DE19737253C2 - Hydraulische Steuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuervorrich­ tung mit einer verstellbaren Drossel, die einen inneren Drehschieber mit inneren Steueröffnungen in seiner Um­ fangswand, die als Schlitze ausgebildet sind, und einen relativ zu diesem verdrehbaren äußeren Drehschieber mit äußeren Steueröffnungen in seiner Umfangswand aufweist, wobei die Einheit aus den beiden Drehschiebern in einem Gehäuse drehbar angeordnet ist und die Steueröffnungen in der Neutralstellung einander gegenüberliegen.

Eine derartige hydraulische Steuervorrichtung ist bei­ spielsweise aus DE 31 26 040 A1 bekannt. Hier sind die Steueröffnungen in den Umfangswänden der jeweiligen Drehschieber durch Schlitze gebildet, die von einer Stirnseite der Drehschieber ausgehen. In der Neutral­ stellung befinden sich diese Schlitze in Überdeckung. Hierbei sind an den Steueröffnungen des inneren Dreh­ schiebers Verbreiterungen vorgesehen, die an der Außen­ seite des inneren Drehschiebers angeordnet sind. Da­ durch ergeben sich veränderliche Strömungswiderstände, wenn die Drehschieber gegeneinander verdreht werden. Der Strömungswiderstand wird um so größer, je weiter die beiden Drehschieber gegeneinander verdreht werden.

Derartige Steuervorrichtungen werden beispielsweise in hydraulischen Lenkeinheiten verwendet. Wenn, wie im be­ kannten Fall, die Steueröffnungen in der Neutralstel­ lung einander gegenüberliegen und damit den geringsten Druckabfall verursachen, spricht man von einer "open center"-Einheit.

Die beiden Drehschieber sind einerseits gegeneinander verdrehbar. Andererseits ist auch die Einheit aus den beiden Drehschiebern in einem Gehäuse verdrehbar, bei­ spielsweise um den Druck und die Richtung der Hydrau­ likflüssigkeit in einer derartigen Lenkeinheit zu be­ stimmen.

Hierbei tritt nun das Problem auf, daß sich der äußere Steuerschieber im Gehäuse verklemmen kann, beispiels­ weise dann, wenn der Druck im Innern der Drehschieber zu groß wird. Dies wird unter anderem auf die Tatsache zurückgeführt, daß das eine axiale Ende des äußeren Drehschiebers durch die Schlitze, die die Steueröffnun­ gen bilden, geschwächt ist. Zwischen den Schlitzen lie­ gen dann "Beine", die nur an einem Ende aufgehängt sind und sich deswegen bei einer Druckbeaufschlagung aufspreizen.

Um diesem Problem abzuhelfen, ist es in DE 33 02 001 A1 vorgeschlagen worden, das Ende des Drehschiebers mit einem zusätzlichen Ring zu versehen, so daß wieder bei­ de Enden der "Beine" festgehalten werden und eine Aus­ dehnung nur in der Mitte der "Beine" möglich ist. Diese Vorgehensweise hat das Problem zwar weitgehend ent­ schärft. Es kommt allerdings hier ein zusätzlicher Pro­ duktionsschritt hinzu, nämlich das Befestigen des Rin­ ges, der die Herstellung verteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer­ vorrichtung so weiter zu bilden, daß sie preisgünstig herstellbar ist und trotzdem das Klemmen vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Steuervor­ richtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß die äußeren Steueröffnungen jeweils gebildet sind durch eine im wesentlichen radial verlau­ fende Bohrung, die einen Teil der Umfangswand durch­ setzt, und einen sich daran anschließenden Abschnitt mit vermindertem Strömungsquerschnitt, wobei zwischen dem stirnseitigen Ende des Steuerschiebers und dem Be­ ginn der Bohrung ein Steg verbleibt.

Durch diese Ausgestaltung erreicht man mehrere Vortei­ le: Die Bohrungen lassen sich bei der Produktion rela­ tiv einfach herstellen. Es ist lediglich notwendig, ein Bohrwerkzeug von der radialen Außenseite her anzusetzen und die Bohrung zu erzeugen. Gleichzeitig verbleibt aber am äußeren Steuerschieber im Bereich seiner den Steueröffnungen benachbarten Stirnseite zumindest ein Steg. Dieser Steg ist der Bereich zwischen dem stirn­ seitigen Ende und dem Beginn der Bohrung. Es erfolgt also kein Auftrennen des Drehschiebers in diesem Be­ reich, so daß sich der Drehschieber hier nicht ausdeh­ nen kann. Die Befestigung eines zusätzlichen Bauteiles ist hier also nicht notwendig. Da sich an die Bohrung ein Abschnitt mit vermindertem Strömungsquerschnitt an­ schließt, kann die Bohrung selbst einen relativ großen Durchmesser haben, d. h. der Durchmesser kann größer sein als die Breite der Schlitze bei der bisher bekann­ ten Steuervorrichtung. Dies hat dann überraschenderwei­ se zu dem Ergebnis geführt, daß die Drosselcharakteri­ stik der Steuervorrichtung eine geringere Viskositäts­ abhängigkeit zeigt als die bisher bekannte Steuervor­ richtung. Man führt dies darauf zurück, daß die Hydrau­ likflüssigkeit nur noch einen relativ kurzen Weg in ei­ nem engen Bereich zurücklegen muß, der im Hinblick auf die Viskositätsabhängigkeit des Strömungswiderstandes weniger kritisch ist. Darüber hinaus läßt sich mit die­ ser Ausgestaltung insgesamt ein geringerer Druckabfall in der Neutralstellung erreichen, was wiederum zu ge­ ringeren Geräuschen führt. Insgesamt ergibt sich also nicht nur eine vereinfachte Herstellung, sondern auch ein besseres Betriebsverhalten, wobei sich letzteres durch die konstruktive Ausbildung ergeben hat.

Vorzugsweise ist die Bohrung als Zylinderbohrung mit konstantem Querschnitt und konischer Spitze ausgebil­ det. Man kann also einen ganz normalen Bohrer verwen­ den, ohne auf Spezialwerkzeug angewiesen zu sein. Durch die Wahl des Durchmessers der Bohrung läßt sich der Strömungswiderstand relativ genau und reproduzierbar vorherbestimmen.

Vorzugsweise ist der Abschnitt mit vermindertem Strö­ mungsquerschnitt durch einen auf der Innenseite der Um­ fangswand verlaufenden Schlitz gebildet. Ein derartiger Schlitz läßt sich mit relativ geringer Breite herstel­ len, da er nicht sehr tief sein muß. An den Schlitz kann sich dann zu beiden Seiten die verbleibende Innen­ seite der Umfangswand anschließen, die mit der Außen­ seite der Umfangswand des inneren Drehschiebers eine Dichtungszone bildet. Der Schlitz kann eine geringere Breite aufweisen als im bekannten Fall. Er kann aber auch genauso breit bleiben, da er dann in der Neutral­ stellung einen geringeren Strömungwiderstand bildet. Die Drosselwirkung ergibt sich dann, wie im bekannten Fall auch, durch eine teilweise Abdeckung der Steuer­ öffnungen durch den jeweils anderen Drehschieber. Diese Steuerungscharakteristik wird dann weitgehend beibehal­ ten, so daß man die neue Steuervorrichtung auch in be­ reits existierenden hydraulischen Anordnungen nachrü­ sten kann oder die neue Steuervorrichtung als Ersatz­ teil verwenden kann.

Vorzugsweise verläuft der Schlitz in Axialrichtung. Da­ mit ergibt sich ein symmetrisches Betriebsverhalten, d. h. es ergeben sich gleiche Drosselwirkungen in beiden relativen Drehrichtungen der beiden Drehschieber.

Vorzugsweise erstreckt sich der Schlitz über den Durch­ messer der Bohrung hinaus in zumindest eine Richtung. Man kann dann durch eine Dimensionierung dieses Schlit­ zes, beispielsweise die Wahl der Höhe und die Wahl der Breite sowie die Wahl der Länge des Schlitzes die Dros­ selwirkung bestimmen, die bei einer völligen oder teil­ weisen Abdeckung des Schlitzes durch den inneren Dreh­ schieber verursacht wird. Da sich die Maße des Schlit­ zes relativ leicht verändern lassen, erreicht man hier­ durch eine hohe Flexibilität bei der Produktion.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorge­ sehen, daß sich der Querschnitt des Abschnitts mit ver­ mindertem Strömungsquerschnitt von der Mündung der Boh­ rung zur Innenseite der Umfangswand hin vergrößert. Bei Verwendung eines Schlitzes weitet diese sich auf. Man kann nun den Abschnitt mit vermindertem Strömungsquer­ schnitt gleichzeitig dazu verwenden, die Drosselcharak­ teristik bei der Relativdrehung der beiden Drehschieber zu verändern. Da bei der Ausbildung mit Schlitz die In­ nenseite der Umfangswand des äußeren Drehschiebers oh­ nehin bearbeitet werden muß, um den Schlitz zu erzeu­ gen, bereitet es keine Schwierigkeit, auch eine zusätz­ liche Verbreiterung des Schlitzes vorzusehen. Das glei­ che gilt in entsprechender Weise auch für andere Aus­ bildungen des Abschnitts mit vermindertem Strömungs­ querschnitt.

Hierbei ist von Vorteil, daß die Steueröffnungen des inneren Drehschiebers die Umfangswand mit einer gleich­ bleibenden Form durchsetzen. Eine Bearbeitung der Au­ ßenseite der Umfangswand des inneren Drehschiebers ist nicht mehr notwendig. Die Drosselcharakteristik, die sich beim Verdrehen der beiden Drehschieber relativ zu­ einander ergibt, wird dann ausschließlich durch die Vergrößerung des Abschnitts mit vermindertem Strömungs­ querschnitt, beispielsweise die Verbreiterung des Schlitzes, bewirkt. Dies vereinfacht die Herstellung.

Vorzugsweise ist der Abschnitt mit vermindertem Strö­ mungsquerschnitt gefräst. Diese Herstellungsweise bie­ tet sich vor allem bei der Ausbildung eines Schlitzes an. Da der Schlitz nicht sehr tief sein muß, läßt sich das Fräsen relativ einfach bewerkstelligen. Da der Frä­ ser in diesem Fall kurz sein kann, läßt sich der Schlitz sehr genau fertigen.

In einer alternativen Ausgestaltung ist der Abschnitt mit vermindertem Strömungsquerschnitt durch Funkenero­ sionsverfahren in die Umfangswand eingeformt. Diese Herstellungsweise bietet sich immer dann an, wenn es sich um eine etwas kompliziertere Form handelt, bei­ spielsweise dann, wenn der Abschnitt mit vermindertem Strömungsquerschnitt sich in Richtung auf die Innensei­ te der Umfangswand des äußeren Drehschiebers vergrö­ ßert.

Vorteilhafterweise ist neben der Bohrung in Axialrich­ tung mindestens eine weitere gleichartige Bohrung ange­ ordnet. Damit wird der Drosselwiderstand in der Neu­ tralstellung weiter herabgesetzt. Die Bohrung ist gleichartig zu der zuvor beschriebenen, d. h. an sie schließt sich wiederum ein Abschnitt mit vermindertem Strömungsquerschnitt an. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Bohrungen verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugten Aus­ führungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung be­ schrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung einer hydraulischen Steuervorrichtung in Neutralstellung,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Steuervorrichtung in Drosselstellung,

Fig. 3 einen Axialschnitt in Teilansicht,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Außenseite eines äu­ ßeren Drehschiebers,

Fig. 5 eine Steuervorrichtung einer zweiten Ausge­ staltung entsprechend der Darstellung in Fig. 1 und

Fig. 6 die Steuervorrichtung nach Fig. 5 in der Dar­ stellung nach Fig. 2.

Eine Steuervorrichtung 1 weist einen inneren Drehschie­ ber und einen äußeren Drehschieber 3 auf, die relativ zueinander verdrehbar sind und zwar aus der in Fig. 1 dargestellten Neutralstellung in die in Fig. 2 darge­ stellte maximale Drosselstellung. Eine Verdrehung ist selbstverständlich auch in die entgegengesetzte Rich­ tung möglich.

Der innere Drehschieber 2 weist Steueröffnungen auf, die durch Schlitze 4 gebildet sind, die sich zur Außen­ seite der Umfangswand des Drehschiebers 2 hin erweitern und hier Ausnehmungen 5 bilden. An die Ausnehmungen 5 schließt sich eine Dichtfläche 6 in Umfangsrichtung an, an der der innere Drehschieber 2 am äußeren Drehschie­ ber 3 anliegt.

Die Schlitze 4 des inneren Drehschiebers 2 gehen hier­ bei in nicht näher dargestellter Weise von einer Stirn­ seite des Drehschiebers 2 aus.

Der äußere Drehschieber 3 weist ebenfalls Steueröffnun­ gen auf, die im vorliegenden Fall durch Zylinderbohrun­ gen 7 gebildet sind, die mit konstantem Durchmesser ei­ nen Teil der Umfangswand 8 des Drehschiebers 3 durch­ setzen. Die Bohrung 7 hat an ihrem inneren Ende eine konische Spitze 9.

Im Bereich dieser konischen Spitze 9 ist ein in Axial­ richtung verlaufende Schlitz 10 in die Innenseite der Umfangswand 8 des äußeren Drehschiebers 3 eingeformt. Dieser Schlitz 10 ist so tief, daß er sich in die Boh­ rung 7 öffnet. Der Schlitz 10 weist eine Breite auf, die kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 7. Er bildet daher einen Abschnitt mit vermindertem Strö­ mungsquerschnitt.

In Axialrichtung neben der Bohrung 7 ist eine gleichar­ tige Bohrung 11 angeordnet. Der Schlitz 10 erstreckt sich über diese Bohrung 11 hinweg und öffnet sich auch in diese Bohrung 11.

In der in Fig. 1 dargestellten Neutralstellung liegt der Schlitz 10 des äußeren Drehschiebers 3 dem Schlitz 4 des inneren Drehschiebers 2 gegenüber. Aufgrund des relativ großen Durchmessers der Bohrung 7 und des ent­ sprechend großen Durchmessers der Bohrung 11 gibt es nur einen relativ kleinen Druckabfall für die Hydrau­ likflüssigkeit beim Passieren des äußeren Drehschiebers 3. Der Druckabfall am inneren Drehschieber 2 ist mit dem einer herkömmlichen Steuervorrichtung vergleichbar. Insgesamt ergibt sich aber ein geringerer Druckabfall und damit weniger Geräusch in der Neutralstellung. Dar­ über hinaus vermindert sich die Viskositätsabhängigkeit der Drosselung bei dieser Ausgestaltung.

Wird nun der innere Drehschieber 2 gegenüber dem äuße­ ren Drehschieber 3 (oder umgekehrt) verdreht, dann ver­ mindert sich die Tiefe der Ausnehmung 5 in dem Bereich, der dem Schlitz 10 gegenüberliegt. Mit zunehmendem Ver­ drehwinkel erhöht sich also der Drosselwiderstand. In dieser Ausgestaltung wird der Drosselwiderstand haupt­ sächlich durch die Tiefe der Ausnehmung 5 an der jewei­ ligen Position bestimmt. In der der Neutralstellung be­ nachbarten Zone hat die Ausnehmung 5 noch eine relativ große Tiefe, so daß es von nicht also großer Bedeutung ist, wenn sich die beiden Drehschieber 2, 3 nicht genau in Neutralstellung befinden. Die Drossel hat dann prak­ tisch noch den gleichen Widerstand wie in der Neutral­ stellung selbst.

Die Herstellung der Steuervorrichtung ist relativ ein­ fach. Während der innere Drehschieber 2 wie herkömmlich gefertigt werden kann, also unter Ausbildung von Schlitzen, die von einem stirnseitigen Ende ausgehen, ist es zur Ausbildung der Steueröffnungen in dem äuße­ ren Drehschieber lediglich notwendig, Bohrungen 7, 11 von der radialen Außenseite in die Umfangswand 8 des äußeren Drehschiebers 3 einzubringen. Dadurch verblei­ ben am äußeren Drehschieber 3 im Bereich seiner den Bohrungen 7, 11 benachbarten Stirnseite 12 Stege 14 zwischen dem stirnseitigen Ende 12 des äußeren Dreh­ schiebers 3 und dem Beginn der Bohrungen 7, 11. Ferner ist es notwendig, die Schlitze 10 zu erzeugen. Beides läßt sich mit herkömmlichen Werkzeugen ohne größere Schwierigkeiten und mit einer ausreichenden Genauigkeit bewerkstelligen. Insgesamt verliert der äußere Dreh­ schieber dadurch aber nicht an Festigkeit, so daß es weniger leicht zu einem Klemmen in einem nicht näher dargestellten Gehäuse kommen kann, in dem der äußere Drehschieber 3 drehbar gelagert ist.

Der Schlitz 10 kann nicht nur gefräst werden, er kann auch durch Funkenerosionsverfahren hergestellt werden.

Eine derartige Herstellungsweise bietet sich insbeson­ dere an bei der Ausgestaltung, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Hierbei sind entsprechende Teile mit gestrichenen Bezugszeichen versehen.

Der innere Drehschieber 2' weist nun keine Ausnehmungen mehr an seinem Umfang auf. Seine Umfangswand ist nun­ mehr zylinderförmig ausgebildet, wenn man von den Schlitzen 4 absieht.

Die Ausnehmungen 5' sind nun in den äußeren Drehschie­ ber 3' verlagert. Sie werden dadurch erzeugt, daß sich der Schlitz 10' in Richtung auf die Innenseite der Um­ fangswand 8' des äußeren Drehschiebers 3' hin erwei­ tert. Hierbei bleibt die Funktion die gleiche, nämlich die stärkere oder schwächere Abdeckung der Mündung des Schlitzes 4' durch die mehr oder weniger tiefe Ausneh­ mung 5', wobei die Tiefe dieser Ausnehmung drehwin­ kelabhängig ist.

Ansonsten entspricht die Ausgestaltung nach den Fig. 5 und 6 der der Fig. 1 bis 4, d. h. die Steueröffnungen im äußeren Drehschieber 3' sind durch Bohrungen 7' gebil­ det, die in den Schlitz 10' übergehen.

Auch hier erfolgt die Herstellung der Bohrungen 7' durch herkömmliche Bohrer mit einer konisch verlaufen­ den Spitze und die Ausbildung des Schlitzes 10' mit der sich daran anschließenden Erweiterung, die später die Ausnehmung 5' bildet, durch ein Funkenerosionsverfah­ ren. Zwischen den Ausnehmungen 5' auf der Innenseite des äußeren Schiebers 3' ergibt sich dann die Dichtflä­ che 6'.

Claims (10)

1. Hydraulische Steuervorrichtung mit einer verstell­ baren Drossel, die einen inneren Drehschieber mit inneren Steueröffnungen in seiner Umfangswand, die als Schlitze ausgebildet sind, und einen relativ zu diesem verdrehbaren äußeren Drehschieber mit äuße­ ren Steueröffnungen in seiner Umfangswand aufweist, wobei die Einheit aus den beiden Drehschiebern in einem Gehäuse drehbar angeordnet ist und die Steu­ eröffnungen in der Neutralstellung einander gegen­ überliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Steueröffnungen jeweils gebildet sind durch eine im wesentlichen radial verlaufende Bohrung (7, 11; 7'), die einen Teil der Umfangswand (8, 8') durch­ setzt, und einen sich daran anschließenden Ab­ schnitt (10, 10') mit vermindertem Strömungsquer­ schnitt, wobei zwischen dem stirnseitigen Ende (12) des Steuerschiebers (3) und dem Beginn (13) der Bohrung (7, 11; 7') ein Steg (14) verbleibt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (7, 11; 7') als Zylinder­ bohrung mit konstantem Querschnitt und konischer Spitze (9) ausgebildet ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit vermindertem Strömungsquerschnitt durch einen auf der Innenseite der Umfangswand (8, 8') verlaufenden Schlitz (10') gebildet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitz (10, 10') in Axialrich­ tung verläuft.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (10, 10') über den Durchmesser der Bohrung (7, 11; 7') hinaus in zumindest eine Richtung erstreckt.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Abschnitts mit vermindertem Strömungsquer­ schnitt von der Mündung der Bohrung (7, 11; 7') zur Innenseite der Umfangswand (8, 8') hin vergrößert.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steueröffnungen des inneren Dreh­ schiebers (2, 2') die Umfangswand mit einer gleich­ bleibenden Form durchsetzen.

8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit ver­ mindertem Strömungsquerschnitt gefräst ist.

9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit ver­ mindertem Strömungsquerschnitt durch Funkenerosi­ onsverfahren in die Umfangswand (8, 8') eingeformt ist.

10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Bohrung (7) in Axialrichtung mindestens eine weitere gleichar­ tige Bohrung (11) angeordnet ist.