DE2814230B2

DE2814230B2 - Federanordnung zur Zentrierung eines Drehschieber-Steuerventils einer hydrostatischen Lenkeinheit

Info

Publication number: DE2814230B2
Application number: DE2814230A
Authority: DE
Inventors: Hans Christian Nordborg Petersen (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1980-01-31
Also published as: DK145755C; GB2017602A; DK145755B; DE2814230A1; DE2814230C3; JPS5515387A; US4251194A; GB2017602B; JPS627026B2; DK130379A; DD142690A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Federanordnung zur Zentrierung der beiden Ventilhülsen eines Drehschieber-Steuerventils einer hydrostatischen Lenkeinheit in ihre Neutralstellung, mit zwei in ihrem mittleren Teil symmetrisch gegeneinander gewölbten und aneinander anliegenden, bandförmigen Blattfedern, die mit ihren Enden an von beiden Ventühülsen gebildeten Wänden eines die beiden Ventühülsen durchsetzenden Radialschlitzes anliegen.

Bei bekannten Steuerventilen (US-PS 29 84 215, US-PS 40 16 949) ist eine innere Drehschieberhülse fest mit einer Lenkspindel verbunden, während eine äußere Drehschieberhülse 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 Totfangkupplung begrenzt die Relativdrehung zwischen den beiden Drehschieberhülsen, so daß bei Ausfall der Pumpe der Meßmotor als vom Lenkhandrad mechanisch angetriebene Hilfspumpe wirkt.

Die Relativdrehung der beiden DrehschieberhUlsen geschieht gegen die Kraft einer Federanordnung, die zusammengedrückt wird, wenn die die Federanordnung aufnehmenden Radialschlitze der beiden Drehschieberhülsen 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 bekannten Federanordnungen weisen zwei aus zwei oder drei Blattfedern bestehend« Pakete auf, die jeweils 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 über ihre gesamte Länge gleichsinnig gekrümmt sind und sich mit ihren querliegenden Endkanten an je einer sich über die Blattfederlänge erstreckenden ebenen Stützplatte abstützen, die ihrerseits an den Wänden des Radialschlitzes abgestützt ist

Wenn eine gewöYote Blattfeder, die an beiden Enden angestützt ist, in der Mitte belastet wird, ändert sich in Abhängigkeit vom örtlichen Biegemoment ihre Krümmung. Wenn infoige steigender Kräfte die Krümmung der Feder in der Mitte zu Null wird, 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 übertragene Drehmoment steil 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 Totgangkuppiung wirksam wird. Darüber hinaus ist sichergestellt, daß eier 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 liegen die Blattfedern in Ventil-Neutralstellung in ihrem Mittelteil über einen erheblichen Teil ihrer Längenerstreckung flach aufeinander. Hierdurch wird erreicht, daß bereits für eine sehr geringe Relativdrehung der Ventühülsen aus der Neutralstellung heraus ein ausreichend großes Drehmoment über die Lenkspindel aufgebracht werden muß. Darüber hinaus genügen verhältnismäßig kleine Erhöhungen des Drehmoments, um den anschließenden Abschnitt des Drehwinkelbereichs zu durchlaufen, bevor am Ende dieses Bereichs das Drehmoment wieder steiler ansteigt. Diese Ausgestaltung mit zu beiden

Seiten der Neutralstellung steil anwachsendem Drehmoment ergibt eine sehr genau eingehaltene Neutralstellung und eine hohe Sicherheit, daß das Steuerventil jeweils in die Neutralstellung zurückkehrt

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

Die ebenen Stützplatten können aus einem Material gefertigt sein, das in seinen Querschnittsmaßen mit dem der Blattfedern übereinstimmt Insbesondere können die Stützplatten ebenfalls Blattfedern sein. Da der außerhalb des inneren Ventilteils liegende Hebelarm kurz ist benötigt man keine dickeren Stützplatten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

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

Fig.2 einen Schnitt längs der Line A—A in vergrößertem Maßstab durch die Federanordnung und die beiden Drehschieberhülsen in der Neutralstellung,

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

F i g. 4 eine gewölbte Blattfeder bei geringer 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.

Das in F i g. 1 veranschaulichte Steuerventil weist in einem Gehäuse 1 eine Bohrung 2 auf, in der eine äußere Drehschieberhülse 3 und darin eine innere Drehschieberhülse 4 feelagert ist An der einen Stirnseite ist ein Lagerdeckel 5 vorgesehen, in welchem eine Lenkspindel 6 gelagert ist, die mit der Drehschieberhülse 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 Meßmotoi 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. Das Ganze ist durch einen Deckel 11 abgeschlossen. Das Zahnrad 10 ist über eine Gelenkwelle 12 und einen die innere Drehschieberhüise 4 mit Spiel durchsetzenden Stift 13 mit der äußeren Drehschieberhülse 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 die erforderlichen Kanäle und Ventilöffnungen, die, da bekannt, nicht dargestellt sind.

Eine Federanordnung 18 bewirkt die Zentrierung der Ventilhülsen in ihre Neutralstellung. Die Federanordnung besteht aus zwei gegeneinander 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 Ventilhülsen 3 und 4. In der Neutralstellung (Fig.2) liegen die ebei en Blattfedern 21 und 22 an Wänden 25,26,27 und 28 der Radialschlitze 23 und 24, an; bei einer relativen Winkelverdrehung erfolgt die Anlage lediglich an jeweils einer der zusammengehörigen Schlitzwände, in Fig.3 beispielsweise an den Schlitzwänden 25 und 28. Die Anlage an diesen Wänden ist relativ großflächig, so daß die Balttfedern 21 und 22 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

ίο Neutralstellung so weit vorgespannt, daß sich ein mittlerer ebener Abschnitt 29 ergibt so daß die Federn nur noch an Endabschnitten 30 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 au« den F i g. 4 und 5 ersichtlichen physikalischen Gegebenheiten. Wenn beispielsweise die gewölbte Blattfeder 19 über ein Zwischenstück 20a mit einer Kraft F₁':, elastet wird, dann ergibt sich über der Länge χ dieser Blattfeder das in Fig.4 dargestellte Biegemoment Mb. Das jeweils größte Biegemoment liegt in der Mitte und berechnet sich zu

Dieses Biegemoment wächst mit der Kraft F_u

jo wodurch schließlich ein größtes Biegemoment Mb mm erreicht wird, bei dem die Blattfeder sich im Mittelteil an die ebene Fläche des Zwischenstücks angeschmiegt hat Dies hat zur Folge, daß das normalerweise dreieckförmige Biegemoment-Diagramm B in ein

j-, trapezförmiges Diagramm C übergeht. Die Kurve C in Fig.4 entspricht der Einspannung der gewölbten Blattfedern 19, 20 in der Neutralstellung. Steigt nun die Kraft weiter auf einen Wert F2 (F i g. 5), dann wTd der flache Abschnitt 29a der Blattfeder 19 immer länger und der gekrümmte Bereich 30a immer kurzer. Dies ergibt das Biegemoment-Diagramm Din Fig.5. Zu beachten ist hierbei, daß das in der Feder auftretende Biegemoment den Wert Mb mat nicht überschritten hat, weil eine Vergrößerung der Kraft F2 mit einer

V) entsprechenden Verkürzung des durch uen 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.

-,ο Außerdem ergibt sich für die Betätigung der Lenkspindel 6 die aus F i g. 6 ersichtliche Kennlinie E des für eine bestimmte relative Winkeldrehung erforderlichen Drehmoments Md- Die Kennlinie £ wächst in einem ersten Abschnitt in unmittelbarer Nähe der

-,-, Neutralstellung steil von Null auf einen ersten Drehmomentwert Mj\ an. Dann folgt über einen verhältnismäßig großen Abschnitt £2 ein sehr allmählicher Anstieg, d. h. zur Änderung der Winkellage wird lediglich eine gerin_efügige Änderung des Drehmoments

ho benötigt. Im Endabschnitt E3 schließlich steigt das Drehmoment steil an. Der Abschnitt Ei bewirkt, daß die Neutralstellung sehr genau eingehalter wird und die Lenkspindel auch mit Sicherheit in die Neutralstellung zurückkehrt, wenn kein äußeres Drehmoment mehr auf

hi sie aufgebracht wird. Der Mittelabschnitt £2 sorgt für eine bequeme Handhabung während der Lenk verstellung. Der Abschnitt £3 stellt sicher, daß der Fahrer das allmähliche Nähern des Endes des Verstellbereichs

erfühlt und daß das Steuerventil sehr rasch den Bereich großer Aussteuerung verläßt, wenn das auf die Lenkspindel aufgebrachte Lenkmoment zurückgeht.

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

Die beschriebene Federanordnung eignet sich auch für Ventilanordnungen, bei denen die eine Drehschieberhülse durch ein feststehendes Gehäuse gebildet ist und die andere Drehschieberhülse nicht nur von der Lenkspindel verstellbar, sondern auch von einer Meßvorrichtung rückstellbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

PatentansprQche:

1. Federanordnung zur Zentrierung der beiden Ventilhülsen eines Drehschieber-Steuerventils einer hydrostatischen Lenkeinheit in ihre Neutralstellung, mit zwei in ihrem mittleren Teil symmetrisch gegeneinander gewölbten und aneinander anliegenden, bandförmigen Blattfedern, die mit ihren Enden an von beiden Ventühülsen gebildeten Wänden eines die beiden Ventilhülsen durchsetzenden Radialschlitzes anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (19,20) über ihre gesamte Länge gleichsinnig gekrümmt sind und sich mit ihren querliegenden Endkanten an je einer sich über die Blattfederlänge erstreckenden ebenen Stützplatte (21,22) abstützen, die ihrerseits an den Wänden des Radialschlitzes (23,24) abgestützt ist

2. Federanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (19, 20) in Ventii-Neutraisteiiung in ihrem Mittelteil {ja) über einen erheblichen Teil ihrer Längenerstreckung flach aufeinander liegen.

3. Federanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Blattfedern (19, 20) in nicht eingebautem Zustand einen konstanten Krümmungsradius aufweisen.

4. Federanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Stützplatten (21,22) aus Material gefertigt sind, das in seinen Q.;rschnittsmaßen mit dem der Blattfedern übereinstimmt