DE2810970A1

DE2810970A1 - Lenkventil mit torsionsfederstab

Info

Publication number: DE2810970A1
Application number: DE19782810970
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Liebert; Werner Tischer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1979-09-20
Also published as: IN152640B; YU210379A; US4290738A; DE2810970C3; DE2810970B2

Description

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Anwendungsgebiet, Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkventil der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art, wie es aus einer Firmenschrift der Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, Werk Schwäbisch Gmünd, "ZF-Ross-Servostat, hydrostatische Lenkung, Typenreihe 8450 bis 8455" vom Dezember 1975 bekannt geworden ist.

Derartige hydrostatische Lenkungen sind verwendbar bei relativ langsam laufenden Fahrzeugen und sind dort von Vorteil, wo die Herstellung einer mechanischen Verbindung vom Lenkgetriebe zu den gelenkten Rädern Schwierigkeiten bereitet, z.B. bei selbstfahrendeη Bau- und Arbeitsmaschinen, Hubstaplern, Schleppern und Mähdreschern. Hydrostatische Lenkungen dieser Art sind auch zum Steuern von Schiffen verwendbar.

Die Wirkungsweise eines Lenkventils dieser Art ist aus der genannten Firmenschrift bekannt. Die Pumpe wirkt bei normalem Betrieb als Dosierpumpe für die von einer Hochdruckpumpe geförderte. Druckflüssigkeit , dagegen bei Ausfall der Hochdruckpumpe als Handpumpe. Sie. wird daher als "Hand- und Dosierpumpe" abgekürzt "H+D-Pumpe", bezeichnet.

Zur Erzielung einer leichtgängigen Lenkung ist es erforder-IiCh₁ daß der Steuerschieber im Lenkgehäuse mit möglichst geringer Reibung verschiebbar gelagert ist. Um dies zu erreichen, müssen Radialkräfte, die den Steuerschieber gegen das Lenkgehäuse drücken, vermieden werden. Beim Auftreten von Radialkräften verringert sich nämlich der Spalt zwischen Steuerschieber und Lenkgehäuse. Es besteht dann die Gefahr_s daß der Steuerschieber infolge der in verschiedenen Steuer-

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kanälen herrschenden Druckunterschiede noch weiter gegen das Lenkgehäuse gepreßt wird. Er kann dann unter Wegpressen der Arbeitsflüssigkeit das Lenkgehäuse unmittelbar berühren, was zu einer hohen Reibung führt. Soll der Steuerschieber durch Betätigung des Lenkhandrades aus seiner Ruhestellung heraus-· bewegt werden, so tritt das unerwünsehte Anlenkklemmen am Lenkhandrad auf, was bedeutet, daß beim übergang aus der Haft- in die Gleitreibung zunächst eine relativ hohe Kraft aufzuwenden ist, die sich dann plötzlich auf einen niedrigeren Wert herabsetzt, was zu einer unruhigen Lenkung und einem schlechten Fahrbahngefühl führt.

Bei dem bekannten Lenkventil werden aus zwei Gründen unerwünschte Radialkräfte auf den Steuerschieber ausgeübt.

Das eine als zylindrischer Bolzen ausgebildete Ende des Torsionsfederstabes greift in das Ende einer zylindrischen Bohrung in der Antriebswelle, d. h. der Lenkspindel ein und ist dort verstiftet. Infolge von Bearbeitungsungenauigkeiten, dem erforderlichen Spiel und durch den Vorgang des Verstiftens verläuft im allgemeinen die Achse des Torsionsfederstabes unter einem kleinen Winkel zur Achse der Antriebswelle. Beim Einbau wird der Torsionsfederstab in seine richtige Lage gebogen. Er übt dann eine Radialkraft auf den Steuerschieber aus. Sein anderes _e. Ende ist nämlich bei dem bekannten Lenkventil mit dem der Antriebswelle zugekehrten Ende der Gelenkwelle .verbunden, wirkt also auf diese an derselben Stelle ein, an der die Gelenkwelle mit einer Verzahnung in den Steuerschieber eingreift.

Unabhängig hiervon werden weitere Radialkräfte auf den Steuerschieber dadurch ausgeübt, daß die Achse der Antriebswelle ^J stets unter einem beachtlichen Winkel zur Achse der Gelenkwelle verläuft, denn das abtriebsseitige Ende der Gelenkwelle muß ja exzentrisch mit dem Rotor der H'+D-Pumpe umlaufen. Infolgedessen schließen die Drehmomentvektoren von Antriebswelle und Gelenk-

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welle miteinander einen Winkel ein, was bedeutet, daß ein Abstützdrehmoment auftreten muß. Dies wird in der Figurenbeschreibung anhand der Figur 5 näher erläutert. Das Abstütz-, drehmoment hat die Wirkung, den Steuerschieber um eine quer zu seiner Längsrichtung liegende Achse zu kippen, also seine Enden in entgegengesetzten Richtungen radial an die Bohrung des Lenkgehäuses zu drücken.

Aufgabe, Lösung, Vorteile

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Lenkventil geschaffen werden, bei den in der Ruhestellung keine und bei Ausübung von Antriebsdrehmomenten höchstens verschwindend kleine radiale Kräfte vom Steuerschieber auf das Lenkgehäuse ausgeübt werden. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, daß der Torsionsfederstab auch mit der Antriebswelle gelenkig verbunden ist, wirkt er als Zweigelenkstab, der keine radialen Kräfte übertragen kann.

Dadurch, daß er in eine Bohrung in der Gelenkwelle möglichst weit hineinreicht und erst dort mit der Gelenkwelle gelenkig verbunden ist, tritt das oben erwähnte Abstützdrehmoment an einer Stelle auf, wo es größtenteils vqm Rotor der H+D-Pumpe aufgenommen wird und nur noch zu einem verschwindend kleinen Teil vom Steuerschieber. Damit ist die Wirkung dieses Abstützdrehmoments praktisch unschädlich gemacht.

Es treten also praktisch keine radialen Kräfte vom Steuerschieber auf das Lenkgehäuse mehr auf, und das oben erwähnte Anlenkklemmen entfällt.

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Vie it erb ildungen der Erfindung

Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch 2 wird die Axialbohrung in der Gelenkwelle bis in deren Abtriebsende im Rotor der H+D-Punipe verlängert, und der Torsionsfederstab wird dort angelenkt. In diesen Falle tritt das Reaktiansdrehmoment allein im Rotor auf, wo es unschädlich ist, und der Steuerschieber wird vollständig vom Reaktionsdrehmoment und den dadurch auftretenen Radialkräften entlastet.

Durch eine Weiterbildung nach Anspruch 2 wird die Montage vereinfacht. Die Mitnehmerstifte können in Antriebswelle und Gelenkwelle eingesetzt werden, während später der Torsionsfederstab mit seinen Gabelenden nur noch eingesteckt zu werden braucht.

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Erläuterung der Erfindung

Ausführungsbeispiele der Erfindung werdßn im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Lenkventils nach der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1.

Fig. K ist eine Draufsicht auf ein Stück des Steuerschiebers in Richtung des Pfeils IV.

Fig. 5 ist eine Vektordarstellung zur Erläuterung des oben erwähnten Reaktionsdrehmoments b,ei Betätigung der Lenkung.

In Fig. 1 ist mit 1 das Steuerventil als Ganzes mit 2 die H+D-Pumpe als Ganzes bezeichnet, die mit dem Steuerventil fest verschraubt ist. Das Steuerventil hat in bekannter V/eise einen Steuerschieber 4, in dessen Innenraum 6 ein Fortsatz der Lenkspindel 10 und die Gelenkwelle 12 eingreifen. Die Gelenkwelle stellt eine drehfeste Verbindung vom Steuerschieber zum Rotor 14 der H+D-Pumpe 2 her und gestattet dem Rotor seinen exzentrischen Umlauf. Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, hat der Steuerschieber 4 eine Innenverzahnung 16, in die die Gelenkwelle 12 mit einer AuSenverzahnung 18 drehfest eingreift. Dagegen, greift der Fortsatz 3 der Lenkspindel 10 mit Nocken 20 in breite Lücken 19 der Innenverzahnung 16 ein, wodurch dem Fortsatz gegenüber dem Steuerschieber eine begrenzte Drehung ermöglicht wird.

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Wie Fig. 4 zeigt, ist der Steuerschieber 4 mit einem Schrägschlitz 22 versehen, der als Kurve wirkt, und in den ein im Fortsatz 3 befestigter Mitnehmerstift 24 spielfrei eingreift .

Der Fortsatz 8 hat eine koaxiale Bohrung 26 und die Gelenkwelle 12 eine koaxiale Bohrung 28. An den Enden der Bohrungen ist in der Gelenkwelle 12 und in der Lenkspindel 10 je ein Mitnehmerstift 30 bzw. 32 fest angebracht. Der Torsionsfederstab 34 hat gabelkopfförmige Enden 36 und 38, mit denen er die Mitnehmerstifte 30 bzw. 32 spielfrei umgreift.

Wird die Lenkspindel 10 entgegen einem Widerstand der gelenkten Räder, der sich auf den Rotor 14 auswirkt ₃ aus ihrer Zentralstellung verdreht, so wird der Torsionsfederstab 34 tordiert und über den Mitnehmerstift 24 und den Schrägschlitz 22 der Steuerschieber 4 verschoben. Die Nocken 20 des Fortsatzes 8 bilden zusammen.mit der Innenverzahnung 16 des Steuerschiebers Endanschläge zur Schonung des Torsionsfederstabes. Dagegen ist der Steuerschieber durch die ineinandergreifenden Verzahnungen 16 und 18 des Steuerschiebers und der Gelenkwelle mit dem Rotor 14 drehfest verbunden.

Durch die beiderseits gelenkige Anordnung des Torsionsfederstabes 34 wird verhindert, daß er sich beim Einbau verbiegt und radiale Kräfte auf den Steuerschieber ausübt.

Bei einer Lenkbewegung entgegen einem Widerstandsdrehmoment des Rotors 14 der H+D-Pumpe wird in die Lenkspindel 10 ein Antriebsdrehmoment eingeleitet, während das Abtriebsdrehmoment in der Gelenkwelle 12 mit deren Achse zusammenfällt.

Fig. 5 zeigt die Drehmomente in einer Vektordarstellung bei übertriebenem Winkel zwischen Antriebs- und Abtriebsdrehmoment.

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Das Antriebsdrehmoment ist mit a bezeichnet, das ihm ent- . gegenwirkende Abtriebsdrehmoment mit b. Dieses läßt sich durch Vektoraddition zusammensetzen aus einem Reaktionsdrehmoment c, das in Richtung des Antriebsdrehmoments verläuft und gleiche Größe wie dieses hat und aus eimern dazu rechtwinklig verlaufenden Abstützdrehmoment d, das' rechtwinklig zum Antriebsdrehmoment a verläuft. Dieses Abstützdrehmoment hat die Wirkung, den Teil, auf den das Antriebsdrehmoment unmittelbar einwirkt, um den Vektor d zu verkippen. Wird nun, wie bei der vorbekannten hydrostatischen Lenkung, die Lenkspindel 10 über den Torsionsfederstab mit dem ihm zugekehrten Ende der Gelenkwelle verbunden (zum Vergleich: Rechts in Fig. 1), so wirkt sich das Abstützdrehmoment über dieses Ende der Gelenkwelle unmittelbar und in fast voller Höhe auf den Steuerschieber 4 aus. An dieser Stelle wirkt auf ihn infolgedessen eine starke Radialkraft quer zur Zeichenebene ein.

Durch die Erfindung ist die Anordnung wesentlich günstiger getroffen, indem der Torsionsfederstab 34 nicht am in Fig. 1 rechten sondern fast am linken Ende der Gelenkwelle 6 angreift. Das auf die Gelenkwelle ausgeübte Abstützdrehmoment d trachtet die Gelenkwelle um eine Achse in der Zeichene'bene zu kippen. Das Abstützdrehmoment wirkt sich mit Radialkräften quer zur Zeichenebene einerseits auf den Rotjor 14, andererseits auf den Steuerschieber 4 aus. Infolge der Einleitung des Abstützdrehmoments nahe dem linken Ende der Gelenkwelle beträgt nach dem Hebelgesetz die auf den Steuerschieber einwirkende Radialkraft nur etwa ein Fünftel der auf den Rotor einwirkenden. Die auf den Rotor einwirkende Radialkraft ist aber unschädlich.

Die Anordnung läßt sich dadurch noch verbessern, daß man die koaxiale Bohrung 28 bis in das linke Ende der Gelenkwelle, das

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mit dem.Rotor I⁴J verzahnt ist, hineinführt. Dadurch wird die dann noch von der Gelenkwelle auf den Steuerschieber ausgeübte Radialkraft verschwindend klein.

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Claims

j Sslegexemplar u:f nicht oeänderf w ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN 2 81O 9 7 Q Aktiengesellschaft Friedrichshafen LENKVENTIL MIT TORSIONSFEDERSTAB 9. -3. 1978 71-15 S/Scha Patentansprüche

1. Lenkventil einer hydrostatischen Fahrzeugsteuerung mit einer Hand- und Dosierpumpe ("H+D-Pumpe" genannt), einem diese ansteuernden Steuerventil mit einem Steuerschieber und einer Gelenkwelle, die gelenkig und drehfest einerseits mit dem Rotor der H+D-Pumpe, andererseits mit dem Steuerschieber und dem einen Ende eines Torsionsfederstabes verbunden'ist, der in achsparalle Bqhrungen der Gelenkwelle und einer Antriebswelle hineinragt und dessen anderes Ende drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei der Torsionsfederstab bei seiner Verwindung über eine Kurve od.dgl. den Steuerschieber in dessen Längsrichtung verstellt, dadurch gekennzeichnet , daß der Torsionsfederstab (34) auch mit der Antriebswelle (10) gelenkig verbunden ist und daß die in der Gelenkwelle (12) vorgesehene Bohrung (28) zumindest bis in die Nähe des Abtriebsendes der Gelenkwelle reicht.

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ORIGINAL INSPECTED

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Lenkventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (28) bis in das mit dem Rotor der H+D-Pumpe (2) verzahnte Abtriebsende der Gelenkwelle (12) reicht und daß das Abtriebsende des Torsionsfederstabes (3Ό erst innerhalb dieses Abtriebsendes mit der Gelenkwelle gelenkig verbunden ist.

Lenkventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die voneinander abgekehrten Enden . der Bohrungen (26, 28) der Antriebswelle (10) und der Gelenkwelle (12) von je einem Mitnehmerstift (32, 30) durchquert sind und daß der Torsionsfederstab (34) gabelkopfförmige Enden (38, 36) hat, die die Mitnehmerstifte umgreifen.

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