DE102020113026A1 - Valve elements with spur radial connection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil (20) mit einem ersten Ventilelement, das mit einem zweiten Ventilelement fest verbunden ist, wobei das erste Ventilelement (22) einen Einsteckabschnitt (28) mit einer stirnseitigen konvexen ersten Stirnfläche (30) aufweist, wobei die konvexe erste Stirnfläche (30) eine Abflachung (32) aufweist,
- das zweite Ventilelement (24) einen Aufnahmekanal (38) zur Aufnahme des Einsteckabschnitts (28) des ersten Ventilelements (22) aufweist, wobei der Aufnahmekanal (38) eine mit der konvexen ersten Stirnfläche (30) des Einsteckabschnittes (28) korrespondierende konkave Bodenfläche (40) aufweist und der Einsteckabschnitt (28) des ersten Ventilelements (22) in den Aufnahmekanal (38) des zweiten Ventilelements (24) derart einführbar ist, dass die konvexe erste Stirnfläche (30) an der konkaven Bodenfläche (40) zur Anlage kommt, wobei eine Außenkontur des Einsteckabschnitts (28) und eine Innenkontur des Aufnahmekanals (38) zumindest abschnittsweise einen polygonen Querschnitt aufweisen,
- dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe erste Stirnfläche (30) eine Abflachung (32) aufweist.
The invention relates to a rotary slide valve (20) with a first valve element which is firmly connected to a second valve element, the first valve element (22) having an insertion section (28) with a convex first end face (30), the convex first end face (30) has a flat (32),
- The second valve element (24) has a receiving channel (38) for receiving the insertion section (28) of the first valve element (22), the receiving channel (38) having a concave bottom surface corresponding to the convex first end face (30) of the insertion section (28) (40) and the insertion section (28) of the first valve element (22) can be inserted into the receiving channel (38) of the second valve element (24) in such a way that the convex first end face (30) comes to rest against the concave bottom surface (40) , wherein an outer contour of the insertion section (28) and an inner contour of the receiving channel (38) at least in sections have a polygonal cross section,
- characterized in that the convex first end face (30) has a flat (32).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehschieberventil mit einem ersten Ventilelement, das mit einem zweiten Ventilelement fest verbunden ist.The present invention relates to a rotary slide valve with a first valve element which is firmly connected to a second valve element.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Lenkventil für Hilfskraftlenkungen. Bei einem solchen Lenkventil sind eine Eingangswelle (hier auch als zweites Ventilelement bezeichnet) und eine Ausgangswelle über einen Drehstab miteinander verbunden. Ein Drehschieber (hier auch als erstes Ventilelement bezeichnet) ist dabei mit der Eingangswelle fest verbunden. Ein solches Drehschieberventil ist beispielsweise aus der
Die Verbindung des Drehschiebers mit der Eingangswelle ist für die Übertragung des Lenkmoments wesentlich. Auch ist die Verbindung für das Lenkgefühl des Fahrers wichtig, da eine Verdrehung des Lenkrades eine möglich exakte Bewegung der Räder bewirken soll.The connection of the rotary valve to the input shaft is essential for the transmission of the steering torque. The connection is also important for the driver's steering feel, since a rotation of the steering wheel should cause the wheels to move as precisely as possible.
Ein wesentliches Problem bei der Verbindung des Drehschiebers mit der Eingangswelle besteht darin, dass die Verbindung im Laufe der Zeit verschleißt und sich Spiel einstellen kann. Dies bedeutet, dass ein Verdrehen des Lenkrades nicht unmittelbar zu einer Bewegung der gelenkten Räder führt, da sich die beiden Ventilelemente um einen gewissen Betrag frei gegeneinander verdrehen können. Hinzu kommen ggf. Störgeräusche beim Lenken.A major problem with the connection of the rotary valve to the input shaft is that the connection wears over time and play can develop. This means that turning the steering wheel does not lead directly to a movement of the steered wheels, since the two valve elements can rotate freely against each other by a certain amount. In addition, there may be interference noises when steering.
Weiterhin muss die Verbindung zwischen den beiden Ventilelementen eine maximale Drehmomentübertragung ermöglichen und dabei gleichzeitig einen präzisen Rundlauf aufweisen. Aus diesem Grund können bisher bekannte Methoden vorgespannter Verbindungen, wie Keilverbindung, Stirnzahnverbindung oder Kreiskeilverbindung nicht zur Anwendung kommen.Furthermore, the connection between the two valve elements must enable maximum torque transmission and at the same time have precise concentricity. For this reason, previously known methods of prestressed connections, such as spline connections, spur tooth connections or circular wedge connections, cannot be used.
Die
Bei einer solchen Verbindung hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund von Verschleiß der konvexen/konkaven Flächen bei hohen Belastungen nicht gewährleistet werden kann, dass die Verbindung auch nach einem gewissen Benutzungszeitraum noch spielfrei ist. Der Verschleiß tritt bei dieser Konstruktion meist dadurch auf, dass entweder die konvexen/konkaven Flächen einem zu großen Drehmoment ausgesetzt werden, oder aufgrund von Fertigungstoleranzen zu kleine Teilbereiche der Flächen miteinander in Eingriff kommen.In the case of such a connection, however, it has been shown that due to wear on the convex / concave surfaces under high loads, it cannot be guaranteed that the connection will still be free of play even after a certain period of use. In this design, wear usually occurs because either the convex / concave surfaces are exposed to too great a torque or, due to manufacturing tolerances, sub-areas of the surfaces that are too small come into engagement with one another.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine vorteilhafte Verbindung zweier Ventilelemente, vorzugsweise einem Drehschieber und einer Eingangswelle, vorzuschlagen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbesondere soll die Verbindung die Übertragung eines maximalen Drehmoments bei gleichzeitig präzisem Rundlauf der Verbindung gewährleisten. Wesentlich ist insbesondere auch, dass die Verbindung spielfrei ist und möglichst über einen langen Benutzungszeitraum spielfrei bleibt.The object of the invention is therefore to propose an advantageous connection between two valve elements, preferably a rotary slide valve and an input shaft, which does not have the disadvantages of the prior art. In particular, the connection should ensure the transmission of a maximum torque while at the same time ensuring precise concentricity of the connection. In particular, it is also essential that the connection is free of play and, if possible, remains free of play over a long period of use.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
- - das erste Ventilelement einen Einsteckabschnitt mit einer stirnseitigen konvexen/ersten Stirnfläche aufweist,
- - das zweite Ventilelement einen Aufnahmekanal zur Aufnahme des Einsteckabschnitts des ersten Ventilelements aufweist, wobei der Aufnahmekanal eine mit der konvexen/ersten Stirnfläche des Einsteckabschnittes korrespondierende konkave Bodenfläche aufweist und der Einsteckabschnitt des ersten Ventilelements in den Aufnahmekanal des zweiten Ventilelements derart einführbar ist, dass die konvexe/erste Stirnfläche an der konkaven Bodenfläche zur Anlage kommt, wobei eine Außenkontur des Einsteckabschnitts und eine Innenkontur des Aufnahmekanals zumindest abschnittsweise einen polygonen Querschnitt aufweisen,
- - the first valve element has an insertion section with an end face convex / first end face,
- - The second valve element has a receiving channel for receiving the insertion section of the first valve element, wherein the receiving channel has a concave bottom surface corresponding to the convex / first end face of the insertion section and the insertion section of the first valve element can be inserted into the receiving channel of the second valve element in such a way that the convex / the first end face comes to rest on the concave bottom surface, an outer contour of the insertion section and an inner contour of the receiving channel having a polygonal cross-section at least in sections,
Die erfindungsgemäße Verbindung ist aufgrund des polygonen Querschnitts der beiden Verbindungselemente in der Lage, maximale Drehmomente zu übertragen. Der Querschnitt kann polygone Formen wie beispielsweise P4C oder P3C nach
Um eine spielfreie Verbindung zu gewährleisten, weist der Einsteckabschnitt des ersten Ventilelements eine konvexe Stirnseite auf, die im eingesteckten Zustand an einer konkav ausgeführten Bodenfläche des Aufnahmekanals zur Anlage kommt. Durch die Anlage der beiden kuppelförmigen bzw. sphärischen Flächen aneinander ist eine dauerhaft spielfreie Verbindung der beiden Ventilelemente gewährleistet. Die beiden sphärischen Flächen weisen dabei den gleichen Radius auf. Bei höheren Belastungen gerät solch eine Verbindung zunächst in den Bereich elastischer Verformung. Die Polygonverbindung ist so ausgelegt, dass diese bei höheren Belastungen mehr und mehr zum Tragen kommt, um zu verhindern, dass die konvexe/konkave Verbindung eine plastische Verformung erfährt. Auf diese Weise können hohe Drehmomente übertragen werden, wobei gleichzeitig eine Spielfreiheit dauerhaft gewährleistet werden kann.In order to ensure a backlash-free connection, the plug-in section of the first valve element has a convex end face which, in the plugged-in state, comes to rest on a concave bottom surface of the receiving channel. The contact between the two dome-shaped or spherical surfaces ensures a permanent backlash-free connection of the two valve elements. The two spherical surfaces have the same radius. At higher loads, such a connection initially comes into the range of elastic deformation. The polygon connection is designed in such a way that it comes into play more and more at higher loads in order to prevent the convex / concave connection from undergoing plastic deformation. In this way, high torques can be transmitted, and at the same time freedom from play can be guaranteed over the long term.
Die konvexe Stirnfläche weist darüber hinaus eine Abflachung auf. Bei ungünstigen Fertigungstoleranzen der konvexen Stirnfläche sowie der korrespondierenden konkaven Fläche, wie beispielsweise bei zu großen Radien in der konkaven Fläche und/oder zu kleinen Radien der konvexen Fläche, würde lediglich ein sehr kleiner Bereich der konvexen Stirnfläche Kontakt zur konkaven Fläche haben. Durch eine Abflachung an dieser Stelle kommen die entstehenden Flanken zum Tragen und die Kraftübertragung zwischen konvexer und konkaver Fläche findet über einen größeren Bereich statt. Auf diese Weise wird die Verbindung unempfindlicher gegenüber Fertigungstoleranzen und gleichzeitig belastbarer. Die Spielfreiheit kann damit über eine größere Lebensdauer gewährleistet werden.The convex end face also has a flattening. In the case of unfavorable manufacturing tolerances of the convex face and the corresponding concave face, such as, for example, if the radii in the concave face are too large and / or the radii in the convex face are too small, only a very small area of the convex face would have contact with the concave face. By flattening at this point, the resulting flanks come into play and the force transmission between the convex and concave surface takes place over a larger area. In this way, the connection becomes less sensitive to manufacturing tolerances and at the same time more resilient. The freedom from play can thus be guaranteed over a longer service life.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante können die beiden Ventilelemente zusätzlich durch ein Verbindungsmittel miteinander verbunden bzw. zusätzlich gesichert werden. Beispielsweise kann das erste Ventilelement stirnseitig eine Gewindebohrung aufweisen, in die eine Verbindungsschraube einschraubbar ist. Die Verbindungsschraube erstreckt sich durch eine Schraubenöffnung im zweiten Ventilelement. Die Gewindebohrung und entsprechend die Verbindungsschraube sowie die Schraubenöffnung sind auf einer gemeinsamen Mittelachse der beiden Ventilelemente angeordnet. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Verbindungsschraube als Dehnschraube ausgeführt, um eine Vorspannung auch während des Betriebs möglichst lange aufrecht zu erhalten.In a particularly advantageous embodiment variant, the two valve elements can additionally be connected to one another or additionally secured by a connecting means. For example, the end face of the first valve element can have a threaded bore into which a connecting screw can be screwed. The connecting screw extends through a screw opening in the second valve element. The threaded hole and, accordingly, the connecting screw and the screw opening are arranged on a common central axis of the two valve elements. In a particularly advantageous embodiment variant, the connecting screw is designed as an expansion screw in order to maintain a preload for as long as possible even during operation.
Die konkave Bodenfläche innerhalb des zweiten Verbindungselements kann beispielsweise mechanisch durch eine von außen quer zur Mittelachse eingebrachte Bohrung erzeugt werden. Dadurch entsteht zumindest eine Öffnung im Wandabschnitt des Aufnahmekanals. Um eine möglichst gleichmäßige Gewichtsverteilung zu bewirken, ist es auch möglich, eine gegenüberliegende zweite Öffnung zu erzeugen, beispielsweise indem der Bohrer in einem Arbeitsschritt entsprechend tief eingebracht wird.The concave bottom surface within the second connecting element can be generated mechanically, for example, by a bore made from the outside transversely to the central axis. This creates at least one opening in the wall section of the receiving channel. In order to achieve a weight distribution that is as uniform as possible, it is also possible to create an opposite second opening, for example by inserting the drill deeply in one work step.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sind lediglich beispielhaft zu verstehen und sollen die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränken. Es zeigen:
-
1 : ein erfindungsgemäßes Ventilelement in Frontansicht mit Kennzeichnung der Schnittebenen der Schnitte C und D, -
2 : den Schnitt D aus1 , wobei die konkaven/konvexen Flächen des erfindungsgemäßen Ventilelements zu erkennen sind , -
3 : den Schnitt C der1 , wobei die polygonen Formen des Einsteckabschnitts und des Aufnahmekanals zu erkennen sind, -
4 : das erfindungsgemäße Ventilelement in Seitenansicht mit Kennzeichnung der Schnittebene des Schnitts A, -
5 : den Schnitt A aus4 und einen Detailbereich B mit Abflachung der konvexen Fläche.
-
1 : a valve element according to the invention in a front view with identification of the sectional planes of the sections C and D, -
2 : cut D from1 , whereby the concave / convex surfaces of the valve element according to the invention can be seen, -
3 : the section C the1 , whereby the polygonal shapes of the plug-in section and the receiving channel can be seen, -
4th : the valve element according to the invention in side view with identification of the cutting plane of section A, -
5 : cut A from4th and a detail area B with a flattening of the convex surface.
Die
Das erste Ventilelement
Eine erste Stirnfläche
Erkennbar ist weiterhin, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der Abflachung
Die
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Verbindung der beiden Ventilelemente
Das Ventilelement
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern zeigt auch weitere Ausführungsvarianten. Insbesondere sind die Figuren nicht in allen Details maßstabsgetreu, sie dienen lediglich der Verdeutlichung der Erfindung bzw. der gezeigten Elemente. Beispielsweise können die beiden Ventilelemente
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 2020th
- DrehschieberventilRotary slide valve
- 2222nd
- erstes Ventilelement (Drehschieber)first valve element (rotary slide valve)
- 2424
- zweites Ventilelement (Eingangswelle)second valve element (input shaft)
- 2626th
- VerbindungsschraubeConnecting screw
- 2828
- EinsteckabschnittInsertion section
- 3030th
- erste Stirnflächefirst face
- 3232
- AbflachungFlattening
- 3434
- GewindebohrungThreaded hole
- 3838
- AufnahmekanalRecording channel
- 4040
- BodenflächeFloor area
- 4242
- SchraubenöffnungScrew opening
- 4646
- zweite Stirnflächesecond face
- 4848
- Bohrungdrilling
- 4949
- FreimachungFranking
- AA.
- Schnitt ASection A
- BB.
- Detailbereich BDetail area B
- CC.
- Schnitt CSection C
- DD.
- Schnitt DSection D
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- FR 1336578 A [0002]FR 1336578 A [0002]
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- DE 102018115482 A1 [0006]DE 102018115482 A1 [0006]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
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