DE19505384A1 - Drehschieber-Lenkventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieber-Lenkventil zur Versorgung eines Stellgliedes mit Hydraulikdruck, bestehend aus einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, einem zentrierenden Federelement und einem Ventilelement.

Lenkventile der gattungsgemäßen Art werden insbesondere in Servolenk- Systemen eingesetzt. Der Aufbau derartiger Servolenk-Systeme ist an sich bekannt. Eine mit einer Lenkstange verbundene Eingangswelle ist über ein zentrierendes Federelement mit einer mit einem Ritzel versehenen Ausgangswelle verbunden. Das Ritzel wirkt auf die Zahnstange einer Lenkung. Für derartige Lenksysteme ist die Verwendung von Lenkventilen bekannt. Dazu ist in bekannter Weise ein Drehschieber-Ventilelement vorgesehen, welch es bei relativer Verdrehung der Eingangswelle zur Ausgangswelle in Bohrungen endende Hydraulikführungen miteinander verbindet bzw. voneinander trennt. Von einer Pumpe wird Hydraulikflüssigkeit unter Druck durch das System gepumpt. Bei einer relativen Verdrehung der Eingangswelle zur Ausgangswelle wird Hydraulikdruck einem Hydraulikmotor zugeführt, welcher die Zahnstangenbewegung in eine der beiden möglichen Richtungen unterstützt.

Die Aktivierung derartiger Lenkventile erfolgt durch das Verdrehen der Eingangswelle gegenüber der Ausgangswelle, wobei durch das dazwischen angeordnete zentrierende Federelement, beispielsweise einen Torsionsstab, ein Torsionsmoment überwunden werden muß.

Bei einem Typ von Lenkventilen ist in bekannter Weise eine Ventilhülse vorgesehen, welche mit der Ausgangswelle in Eingriff steht und die Eingangswelle umgibt. Diese Ventilhülse weist Steuernuten auf, die mit von außerhalb eines Gehäuses hindurchgeführten Bohrungen für die Hydraulikmittelführung zur Steuerung in Deckung bringbar sind.

Ein anderer Typ von Drehschieber-Lenkventilen ist bekannt, wobei im wesentlichen axial liegende Bohrungen miteinander in Deckung gebracht werden.

Beispielsweise ist ein derartiges Drehschieber-Lenkventil aus der DE-OS 42 09 647 bekannt, wobei eine mit der Eingangswelle verbundene Hülse von einer mit der Ausgangswelle verbundenen Ventilhülse umgeben ist und übergriffen wird, so daß beide Hülsen sich im Bereich von zueinanderliegenden Ringflächen überdecken. Im Bereich dieser Ringflächen sind in beiden Hülsen Bohrungen angeordnet, die ihrerseits mit Hydraulikmittelleitungen verbunden sind. Durch die jeweilige relative Verdrehposition können die Bohrungen miteinander in Deckung gebracht werden oder voneinander getrennt werden, was zu einer Verbindung oder Trennung der entsprechenden Leitungen führt. Auf diese Weise ist eine Servosteuerung möglich. Entsprechende Drehschieber-Lenkventile sind aus der DE-OS 28 33 009 und der DE-PS 42 32 570 bekannt.

Die vorbekannten Drehschieber-Lenkventile benötigen eine Vielzahl zusätzlicher Bauteile, um das Drehschieber-Ventilelement auszubilden. Dadurch wird auch die Baugröße des Lenkventils unerwünscht groß und die Herstellung ist mit einem großen wirtschaftlichen Aufwand verbunden. Aufgrund der immer noch verwendeten Ventilhülsen ist die Druckmittelführung zu den Ringflächen problematisch, so daß häufig mehrfach miteinander kombinierte Bohrungen ausgeführt werden müssen, die auch durch schräg verlaufende Kanäle miteinander verbunden sein können. Da bei einem Ventil mit einer Steuerhülse grundsätzlich eine Mindesttoleranz vorgesehen werden muß, da sich die Hülse während des Betriebs unter dem Hydraulikmitteldruck deformiert, was zu einer erhöhten Reibung führen kann, sind die vorbekannten Drehschieberventile auch in der Herstellung aufwendig. Bei der Montage ist die Einstellung der relativ zueinander beweglichen Elemente ebenfalls mit großem Aufwand verbunden, insbesondere, weil beim Einsatz der Ventilhülse eine entsprechende hydraulische Abdichtung erfolgen muß.

Schließlich sind bei den vorbekannten Drehschieberventilen mit Ringscheibe an den Ringflächen die Steuerkanten durch Bohrungen oder elliptische Ausbildungen realisiert, die auf Kreisbögen liegen. Dadurch kommt es bei einer relativen Verdrehung der Ringflächen stets zu einer veränderlichen Überdeckung der sich gegenüberliegenden kreisförmigen Bohrungen, die zunächst minimal ist und mit zunehmender Verdrehung immer größer wird. Die zunächst geringfügige Überdeckung der Steuerkanten führt bekanntermaßen zu lauten Strömungsgeräuschen, die von Bedienpersonen häufig als nachteilig empfunden werden.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drehschieber-Lenkventil der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß dieses mit wenig Bauelementen und geringem wirtschaftlichen Aufwand in kompakter Bauweise herstellbar ist. Darüber hinaus sollen die Anforderungen an die erforderlichen Toleranzen möglichst verringert werden und die Strömungsgeräuschentwicklung reduzierbar sein.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Lenkventil dadurch weitergebildet, daß das Ventilelement im Bereich der sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es nurmehr erforderlich, an der Eingangs- und der Ausgangswelle sich gegenüberliegende Stirnflächen auszubilden, so daß das Drehschieber-Ventilelement gebildet werden kann. Es entfallen die zusätzlichen Bauelemente und die Baugröße kann zwangsläufig reduziert werden.

Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung werden die sich gegenüberliegenden Stirnflächen in scheibenförmigen Erweiterungen der Eingangs- und der Ausgangswelle ausgebildet. Diese scheibenartigen Erweiterungen oder zylinderförmigen Endstücke bilden eine ausreichend große Stirnfläche, so daß die erforderlichen Steuerkanten untergebracht werden können. In vorteilhafter Weise werden in die beiden Stirnflächen zur Steuerkantenausbildung Axialbohrungen angeordnet, die gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung mit Hydraulikleitungen bildenden Axialbohrungen verbunden sind. Durch die scheibenförmige Erweiterung können diese Axialbohrungen direkt in axialer Verlängerung an Zuführleitungen angeschlossen werden, so daß die Druckmittelführung besonders vereinfacht ist.

Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, stirnflächenseitig sogenannte Steuersenken auszubilden, in deren Bereich die Steuerbohrungen liegen. Durch die Steuersenken können Steuerkantenvergrößerungen erzeugt werden. In besonders vorteilhafter Weise wird vorgeschlagen, daß die Steuersenken im wesentlichen radial verlaufende gerade Kanten aufweisen. In vorteilhafter Weise sind die Kanten nebeneinanderliegender Steuersenken zueinander im wesentlichen parallel. Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat den besonderen Vorteil, daß bei einer relativen Verdrehung der Stirnflächen zueinander die im wesentlichen geraden Kanten der Steuersenken in Überdeckung kommen, so daß von Anfang an sehr große Überdeckungen erzielt werden. Dies führt zwangsläufig zu einer erheblichen Strömungsgeräuschverminderung.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Drehschieber-Lenkventils, das als Axialstromventil ausgebildet ist, ist die kompakte Bauform und die reduzierte Anzahl der Komponenten. Gegenüber herkömmlichen Drehschieber- Lenkventilen wird keine Ventilhülse benötigt. So ist es beispielsweise möglich, die zur Steuerung benötigten Nuten an der Eingangs- und der Ausgangswelle kaltumformend herzustellen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung können die Toleranzen zwischen den beiden Ventilkomponenten erheblich verringert werden, da keine Hülsendeformation stattfinden kann. Demgegenüber wirkt eine Druckerhöhung beim erfindungsgemäßen Drehschieber-Ventil eher reibungsmindernd.

In vorteilhafter Weise wird vorgeschlagen, daß der relative Drehwinkel, um den das Ventil ausgelenkt werden kann, durch eine formschlüssige Kontur zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle begrenzt wird. So können elliptische oder eckige Verbindungsbereiche zwischen Eingangs- und Ausgangswelle ausgebildet werden, wobei die Aufnahmeöffnungen größer sind als die eingesetzten Zapfen, so daß sich eine definierte Drehwinkelbegrenzung ergibt.

Das erfindungsgemäße Drehschieber-Lenkventil läßt sich darüber hinaus in unterschiedlichen Versionen ausbilden. So kann beispielsweise zwischen den Stirnflächen eine ein Zentriermoment ausübende Vorrichtung ausgebildet sein. Beispielsweise können federbelastete Kugeln zwischen die Stirnflächen in entsprechende Bohrungen der Eingangs- bzw. Ausgangswelle eingesetzt werden, die in Nuten der jeweils anderen Welle eingreifen. In Abhängigkeit vom Verdrehwinkel wird die durch die federbelasteten Kugeln erzeugte Axialkraft stärker und das Zentriermoment größer. In besonders vorteilhafter Weise wird vorgeschlagen, diese Zentriermomentverstärkung einstellbar auszugestalten.

Das erfindungsgemäße Lenkventil führt zu einer erheblichen Bauteileverringerung und einer kompakten Baugröße, wobei vor allem keine Ventilhülse mehr eingesetzt werden muß. Die Druckmittelführung wird erheblich erleichtert und kann auf axiale Führungselemente reduziert werden. Die Grundeinstellung des Ventils ist sehr stark vereinfacht und die Toleranzen können gegenüber herkömmlichen Drehschieber-Ventilen verringert werden. Schließlich können Maßnahmen zur Geräuschverringerung in wirksamer Weise eingesetzt werden.

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

Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung eines Lenkventils;

Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1 in einer anderen radialen Position;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Drehschieber-Ventilbereiches in Neutralstellung;

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 in einer verdrehten Position und

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 3 in einer anderen verdrehten Position.

Das in den Figuren gezeigte Lenkventil 1 umfaßt eine Eingangswelle 2, eine Ausgangswelle 3 und im gezeigten Ausführungsbeispiel als zentrierendes Federelement einen Torsionsstab 4. Der Torsionsstab 4 ist an einem Ende mit der Eingangswelle verbunden, am anderen Ende an der Ausgangswelle befestigt. Die Befestigung 5 zwischen Torsionsstab und Ausgangswelle ist durch eine Rändelung verdrehsicher ausgestaltet. Die Ausgangswelle ragt mit einem zentralen Zapfen in eine entsprechende Bohrung der Eingangswelle. Dieser Zapfen ist, wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, quadratisch ausgeführt, während die Bohrung oder Ausnehmung in der Eingangswelle ebenfalls quadratisch ausgebildet ist, jedoch mit einer größeren Kantenlänge. Somit kann bis zum Anschlag eine Verdrehung zwischen den beiden Wellen erfolgen.

Um den Bereich des Drehschieber-Ventilelementes sind Dichtungen 7, 8, 9 und 10 ausgebildet. Die Eingangswelle ist mit einer nicht gezeigten Lenkung verbunden, während die Ausgangswelle mit einem nicht gezeigten Ritzel versehen ist, welches beispielsweise mit der Zahnstange einer Lenkung im Eingriff ist.

In dem Bereich, an dem sich die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 mit ihren Stirnflächen gegenüber liegen, weisen beide im wesentlichen deckungsgleiche scheibenförmige Erweiterungen aus, die beide im Stirnflächenbereich Nuten 15, 16, 17, 18 aufweisen, die die Steuernuten bilden. Diese Nuten sind mittels Axialbohrungen 13, 20, 21 mit entsprechenden Druckführungsleitungen verbunden.

Mit P ist der Druckzuführungsbereich bezeichnet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel dem Ringraum im Stirnflächenbereich zugeordnet ist. Ein nicht gezeigtes Gehäuse weist an dieser Stelle eine Druckzuführleitung auf und der Druck gelangt über radial nach außen geführte Nuten in den Stirnflächenzwischenbereich. Mit T ist der Tankrücklauf bezeichnet, welcher über Axialbohrungen in der Ausgangswelle vom Stirnflächenbereich nach außen geführt ist. Hier kann das Gehäuse einen Hydraulikanschluß für die Tankrückführung aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Ausgangswelle eine ringförmige Einschnürung auf, um für die Tankrückführbohrung einen Auslaß bereitzustellen. A und B bezeichnen die Axialbohrungen für den Druck, der den beiden Seiten eines Stellgliedes zugeführt wird. Diese sind als Axialbohrungen in den scheibenförmigen Erweiterungen ausgebildet und mit entsprechenden Steuernuten verbunden. Die Druckräume A, B, P und T sind durch die Dichtungen 7, 8, 9 und 10 voneinander getrennt.

Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt sind die Nuten oder Steuersenken so ausgebildet, daß sie im wesentlichen radial verlaufende gerade Bereiche aufweisen. In der Fig. 3 ist das Lenkventil in der Neutralstellung gezeigt. Die Steuerkanten der jeweiligen Nuten liegen nebeneinander. Gemäß Fig. 4 ist eine Verdrehung der Eingangswelle nach links erfolgt, so daß die Steuersenken bzw. -nuten der A-Seite mit den Nuten der Druckzuführung P in Überdeckung gelangt sind. Die B-Seite ist mit dem Tankrücklauf T in Überdeckung. Die Überdeckung erfolgt praktisch über die gesamte Länge der geraden Kanten der Nuten, so daß die Strömungsgeräusche weitestgehend vermieden werden.

Ein Lenkausschlag in der umgekehrten Richtung ist in Fig. 5 gezeigt.

Bei der Montage des gezeigten Lenkventils wird nach einem hydraulischen Zentriervorgang die Lage der Eingangswelle, der Ausgangswelle und des Torsionsstabes zueinander mit Hilfe eines Zentrierstiftes 19 fixiert, so daß in dieser Position die hydraulische Mitte eingestellt ist.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel offenbart die unterschiedlichsten Möglichkeiten der Druckmittelführung und der Ventilsteuerung, ohne auf die konkrete Ausführung beschränkt zu sein.

Bezugszeichenliste

1 Lenkventil
2 Eingangswelle
3 Ausgangswelle
4 Torsionsstab
5 Befestigung
6 Zapfen
7 Dichtung
8 Dichtung
9 Dichtung
10 Dichtung
11 scheibenförmige Erweiterung
12 scheibenförmige Erweiterung
13 Axialbohrung
14 Einschnürung
15 Nut
16 Nut
17 Nut
18 Nut
19 Zentrierstift
20 Axialbohrung
21 Axialbohrung

Claims (12)

1. Drehschieber-Lenkventil zur Versorgung eines Stellgliedes mit Hydraulikdruck, bestehend aus einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, einem zentrierenden Federelement und einem Ventilelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement im Bereich der sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Eingangswelle (2) und der Ausgangswelle (3) ausgebildet ist.

2. Drehschieber-Lenkventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der sich gegenüberliegenden Stirnflächen die Eingangswelle und die Ausgangswelle eine scheibenförmige Erweiterung (11, 12) aufweisen.

3. Drehschieber-Lenkventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den sich gegenüberliegenden Stirnflächen Axialbohrungen ausgebildet sind.

4. Drehschieber-Lenkventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbohrungen mit Hydraulikleitungen bildenden Bohrungen verbunden sind.

5. Drehschieber-Lenkventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikleitungen bildenden Bohrungen Axialbohrungen sind.

6. Drehschieber-Lenkventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stirnflächen Steuersenken ausgebildet sind.

7. Drehschieber-Lenkventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersenken im wesentlichen radial verlaufende, gerade Kanten aufweisen.

8. Drehschieber-Lenkventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen radial verlaufenden, geraden Kanten nebeneinander liegender Steuersenken im wesentlichen zueinander parallel sind.

9. Drehschieber-Lenkventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Verdrehwinkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle durch eine formschlüssige Kontur zwischen den beiden Wellen begrenzt ist.

10. Drehschieber-Lenkventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen Kugeln angeordnet sind.

11. Drehschieber-Lenkventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln federbelastet sind.

12. Drehschieber-Lenkventil nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Kugeln in der Stirnflächenebene einstellbar ist.