DD242785C4 - Steuergeraet fuer hydrostatische hilfskraftlenkeinrichtungen - Google Patents

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein Steuergerät für hydrostatische Hilfskraftlenkeinrichtungen

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für hydrostatische Hilfskraftlenkeinrichtungen, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem einen Meßmotor bildenden Zahnradsatz, der einen feststehenden, innerverzahnten Zahnring und ein drehendes und kreisendes außenverzahntes Zahnrad umfaßt, und mit einer ein Verteilerventil für den Meßmotor und ein Richtungsventil bildenden Ventilanordnung, die eine Gehäusebohrung mit Verteileröfffnungen, einen darin angeordneten äußeren Drehschieber mit Steueröffnungen und einen inneren Drehschieber mit Steuernuten aufweist, wobei der innere Drehschieber eine Kupplung zur Verbindung mit einem Lenkorgan aufweist und der äußere Drehschieber über eine erste Kupplung mit einem ersten Kopf einer Gelenkwelle drehfest verbunden ist, deren am anderen Ende angeordneter zweiter Kopf in das Zahnrad eingreift und mit diesem über eine zweite Kupplung drehfest verbunden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Steuergeräte dieser Art (DE-PS 2702692) arbeiten in der Weise, daß durch ein Verdrehen des inneren Drehschiebers das zwischen den beiden Drehschiebern gebildete Richtungsventil geöffnet wird, die zum Lenkmotor strömende Flüssigkeit zunächst über den Meßmotor geleitet wird und dieser den äußeren Drehschieber nach Maßgabe der Durchflußmenge dem inneren Drehschieber nachführt. Hierbei wird zwischen dem äußeren Drehschieber und der Gehäusebohrung ein Verteilerventil gebildet, das die Verdrängerkammern des Zahnradsatzes sinnrichtig mit der Druckseite des Steuergeräts und der Zuflußseite des Lenkmotors verbindet.

Der Zahnradsatz ist nahe der Stirnseite der Ventilanordnung vorgesehen. Die Gelenkwelle erstreckt sich durch eine Bohrung des inneren Drehschiebers und ist an dem dem Zahnradsatz abgewandten Ende über die erste Kupplung mit dem äußeren Drehschieber verbunden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Nachteile bekannter Einrichtungen zu verhindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das ohne wesentliche Vergrößerung der Querschnittsabmessungen für größere Hilfskraftlenkeinrichtungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die axiale Länge des Zahnradsatzes mindestens annähernd gleich der Länge der Gelenkwelle ist, daß die erste Kupplung den ersten Kopf mit einem dem Zahnradsatz benachbarten Teil des äußeren Drehschiebers verbindet, und daß zum Zweck der Vergrößerung der Tiefe wenigstens eines Teiles der Steuernuten die Querschnittsprojektion des inneren Drehschiebers den Querschnitt des ersten Kopfes im Bereich seines größten Durchmessers überlappt.

Durch die axiale Verlängerung des Zahnradsatzes wird erreicht, daß dem Lenkmotor bei der Vollaussteuerung eine größere Druckmittelmenge zugeführt werden kann, weil die Verdrängung des Meßmotors pro Umdrehung mit der axialen Länge proportional ist. Da aber eine größere Durchflußmenge auch zu größeren Druckabfällen und daher Verlusten führt, sind auch die Drosselwiderstände in der Ventilanordnung herabgesetzt worden. Zu diesem Zweck erstreckt sich der innere Drehschieber so weit nach innen, daß die Steuernuten eine größere Tiefe erhalten können, also der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt der größeren Durchflußmenge angepaßt ist, Dies ist möglich, weil die Gelenkwelle nicht mehr den gesamten inneren Drehschieber durchsetzen muß, da für die ausreichend Platz im Innern des Zahnrades ist. Insgesamt kann daher der Druckabfall trotz der höheren Durchflußmenge auf zulässigen Werten gehalten werden.

Im Extremfall kann der innere Drehschieber aus vollem Material bestehen. Im allgemeinen empfiehlt es sich jedoch, daß der innere Drehschieber an seinem dem Zahnradsatz zugewandten Ende eine zentrische Aussparung zur Aufnahme zumindest eines Teils des ersten Kopfes und im Anschluß daran eine Bohrung mit kleinerem Durchmesser als dem größten Durchmesser des ersten Kopfes aufweist. Die axiale Länge der Aussparung braucht nur so groß zu sein, daß der erste Kopf der Gelenkwelle mit dem äußeren Drehschieber gekuppelt werden kann. Die Bohrung kann dann, wie üblich, zur Ableitung von Niederdruck-Flüssigkeit dienen.

Vorzugsweise ist der Durchmesser der Bohrung des inneren Drehschiebers um mindestens 20% kleiner als der größte Durchmesser des ersten Kopfes.

Günstige Ergebnisse erzielt man, wenn der Grund der Steuernuten auf einem Durchmesser liegt, der höchstens etwa gleich dem größten Durchmesser des ersten Kopfes ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß zumindest bei einem Teil der mit axialen Steuernuten des inneren Drehschiebers zusammenwirkenden Steueröffnungen des äußeren Drehschiebers die axiale Länge größer ist als die in Umfangsrichtung gemessene Breite. Auf diese Weise werden nicht nur die Querschnitte der Axial nuten, sondern auch diejenigen der Steueröffnungen vergrößert, so daß auch an dieser Stelle die Drosselwiederstände klein gehalten werden können. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt es sich, daß die Breite der die Verteileröffnungen versorgenden Steueröffnungen und der Aussteuerwinkel zwischen innerem und äußerem Drehschieber so groß sind, daß diese Steueröffnungen in den der vollen Ventilöffnung entsprechenden Endlagen über mindestens ²/з ihrer Breite mit den Steuernuten in Verbindung stehen. Auf diese Weise erhält man einen ausreichend großen freien Querschnitt zumindest bei denjenigen Teilen des Richtungsventils, zwischen die der Meßmotor und das Verteilerventil geschaltet sind. Auch wenn hierbei in der Neutralstellung die Steueröffnungen jeweils benachbarte Steuernuten miteinander verbinden, ist dies für die Betriebsweise ohne Bedeutung , weil die übrigen Teile des Richtungsventils sperren.

Insbesondere soll der Aussteuerwinkel größer als ±12° sein. Dieser Wert liegt über den üblichen Aussteuerwinkeln und ist vor allen Dingen bei Steueröffnungen, deren axiale Länge größer als ihre Breite ist, empfehlenswert, weil jeder Winkelzuwachs im Vergleich zu einer kreisrunden Steueröffnung einen ausgeprägten Flächenzuwachs mit sich bringt.

Bei einer anderen Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß der äußere Drehschieber am äußeren Umfang zu beiden Seiten der die Verteileröffnungen versorgenden Steueröffnungen je eine Ringnut und abwechselnd zu der einen und der anderen Ringnut gehende Axialnuten aufweist, die zusammen mit den Verteileröffnungen das Verteilerventil bilden. Die Ringnuten verbinden daher jeweils gleichartig betriebene Steueröffnungen. Dies hat zur Folge, daß zur Speisung des Meßmotors alle Steueröffnungen wirksam sind und nicht nur diejenigen, die gerade mit einer Verteileröffnung in Wirkverbindung stehen. Auch hierdurch können die Drosselwiderstände reduziert werden.

Dies gilt insbesondere, wenn die Gehäusebohrung zu beiden Seiten der Verteileröffnungen ebenfalls je eine Ringnut aufweist, die je einer Ringnut des äußeren Drehschiebers gegenüberliegt. Hierdurch wird der Ringquerschnitt nochmals vergrößert, was die Drosselwiderstände weiter herabsetzt.

Wenn die zweite Kupplung eine Vielnutkupplung mit einer zentrischen Verzahnung in einem Durchbruch des Zahnrades ist, empfiehlt es sich, daß sich die zentrische Verzahnung nur über einen Teil der Länge des Zahnrades erstreckt und der Durchbruch im übrigen einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Nutgrundes der Verzahnung hat. Auf diese Weise braucht die Verzahnung nicht über die gesamte Länge des Zahnrades hergestellt zu werden, was bei der Herstellung durch Räumen einen konischen Verlauf ergibt. Durch die Beschränkung der Verzahnung auf eine Teillänge und durch die Durchmesserbemessung des Durchbruchs erreicht man, daß die Verzahnung nur über eine kurze Strecke geräumt werden muß. Die Nuten werden daher genauer und besser ausgerichtet, was eine größere Verschleißbeständigkeit mit sich führt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuergerät,

Fig. 2: die Abwicklung der inneren Umfangsfläche des äußeren Drehschiebers mit seinen Steueröffnungen,

Fig.3: die Abwicklung der äußeren Umfangsfläche des inneren Drehschiebers mit seinen Steuernuten,

Rg.4: eine Draufsicht auf einen gegenüber Fig. 1 abgewandelten äußeren Drehschieber,

Fig. 5: einen Teillängsschnitt durch die Ventilanordnung mit der Ausführungsform der Fig. 4,

Fig. 6: in starker Vergrößerung eine Steueröffnung in der Endlage und

Fig. 7: einen Querschnitt durch eine Steuernut.

Das Steuergerät der Fig. 1 weist ein Ventilgehäuse 1 mit einem Anschluß P für eine Pumpe I, einem Anschluß Tfür einen Tank und zwei Arbeitsanschlüssen R und L für einen Lenkmotor 8 auf. Die Anschlüsse R und L sind nur schematisch angedeutet. Über Schrauben 9 ist mit dem Ventilgehäuse 1 ein Meßmotor 10 verbunden, dereinen Zahnradsatz, bestehend aus einem stationären innenverzahnten Zahnring 11 und einem drehenden und kreisenden, außenverzahnten Zahnrad 12, aufweist. Das Zahnrad 12 hat einen Zahn weniger als der Zahnring 11, so daß sich zwischen den Zähnen Verdrängerkammern 13 bilden. Im Ventilgehäuse 1 befindet sich eine Ventilanordnung 14, die durch eine Gehäusebohrung 15, einen äußeren Drehschieber 16 und einen inneren Drehschieber 17 gebildet wird. Inder Bohrung gibt es vier Ringnuten 18,19,20 und 21, die mit dem Pumpenanschluß P, dem Arbeitsanschluß R, dem Arbeitsanschluß L bzw. dem Tankanschluß T verbunden sind. In der Zuleitung zwischen Pumpenanschluß 2 und Ringnut 18 ist noch ein Rückschlagventil 22 vorgesehen. Zwischen den Ringnuten 18 und 19 gibt es Verteileröffnungen 23, die je mit einer Verdrängerkammer 13 verbunden sind, in der Zahl der Zähne des Zahnringes 11. Der äußere Drehschieber 16 besitzt Steueröffnungen, der innere Drehschieber 17 Steuernuten, die am besten aus den Fig. 2 und 3zu ersehen sind. Öffnungen 24 sind außen durch eine Ringnut 25 miteinander verbunden, die mit einer nicht veranschaulichten Steuerleitung für den belastungsabhängigen oder „load-sensing"-Betrieb in Verbindung steht. Sie führt im Betrieb einen belastungsabhängigen Druck zur Steuerung des Pumpendrucks und wird in der Neutralstellung zum Tank hin entlastet. Pumpenseitige Steueröffnungen 26 wirken mit axialen Steuernuten 27 zusammen, um einer ringförmigen Steuernut 28 bei der Betätigung des Steuergeräts Druckflüssigkeit zuzuführen. Es folgt eine Reihe von den Verteileröffnungen 23 zugeordneten Steueröffnungen 29 und 30, die je in der Zahl der Zähne des Zahnrades vorgesehen sind. Je nach Drehrichtung des an der Kupplung 31 des inneren Drehschiebers 17 angreifenden Lenkorgans kommt die eine oder die andere Gruppe der Steueröffnungen 29 und 30 mit den Pumpendruck führenden Axialnuten 32 in Verbindung. Die jeweils andere Gruppe steht dann mit weiteren axialen Steuernuten 33 in Verbindung, die ihrerseits durch eine zweite Ring-Steuernut 34 miteinander verbunden sind. Demzufolge wird der Meßmotor 10 je nach Drehrichtung in der einen oder anderen Richtung durchströmt. Die von der Ring-Steuernut 34 ausgehenden axialen Steuernuten 35 kommen je nach Drehrichtung mit den Arbeitssteueröffnungen 36 oder 37 in Verbindung. Die jeweils anderen Arbeits-Steueröffnungen stehen dabei in Verbindung mit weiteren axialen Steueröff nungen 38. Diese führen bis zu einer Ringnut 39 im äußeren Drehschieber, welche über Bohrungen 40 und Ausschnitte 41 mit derTankdruck führenden Ringnut 21 verbunden sind. In Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung bewegt sich daher der Lenkmotor 8 in der einen oder anderen Richtung.

Eine Gelenkwelle 42 ist mit ihrem ersten Kopf 43 über eine durch einen Stift gebildete Kupplung 44 auf der dem Zahnradsatz zugewandten Seite mit dem äußeren Drehschieber 16 verbunden. Der Stift greift hierbei in Aussparungen 45 des äußeren Drehschiebers 16 und durchsetzt gleichzeitig im inneren Drehschieber 17 Aussparungen 46 von solcher Umfangserstreckung, daß eine begrenzte Relativbewegung zwischen den beiden Drehschiebern möglich ist. Der zweite Kopf 47 der Gelenkwelle 42 ist über eine zweite Kupplung 48, nämlich eine Vielnutkupplung, mit dem Zahnrad 12 drehfest verbunden. Zu diesem Zweck weist das Zahnrad über einen begrenzten Teil seiner Länge eine Verzahnung 49 auf, während der Rest des Durchbruches 50 im Zahnrad einen größeren Durchmesser als der Nutengrund dieser Verzahnung 49 hat. Die axiale Lage der Gelenkwelle 42 ist durch Einsätze 51 und 52, welche durch einen Deckel 53 festgehalten werden, gesichert.

Für die Aufnahme des ersten Kopfes 43 im inneren Drehschieber 17 ist lediglich eine axial kurze Aussparung 54 erforderlich. Im übrigen wird der innere Drehschieber durch eine Bohrung 55 durchsetzt, die einen Durchmesser d hat, der kleiner ist als der größte Durchmesser D des ersten Kopfes 43. Über diese Bohrung, Aussparungen 56 im inneren Drehschieber 15 und die Aussparungen 41 im äußeren Drehschieber 16, welche Aussparungen der Aufnahme von Rückstell-Blattfedern 57 dienen, kann drucklose Flüssigkeit zum Tank abströmen. Hierbei überlappt die Querschnittsprojektion des inneren Drehschiebers 17 den Bereich des größten Durchmessers D des ersten Kopfes 43. Infolgedessen erhält man eine große Wandstärke a für den inneren Drehschieber, die es erlaubt, die Tiefe t der Steuernuten 27, 28,32,33,34,35,38 wesentlich größer als bisher zu machen. In Fig.4 ist die Außenseite des äußeren Drehschiebers 16 veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daßdiepumpenseitigen Steueröffnungen 26 außen durch eine Ringnut 58 und die Arbsits-Steueröffnungen 36 außen durch eine Ringnut 59 verbunden sind.

Zusätzlich zu der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 ist aber dafür gesorgt, daß zu beiden Seiten der den Verteileröffnungen zugeordneten Steueröffnungen 29 und 30 je eine Ringnut 60 und 61 vorgesehen ist. Durch Axialnuten 62 ist die eine Gruppe der Steueröffnungen mit der Ringnut 60 und durch Axialnuten 63 die andere Gruppe der Steueröffnungen mit der Ringnut 61 verbunden. Diese Axialnuten bilden zusammen mit den Verteileröffnungen 23 ein Verteilerventil, das die richtige Speisung des Meßmotors 10 sicherstellt. Sie bewirken außerdem in Verbindung mit der zugehörigen Ringnut, daß die jeweils aktiven Verteileröffnungen von allen Steueröffnungen einer Gruppe versorgt, also gespeist bzw. entleert werden. Dies ist nochmals genauer in Fig. 5 veranschaulicht. Zusätzlich sind im Gehäuse 1 Ringnuten 64 und 65 vorgesehen, welche die Ringnuten 60 und 61 derart ergänzen, daß sich ein noch größerer Querschnitt ergibt. Als Abwandlung ist weiterhin vorgesehen, daß die Ringnut 59 fehlt und statt der Steueröffnungspaare 37 jeweils nur eine Steueröffnung 137 vorgesehen ist. Die den Verteileröffnungen 23 zugeordneten Steueröffnungen 29 und 30 haben eine axiale Länge 1, die größer ist als ihre in Umfangsrichtung gemessene Breite b. Hierdurch wird der Überdeckungsquerschnitt mit den zugehörigen axialen Steuernuten 32 und 33 vergrößert. Die Breite b und der Aussteuerungswinkel β sind so gewählt, daß sich in der Endlage eine sehr große Überdeckungsfläche F mit den axialen Steuernuten 32 bzw. 33 ergibt, wie es in Fig. 6 veranschaulicht ist. Die Überdeckung sollte

wenigstens so groß sein, daß ^zh der Breite der Steueröffnung 30 frei üegt. Im Ausführungsbeispiel ist ein Aussteuerungswinkei β von 13,3° vorgesehen und eine Fläche F, deren Breite 75% der Öffnungsbreite b ist.

Fig. 7 zeigt den freien Querschnitt F1 einer Steuernut, beispielsweise der Nut 32. Durch die konstruktive Gestaltung ist es möglich, die Tiefe der Nut vom Wert ti auf den Wert T₂ zu vergrößern.

Man sieht aus beiden Fig. 6 und 7, daß sich erhebliche Querschnittsvergroßerungen ergeben, die es erlauben, auch größere Druckflüssigkeitsmengen ohne große Drosselverluste durch das Steuergerät strömen zu lassen.

Bei dem veranschaulichten Steuergerät hat der Meßmotor einen Durchmesser von weniger als 10 cm und eine Verdrängung von 1000cm³ bei einer Umdrehung des Zahnrades. Die Abmessungen des Ventilgehäuses 1 sind entsprechend gering. Es ist ersichtlich, daß die Vorteile des geringen Druckabfalls auch schon dann gelten, wenn der Meßmotor 10 eine geringere Verdrängung pro Umdrehung hat, also beispielsweise nur die halbe axiale Länge des veranschaulichten Motors besitzt.

Claims (10)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Steuergerät für hydrostatische Hilfskraftlenkeinrichtungen, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem einen Meßmotor bildenden Zahnradsatz, der einen feststehenden, innenverzahnten Zahnring und ein drehendes und kreisendes, außenverzahntes Zahnrad umfaßt, und mit einer ein Verteilerventil für den Meßmotor und ein Richtungsventil bildenden Ventilanordnung, die ein Gehäusebohrung mit Verteileröffnungen, einen darin angeordneten äußeren Drehschieber mit Steueröffnungen und einen inneren Drehschieber mit Steuernuten aufweist, wobei der innere Drehschieber eine Kupplung zur Verbindung mit einem Lenkorgan aufweist und der äußere Drehschieber über eine erste Kupplung mit einem ersten Kopf einer Gelenkwelle drehfest verbunden ist, deren am anderen Ende angeordneter zweiter Kopf in das Zahnrad eingreift und mit diesem über eine zweite Kupplung drehfest verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß die axiale Länge des Zahnradsatzes mindestens annähernd gleich der Länge der Gelenkwelle (42) ist, daß die erste Kupplung (44) den ersten Kopf (43) mit einem dem Zahnradsatz benachbarten Teil des äußeren Drehschiebers (16) verbindet und daß zum Zweck der Vergrößerung der Tiefe (t) wenigstens eines Teils der Steuernuten (27,28,32,33,34,35,38) die Querschnittsprojektion des inneren Drehschiebers (17) den Querschnitt des ersten Kopfes im Bereich seines größten Durchmessers (D) überlappt.
2. 2. Steuergerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der innere Drehschieber (17) an seinem dem Zahnradsatz zugewandten Ende eine zentrische Aussparung (54) zur Aufnahme zumindest eines Teils des ersten Kopfes (43) und im Anschluß daran eine Bohrung (55) mit kleinerem Durchmesser (d) als der größte Durchmesser des ersten Kopfes aufweist.
3. 3. Steuergerät nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser (d) der Bohrung (55) des inneren Drehschiebers (17) um mindestens 20% kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des ersten Kopfes (43).
4. 4. Steuergerät nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Grund der Steuernuten (27,28,32,33,34,35, 38) auf einem Durchmesser liegt, der höchstens etwa gleich dem größten Durchmesser (D) des ersten Kopfes (43) ist.
5. 5. Steuergerät nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest bei einem Teil der mit axialen Steuernuten (32,33) des inneren Drehschiebers (17) zusammenwirkenden Steueröffnungen (29,30) des äußeren Drehschiebers (16) die axiale Länge (1) größer ist als die in Umfangsrichtung gemessene Breite (b).
6. 6. Steuergerät nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Breite (b) der die Verteileröffnungen (23) versorgenden Steueröffnungen (29,30) und der Austeuerungswinkel (ß) zwischen innerem und äußerem Drehschieber (16, 17) so groß sind, daß diese Steueröffnungen in den der vollen Ventilöffnung entsprechenden Endlagen über mindestens 2/3 ihrer Breite mit den Steuernuten in Verbindung stehen (Fig. 6).
7. 7. Steuergerät nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Aussteuerungswinkel (ß) größer als ±12° ist.
8. 8. Steuergerät nach«inem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der äußere Drehschieber (16) am äußeren Umfang zu beiden Seiten der die Verteileröffnungen (23) versorgenden Steueröffnungen (29,30) je eine Ringnut (60, 61) und abwechselnd zu der einen und der anderen Ringnut gehende Axialnuten (62,63) aufweist, die zusammen mit den Verteileröffnungen das Verteilerventil bilden.
9. 9. Steuergerät nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Gehäusebohrung (15) zu beiden Seiten der Verteileröffnungen (23) ebenfalls je eine Ringnut (64,65) aufweist, die je einer Ringnut (60,61) des äußeren Drehschiebers (16) gegenüberliegt.
10. 10. Steuergerät nach einem der Punkte 1 bis 9, bei dem die zweite Kupplung eine Vielnutkupplung mit einer zentrischen Verzahnung in einem Durchbruch des Zahnrades ist, gekennzeichnet dadurch, daß sich die zentrische Verzahnung (49) nur über einen Teil der Länge des Zahnrades (2) erstreckt und der Durchbruch (50) im übrigen einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Nutgrundes der Verzahnung hat.