯和套筒可以克服径向板簧116的力而沿两个方向相对于彼此旋转预定角度、离开空档位置。行星齿轮106经由销和连接在套筒与行星齿轮之间的万向轴117由套筒驱动以及由此流体从流量计的腔室的排出经由销和连接在套筒与行星齿轮之间的万向轴117由套筒驱动。当抵抗流体移动的阻力超过弹簧116的刚度时，套筒开始滑动并相对于阀芯旋转，由此阀芯从空档配置移动到操作配置，由此阀构件分别在入口P与控制端口(L、R)中的一个控制端口之间以及在另一控制端口与出口T之间建立通道。
图1示意性地示出了根据现有技术的流体控制器1的一些部件。流动控制器1以已知的方式包括外壳2、阀芯3和套筒4。套筒4可旋转地布置在外壳2中，并且阀芯3可旋转地布置在套筒4中。
壳体2包括壳体几何结构5，壳体几何结构具有多个孔6，这些孔设置在壳体2的容纳套筒4的孔的内部周向壁中。
为了显示和区分不同的压力，使用字母C和P。P表示供应压力，即压力端口处的压力。C表示“缸体压力”，即工作端口或方向端口处的压力，该端口连接到转向马达或转向致动器。
字母A、B表示在测量马达(未示出)的工作腔中的压力。在本实施例中，流体控制器1包括具有七个工作腔的测量马达，该七个工作腔形成在具有六个外齿的星形轮和具有七个内齿的星形环之间。每个工作腔与孔6中的一个孔连接，因此，可以向工作腔供应加压(例如压力A)的液压流体，并使液压流体从工作腔返回到壳体几何结构5(例如压力B)。
套筒4包括换向几何结构7。换向几何结构7以在套筒4的径向外表面上的表面结构的形式。已知换向几何结构7连接到在周向方向上延伸的第一凹槽8和在周向方向上延伸的第二凹槽9。第一凹槽8与贯穿开口10’连接，并且第二凹槽9与贯穿开口11’连接，其中，通孔10’设置在与第一凹槽8连接的六个换向槽12中，并且第二贯穿开口11’布置在与第二凹槽9连接的六个换向槽13中。第一换向槽12和第二换向槽13从周向槽8、9至少垂直地延伸到一个轴向位置，在该轴向位置中布置有壳体几何结构5的孔6，然而，换向槽12、13沿相反的轴向方向延伸。
图1b是图1a的截面A-A，图1c是图1a的截面B-B，并且图1d是图1a的截面C-C。图1b至1d示出了处于空档位置的一组阀芯3和套筒4。开口10’、11’由阀芯3封闭。
如上所述，第一换向槽12和第二换向槽13形成换向几何结构7。根据第一换向槽12和第二换向槽13相对于开口6的位置，测量马达的一些工作腔被供应加压的液压流体，而其它腔返回液压流体。开口10’、11’形成阀几何结构。第一开口10’的长度等于第二开口11’在周向方向上的长度。
阀芯3包括阀芯几何结构，该阀芯几何结构具有连接到壳体2的压力端口的供应区域P和连接到壳体2的工作端口的缸体区域C，使得其能够将流体供应到缸体或从缸体接收流体。
分别在供应区域P和缸体区域C之间与压力源或工作端口的连接可以以不同的方式来实现。一种可能性是将阀芯3的内部在轴向方向上分成高压腔和缸体压力腔，并且将供应区域P连接到高压腔以及将缸体区域C连接到缸体压力腔。也可以是其它的供应解决方案和返回解决方案。
通常，压力区域P和缸体区域C由凹槽形成。
当阀芯3相对于套筒4移动到右手侧时(相对于图1b至图1d所示的视图的方向)，然后开口11’与阀芯3中的凹槽P形成重叠关系，而其它开口10’与凹槽C形成重叠关系。因此，换向槽12、13具有不同的压力，这些压力经由换向几何结构7传递到测量马达的工作腔。
在图2所示的实施例中，已经进行了一些修改。
另外，图2b示出了图2a的剖面图A-A，图2c示出了图2a的剖面图B-B，图2d示出了图2a的剖面图C-C。图2b至图2d示出了处于空档位置的一组阀芯3和套筒4。
与图1中相同的元件通过相同的附图标记来表示。
换向几何结构7基本上不变。换向槽12、13与壳体2的孔6部分地重叠，当套筒4在壳体2中旋转时，该重叠关系改变。然而，该换向几何结构用于向测量马达供应液压流体和使液压流体返回到测量马达，更准确地用于向具有增加容积的工作腔供应流体和使液压流体从具有减小容积的工作腔返回。换向几何结构具有与现有技术类似的六个分隔部。
然而，阀芯几何结构的贯穿开口10、11的数量已经改变。
如图2a和图2c所示，不是所有的换向槽12、13都具有开口10、11。至少一个换向槽13具有开口10，并且至少一个换向槽12具有开口11，基本上，所有其它的换向槽12、13都可以具有封闭的底部。这是可以的，因为换向槽12由周向槽8连接，并且换向槽13由周向槽9连接。
然而，为了在该组阀芯3和套筒4周围具有平衡的压力分布，有利的是具有沿周向方向分布的两个或三个开口10以及两个或三个开口11。
此外，压力区域P和缸体区域C在周向方向上扩大。相邻的供应区域P和缸体区域C由密封区域14隔开。密封区域14的宽度大于贯穿开口10、11的宽度。然而，密封区域14在周向方向上的宽度小于或等于换向槽12、13的宽度。
此外，每个供应区域P包括供应槽15，并且每个缸体区域C包括缸体槽16。以未示出的方式，供应槽15可以由在阀芯3的一个轴向半部上的周向槽连接，该周向槽连接到上述供应端口。缸体槽16可以通过另一个周向槽连接在阀芯3的另一个轴向半部上，该另一个轴向半部连接到上述缸体端口。
如图2c所示，从供应槽15到供应区域P沿周向方向的边界17、18压力区域P中的流动阻力增大。对于缸体区域C也是如此。从缸体槽16到缸体区域16的边界19、20沿周向方向流动阻力增加。
在当前示例中，流动阻力的这种增加(或者，沿另一方向从边界17、18到供应槽15或从边界19、20到缸体槽16的减小)通过减小压力区域和缸体区域的流动截面来实现，例如通过使压力区域P和缸体区域C分别具有从压力槽15和缸体槽16到边界17、18，19、20的倾斜底部来实现。
然而，改变流动阻力的其它方式也是可以的。供应槽15和边界17、18之间的区域可以是三角形的形式(当沿径向方向观察时)。对于缸体区域C也是如此。也可以使用套筒4的径向内侧来形成几何结构，该几何结构可以改变从边界17、18，19、20到凹槽15、16的流动阻力。
这种变化的流动阻力的效果是：当压力区域P与开口10或开口11成重叠关系时，压力区域P中的压力没有突然增加。阀芯3相对于套筒4旋转得越多，压力增加得越慢。
以所述方式，可以避免在套筒4内的阀几何结构和换向几何结构之间的任何连接。所有连接可以在阀芯3的内部的径向外部进行。
当使用三个贯穿开口10和三个贯穿开口11时，阀几何结构的分隔角为60°。当仅使用两个贯穿开口10和两个贯穿开口11时，阀几何结构的分隔角为90°。

Claims (10)

1.一种流体控制器(1)，尤其作为液压转向单元的一部分的流体控制器，所述控制器(1)包括具有供应端口装置的壳体(2)、可旋转地布置在所述壳体(2)的孔中的套筒(4)、可旋转地布置在所述套筒(4)中的阀芯(3)以及测量马达，其中，所述测量马达包括多个工作腔，每个工作腔连接到所述孔，其中，所述套筒(4)包括换向几何结构(7)，所述换向几何结构具有多对换向槽(12、13)并且与所述壳体(2)的壳体几何结构(5)一起控制液压流体流流入和流出所述工作腔，并且所述阀芯(3)包括阀芯几何结构，所述阀芯几何结构与所述套筒(4)的阀几何结构一起控制所述供应端口装置与所述换向几何结构之间的液压流体流，其特征在于，所述换向槽(12、13)中的至少一个换向槽包括封闭的底部，并且所述换向槽(12、13)中的至少一个换向槽包括形成所述阀几何结构的一部分的贯穿开口(10、11)。
2.根据权利要求1所述的流体控制器，其特征在于，所述阀芯几何结构包括连接到所述供应端口装置的供应端口的一组供应区域(P)和连接到所述壳体的缸体端口的一组缸体区域(C)，其中，所述供应区域(P)的数量等于所述缸体区域(C)的数量并且小于所述换向槽(12、13)的对的数量。
3.根据权利要求2所述的流体控制器，其特征在于，在周向方向上，所述供应区域(P)和所述缸体区域(C)由密封区域(14)分开，其中，每个密封区域(14)的宽度大于所述贯穿开口(10、11)的宽度。
4.根据权利要求3所述的流体控制器，其特征在于，在周向方向上，所述密封区域(14)的宽度小于或等于所述换向槽(12、13)的宽度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体控制器，其特征在于，所述供应区域(P)包括连接至所述供应端口的供应槽(15)，其中，从所述供应区域(P)的边界(17、18)至所述供应槽(15)流动阻力减小，并且/或者所述缸体区域(C)包括缸体槽(16)，其中，从所述缸体槽(16)至所述供应区域(C)的边界(19、20)流动阻力增大。
6.根据权利要求5所述的流体控制器，其特征在于，所述供应区域(P)和/或所述缸体区域(C)包括在周向方向上变化的截面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体控制器，其特征在于，所述套筒(4)的内部不形成所述阀几何结构与所述换向几何结构之间的连接的一部分。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的流体控制器，其特征在于，所述换向几何结构的分隔角为45°或更小。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体控制器，其特征在于，所述阀几何结构的分隔角为60°或更大。
10.根据权利要求9所述的流体控制器，其特征在于，所述阀几何结构的分隔角为90°。
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