DE4304957A1 - Linearschieberventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgespanntes Linear­ schieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der P 40 35 065 ist ein gattungsgemäßes Linear­ schieberventil bekannt. Dieses Linearschieberventil wird in einer hydraulischen Kraftfahrzeug-Servolenk­ anlage eingesetzt und dient zur Verteilung von Hydrau­ likmedium auf die Arbeitskammern eines Servozylinders. Als Betätigungselement ist hier ein in den Ventil­ schieber eingreifender Hebel vorgesehen.

Als nachteilig an diesem bekannten Ventil ist es anzusehen, daß im Falle eines Defektes z. B. bei einem Bruch des Hebels oder der den Ventilschieber vor­ spannenden Feder, der Ventilschieber in eine im normalen Betrieb nicht erreichte Extremstellung geraten kann, aus der er sich aufgrund des Defekts nicht mehr herausbewegen läßt. Das bedeutet, daß diese Ventilstellung unverändert bleibt, wodurch auch die Beaufschlagung einer bestimmten Arbeitskammer mit Hydraulikmedium konstant bleibt, ohne daß deren Beauf­ schlagung mit Hydraulikmedium gewünscht ist. Ist das gattungsgemäße Ventil in eine sicherheitsrelevante Anlage eingesetzt, z. B. in einer Kraftfahrzeug-Servo­ lenkanlage, kann es sogar zu gefährlichen Situationen kommen, wenn durch eine Hilfskraftunterstützung in die falsche Richtung das Fahrzeug unlenkbar, d. h. unkon­ trollierbar wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungs­ gemäßes Linearschieberventil so weiterzuentwickeln, daß trotz eines Defekts des Betätigungselements bzw. der Feder, keine der den normalen Betriebsstellungen des Ventils entsprechenden Druckmittelpassagen unver­ änderbar eingenommen werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe nach Anspruch 1 dadurch, daß in einer Endstellung des Ventilschiebers der zunächst von den anderen Anschlüssen abgetrennte Anschluß wieder mit einem oder mehreren der anderen Anschlüsse in Verbindung gebracht wird.

Man erreicht so eine der Kurzschlußstellung ähnliche Verbindung der Anschlüsse untereinander.

Nach Anspruch 2 sind zur Verbindung der Anschlüsse untereinander umlaufende Nuten im Ventilschieber vor­ gesehen, die außerhalb der Neutralstellung des Ventil­ schiebers mit genau zwei Anschlüssen in Verbindung stehen. Zwei weitere Nuten sind durch schmale Stege von den erstgenannten Nuten getrennt und befinden sich nur in den jeweiligen Endstellungen des Ventil­ schiebers mit zwei der Anschlüsse in Verbindung, in allen anderen Stellungen des Ventilschiebers nur mit maximal einem Anschluß. Dabei werden diese Stege so schmal ausgebildet, daß sie schmaler sind der Durchmesser einer Anschlußbohrung, so daß der entsprechende Anschluß mit beiden Nuten in Verbindung steht, wenn sich der Steg genau über dieser Anschlußbohrung befindet. Die Endanschläge des Ventilschiebers müssen dabei so ausgelegt sein, daß die Stege nur bis über die Bohrung fahren können und nicht darüber hinaus.

Eine besonders vorteilhafte Anschlußbelegung ist in Anspruch 3 angegeben. Dabei wird davon ausgegangen, daß die fünf Anschlüsse in fünf, sich nicht überlappenden axial hintereinander angeordneten Bereichen des Ventilgehäuses münden. Dabei soll der mittlere der Anschlüsse mit der Druckseite einer Pumpe verbunden sein, während die äußeren Anschlüsse mit einem drucklosen Tank verbunden sind. Die zwischen dem Pumpenanschluß und den jeweiligen Tankanschlüssen befindlichen Anschlüsse sind mit jeweils einer Arbeitskammer verbunden. Die Nuten und die zwischen den Nuten befindlichen Stege des Linearsschiebers sind dabei so angeordnet, daß in der Mittelstellung des Ventilschiebers die Arbeitskammeranschlüsse sowohl mit dem zugehörigen Tankanschluß als auch mit dem Pumpenanschluß in Verbindung stehen. Sobald der Ventilschieber aus seiner Mittelstellung ausgelenkt wird, wird auf einer Seite der Tankanschluß vom Arbeitskammeranschluß abgetrennt, auf der anderen Seite der Pumpenanschluß. Die jeweils äußeren umlaufenden Nuten stehen in diesem Fall mit keinem, bzw. mit dem abgetrennten Tankanschluß in Verbindung.

Erst wenn sich der Linearschieber in seiner Extremposition, d. h. an einem Anschlag befindet, wird der abgetrennte Tankanschluß mit dem ihm benachbarten Arbeitskammeranschluß verbunden.

In Anspruch 4 wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Linearschieberventil als Steuerventil einer hydraulischen Hilfskraftlenkanlage zu verwenden. Die Arbeitskammern befinden sich dann in einem die Lenkung unterstützenden Servozylinder, während das Betätigungselement den Ventilschieber in Abhängigkeit von dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkmoment verschieben würde.

Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, als Betätigungselement einen Kipphebel vorzusehen, der einerseits in den Ventilschieber eingreift und andererseits in einen Drehmomentwandler, der z. B. axialsymmetrisch zu einer Lenkwelle angeordnet sein kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Linearschieberventil, teilweise in geschnittener Darstellung, angeordnet an einem Lenkgetriebe

Fig. 2 Linearschieberventil aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 sieht man im Gehäuse 1 des Lenkgetriebes 2 die Lenkwelle 3, die mit einem nicht dargestellten Lenkrad verbunden ist. Wird über die Lenkwelle 3 eine Drehbewegung eingeleitet, verdreht sich abhängig von dem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment der Torsionsstab 4 und überträgt das Drehmoment auf eine Ritzelwelle 5. Die Ritzelwelle 5 kämmt mit einer hier nicht dargestellten Zahnstange, die über hier ebenfalls nicht gezeigte Spurstangen und Lenkhebel eine Lenkbewegung auf die Räder überträgt.

Die Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen der Ritzelwelle 5 und der Lenkwelle 3 wird durch die Hülse 6 in eine Linearbewegung in axiale Richtung umgesetzt. Dies ermöglichen zwei gewendelt verlaufende Kulissenführungen am Ende der Hülse 6 bzw. zwei axial verlaufenden Kulissenführungen am anderen Ende der Hülse 6 in Zusammenarbeit mit Stiften in der Ritzelwelle 5 und in der Lenkwelle 3. Derartige Kulissenführungen sind bekannt, auf eine nähere Beschreibung wird daher verzichtet.

Zur Übertragung der Axialbewegung der Hülse 6 auf den Ventilschieber 7 ist ein Hebel 8 vorgesehen, der in einer Kugelgelenklagerung 9 gelagert ist und mit zwei gabelförmigen Armen 10 in die Hülse 6 und andererseits mit dem Arm 11 in den Ventilschieber 7 eingreift. Im Ventilschieber 7 ist eine Querbohrung 12 vorgesehen, in die eine am Ende des Armes 11 angebrachte Kugel 13 eingreift. Der Ventilschieber 7 ist über eine Hülse 14, die einen flanschartigen Abschnitt 15 aufweist, an dem eine Feder 16 angreift, an einem am Ventilgehäuse 18 befestigten Deckel 17 abgestützt. Der Ventil­ schieber 7 ist somit gegenüber dem Hebel 8 spielfrei vorgespannt.

Im Ventilgehäuse 18 ist eine Längsbohrung 19 ange­ bracht, in der der Ventilschieber 7 axial beweglich und abgedichtet geführt ist. In die Längsbohrung 19 mündet ein Pumpenanschluß 20, zwei Tankanschlüsse 21 und 22, sowie zwei Druckanschlüsse 23, 24. Die An­ schlüsse 20 bis 24 sind der Übersichtlichkeit halber in der Zeichenebene der Fig. 1 dargestellt, andere Anordnungen sind aber selbstverständlich auch möglich.

Im Ventilschieber 7 sind vier umlaufende Nuten angebracht, zwei schmale Endnuten 25, 26 und zwei Hauptnuten 27, 28. Zwischen den Hauptnuten 27 und 28 befindet sich ein breiter Zentralsteg 29, während sich zwischen der Endnut 25 bzw. 26 und der Hauptnut 27 bzw. 28 jeweils ein schmaler Steg 30, 31 befindet. Zwei Anschläge 32,33 begrenzen den Hub des Ventilschiebers 7 und legen dessen Endstellungen fest.

Zur Funktion des Linearschieberventils.

In der in Fig. 1 angegebenen Mittelstellung des Ventilschiebers 7 steht der Pumpenanschluß 20 über die Hauptnuten 27 und 28 sowohl mit den beiden Tankanschlüssen 21, 22 als auch den beiden Druckan­ schlüssen 23, 24 in leitender Verbindung (Kurzschluß). Die Druckanschlüsse 23 und 24 sind mit zwei Arbeits­ kammern eines nicht dargestellten Servozylinders ver­ bunden, die durch einen Kolben voneinander getrennt sind. Dieser Kolben ist durch eine Kolbenstange mit der Zahnstange der Lenkanlage verbunden. Wird nun eine der beiden Arbeitskammern mit Druck beaufschlagt, so wird über eine Verschiebung des Kolbens die Zahnstange bewegt, wodurch die Lenkbetätigung des Fahrers unter­ stützt wird. Ein Unterstützungsbedarf wird in be­ kannter Weise über eine Verdrehung des Drehstabs 4 und eine damit einhergehende axiale Verschiebung der Hülse 6 in eine Kippbewegung des Hebels 8 umgesetzt, wobei dieser über die Kugel 13 den Ventilschieber 7 aus seiner Mittelstellung verschiebt. Ein Verschiebung des Ventilschiebers 7 z. B. in Richtung der Feder 16, bewirkt, daß der Zentralsteg 29 die Verbindung zwischen den Pumpenanschluß 20 und dem Druckanschluß 23 zunächst abdrosselt und dann ganz verschließt, während sich der Steg 31 ebenfalls nach links bewegt und dabei den Tankanschluß 22 vom Druckanschluß 24 ebenfalls zunächst abdrosselt, und dann abtrennt. Somit ist der Druckanschluß 24 direkt mit dem Pumpen­ anschluß 20 verbunden, die zugehörige Arbeitskammer des Servozylinders wird druckbeaufschlagt. Die Arbeitskammer des anderen Druckanschlusses 23 ist über die Hauptnut 27 mit dem drucklosen Tankanschluß 21 verbunden, so daß ihr Volumen verringert werden kann. Bei einer Verschiebung des Ventilschiebers 7 in die andere Richtung erfolgt die Druckbeaufschlagung entsprechend umgekehrt.

In Fig. 2 erkennt man einen Schnitt senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 durch die Achse der Längs­ bohrung 19, vom Lenkgetriebe aus betrachtet. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Man erkennt hier, daß die Bohrungen der Tankanschlüsse 21, 22 um 90° gegenüber den anderen Anschlüssen 20, 23, 24 in einer Ebene senkrecht zur Achse der Längsbohrung 19 gedreht sind. Zur Ver­ deutlichung der Funktion ist die Lage der Anschlüsse 20, 21 und 22, die sich in dieser Zeichnung hinter dem Ventilschieber 7 befinden, eingezeichnet. Weiterhin erkennt man, daß der Anschlag 33 durch eine Platte 34 gebildet wird, die von der Halterung 35, die mit dem Ventilgehäuse 18 verstemmt ist, befestigt ist.

In der Fig. 2 befindet sich der Ventilschieber 7 in seiner der Feder 16 abgewandten Endstellung, die z. B. beim Bruch des Arms 11 des Hebels 8 eingenommen würde. In dieser Stellung hat der Endsteg 30 den Druckan­ schluß 23 so weit überfahren, daß eine Duckmittel­ verbindung vom Druckanschluß 23 zur Endnut 25 und über diese zum Tankanschluß 21 besteht. Das durch den Pumpenanschluß 20 in die Hauptnut 27 einströmende Druckmittel kann nun nicht nur über den Druckanschluß 23 in die zugehörige Arbeitskammer gelangen, sondern auch über den Tankanschluß 21 abfließen. Die Ab­ messungen der Nuten 25 bis 28, sowie der Stege 29, 30, 31 sowie die Abstände der Bohrungen der An­ schlüsse 20 bis 24 sind so aufeinander abgestimmt, daß auch in der Endstellung des Ventilschiebers 7 der jeweils nicht druckbeaufschlagte Druckanschluß 23 bzw. 24, in der Fig. 2 ist dies Druckanschluß 24, über die entsprechende Hauptnut, hier Hauptnut 28, mit dem zugehörigen Tankanschluß, hier Tankanschluß 22, in Verbindung steht. Das bedeutet, daß in dieser Stellung beide Druckanschlüsse 23 und 24 mit dem Tank verbunden sind, so daß keine der zugehörigen Arbeitskammern mit Druck beaufschlagt ist. Ein Verschieben des Kolbens des Servozylinders, d. h. eine Volumenänderung der zugehörigen Arbeitskammern ist nun ohne großen Kraft­ aufwand möglich. Die Lenkbarkeit des Fahrzeuges wird also durch den angenommenen Lenkhebelbruch nicht beeinträchtigt.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Lenkgetriebe
3 Lenkwelle
4 Torsionsstab
5 Ritzelwelle
6 Hülse
7 Ventilschieber
8 Hebel
9 Kugelgelenklagerung
10 Arm
11 Arm
12 Querbohrung
13 Kugel
14 Hülse
15 Abschnitt
16 Feder
17 Deckel
18 Ventilgehäuse
19 Längsbohrung
20 Pumpenanschluß
21 Tankanschluß
22 Tankanschluß
23 Druckanschluß
24 Druckanschluß
25 Endnut
26 Endnut
27 Hauptnut
28 Hauptnut
29 Zentralsteg
30 Steg
31 Steg
32 Anschlag
33 Anschlag
34 Platte
35 Halterung.

Claims (5)

1. Linearschieberventil mit einem Ventilgehäuse (18) in das eine Längsbohrung (19) sowie (5) in diese Längsbohrung (19) mündende Anschlüsse (20, 21, 22, 23, 24) aufweist, sowie einen Ventil­ schieber (7) der in der Längsbohrung (19) geführt ist, von einem Betätigungselement (8) aus einer Mittelstellung verschoben werden kann und der mittels einer Feder (16) vorgespannt ist, wobei in der Mittelstellung des Ventilschiebers (7) alle fünf Anschlüsse (20, 21, 22, 23, 24) kurzge­ schlossen sind und in einer außermittigen Stellung jeweils zwei der Anschlüsse (20, 21, 22, 23, 24) miteinander verbunden und der fünfte Anschluß von den anderen Anschlüssen ab­ getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Endstellung des Ventil­ schiebers (7) der fünfte Anschluß mit einem oder zwei der anderen Anschlüsse verbunden ist.

2. Linaerschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ventil­ schieber (7) umlaufende Nuten (25, 26, 27, 28) an­ gebracht sind, von denen zwei in jeder Stellung des Ventilschiebers mit mindestens zwei der An­ schlüsse (20, 21, 22, 23, 24) in Verbindung stehen, während an den Enden des Ventilschiebers je eine Nut (25, 26) angebracht ist, die nur in dessen jeweiligen Endstellungen mit zwei der Anschlüsse (20, 21, 22, 23, 24) in Verbindung stehen.

3. Linaerschieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere der fünf Anschlüsse mit der Druckseite einer Pumpe verbunden ist, die zwei diesem mittleren Anschluß benachbarten Anschlüsse (23, 24) mit je einer Arbeitskammer verbunden sind und die zwei äußeren Anschlüsse (21, 22) mit einem drucklosen Tank verbunden sind.

4. Linaerschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Linear­ schieberventil als Steuerventil einer hydrau­ lischen Hilfskraftlenkanlage verwendet wird.

5. Linaerschieberventil nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement als Hebel (8) ausgebildet ist, der auf seiner dem Ventil­ schieber (7) abgewandten Seite in einen Dreh­ momentwandler (6) eingreift.