DE19755633B4

DE19755633B4 - Drehschieberventil mit geräuschmindernden Steuernuten und Verfahren und Schleifscheibe zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19755633B4
Application number: DE1997155633
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schmitz
Original assignee: ThyssenKrupp Presta Steertec GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: DE19755633A1

Abstract

Drehschieberventil für Servolenkungen, mit einem im wesentlichen 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) aufweisen, wobei außerdem die ersten Nutenflanken (6, 25) an den Nutengrund (5) angrenzen und zwischen den ersten Nutenflanken (6, 25) 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.

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, wobei die normalerweise offenen Steuernuten einseitig geschlossen werden und dadurch das hydraulische Steuersignal aufbauen. Derartige Drehschieberventile sind aus der Praxis bekannt.
Der Drehschieber eines entsprechenden Ventils trägt einen zylindrischen Abschnitt, der später in der Steuerbüchse angeordnet ist. In diesen zylindrischen Abschnitt werden von außen her die Steuernuten eingefräst, so daß sich eine Steuernut 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 insbesondere der Kanten zwischen den Nutenflanken und der Mantelfläche des Schaftabschnitts muß die Oberfläche durch Schleifen feinbearbeitet werden, um eine ausreichende Präzision zu gewährleisten. Zu diesem Zweck werden die gefrästen Nutenflanken mit einer Schleifscheibe geschliffen, wobei sich die Nutbreite um rund 0,5 mm vergrößert. Die zum Fertigschleifen der Steuernut verwendeten Schleifscheiben haben einen rechteckigen Querschnitt, so daß der Übergang zwischen der geschliffenen 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 herkömmlichen Drehschieberventilen sind die aufgrund der rechtwinkligen Konturen deutlich vernehmbaren Strömungsgeräusche der Hydraulikflüssigkeit im Betrieb.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 41 01 671 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drehschieberventils bekannt, bei der die Steuernuten mit einer Profilschleifscheibe geschliffen werden, die bereits die Grundform der fertigen Steuernut aufweist und die dadurch keine Gratbildung bewirken soll. Die damit geschliffene Steuernut weist abgerundete Konturen auf. Aus der DE 30 06 038 A1 ist ein Drehschieberventil für eine Servolenkung bekannt, bei dem Steuernuten mit einer Profilschleifscheibe in Umfangsrichtung des Drehschiebers eingebracht wird. Dieses Verfahren ist wegen des unterschiedlichen Eintauchens des Werkzeugs in das Werkstück nicht auf Drehschieberventile übertragbar, bei denen die Steuernuten parallel zur Drehachse des Drehschiebers verlaufen.
Schließlich ist aus der DE 12 60 337 B eine Vorrichtung zum Abrichten von Profilschleifscheiben zum Bearbeiten des Nutengrundes von Vielkeilwellen bekannt, bei der die Formgebung der Schleifscheibe so gestaltet wird, dass eine Nut mit einem kreisbogenförmigen Nutengrund und in einem Winkel zueinander stehenden gegenüberliegenden Nutenflanken geschliffen werden kann. Die dargestellte Profilschleifscheibe ist auf Grund der geometrischen Form für das Schleifen von Steuernuten in Drehschieberventilen nicht geeignet, da die Steuernuten bei einer geringen Breite eine relativ größere Tiefe aufweisen müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Fertigen von Drehschiebern für Drehschieberventile zu schaffen, das weniger aufwendig ist. Weiterhin ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehschieberventil mit geringeren Strömungsgeräuschen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird von einem Drehschieberventil mit den Merkmalen 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 Nutenflanke einen Winkel α von mehr als 90° einschließt oder die Schulterfläche unmittelbar in den Nutengrund übergeht, entsteht beim Fertigschleifen der Steuernuten nur loser Flittergrat. 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 geschliffenen Kontur der Steuernut gemessen wird. Wenn die erste, üblicherweise durch Fräsen gefertigte Nutenflanke und die zweite, in der Fertigbearbeitung erzeugte Nutenflanke im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, ist ein Winkel α im Bereich von etwa 130° besonders vorteilhaft. Gute Ergebnisse hinsichtlich der erzielbaren Präzision ergeben sich, wenn sowohl die zweite Nutenflanke als auch die Schulterfläche mittels Schleifen erzeugt sind. Außerdem ist im Betrieb von Vorteil, wenn die Höhe der ersten, gefrästen Nutenflanke zumindest abschnittsweise kleiner ist als die Höhe der zweiten, fertig bearbeiteten Nutenflanke in radialer Richtung, weil dann günstige Strömungsverhältnisse in der Steuernut entstehen. Eine gratfreie Fertigung ist besonders zuverlässig erzielbar, 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 Symmetrieebene 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 Fertigschleifen von Steuernuten für Drehschieberventile der Scheibenaustrittswinkel 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 Steuernut gratfrei oder mit loser Flittergrat gefertigt. Hierbei ist von Vorteil, wenn zwischen den Scheibenaustrittswinkeln eine Freimachung vorgesehen ist, die beim Schleifen Kühlmittel und Schmiermittel in die Steuernut einziehen kann. Vorteilhaft ist eine Freimachung mit einem Radius von 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise etwa 3 mm bis 5 mm. Hierdurch wird eine besonders lange Scheibenstandzeit erreicht.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1: Einen Drehschieber in einem Querschnitt im Bereich der Steuernuten;
2: eine Steuernut in einer Draufsicht;
3: eine Steuernut des Drehschiebers gemäß 1 im Querschnitt in einer vergrößerten Darstellung;
4: eine andere Ausführungsform einer Steuernut in einer Darstellung entsprechend 3; sowie
5: eine Schleifscheibe zur Fertigung der Steuernuten gemäß 3 und 4, in einem Querschnitt.
In der 1 ist ein Drehschieber in einem Querschnitt dargestellt, wobei die Axialrichtung des Drehschiebers senkrecht auf der Zeichenebene steht. Der Drehschieber 1 trägt insgesamt sechs Steuernuten 2 und eine zentrische Durchgangsbohrung 3, die im Einbauzustand einen nicht dargestellten Drehstab aufnimmt und außerdem einen Kanal für Hydraulikflüssigkeit 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 Versorgung der Steuernuten mit Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist.
Jede Steuernut umfaßt einen Nutengrund 5 sowie zwei erste Nutenflanken 6, die durch Fräsen gefertigt sind. An die jeweilige gefräste erste Nutenflanke 6 schließt sich eine geschliffene Schulterfläche 7 und wiederum daran eine geschliffene zweite Nutenflanke 8 an. Im Bereich der Nutenöffnung gehen die zweiten Nutenflanken in einem rechten Winkel in jeweils eine Steuerfase 9 über. Der 90°-Winkel zwischen der zweiten Nutenflanke 8 und der Steuerfase 9 bildet jeweils eine Steuerkante 10. Zwischen den Steuerfasen 9 jeweils benachbarter Steuernuten 2 erstreckt sich eine Mantelfläche 11 des kreiszylindrischen Schaftabschnitts des Drehschiebers 1.
In der 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 Nutenflanken 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 2 gestrichelt angedeutet ist.
Die 3 zeigt einen Querschnitt durch eine einzelne Steuernut in einer vergrößerten Darstellung. Gleiche Elemente der Steuernut sind mit denselben Bezugsziffern wie in den 1 und 2 bezeichnet. Im einzelnen ist die Steuernut gemäß 3 zunächst mittels Fräsen in den Drehschieber 1 eingestochen. 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 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 abgetragen. Die Schleifscheibe 20 ist in ihrer Kontur so gestaltet, daß sich ein beim Schleifen tragender 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 Scheibenaustrittswinkel der Schleifscheibe 20.
Da die erste Nutenflanke 6 und auch die zweite Nutenflanke 8 jeweils parallel zur Eintauchrichtung der Schleifscheibe angeordnet 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 fertigungstechnische Bildung von stabilem, schwer zu entfernendem Grat zuverlässig verhindert wird.
In der 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Merkmale sind wiederum mit gleichen Bezugsziffern versehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Nutenflanke 6 abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 nicht gerade bis auf den Nutengrund herabgezogen, sondern bereits beim Einstechen mittels Fräsen mit einer um 45° schrägen Auffüllung 25 gefertigt, die dann in stumpfem Winkel an den Nutengrund 5 anschließt. Beim Fertigschleifen taucht nun die Schleifscheibe 20 wiederum in die Steuernut 2 ein, wodurch die zweiten Nutenflanken 8 gebildet werden. Die Eintauchtiefe der Schleifscheibe 20 ist so groß, daß der Bereich 21 am Scheibenaustrittswinkel nur teilweise mit der Auffüllung 25 im Bereich der ersten Nutenflanken in Kontakt kommt. Hierdurch vergrö ßert 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 Entstehung eines fertigungstechnisch bedingten Grates praktisch unabhängig 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 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 beiden seitlichen, im Winkel von 135° gegen die Mittenachse angeordneten 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 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 Qualität. 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 erhöht sich die Standzeit der Schleifscheiben etwa auf das Vierfache. Bei herkömmlichen Schleifscheiben mit rechteckigem Querschnitt kommt es in der Praxis zu einem Abriß des Kühlmittelflusses, 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 Vorteil, daß aufgrund des Winkels α von mehr als 90° die Entstehung von festem, schwer zu entfernendem Grat praktisch ausgeschlossen ist. Die Nachbearbeitung der geschliffenen Drehschieber 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 Strömungsgeräusche, so daß sich ein insgesamt günstigeres Geräuschniveau einstellt. Schließlich sind die erfindungsgemäßen Schleifscheiben so gestaltet, daß auch bei tiefem Eintauchen der Schleifscheibe in die zu schleifende Steuernut der Kühlmittelfluß nicht abreißt und sich deshalb große Standzeiten ergeben.

Claims

Drehschieberventil für Servolenkungen, mit einem im wesentlichen 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) aufweisen, wobei außerdem die ersten Nutenflanken (6, 25) an den Nutengrund (5) angrenzen und zwischen den ersten Nutenflanken (6, 25) 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.
Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α in einem Bereich von 100° bis 170°, vorzugsweise zwischen 115° und 155° liegt.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α etwa 135° beträgt.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Nutenflanke (8) und die Schulterfläche (7) mittels Schleifen erzeugt sind.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe der ersten Nutenflanke (6) zumindest abschnittsweise kleiner als die radiale Höhe der zweiten Nutenflanke (8) ist.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Nutenflanken (6, 25) jeder Steuernut (2) zum Nutengrund (5) hin konvergieren.
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 Nutenflanken (8) sowie Schulterflächen (7); dadurch gekennzeichnet, daß – das Schleifen derart ausgeführt wird, daß die jeweilige zweite Nutenflanke (8) über die zugeordnete Schulterfläche (7) unter einem Winkel von mehr als 90° in die erste Nutenflanke (6, 25) oder unmittelbar in den Nutengrund (5) übergeht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 110° bis 160° beträgt.
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° beträgt.
Schleifscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheibenaustrittswinkeln β eine Freimachung (26) vorgesehen ist.
Schleifscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Freimachung (26) einen Radius von 2 mm bis 7 mm, vorzugsweise 3 mm bis 5 mm aufweist.