DE2814230A1

DE2814230A1 - Federanordnung fuer das steuerventil eiber hydrostatischen lenkeinheit

Info

Publication number: DE2814230A1
Application number: DE19782814230
Authority: DE
Inventors: Hans Christian Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1979-10-04
Also published as: DK145755C; GB2017602A; DE2814230B2; DK145755B; DE2814230C3; JPS5515387A; US4251194A; GB2017602B; JPS627026B2; DK130379A; DD142690A5

Description

Federanordnung für das Steuerventil einer hydrostatischen Lenkeinheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Federanordnung für das Steuerventil einer hydrostatischen Lenkeinheit, mit zwei in ihrer Mitte symmetrisch gegeneinander gewölbten Blattfedern, die mit ihren Enden an den Wänden von Radialschlitzen zweier konzentrisch zueinander angeordneter und um einen begrenzten Winkel relativ zueinander drehbarer hülsenförmiger Ventilteile anliegen.

Bei einem bekannten Steuerventil (US-PS 2 984 215)besteht das eine Ventilteil aus einer inneren Hülse, die fest mit einer Lenkspindel verbunden ist, und das andere Ventilteil aus einer äußeren Hülse, die drehfest mit dem Rotor eines Meßmotors verbunden ist. Die beiden Hülsen bilden ein Drehschieberventil, das bei einer durch die Lenkspindel hervorgerufenen Relativdrehung öffnet und Druckflüssigkeit von einer Pumpe über den Meßmotor zu einem die Räder verstellenden Lenkmotor und von dort wieder zurück zu einem Tank hindurchläßt. Der Meßmotor läßt in Abhängigkeit von der durchfließenden Druckflüssigkeitsmenge die äußere Hülse nachlaufen, bis das Ventil wieder geschlossen ist. Eine Totgangkupplung begrenzt die Relativdrehung zwischen den beiden Ventilteilen, so daß bei Ausfall der Pumpe der

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Heßmotor als vom Lenkhandrad mechanisch angetriebene Hilfspumpe wirkt.

Die Relativdrehung der beiden Ventilteile geschieht gegen die Kraft einer Federanordnung, die zusammengedruckt wird, wenn die Radialschlitze der beiden Ventilteile sich gegeneinander verlagern. Auf diese Weise erfolgt die Drehung des Lenkhandrades gegen eine gewisse, mit dem relativen Drehwinkel ansteigenden Kraft, die den Lenkwiderstand nachbildet, welcher bei einer mechanischen Lenkeinrichtung durch die Verstellung der Räder auf der Straße hervorgerufen wird. Diese Federanordnung sorgt außerdem dafür, daß bei unbelastetem Lenkhandrad dieses in die Neutralstellung zurückkehrt» Die bekannte Federanordnung weist zwei Paare von Blattfedern auf, die zwei flache Endabschnitte besitzen, mit denen sie an den Radialschlitzwänden anliegen, und zueinander gewölbte Mittelabschnitte, mit deren Mittelteil sie aneinanderliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Federanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die weniger leicht durch Biegespannungen überbeansprucht werden kann und die es erlaubt, das über die Lenkspindel aufzubringende Drehmoment insbesondere am Ende der zulässigen Relativdrehung und im Neutralstellungsbereich besser den Erfordernissen der Praxis anzupassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blattfedern im wesentlichen über ihre gesamte Länge gleichsinnig gekrümmt sind und sich unter Zwischenschaltung je einer ebenen, sich über die Blattfederlänge erstreckenden Stützplatte an den Radialschlitzwänden abstützen.

Wenn eine gewölbte Blattfeder, die an beiden Enden abgestützt ist, in der Mitte belastet wird, hat sie in der Mitte das höchste Biegemoment. Außerdem ändert sie in Abhängigkeit vom örtlichen Biegemoment ihre Krümmung. Wenn infolge steigender Kräfte die Krümmung der Feder in der- Mitte zu Null wird,

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legen sich die entgegengesetzt gewölbten Blattfedern mit einem Abschnitt flach aneinander. Dies hat zur Folge, daß die Kräfte nunmehr bereits mit einem kleineren Hebelarm, bezogen auf das abgestützte Ende, übertragen werden. Mit steigender Kraft wächst daher der flache Abschnitt der Blattfeder, bis schließlich der überwiegende Teil der Blattfederlänge flachgedrückt ist. Der dann noch verbleibende kurze freie Hebelarm vermag sich nicht mehr wesentlich zu verformen, so daß bei weiter steigenden Kräften das Drehmoment ansteigt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Blattfeder weder durch Biegemomente noch durch die damit einhergehenden Biegespannungen unzulässig belastet wird. Außerdem wächst gegen Ende der zulässigen Relativdrehung das rückstellende Drehmoment stark an. Der Fahrer fühlt daher, daß bald die Totgangkupplung wirksam wird. Darüber hinaus ist sichergestellt, daß der Zustand voller Aussteuerung sehr rasch zurückgeführt wird, wenn an der Lenkspindel kein Drehmoment mehr aufgebracht wird. Da wegen der durchgehenden Krümmung keine Abstützung mehr an der Radialschlitzwand des inneren Ventilteils möglich ist, sind die Stützplatten vorgesehen, welche der Kraftübertragung von dem inneren Ventilteil auf das äußere Ende der gekrümmten Blattfeder bewirken.

Mit besonderem Vorteil haben die gekrümmten Blattfedern eine solche Vorspannung in der Neutralsteilung, daß sie im Mittelteil flach aufeinan.derliegen. Hierdurch wird erreicht, daß bereits bei einer sehr geringen Relativdrehimg aus der Neutralstellung heraus ein ausreichend großes Drehmoment über die Lenkspindel aufgebracht werden muß« Alsdann genügen verhältnismäßig kleine Erhöhumgen des Drehmoments, um den anschließenden Abschnitt des Drehwinkelbereichs zu durchlaufen, bevor am Ende dieses Bereichs das Drehmoment wieder steiler ansteigt« Diese Ausgestaltung mit dem zu beiden Seiten der Neutralstellung steil anwachsenden Drehmoment ergibt eine sehr genaue Neutralstsllung tmd eine hob©

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Sicherheit, daß das Steuerventil jeweils in die Neutralstellung zurückkehrt.

Des weiteren können die gekrümmten Blattfedern einen konstanten Krümmungsradius haben. Dies erleichtert einerseits die Herstellung. Darüber hinaus ergeben sich beim Flachdrücken leicht überschaubare und berechenbare Verhältnisse.

Auch die Stützplatten können Blattfedern sein. Da der außerhalb des inneren Ventilteils liegende Hebelarm kurz ist, benötigt man keine dicken Stützplatten, sondern kann dünneres Material verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Steuerventil, bei dem die erfindungsgemäße Federanordnung Verwendung findet,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A - A in vergrößertem Maßstab durch die Federanordnung und die beiden hülsenförmigen Ventilteile in der Neutralsteilung,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 nach einer relativen Drehung,

Fig. 4 eine gewölbte Blattfeder mit geringfügiger Belastung nebst zugehörigem Diagramm des Biegemoments,

Fig. 5 eine gewölbte Blattfeder mit stärkerer Belastung nebst zugehörigem Diagramm des Biegemoments und

Fig. 6 das an der Lenkspindel aufzubringende Drehmoment in Abhängigkeit von der relativen Winkeldrehung.

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Das in Fig. 1 veranschaulichte Steuerventil weist in einem Gehäuse 1 eine Bohrung 2 auf, in der ein äußerer hülsenförmiger Ventilteil 3 und darin ein innerer hülsenförmiger Ventilteil 4 gelagert ist. An der einen Stirnseite ist ein Lagerdeckel 5 vorgesehen, in welchem eine Lenkspindel 6 gelagert ist, die mit dem Ventilteil 4 fest verbunden, z. B. verschweißt, ist. Am Ende 7 der Lenkspindel 6 kann ein Lenkhandrad o. dgl. aufgesetzt werden. An der anderen Seite des Gehäuses ist ein Meßmotor in der Form einer innenachsigen Kreiskolbenmaschine vorgesehen. Er besitzt einen äußeren, innenverzahnten Zahnring 9 und ein damit kämmendes, drehbares, einen Zahn weniger aufweisendes Zahnrad 10. Zwischen den Zahnelementen sind nicht veranschaulichte Verdrängerkammern vorgesehen. Das Ganze ist durch einen Deckel 11 abgeschlossen. Das Zahnrad 10 ist über eine Gelenkwelle 12 und einen den inneren Ventilteil 4 lose durchsetzenden Stift 13 mit dem äußeren Ventilteil 3 drehfest verbunden. Ferner sind vier Anschlüsse vorgesehen, nämlich ein Pumpenanschluß 14, ein Tankanschluß 15 und zwei zu einem Lenkmotor führende Anschlüsse 16 und 17. Im Steuerventil befinden sich zahlreiche Kanäle und Ventilöffnungen, die, da bekannt, nicht dargestellt sind. Sie führen dazu, daß bei einer Drehung der Lenkspindel 6 und damit eine Relativdrehung des Ventilteils 4 zum Ventilteil 3 Druckflüssigkeit vom Pumpenanschluß 14 über die Ventilteile 3 und 4 zum Meßmotor 8 und von dort weiter über einen der Anschlüsse 16, 17 zum Lenkmotor sowie von dort über das Steuerventil zurück zum Tankanschluß 15 fließt. Der Meßmotor 10 dreht sich und führt dabei den äußeren Ventilteil 3 nach, bis das Drehschieberventil 3, 4 wieder geschlossen ist. Auf diese Weise ist die dem Lenkmotor zugeführte Flüssigkeitsmenge proportional der Winkeldrehung der Lenkspindel 6.

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Eine Federanordnung 18 führt dazu, daß zur Verdrehung der Lenkspindel 6 ein Drehmoment aufgebracht werden muß. Die Federanordnung besteht aus vier Blattfedern, nämlich zwei gegenäaander über ihre gesamte Länge gewölbten Blattfedern 19 und 20 sowie zwei ebenen, als Stützplatte dienenden Blattfedern 21 und 22. Diese Blattfedern greifen durch Radialschlitze 23 und 24 in den Ventilteilen 3 und 4. In der Neutralstellung (Fig. 2) liegen die ebenen Blattfedern 21 und 22 an sämtlichen Wänden 25, 26, 27 und 28 an; bei einer relativen Winkelverdrehung erfolgt die Anlage lediglich an einer der Schlitzwände, in Fig. 3 beispielsweise an den Schlitzwänden 25 und 28. Die Anlage an diesen Wänden ist relativ großflächig, so daß die Blattfedern 21 und nicht übermäßig belastet werden oder gar an den Abstützstellen brechen können. Die gewölbten Blattfedern 19 und 20, die im unbelasteten Zustand einen konstanten Krümmungsradius haben, sind in der Neutralstellung so weit vorgespannt, daß sich ein mittlerer ebener Abschnitt 29 ergibt, so daß die Federn nur über ihre Endabschnitte 30 noch gebogen sind. Bei der infolge Relativdrehung auftretenden Belastung verlängert sich der ebene oder flache Abschnitt 29 zum Abschnitt 29a, während die gebogenen Abschnitte 30a kürzer werden.

Dies ergibt sich aufgrund der aus den Fig. 4 und 5 ersichtlichen physikalischen Gegebenheiten. Wenn die gewölbte Blattfeder 19 über ein Zwischenstück 20a mit einer Kraft F^ belastet wird, dann ergibt sich über der Länge χ dieser Blattfeder das in Fig. 4 dargestellte Biegemoment M^. Das jeweils größte Biegemoment liegt in der Mitte und berechnet sich zu

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Dieses Biegemoment wächst mit der Kraft F.., wodurch schließlich an der Stelle des größten Biegemoments ein Grenzwert ^bmax ^errei^cn"k wird, bei dem die Krümmung in eine ebene Fläche übergegangen ist. Dies hat zur Folge, daß das

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normalerweise dreieckförmige Biegemoment-Diagramm B in ein trapezförmiges Diagramm C übergeht, das oben durch das maximale Biegemoment begrenzt ist. Die Kurve C in Fig. entspricht der Einspannung der gewölbten Blattfedern 19, 20 in der Neutralstellung. Steigt nun die Kraft weiter auf einen Wert F₂ (Fig. 5), dann wird der flache Abschnitt 29a der Blattfeder 19 immer länger und der gekrümmte Bereich 30a immer kürzer. Dies ergibt das Biegemoment-Diagramm D in Fig. 5. Zu beachten ist hierbei, daß das von der Feder aufzunehmende Biegemoment den Wert M^ nicht überschritten hat, weil eine Vergrößerung der Kraft F₂ mit einer entsprechenden Verkürzung des durch den gebogenen Teil 30a gebildeten Hebelarms a einhergeht. Dies ist der Grund dafür, daß die Blattfeder im Normalbetrieb nicht durch zu große Biegespannungen überlastet wird; sie hat daher eine außerordentlich große Lebensdauer.

Außerdem ergibt sich für die Betätigung der Lenkspindel 6 die aus Fig. 6 ersichtliche Kennlinie E des für eine bestimmte relative Winkeldreliung erforderlichen Drehmoments

Μ,. Die Kennlinie E wächst in einem ersten Abschnitt in α

unmittelbarer Nähe der Neutralstellung steil von Null auf einen ersten Drehmomentwert M^ an. Dann folgt über einen verhältnismäßig großen Abschnitt 12 ein sehr allmählicher Anstieg, d. h. zur Änderung der Winkellage wird lediglich eine geringfügige änderung des Drehmoments benötigt. Im Endabschnitt E3 schließlich steigt das Drelmoment steil an. Der Abschnitt Ξ1 bewirkt, daß die Neutralstellung sehr genau eingehalten wird und die Lankspindel auch mit Sicherheit in die Neutralstelliang zurückkehrt, wenn kein äußeres Drehmoment mehr auf sie aufgebracht wird«, Der Hittelabschnitt E2 sorgt für eine bequeme Handhabung während des¹ Lenkverstellung. Der Abschnitt E3 stellt sicher, daß der Fahrer das allmähliche Hähern des Endes des Verstellbereichs erfühlt und daß das Steuerventil sehr rascli den Bereich großer Aussteuerung verläßtt wenn das äußere Drehmoment auf die Lenkspindel

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entfällt.

Zum Vergleich ist strichpunktiert die Drehmoment-Kennlinie G der bekannten, eingangs erwähnten Federanordnung dargestellt. Man erkennt, daß der erste Abschnitt eine wesentlich geringere Steilheit hat als bei der neuen Federanordnung und daß der letzte steile Abschnitt überhaupt fehlt.

Die beschriebene Federanordnung eignet sich auch für andere Ventilanordnungen, bei denen der eine Ventilteil feststeht und der andere Ventilteil nicht nur von der Lenkspindel verstellbar, sondern auch von einer Meßvorrichtung rückstellbar ist.

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Claims

Patentansprüche

1J Federanordnung für das Steuerventil einer hydrostatischen ν—' Lenkeinheit, mit zwei in ihrer Mitte symmetrisch gegeneinander gewölbten Blattfedern, die mit ihren Enden an den Wänden von Radialschlitzen zweier konzentrisch zueinander angeordneter und um einen begrenzten Winkel relativ zueinander drehbarer hülsenförmiger Ventilteile anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (19, 20) im wesentlichen über ihre gesamte Länge gleichsinnig gekrümmt sind und sich unter Zwischenschaltung je einer ebenen, sich über die Blattfederlänge erstreckenden Stützplatte (21, 22) an den Radialschlitzwänden (25 bis 28) abstützen.
2. Federanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Blattfedern (19, 20) eine solche Vorspannung in der Neutralstellung haben, daß sie im Mittelteil (29) flach aufeinander liegen.
3. Federanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Blattfedern (19, 20) einen konstanten Krümmungsradius haben.
4. Federanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatten (21, 22) ebenfalls Blattfedern sind.

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