DE4209647A1 - Drehschieberventil mit horizontal angeordneten Steueröffnungen für eine Servolenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil für eine hydraulisch arbeitende Hilfskraftlenkung.

Aus der WO 90/03295 (PCT/EP 89/01056) ist es bekannt, zur Steuerung eines hydraulisch arbeitenden Servomotors ein Steuerventil parallel zu der das Lenkrad mit einem Antriebsritzel verbindenden Steuerwelle anzuordnen. Dabei wird die Verdrehung eines Torsionsstabes mit dessen Enden eine Steuerbuchse und ein Drehschieber verbunden sind, zur Festlegung der für die Lenkung benötigten Hilfskraft genutzt. Je nach Verdrehung des Torsionsstabes werden auch Drehschieber und Steuerbuchse mehr oder weniger gegeneinander verdreht, wobei die Verdrehung ein Maß dafür ist, welche der Arbeitskammern des Servomotors mit welchem Druck beaufschlagt wird.

Bei den bekannten Steuerventilen (siehe beispielsweise auch EP-OS 327 450 oder EP-OS 454 336) verläuft die Grenzfläche, an der die Steueröffnungen von Steuerschieber und Steuerbuchse miteinander verbindbar sind, immer in einer zylinderförmigen koaxialen Ebene.

Nachteilig hierbei ist, daß wegen der Toleranzen zwischen den Bauelementen, der temperaturabhängigen Wärmedehnung und möglichen Abnutzungserscheinungen eine Dichtung des unter erheblichem Druck stehenden Druckmittels in axialer Richtung nur schwer möglich ist. Hierdurch gibt es vielfach erhebliche Leckverluste, die den Wirkungsgrad des Systems herabsetzen.

Die Erfindung geht daher aus von einem Drehschieberventil der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung und hat sich zur Aufgabe gestellt, das Dichtverhalten eines derartigen Ventils unter Berücksichtigung auch sehr ungünstiger Verhältnisse zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die Ebene, in der die Steueröffnungen von Steuerbuchse und Drehschieber miteinander verbunden werden, im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Ventils zu legen. Diese Längsachse ist mit der Längsachse des regelmäßig angewendeten Torsionsstabs und in der Regel auch mit der Längsachse der von dem Lenkrad zum Ritzel hin führenden Welle identisch. Durch die Erfindung wird es möglich, mittels einer geeigneten Kraft die Steuerbuchse und den Drehschieber zur Grenzfläche hin aufeinanderzupressen, so daß hier eine sehr gute Dichtung, unabhängig von den axialen Abmessungen der beiden Bauelemente, erreicht werden kann. Voraussetzung dabei ist, daß die beiden Bauelemente in axialer Richtung gegeneinander verschiebbar sein müssen. Als Kraft kann hierbei eine geeignete Feder, wie beispielsweise Spiralfeder, dienen, aber auch die über ein Druckmittel ausgeübte Kraft oder auch andere geeignete Kraftmittel, wie Magnetkräfte und ähnliches.

Ein besonders einfacher Aufbau des Drehschieberventils wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 2 erreicht. Hierdurch wird der von der Pumpe kommende Druck in einen zwischen Steuerbuchse und Drehschieber angeordneten Druckraum geführt, so daß der Druck in einfacher Weise in die Steueröffnungen des Drehschiebers eingeleitet werden kann, unabhängig von deren Drehwinkel gegenüber der Steuerbuchse. Diese Konstruktion unterstützt weiterhin die Möglichkeit einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 8, wie weiter unten noch erläutert wird.

Eine Vereinfachung für die Ausgestaltung der mit dem Reservoir zu verbindenden Steueröffnungen ergibt sich durch die Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 3. Auch hier wiederum läßt sich in einfacher Weise der in dem Reservoir herrschende Druck zu den entsprechenden Steueröffnungen in dem Steuerschieber führen, unabhängig von der Drehstellung zwischen Steuerbuchse und Drehschieber. Da der Druck vergleichsweise niedrig ist, werden auch entsprechend geringe Anforderungen an die Dichtung des Sammelraums gegenüber der Umgebung gestellt. Der Sammelraum kann im übrigen auch zur Aufnahme des zur Vorspannung des Drehschiebers gegenüber der Steuerbuchse notwendigen Federpakets dienen. Auch läßt sich der Torsionsstab ohne Schwierigkeiten über eine O-Ring-Abdichtungen durch diesen Sammelraum führen. Es ist auch möglich, daß Sammelraum und Druckraum geometrisch im wesentlichen eine Einheit bilden, solang der Druckraum nur gegenüber dem Sammelraum gut abgedichtet ist. Hierbei kann beispielsweise eine von der Steuerbuchse auf den Drehschieber in radialer Richtung wirkende Dichtung dienen.

Hinsichtlich der Steueröffnungen bekommt man einen besonders einfachen Aufbau durch Verwendung der Merkmale nach Anspruch 4. Dabei sind die in die horizontale Grenzfläche mündenden, mit der Druckkammer verbundenen Steueröffnungen beidseitig der in den Sammelraum mündenden Steueröffnung angeordnet, wobei alle drei Steueröffnungen auf einem Teilkreisbogen liegen. Der Abstand der einander zugewandten, die Steueröffnungen begrenzenden Kanten ist ist dabei so gewählt, daß die den beiden Arbeitsräumen des Servomotors zugeordneten Steueröffnungen gleichzeitig Sammelraum und Druckraum miteinander verbinden können (neutrale Stellung) oder eine der beiden einer Arbeitskammer zugeordnete Steueröffnung direkt mit einer zur Druckkammer führenden Steueröffnung fluchtet, während die andere dann über die entsprechende Steueröffnung mit der Sammelkammer verbunden ist.

Eine besonders einfache Ausgestaltung für die zum Sammelraum führende Steueröffnung ergibt sich aus der Merkmalskombination nach Anspruch 5. Die Mündung der zur Sammelkammer führenden Steueröffnung wird dabei relativ groß. Dichtungsprobleme für die vergleichsweise einfach zu fertigende Mündung entstehen dabei nicht, da durch die Vorspannung des Drehschiebers gegenüber der Steuerbuchse die Stirnfläche der Buchse die Mündungskanten sauber verschließt.

Eine besonders zuverlässige Arbeitsweise des Ventils wird durch die Merkmalskombination nach Anspruch 6 erreicht. Dabei sollen die Kanten der zum Sammelraum und zu dem Druckraum führenden Steueröffnungen möglichst nah nebeneinanderliegen, andererseits aber auch einen für eine hinreichende Dichtung notwendigen Abstand nicht unterschreiten. Ein größerer Abstand trägt weiterhin zu einer Dämpfung des Steuerverhaltens bei, indem der Übergang von der Stellung mit Druckversorgung gegenüber dem Übergang der Verbindung dieser Arbeitskammer mit Reservoirdruck schleifend ausgestaltet ist.

Um die Druckverhältnisse an der Grenzfläche zu symmetrieren und somit ein Verkanten der Steuerbuchse gegenüber dem Steuerschieber auszuschließen, empfiehlt sich die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 7. Hierdurch kann auch der Drehschieber in unterschiedlichen Drehlagen gegenüber der Steuerbuchse eingebaut werden, wobei die Zahl der Einbaulagen von der Anzahl der gewählten Gruppen von Steueröffnungen abhängt. Jeder Gruppe muß dann allerdings auch eine zugeordnete Gruppe von zu den Arbeitskammern führenden Steueröffnungen in der Steuerbuchse zugeordnet sein.

Wie weiter oben schon erläutert, schafft die Erfindung die Möglichkeit, den Drehschieber zur Erhöhung der Dichtwirkung mittels einer axialen Kraft gegen die Steuerbuchse zu pressen, so daß an der Grenzfläche diese beiden Bauelemente in axialer Richtung verspannt gegeneinander verdreht werden können. Eine einfache Möglichkeit, eine derartige Kraft aufzubringen, ergibt sich durch die Merkmale nach Anspruch 8. Dabei wird der Drehschieber derart aufgebaut, daß er vom Druck des Druckraums wie ein Kolben beaufschlagt wird und so sich der Druck des Drucksraums zusätzlich zur Dichtung des Ventils ausnutzen läßt.

Eine andere einfache ggf. zusätzliche Möglichkeit besteht in der Merkmalskombination nach Anspruch 9. Stützt sich die Feder an ihrem dem Drehschieber abgewandten Ende an der Steuerbuchse oder einem mit ihr verbundenen Teil ab, so erhält man zwar einen sehr einfachen Aufbau, andererseits muß die Feder die Drehbewegung der beiden Teile gegeneinander ausgleichen. Eine andere Lösung, bei der die Drehbewegung stark vermindert oder ganz aufgehoben ist, kann darin bestehen, daß die Feder sich mit ihrem dem Drehschieber abgewandten Ende an einem Torsionsstab oder einem anderen Bauelement abstützt, welches der Drehbewegung des Drehschiebers mehr oder weniger folgt. Es versteht sich von selbst, daß der Drehschieber diesem Angriffspunkt gegenüber axial verschiebbar sein muß, da andernfalls die Feder keine vorspannende Wirkung entfalten kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 in symbolischer Darstellung einen mit der Steuerbuchse zusammenwirkenden Drehschieber,

Fig. 2 die Draufsicht auf die der Steuerbuchse zugewandte Grenzfläche des Drehschiebers und

Fig. 3 eine Abwicklung der Steueröffnungen von Steuerbuchse und Drehschieber längs eines die Steueröffnungen passierenden Teilkreisbogens,

Fig. 4 das Drehschieberventil nach Fig. 1 und 2 mit sich daran anschließenden Baugruppen.

Die Steuerbuchse 5 in Fig. 1 besitzt einen Buchsendeckel 4, eine Buchsenhülse 2 und einen Buchsenboden 3, die fest und in ihren Trennflächen gegeneinander abgedichtet zu einer Einheit zusammengefügt sind. Die Trennflächen können selbstverständlich auch in anderen Ebenen verlaufen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind.

Die Steuerbuchse 5 sitzt in einem die Buchse umgebenden, nicht dargestellten Gehäuse, welches gegenüber dem Chassis Ces Kraftfahrzeugs fixiert ist. Die Buchse ist gegenüber dem Gehäuse gedichtet und drehbar gelagert, wie dies beispielsweise in den oben genannten Literaturstellen hinreichend beschrieben ist. Insbesondere ist die Buchse 5 drehfest mit der zum Antriebsritzel der Lenkung gehenden Welle verbunden (siehe Fig. 4). Weiterhin ist das ritzelseitige Ende eines Torsionsstabs mit der Steuerbuchse 5 verbunden, der durch eine Durchgangsbohrung 7 ragt, welche sowohl durch den Buchsendeckel 4 als auch durch den Buchsenboden 3 führt.

Von dem Buchsendeckel 5, dem Buchsenboden 3 und der Buchsenhülse 2 wird ein Buchseninnenraum 8 umschlossen, in welchem ein Drehschieber 1 angeordnet ist. Der Drehschieber ist gegenüber der Buchse drehbar und axial verschiebbar gelagert und ist ebenso wie die Buchse selbst zylinderförmig ausgestaltet. Der Drehschieber 1 ist drehsteif aber axial verschiebbar mit dem oberen Ende des Torsionsstabs und damit der zu dem Lenkrad führenden Lenkwelle verbunden, wie dies bei den eingangs genannten Literaturstellen hinreichend beschrieben ist (Fig. 4). Wird nun aufgrund eines auf ein Lenkrad ausgeübten Drehmoments, der das Lenkrad mit dem Lenkungsritzel verbindenden Torsionsstab verdreht, so verdrehen sich auch in an sich bekannter Weise der Drehschieber gegenüber der Steuerbuchse.

Aufgabe des Drehschieberventils ist es nun, in Abhängigkeit von der Drehbewegung von Buchse und Schieber gegeneinander für eine geeignete Druckversorgung der entsprechenden Arbeitskammer des Servomotors bzw. Druckentlastung der anderen Arbeitskammer zu sorgen. Hierzu dienen der Pumpenanschluß 9, der Reservoiranschluß 10, zwei zur ersten Arbeitskammer führende Kammeranschlüsse 11 und 12 sowie zwei dazu in Drehrichtung versetzte, in der Zeichnung nicht dargestellte zur zweiten Arbeitskammer führende Arbeitskammeranschlüsse 13, 14, die in Fig. 2 angedeutet sind. Die genannten Anschlüsse sind mit entsprechenden Kammern im umgebenden Gehäuse 6 verbunden, die untereinander abgedichtet sind, wobei jeweils ein Anschluß von dem Reservoir, der Pumpe bzw. den einzelnen Arbeitskammern zu dem entsprechenden Verbindungsraum in dem Gehäuse führt.

Die obere ringförmige Stirnfläche 15 liegt unter der Kraft einer Feder 38 an der unteren Stirnfläche 16 des Buchsendeckels 4 an. Die Kraft der sich an dem Buchsenboden 3 abstützenden Feder 38 ist so gewählt, daß die beiden Flächen 15, 16 dichtend gegeneinander verdreht werden können.

Die aneinanderliegenden Flächen 15, 16 werden nachfolgend als Grenzfläche 17 bezeichnet, in die die Steueröffnungen des Drehschiebers 1 und der Steuerbuchse 5 münden.

Durch die äußere Kontur 18 des Drehschiebers 1 und die innere Kontur 19 der Buchsenhülse 2 wird in Verbindung mit einer ringförmigen Dichtung 20 ein ringförmiger Druckraum 21 begrenzt, welcher über den Pumpenanschluß 10 mit Druck versorgt wird. Weiterhin ist ein Sammelraum 22 vorgesehen, der gegenüber dem Druckraum 21 abgedichtet ist und auch in nicht näher gezeigter Form gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Über den Reservoiranschluß 9 ist der Sammelraum 22 mit dem Druckmittelreservoir verbunden, welches drucklos ist oder nur einen sehr niedrigen Druck besitzt.

Über rechtwinklig abgeknickte Bohrungen 23, 24 ist die erste Arbeitskammer des Servomotors mit Steueröffnungen 25, 26 versehen, die in die Grenzfläche 17 münden. Dementsprechend sind die Steueröffnungen 27, 28 an der Grenzfläche 17 des Drehschiebers 1 über entsprechende rechtwinklig abgeknickte Bohrungen 37, 39 mit dem Druck in der Druckkammer 21 verbunden. Bringt man also die Steueröffnungen 27, 28 des Drehschiebers 1 durch entsprechendes Verdrehen mit den Steueröffnungen 25, 26 der Steuerbuchse 5 zur Deckung oder sorgt zumindest dafür, daß diese sich überschneiden, so kann der in der Druckkammer 21 anstehende Druck zu der ersten Arbeitskammer geführt werden. Entsprechendes gilt bei einer geeigneten Verdrehung hinsichtlich der zweiten Arbeitskammer des Servomotors.

Um dies zu verdeutlichen, zeigt Fig. 2 unter Weglassung der Steuerbuchse 5 eine Draufsicht auf den Drehschieber 1 auf dessen Stirnfläche 15 in Höhe der Grenzfläche 17. Neben den Steueröffnungen 27, 28 sind auch noch Steueröffnungen 29, 30 zu erkennen, die ebenfalls um 90° Drehung versetzt über entsprechende rechteckig abgeknickte Bohrungen mit der Druckkammer 21 verbunden sind.

Fig. 2 zeigt nun gestrichelt eine Projektion der Steueröffnungen 25, 26 der Steuerbuchse 5, die sich mit den Steueröffnungen 27, 28 überschneidet und somit einen verengten Weg für den Druck zu der ersten Arbeitskammer freigibt. Entsprechendes gilt für die projiziert dargestellten Steueröffnungen 31 und 32 der Steuerbuchse, die die Steueröffnungen 29, 30 teilweise überschneiden und somit einen verengten Weg des unter Druck stehenden Druckmittels zu der zweiten Arbeitskammer 13, 14 freigeben.

Weiterhin sind in Fig. 2 noch teilkreisförmige flache Nuten 35, 36 in der Grenzfläche 17 dargestellt, in die senkrechte Bohrungen 33, 34 münden, die die Nuten 35, 36 mit dem Sammelraum 22 verbinden. Bringt man also die projizierten Steueröffnungen 25, 26 bzw. 31, 32 durch Drehen der Steuerbuchse 5 mit den Nuten 35, 36 zur Deckung, so kann hierdurch der weitgehend drucklose Sammelraum mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer des Servomotors verbunden werden, wodurch diese auf den im Reservoir herrschenden niedrigen Druck gebracht werden.

In der Zeichnung ist die Drehstellung zwischen Steuerbuchse und Drehschieber so gewählt, daß die Steueröffnungen 25, 26, 31, 32 sowohl die unter Druck stehenden Steueröffnungen 27, 28 bzw. 29, 30 als auch die Nuten 35 bzw. 36 teilweise überschneiden. Hierdurch findet ein teilweiser Kurzschluß des in der Druckkammer 21 herrschenden Drucks gegenüber dem Sammelraum 22 statt, der der neutralen Stellung des Servosystems entspricht.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise einen Schnitt entlang eines Kreisbogens in Fig. 2, welcher über die Öffnungen 27, 25, 33, 31 und 29 führt. Zu beiden Seiten der Grenzfläche 17, entlang der der Drehschieber 1 gegenüber der Steuerbuchse 5 verdrehbar ist, stehen sich die Steueröffnungen gegenüber. Dabei überdeckt die Steueröffnung 25 sowohl die Steueröffnung 27 als auch die flache Nut 35. Entsprechendes gilt hinsichtlich der Steueröffnung 31 gegenüber der flachen Nut 35 und der Steueröffnung 29. Es ist aus Fig. 3 unschwer ersichtlich, daß durch Verschieben des Drehschiebers 1 sowohl die Steueröffnungen 25 und 27 als auch die Steueröffnungen 31 und 29 wahlweise zur Deckung gebracht werden können, wobei dann jeweils die andere Steuernut über der flachen Nut 35 steht und hierdurch mit dem Reservoir verbunden wird, während die zuerst genannte Steuernut mit dem Druckraum verbunden ist.

Auf diese Weise lassen sich die Arbeitskammern in optimaler Weise ansteuern.

Fig. 4 zeigt eine Übersicht über an das erfindungsgemäße Drehschieberventil in der Hilfskraftlenkung angrenzende Bauelemente. Danach ragt durch die Durchgangsbohrung 7 die mit dem Lenkrad verbundene Eingangswelle 40 mit der der Drehstab 41 verbunden ist. Das andere Ende des Drehstabs 41 ist mit der Antriebswelle 42 verbunden, die über ein Ritzel 43 an der derz Zahnstange 44 angreift. Mit der Antriebswelle 42 ist die Steuerbuchse 5 fest verbunden, während der Drehschieber 1 gegenüber der Eingangswelle 40 undrehbar, aber axial verschiebbar gelagert ist. Die Spiralfeder 38 stützt sich am Boden des Buchseninnenraums 8 ab und preßt den Drehschieber gegen die Grenzfläche 17.

Aus Fig. 4 ist gut zu erkennen, daß sich eine verbesserte Abstützung der Feder 15 dadurch erreichen läßt, daß man das dem Drehschieber 1 abgewandte Ende der Feder 38 am unteren Ende der Eingangswelle 40 abstützt, da hierdurch eine Drehbewegung der Feder 38 vermieden wird infolge der drehfesten Lagerung des Drehschiebers 1 gegenüber der Eingangswelle 40.

Claims (11)

1. Drehschieberventil (1, 5) für eine hydraulisch arbeitende Hilfskraftlenkung von Kraftfahrzeugen mit einem gegenüber einer Steuerbuchse (5) verdrehbaren Drehschieber, wobei die Steuerbuchse (5) und der Drehschieber (1) für die Steuerung eines Druckmittels von einer Druckmittelquelle zu einem Servomotor miteinander zusammenwirkende Steueröffnungen (25 bis 34) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche (17), in der die einander zugeordneten Steueröffnungen (25-35) des Drehschiebers (1) und der Steuerbuchse (5) aufeinanderstoßen, im wesentlichen senkrecht zur Längsachse von Steuerbuchse (5) und Drehschieber (1) steht.

2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbuchse (5) eine mit dieser verbundene Buchsenhülse (2) aufweist, die den Drehschieber (1) mit Abstand umgibt und so einen mit der Pumpe verbindbaren Druckraum (22) schafft, an den die Steueröffnungen (27, 28, 29, 30) des Drehschiebers (1) angeschlossen sind.

3. Drehschieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) zumindest teilweise einen Sammelraum (22) umschließt, der gegenüber dem Druckraum (21) abgedichtet ist, wobei der Sammelraum vorzugsweise über einen die Buchsenhülse (2) durchdringenden Reservoiranschluß (9) mit dem Reservoir verbunden ist und wobei in den Sammelraum (22) die mit dem Reservoir zu verbindenden Steueröffnungen (33, 34, 35, 36) des Drehschiebers (1) münden.

4. Drehschieberventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu der Pumpe führende Steueröffnungen (27, 29 bzw. 28, 30) im gleichen Abstand zu einer zu dem Reservoir führenden Steueröffnung (33, 35 bzw. 34, 36) in die Grenzflächen (17) innerhalb einer konzentrisch zur Mittelachse des Drehschiebers (1) verlaufenden Kreisringfläche münden.

5. Drehschieberventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsfläche (35, 36) der zum Reservoir führenden Steueröffnung (33, 34) sich kreisbogenförmig erstreckt und durch eine kreisbogenförmige flache Nut (35, 36) gebildet ist.

6. Drehschieberventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisbogenförmige Abstand in Höhe der Grenzfläche (17) der zu den beiden Arbeitskammern des Servomotors führenden Steueröffnungen (25, 31 bzw. 26, 32) der Steuerbuchse (5) etwa den Abstand der in gleicher Drehrichtung liegenden Kanten der Mündungsfläche der beiden zur Pumpe bzw. Reservoir führenden Steueröffnungen hat (29, 35 bzw. 27, 35).

7. Drehschieberventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen von Steuerbuchse (5) und Drehschieber (1) mehrfach und zueinander symmetrisch an der Grenzfläche (17) vorgesehen sind.

8. Drehschieberventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckraum begrenzende Umfangsfläche (18) derart geformt ist, daß der Druck auf den Drehschieber eine gegen die Grenzfläche (17) gerichtete Kraft auf den Drehschieber (1) ausübt.

9. Drehschieberventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) durch eine Feder (38), vorzugsweise Spiralfeder, gegen die Grenzfläche (17) gedrückt wird.

10. Drehschieberventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (38) an ihrem dem Drehschieber (1) abgewandten Ende an der Steuerbuchse (5) oder vorzugsweise an einem Torsionsstab abgestützt ist, der den Drehschieber (1) koaxial durchdringt.

11. Drehschieberventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) auf der mit dem Steuerrad verbundenen Steuerwelle (40) drehfest und axial verschiebbar gelagert ist und das dem Drehschieber (1) abgewandte Ende der Feder (38) an der Steuerwelle (40) abgestützt ist (Fig. 4).