DE19928530A1 - Steuerventil für eine hydraulische Lenkeinrichtung - Google Patents
Steuerventil für eine hydraulische LenkeinrichtungInfo
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Abstract
Steuerventile der bekannten Art besitzen einen äußeren Ring zur radialen Sicherung des Federpaketes. DOLLAR A Dieser zusätzliche Ring ist aufwendig herzustellen und zu montieren und verteuert die gesamte Lenkeinrichtung. Es wird daher eine Steuerhülse vorgeschlagen, die einen inneren und integrierten Anschlag (19) besitzt, gegen den sich jedes Stützblatt (13) mit einer radialen Anschlagfläche (20) und jedes Federblatt (14) mit einer Anschlagfläche (21) abstützen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für eine
hydraulische Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Derartige Lenkeinrichtungen arbeiten vollhydraulisch und
werden vorzugsweise zum Lenken von schweren und langsam
fahrenden Fahrzeugen eingesetzt.
In der Hauptsache besteht die Lenkeinrichtung aus einem
Orbit-Verdränger mit einem innenverzahnten Außenring und
einem außenverzahnten, einen Zahn weniger aufweisenden
Rotor und einem, in ein Gehäuse eingepaßtes Drehschie
bersteuerventil. Das Drehschiebersteuerventil setzt sich
aus einer äußeren Steuerhülse und einem inneren Steuer
kolben zusammen und ist hydraulisch mit dem Orbit-Ver
dränger verbunden. Der innere Steuerkolben hat einer
seits mechanische Verbindung mit einem Lenkrad und ande
rerseits mit dem Rotor des Orbit-Verdrängers. Der Steu
erkolben und die Steuerhülse sind konzentrisch zueinan
der angeordnet und in einem begrenzten Winkel und gegen
die Kraft einer Feder zueinander verdrehbar.
Diese Feder besteht in der Regel aus einem Paket von
einzelnen, radial ausgerichteten Blattfedern, die sich
an radialen Nuten in der Steuerhülse und im Steuerkolben
abstützen. Das Federpaket simuliert einen von den Rädern
ausgehenden Lenkwiderstand und führt anderseits bei un
belastetem Lenkrad das Steuerventil wieder in seine Neu
tralstellung zurück.
Ein solches Federpaket wird beispielsweise in der DE-PS
28 14 230 beschrieben, das aus zwei Blattfedern besteht,
die über ihre gesamte Länge gleichmäßig gekrümmt sind,
die mit ihren gewölbten Außenflächen gegeneinander aus
gerichtet sind und die mit diesen Außenflächen aneinan
der anliegen. Zu beiden Seiten sind in Sandwichebauweise
zwei gerade ausgerichtete Stützplatten angeordnet, die
die gleiche Länge aufweisen. Die beiden Enden dieses aus
Blattfedern und Stützplatten bestehenden Federpaketes
tauchen in gegenüberliegende Nuten des Steuerkolbens und
der Steuerhülse ein, wobei die Länge dieses Federpaketes
kleiner als der Außendurchmesser der äußeren Steuerhülse
ausgeführt ist.
Aus dieser konstruktiven Ausführung ergibt sich zwangs
läufig, daß die gekrümmten Blattfedern des Federpaketes
durch die unterschiedlichen Belastungsfälle zu wechseln
den Längenveränderungen der beiden gekrümmten Blattfe
dern führen. Das führt zwangsläufig zu einem radialen
Verschieben der beiden gekrümmten Blattfedern gegenüber
den beiden geraden Stützplatten bzw. der beiden ge
krümmten Blattfedern untereinander und damit zu einem
radialen Ausbrechen aus dem Steuerventil. Die beiden
Blattfedern kommen dadurch in Kontakt mit dem weichen
Gehäusematerial und beschädigen es. Das hat funktionelle
Beeinflussungen und eine geringe Lebensdauer der Lenk
einrichtung zur Folge.
Dieser Nachteil wurde in allgemein bekannter Weise da
durch beseitigt, daß die äußere Steuerhülse im Bereich
des Federpaketes eine Außendurchmesserstufung erhalten
hat, auf der ein gehärteter Ring aufgeschoben wird. Die
ser Ring begrenzt das radiale Ausbrechen der gekrümmten
Blattfedern und schützt das weiche Gehäuse.
Ein zusätzlicher Ring verteuert aber die Material-, die
Fertigungs- und Montagekosten einer solchen Lenkeinrich
tung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den ra
dialen Sicherungsring für das Federpaket eines gattungs
gemäßen Steuerventils unter Beibehaltung der
Funktionssicherheit und der Lebensdauer einzusparen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckdienliche Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3.
Damit werden die genannten Nachteile des Standes der
Technik beseitigt.
Die Herstellungs-, Material- und Montagekosten werden
gänzlich eingespart. Die Realisierung der neuen Kontur
an den Stützblättern erfordern keine zusätzlichen Ferti
gungskosten. Materialkosten werden zusätzlich auch da
durch eingespart, daß die Federblätter kürzer ausgeführt
werden können. Durch die kürzeren Federblätter stellt
sich auch ein zusätzlicher funktioneller Vorteil ein. So
führen die kürzeren Federblätter zu einer erhöhten Fe
derkraft und damit zu einem kürzeren Federweg in der
Neutralstellung.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausfüh
rungsbeispieles näher erläutert werden.
Dazu zeigen
Fig. 1 eine hydraulische Lenkeinrichtung im
Schnitt,
Fig. 2 ein Steuerventil im Schnitt,
Fig. 3 ein Stützblatt in zwei Ansichten,
Fig. 4 ein Federblatt in zwei Ansichten,
Fig. 5 die äußere Steuerhülse in einer Seiten
ansicht und
Fig. 6 die äußere Steuerhülse in einem teilweisen
Längsschnitt.
Die hydraulische Lenkeinrichtung besitzt einen Zulaufan
schluß für eine Förderpumpe, zwei Zylinderanschlüsse für
die gelenkten Räder und einen Rücklaufanschluß für den
Tank.
Gemäß der Fig. 1 besteht die Lenkeinrichtung in der
Hauptsache aus einem Gehäuse 1, einem nach dem Gerotor-
Prinzip arbeitenden Verdränger 2, der stirnseitig an das
Gehäuse 1 angeflanscht ist sowie aus einem nach dem
Drehschieberprinzip arbeitenden Steuerventil mit einer
äußeren, im Gehäuse 1 eingepaßten Steuerhülse 3 und ei
nem inneren, in der Steuerhülse 3 laufenden Steuerkolben
4. Der Verdränger 2 besteht aus einem innenverzahnten
Außenring 5 und einem außenverzahnten, einen Zahn we
niger aufweisenden Rotor 6, die zwischen sich Verdrän
gerkammern 7 ausbilden. Diese Verdrängerkammern 7 sind
über Kanäle im Gehäuse 1 hydraulisch mit dem Steuerven
til und mit einem Lenkzylinder verbunden. Der Verdränger
2 ist mit einem Deckel 8 und einer Zwischenscheibe 9 mit
dem Gehäuse 1 verschraubt.
Der innenliegende Steuerkolben 4 des Steuerventils hat
eine drehfeste Verbindung mit einem nicht dargestellten
Handrad. Innerhalb des Steuerkolbens 4 ist eine An
triebswelle 10 angeordnet, die einerseits über ein bal
liges Zahnnabenprofil mit dem Rotor 6 des Verdrängers 2
und anderseits über einen, den Steuerkolben 4 durchdrin
genden Stift 11 mit der äußeren Steuerhülse 3 verbunden
ist. Dieser Stift 11 begrenzt im Zusammenspiel mit einer
vergrößerten Bohrung im inneren Steuerkolben 4 den Ver
drehwinkel zwischen der Steuerhülse 3 und dem Steuerkol
ben 4.
Die Steuerhülse 3 und der Steuerkolben 4 sind auf dem
verdrängerabgewandten Ende über ein radial angeordnetes
Federpaket 12 miteinander verbunden.
Gemäß der Fig. 2 besteht dieses Federpaket 12 aus zwei
außenliegenden und gerade ausgerichteten Stützblättern
13 und zwei inneren und gewölbten Federblättern 14. Da
bei sind beide Federblätter 14 über ihre ganze Länge
gleichmäßig gewölbt und mit ihren jeweiligen konvexen
Außenflächen einander zugewandt angeordnet. Andererseits
stützen sich die gewölbten Federblätter 14 an beiden En
den mit ihren konkaven Innenseiten an den benachbarten
Stützblättern 13 ab.
Durch die Sandwichebauweise ergibt sich eine bestimmte
Höhe für das Federpaket 12, die unter einer gewählten
Vorspannung auf eine Einbauhöhe reduziert wird. Zur Auf
nahme des Federpaketes 12 sind der innere Steuerkolben 4
und die äußere Steuerhülse 3 mit jeweils einer, auf die
Einbauhöhe des Federpaketes 12 abgestimmten und durchge
henden radialen Nut 15 und 16 ausgebildet.
Die von den Stirnseiten der Steuerhülse 3 und des Steu
erkolbens 4 betrachteten Tiefen beider Nuten 15 und 16
sind unterschiedlich ausgeführt. So hat die Nut 16 in
der äußeren Steuerhülse 3 eine geringere Tiefe als die
Nut 15 im inneren Steuerkolben 4.
Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, besitzt die äußere Steuer
hülse 3 eine Durchgangsbohrung 17, die im Bereich der
Nut 16 eine Durchmessererweiterung 18 aufweist. Diese
Durchmessererweiterung 18 weist eine größere Tiefe als
die Tiefe der Nut 16 und eine gleiche bzw. geringere
Tiefe wie die Nut 15 des Steuerkolbens 4 auf. Damit bil
det sich ein innerer radialer Anschlag 19 aus.
Gemäß den Fig. 3 und 4 weisen die Stützblätter 13 und
die Federblätter 14 besondere äußere Abmessungen und
Formen auf.
So ist jedes Federblatt 14 über seine gesamte Länge
gleichmäßig gekrümmt und besitzt eine Breite, die auf
die Tiefe der durchgehenden Nut 15 im Steuerkolben 4 und
der Tiefe der Durchmessererweiterung 18 in der Steuer
hülse 3 abgestimmt ist. Ein Teil der Stirnfläche des Fe
derblattes 14 ist als ein radiale Anschlagfläche 21
ausgebildet. Die gestreckte Länge jedes Federblattes 14
ist gleich oder kleiner als der Durchmesser der Durch
messererweiterung 18 der Steuerhülse 3 ausgeführt.
Die Länge des Stützblattes 13 ist abgesetzt ausgeführt,
wobei die größte Länge mit Spiel auf den Außendurchmes
ser der äußeren Steuerhülse 3 angepaßt ist und die klei
nere Länge gleich oder kleiner als der Durchmesser der
Durchmessererweiterung 18 im inneren Steuerkolben 4 ist.
Damit bildet sich am Stützblatt 13 im Bereich der klei
neren Länge eine radiale Anschlagfläche 20 aus. Mit der
gestuften Länge des Stützblattes 13 ergibt sich auch ei
ne gestufte Breite, wobei die geringere Breite der Tiefe
der Nut 16 in der Steuerhülse 3 und die größere Breite
der Tiefe der Durchmessererweiterung 18 in der Steuer
hülse 3 entspricht. Die größere Breite des Stützblattes
13 und die Breite des Federblattes 14 sind gleich ausge
führt.
Die Funktion einer hydraulischen Lenkeinrichtung ist
allgemein bekannt und wird daher nur in kurzer Form be
schrieben.
Bei nichtbetätigter Lenkung ist der innere Steuerkolben
4 und die äußere Steuerhülse 3 durch die Kraft des Fe
derpaketes 12 in ihre Mittelstellung zentriert. Das Öl
fließt vom Zulaufanschluß über geöffnete Kurzschlußkanä
le des Steuerventiles direkt zum Ablaufanschluß und da
mit zum Tank zurück.
Bei Drehung des Handrades werden der Steuerkolben 4 und
die Steuerhülse 3 entgegen der Kraft des Federpaketes 12
aus ihre Mittelstellung in eine Arbeitsstellung ver
dreht. Dabei werden die Kurzschlußkanäle verkleinert und
zum Verdränger 2 führende Arbeitskanäle geöffnet, wo
durch der Zulaufstrom in zwei Teilströme aufgeteilt
wird. Der erste Teilstrom führt über das Steuerventil
und den Verdränger 2 zum Lenkzylinder und von dort wie
der über das Steuerventil zum Ablaufanschluß zurück. Der
zweite Teilstrom wird direkt über das Steuerventil zum
Ablaufanschluß geführt.
Bei maximaler Auslenkung am Handrad werden die Kurz
schlußkanäle geschlossen und der gesamte Zulaufstrom ge
langt dosiert zum Lenkzylinder.
Nach Beendigung des Lenkvorganges läuft infolge der
Kraft des Federpaketes 12 die äußere Steuerhülse 3 so
weit nach, bis die Steuerhülse 3 und der Steuerkolben 4
wieder zentriert sind.
Durch die unterschiedlichen und wechselnden relativen
Verdrehwinkel des inneren Steuerkolbens 4 und der äuße
ren Steuerhülse 3 werden unterschiedliche Belastungsfäl
le über die Stützblätter 13 auf die Federblätter 14
übertragen, sodaß sich die Federblätter 14 an ihren kon
vexen Außenflächen gegenseitig abstützen müssen. Dabei
treten an den Federblättern 14 radiale Kraftkomponenten
auf, die die Federblätter 14 und auch die durch Reibung
angeschlossenen Stützblätter 13 einzeln oder gemeinsam
in die eine oder in die andere radiale Richtung bela
sten. Eine daraus entstehende radiale Verschiebung der
Stützblätter 13 und der Federblätter 14 wird dadurch be
grenzt, daß die radialen Anschlagflächen 21 der Stirn
flächen der Federblätter 14 und die radialen Anschlag
flächen 20 der Stützblätter 13 am radialen Anschlag 19
der Durchmessererweiterung 18 in der äußeren Steuerhülse
3 zur Anlage kommen. Eine optimierte Längenabstimmung
der Federblätter 14 und der Stützblätter 13 gegenüber
den Durchmesserverhältnissen an der äußeren Steuerhülse
14 verhindern einen Kontakt der Federblätter 14 und der
Stützblätter 13 mit der Bohrungswandung im weichen
Gehäuse 1.
1
Gehäuse
2
Verdränger
3
Steuerhülse
4
Steuerkolben
5
Außenring
6
Rotor
7
Verdrängerkammer
8
Deckel
9
Zwischenscheibe
10
Antriebswelle
11
Stift
12
Federpaket
13
Stützblatt
14
Federblatt
15
Nut im Steuerkolben
16
Nut in der Steuerhülse
17
Durchgangsbohrung
18
Durchmessererweiterung
19
radialer Anschlag
20
radiale Anschlagfläche, Stützblatt
21
radiale Anschlagfläche, Federblatt
Claims (3)
1. Steuerventil für eine hydraulische Lenkeinrich
tung, das als Drehsteuerventil ausgeführt ist und aus
einem Gehäuse (1), einer äußeren Steuerhülse (3) und ei
nem inneren Steuerkolben (4) besteht, wobei
- - die Steuerhülse (3) hydraulisch einerseits mit einem Zulaufanschluß und einem Ablaufanschluß und andererseits mit einem Verdränger (2) und der Steuerkolben (4) mecha nisch einerseits mit einem Handrad und andererseits mit der Steuerhülse (3) verbunden ist und
- - der Steuerkolben (4) und die Steuerhülse (3) über ein Federpaket (12) begrenzt zueinander verdrehbar sind, wo bei das Federpaket (12)
- - in radial verlaufende Nuten (15, 16) des Steuerkolbens (4) und der Steuerhülse (3) eingepaßt ist,
- - aus mindestens zwei äußeren Stützblättern (13) und mindestens zwei inneren und gekrümmten, mit ihren kon vexen Außenflächen aneinander liegenden Federblättern (14) besteht und
- - eine radiale Sicherung besitzt,
2. Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Anschlag (19)
der äußeren Steuerhülse (3) durch eine Durchmessererwei
terung (18) der Durchgangsbohrung (17) und die radialen
Anschlagflächen (20) der Stützblätter (13) durch eine
Längenabstufung gebildet wird.
3. Steuerventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die größere Länge der Stütz
blätter (13) gleich oder kleiner als der Außendurchmes
ser der Steuerhülse (3) und die geringere Länge gleich
oder kleiner als der Durchmesser der Durchmessererweite
rung (18) ist und die gestreckte Länge jedes Federblat
tes (14) gleich oder kleiner als der Durchmesser der
Durchmessererweiterung (18) ist.
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