DE69631757T2

DE69631757T2 - Drehschieberventil für servolenkgetriebe

Info

Publication number: DE69631757T2
Application number: DE1996631757
Authority: DE
Inventors: Donald Andrew THOMAS
Original assignee: Unisearch Ltd; Bishop Steering Technology Ltd
Current assignee: Unisearch Ltd; Bishop Steering Technology Ltd
Priority date: 1995-05-05
Filing date: 1996-05-03
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2016-05-04
Also published as: CA2220041C; KR100351209B1; EP0824437A1; KR19990008272A; CA2220054C; WO1996034789A1; US5881771A; KR100351207B1; EP0820398B1; BR9608711A; BR9608710A; JPH11504882A; CN1202859A; CN1111482C; DE69631757D1; DE69635016D1; DE69635016T2; US5878780A; JPH11504881A; EP0824437B1

Description

Technisches Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehschieber, wie sie in. hydraulischen Servolenkgetrieben für Fahrzeuge verwendet werden. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung Drehschieber mit geringer Geräuschbildung zur Verfügung, die Flexibilität in der Auslegung der Verstärkungscharakteristik bieten.
Stand der Technik
Solche Drehschieber weisen normalerweise eine Eingangswelle auf, die an ihrem äußeren Umfang eine Anzahl von blind endenden, sich in axialer Richtung erstreckenden, durch Stege getrennten Nuten besitzt. Auf der Eingangswelle ist eine Buchse gelagert, die in ihrer Bohrung eine Anordnung von sich in axialer Richtung erstreckenden, blind endenden Schlitzen aufweist, die mit den Stegen an der Eingangswelle fluchten. Die Übergänge zwischen den zusammenwirkenden Eingangswellennuten und den Buchsenschlitzen bilden sich in axialer Richtung erstreckende Öffnungen, die sich bei Relativdrehung zwischen der Eingangswelle und der Buchse öffnen und schließen. Die Seiten der Eingangswellennuten haben einen solchen Verlauf, dass sie eine spezifische Öffnungskonfiguration bilden und dieser Verlauf wird als Messkantenkontur bezeichnet. Diese Öffnungen sind als Netzwerk so gebildet, dass sie Gruppen von hydraulischen Wheatstone-Brücken bilden, die parallel geschaltet sind. Solche hydraulischen Wheatstone-Brüc ken gleichen in ihrem Betrieb herkömmlichen elektrischen Wheatstone-Brücken.
Gebohrte Kanäle in der Eingangswelle und in der Buchse dienen zusammen mit den in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten am Umfang der Buchse zum Leiten von Öl zwischen den Nuten in der Eingangswelle und den Schlitzen in der Buchse, einer Hydraulikpumpe und rechten und linken Kammern hydraulischer Hilfszylinder, die in dem Lenkgetriebe vorhanden sind.
Ein Torsionsstab in der Eingangswelle dient dazu, die Eingangswelle und die Buchse in eine neutrale, zentrierte Stellung zu drücken, wenn keine Hilfsleistung erforderlich ist. Wenn das Eingangsdrehmoment durch den Fahrer auf das Lenkrad aufgebracht wird, lenkt der Torsionsstab aus und bewirkt eine relative Drehung der Buchse und der Eingangswelle aus der neutralen Stellung. Dieser sogenannte "Schieberbetätigungswinkel" bringt die Gruppen von hydraulischen Wheatstone-Brücken in einen instabilen Zustand und bewirkt, dass zwischen den linken und rechten Zylinderkammern ein Differenzdruck entwickelt wird. Die "Verstärkungscharakteristik" des Drehschiebers, d.h. die funktionelle Abhängigkeit zwischen dem vorher angeführten Eingangsdrehmoment und dem Differenzdruck, wird für eine vorgegebene Lenkgetriebeanwendung größenteils durch die Geometrie der Messkantenkonturen bestimmt.
Herkömmlich verwendet das Netzwerk der Öffnungen in einem Drehschieber 2, 3 oder 4 Wheatstone-Brücken, die 4, 6 bzw. 8 Eingangswellennuten und Buchsenschlitze benötigen. Jede Wheatstone-Brücke weist einen rechten und linken Ölströmungspfad, hierin nachfolgend als "Zweige" bezeichnet, auf und jeder rechte und linke Zweig weist wiederum einen oberen und unteren Abschnitt. auf. Der obere und unteren Abschnitt jedes Zweigs trifft jeweils an einem Verbindungspunkt mit der rechten und linken Zylinderkammer zusammen, hierin nachfolgend als rechte und linke "Zylinderöffnungen" des Schiebers bezeichnet.
In der neutralen Stellung des Drehschiebers teilt sich das Öl von der Hydraulikpumpe und tritt an der "Einlauföffnung" des Schiebers in jede Wheatstone-Brücke ein. An dieser Stelle teilt sich die Strömung weiter und tritt in die oberen rechten und linken Zweige ein, die jeder eine "Einströmöffnung" enthalten. Nachdem es durch solche "Einströmöffnungen" dosiert ist, wird das Öl zu den jeweiligen Zylinderöffnungen und zu der jeweiligen Verbindung zu den unteren Zweigen geleitet. In Abhängigkeit von der Strömungsmenge, die durch die Bewegung des Kolbens in die Zylinderkammer gesaugt wird, strömt das Öl weiter durch die unteren rechten und linken Kammern, wird durch eine "Rückströmöffnung" in jedem Zweig dosiert und vereinigt sich unmittelbar stromaufwärts von der "Rücklauföffnung" des Drehschiebers.
Das Netzwerk der beiden Einströmöffnungen und der beiden Rückströmöffnungen, das jede Wheatstone-Brücke darstellt, ist in dem Drehschieber so ausgelegt, dass für einen vorgegebenen Winkelversatz der Eingangswelle und der Buchse aus ihrer neutralen Stellung einander gegenüberliegende Öffnungen an jeder Wheatstone-Brücke gleichzeitig schließen oder öffnen. Die linke Einströmöffnung und die rechte Rückströmöffnung schließen beide (d.h. Erhöhung des Widerstands für die Ölströmung), während die rechte Einströmöffnung und die linke Rückströmöffnung beide offen sind (d.h. Verringerung des Widerstands für die Ölströmung). Gemäß der klassischen Theorie der Wheatstone-Brücke wird daher für eine vorgegebene Ölströmung durch jede Wheatstone-Brücke ein Differenzdruck zwischen den rechten und linken Zylinderöffnungen entwickelt, der für jeden Wert des Schieberbetätigungswinkels den erforderlichen Pegel der Leistungsunterstützung bereitstellt.
Das allgemeine Verfahren des Betriebs solcher herkömmlichen Drehschieber ist im Stand der Technik von Servolenkungskonstruktionen gut bekannt und wird ausführlicher in dem US-Patent 3,022,722 (Zeigler u.a.) beschrieben, das allgemein als das "Original"-Patent angesehen wird, welches das Drehschieberkon zept beschreibt. Drehschieber dieser Ausführung werden hierin nachfolgend als "Schieber mit direkter Betriebsweise" bezeichnet, da alle Wheatstone-Brücken in dem Schieber in direktem Strömungsverbund mit den Zylinderöffnungen stehen.
Drehschieber sind heute normalerweise in einer feuerfesten Umhüllung montierten Zahnstangenlenkgetrieben enthalten und in dieser Situation werden alle Arten von Geräuschen, wie zum Beispiel das Ausstrahlen von Zischgeräuschen von dem Schieber von dem Fahrer merklich. wahrgenommen. Zischen entsteht aus der Kavitation des Hydrauliköls, wenn es in die Öffnungen strömt, die in den Messkantenkonturen und den benachbarten Kanten der Buchsenschlitze gebildet sind, insbesondere während Zeiten des Schieberbetriebs mit hohem Druck, wie zum Beispiel. beim Parken, wenn Differenzdrücke von 8-10 MPa oder mehr erzeugt werden können. Es ist im Fachgebiet der Servolenkgetriebe gut bekannt, dass eine Öffnung weniger kavitationsanfällig ist, wenn die zugehörige Messkantenkontur ein hohes Seitenverhältnis von axialer Länge zu der radialen Tiefe aufweist, wodurch das Öl gezwungen wird, als eine dünne Schicht mit konstanter Tiefe entlang dem vollständigen axialen Ausmaß der Messkantenkontur zu strömen, und wenn ferner das Strömen des Öls gleichmäßig auf mehrere Messkantenkonturen aufgeteilt ist, die parallel geschaltet sind, so dass die Ölströmung, die durch jede Öffnung strömen kann, weiter wirksam verringert wird. Es ist weiterhin gut bekannt, dass das Auftreten von Kavitation unwahrscheinlicher ist, wenn die Messkantenkontur an der Stelle, an welcher sie den Außendurchmesser der Eingangswelle schneidet, nahezu tangential dazu verläuft und somit eine flache Abschrägung darstellt, die normalerweise unter einem Winkel zwischen 4 und 8 Grad geneigt ist.
Solche flachen Abschrägungen sind in den vergangenen 20 Jahren umfassend in Drehschiebern für die Geräuschunterdrückung verwendet worden. Um die erforderliche Tiefe und Formgenauigkeit zu erreichen, werden diese Abschrägungen normalerweise in speziellen Wendeplatten- oder Kurven-Schleifmaschinen geschliffen, was zu langen Gesamtzykluszeiten, zu relativ teuren Ausrüstungsinvestitionen und damit zu hohen Gesamtherstellungskosten führt.
Eine andere Forderung, die zunehmend für die Ausgestaltung von Drehschiebern gestellt wird, ist die Notwendigkeit einer linearen Verstärkungscharakteristik. Während der Kurvenfahrt eines Fahrzeugs ist es vorteilhaft, dass eine im Wesentlichen lineare Abhängigkeit zwischen dem Einleitungsdrehmoment des Fahrers und dem Differenzdruck besteht, der einem solchen Kurvenfahrtmanöver zugehörig ist. Das führt zu der Empfindung von "Fortschritt" bei der Leistungsunterstützung und maximiert das Lenkgefühl in solchen kritischen Situationen. Im Zusammenhang mit der Forderung nach einer linearen Verstärkungscharakteristik ist es auch höchst wünschenswert, das Ausmaß des linearen Bereichs vor dem Erreichen des maximalen Park-Drehmoments (und somit des Parkdrucks) zu maximieren. Das erfordert einen schnellen Übergang oder "Umschlag" der linearen Verstärkungscharakteristik zu einem Bereich viel steilerer Neigung, der den höheren Differenzdrücken, die für das Parken verwendet werden, zugehörig ist. Für eine vorgegebene Neigung und ein vorgegebenes Ausmaß der linearen Verstärkungscharakteristik des Drehschiebers während der Kurvenfahrt wird daher das Drehmoment, das durch den Fahrer während des Parkens ausgeübt werden muss, minimiert.
Messkantenkonturen mit Abschrägung können in einem begrenzten Maß eine geräuscharme lineare Verstärkungscharakteristik erzeugen, wenn die Abschrägung als Spirale ausgestaltet ist, wie es in dem US-Patent 5,267,588 (Bishop u.a.) offenbart ist, oder als eine Reihe von flachen Facetten, wie es in dem US-Patent 4,460,016 (Haga u.a.) offenbart ist. In diesen beiden Fällen ist jedoch das Ausmaß des linearen Verstärkungsbereichs relativ kurz und der Übergang zu dem steileren Parkbereich der Verstärkungscharakteristik ist länger und daher hinsichtlich der Minimierung des Parkdrehmoments nicht optimal.
Eine andere im Fachgebiet gut bekannte Technik für das Unterdrücken von Ventilgeräuschen in Servolenkungsschiebern ist das Anlegen von Rückstaudruck auf eine ansonsten kavitierende Öffnung, wodurch die Drücke innerhalb der Öffnung über den Dampfdruck des Hydrauliköls steigen und somit das Einsetzen von Kavitation verhindern. Messkantenkonturen mit Abschrägung müssen nicht unbedingt auf der Eingangswelle verwendet werden, wenn dieses alternative Verfahren der Geräuschunterdrückung verwendet wird. Tatsächlich können viel steilere und in axialer Richtung kürzere Messkantenkonturen verwendet werden, die ansonsten bei Fehlen eines solchen Rückstaudrucks sehr geräuschvoll sein würden. Solche steileren und im Allgemeinen komplizierter geformten Messkantenkonturen können durch Prägen, Walzprägen oder herkömmliche Wälzfräsverfahren hergestellt werden und können, wenn sie geeignet ausgestaltet sind, die vorher beschriebenen lineare Verstärkungscharakteristik mit einem schnellen Umschlag erzeugen.
US-Patent 4,335,749 (Walter) zeigt einen Schieber mit direkter Betriebsweise mit einer zusätzlichen (zweiten) Öffnung in den unteren Abschnitten der linken und rechten Zweige jeder Brücke. Diese Öffnung schließt fortschreitend mit der Vergrößerung des Schieberbetätigungswinkels, bis eine konstante Öffnungsfläche erreicht ist, die, basierend auf der Strömung durch den Zweig einen vorherbestimmten Rückstaudruck auf die sieh schließende Stromaufwärts-Einströmöffnung anlegt. Ein solches Schieberformat basiert auf 6 Öffnungen für jede Brücke und erfordert, wenn 3 Öffnungen in dem Schieber verwendet werden, 9 Eingangswellennuten und 9 Buchsenschlitze. Wenn 4 Brücken verwendet werden (wie in dem Fall des herkömmlichen Drehschiebers mit 8 Nuten/Schlitzen) sind 12 Eingangswellennuten und 12 Buchsenschlitze erforderlich. Dieses Format ist daher kein Standardformat und erfordert zusätzliche Herstellungskosten.
Ferner haben jedoch Experimente gezeigt, dass das Eliminieren von Kavitationsgeräuschen in einer Öffnung, die z.B. 10 MPa Differenzdruck erfordert, es notwendig macht, einen stromabwärts gerichteten Rückstaudruck anzulegen, der so groß wie 1 MPa oder größer ist. Wenn solche hohen Rückstaudruckpegel durch die Rück strömöffnungen gemäß der in dem US-Patent 4,335,749 (Walter) offenbarten Methodik erzeugt werden würden, würde dieser Rückstaudruck den durch die Hydraulikpumpe zu liefernden Einlassdruck um diese 1 MPa anheben, ohne dass ein Anteil dieses zusätzlichen Drucks differenziert an die Zylinderkammer angelegt wird. Das ist deswegen so, weil diese Direktbetrieb-Schieberanordnung Zylinderöffnungen in jeder Brücke enthält und sich die für die Rückstaudruckerzeugung verwendete Rückströmöffnung stromabwärts von diesen Verbindungen befindet. Der 1-MPa-Zuwachs beim Schiebereinlassdruck würde hinsichtlich der Erzeugung von Leistungsunterstützungskraft vollständig verloren gehen und einfach nur den Betriebsdruck der Hydraulikpumpe erhöhen. Diese letztere Situation ist in hohem Maße unerwünscht, da der Energieverlust in dem Hydrauliksystem proportional erhöht wird. Weiterhin werden Pumpengeräusche, Leckverluste und mögliche Schadensfälle in den Hydraulikleitungen zu größeren Problemen, da die Einstellung des Pumpensicherheitsventils notwendigerweise erhöht ist, um dem erhöhten Betriebsdruck des Schiebers, zum Beispiel von 10 MPa auf 11 MPa im vorliegenden Fall, zu entsprechen.
Aus diesem Grund ist der praktische Pegel des Rückstaudrucks, der gemäß der dem Stand der Technik entsprechenden Erfindung durch die Rückströmöffnung angelegt werden kann, auf etwa 300 bis 400 kPa beschränkt. Das ist wesentlich weniger als die 1 MPa oder mehr, die benötigt werden, um Kavitationsgeräusche durch die Betriebsdruckgrößenordnung des Servolenkungsschiebers im Wesentlichen zu eliminieren.
Eine andere Klasse der Drehschieber, hierin nachfolgend als "Schieber mit Umgehungsbetriebsweise" bezeichnet, unterscheidet sich deutlich von der vorher beschriebenen Klasse der Schieber mit direkter Betriebsweise. Schieber mit Umgehungsbetriebsweise verwenden ebenfalls Parallelanordnungen von Wheatstone-Brücken, wobei jedoch nicht alle Brücken eine hydraulische Verbindung mit einer Zylinderöffnung zwischen den Einström- und Rückströmöffnungen aufweisen. Die Brücken, welche eine Zylinderverbindung verwenden, werden hierin nachfolgend als "primäre Brücken" und die, welche keine Zylinderverbindung verwenden, werden als "sekundäre Brücken" bezeichnet. Im letzteren Fall enthalten die linken und rechten Zweige eine oder mehr Einströmöffnungen, jedoch ohne dazwischenliegende Zylinderöffnungsverbindung. Auf diese Art und weise umgeht für bestimmte Schieberbetätigungswinkel das Hydrauliköl, zumindest teilweise, die primäre(n) Brücke(n), welche die Verbindung zu dem Zylinder aufweist (aufweisen).
Solche Schieber mit Umgehungsbetriebsweise wurden zuerst für geschwindigkeitsempfindliche Servolenkungsanwendungen verwendet. So weisen zum Beispiel Anordnungen, die in den US-Patenten 4,570,735 (Duffy) und 4,570,736 (Waldorf) und in dem Japanischen Patent 04-031175 (Suzuki u.a.) beschrieben sind, einen Schieber mit Umgehungsbetriebsweise mit einer elektronisch modulierten variablen Öffnung auf, die sich in dem Einlauf zu den sekundären Brücken befindet und die als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit moduliert wird. Andere spätere Anordnungen, wie sie in dem Japanischen Patent 02-306878 (Suzuki) und in dem US-Patent 5,092,418 (Suzuki u.a.) offenbart sind, verwenden eine elektronisch modulierte variable Öffnung, die sich in der Rückströmleitung von den sekundären Brücken befindet. In solchen geschwindigkeitsempfindlichen Anwendungen wird der Grad der Umleitung des Hydrauliköls durch die sekundären Brücken verwendet, um die Verstärkungscharakteristik als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zu regeln.
Schieber mit Umgehungsbetriebsweise sind auch in einem nicht geschwindigkeitsempfindlichen Format verwendet worden, um die Linearität zu verbessern und um einen schnellen Umschlag der Verstärkungscharakteristik für Schieber zu erzeugen, die abgeschrägte Messkantenkonturen verwenden. So offenbaren zum Beispiel die japanischen Patente 04-031176, 05-042880 und 06-278623 (alle Suzuki u.a.) und das US-Patent 4,470,432 (Kervagoret) Öffnungsnetzwerke, die denen der vorher angeführten geschwindigkeitsempfindlichen Anwendungen sehr ähneln, mit der Ausnahme, dass die elektronisch modulierte variable Öffnung hier eine feste Öffnung in der Art eines "Bohrlochs" entweder stromaufwärts oder stromabwärts von den sekundären Brücken ist. In Situationen, in denen relativ herkömmliche Messkantenkonturen in den Öffnungen der sekundären Brücken verwendet werden, neigen solche Anordnungen aus zwei Gründen dazu, geräuschvoll zu sein. Erstens ist das relativ geringe Flächenverhältnis der festen Öffnungen (d.h. Eins für ein Bohrloch) eine Kavitationsquelle für die relativ großen beteiligten Ölströme. Zweitens wird bei diesen Anordnungen, für hohe Schieberbetätigungsdrücke, die gesamte Pumpenströmung über nur zwei Druckabfallstufen zu der Rückströmöffnung geleitet. Die Drosselstellen werden durch die relevante sich schließende sekundäre Öffnung und die feste Öffnung (oder umgekehrt) zur Verfügung gestellt. Alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind in US 4,470,432 A offenbart.
US-Patent 4,577,660 (Haga) offenbart einen Umgehungsschieber mit 8 Schlitzen, der wiederum dazu bestimmt ist, eine lineare Verstärkungscharakteristik mit einem schnellen Umschlag zu erzeugen. In diesem Fall werden die sekundären Einströmöffnungen überdeckt und praktisch im Zentrum geschlossen, wobei ihr plötzliches Öffnen außerhalb des Zentrums dazu bestimmt ist, die erforderliche Diskontinuität in der Verstärkungscharakteristik zu erzeugen. Eine solche Anordnung mit einem wesentlichen Anteil des Schiebers, der im Zentrum geschlossen ist, würde natürlich einen höheren Rückstaudruck im Zentrum erzeugen und daher Energie-uneffektiv sein.
Das Japanische Patent 04-292265 (Suzuki u.a.) offenbart einen relativ komplizierten Schieber mit Umgehungsbetriebsweise, der 10 Eingangswellennuten und entsprechend 10 Buchsenschlitze verwendet. Eine zusätzliche Öffnung ist in dem unteren Abschnitt jedes sekundären Brückenzweigs angeordnet und stellt, wenn sie schließt, eine ähnliche Strömungs-Umlenkungsfunktion zur Verfügung, wie die vorher angeführte feste Öffnung. Eine solche Schieberanordnung ist wegen der größeren Anzahl von Eingangswellen und Buchsenschlitzen und der zugehörigen Öffnungen (z.B.
Bohrlöcher), um diese Schlitze/Nuten in Strömungsverbindung zu bringen, teuer. Weiterhin sind 10 Eingangswellennuten und 10 Buchsenschlitze unter Verwendung eines Standard-Außendurchmessers der Eingangswelle (oder eines entsprechenden Buchsen-Innendurchmessers) von normalerweise 19,9 bis 22,5 mm schwierig kompakt zusammenzubauen und dabei noch ausreichend Platz zwischen und in den Schlitz/Nut-Zwischenräumen zu behalten, um solche Verbindungsöffnungen unterzubringen.
Die Art der Umleitung der Ölströmung in Schiebern mit Umgehungsbetriebsweise zwischen den primären und sekundären Brücken bedeutet jedoch, dass, wenn solche Schieber einen großen Differenzdruck an dem Zylinder erzeugen, im Wesentlichen nur die sekundären Brücken den Ölstrom übertragen. Das bedeutet, dass die einzelnen Öffnungen in den sekundären Brücken dazu neigen, selbst dann Kavitationsgeräusch-anfällig zu sein, wenn flache, dem Stand der Technik entsprechende, Abschrägungen als Messkantenkonturen verwendet werden. Das Japanische Patent 05-310136 (Suzuki u.a.) schlägt vor, dieses Problem durch Verwendung einer elektronisch modulierten variablen Öffnung abzuschwächen, die an der Rücklauföffnung eines Schiebers mit Umgehungsbetriebsweise angeordnet ist, wobei diese variable Öffnung gesteuert wird, um eine Drosselstelle (und damit einen Rückstaudruck) als eine Funktion des gemessenen Eintrittsdrucks in den Schieber zu erzeugen. Aus Gründen, die vorher beschrieben sind, ist eine solche Anordnung Energie-uneffektiv und erlegt darüber hinaus im vorliegenden Fall dem Servolenkungssystem wesentliche Mehrkosten auf.
Trotzdem bieten Schieber mit Umgehungsbetriebsweise gegenüber Schiebern mit direkter Betriebsweise einen großen Vorteil, weil jeder Rückstaudruck, der in dem sekundären Brückennetzwerk angelegt wird, um Kavitationsgeräusche zu unterdrücken, die durch die jeweiligen Öffnungen erzeugt werden, den Gesamteintrittsdruck in den Schieber nicht ansteigen lässt, wie er von der Hydraulikpumpe für einen gegebenen an den Zylinder angelegten Differenzdruck geliefert wird. Somit ist ein solcher Rückstau druck hinsichtlich der Energie nicht schädlich und in wird in Wirklichkeit nutzbringend verwendet, um einen Teil der Leistungsunterstützung an dem Zylinder zu erzeugen. Es besteht daher keine Notwendigkeit, höhere Pumpen-Sicherheitsventileinstellungen zu verwenden und die vorher angeführten hohen Pegel des Rückstaudrucks (z.B. 1 MPa) können theoretisch verwendet. werden, um die Kavitationsgeräusche ohne jeglichen größeren Nachteil in Bezug auf die Schieberfunktion zu eliminieren.
Der erste und zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, die vorher angeführten Vorzüge von Schiebern mit Umgehungsbetriebsweise zu nutzen und dazu noch niedrige Kavitationsgeräuschpegel in einem Drehschieber zu erreichen, ohne notwendigerweise die Anzahl der Eingangswellennuten oder Buchsenschlitze zu erhöhen. Ein anderer Zweck ist, solche geringen Kavitationsgeräuschpegel unter Verwendung von Messkantenkonturen mit steilerer Neigung zu erreichen, wie sie vorher angeführt sind. Solche Messkantenkonturen können durch Prägen, Walzprägen oder Wälzfräsen erzeugt werden und bieten nicht nur wesentliche Kosteneinsparungen im Vergleich zu flachen Abschrägungen, die im Allgemeinen geschliffen werden müssen, sondern sie ermöglichen auch mehr Flexibilität in der Gestaltung der Verstärkungscharakteristik, insbesondere das Bereitstellen einer linearen Verstärkungscharakteristik mit einem schnellen Umschlag. Solche steilen Messkantenkonturen können im Allgemeinen auch so ausgestaltet sein, dass sie kürzer sind, als die vergleichbare flache Abschrägung, so dass es möglich wird, das Gesamt-Kompaktpaket des Drehschiebers gleichermaßen zu verkürzen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehschieber, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist.
Es ist bevorzugt, dass ein im Wesentlichen konstanter Drosselbereich durch die Rückströmöffnung gebildet wird, wenn die stromaufwärts liegende Einströmöffnung in dem gleichen Zweig für alle Schieberbetätigungswinkel aus der neutralen Stellung schließt.
Es ist bevorzugt, dass die Eingangswellen-Messkantenkontur, die in der Rückströmöffnung verwendet wird, im Querschnitt so gebildet ist, dass ein Bereich von lokal verringerter Messkantentiefe in dem überdeckten Bereich der zusammenwirkenden Eingangswellen-Messkantenkontur und dem benachbarten Buchsenbohrungssteg liegt, d.h. in dem Bereich, der in radialer Richtung an der Innenseite des benachbarten Buchsenstegs liegt. Der im Wesentlichen konstante Drosselbereich, der durch die Rückströmöffnung gebildet wird, kann als eine hydraulische Verengung betrachtet werden, die dazu dient, Kavitationsgeräusche oder Turbulenz wesentlich zu unterdrücken, wenn das Hydrauliköl an der benachbarten Buchsenkante vorbei strömt und in diese Rückströmöffnung eintritt.
Es ist bevorzugt, dass Kavitations- und andere Strömungsgeräusche durch Erhöhung des Staudrucks stromabwärts von der sekundären Rückströmöffnung weiter verringert werden können.
Es ist bevorzugt, dass die Hydraulikströmung von der primären Brücke hydraulisch zur Rücklauföffnung über einen primären Rückströmpfad geleitet wird und die Hydraulikströmung von der sekundären Brücke hydraulisch zu der Rücklauföffnung über einen sekundären Rückströmpfad geleitet wird, wobei eine Drosselung in dem sekundären Rückströmpfad gegeben ist.
In ersten und zweiten Ausführungen ist es bevorzugt, dass der sekundäre Rückströmpfad durch die Bohrung der Eingangswelle verläuft.
In einer ersten Ausführung ist es bevorzugt, dass die radialen Bohrungen, die die sekundäre Rückströmnut hydraulisch an die Eingangswellenbohrung anschließen, im Durchmesser reduziert sind und dadurch einen Staudruck in der sekundären Rückströmnut stromabwärts von der sekundären Rückströmöffnung bilden.
Die Fähigkeit dieser radialen Bohrungen, einen solchen Staudruck anzulegen, ohne selbst ein Geräuschproblem zu verursachen, kann weiter verbessert werden, wenn konische oder abgeschrägte Ein gänge an diesen Bohrungen verwendet werden. Das kann leicht und billig über eine Stufenform an dem Bohrer, der verwendet wird, um diese Bohrungen zu bearbeiten, oder durch Lasererosion erreicht werden.
Im Fall dieser ersten Ausführung ist es weiterhin bevorzugt, dass der primäre Rückströmpfad auch durch die Bohrung der Eingangswelle verläuft. Die radialen Bohrungen, die die primären Rückströmnuten hydraulisch an die Eingangswellenbohrung anschließen, sind jedoch in diesem Fall im Durchmesser hinreichend groß, so dass kein wesentlicher Widerstand erzeugt wird.
In einer zweiten Ausführung und weiterhin in einer später behandelten fünften Ausführung, ist die Drosselstelle, die in dem sekundären Rückströmpfad existiert, in der Geometrie vorzugsweise ringförmig. Es ist bevorzugt, dass diese ringförmige Drosselstelle einen Durchströmquerschnitt hat, der ein hohes Flächenverhältnis besitzt, um die Erzeugung von Kavitationsgeräuschen zu unterdrücken. In dieser zweiten Ausführung ist es bevorzugt, dass nur der sekundäre Rückströmpfad durch die Bohrung der Eingangswelle verläuft. Das durch die vorher erwähnten radialen Bohrungen in die Eingangswelle eintretende Öl wird unter Verwendung eines diametral vergrößerten Abschnitts an der Torsionsstange gedrosselt. Dieser vergrößerte Abschnitt ist so angeordnet, dass er einen geringen radialen Freiraum in Bezug auf die Eingangswellenbohrung hat und daher eine ringförmige Drosselstelle für das Hydrauliköl bildet, wenn es axial in dieser Bohrung zu der Rücklauföffnung in dem Schiebergehäuse strömt.
Gemäß dieser Ausführung wird Hydrauliköl aus der primären Brücke direkt zur Rücklauföffnung geleitet, so dass es nicht durch die Eingangswellenbohrung strömen muss und daher nicht dieser zusätzlichen Drosselung unterworfen wird. Das wird durch sich in axialer Richtung erstreckende Eingangswellennuten erreicht, die zu den primären Rückströmöffnungen in Form von Kanälen gehören, wodurch eine Hydraulikölströmung in der primären Brücke unmittelbar axial aus diesen Nuten durch diese Kanäle austreten kann.
Der diametral vergrößerte Abschnitt der Torsionsstange kann einstückig als ein Teil der Torsionsstange bei deren Herstellung bearbeitet werden. Um jedoch die Arbeitslänge des Torsionsstangen-Abschnitts mit dem verringerten Durchmesser zu maximieren und dadurch die maximale Beanspruchung zu verringern, welcher die Torsionsstange für einen gegebenen Arbeitsdurchmesser und eine gegebene Federkonstante unterworfen ist, ist der diametral vergrößerte Abschnitt an der Torsionsstange vorzugsweise als ein ringförmig angeformter Kunststoffbund rund um den metallischen Abschnitt der Torsionsstange in einem nachfolgenden getrennten Arbeitsgang gebildet. Das Kunststoffmaterial muss gegenüber Hydrauliköl widerstandsfähig sein und ist vorzugsweise ein Maschinenbau-Kunststoff, beispielsweise Delrin^® oder Lurathane^®.
Wenn der ringförmige Bund so ausgestaltet ist, dass er außerdem axial verläuft, so dass er die sekundären radialen Rückströmbohrungen in der Eingangswelle überdeckt, hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines solchen nachgiebigen Kunststoffmaterials für diesen Bund das Dämpfen der hydraulischen Turbulenzgeräusche, die durch das sekundäre Rückströmöl erzeugt werden, unterstützt, wenn es in radialer Richtung in die Eingangswellenbohrung strömt und dann notwendigerweise eine Richtungsänderung senkrecht dazu vornimmt, um weiter in axialer Richtung entlang dieser Bohrung zu strömen.
In einer dritten Ausführung ist es bevorzugt, dass der sekundäre Rückströmpfad nicht durch die Eingangswellenbohrung verläuft. Axial verlaufende sekundäre Rückströmkanäle sind in der Buchsenbohrung gebildet, die in Umfangsrichtung mit den sekundären Rückströmnuten fluchten. Die Kanäle erstrecken sich bis zu dem axialen Ende der Buchsenbohrung und sind so angeordnet, dass sie Hydraulikfluid zu der Rücklauföffnung leiten. Die radiale Tiefe der Kanäle ist klein, wodurch sie mit dem benachbarten Außendurchmesser der Eingangswelle so zusammenwirken, dass sie eine Drosselstelle mit hohem Flächenverhältnis in dem sekundären Rückströmpfad stromabwärts von den sekundären Rückströmnuten bilden. Es ist bevorzugt, dass sich mindestens ein sekundärer Rückströmkanal bis zu beiden axialen Enden der Buchsenbohrung erstreckt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass axial verlaufende primäre Rückströmkanäle in der Buchsenbohrung geformt und so angeordnet sind, dass sie in Umfangsrichtung mit den primären Rückströmnuten fluchten. Diese zusätzlichen Kanäle erstrecken sich ebenfalls bis zu dem axialen Ende der Buchsenbohrung und sind so. angeordnet, dass sie Hydraulikfluid zu der Rücklauföffnung leiten. Es ist bevorzugt, dass die radiale Tiefe der primären Rückströmkanäle größer ist, als die radiale Tiefe der vorher angeführten flachen sekundären Rückströmkanäle, da keine Drosselstelle in dem primären Rückströmpfad erzeugt werden muss. Es ist weiterhin bevorzugt, dass mindestens einer der primären Rückströmkanäle sich bis zu beiden axialen Enden der Buchsenbohrung erstreckt.
Aus Gründen einer bequemen Fertigung ist es bevorzugt, dass sich alle primären und sekundären Rückströmkanäle bis zu beiden axialen Enden der Buchsenbohrung erstrecken, wodurch es ermöglicht wird, alle diese Kanäle mit einem einzelnen Mehrzahn-Räumwerkzeug auszubilden.
In einer vierten Ausführung ist es weiterhin bevorzugt, dass der sekundäre Rückströmpfad nicht durch die Eingangswellenbohrung verläuft. Die sekundären Rückströmnuten sind als flache Kanäle mit hohem Seitenverhältnis axial verlängert, die durch ihre Zusammenwirkung mit der benachbarten Buchsenbohrung gebildet sind. Diese Kanäle erstrecken sich bis zu dem axialen Ende der Buchsenbohrung, wodurch sie eine Drosselstelle in dem sekundären Rückströmpfad bilden. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die primären Rückströmnuten als radial tiefere Kanäle verlängert sind, um einen verhältnismäßig ungedrosselten primären Rückströmpfad zu bilden.
In einer fünften Ausführung ist es ferner bevorzugt, dass der sekundäre Rückströmpfad nicht durch die Eingangswellenbohrung verläuft. Die sekundären Rückströmnuten sind in zumindest eine Richtung axial verlängert, um mit einem ringförmigen Hohlraum zu kommunizieren, der durch die Zusammenwirkung von einem Teil der Eingangswelle mit einem verringerten Durchmesser am Außenumfang und der Buchsenbohrung gebildet ist. Der ringförmige Hohlraum wirkt als Sammler, um sekundäres Rückströmöl zu sammeln, das dann über eine ringförmige Drosselstelle zu der Rücklauföffnung geleitet wird. Die ringförmige Drosselstelle wird vorzugsweise von einem vorgegebenen kleinen Spalt gebildet, der zwischen dem vorher angeführten im Durchmesser verringerten Teil der Eingangswelle und dem Innendurchmesser eines sich radial nach innen erstreckenden Teils der Buchsenbohrung gebildet ist. Vorzugsweise ist der sich radial nach innen erstreckende Teil der Buchsenbohrung als eine sowohl nach innen als auch nach außen in der Größe genau bemessene Schale aus gepresstem Metall gebildet, die im Presssitz in die Buchse eingesetzt ist, um das axiale äußere Ende der Buchsenbohrung abzudichten. Vorzugsweise ist der vorgegebene radiale Spalt derart, dass die resultierende ringförmige Drosselstelle ein hohes Flächenverhältnis hat, um die Bildung von Kavitationsgeräuschen zu unterdrücken. Es ist ferner bevorzugt, dass der primäre Rückströmpfad in einer ähnlichen Weise durch die Eingangswellenbohrung verläuft, wie es in Bezug auf die erste Ausführung beschrieben ist, wodurch die ringförmige Drosselstelle auf dem Weg zu der Rücklauföffnung umgangen wird.
Es ist bevorzugt, dass der Drehschieber acht Eingangswellennuten aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Drehschieber acht Buchsenschlitze aufweist.
Im zweiten Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Drehschieber für eine hydraulische Servolenkung mit einem Schiebergehäuse, das eine Einlauföffnung zum Aufnehmen von Hydraulikfluid von einer Pumpe, eine Rücklauföffnung für die Zurückleitung des Hydraulikfluids zu der Pumpe und Zylinderöffnungen aufweist, um das Hydraulikfluid in die linken und rechten Zylinderkammern des Servolenkgetriebes zu leiten, wobei der Schieber ferner eine Eingangswelle aufweist, die an ihrem Außenumfang eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten aufweist, die durch Stege getrennt sind, eine Buchse, die auf der Eingangswelle gelagert und drehbar an einem angetriebenen Element befestigt ist, wobei die Buchse in ihrer Bohrung eine Anordnung von sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitzen aufweist, die in Umfangsrichtung mit den Stegen auf der Eingangswelle fluchten, wobei die Übergänge zwischen den zusammenwirkenden Eingangswellennuten und den Buchsenschlitzen sich in axialer Richtung erstreckende Öffnungen bilden, die die Fluidströmung in den Schieber steuern, wobei sich die Öffnungen öffnen und schließen, wenn eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle und der Buchse aus einer neutralen Stellung erfolgt, eine Torsionsstange in einer Bohrung der Eingangswelle nachgiebig die Eingangswelle und das angetriebene Element verbindet und angeordnet ist, um die Buchse und die Eingangswelle in die neutrale Stellung zu drücken, wobei die Öffnungen als Netzwerk so geschaltet sind, dass sie eine oder mehrere primäre und eine oder mehrere sekundäre hydraulische Wheatstone-Brücken bilden, die parallel geschaltet sind, wobei jede der Brücken zwei Zweige besitzt, die hydraulisch mit den Einlauf- und Rücklauföffnungen in Strömungsverbindung stehen und wobei jeder Zweig eine Einströmöffnung aufweist, die hydraulisch an die Einlauföffnung angeschlossen ist, und eine Rückströmöffnung, die hydraulisch mit der Rücklauföffnung in Strömungsverbindung steht, wobei die Größe der Hydraulikströmung durch jede Brücke in Abhängigkeit von dem Widerstand verändert wird, der durch die jeweilige Einström- und Rückströmöffnung in dieser Brücke gebildet wird und wobei die Zweige der primären Brücke Mittel einschließen, um eine hydraulische Strömungsverbindung zu einer der Zylinderöffnungen an einem Verbindungspunkt der jeweiligen Einström- und Rückströmöffnungen in diesem Zweig herzustellen, während die Zweige der sekundären Brücke kein Mittel zur hydraulischen Strömungsverbindung zu den Zylinderöffnungen besitzen, wodurch die Hydraulikströmung von der primären Brücke in hydraulischer Strömungsverbindung mit der Rücklauföffnung über einen primären Rückströmpfad steht und die Hydraulikströmung von der sekundären Brücke in hydraulischer Strömungsverbindung mit der Rücklauföffnung über einen sekundären Rückströmpfad steht, wobei in dem sekundären Rückströmpfad eine ringförmige Drosselstelle gegeben ist.
Es ist bevorzugt, dass die in dem sekundären Rückströmpfad vorhandene ringförmige Drosselstelle einen Durchströmquerschnitt mit einem hohen Flächenverhältnis aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das Flächenverhältnis größer als 10 ist.
Es ist bevorzugt, dass einer, jedoch nicht beide, der primären oder sekundären Rückströmpfade durch die Eingangswellenbohrung verlaufen.
In einer ersten Ausführung ist es bevorzugt, dass der sekundäre Rückströmpfad durch die Eingangswellenbohrung verläuft und die ringförmige Drosselstelle in dieser Bohrung gebildet ist.
Es ist bevorzugt, dass die in der Eingangswellenbohrung gebildete ringförmige Drosselstelle von einem kleinen radialen Spalt gebildet wird, der zwischen einem diametral vergrößerten Teil des Torsionsstabes und der Eingangswelle vorhanden ist.
Es ist bevorzugt, dass die Hydraulikströmung von der primären Brücke über zu den primären Rückströmöffnungen gehörende Kanäle, die als axiale Verlängerung der Eingangswellennuten, die zu den primären Rückströmöffnungen gehören, gebildet sind, unmittelbar zu der Rücklauföffnung geleitet wird. Weil diese Hydraulikströmung nicht mit der Eingangswellenbohrung in Verbindung steht, unterliegt sie nicht der vorher angeführten ringförmigen Drosselung.
Es sind verschiedene bevorzugte Ausführungen für die Geometrie und den Aufbau des diametral vergrößerten Teils der Torsions stange möglich und sie sind bereits in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben worden.
In einer zweiten Ausführung ist es bevorzugt, dass der sekundäre Rückströmpfad nicht durch die Eingangswellenbohrung verläuft und die ringförmige Drosselstelle an der Verbindung Eingangswelle/Buchse gebildet wird. Die sekundären Rückströmnuten sind in zumindest eine Richtung axial verlängert, um mit einem ringförmigen Hohlraum zu kommunizieren, der durch die Zusammenwirkung von einem Teil der Eingangswelle mit einem verringerten Durchmesser am Außenumfang und der Buchsenbohrung gebildet ist. Dieser ringförmige Hohlraum wirkt als Sammler, um sekundäres Rückströmöl zu sammeln, das dann über eine ringförmige Drosselstelle zu der Rücklauföffnung geleitet wird. Die ringförmige Drosselstelle wird vorzugsweise von einem vorgegebenen kleinem radialen Spalt gebildet, der zwischen dem vorher angeführten im Durchmesser verringerten Teil der Eingangswelle und dem Innendurchmesser eines sich radial nach innen erstreckenden Teils der Buchsenbohrung gebildet ist. Vorzugsweise ist der sich radial nach innen erstreckende Teil der Buchsenbohrung als eine sowohl nach innen als auch nach außen in der Größe exakt bemessene ringförmige Schale aus gepresstem Metall gebildet, die im Presssitz in die Buchse eingesetzt ist, um das axiale äußere Ende der Buchsenbohrung abzudichten. Vorzugsweise ist der vorgegebene radiale Spalt derart, dass die resultierende Drosselstelle ein hohes Flächenverhältnis hat, um die Bildung von Kavitationsgeräuschen zu unterdrücken. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der primäre Rückströmpfad in einer ähnlichen Weise zu der in Bezug auf die erste Ausführung des ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen durch die Bohrung der Eingangswelle verläuft und dadurch die ringförmige Drosselstelle auf dem Weg zu der Rücklauföffnung umgeht.
Sowohl im Fall der ersten als auch der zweiten Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung verläuft die Hydraulikströmung in axialer Richtung durch die relevanten ringförmigen Drosselstellen und legt somit einen Staudruck an alle sekun dären Öffnungen stromaufwärts von dieser Drosselung an. Dieser Drosselbereich ist daher im Wesentlichen konstant und ausgestaltet, um einen ausreichenden Staudruck zu liefern, um die Bildung von Kavitationsgeräuschen in diesen sekundären Öffnungen für alle Schieberöffnungswinkel zu unterdrücken.
Es ist bevorzugt, dass der Drehschieber acht Eingangswellenuten aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Drehschieber acht Buchsenschlitze aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis des ersten und des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung, werden nun verschiedene Ausführungen davon in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen in
1 eine axiale Querschnittsansicht eines Drehschiebers in der Ebene I–I in 2, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer ersten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
2 eine Querschnittsansicht der Eingangswelle und der umgebenden Buchsenkomponenten des Drehschiebers in der Ebene II–II in 1;
3 eine vergrößerte Version der oberen Hälfte der in 2 dargestellten Querschnittsansicht, die die Öffnungen in den primären und sekundären Brücken darstellt;
4 das hydraulische "Flussdiagramm" für das in 3 dargestellte Netzwerk der Öffnungen, entsprechend einer parallel geschalteten primären und sekundären Brücke, d.h. einer Hälfte der gesamten Hydraulikschaltung des Drehschiebers;
5 Einzelheiten der primären Einströmöffnungen;
6 Einzelheiten der primären Rückströmöffnungen;
7 Einzelheiten der sekundären Einströmöffnungen;
8 Einzelheiten der sekundären Rückströmöffnungen;
9 ein Diagramm, welches die Winkel-Verstärkungscharakteristik des Drehschiebers zeigt;
10 ein Diagramm, welches die Strömungsaufteilung auf die primären und sekundären Brücken in dem Drehschieber als eine Funktion des Schieberbetätigungswinkel zeigt;
11 ein Diagramm, welches die Strömungsaufteilung auf die primären und sekundären Brücken in dem Drehschieber als eine Funktion des Differenzdrucks zeigt;
12 eine vereinfachte Version des in 4 dargestellten hydraulischen "Flussdiagramms", um das Verstehen der Schieberbetätigung in Kurvenfahrt- und Parkbereichen der Verstärkungscharakteristik zu unterstützen;
13 ein Diagramm, das die Staudrücke Pb und Pr, die durch die Öffnungen 34b bzw. 46 in dem Drehschieber entwickelt werden, als eine Funktion des Schieberbetätigungswinkels darstellt;
14 ein Diagramm, das die Staudrücke Pb und Pr, die durch die Öffnungen 34b bzw. 46 in dem Drehschieber entwickelt werden, als eine Funktion des Differenzdrucks darstellt;
15a bis 15d detaillierte Teilbereichsansichten des Bereichs G in 3 und sie zeigen verschiedene mögliche Ausführungen des Eintritts in die radiale Bohrung 25;
16 eine axiale Querschnittsansicht in der Ebene XVI–XVI in 18 eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer zweiten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
17 eine axiale Querschnittsansicht in der Ebene XVII–XVII in 18 eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer zweiten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
18 eine Querschnittsansicht in der Ebene XVIII–XVIII in 16 und 17 der Eingangswelle und der umgebenden Buchsenkomponenten des Drehschiebers gemäß einer zweiten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung;
19a bis 19d vergrößerte Teilbereichsansichten des Bereichs E in den 16 und 26 und sie zeigen verschiedene Ausführungen für den diametral vergrößerten Teil der Torsionsstange;
20 eine Schnittansicht in der Ebene XX–XX in 19c;
21 eine alternative Version der ersten Ausführung des ersten, in 1 dargestellten, Aspekts der vorliegenden Erfindung, in welcher die Torsionsstange eine umgebende Kunststoffanformung aufweist;
22 eine axiale Querschnittsansicht in der Ebene XXII–XXII in 24 eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer dritten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
23 eine axiale Querschnittsansicht in der Ebene XXIII–XXIII in 24 eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer dritten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
24 eine Querschnittsansicht in der Ebene XXIV–XXIV in 22 und 23 der Eingangswelle und der umgebenden Buchsenkomponenten des Drehschiebers gemäß einer dritten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung;
25 Einzelheiten der sekundären Rückströmöffnungen gemäß der ersten und zweiten Ausführung des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung;
26 eine axiale Querschnittsansicht in der Ebene XXVI–XXVI in 28 eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer ersten Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
27 eine axiale Querschnittsansicht in der Ebene XXVII–XXVII in 28 eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer ersten Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
28 eine Querschnittsansicht in der Ebene XXVIII–XXVIII in 26 und 27 der Eingangswelle und der umgebenden Buchsenkomponenten des Drehschiebers gemäß einer ersten Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung;
29 eine axiale Querschnittsansicht eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer fünften Ausführung eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist und die den sekundären Rückströmpfad zeigt;
30 eine vergrößerte Teilbereichsansicht eines Teils von 29 und zeigt Einzelheiten des sekundären Rückstrompfads;
31 eine axiale Querschnittsansicht eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer fünften Ausführung eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist und die den primären Rückströmpfad zeigt;
32 eine vergrößerte Teilbereichsansicht eines Teils von 31 und zeigt Einzelheiten des primären Rückstrompfads;
33 eine axiale Querschnittsansicht eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer zweiten Ausführung eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist und die den sekundären Rückströmpfad zeigt;
34 eine vergrößerte Teilbereichsansicht eines Teils von 33 und zeigt Einzelheiten des sekundären Rückstrompfads;
35 eine axiale Querschnittsansicht eines Drehschiebers, der in einem Schiebergehäuse eines Servolenkgetriebes gemäß einer zweiten Ausführung eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung angebracht ist und die den primären Rückströmpfad zeigt; und
36 eine vergrößerte Teilbereichsansicht eines Teils von 35 und zeigt Einzelheiten des primären Rückstrompfads; Beste Ausführungsarten
1 bis 15 und 21 beziehen sich auf eine erste Ausführung eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Bezug auf 1 nehmend ist das Schiebergehäuse 1 mit den Pumpen-Einlauf- und Pumpenrücklauföffnungen 2 bzw. 3 und mit den rechten und linken Zylinderöffnungen 4 und 5 versehen. Das Lenkgetriebegehäuse 6, an dem das Schiebergehäuse 1 befestigt ist, enthält die mechanischen Lenkelemente, zum Beispiel ein angetriebenes Element in Form eines Ritzels 7, gelagert durch das Nadellager 8 und mit der Dichtung 9 versehen. Die drei Haupt-Drehschieberelemente sind die Eingangswelle 10, die darauf gelagerte Buchse 11 und die Torsionsstange 12. Die Torsionsstange 12 ist an einem Ende der Eingangswelle 10 durch den Zapfen 13 befestigt und am anderen Ende durch eine Gesenkschmiedestelle 14 an dem Ritzel 7. Die Torsionsstange 12 weist weiterhin ein Lager für die Ein gangswelle 10 an dem überdeckenden Teil 15 auf. Die Buchse 11 weist eine ringförmige Verlängerung mit einer Bohrung 16 darin auf, in die ein Zapfen 17 eingreift, der sich radial von dem Ritzel 7 erstreckt.
Nun auch auf 2 Bezug nehmend, weist die Eingangswelle 10 an ihrem Außendurchmesser 20 acht sich in axialer Richtung erstreckende, blind endende Nuten 18a–c auf, die durch Stege 81 getrennt sind: vier Nuten des Typs, der mit 18a bezeichnet ist, zwei Nuten des Typs, der mit 18b bezeichnet sind und zwei Nuten des Typs, der mit 18c gekennzeichnet sind. Die Buchse 11 weist in ihrer Bohrung 21 eine Anordnung von acht sich in axialer Richtung erstreckenden, blind endenden Schlitzen 19a–b auf, die durch Stege 82 getrennt sind: vier Schlitze des Typs, der mit 19a bezeichnet ist und vier des Typs, der mit 19b bezeichnet ist. Die Schlitze 19a–b fluchten über den Umfang mit den Stegen 81 auf der Eingangswelle 10. Gleichermaßen fluchten die Nuten 18a–c über den Umfang mit den Stegen 82 an der Bohrung 21 der Buchse 11. An den Seitenwänden aller acht Nuten 18a–c sind Messkantenkonturen gebildet und wirken mit den jeweiligen benachbarten Kanten der Schlitze 19a–b zusammen, um sechzehn sich in axialer Richtung erstreckende Öffnungen zu bilden, die sich öffnen und schließen, wenn eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 10 und der Buchse 11 erfolgt.
Die Buchse 11 ist ferner an ihrem äußeren Umfang mit drei in axialer Richtung beabstandeten Umfangsnuten 22a–c versehen, die durch Hochdruckdichtungen 23 (siehe 1) getrennt sind. Die radialen Bohrungen 24 und 25 in der Eingangswelle 10 verbinden die Nuten 18b bzw. 18c mit der Bohrung 26 der Eingangswelle 10. Deshalb kann über die Rücklauföffnung 3 Rückströmöl zu dem Pumpenbehälter (nicht dargestellt) zurückströmen.
Die radialen Bohrungen 27 in der Buchse 11 verbinden hydraulisch die restlichen vier gegeneinander versetzten Nuten 18a der Eingangswelle 10 mit der Umfangsnut 22b und somit mit der Zufuhr von der Hydraulikpumpe (nicht dargestellt) über die Einlauföffnung 2.
Die radialen Bohrungen 28 in der Buchse 11 verbinden hydraulische Paare von benachbarten Schlitzen 19a der Buchse 11 mit den Umfangsnuten 22a und 22c und somit mit den rechten und linken Zylinderkammern (nicht dargestellt) über die rechte Zylinderöffnung 4 bzw. die linke Zylinderöffnung 5.
Die vorher angeführten sechzehn sich in axialer Richtung erstreckenden Öffnungen in dem Drehschieber sind als ein Netzwerk geschaltet, so dass sie einen Satz von vier hydraulischen Wheatstone-Brücken bilden, nämlich zwei primäre Brücken, die in den Sektoren 29 des Schiebers angeordnet sind und zwei sekundäre Brücken, die in den Sektoren 30 angeordnet sind. Die parallele Wirkung der diametral gegenüberliegenden Brücken des gleichen Typs sichern, dass im Wesentlichen infolge der Druckverteilung in dem Schieber keine Seitenkraft auf die Eingangswelle erzeugt und die Reibung an der Verbindungslagerfläche Eingangswelle/-Buchse minimiert wird. Es ist ersichtlich, dass die beiden primären Brücken 29 über die radialen Bohrungen 28 eine hydraulische Verbindung mit den Zylinderöffnungen 4 und 5 aufweisen, ein Merkmal, das in den beiden sekundären Brücken nicht vorhanden ist.
Vier Ausführungen von Messkantenkonturen (hierin nachfolgend als "Messkanten" bezeichnet) werden an der Eingangswelle 10 verwendet. Sie definieren vier Typen von Öffnungen in dem Drehschieber: Einström- und Rückströmöffnungen in den primären Brücken, hierin nachfolgend als primäre Einströmöffnungen bzw. als primäre Rückströmöffnungen bezeichnet und Einström- und Rückströmöffnungen in den sekundären Brücken, hierin nachfolgend als sekundäre Einströmöffnungen bzw. als sekundäre Rückströmöffnungen bezeichnet.
3 zeigt die obere Hälfte von 2 in einem vergrößerten Maßstab und weist daher eine einzelne primäre Brücke 29 und eine einzelne Brücke 30 auf. Die primären Einströmöffnungen 31a, 31b sind an der Verbindungsstelle der zusammenwirkenden Eingangswellennuten 18a und der Buchsenschlitze 19a gebildet. Die primären Einströmöffnungen 32a, 32b sind an der Verbindungsstelle der zusammenwirkenden Eingangswellennuten 18b und der Buchsenschlitze 19a gebildet. Die sekundären Einströmöffnungen 33a, 33b sind an der Verbindungsstelle der zusammenwirkenden Eingangswellennuten 18a und der Buchsenschlitze 19b gebildet. Die sekundären Rückströmöffnungen 34a, 34 sind an der Verbindungsstelle der zusammenwirkenden Eingangswellennuten 18c und der Buchsenschlitze 19b gebildet.
Das hydraulische "Flussdiagramm" für dieses Netzwerk ist in 4 dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die untere (nicht sichtbare) Hälfte des Drehschiebers in 3 achssymmetrisch in Bezug auf die obere Hälfte und diese Hälften funktionieren parallel. Der in 4 angegebene Zuführungsstrom Q ist daher eine Hälfte des gesamten Pumpenzuführungsstroms.
Die Art und Weise der Betätigung des Drehschiebers wird nun in Bezug auf die aktuellen Messkantenkonturen beschrieben, die an den Seiten der Eingangswellennuten verwendet werden. Diese Messkantenkonturen wirken mit den benachbarten Buchsenkanten zusammen, um die erforderliche Widerstandsveränderungscharakteristik als eine Funktion des Schieberbetätigungswinkels θ zu erzeugen.
Die primären Einströmöffnungen 31a, 31b werden durch die primären Einström-Messkanten 35 erzeugt, die an einer Seite der Nuten 18a (siehe 5) gebildet sind. Die primären Rückströmöffnungen 32a, 32b werden durch die primären Rückström-Messkanten 36 erzeugt, die an beiden Seiten der Nuten 18b (siehe 6) gebildet sind. Die sekundären Einströmöffnungen 33a, 33b werden durch die sekundären Einström-Messkanten 37 erzeugt, die an einer Seite der Nuten 18a gegenüber der primären Einström-Messkante 35 (siehe 7) gebildet sind. Die sekundären Rückströmöffnungen 34a, 34b werden durch die sekundären Rückström-Mess kanten 38 erzeugt, die an beiden Seiten der Nuten 18c (siehe 8) gebildet sind.
5 bis 8 zeigen die Geometrie der vier Typen von Öffnungen in der neutralen Stellung des Drehschiebers, die mit θ = 0 Grad bezeichnet ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass eine Drehung der Eingangswelle 10 in Bezug auf die Buchse 11, numerisch auf einen positiven Schieberbetätigungswinkel Θ erfolgt (siehe markanter Pfeil in 3). Jedes Paar von Öffnungen jedes Typs weist daher eine Öffnung auf, die dazu tendiert, sich aus dieser neutralen Stellung schließen und eine Öffnung, die dazu tendiert, sich daraus zu öffnen. Zum Beispiel auf 6 Bezug nehmend, tendiert die primäre Rückströmöffnung 32a dazu, zu schließen und schließt letztendlich vollständig bei θ = 1,5°, wenn die Kante 39 des Buchsenschlitzes 19a die Stellung 40 erreicht. Andererseits tendiert die primäre Rückströmöffnung 32b dazu von dieser neutralen Stellung weiter zu öffnen und für diesen gleichen Schieberbetätigungswinkel von θ = 1,5° erreicht die Kante 39 die Stellung 41. Es ist zu bemerken, dass zur Einfachheit in der vorliegenden Beschreibung die relative Winkeldrehung der Eingangswelle 10 und der Buchse 11 schematisch als Querbewegung der Kante 39 in Bezug auf eine feststehende Eingangswellen-Messkante dargestellt ist.
9 stellt die Winkel-Verstärkungscharakteristik des Drehschiebers, ausgedrückt als Differenzdruck ΔP auf der X-Achse, aufgezeichnet als Funktion des Schieberbetätigungswinkels θ auf der X-Achse, dar. Die vorher angeführte auf dem Eintrittsdrehmoment basierende Verstärkungscharakteristik, der Basis-"Fingerabdruck" des Drehschiebers, wird durch das Umwandeln der X-Achse in Eintrittsdrehmomenteinheiten durch Multiplizieren der Abszisse mit der Torsionssteifigkeit der Torsionsstange 12 erhalten. So entspricht zum Beispiel für eine Torsionsstangensteifigkeit von 2 Nm/Grad ein Schieberbetätigungswinkel von θ = 4° einem Eintrittsdrehmoment von 4 × 2 = 8 Nm.
Die Verstärkungscharakteristik in 9 kann als aus drei Bereichen bestehend angesehen werden: aus einem Zentrumsbereich 42 mit geringer Neigung, der zum Geradeausfahren gehört, insbesondere zum Geradeausfahren mit hoher Geschwindigkeit unter Schnellstraßenbedingungen, der in diesem Fall Schieberbetätigungswinkeln bis zu etwa 1,5° entspricht; einem Kurvenfahrtbereich 43 mit mittlerer Neigung, der mit den Hilfsdrücken in Verbindung steht, die erforderlich sind, wenn sich das Fahrzeug in Kurvenfahrt auf kurvenreichen Landstraßen befindet, der in diesem Fall einem Schieberbetätigungswinkel zwischen etwa 1,5° und 4° entspricht; und einem Parkbereich 44 mit hoher Neigung, der mit viel größeren Hilfsdrücken in Verbindung steht, die für das stationäre Parken auf trockenem Untergrund erforderlich sind und der in diesem Fall Schieberbetätigungswinkeln über 4° entspricht. Diese Verstärkungscharakteristik ist von dem in wachsendem Maße akzeptierten Typ, auf den vorher schon Bezug genommen wurde, nämlich vom Typ eines im Wesentlichen linearen Kurvenfahrtbereichs 43, gefolgt von einem schnellen Umschlag (wie bei Punkt 45) in den Parkbereich 44.
10 zeigt die Strömungsaufteilung zwischen der primären Brücke 29 und der sekundären Brücke 30 als eine Funktion des Schieberbetätigungswinkels θ. 11 zeigt die gleiche Beziehung als eine Funktion des Differenzdrucks ΔP.
Wieder auf 4 Bezug nehmend, beträgt in der neutralen Stellung des Drehschiebers, die gesamte Strömungsdrosselung, die durch die Öffnungen in der sekundären Brücke 30 zur Verfügung gestellt wird, plus der zusätzlichen Öffnung 46, die in Reihe mit der sekundären Brücke 30 geschaltet ist (wird später ausführlich beschrieben), etwa das Dreifache der Drosselung, die durch die primäre Brücke 29 zur Verfügung gestellt wird. Die Strömung Q wird daher in einem umgekehrten Verhältnis zu dieser Drosselung aufgeteilt, was dazu führt, dass etwa 75% der Strömung Q die primäre Brücke durchlaufen, d.h. Qp/Q = 0,75 in 10. Weiterhin teilt sich, weil die primären Einströmöffnungen 31a und 31b in der neutralen Stellung geometrisch äquivalent sind, wie es auch die primären Rückströmöffnungen 32a und 32b sind, die Strömung Qp zu gleichen Teilen auf eine Strömung Qpl in dem primären linken Zweig 47 und eine Strömung Qpr in dem rechten Zweig 48 auf, wodurch am Zylinder 49 ein Null-Differenzdruck ΔP erzeugt wird.
Bezug auf 10 nehmend, wird das Leiten von 75% der Strömung zu der primären Brücke 29 mehr oder weniger konstant im Zentralbereich 42 der Verstärkungscharakteristik eingehalten und ist hauptsächlich ein Ergebnis der relativ einengenden sekundären Rückströmöffnungen 34a, 34b. Wie aus 8 ersichtlich ist, stellen die sekundären Rückströmöffnungen 34a, 34b wegen der Verengung 50, die durch die Überdeckung der sekundären Rückström-Messkante 38 und des Steges 82 der Buchsenbohrung über den Umfang gebildet wird, einen im Wesentlichen konstanten Drosselbereich zur Verfügung. Wegen der relativ ungedrosselten primären Einströmöffnungen 31a, 31b und der primären Rückströmöffnungen 32a, 32b und auch wegen der Tatsache, dass alle Brückenzweige 47, 48, 51 und 52 für das Einströmen in den Mittelbereich 42 offen sind, ist der durch den Drehschieber unter diesen Bedingungen erzeugte Einströmdruck P gering und es treten daher beim Fahren im Mittelbereich geringe Energieverluste auf.
Zum Vergrößern des Schieberbetätigungswinkels im Mittelbereich 42 schließen die primäre Einströmöffnung 31b und die primäre Rückströmöffnung 32a fortschreitend, während die primäre Einströmöffnung 31a und die primäre Rückströmöffnung 32b fortschreitend öffnen, wodurch der vorher beschriebene Zustand, in dem die Ströme Qpl und Qpr im primären Zweig etwa gleich sind, beibehalten wird, wodurch ein Mittelbereich 42 der Verstärkungscharakteristik mit geringer Neigung erzeugt wird.
Wenn jedoch der Schieberbetätigungswinkel 1,5° erreicht, schließt die primäre Rückströmöffnung 32a vollständig, wie es durch die Buchsenkantenstellung 40 in 6 angezeigt wird, und die gesamte primäre Strömung Qp wird durch den primären rechten Zweig 48 geleitet. Gleichzeitig schließt nun auch die sekundäre Rückströmöffnung 34a, die sich ebenfalls fortschreitend schließt, um den Schieberbetätigungswinkel zu vergrößern, vollständig, wie es durch die Schlitzkantenstellung 53 in 8 angezeigt ist, und die gesamte sekundäre Strömung Qs wird durch den sekundären rechten Zweig 52 umgeleitet. Nun weisen, wie aus 5, 6 und 7 ersichtlich ist, die sich öffnenden Öffnungen 31a, 32b und 33a bei Schieberbetätigungswinkeln von 1,5° oder darüber eine relativ geringe Strömungsdrosselung auf, die für Zwecke des Verstehens des Betätigungsverfahrens des Netzwerkes der Öffnungen, vernachlässigt werden kann. Bei Schieberbetätigungswinkeln von über 1,5° kann daher das in 4 dargestellte Netzwerk als auf die in 12 dargestellte Ausführung vereinfacht angesehen werden. Die rechte Zylinderöffnung 4 kommuniziert nun hydraulisch effektiv direkt mit der Einlauföffnung 2 und somit mit der Zufuhr von der Pumpe. Gleichermaßen kommuniziert nun die linke Zylinderöffnung 5 hydraulisch effektiv direkt mit der Rücklauföffnung 3 und somit mit dem Pumpenspeicher.
Unter diesen Umständen wird der gesamte Lieferdruck der Pumpe (und somit der Schiebereinströmdruck P) auf den Zylinder 49 angelegt (d.h. P = ΔP) und wird im Wesentlichen durch die Drosselung der vier verbleibenden dominanten Öffnungen 31b, 33b, 34b und 46 bestimmt. Die Geometrie der Öffnungen 31b und 33b ist derart, dass, wenn der Schieberbetätigungswinkel größer ist als 1,5°, die primäre Einströmöffnung 31b schneller schließt als die sekundäre Einströmöffnung 33b, wodurch die primäre Strömung Qp zu der sekundären Brücke umgeleitet wird und somit Qs entsprechend erhöht. Somit verringert sich in der Kurvenfahrtzone 43, wie es aus den 10 und 11 ersichtlich ist, das Strömungsverhältnis Qp/Q fortschreitend von etwa 0,75 bei einem Schieberbetätigungswinkel von 1,5° und erreicht schließlich bei einem Schieberbetätigungswinkel von 4° 0 (Null), wobei die Einströmöffnung 31b vollständig schließt. Die Geometrie der Öffnungen 31b und 33b bestimmt daher vorherrschend die Form der Verstärkungscharakteristik in der Kurvenfahrtzone 43 und ist im vorliegenden Fall eine lineare Verstärkungscharakteristik. In der Kurvenfahrtzone 43 wird, wenn sich der Differenzdruck P aufbaut und direkt auf die Öffnung 31b angelegt wird, die Strömung gleichzeitig fortschreitend gemäß dem vorher beschriebenen Mechanismus von der Öffnung 31b weg geleitet. Wenn man zum Beispiel 11 betrachtet, ist ersichtlich, dass Qp in ihrem Mittelbereichswert auf etwa die Hälfte abgefallen ist, wenn der Differenzdruck 1 MPa erreicht. Diese Wirkung ist so angelegt, dass die Öffnung 31b niemals wesentliche Kavitationsgeräusche erzeugt, da, wie es im Fachgebiet bekannt ist, Schieberkavitationsgeräusche, die in einer gegebenen Öffnung erzeugt werden, mit dem Strömungsdurchsatz durch die Öffnung für einen vorgegebenen festen Druckabfall verringert werden.
Nun würde jedoch, bei Fehlen der Öffnungen 34b oder 46, die Vergrößerung der sekundären Strömung Qs durch die Öffnung 33b sicherlich bewirken, dass diese Öffnung Kavitationsgeräusche erzeugt. Die Geräuschverstärkung würde nicht nur durch die Vergrößerung der sekundären Strömung Qs bewirkt werden, sondern auch durch die sich vergrößernde Drosselung der Öffnung 33b zum Vergrößern des Schieberbetätigungswinkels. Der Zuwachs der Sekundärströmung Qs, zum Beispiel um den Faktor vier, wie es im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist (siehe 10 und 11), erhöht jedoch die Staudrücke Pb und Pr, die durch die Öffnungen 34b bzw. 46 erzeugt werden, drastisch. In der vorliegenden Ausführung sind die angegebenen Pb und Pr ausgelegt, 1 MPa bzw. 200 kPa zu erreichen, wenn die sekundäre Strömung Qs ihren Maximalwert erreicht. Dieser Anstieg der Staudrücke Pb und Pr ist grafisch in 13 und 14 dargestellt.
Nachdem die Öffnung 31b am Ende der Kurvenfahrtzone vollständig abgesperrt ist, verläuft die gesamte Pumpenströmung nun durch die Öffnungen 33b, 34b und 46 in Reihe geschaltet. Somit werden die Staudrücke Pb und Pr in der Parkzone 44, die sich von Schieberbetätigungswinkeln von 4° bis 4,5° erstreckt und in der der Differenzdruck entsprechend von 2 MPa auf 8 MPa ansteigt, konstant gehalten. Der scharfe Umschlag 45 zwischen der Kurvenfahrtzone 43 und der Parkzone 44 wird durch die gesamte Umleitung der Strömung zu der sekundären Brücke 30 und somit zu der Öffnung 33b sowie durch den relativ steilen "Absperrwinkel" der Messkante 37, wie er im Bereich 60 (siehe 7) vorhanden ist, unterstützt.
Auf diese Art und Weise wird der durch die in Reihe geschalteten Öffnungen 34b und 46 entwickelte Staudruck (d.h. Pr + Pb) dem. Druckanstieg, "nachgeführt" (oder folgt ihm), der über die möglicherweise während des Kurvenfahrtbereiches kavitierende Öffnung 33b entwickelt wird, d.h. bis zu einem maximalen Differenzdruck P von 2 MPa. Zu dieser Zeit sind 1,2 MPa von diesen 2 MPa tatsächlich den Staudrucköffnungen 34b und 46 zuschreibbar (siehe 13 und 14). Dieser Staudruck wird dann für die verbleibende Parkzone 44, während welcher der Differenzdruck auf 8 MPa ansteigt, konstant gehalten. Der Staudruck von 1,2 MPa, der an der Austrittsöffnung 33b erzeugt wird, ist ausreichend, um im Wesentlichen die gesamten Kavitationsgeräusche von dieser Öffnung zu unterdrücken, sogar bis herauf zu dem maximalen Differenzdruck von 8 MPa, der für das Parken verwendet wird.
Bezug auf 8 nehmend, ist ersichtlich, dass die Öffnung 34b durch die Messkante 38 erzeugt wird, die über den Umfang den benachbarten Steg 82 der Buchsenbohrung 21 für alle Schieberbetätigungswinkel aus der neutralen Stellung bis zum dem maximalen Schieberbetätigungswinkel von 4,5°, welcher der Schlitzkantenstellung 61 entspricht, überdeckt. Die in radialer Richtung angeordnete "Verengung" (oder der Punkt mit dem geringsten Durchströmungsquerschnitt) 50 dient dazu, zu sichern, dass die Öffnung 34b einen im Wesentlichen konstanten Drosselbereich für die Ölströmung durch diesen Bereich der Schieberbetätigungswinkel bereitstellt, wobei im vorliegenden Fall 7° der ausfallsichere Drehschieberwinkel ist, bei dem mechanische Anschläge an der Verbindung der Eingangswelle 10 und dem Ritzel 7 jede weitere relative Drehung zwischen der Eingangswelle 10 und der Buchse 11 verhindern.
Die Form der Messkante 38, einschließlich dem Bereich 62 (mit örtlich verringerter Messkantentiefe, welcher in Verbindung mit dem Steg 82 der Buchsenbohrung 21 die Verengung 50 bildet) unterstützt weiterhin das Glätten der normalerweise turbulenten Ölströmung, wenn sie die Buchsenschlitzkante 63 durchläuft. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen, bei denen dieses Turbulenzströmungsproblem sich nicht unbedingt als Schiebergeräusch ausbreitet, kann die Messkante 38 in einer einfacheren Form mit flachem Boden 64 (d.h. mit einer im Wesentlichen konstanten Messkantentiefe) ausgeführt sein, wobei noch ein annähernd konstanter Drosselbereich für die Öffnung 34b zur Verfügung gestellt wird.
Wenn Restkavitationsgeräusche an der Buchsenschlitzkante 63 erzeugt werden, kann Staudruck an die Öffnung 34b über die stromabwärts angeordnete feste Öffnung 46 angelegt werden. In der vorliegenden ersten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung weisen die sekundären Rückströmbohrungen 25 in der Eingangswelle 10 (siehe 3) im Vergleich zu den primären Rückströmbohrungen 24 einen verringerten Durchmesser auf und erzeugen einen Staudruck Pr von 200 kPa bei maximaler sekundärer Strömung Qs (siehe 13 und 14). Die Turbulenzerzeugung in diesen Bohrungen kann (wenn erforderlich) verringert werden, wenn ein konischer (15a), tiefergesetzt konischer (15b), achssymmetrisch konvex abgeschrägter (15c), tiefergesetzt achssymmetrisch konvex abgeschrägter (15d) Eintritt in die Bohrungen 25 verwendet wird. Solche Eintrittsprofile und zahlreiche andere können über eine "Stufenbohrerausführung" leicht bearbeitet werden, um die Eintrittsströmung in die Bohrungen 25 zu glätten.
Die in Reihe geschalteten Öffnungen 34b und 46 stellen eine abgestufte Druckverringerung stromabwärts der Öffnung 33b zur Verfügung, die es ermöglicht, große Staudrücke an diese sekundäre Einströmöffnung anzulegen, ohne wesentliche Kavitationsgeräusche zu erzeugen. So ist zum Beispiel bei einem maximalen Park-Differenzdruck von 8 MPa der durch die Öffnung 33b erzeugte Druckabfall 6,8 MPa, der durch die Öffnung 34b erzeugte Druckabfall 1 MPa und der durch die Öffnung 46 erzeugte Druckabfall 200 kPa. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass diese Umgehungs-Schieberanordnung es ermöglicht, einen Staudruck von Pb + Pr für alle Schieberbetätigungswinkel über 1,5° (d.h. über die Kurvenfahrtzone 43 und die Parkzone 44) direkt an den Zylinder 49 anzulegen, was dem Absperrbereich der primären Rückströmöffnung 32a entspricht. Das ist besonders in der Parkzone 44 von Nutzen, die Schieberbetätigungswinkeln über 4° entspricht, bei denen die primäre Einströmöffnung 31b abgesperrt ist und der Staudruck Pb + Pr seinen maximalen Wert von 1,2 MPa erreicht. Dieser relativ hohe Staudruck wird nutzbringend verwendet, um eine Kraft auf den Kolben in dem Zylinder 49 zu erzeugen, anstatt nutzlos Energie als Wärme abzuführen.
Die Eingangswellen-Messkanten 35, 36, 37 und 38 können leicht unter Verwendung von Präge- oder Walz-Prägeverfahren, die im Fachgebiet gut bekannt sind, hergestellt werden. Solche relativ steile Messkanten (d.h. mit hoher Neigung in Bezug auf den benachbarten Steg der Eingangswelle 10 ermöglichen eine gute Steuerung der Verstärkungscharakteristik und somit der Lenkungsaufwandspegel und gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Geräuschpegel in dem Drehschieber auf weniger als 55 dBA zu verringern.
16, 17, 18, 19a bis d und 20 zeigen eine zweite Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, in welcher die festen Öffnungen 46 anstatt durch die radialen Bohrungen 25 mit verringertem Durchmesser erzeugt zu werden, durch eine Drosselung der Ölströmung in der Bohrung 26 der Eingangswelle 10 erzeugt werden. Die sekundären Rückströmbohrungen 70 in dieser zweiten Ausführung sind nicht als drosselnde Bohrungen gedacht, sondern sie dienen dazu, das Hydrauliköl von den sekundären Brücken 30 zu der Bohrung der Eingangswelle 10 zu leiten, wenn die Ölströmung senkrecht die Richtung verändert, um in axialer Richtung entlang der Bohrung 26 zu strömen (siehe 16). Vor dem Erreichen der Rücklauföffnung 3 muss jedoch die Strömung die ringförmige Drosselstelle 71 durchlaufen, die durch Zusammenwirken eines diametral vergrößerten Teils 72 der Torsionsstange 73 und des aufgeriebenen Teils 74 der Eingangswellenbohrung 26 gebildet wird. Diese ringförmige Drosselstelle 71 stellt die beiden festen Öffnungen 46 dar, die in Bezug auf die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben sind. Gemäß der vorliegenden zweiten Ausführung wird das Hydrauliköl von der primären Brücke 29 direkter zu der Rücklauföffnung 3 geleitet (siehe 17), so dass es nicht durch die Bohrung 26 der Eingangswelle 10 strömen muss und daher an der ringförmigen Drosselstelle 71 nicht gedrosselt wird. Das wird durch sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 18b der Eingangswelle 10 erreicht, die mit den primären Rückströmöffnungen 32a, b verbunden sind, um in axialer Richtung angeordnete Kanäle 75 zu bilden. Die Kanäle 75, von denen zwei gemäß der vorliegenden zweiten Ausführung erforderlich sind, können leicht durch im Fachgebiet gut bekannte Verfahren, wie Fräsen oder Einstechschleifen hergestellt werden. Es ist zu bemerken, das zumindest einer dieser beiden Kanäle 75 in axialer Richtung in entgegengesetzter Richtung zu der Hauptströmungsrichtung verlängert werden muss, um Lecköl aus dem Hohlraum an der Eingangsseite (rechte Seite in 17) der Buchse 11 ablaufen zu lassen.
19a bis d zeigen verschiedene mögliche Ausführungen für den diametral vergrößerten Teil 72 der Torsionsstange 73.
19a zeigt ausführlicher den diametral vergrößerten Teil 72 der Torsionsstange 73, der über sein Zusammenwirken mit dem aufgeriebenen (oder in anderer Weise exakt in der Größe bemessenen) Teil 74 der Bohrung 26 der Eingangswelle 10 die ringförmige Drosselstelle 71 bildet. Die allgemeine Richtung des Ölrückstroms von den sekundären Brücken 30 ist durch die großen Pfeile dargestellt, und wie es ersichtlich ist, stellt die ringförmige Drosselstelle 71 die Öffnungen 46 dar und erzeugt den Staudruck Pb von 200 kPa, auf den vorher Bezug genommen wurde. Wegen der großen Umfangslänge der ringförmigen Drosselstelle 71 (normalerweise 20 – 30 mm) sind die Strömungsgeräusche in bestimmten Anwendungen geringer als die Strömungsgeräusche, die durch die im Durchmesser verringerten radialen Bohrungen 25 erzeugt wer den, welche in der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wie in 19b dargestellt ist, kann die Drosselstelle 71 auch abgestuft sein, d.h. der diametral vergrößerte Teil 72 weist eine Reihe von in axialer Richtung getrennten, über den Umfang angeordneten Stegen auf. Diese Abstufungen bedeuten, dass der Staudruck durch die ringförmige Drosselstelle 71 in einer Reihe von getrennten Stufen erzeugt wird, im Falle von 19b in drei Stufen. Der Hauptvorteil dieser Anordnung im Vergleich zu der einfachen zylindrischen Form des vergrößerten Teils 72 der in 19a dargestellten Torsionsstange 73 ist, dass der durch die abgestufte Drosselstelle 71 erzeugte Staudruck weniger variabel als Funktion der Ölviskosität und somit der Öltemperatur ist. Das ist deswegen so, weil der größte Teil der Staudruckerzeugung rund um die scharfen Kanten erfolgt, die zu den über den Umfang angeordneten Stegen gehören.
In Anwendungen, in denen die Torsionsstange 73 bis auf ihre maximale Dauerschwingfestigkeit beansprucht wird, kann der diametral vergrößerte Teil 72 in einem getrennten, nachfolgenden Arbeitsgang rund um die ansonsten in herkömmlicher Weise geformte Torsionsstange mit einem Kunststoff angeformt werden, wie es in 19c dargestellt ist. In dieser Ausführung ist der Außendurchmesser des diametral vergrößerten Teils 72 geriffelt, wie zum Beispiel bei 79 (siehe 20) und in Presspassung in den aufgeriebenen Teil 74 der Bohrung 26 eingepasst, wodurch die Genauigkeit der radialen Tiefe der ringförmigen Drosselstelle gesichert wird. In dieser Ausführung kann der mit Kunststoff angeformte, diametral vergrößerte Teil 72 auch ausgestaltet sein, um eine abgestufte Drosselstelle ähnlich der zu bilden, die in 19b dargestellt ist.
19d zeigt eine andere Ausführung, in welcher der diametral vergrößerte Teil 72 sich in axialer Richtung erstreckt, um die sekundäre Rückströmbohrung 70 zu überdecken. Die Strömung ist weiterhin durch Verwendung des konischen Teils 76 geglättet, um sie aus der radialen Richtung in der Bohrung 70 in die axiale Richtung in der Bohrung 26 umzuleiten. Die Verwendung eines die Torsionsstange 73 umgebenden Kunststoffmaterials hat sich ebenfalls als unterstützend bei der Dämpfung der Turbulenzgeräusche erwiesen, die erzeugt werden, wenn die radiale Ölströmung durch die Bohrung 70 auf die Torsionsstange 73 trifft.
Zu diesem Zweck ist es auch möglich, eine Kunststoffanformung 77 rund um die Torsionsstange 12 gemäß der ersten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Im letzteren Fall stellt der diametral vergrößerte Teil 72 einen zusätzlichen Staudruck zur Verfügung, der Leistungsvermögen erzeugt und somit die im Durchmesser verringerten radialen Bohrungen 25 unterstützt. Diese Anordnung ist in 21 dargestellt, in welcher der optionale Teil 78 dieselbe Funktion erfüllt, wie der konische Teil 76 in der zweiten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
22, 23 und 24 zeigen eine dritte Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, in welcher die festen Öffnungen 46 durch eine Drosselung der axialen Ölströmung außerhalb der Bohrung 26 der Eingangswelle 10 erzeugt werden, wobei der sekundäre Rückströmpfad nicht durch die Bohrung 26 verläuft. Die sich in axialer Richtung erstreckenden primären Rückströmkanäle 90 und die sekundären Rückströmkanäle 91 sind vorzugsweise in der Buchsenbohrung 21 geräumt und sind jeweils in Umfangsrichtung mit den primären Rückströmnuten 18b bzw. den sekundären Rückströmnuten 18c ausgerichtet (und stehen somit in Strömungsverbindung mit ihnen), wodurch das Hydraulikfluid zu der Rücklauföffnung 3 geleitet wird, ohne in hydraulischer Strömungsverbindung mit der Bohrung 26 der Eingangswelle 10 stehen zu müssen. Die radiale Tiefe der sekundären Rückströmkanäle 91 ist im Vergleich zu ihrer Breite gering und daher wird in dem sekundären Rückströmpfad über sein Zusammenwirken mit dem benachbarten Eingangswellen-Außendurchmesser 20 eine Drosselstelle 46 mit hohem Flächenverhältnis erzeugt. Die radiale Tiefe der primären Rückströmkanäle 90 ist im Vergleich zu der Tiefe der sekundären Rückströmkanäle 91 relativ groß, wodurch die ersteren eine minimale Drosselung in dem primären Rückströmpfad erzeugen.
In einer vierten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung (nicht als getrennte Figur dargestellt) können die sekundären Rückströmnuten 18c in axialer Richtung als flache Kanäle mit hohem Seitenverhältnis verlängert werden, die über ihr Zusammenwirken mit der benachbarten Buchsenbohrung 21 gebildet werden. Solche kanalähnliche Verlängerungen der sekundären Rückströmnuten 18c können leicht durch im Fachgebiet gut bekannte Fräs- oder Schleifarbeitsgänge erhalten werden und sehen ähnlich aus, wie der in 17 dargestellte Kanal 75, der vorher in Bezug auf eine andere Ausführung aufgezeigt wurde, jedoch mit der Ausnahme, dass die radiale Tiefe geringer sein müsste, um die erforderliche Drosselung 46 in dem sekundären Rückströmpfad zu erzeugen. Die primären Rückströmnuten 18b können gleichermaßen in axialer Richtung als ein radial tieferer Kanal verlängert werden, um das Erreichen eines relativ ungedrosselten primären Rückströmpfads zu der Rücklauföffnung 3 zu erleichtern.
Sowohl die dritte als auch die vierte Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass, wenn sowohl die primären als auch die sekundären Rückströmpfade mit Kanälen versehen sind, keine Bohrlöcher in der Eingangswelle erforderlich sind. Dieses Merkmal vereinfacht möglicherweise die Herstellung dieser Komponenten und verringert ihre Herstellungskosten.
29, 30, 31 und 32 zeigen eine fünfte Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, in welcher die vorher angeführten festen Öffnungen 46 durch eine ringförmige Drosselstelle 100 erzeugt werden, die an der Verbindungsstelle der Eingangswelle 10 und der Buchse 11 gebildet werden. Die sekundären Rückströmnuten 18c sind in axialer Richtung verlängert, um in Verbindung mit dem ringförmigen Hohlraum 101 zu stehen, der durch Zusammenwirken des Teils mit dem verringerten Durchmesser 102 des Außenumfangs der Eingangswelle 10 und der Bohrung 82 der Buchse 11 gebildet ist. Der ringförmige Hohlraum wirkt als ein Sammler, um die sekundäre Rückströmung zu sammeln, die dann über die ringförmige Drosselstelle 100 mit der Rücklauföffnung 3 in Verbindung steht. Die ringförmige Drosselstelle 100 wird vorzugsweise durch einen vorherbestimmten kleinen radialen Spalt erzeugt, der zwischen dem Teil mit dem verringerten Durchmesser 102 der Eingangswelle 10 und dem Innendurchmesser 103 der sich radial nach innen erstreckenden ringförmigen Pressmetallschale 104, die im Presssitz in der Buchse 105 angeordnet ist, um das axiale Ende der Buchsenbohrung 82 abzudichten, vorhanden ist. Wie aus 31 und 32 ersichtlich ist, verläuft der primäre Rückströmpfad durch die Bohrung 26 der Eingangswelle 10 in einer ähnlichen Weise wie der, welcher in Bezug auf die erste Ausführung beschrieben ist und unterliegt daher keiner ringförmigen Drosselung 100.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ersetzt die ringförmige Drosselstelle für die sekundäre Ölrückströmung einen wesentlichen Teil der Funktion der sekundären Rückströmöffnungen 34a, b, die in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung offenbart sind. Die sekundären Rückströmöffnungen brauchen in der vorliegenden Ausführung nicht den im Wesentlichen konstanten Drosselbereich (der durch die Verengung 50 zur Verfügung gestellt wird) aufzuweisen. Diese Funktion wird hier vollständig durch die ringförmige Drosselstelle zur Verfügung gestellt. Gemäß beiden Ausführungen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung sind die sekundären Rückströmöffnungen 34a, b 1,5°-Absperröffnungen, deren Funktion durch eine viel einfachere Messkante 83 gesteuert wird (siehe 25). Die primären Einströmöffnungen 31a, b, die primären Rückströmöffnungen 32a, b und die sekundären Einströmöffnungen 33a, b bleiben gegenüber dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung unverändert ( siehe 5, 6 und 7). Die primären Rückströmöffnungen 32a, b und die sekundären Rückströmöffnungen 34a, b sind daher in den vorliegenden Ausführungen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung in der Geometrie identisch, unterscheiden sich jedoch stark von den Ausführungen, die in Bezug auf den ersten Aspekt der vor liegenden Erfindung beschrieben wurden, liegen jedoch im Schutzumfang des Anspruchs 1.
26, 27 und 28 zeigen allgemeinere Ansichten der ersten Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Es ist zu erkennen, dass, wie im Fall der zweiten Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, der Staudruck in dem sekundären Rückströmpfad durch die ringförmige Drosselstelle 71 erzeugt wird, die durch den diametral vergrößerten Teil 72 der Torsionsstange 73 und ihr Zusammenwirken mit dem im Durchmesser exakt bemessenen Bereich 74 der Eingangswellenbohrung 26 gebildet ist. 26 und 27 sind tatsächlich 16 bzw. 17 identisch. 28 ist 18 identisch, mit der Ausnahme der unterschiedlichen Geometrie der sekundären Rückströmöffnungen 34a, b. Alle anderen Aspekte der vorliegenden Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung können als 19 und 20 entsprechend angesehen werden, die bereits in Bezug auf die zweite Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung beschrieben sind.
33, 34, 35 und 36 zeigen eine zweite Ausführung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung, in welcher der Staudruck in dem sekundären Rückströmpfad durch die ringförmige Drosselstelle 100 erzeugt wird, die an der Verbindungsstelle der Eingangswelle 10 und der Buchse 11 gebildet ist. Die sekundären Rückströmnuten 18c sind in axialer Richtung verlängert, um in Verbindung mit dem ringförmigen Hohlraum 101 zu stehen, der durch Zusammenwirken des Teils mit dem verringerten Durchmesser 102 des Außenumfangs der Eingangswelle 10 und der Bohrung 82 der Buchse 11 gebildet ist. Der ringförmige Hohlraum wirkt als ein Sammler, um die sekundäre Rückströmung zu sammeln, die dann über die ringförmige Drosselstelle 100 mit der Rücklauföffnung 3 in Verbindung steht. Die ringförmige Drosselstelle 100 wird vorzugsweise durch einen vorherbestimmten kleinen radialen Spalt erzeugt, der zwischen dem Teil mit dem verringerten Durchmesser 102 der Eingangswelle 10 und dem Innendurchmesser 103 der sich radial nach innen erstreckenden ringförmigen Pressmetallschale 104, die im Presssitz in der Buchse 105 angeordnet ist, um das axiale Ende der Buchsenbohrung 82 abzudichten, vorhanden ist. Wie aus 35 und 36 ersichtlich ist, verläuft der primären Rückströmpfad durch die Bohrung 26 der Eingangswelle 10 in einer ähnlichen Weise wie der, welcher in Bezug auf die erste Ausführung des ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist und unterliegt daher keiner ringförmigen Drosselung 100.
Gemäß dieser ersten und zweiten Ausführung muss daher, bei Fehlen einer wesentlichen Staudruckerzeugung durch die sekundären Rückströmöffnungen 34a, b, wenn die sekundären Einströmöffnungen 33a, b schließen, der gesamte Staudruck für das Unterdrücken von Kavitationsgeräuschen in diesen letzteren Öffnungen durch die ringförmigen Drosselstellen 71 bzw. 100 zur Verfügung gestellt werden. Diese ringförmigen Drosselstellen müssen daher jetzt einen Staudruck bis zu 1,2 MPa oder darüber liefern, im Gegensatz zu dem Staudruck von etwa 200 kPa, der durch die Öffnung 46 gemäß der jeweiligen zweiten und fünften Ausführung des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung geliefert werden muss.
Unter diesen Umständen wird die Geräuscherzeugung in den ringförmigen Drosselstellen 71 und 100 durch ihr großes Flächenverhältnis minimiert, wobei eine solche Terminologie in der vorliegenden Beschreibung das Verhältnis der allgemeinen Proportionen des Querschnitts der Drosselstelle bezeichnet und dieses Verhältnis numerisch immer als Eins oder größer ausgedrückt ist . In dem Fall der ersten Ausführung ist dieses Flächenverhältnis genauer ausgedrückt die Umfangslänge der ringförmigen Drosselstelle 71 (d.h. etwa πD, wobei D der Durchmesser des im Durchmesser vergrößerten Teils 72 ist), dividiert durch die radiale Tiefe der Drosselstelle (d.h. des radialen Spalts zwischen dem Außendurchmesser des im Durchmesser vergrößerten Teil 72 und dem im Durchmesser exakt bemessenen Bereich 74). Im Fall der zweiten Ausführung ist dieses Flächenverhältnis die Umfangslänge der ringförmigen Drosselstelle 100 (d.h. etwa πD, wobei D der Durchmesser des im Durchmesser verringerten Teils 102 ist), dividiert durch die radiale Tiefe der Drosselstelle (d.h. des radialen Spalts zwischen dem im Durchmesser verringerten Teil 102 und dem Innendurchmesser 103). Damit diese Drosselstellen 71 und 100 in diesen Ausführungen keine Kavitationsgeräusche erzeugen, ist ermittelt worden, dass ein Flächenverhältnis größer als 50 erforderlich ist . Für bestimmte Anwendungen, bei denen durch diese ringförmigen Drosselstellen geringere Staudruckpegel zu entwickeln sind, sind Flächenverhältnisse so gering wie 10 noch praktikabel.
Die Abstufung der Drosselstelle 71, die in 19b dargestellt ist, stellt in der ersten Ausführung einen besonderen Vorteil dar, weil sie dazu dient, die Viskositätsempfindlichkeit dieser Drosselstelle drastisch zu verringern, die nun eine relativ kleine Querschnittsfläche aufweist, um einen höheren Staudruck zu erzeugen. Das Abstufen der ringförmigen Drosselstelle 71 unterstützt auch das Minimieren der Geräuscherzeugung in dieser Öffnung.
Von Fachleuten ist zu erkennen, dass zahlreiche Variationen und Modifikationen für die Erfindung ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Drehschieber für eine hydraulische Servolenkung mit einem Schiebergehäuse (1), das eine Einlauföffnung (2) zum Aufnehmen von Hydraulikfluid von einer Pumpe, eine Rücklauföffnung (3) für die Zurückleitung des Hydraulikfluids zu der Pumpe und Zylinderöffnungen (4, 5) aufweist, um das Hydraulikfluid in die linken und rechten Zylinderkammern des Servolenkgetriebes zu leiten, wobei der Schieber ferner eine Eingangswelle (10) aufweist, die an ihrem Außenumfang (20) eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (18a–c) aufweist, die durch Stege (81) getrennt sind, eine Buchse (11), die auf der Eingangswelle (10) gelagert ist, wobei die Buchse (11) in ihrer Bohrung (21) eine Anordnung von sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitzen (19a–b) aufweist, die in Umfangsrichtung mit den Stegen (81) auf der Eingangswelle (10) fluchten, wobei die Übergänge zwischen den zusammenwirkenden Eingangswellennuten (18a–c) und den Buchsenschlitzen (19a–b) sich in axialer Richtung erstreckende Öffnungen bilden, die die Fluidströmung in den Schieber steuern, wobei sich die Öffnungen öffnen und schließen, wenn eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle (10) und der Buchse (11) aus einer neutralen Stellung erfolgt, wobei die Öffnungen als Netzwerk so geschaltet sind, dass sie eine oder mehrere primäre oder eine oder mehrere sekundäre hydraulische Wheatstone-Brücken (29, 30) bilden, die parallel geschaltet sind, wobei jede der Brücken (29, 30) zwei Zweige (47, 48, 51, 52) besitzt, die hydraulisch mit den Einlauf- und Rücklauföffnungen (2, 3) in Strömungsverbindung stehen und wobei jeder Zweig eine Einströmöffnung (31a, 31b, 33a, 33b) aufweist, die hydraulisch an die Einlauföffnung (2) angeschlossen ist, und eine Rückströmöffnung (32a, 32b, 34a, 34b), die hydraulisch mit der Rücklauföffnung (3) in Strömungsverbindung steht, wobei die Größe der Hydraulikströmung durch jede Brücke (29, 30) in Abhängigkeit von dem Widerstand verändert wird, der durch die jeweilige Einström- und Rückströmöffnung in der Brücke gebildet wird, und wobei die Zweige (47, 48) der primären Brücke (29) Mittel einschließen, um eine hydraulische Strömungsverbindung zu einer der Zylinderöffnungen (4, 5) an einem Verbindungspunkt der jeweiligen Einström- und Rückströmöffnungen in diesem Zweig herzustellen, während die Zweige der sekundären Brücke (30) kein Mittel zur hydraulischen Strömungsverbindung zu den Zylinderöffnungen besitzen dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmöffnungen (34a, 34b) in jedem Zweig der sekundären Brücke (30) von einem Messkantenverlauf (38) an der Kante der sekundären Rückströmnut (18c) gebildet ist, die zu der Rückströmöffnung (34a, 35b) gehört, wobei der Messkantenverlauf in Umfangsrichtung den benachbarten Buchsenbohrungssteg (82) überdeckt, wenn sich der Drehschieber in seiner neutralen Stellung befindet, und zwar in einem solchen Ausmaß, dass die Rückströmöffnung (34a, 34b) einen Widerstand für die Hydraulikströmung bildet, wenn die stromaufwärtsliegende Einströmöffnung (33a, 33b) in dem gleichen Zweig für alle Schieberbetätigungswinkel aus der neutralen Stellung schließt, wobei die Rückströmöffnung (33a, 33b) einen Rückstaudruck an die stromaufwärtsliegende Einlassöffnung legt, der ausreicht, um die Bildung von Kavitationsrauschen in der Einlassöffnung wesentlich zu unterdrücken.
Drehschieber nach Anspruch 1, wobei ein wesentlich konstanter Drosselbereich durch die Rückströmöffnung (34a, 34b) gebildet wird, wenn die Einströmöffnung (33a, 33b) in dem gleichen Zweig für alle Schieberbetätigungswinkel aus der neutralen Stellung schließt.
Drehschieber nach Anspruch 2, wobei die Messkantenkontur (38), die in der Rückströmöffnung (34a, 34b) verwendet wird, im Querschnitt so gebildet ist, dass ein Bereich von lokal verringerter Messkantentiefe in dem überdeckenden Bereich von der Eingangswellen-Messkantenkontur (38) und dem benachbarten Buchsenbohrungssteg (82) liegt.
Drehschieber nach Anspruch 1, wobei ein weiteres Drosselungsmittel (46) zur Erhöhung des Staudrucks stromabwärts von der Rückströmöffnung angeordnet ist.
Drehschieber nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikströmung von der primären Brücke (29) hydraulisch zur Rücklauföffnung (3) über einen primären Rückströmpfad geleitet wird und wobei die Hydraulikströmung von der sekundären Brücke (30) hydraulisch zu der Rücklauföffnung (3) über einen sekundären Rückströmpfad geleitet wird, wobei eine Drosselung (46) in dem sekundären Rückströmpfad gegeben ist.
Drehschieber nach Anspruch 5, wobei der sekundäre Rückströmpfad durch die Bohrung (26) in der Eingangswelle (10) verläuft.
Drehschieber nach Anspruch 6, wobei radiale Bohrungen (25), die die sekundäre Rückströmnut (18c) hydraulisch an die Eingangswellenbohrung (26) anschließen, im Durchmesser reduziert sind und dadurch einen Staudruck in der sekundären Rückströmnut (18c) stromabwärts von der sekundären Rückströmöffnung bilden.
Drehschieber nach Anspruch 7, wobei die radialen Bohrungen (25) konische oder abgeschrägte Einlässe besitzen.
Drehschieber nach Anspruch 8, wobei der primäre Rückströmpfad auch durch die Bohrung (26) der Eingangswelle (10) verläuft und wobei die radialen Bohrungen (24), die die primären Rückströmnuten (19a) hydraulisch an die Eingangswellenbohrung (26) anschließen, im Durchmesser hinreichend groß sind, so dass kein wesentlicher Widerstand erzeugt wird.
Drehschieber nach Anspruch 5, wobei die Drosselstelle (46), die in dem sekundären Rückströmpfad existiert, in der Geometrie ringförmig ist.
Drehschieber nach Anspruch 10, wobei die ringförmige Drosselstelle (46) einen Durchströmquerschnitt hat, der ein hohes Flächenverhältnis besitzt, um die Erzeugung von Kavitationsrauschen zu unterdrücken.
Drehschieber nach Anspruch 6, wobei Hydrauliköl, das in die Eingangswellenbohrung (26) eintritt, unter Verwendung eines diametral vergrößerten Abschnitts (72) an der Torsionsstange (12) gedrosselt wird, wobei der vergrößerte Abschnitt (22) so angeordnet ist, dass er einen geringen radialen Freiraum in Bezug auf die Eingangswellenbohrung (26) hat und daher eine ringförmige Drosselstelle (71) für das Hydrauliköl bildet, wenn es axial in dieser Bohrung (26) zu der Rücklauföffnung (3) strömt.
Drehschieber nach Anspruch 12, wobei Hydrauliköl aus der primären Brücke (29) direkt zur Rücklauföffnung (3) geleitet wird, so dass es nicht durch die Eingangswellenbohrung (26) strömen muss und daher nicht der Drosselung unterworfen wird, die von dem diametral vergrößerten Abschnitt (22) an der Torsionsstange (12) ausgeübt wird.
Drehschieber nach Anspruch 13, wobei die primäre Brücke (29) direkt an die Rücklauföffnung (3) über sich in axialer Richtung erstreckende Eingangswellennuten (18b) angeschlossen ist, die zu den primären Rückströmöffnungen (32a, 32b) in Form von Kanälen (75) gehören, wodurch eine Hydraulikölströmung in der primären Brücke (29) unmittelbar axial aus den Eingangswellennuten (18b) durch die Kanäle (75) austreten kann.
Drehschieber nach Anspruch 12, wobei der diametral vergrösserte Abschnitt (72) der Torsionsstange (12) als ein ring förmig angeformter Kunststoff rund um die Torsionsstange gebildet ist.
Drehschieber nach Anspruch 15, wobei der aus Kunststoff geformte ringförmige Bund aus einem Maschinenbau-Kunststoff hergestellt ist, der chemisch für Hydrauliköl Widerstandsfähig ist, beispielsweise Delrin oder Lurathane.
Drehschieber nach Anspruch 15, wobei der aus Kunststoff geformte ringförmige Bund axial verläuft, um die sekundären radialen Rückströmbohrungen (70) in der Eingangswelle zu überdecken.
Drehschieber nach Anspruch 5, wobei axial verlaufende sekundäre Rückströmkanäle in der Buchsenbohrung (21) gebildet sind, die in Umfangsrichtung mit den sekundären Rückströmnuten (18c) fluchten, wobei sich die Kanäle bis zu dem axialen Ende der Buchsenbohrung (21) erstrecken und so angeordnet sind, dass sie Hydraulikfluid zu der Rücklauföffnung (3) leiten.
Drehschieber nach Anspruch 18, wobei die radiale Tiefe der Kanäle im Wesentlichen klein ist, wodurch sie mit dem benachbarten Außendurchmesser der Eingangswelle (10) so zusammenwirken, dass sie eine Drosselstelle (71) mit hohem Flächenverhältnis in dem sekundären Rückströmpfad stromabwärts von den sekundären Rückströmnuten (18c) bilden.
Drehschieber nach Anspruch 19, wobei sich mindestens ein sekundärer Rückströmkanal bis zu beiden axialen Enden der Buchsenbohrung (21) erstreckt.
Drehschieber nach Anspruch 19, wobei axial verlaufende primäre Rückströmkanäle in der Buchsenbohrung (21) geformt und so angeordnet sind, dass sie mit primären Rückströmnuten (18b) in Umfangsrichtung fluchten, wobei sich die primären Rückströmkanäle bis zu einem axialen Ende der Buchsenbohrung (21) erstrecken und so angeordnet sind, dass sie Hydrauliköl zu der Rücklauföffnung (3) leiten, und wobei die radiale Tiefe der primären Rückströmkanäle (75) größer als die radiale Tiefe der sekundären Rückströmkanäle ist.
Drehschieber nach Anspruch 21, wobei mindestens einer der primären Rückströmkanäle (75) sich bis zu beiden Enden der Buchsenbohrung (21) erstreckt.
Drehschieber nach Anspruch 5, wobei die sekundären Rückströmnuten (18c) axial verlängert sind als flache Kanäle mit hohem Seitenverhaltnis, die durch ihre Zusammenwirkung mit der benachbarten Buchsenbohrung (21) gebildet sind und sich bis zu dem axialen Ende der Buchsenbohrung (21) erstrecken, wodurch sie eine Drosselstelle in dem sekundären Rückströmpfad bilden.
Drehschieber nach Anspruch 23, wobei die primären Rückströmnuten (18b) axial verlängert sind als radial tiefere Kanäle (25) als die der sekundären Rückströmnuten, wodurch sie einen verhältnismäßig ungedrosselten primären Rückströmpfad bilden.
Drehschieber nach Anspruch 5, wobei die sekundären Rückströmnuten (18c) in zumindest eine Richtung axial verlängert sind, um mit einem ringförmigen Hohlraum (101) zu kommunizieren, der durch die Zusammenwirkung von einem Teil der Eingangswelle (10) mit einem verringerten Durchmesser am Außenumfang und der Buchsenbohrung (82) gebildet ist, wobei der ringförmige Hohlraum (101) als Verteiler wirkt, um sekundäres Rückströmöl zu sammeln, das dann über eine ringförmige Drosselstelle (100) zu der Rücklauföffnung (3) geleitet wird.
Drehschieber nach Anspruch 25, wobei die ringförmige Drosselstelle (101) von einem vorgegebenen kleinem, radialem Spalt gebildet wird, der zwischen dem im Durchmesser verringerten Teil der Eingangswelle (10) und dem Innendurchmesser eines sich radial nach innen erstreckenden Teils der Buchsenbohrung (82) gebildet ist.
Drehschieber nach Anspruch 26, wobei der sich radial nach innen erstreckende Teil der Buchsenbohrung (82) als eine sowohl nach innen als auch nach außen in der Größe exakt bemessene ringförmige Schale (104) aus gepresstem Metall gebildet ist, die im Presssitz in die Buchse (11) eingesetzt ist, um das axiale äußere Ende der Buchsenbohrung (82) abzudichten.
Drehschieber nach Anspruch 26, wobei der vorgegebene radiale Spalt derart ist, dass die resultierende ringförmige Drosselstelle (100) ein hohes Flächenverhältnis hat, um die Bildung von Kavitationsrauschen zu unterdrücken.
Drehschieber nach Anspruch 25, wobei der primäre Rückströmpfad durch die Bohrung (26) der Eingangswelle (10) verläuft und dadurch die ringförmige Drosselstelle (100) auf dem Weg zur Rücklauföffnung (3) umströmt.
Drehschieber nach Anspruch 1, wobei der Drehschieber Eingangswellen-Nuten (18a–c) aufweist.
Drehschieber nach Anspruch 1, wobei der Drehschieber Buchsen-Schlitze (19a–19b) besitzt.