DE19755633A1 - Drehschieberventil für Servolenkungen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehschieberventil für Servolenkungen sowie ein Verfahren und eine neuartige Schleifscheibe zu dessen Herstellung.

Drehschieberventile für Servolenkungen bei Kraftfahrzeugen umfassen einen Drehschieber mit üblicherweise 6 Steuernuten. Dieser Drehschieber wird in einer Steuerbüchse verdreht, wo­ bei die normalerweise offenen Steuernuten einseitig geschlos­ sen werden und dadurch das hydraulische Steuersignal aufbau­ en. Derartige Drehschieberventile sind aus der Praxis be­ kannt.

Der Drehschieber eines entsprechenden Ventils trägt einen zy­ lindrischen Abschnitt, der später in der Steuerbüchse ange­ ordnet ist. In diesen zylindrischen Abschnitt werden von au­ ßen her die Steuernuten eingefräst, so daß sich eine Steuer­ nut jeweils in Längsrichtung des Drehschiebers erstreckt. Der Querschnitt der Steuernut in Längsrichtung ist üblicherweise sichelförmig. Der Nutengrund und die Nutenflanken weisen nach diesem Bearbeitungsschritt die Oberflächenqualität von übli­ chen Frästeilen auf. Im Bereich der Nutenflanken und insbe­ sondere der Kanten zwischen den Nutenflanken und der Mantel­ fläche des Schaftabschnitts muß die Oberfläche durch Schlei­ fen feinbearbeitet werden, um eine ausreichende Präzision zu gewährleisten. Zu diesem Zweck werden die gefrästen Nuten­ flanken mit einer Schleifscheibe geschliffen, wobei sich die Nutbreite um rund 0,5 mm vergrößert. Die zum Fertigschleifen der Steuernute verwendeten Schleifscheiben haben einen recht­ eckigen Querschnitt, so daß der Übergang zwischen der ge­ schliffenen Kontur in der Steuernut und der gefrästen Kontur unter Bildung einer Schulterfläche jeweils rechtwinklig ist. An dem rechten Winkel zwischen der gefrästen Nutenflanke und der geschliffenen Kontur entsteht hierbei ein Grat mit einer stabilen Gratwurzel, dessen Entfernung einen kostenintensiven Fertigungsschritt darstellt. Weitere Probleme bei herkömmli­ chen Drehschieberventilen sind die aufgrund der rechtwinkli­ gen Konturen deutlich vernehmbaren Strömungsgeräusche der Hy­ draulikflüssigkeit im Betrieb.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ferti­ gen von Drehschiebern für Drehschieberventile zu schaffen, das weniger aufwendig ist. Weiterhin ist Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, ein Drehschieberventil mit geringeren Strö­ mungsgeräuschen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird von einem Drehschieberventil mit den Merk­ malen des Anspruchs 1, von einem Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie von einer Schleifscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Weil die Schulterfläche mit der angrenzenden ersten Nuten­ flanke einen Winkel α von mehr als 90° einschließt oder die Schulterfläche unmittelbar in den Nutengrund übergeht, ent­ steht beim Fertigschleifen der Steuernuten nur loser Flitter­ grat. Bei geeigneter Wahl der Materialien und des Winkels α kann sogar völlig gratfrei gearbeitet werden.

Es ist je nach Konfiguration vorteilhaft, wenn der Winkel α in einem Bereich von 100° bis 170° und vorzugsweise zwischen 115° und 150° liegt, wobei der Winkel α im unmittelbaren Grenzbereich zwischen der gefrästen Kontur und der geschlif­ fenen Kontur der Steuernut gemessen wird. Wenn die erste, üb­ licherweise durch Fräsen gefertigte Nutenflanke und die zwei­ te, in der Fertigbearbeitung erzeugte Nutenflanke im wesent­ lichen parallel zueinander verlaufen, ist ein Winkel α im Be­ reich von etwa 130° besonders vorteilhaft. Gute Ergebnisse hinsichtlich der erzielbaren Präzision ergeben sich, wenn so­ wohl die zweite Nutenflanke als auch die Schulterfläche mit­ tels Schleifen erzeugt sind. Außerdem ist im Betrieb von Vor­ teil, wenn die Höhe der ersten, gefrästen Nutenflanke zumin­ dest abschnittsweise kleiner ist als die Höhe der zweiten, fertig bearbeiteten Nutenflanke in radialer Richtung, weil dann günstige Strömungsverhältnisse in der Steuernut entste­ hen. Eine gratfreie Fertigung ist besonders zuverlässig er­ zielbar, wenn die beiden ersten, gefrästen Nutenflanken jeder Steuernut zum Nutengrund hin konvergieren. Beispielsweise können die Nutenflanken in einem Winkel von etwa 45° gegen die in Axialrichtung des Drehschiebers verlaufende Symme­ trieebene der jeweiligen Steuernut geneigt sein.

Weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Schleifen derart ausgeführt wird, daß die jeweilige zweite Nutenflanke über die zugeordnete Schulterfläche unter einem Winkel von mehr als 90° in die erste Nutenflanke oder unmittelbar in den Nutengrund übergeht, ist die Entstehung von Grat mit einer stabilen Gratwurzel sicher vermieden. Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, daß der Winkel im Bereich von 110° bis 160° liegt.

Weil bei einer erfindungsgemäßen Schleifscheibe zum Fertig­ schleifen von Steuernuten für Drehschieberventile der Schei­ benaustrittswinkel β beidseitig jeweils in einem Bereich von 100° bis 170°, vorzugsweise 110° bis 160° und insbesondere rund 135° beträgt, werden ebenfalls die Übergänge zwischen der gefrästen Kontur und der geschliffenen Kontur der Steuer­ nut gratfrei oder mit losem Flittergrat gefertigt. Hierbei ist von Vorteil, wenn zwischen den Scheibenaustrittswinkeln eine Freimachung vorgesehen ist, die beim Schleifen Kühlmit­ tel und Schmiermittel in die Steuernut einziehen kann. Vor­ teilhaft ist eine Freimachung mit einem Radius von 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise etwa 3 mm bis 5 mm. Hierdurch wird eine be­ sonders lange Scheibenstandzeit erreicht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen Drehschieber in einem Querschnitt im Be­ reich der Steuernuten;

Fig. 2 eine Steuernut in einer Draufsicht;

Fig. 3 eine Steuernut des Drehschiebers gemäß Fig. 1 im Querschnitt in einer vergrößerten Darstellung;

Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer Steuernut in einer Darstellung entsprechend Fig. 3; sowie

Fig. 5 eine Schleifscheibe zur Fertigung der Steuernuten gemäß Fig. 3 und Fig. 4, in einem Querschnitt.

In der Fig. 1 ist ein Drehschieber in einem Querschnitt dar­ gestellt, wobei die Axialrichtung des Drehschiebers senkrecht auf der Zeichenebene steht. Der Drehschieber 1 trägt insge­ samt sechs Steuernuten 2 und eine zentrische Durchgangsboh­ rung 3, die im Einbauzustand einen nicht dargestellten Dreh­ stab aufnimmt und außerdem einen Kanal für Hydraulikflüssig­ keit bildet. Die Steuernuten 2 sind gleichwinklig am Umfang des Drehschiebers 1 im Abstand von jeweils 60° zueinander verteilt. Insgesamt drei Steuernuten 2 weisen einen mit der Bohrung 3 kommunizierenden Kanal 4 auf, der für die Versor­ gung der Steuernuten mit Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist.

Jede Steuernut umfaßt einen Nutengrund 5 sowie zwei erste Nu­ tenflanken 6, die durch Fräsen gefertigt sind. An die jewei­ lige gefräste erste Nutenflanke 6 schließt sich eine ge­ schliffene Schulterfläche 7 und wiederum daran eine geschlif­ fene zweite Nutenflanke 8 an. Im Bereich der Nutenöffnung ge­ hen die zweiten Nutenflanken in einem rechten Winkel in je­ weils eine Steuerfase 9 über. Der 90°-Winkel zwischen der zweiten Nutenflanke 8 und der Steuerfase 9 bildet jeweils ei­ ne Steuerkante 10. Zwischen den Steuerfasen 9 jeweils benach­ barter Steuernuten 2 erstreckt sich eine Mantelfläche 11 des kreiszylindrischen Schaftabschnitts des Drehschiebers 1.
In der Fig. 2 ist eine der Steuernuten 2 in einer Draufsicht in radialer Richtung dargestellt. Die Steuernut 2 umfaßt auch hier den Kanal 4, den Nutengrund 5, die (in dieser Draufsicht nur als Kante dargestellten) Nutenflanken 6 sowie zweiten Nu­ tenflanken 8, die zwischen den ersten Nutenflanken 6 und den zweiten Nutenflanken 8 angeordneten Schulterflächen 7, die Steuerfasen 9 sowie die Mantelfläche 11. Der Drehschieber 1 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Mittenachse 12, die in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine einzelne Steu­ ernut in einer vergrößerten Darstellung. Gleiche Elemente der Steuernut sind mit denselben Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet. Im einzelnen ist die Steuernut gemäß Fig. 3 zunächst mittels Fräsen in den Drehschieber 1 eingesto­ chen. Dabei wird der Nutengrund 5 und die erste Nutenflanke 6 erzeugt. Die gefräste Nutenbreite zwischen den beiden ersten Nutenflanken 6 ist um etwa 0,6 mm kleiner als die gewünschte Endabmessung. In der Fig. 3 ist mit gestrichelten Linien die Kontur einer Schleifscheibe 20 zur Fertigbearbeitung der Steuernut 2 angedeutet. Die Schleifscheibe 20 taucht in die Steuernut 2 ein und schleift die Nutenflanken 6 möglichst symmetrisch auf etwa ¾ der Flankenhöhe ab. Von jeder ersten Nutenflanke 6 wird unter Bildung der zweiten Nutenflanken 8 etwa 0,3 mm Material getragen. Die Schleifscheibe 20 ist in ihrer Kontur so gestaltet, daß sich ein beim Schleifen tra­ gender Bereich 21 ergibt, der in einem Winkel β von rund 135° gegenüber einer nicht schleifenden Seitenfläche 22 der Schleifscheibe 20 bildet. Dieser Winkel β ist der Scheiben­ austrittswinkel der Schleifscheibe 20.

Da die erste Nutenflanke 6 und auch die zweite Nutenflanke 8 jeweils parallel zur Eintauchrichtung der Schleifscheibe an­ geordnet sind, ergibt sich zwischen der Schulterfläche 7 und der ersten Nutenflanke 6 ein Übergangswinkel α, der dem Scheibenaustrittswinkel β mit 135° entspricht. Dieser Winkel α ist erfindungsgemäß größer als 90°, wodurch die fertigungs­ technische Bildung von stabilem, schwer zu entfernendem Grat zuverlässig verhindert wird.

In der Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Merkmale sind wie­ derum mit gleichen Bezugsziffern versehen. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Nutenflanke 6 abweichend von dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3 nicht gerade bis auf den Nutengrund herabgezogen, sondern bereits beim Einstechen mit­ tels Fräsen mit einer um 45° schrägen Auffüllung 25 gefer­ tigt, die dann in stumpfem Winkel an den Nutengrund 5 an­ schließt. Beim Fertigschleifen taucht nun die Schleifscheibe 20 wiederum in die Steuernut 2 ein, wodurch die zweiten Nu­ tenflanken 8 gebildet werden. Die Eintauchtiefe der Schleif­ scheibe 20 ist so groß, daß der Bereich 21 am Scheibenaus­ trittswinkel nur teilweise mit der Auffüllung 25 im Bereich der ersten Nutenflanken in Kontakt kommt. Hierdurch werden Stirnflächen 7 gebildet, die gegenüber den zweiten Nutenflan­ ken 8 denselben Winkel y gegenüber den zweiten Nutenflanken 8 geneigt ist, vergrößert sich der Übergangswinkel α zwischen der Stirnfläche 7 und der angrenzenden ersten Nutenflanke 6 im Bereich der Auffüllung 25 um eben diesen Winkel auf etwa 160° bis 170°. Bei einem so großen Winkel α ist die Entste­ hung eines fertigungstechnisch bedingten Grates praktisch un­ abhängig von dem verwendeten Material ausgeschlossen. Statt einer Auffüllung zwischen der ersten Nutenflanke und dem Nutengrund kann der Nutengrund auch gewölbt sein, wodurch ein äquivalenter Effekt eintritt.

Die Fig. 5 zeigt schließlich die Schleifscheibe 20, die bei dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren zur Anwendung kommt. Die Schleifscheibe 20 umfaßt die Wirkfläche 21 und die Flanke 22, die bereits beschrieben wurden. Zwischen den bei­ den seitlichen, im Winkel von 135° gegen die Mittenachse an­ geordneten Wirkflächen 21 ist eine Freimachung 26 vorgesehen, die eine weitgehend beliebige Kontur aufweisen kann. Derzeit ist bevorzugt, die Kontur rund mit einem Radius von etwa 3-­ 5 mm anzulegen. Die Schleifscheibe 20 wird in ihrer Kontur zunächst aus Stahl gefertigt und sodann mit dem Schleifmittel beschichtet. Bei der Verwendung der Schleifscheibe gemäß Fig. 5 zum Fertigen von Steuernuten taucht die Schleifscheibe 20 mit ihren Wirkflächen 21 in die gefräste Steuernut ein und bildet dabei sowohl die zweiten Nutenflanken 8 als auch die Schulterflächen 7 in der erforderlichen, geschliffenen Quali­ tät. Die Freimachung 26 ermöglicht es dabei, daß auch bei großen Eintauchtiefen der Schleifscheibe 20 in die Nut 2 im Bereich der Freimachung 26 Kühlmittel und Schmiermittel in die Steuernut eingezogen wird. Durch diese Freimachung 26 er­ höht sich die Standzeit der Schleifscheiben etwa auf das Vierfache. Bei herkömmlichen Schleifscheiben mit rechteckigem Querschnitt kommt es in der Praxis zu einem Abriß des Kühl­ mittelflusses, sobald die Schleifscheibe bis zur vorgesehenen Maximaltiefe in die Steuernut eintaucht. Hierdurch wird der Verschleiß der Schleifscheibe besonders groß.

Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren hat also den Vor­ teil, daß aufgrund des Winkels α von mehr als 90° die Entste­ hung von festem, schwer zu entfernendem Grat praktisch ausge­ schlossen ist. Die Nachbearbeitung der geschliffenen Dreh­ schieber während der Fertigung wird wesentlich rationeller. Der Winkel α ist außerdem im Betrieb der Servolenkung eine umströmte Kante, die bei herkömmlichen Servolenkungen zu deutlicher Geräuschentwicklung führt. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Winkel α vermindert auch diese Strömungsgeräu­ sche, so daß sich ein insgesamt günstigeres Geräuschniveau einstellt. Schließlich sind die erfindungsgemäßen Schleif­ scheiben so gestaltet, daß auch bei tiefen Eintauchen der Schleifscheibe in die zu schleifende Steuernut der Kühlmit­ telfluß nicht abreißt und sich deshalb große Standzeiten er­ geben.

Claims (11)

1. Drehschieberventil für Servolenkungen, mit einem im we­ sentlichen rotationssymmetrischen Drehschieber (1), der einen im wesentlichen kreiszylindrischen Ventilabschnitt (11) sowie eine Anzahl von Steuernuten (2) aufweist, die in den Ventilabschnitt (11) eingebracht sind, wobei die Steuernuten (2) jeweils einen Nutengrund (5) und erste Nutenflanken (6, 25) sowie zweite Nutenflanken (8) aufwei­ sen, wobei außerdem die ersten Nutenflanken (6, 25) an den Nutengrund (5) angrenzen und zwischen den ersten Nuten­ flanken (5, 26) und den zweiten Nutenflanken (8) jeweils eine die beiden Nutenflanken (6, 8, 25) verbindende Schulterfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterfläche (7) mit der angrenzenden ersten Nutenflanke (6, 25) einen Winkel α von mehr als 90° einschließt oder die Schulterfläche (7) unmittelbar in den Nutengrund (5) übergeht.

2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α in einem Bereich von 100° bis 170°, vorzugsweise zwischen 115° und 155° liegt.

3. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α etwa 135° beträgt.

4. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Nutenflanke (8) und die Schulterfläche (7) mittels Schleifen erzeugt sind.

5. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe der ersten Nutenflanke (6) zumindest ab­ schnittsweise kleiner als die radiale Höhe der zweiten Nutenflanke (8) ist.

6. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Nutenflanken (6, 25) jeder Steuernut (2) zum Nutengrund (5) hin konvergieren.

7. Verfahren zur Herstellung eines Drehschieberventils für Servolenkungen, mit folgenden Schritten:

• - Erzeugen von Steuernuten (2) in dem Drehschieber (1), mit jeweils einem Nutengrund (5) und ersten Nutenflanken (6);
• - Einführen einer Schleifscheibe (20) in die Steuernuten (2) und Schleifen der ersten Nutenflanken (6) auf eine größere Nutenbreite unter Bildung von zweiten Nutenflan­ ken (8) sowie Schulterflächen (7);
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - das Schleifen derart ausgeführt wird, daß die jeweilige zweite Nutenflanke (8) über die zugeordnete Schulterflä­ che (7) unter einem Winkel von mehr als 90° in die erste Nutenflanke (6, 25) oder unmittelbar in den Nutengrund (5) übergeht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 110° bis 160° beträgt.

9. Schleifscheibe zum Fertigschleifen von Steuernuten für Drehschieberventile, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenaustrittswinkel β beidseitig jeweils in einem Bereich von 100° bis 170°, vorzugsweise 110° bis 160° und insbesondere etwa 135° be­ trägt.

10. Schleifscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheibenaus­ trittswinkeln β eine Freimachung (26) vorgesehen ist.

11. Schleifscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Freimachung (26) einen Radius von 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise 3 mm bis 5 mm auf­ weist.