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Die Erfindung bezieht sich auf eine Federzentrierung für ein Maschinenelement,
insbesondere für hydraulische Steuerschieber oder deren Betätigungseinrichtungen,
welches Maschinenelement relativ zu einem zweiten Maschinenelement beweglich ist
und mittels Federn zu diesem in einer bestimmten -Lage zentriert wird, solange eine
von außen einwirkende Kraft einen vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
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Federzentrierungen sind schon in den verscsliedensten Anwendungen
und Formen bekannt geworden. Bei hydraulischen -Steuerschiebern, welche axial verschiebbar
sind, erfolgt die Federzentrierung ublicherweise durch zwei stirnseitig, koaxial
auf den Steuerschieber wirkende, Schraubenfedern, die sich gegenüber einem Gehäuse
abstützen. Diese an sich bestens bewährte Anordnung hat aber für bestimmte Anwendungsfälle
den nachteil einer relativ langen Bauweise. BederzentrieWngen dieser Art sind auch
dort nicht angebracht, Wo zwei mit Reaktionsfläcnen versehene Steuerschieber von
einem~gemeinsamen Betätigungsglied über federnde Übertragungsmittel betätigt werden
und dadurch die Funktion von Druckregelventilen erhalten. In einem solchen Fall
muß das Betatigungsglied zentriert werden. Im Anwendungsbereich der Servolenkungen
von Kraftfahrzeugen sind zum Beispiel Federzentrierungen mittels zwei auf einen
betätigungshebel wirkenden Schraubenfedern oder mittels einer zwischen zwei geringfügig
gegeneinander verdrehbaren Teilen wirkenden ringförmigen, geschlitzten Bandfeder
bekannt geworden. Diese Federn haben neben der Zentrierung die Aufgabe, unterhalb
einer bestimmten Kraft oder eines bestimmten Drehmomentes eine Kraft- oder Drem
omentübertragung ohne Betätigung
des Steuerschiebers oder der Steuerschieber
und damit ohne Einscnaltung der Servounterstützung zu ermöglichen. Der iJachteil
dieser Anordnungen bestellt darin, uaß die Federn einen großen Einbauraum benötigen
und zumindest im Falle einer geschlitzen Bandfeder relativ teuer sind.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Federzentrierung der
eingangserwähnten Art unter Verzicht auf stirnseitig angreifelde Federn billig und
raumsparend auszuführen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß iIl
den Maschinenelementen Ausnehmungen in Form von Nuten, Schlitzen oder dergleichen
angebracht sind, die sich in einer durch die Federzentrierung bewirkten ;littelstellung
gegenüberliegen und in Bewegungsrichtung gesehen vorzugsweise die gleiche Ausdehnung
haben und wenigstens stellenweise mit senkrecht zur Bewegungsrichtuny verlaufenden
Wänden versehen sind, wobei vorzugsweise in der Ausnehmung des nicht bewegten Maschinenelementes
eine mit zwei im wesentlichen parallelen Schenkeln versehene Biegefeder befestigt
ist, deren Schenkel an den senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufenden Wänden in
der Mittelstellung anliegen und in die entsprecnende Partie des anderen Maschinenelementes
hineinragen und anliegen sowie in Bewegungsrichtung gesehen mindestens einen Abstand
voneinander naben, welcher der gewünschten relativen Verschiebuny der Maschinenelemente
entspricht. Um die Federsteife der Biegefeder gering zu halten, kann sie in einer
quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Ricntung als schraubenförmiger Wendel aus
Federstahldraht oder dergleichen ausgeführt sein, wobei die Enden des Wendels in
senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufenden Ebenen zu L-förmigen Scnenkeln abgewinkelt
sind, deren freie Enden vorzugsweise an dem bewegten Maschinenelement angreifen.
Der Wendel kann in einem Schlitz mit halbzylindrischen Grund gehalten sein. Es ist
aber auch möglich, durch das Innere des Wendels einen Stift zu stekken und diesen
zu befestigen.
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Die Erfindung wird anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen Schnitt längst der Achse eines 4/3 -Wege-Ventil-Steuerschiebers
der "open-center-Bauart".
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Figur 2 zeigt einen Teilschnitt gemaß der Schnittlinie E-F von Figur
1.
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Figur 3 zeigt einen Schnitt längst der Achsen zweier koaxial angeordnetèr
3/2-Wegeventil-Steuerschieber, die über Federn von einem gemeinsamen Betätigungsglied
gesteuert werden, welches seinerseits durch eine erfindungsgemäße Feder zentriert
wird.
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Figur 4 zeigt einen Teilschnitt gemäß der Sciinittlinie G-H von Figur
3.
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In einem Gehäuse 1 ist eine zylindrische Bohrung 2 angebracht, in
der ein Steuerschieber 3 gleitbar angeordnet ist. Die Bohrung 2 erweitert sich stellenweise
zu axial voneinander entfernten Ringnuten 4, 5, 6, 7 und 8. Die Ringnut 4 ist mit
einem Tankanschluß T1 verbunden. Die' Ring'nut 5 steht mit einem Verbraucher-Anschluß
A in Verbindung. In die Ringnut 6 mündet ein Druckanschluß P. Die Ringnut 7 wird
vorn einem Schlitz B angeschnitten, der gleichzeitig als Verbraucher-Anschluß dient.
Di Ringnut 8 schließlich ist mit einem Tankanschluß T2 verbunden. In der Mittelstellung
des Steuerschiebers 3 liegt der Ringnut 6 eine Scnulter 9 des Steuerschiebers 3
gegenüber, welche in axialer Richtung gesehen eine etwas geringere Ausdehnung hat
als die Ringnut 6. Von der Schulter 9-aus erstrecken sich nach beiden Seiten Taillen
10 und 11. Die Taille 10 erstreckt sich bis in den Bereich der Ringnut 4 und gibt
dort einen kleinen Strömungsquerschnitt frei. An die Taille 10 sciiließt sich eine
Schulter 12 an, welche der Führung in der Bohrung 2 dient.
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Der stirnseitig an die Schulter 12 angrenzende Raum 13 ist mit der
Ringnut 4 über eine Kerbe 14 im Steuerschieber 3 verbunden.
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-Die Taille 11 reicht bis in den Bereich der Ringnut 7 hinein und
wird von einer Schulter 15 begrenzt. Ebenfalls noch im Bereich der Ringnut 7 schließen
sich an die Schulter 15 eine Ringnut 16 und eine weitere Schulter 17 im Steuerschieber
3 an. Eine an die Schulter 17 angrenzende Taille 18 verbindet in der Mittelstellung
die Ringnut 7 mit der Ringnut 8. An die Taille 18 schließt sich eine Schulter 19
an, die ebenfalls zur Führung in der Bohrung 2 dient. Der stirnseitig an die Schulter
19 angrenzende Raum 20 ist mit der Ringnut 8 über eine Kerbe 21 verbunden. Der Ringnut
16 liegt im Gehäuse 1 ein Schlitz 22 gegenüber, welcher in axialer Richtung gesehen
die gleichen Abmessungen aufweist. Der Schlitz 22 verläuft senkrecht zur Achse des
Steuerschiebers 3 und dient zur Aufnahme einer Feder 23.
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Die Feder 23 besteht aus einem Wendel 24 aus Federstalildraht oder
dergleichen,dessen freie Enden in senkrecht zu Achse des Steuerschiebers 3 verlaufenden
Ebenen zu L-förmigen Schenkeln 25 und 26 umgebogen sind. Die Schenkel 25 und 26
liegen in der Zentrierstellung einmal an den Wänden 27 und 28 des Schlitzes 22 an
und ragen zum anderen in die Ringnut 16 hinein, wo sie ebenfalls an den Wänden 29
und 30 berühren Die Berührung erfolgt mit den freien Enden 31 und 32 der L-förmigen
Schenkel 25 und 26. Die Halterung des Wendels 24 erfolgt durch einen Stift 33, der
durch sein Inneres durchgesteckt wird und in einer Bohrung 34 im Gehäuse 1 sowie
in einer Bohrung 35 in einem den Schlitz 22 seitlich abschließenden Stopfen 36 gehalten
ist. Die Betätigung des Steuerschiebers 3 erfolgt durch einen mit einem Kugelzapfen
37 versehenen Hebel, welcher in dem Schlitz B nach beiden Seiten bewegbar ist und
in die Ringnut 16 eingreift.
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Wenn der Steuerschieber 3 nach links bewegt wird, drückt die Wand
30 der Ringnut 16 gegen den Schenkel 26 der Feder 23 und verformt diesen. Die Wand
29 hingegen hebt vom Schenkel 25 ab.
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Das Abheben wird dadurch ermöglicht, daß der Schenkel 25 an der Wand
27 gehalten wird und nicht nach links ausweichen kann.
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Da die hydraulische Funktion des Steuerschiebers 3 in diesem Zusammenhang
von untergeordneter Bedeutung ist, sei nur kurz darauf hingewiesen, daß bei einer
Bewegung nach links die Verbindung B-T2 zunehmend gedrosselt und die Verbindung
B-P zunehmend geöffnet wird. Auf der anderen Seite wird die Verbindung A-T1 zunehmend
geöffnet, während die Verbindung A-P zunehmend gedrosselt wird. Die Folge ist, daß
am Anschluß B ein Druckanstieg entsteht, während sich der Druck am Anschluß A verringert.
Wenn die Betätigungskraft am Kugelzapfen 37 fortfällt, drückt der Schenkel 26 den
Steuerkolben 3 solange nach rechts, bis ein Kontakt zwischen dem Schenkel 26 und
der Wand 28 stattfindet. In dieser-Stellung ist wieder die Zentrierung erreicht.
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Bei einer, Bewegung des Kugelzapfens 37 nach rechts wird der Schenkel
25 verformt, während der Schenkel 26 an der Wand 28 anliegt und seinen Kontakt mit
der Wand 30 verliert. Darüberhinaus bewirkt die Bewegung des Steuerkolbens 3 nach
rechts einen Druckanstieg am Anschluß A, während am Anschluß B der Druck absinkt.
Es ist klar, daß die Schenkel 25 und 26 bereits im ungespannten Zustand eine parallele
Lage einnehmen können.
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In diesem Fall ist keinerlei Vorspannung vorhanden. Es ist aber auch
möglich, daß die Schenkel 25 und 26 im ungespannten Zustand einen Winkel miteinander
bilden und dann in einem bereits vorgespannten Zustand eingebaut werden. Eine,solche
Anordnung ist beispielsweise bei der Verwendung dieser Federzentrierung für ein
Lenkventil von Servolenkungen von Kraftfahrzeugen denkbar. Die Wirkung besteht darin,
daß unterhalb einer von dem Kugelzapfen 37 ausgehenden Kraft eine relative Verschiebung
des Steuerschiebers 3 gegenüber dem Gehäuse 1 nicht möglich ist. Dadurch besteht
die Möglichkeit, das Gehäuse 1
selbst in einen Kraftfluß einzubeziehen.
Erst nach ÜDerwindung eines bestimmten Schwellenwertes finden eine Verformung der
Feder 23 und damit eine Servounterstützung durch Druckbeaufschlagung eines an die
Anschlüsse A und B angeschlossenen Servomotors statt.
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In den Figuren 3 und 4 wird eine gleichartige Feder für einen etwas
anderen Anwendungsfail eingesetzt. Innerhalb eines Gehäuses 1 ist eine Bohrung 2'
angebracht, welche von einem Schlitz B' quer zu ihrer Achsrichtung angeschnitten
wird.
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Im Bereich dieses Schlitzes B' gleitet in der Bohrung 2 ein Hilfskolben
38, welcher den Schlitz B' dicht von den stirnseitig an den Jlilfskolben 38 angrenzenden
Räumen 39 und 40 innerhalb der Bohrung 2' trennt. Die Räume 39 und 40 sind durch
Längsbohrungen 41 im flilfskolben 38 miteinander verbunden. Der Raum 40 ist an einen
Tankanschluß T angeschlossen. In einem gewissen axialen Abstand von dem Erilfskolben
38 sind in der Bohrung 2 Büchsen 42 und 43 befestigt, die zentrale Bohrungen 44
und 45 aufweisen, in denen Steuerschieber 46 und 47 gleitbar angeordnet sind. Die,
Steuerschieber 46 und 47 haben jeweils die Funktion eines 3/2-Wegeventil-Steuerschiebers.
Ihre Betätigung erfolgt über Federn 48 und 49, welche sich jeweils an dem ttilfskolben
38 abstützen. Der Steuerschieber 46 weist eine Taille 50 auf, durch welche wechselweise
eine in der Büchse 42 angebrachte und mit einem Verbraucher-Anschluß A1 verbundene
Ringnut 51 mit einer mit einem Druckanschluß p verbundenen Ringnut 52 ode einer
mit dem Raum 39 verbundenen Ringnut 53 verbunden werden kann. In analoger Weise
besitzt der Steuerschieber 47 eine Taille 54, mit deren ilfe wechselweise eine mit
einem weiteren Verbraucher-Anschluß B1 verbundene Ringnut 55 in der Büchse 43 mit
einer mit einem Druckanschluß P2 verbundenen Ringnut 56 oder einer mit dem Raum
40 verbundenen Ringnut 57 verbunden werden kann. Der Itilfskolben
38
weist etwa in der Mitte seiner axialen Ausdehnung eine Ringnut 16 auf, in welche
ein als Betätigungsglied dienender Kugelzapfen 3 eingreift. Auf der dem Kugelzapfen
37 entgegengesetzten Seite greifen Schenkel 25 und 26t einer Feder 23' in die Ringnut
16 ein. Die Feder 23 ist einem Schlitz 22' geführt, welcher sich innerhalb eines
in einem Deckel 58 befestigten Einsatzstückes 59 befindet. Die halterung des Wendels
24' erfolgt durch einen in tängsrichtung des Schlitzes 22' gerichteten und in dem
Deckel 58 befestigten Stiftes 33' Die Funktion der Feder 23' ist die gleiche wie
die der Feder 23 und wurde bereits für die Figuren 1 und 2 beschrieben. Die hydraulische
Funktion der Anordnung ist folgende: Bei Druckbeaufschlagung der in einer nicht
näher beschriebenen Weise komunizierenden Druckanschlüsse P1 und P2 strömt Drucknittel
zunächst gedrosselt zu den Anschlüssen A und B 1 Die in diesen Anschlüssen entstehenden
Drücke pianzen sich auch zu den Stirnseiten der Steuerschieber 46 und 47 fort und
bewegen diese gegen die Kraft der Federn 48 und 49 in eine Stellung, in welcher
schließlich der Durchfluß von den Druckanschlüssen P 1 und r 2 zu den Anschlüssen
A 1 und B 1 gesperrt wird. Bei einer ~nachfolgenden Bewegung des Kugelzapfens 37'
wird der Iiilfskolben 38 bewegt und verändert damit die Vorspannungen der Federn
48 und 49. Bei einer Bewegung nach links wird beispielS-weise die Vorspannung der
Feder 48 erhöht, wodurch sich am Anschluß A1 ein erhöhter Druck einstellt. Umgekehrt
wird die Vorspannung der Feder 49 vermindert, so daß am Anschluß 1 ein Druckabfall
stattfindet. Die so entstehenden Druckunterschiede lassen sich zur Betätigung eines
Arbeitsgerätes ausnutzen. Sofern eine mechanische Rückführung von dem Arbeitsgerät
zu dem Gehäuse 1 besteht, ergibt sich die Funktion eines Servogerätes, welches man
beispielsweise für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen verwenden kann. Sofern die
Feder 23 vorgespannt ist, lassen sich unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes
Kräfte
ohne Servounterstützung übertragen, da der Kraftfluß von dem Sugelzapfen 37 über
den IIilfskolben 38 und die Feder 23 direkt auf das Gehäuse 1 weitergeleitet wird
und von dort über die mechanische Rückführung auf das Arbeitsgerät übertragen wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So kann zum Beispiel die Anzahl der Windungen variiert werden. Es ist
auch nicht notwendig, die Schenkel L -förmig -auszubilden. Schließlich braucht die
Biegefeder nicht unbedingt aus Draht gewickelt zu sein. Es ist auch möglich, ein
U-förmig gebogenes Federblech zu verwenden.