DE69636314T2

DE69636314T2 - Servolenkungsventil mit Strömungsöffnungen von unterschiedlicher Grösse zur Geräuschunterdrückung

Info

Publication number: DE69636314T2
Application number: DE69636314T
Authority: DE
Inventors: Hermann W. Rancho Palos Verdes Behrens; George M. San Pedro Harpole; Jane Ming-Chin Rancho Palos Verdes Lin; Michael F. Torrance Wolff; Wendell L. Pleasant Shade Gilbert
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2016-02-17
Also published as: EP0728654B1; JPH08244642A; DE69636314D1; JP2960006B2; BR9600731A; EP0728654A1; US5562124A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung. Genau gesagt ist das Ventil ein Drehventil, das verwendet wird, um die Hydraulikströmungsmittelströmung von einer Pumpe zu einem Servolenkmotor zu steuern.
Ein bekanntes Servolenksteuerventil zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung von einer Pumpe mit feststehender Verdrängung zu einem Servolenkmotor umfasst eine Ventilhülse mit einer im Allgemeinen zylindrischen Bohrung darin und einem im Allgemeinen zylindrischen Ventilkern, der drehbar darin angebracht ist. Sowohl der Kern als auch die Hülse besitzen eine Vielzahl von Stegen und Nuten, die zusammenwirken, um den Strömungsmitteldruck innerhalb des Ventils zu regulieren und um die Strömung von der Pumpe zu dem Servolenkmotor zu steuern.
Wenn sich die Spule und die Hülse in einer Neutralposition befinden, wird das Strömungsmittel im Allgemeinen gleichmäßig an die gegenüberliegenden Kammern des Servolenkmotors übermittelt. Wenn der Kern und die Hülse relativ von der Neutralposition gedreht werden, wird die Strömungsmittelströmung variabel eingeschränkt. Die Einschränkung der Strömungsmittelströmung verursacht, dass das unter Druck gesetzte Strömungsmittel an eine der Kammern des Servolenkmotors geliefert wird, um die Betätigung des Motors zu verursachen.
Die Einschränkung wird durch das Zusammenwirken der Stege auf dem Kern und der Hülse vorgesehen, welche Strömungszumessöffnungen variabler Größe definieren. Die relative Drehung zwischen dem Kern und der Hülse variiert die Größe der Strömungszumessöffnungen. Bei relativer Drehung von der Neutralposition zu einer verschobenen Position überlappen sich bestimmte Teile der Stege auf dem Kern und der Hülse radial, um die assoziierten Strömungszumessöffnungen auf lediglich die Größe eines Spalts zwischen den Endstirnflächenoberflächen der entsprechenden Paare von Stegen einzuschränken. Aufgrund eines hohen Volumens der Hydraulikströmungsmittelströmung von der Pumpe und Druckveränderungen (-abfällen), wird ein Rauschen erzeugt. Das Rauschen umfasst Rauschen aufgrund von Hohlraumbildungen bzw. Kavitationen des Hydraulikströmungsmittels, das durch die Strömungsspalte strömt.
Hinsichtlich des Standes der Technik wird aufmerksam gemacht auf JP-Y-1043974, welche ein Ventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart, und zwar zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung. Das Ventil weist erste und zweite Ventilglieder auf, die eine Vielzahl von Stegen und Nuten aufweisen, wobei die Ventilglieder relativ aus einer Neutralposition zu einer verschobenen Position bewegbar sind, in welcher sich die Oberflächensegmente der entsprechenden Paare von Stegen überlappen, um Strömungsöffnungen bzw. -spalte zu bilden, die die Strömungsmittelströmung zwischen den entsprechenden Nuten einschränken. Wobei zumindest einer der Strömungsmittelspalte infolge einer Querschnittsströmungsfläche divergent ist, die entlang der Richtung der Strömungsmittelströmung zunimmt, und wobei zumindest ein weiterer der Strömungsmittelspalte infolge einer Querschnittsströmungsfläche konvergent ist, die entlang der Richtung der Strömungsmittelströmung abnimmt. Die Stege dieses Ventils besitzen unterschiedliche Abschrägungen bzw. Verjüngungen, so dass die Größe des Gradienten der steileren Verjüngung 1,5 Mal der Größe des Gradienten der anderen Verjüngung beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Ventil zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung. Das Ventil umfasst erste und zweite Ventilglieder, die eine Vielzahl von Stegen und Nuten besitzen. Die Ventilglieder sind relativ aus einer Neutralposition zu einer verschobenen Position bewegbar, in welcher sich die Oberflächensegmente der entsprechenden Paare von Stegen überlappen, um Strömungsspalte zum Einschränken der Strömungsmittelströmung zwischen entsprechenden Paaren von Nuten zu bilden. Zumindest einer der Strömungsmittelspalte ist infolge eines Querschnittsströmungsbereichs divergent, der entlang einer Richtung des Strömungsmittelstroms durch diesen zunimmt. Zumin dest einer der Strömungsspalte ist infolge eines Querschnittsströmungsbereichs konvergent, welcher entlang einer Richtung des Strömungsmittelstroms durch diesen abnimmt.
Jeder Strömungsspalt besitzt einen minimalen Querschnittsströmungsbereich, der durch die Oberflächensegmente definiert wird. Die Strömungsspalte sind derart bemessen, dass der minimale Querschnittsströmungsbereich des konvergenten Strömungsspalts größer als der minimale Querschnittsströmungsbereich des divergenten Strömungsspalts ist. Dieser Größenunterschied, wie er durch die Oberflächen definiert ist, fungiert als ein Regulierungsmittel zum Regulieren der Strömungsmittelvolumenströmungsrate durch den divergenten Strömungsspalt und den konvergenten Strömungsspalt. Die Strömungsmittelvolumenströmungsrate durch den konvergenten Strömungsspalt ist größer als die Strömungsmittelvolumenströmungsrate durch den divergenten Strömungsspalt zur Unterdrückung von Ventilrauschen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangehenden und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann des Gebiets, auf welches sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Berücksichtigen der folgenden Beschreibung der Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in denen zeigt:
1 eine Längsquerschnittsansicht eines Servolenkgetriebes mit einem Ventil, welches die vorliegende Erfindung enthält bzw. verkörpert;
2 eine Querschnittsansicht eines Teils des Ventils, die ungefähr entlang der Linie 2-2 der 1 genommen ist, und zwar mit schematischen Darstellungen;
3 eine Ansicht, die im Allgemeinen ähnlich zu der 2 ist, wobei die Ventilglieder relativ gedreht sind;
4 eine Vergrößerung eines Teils der in 3 gezeigten Ansicht;
5 eine Vergrößerung eines anderen Teils der Ansicht, die in 3 gezeigt ist; und
6 ein schematisches Fluss- bzw. Strömungsdiagramm des Ventils der 1.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Ein Strömungssteuerungsventil der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um die Strömungsmittelströmung, die mit Mechanismen einer Vielzahl von Konstruktionen und Verwendungen assoziiert ist, zu steuern. Vorzugsweise wird das Steuerungsventil 10 (1) in einem Servolenkgetriebe 12 verwendet, welches Servolenkung bzw. Lenkhilfe zum Verschwenken lenkbarer Räder (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) in entgegengesetzten Richtung vorsieht, um das Lenken des Fahrzeugs zu bewirken. Das bevorzugte Servolenkgetriebe ist ein Modell TAS Integral Power Steering Gear, das von der TRW Inc., Ross Gear Division of Lafayette, Indiana, hergestellt und vermarktet wird, und als TAS40, TAS55 oder TAS65 bezeichnet wird. Das Servolenkgetriebe 12 umfasst ein Gehäuse 14 mit einer zylindrischen Innenoberfläche 16, die eine Kammer 18 definiert. Ein Kolben 20 (teilweise geschnitten gezeigt) unterteilt die Kammer 18 in gegenüberliegende Kammerteile 22 und 24, die an gegenüberliegenden Enden des Kolbens 20 gelegen sind. Ein O-Ring 26, der in einer Nut 27 in dem Kolben 20 getragen ist, sieht eine Strömungsmitteldichtung zwischen den Kammerteilen 22 und 24 vor.
Eine Reihe von Zahnradzähnen 28 ist auf dem Umfang des Kolbens 20 gebildet. Die Zahnradzähne 28 greifen ineinander mit den Zähnen 32, die auf einem Sektorzahnrad 34 gebildet sind. Das Sektorzahnrad 34 ist auf einer Abtriebswelle 38 befestigt, welche sich von dem Lenkgetriebe 12 durch eine Öffnung (nicht gezeigt) in dem Gehäuse 14 nach außen erstreckt. Die Abtriebswelle 38 ist typischerweise mit einem Lenkhebelarm (nicht gezeigt) verbunden, der wiederum mit einer mechanischen Lenkverbindung (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden ist. Auf diese Weise bewegt sich der Kolben 20 in der Kammer 18, das Sektorzahnrad 34 und die Abtriebswelle 38 werden gedreht, um die Lenkverbindung zu bedienen, wie von Fachleuten des Gebiets verstanden werden wird.
Das Gehäuse 14 umfasst einen Strömungsmitteleinlassanschluss 46 und einen Strömungsmittelrückführanschluss 50. Der Einlassanschluss 46 und der Rück führanschluss 50 sind angepasst, um in Strömungsmittelverbindung mit der Hydraulikschaltung (schematisch dargestellt), die eine Servolenkpumpe 52 und einen Strömungsmittelbehälter 54 umfasst, verbunden zu sein. Das Steuerungsventil 10 ist betätigbar, um unter Druck stehendes Strömungsmittel von dem Einlassanschluss 46 zu einer der Kammerteile 22 und 24 zu leiten. Strömungsmitel von dem anderen der Kammerteile 22 und 24 wird simultan durch das Steuerventil 10 zu dem Rückführanschluss 50 geleitet, welcher mit dem Strömungsmittelbehälter 54 verbunden ist.
Das Steuerventil 10 wird durch eine drehbare Welle 62 betätigt. Die Welle 62 wird zur Drehung relativ zu dem Gehäuse 14 über ein Lagerglied 66 getragen. Ein Außenendteil 64 der Welle 62 ist gekeilt, um einen Teil einer Welle 68 darauf aufzunehmen. Die Welle 68 ist mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) verbunden, welches manuell durch den Bediener des Fahrzeugs gedreht wird, um das Lenken des Fahrzeugs zu bewirken.
Das Steuerventil 10 umfasst einen Ventilkern 80 und eine hohle Ventilhülse 82. Der Ventilkern 80 ist koaxial innerhalb der Ventilhülse 82 gelegen und ist relativ zu der Ventilhülse 82 um eine gemeinsame Achse 81 (2) drehbar. Die Ventilhülse 82 (1) wird zur Drehung durch die Lager 83 und 84 getragen, die zwischen der Ventilhülse 82 und dem Gehäuse 14 gelegen sind. Das Lager 83 ist zwischen einem ringförmigen Vorsprungsteil 85 der Ventilhülse 82 und einer Radialwand 86 des Gehäuses 14 gelegen. Ebenfalls ist ein Dichtungsring 87 zwischen der Außenoberfläche der Ventilhülse 82 und dem Gehäuse 14 gelegen.
Das Lager 84 ist ein Axiallager und ist zwischen einer Radialoberfläche 88 des ringförmigen Vorsprungsteils 85 der Ventilhülse 82 und einer Rückhaltemutter 89 gelegen. Die Mutter 89 ist in das Gehäuse 14 geschraubt und hält das Steuerungsventil 10 innerhalb des Gehäuses 14. Ein Dichtungsring 90 ist zwischen der Mutter 89 und einer Außenoberfläche der Ventilhülse 82 gelegen. Eine weitere Dichtung 91 ist in einer Nut in dem Gehäuse 14 angeordnet.
Die Ventilhülse 82 (2) besitzt drei radial ausgerichtete Durchlässe 94, die sich von ihrem Außenumfang zu ihrem Innenumfang erstrecken. Die Durchlässe 94 sind um 120° voneinander um die Ventilhülse 82 beabstandet. Die Durchlässe 94 sind mit einem Ringraum 96 (1) in dem Gehäuse 14 verbunden. Der Ringraum 96 ist wiederum mit dem Einlassanschluss 46 verbunden und ist auf diese Weise dem Strömungsmitteldruck von der Pumpe 52 ausgesetzt.
Die Ventilhülse 82 besitzt drei sich axial erstreckende Nuten 98 (2), die gleichmäßig um den Innenumfang der Ventilhülse 82 herum beabstandet sind. Jede der Nuten 98 ist mit einem entsprechenden, sich radial erstreckenden Durchlass 100 verbunden. Die Durchlässe 100 sind 120° auseinander um die Ventilhülse 82 beabstandet. Die Durchlässe 100 (1 zeigt nur einen Durchlass 100, und zwar gestrichelt) sind mit einem Ringraum 102 in dem Gehäuse 14 verbunden. Der Ringraum 102 ist mit einem Gehäusedurchlass 106 (schematisch gezeigt) verbunden, der seinerseits mit dem Kammerteil 24 verbunden ist.
Die Ventilhülse 82 (2) umfasst drei, sich axial erstreckende Nuten 110, die gleichmäßig um ihren Innenumfang beabstandet sind. Jede der Nuten 110 ist mit einem entsprechenden Durchlass 112 verbunden. Die Durchlässe 112 sind 120° auseinander um die Ventilhülse 82 beabstandet. Die Durchlässe 112 (1 zeigt nur einen Durchlass 112, und zwar gestrichelt) sind mit dem Kammerteil 22 verbunden.
Der Ventilkern 80 besitzt eine langgestreckte, zylindrische Konfiguration und ist integral als ein Stück mit der Welle 62 gebildet. Der Ventilkern 80 besitzt drei, sich axial erstreckende Nuten 116 (2) in seinem Außenumfang. Die Nuten 116 sind gleichmäßig, 120° auseinander um den Außenumfang des Ventilkerns 80 beabstandet und befinden sich in direkter Strömungsmittelverbindung mit den Durchlässen 94 in der Ventilhülse 82. Die Ausdehnung der Nuten 116 um den Außenumfang des Ventilkerns 80 herum ist derart, dass jede der Nuten 116 mit den entsprechenden Nuten 98 und 110 in gleicher Weise verbunden ist, wenn sich der Ventilkern 80 in einer Mittel- oder Neutralposition relativ zu der Ventilhülse 82 befindet (wie in 2 gezeigt).
Ebenfalls gleichmäßig um den Außenumfang des Ventilkerns 80 beabstandet, befinden sich sich axial erstreckende Nuten 122. Die Ausdehnung der Nuten 122 um den Außenumfang des Ventilkerns 80 herum ist derart, dass jede der Nuten 122 in gleicher Weise mit den entsprechenden Nuten 98 und 110 verbunden ist, wenn sich der Ventilkern in der Mittel- oder Neutralposition befindet. Jede der Nuten 122 ist direkt mit einem entsprechenden Durchlass 126 verbunden, der sich von jeder Nut 122 in einen Innendurchlass 130 des Ventilkerns 80 erstreckt. Der Innendurchlass 130 des Ventilkerns 80 ist mit einer Vielzahl (vier) von sich radial erstreckenden Durchlässen 134 (1, nur zwei sind gezeigt) verbunden, die sich durch den Ventilkern 80 erstrecken. Die sich radial erstreckenden Durchlässe 134 sind mit einem Ringraum 136 in dem Gehäuse 14 verbunden. Der Ringraum 136 ist seinerseits mit dem Rückführanschluss 50 in dem Gehäuse 14 verbunden.
Die Ventilhülse 82 des Lenkgetriebes 10 ist integral mit einem Folge- bzw. Nachlaufglied 150 gebildet, welches einen Schraubengewindeteil 152 besitzt, der in seinem Außenumfang gebildet ist. Die Ventilhülse 82 und das Nachlaufglied 150 bilden eine integrale, einstückige Einheit 158. Eine Vielzahl von Kugeln 162 ist in dem Schraubengewindeteil 152 gelegen. Die Kugeln 162 sind ebenfalls in einem Innengewindeteil 164 gelegen, der in einer Bohrung 166 des Kolbens 20 gebildet ist.
Die Axialbewegung des Kolbens 20 entspricht der Drehung des Nachlaufglieds 150 und umgekehrt. Eine Torsionsfeder 170 ist zwischen der Antriebswelle 62 und dem Nachlaufglied 150 durch die Stifte 174 bzw. 176 verbunden. Während eines Servolenkmanövers wird der Ventilkern 80 relativ zu der Ventilhülse 82, weg von der Neutralposition gedreht. Auf diese Weise bewegt sich, wenn der Ventilkern 80 relativ zu der Ventilhülse 82 gedreht wird, der Kolben 20 axial. Wenn das Lenkmanöver beendet wird, werden sich die Einstückeinheit 158 und auf diese Weise die Ventilhülse 82 relativ zu dem Ventilkern 80 drehen und zu der Neutralposition mittels der Vorspannung der Torsionsfeder 170 zurückkehren.
Die asymmetrische Strömungspfadstruktur des Ventilkerns 80 und der Ventilhülse 82 wird im Folgenden beschrieben. Die Ventilhülse 82 umfasst drei sich axial erstreckende Stege 200 (2), die in der Neutralposition radial gegenüberliegend den Nuten 116 des Ventilkerns 80 gelegen sind. Die Stege 200 umfassen jeder eine sich axial erstreckende Endstirnflächenoberfläche 202, die in einem Bogen liegt, der sich über den entsprechenden Steg 200 hinweg mit einem Radius von der gemeinsamen Achse 81 erstreckt. Die Stege 200 besitzen relativ scharfe Endkanten bei den Enden der Endstirnflächenoberflächen 202, benachbart zu den Nuten 98 und 110, die die Stegecken definieren. Ein assoziierter der Durchlässe 94 erstreckt sich durch jeden Steg 200 und durch jede Endstirnflächenoberfläche 202, um mit einer entsprechenden der Nuten 116 verbunden zu sein.
Die Ventilhülse 82 umfasst ebenfalls drei sich axial erstreckende Stege 206, die in der Neutralposition radial gegenüberliegend den Nuten 122 des Ventilkerns 80 angeordnet sind. Die Stege 206 umfassen jeder eine sich axial erstreckende Endstirnflächenoberfläche 208, die in einem Bogen liegt, der sich über den entsprechenden Steg 206 hinweg mit einem Radius von der gemeinsamen Achse 81 erstreckt. Die Stege 206 besitzen relativ scharfe Endkanten bei den Enden der Endstirnflächenoberflächen 208, benachbart zu den Nuten 98 und 110, die Stegecken definieren.
Der Ventilkern 80 umfasst drei sich axial erstreckende Stege 212, die in der Neutralposition radial gegenüberliegend der Nuten 98 angeordnet sind. Jeder der Stege 212 besitzt eine sich axial erstreckende Endstirnflächenoberfläche 214, die in einem Bogen liegt, der sich teilweise über den entsprechenden Steg 212 hinweg mit einem Radius von der gemeinsamen Achse 81 erstreckt. Jeder der Stege 212 umfasst sich axial erstreckende, konturierte Teile 216 und 218. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die konturierten Teile 216 und 218 Verjüngungen, die durch planare Oberflächen definiert sind. In alternativen Ausführungsbeispielen können die konturierten Teile 216 und 218 eine Vielzahl von planaren Oberflächen und/oder einen oder mehrere kurvenförmige Segmente umfassen. Im Folgenden werden die konturierten Teile 216 und 218 als Verjüngungen 216 bzw. 218 bezeichnet, und zwar mit dem Verständnis dass andere Konturen möglich sind.
Jede der Verjüngungen 216 ist zwischen einer entsprechenden der Nuten 116 und einer entsprechenden der Endstirnflächenoberflächen 214 gelegen. Die Strömungsmittelströmungen an den drei Verjüngungen 216 vorbei sind im Strömungsmittel parallel relativ zu einander. Jede der Verjüngungen 216 verjüngt sich radial nach innen, während sie sich von der entsprechenden Endstirnflächenoberfläche 214 zu der entsprechenden Nut 116 erstreckt und definiert eine Stegecke bei ihrer Endkante benachbart zu der Nut 116.
Jede der Verjüngungen 218 ist zwischen einer entsprechenden der Nuten 122 und einer entsprechenden der Endstirnflächenoberflächen 214 gelegen. Die Strömungsmittelströmungen an den drei Verjüngungen 218 vorbei sind im Strömungsmittel parallel relativ zu einander. Jede der Verjüngungen 218 verjüngt sich radial nach innen, während sie sich von der entsprechenden Endstirnflächenoberfläche 214 zu der entsprechenden Nut 122 erstreckt und definiert eine Stegecke bei ihrer Endkante benachbart zu der Nut 122. Die Verjüngungen 216 besitzen einen steileren Gradienten als die Verjüngungen 218. Auf diese Weise ist in der Neutralposition jede Stegecke bei der Verjüngung 216 von der benachbarten Stegecke auf dem Steg 200 um einen Abstand beabstandet, der größer als ein Abstand zwischen der Stegecke an der Verjüngung 218 und der benachbarten Stegecke auf dem Steg 206 ist. Vorzugsweise entspricht die Größe des Gradienten der Verjüngung 216 zumindest dem 1,2-fachen der Größe des Gradienten der Verjüngung 218. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Größe des Gradienten der Verjüngung 216 dem Doppelten der Größe des Gradienten der Verjüngung 218. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Größe des Gradienten der Verjüngung 216 dem 1,5-fachen der Größe des Gradienten der Verjüngung 218.
Der Ventilkern 80 umfasst ebenfalls drei sich axial erstreckende Stege 222, die in der Neutralposition radial gegenüberliegend der Nuten 110 positioniert sind. Jeder der Stege 222 besitzt eine sich axial erstreckende Endstirnflächenoberfläche 224, die in einem Bogen liegt, der sich teilweise über den entsprechenden Steg 222 hinweg mit einem Radius von der gemeinsamen Achse 81 erstreckt. Jeder der Stege 222 umfasst sich axial erstreckte konturierte Teile 226 und 228. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die konturierten Teile 226 und 228 Verjüngungen, die durch planare Oberflächen definiert sind. In alternativen Ausführungsbeispielen können die konturierten Teile 226 und 228 eine Vielzahl von planaren und/oder eine oder mehrere kurvenförmige Segmente umfassen. Im Folgenden werden die konturierten Teile 226 und 228 als Verjüngungen 226 bzw. 228 bezeichnet, mit dem Verständnis dass andere Konturen möglich sind.
Jede der Verjüngungen 226 ist zwischen einer entsprechenden der Nuten 116 und einer entsprechenden der Endstirnflächenoberflächen 224 gelegen. Die Strömungsmittelströmungen an den drei Verjüngungen 226 vorbei sind im Strömungsmittel parallel relativ zu einander. Jede der Verjüngungen 226 verjüngt sich radial nach innen, während sie sich von der entsprechenden Endstirnflächenoberfläche 224 zu der entsprechenden Nut 116 erstreckt und definiert eine Stegecke bei ihrer Endkante benachbart zu der Nut 116.
Jede der Verjüngungen 228 ist zwischen einer entsprechenden der Nuten 122 und einer entsprechenden der Endstirnflächenoberflächen 224 gelegen. Die Strömungsmittelströmungen an den drei Verjüngungen 228 vorbei sind im Strömungsmittel parallel relativ zu einander. Jede der Verjüngungen 228 verjüngt sich radial nach innen, während sie sich von der entsprechenden Endstirnflächenoberfläche 224 zu der entsprechenden Nut 122 erstreckt und definiert eine Stegecke bei ihrer Endkante benachbart zu der Nut 122. Die Verjüngung 226 besitzt einen steileren Gradienten als die Verjüngung 228. Auf diese Weise ist in der Neutralposition jede Stegecke bei der Verjüngung 226 von der benachbarten Stegecke auf dem Steg 200 um einen Abstand beabstandet, der größer als ein Abstand zwischen der Stegecke der Verjüngung 228 und der benachbarten Stegecke auf dem Steg 206 ist.
Vorzugsweise entspricht die Größe des Gradienten der Verjüngung 226 zumindest dem 1,2-fachen der Größe des Gradienten der Verjüngung 228. In einem bevor zugten Ausführungsbeispiel entspricht die Größe des Gradienten der Verjüngung 226 dem Doppelten der Größe des Gradienten der Verjüngung 228. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Größe des Gradienten der Verjüngung 226 dem 1,5-fachen der Größe des Gradienten der Verjüngung 228. Die Gradienten der Verjüngungen 216 und 226 sind die gleichen, und die Gradienten der Verjüngungen 218 und 228 sind die gleichen.
Beim Betrieb ist der Betrag der Strömungsmittelströmung von den Nuten 116 zu entweder den Nuten 98 oder 110 abhängig von der Nähe der Stege 212 und der Stege 222 zu den Stegen 200 aufgrund der relativen Drehung zwischen dem Ventilkern 80 und der Ventilhülse 82. Das Zusammenwirken der Stege 200 und der Stege 212 sieht einen variablen Widerstand R1 (schematisch in der 6 dargestellt) gegenüber der Strömungsmittelströmung vor, und das Zusammenwirken der Stege 200 und der Stege 222 sieht einen variablen Widerstand R2 gegenüber der Strömungsmittelströmung vor. Ein erhöhter Widerstand für die Strömungsmittelströmung senkt eine Strömungsmittelvolumenströmungsrate.
Ferner ist der Betrag der Strömungsmittelströmung von jeder den Nuten 98 oder 110 (2) zu den Nuten 122 abhängig von der Nähe der Stege 212 und der Stege 222 zu den Stegen 206 aufgrund der relativen Drehung zwischen dem Ventilkern 80 zu der Ventilhülse 82. Das Zusammenwirken der Stege 206 und der Stege 222 sieht einen variablen Widerstand R3 (6) gegenüber der Strömungsmittelströmung vor, und das Zusammenwirken der Stege 206 und der Stege 212 sieht einen variablen Widerstand R4 gegenüber der Strömungsmittelströmung vor.
In der Neutralposition (2) sind die Stege 212 und die Stege 222 mit gleichen Entfernungen von den Stegen 200 beabstandet. Gleiche Mengen des unter Druck stehenden Hydraulikströmungsmittels strömen von den Nuten 116 in sowohl die Nuten 98 und die Nuten 110. Ebenfalls in der Neutralposition sind die Stege 212 und die Stege 222 mit gleichen Abständen von den Stegen 206 beabstandet. Gleiche Mengen an Hydraulikströmungsmittel strömen von den Nuten 98 und 110 in die Nuten 122. Auf diese Weise sind in der Neutralposition die Drücke in den Kammerteilen 22 und 24 gleich. Daher wird der Kolben 20 nicht bewegt.
Bei Drehung des Lenkrads für ein Servolenkmanöver wird der Ventilkern 80 relativ zu der Ventilhülse 82 gedreht, und zwar weg von der Neutralposition. Bei Drehung des Ventilkerns 80 in einer ersten Richtung (gegen den Uhrzeigersinn wie in 3 gezeigt) relativ zu der Ventilhülse 82, sind die Stege 212 um eine größere Entfernung von den Stegen 200 beabstandet und die Stege 222 sind um eine größere Entfernung von den Stegen 206 entfernt als in der Neutralposition. Die Beabstandung der Stege 212 relativ zu den Stegen 200 und die Beabstandung der Stege 222 relativ zu den Stegen 206 erhöht die entsprechenden Bereiche, die für die Strömungsmittelströmung zur Verfügung stehen und verringert die entsprechenden Widerstände R1 und R3 (6), um die Strömung des Hydraulikströmungsmittels zu erhöhen. Das unter Druck stehende Hydraulikströmungsmittel von der Pumpe 52 wird in die Kammer 24 geleitet. Ebenso wird Hydraulikströmungsmittel von der Kammer 22 zu dem Behälter 54 abgelassen, um den Kolben 20 zu bewegen.
Simultan überlappen in der relativ gedrehten Position (3) die Stege 222 bei den Verjüngungen 226 teilweise radial die Stege 200. Die überlappenden Stege 222 und 200 definieren beschränkende Strömungsspalte oder -durchlässe 232 für das Hydraulikströmungsmittel, das von den Nuten 116 zu den Nuten 110 strömt. Jeder Strömungsspalt 232 (vergrößert, 5) besitzt eine Querschnittsfläche, die durch die Endstirnflächenoberfläche 202 eines entsprechenden der Stege 200 und die Verjüngung 226 auf einem der entsprechenden der Stege 222 definiert wird. Die Querschnittsfläche jedes Strömungsspalts 232 für die Strömung des Hydraulikströmungsmittels von den Nuten 116 zu den Nuten 110 verringert sich graduell zu einer minimalen Querschnittsfläche A, die direkt benachbart zu der Nut 110 liegt. Auf diese Weise werden die Strömungsspalte 232 als konvergente Strömungsspalte bezeichnet. Während des radialen Überlappens wird die minimale Querschnittsfläche durch die Endkante der Endstirnflächenoberfläche 202 und die Verjüngung 226 definiert.
Ebenfalls überlappen in der relativ gedrehten Position (3) die Stege 212 bei den Verjüngungen 218 die Stege 206 teilweise radial. Die sich überlappenden Stege 212 und 206 erzeugen relative Strömungsspalte oder -durchlässe 234 für das das Hydraulikströmungsmittel, das von den Nuten 98 zu den Nuten 122 strömt. Jeder Strömungsspalt 234 (vergrößert, 4) besitzt eine Querschnittsfläche, die durch die Endstirnflächenoberfläche 208 auf einem der entsprechenden der Stege 206 und die Verjüngung 218 auf einem entsprechenden der Stege 212 definiert wird.
Die Querschnittsfläche jedes Strömungsspalts 234 für die Strömung des Hydraulikströmungsmittels von den Nuten 98 zu den Nuten 122 nimmt graduell von einer minimalen Querschnittsfläche B zu, die direkt benachbart zu der Nut 98 liegt. Auf diese Weise werden die Strömungsspalte 234 als divergente Strömungsspalte bezeichnet. Während des radialen Überlappens wird die minimale Querschnittsfläche B durch die Endkante der Endstirnflächenoberfläche 208 und die Verjüngung 218 definiert.
Die minimale Querschnittsfläche A (5) ist größer als die minimale Querschnittsfläche B (4) und zwar aufgrund des größeren Gradienten der Verjüngung 226. Infolgedessen beträgt die Größe der minimalen Querschnittsfläche A zumindest dem 1,2-fachen der Größe der minimalen Querschnittsfläche B. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Größe der minimalen Querschnittsfläche A dem Doppelten der Größe der minimalen Querschnittsfläche B. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Größe der minimalen Querschnittsfläche A dem 1,5-fachen der Größe der minimalen Querschnittsfläche B. Der Größenunterschied der minimalen Querschnittsflächen, wie er durch die Stegoberflächen definiert ist, ist ein Regulierungsmittel zum Regulieren der Strömungsmittelvolumenströmungsraten.
Das Überlappen der Stege 222 und 200 (3) und das Überlappen der Stege 212 und 206 verringern die entsprechenden Strömungsflächen und erhöht die entsprechenden Widerstände R2 und R4 (6), um die Hydraulikströmungsmittelströmung zu beschränken. Der Widerstand R2 ist jedoch niedriger als der Widerstand R4, da der Gradient der Verjüngung 226 größer als der der Verjüngung 218 ist. Vorzugsweise liegt der Unterschied beim 1,2-Fachen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Größe des Widerstands R4 dem Doppelten der Größe des Widerstands R2. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Differenz dem 1,5-fachen. Die Strömungsmittelvolumenströmungsrate bei der minimalen Querschnittsfläche B ist geringer als die Strömungsmittelvolumenströmungsrate bei der minimalen Querschnittsfläche A. Der Unterschied liegt vorzugsweise bei zumindest dem 1,2-fachen, und in den bevorzugten Ausführungsbeispielen beträgt der Unterschied dem 1,5 bzw. 2-fachen. Weniger Gesamtströmungsrauschen wird erzeugt, da die größere minimale Querschnittsfläche A bei einem konvergenten Strömungsspalt liegt und die kleinere minimale Querschnittsfläche B bei einem divergenten Strömungsspalt liegt.
Bei Drehung des Ventilkerns 80 (2) in einer zweiten Richtung (im Uhrzeigersinn, nicht gezeigt) relativ zu der Ventilhülse 82, gibt es eine Zusatzbeschränkung der Hydraulikströmungsmittelströmung von den Nuten 116 zu den Nuten 98 und von den Nuten 110 zu den Nuten 122. Wenn sich der Ventilkern 80 und die Ventilhülse 82 in einer derartigen, relativ gedrehten Position befinden, überlappen die Stege 222 die Stege 206 radial und die Stege 212 überlappen die Stege 200 radial. Auf diese Weise werden die assoziierten, beschränkenden Strömungsspalte zwischen den Stegen 222 und 206 und den Stegen 212 und 200 eingerichtet.
Auf diese Weise wird das unter Druck stehende Hydraulikströmungsmittel von der Strömungsmittellieferpumpe 52 (1) in die Kammer 22 geleitet. Das Hydraulikströmungsmittel von der Kammer 24 wird zu dem Behälter 54 abgelassen. Jedoch ist hier ebenfalls die minimale Querschnittsfläche bei den konvergenten Strömungsspalten größer als die minimale Querschnittsfläche bei den divergenten Strömungsflächen, und zwar vorzugsweise zumindest 1,2 Mal so groß. Auf diese Weise ist die Strömungsmittelvolumenströmungsrate bei den konvergenten Strömungsspalten größer und weniger Gesamtrauschen wird erzeugt.
Gemäß ihrem breitesten Aspekt umfasst die Erfindung ein Ventil zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung, wobei das Ventil Folgendes umfasst:
erste und zweite Ventilglieder, wobei jedes eine Vielzahl von Stegen und Nuten besitzt;
wobei die Ventilglieder relativ bewegbar sind, und zwar aus einer Neutralposition zu einer verschobenen Position, in der sich die Oberflächensegmente der jeweiligen Paare von Stegen überlappen, um Strömungsspalte zum Einschränken der Strömungsmittelströmung zwischen jeweilige Paaren von Nuten zu bilden; und
zumindest einer der Strömungsspalte divergent ist, infolge einer Querschnittsströmungsfläche, die entlang einer Richtung der Strömungsmittelströmung zunimmt, und zumindest einer der Strömungsspalte konvergent ist, infolge einer Querschnittsströmungsfläche, die entlang einer Richtung der Strömungsmittelströmung abnimmt.

Claims

Ein Ventil zum Steuern der Hydraulikströmungsmittelströmung, wobei das Ventil Folgendes aufweist: erste und zweite Ventilglieder (82, 80), wobei jedes eine Vielzahl von Stegen und Nuten besitzt; wobei die Ventilglieder (82, 80) relativ bewegbar sind, und zwar aus einer Neutralposition, in der keiner der Stege des ersten Ventilglieds irgendeinen der Stege des zweiten Ventilglieds im Wesentlichen überlappt, zu einer verschobenen Position, in der sich die Oberflächensegmente (216, 218; 226, 228) der jeweiligen Paare der Stege überlappen, um Strömungsspalte bzw. Strömungsmittelöffnungen (232, 234) zum Einschränken der Strömungsmittelströmung zwischen jeweiligen Paaren der Stege zu bilden; wobei das erste Ventilglied (82) eine Vielzahl von Einlassdurchlässen (94) besitzt, die angepasst sind, um mit einer Strömungsmittelzufuhr (52) verbunden zu werden, und erste und zweite Zufuhrdurchlässe (100, 112) an gegenüberliegenden Seiten von jedem der Einlassdurchlässe, wobei die ersten und zweiten Zufuhrdurchlässe angepasst sind, um mit ersten bzw. zweiten Kammerteilen (24, 22) einer Vorrichtung (12) verbunden zu werden, die durch das Strömungsmittel angetrieben werden soll, wobei die ersten und zweiten Kammerteile selektiv einen Teil bilden, an den Strömungsmittel geliefert wird, und einen Teil, von dem Strömungsmittel abgegeben wird; wobei das zweite Ventilglied (80) eine Vielzahl von Rückführdurchlässen (126) besitzt; wobei jede der Strömungsspalte bzw. -öffnungen (232), gebildet zwischen den Einlassdurchlässen und den ersten und zweiten Zufuhrdurchlässen durch die Oberflächensegmente der Stege, die einander wegen der relativen Drehung der ersten und zweiten Ventilglieder überlappen, konvergent sind und zwar infolge einer Querschnittsströmungsfläche, die entlang einer Richtung der Strömungsmittelströmung abnimmt; wobei jede der Strömungsöffnungen (234), gebildet zwischen den ersten und zweiten Zufuhrdurchlässen und den Rückführdurchlässe durch die Oberflächensegmente der Stege, die einander wegen relativer Drehung der ersten und zweiten Ventilglieder überlappen, divergent sind, und zwar infolge einer Querschnittsströmungsfläche, die entlang einer Richtung der Strömungsmittelströmung zunimmt; und wobei die Strömungsöffnungen minimale Querschnittsströmungsflächen besitzen, die durch die Oberflächensegmente definiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsöffnungen derart bemessen sind, dass die minimale Querschnittsströmungsfläche der konvergenten Strömungsöffnungen (232) größer als die minimalen Querschnittsströmungsfläche der divergenten Strömungsöffnungen (234) ist, und zwar zum Unterdrücken von Ventilgeräusch, so dass eine Strömungsmittelvolumenströmungsrate für die konvergenten Strömungsöffnungen größer als eine Strömungsmittelvolumenströmungsrate für die divergenten Strömungsöffnungen ist.
Ein Ventil gemäß Anspruch 1, wobei die Größe der Strömungsmittelströmungsrate für die konvergenten Strömungsöffnungen (232) mindestens der 1,2 fachen Größe der Strömungsmittelvolumenströmungsrate für die divergenten Strömungsöffnungen (234) entspricht.
Ein Ventil gemäß Anspruch 2, wobei die Größe der Strömungsmittelströmungsrate für die konvergenten Strömungsöffnungen (232) in der Größenordnung von zweimal der Größe der Strömungsmittelvolumenströmungsrate für die divergenten Strömungsöffnungen (234) ist.
Ein Ventil gemäß Anspruch 1, wobei die Oberflächensegmente der jeweiligen Paare der Stege verjüngte Teile (216, 218, 226, 228) umfassen.
Ein Ventil gemäß Anspruch 1, wobei das erste Ventilglied (82) erste Stege (200) mit Einlassdurchlässen (94) und erste und zweite Nuten (98, 110) auf den gegenüberliegenden Seiten der ersten Stege und verbunden mit den ersten und zweiten Zufuhrdurchlässen (100, 112), aufweist wobei das zweite Ventilglied (80) erste Nuten (116) aufweist, die zu den ersten Stegen weisen, und zweiten Nuten (122), die mit den Rückführdurchlässen (126) verbunden sind, so dass die Stege (212, 222) des zweiten Ventilglieds zwischen den ersten und zweiten Nuten des zweiten Ventilglieds gebildet werden, wobei das erste Ventilglied ferner zweite Stege (206) besitzt, die zu den zweiten Nuten des zweiten Ventilglieds weisen, wobei die konvergenten Strömungsöffnungen (232) an Teilen gebildet werden, wo die ersten Stege des ersten Ventilglieds und die Stege des zweiten Ventilglieds einander überlappen, und wobei die divergenten Strömungsöffnungen (234) an Teilen gebildet werden, wo die zweiten Stege des ersten Ventilglieds und die Stege des zweiten Ventilglieds einander überlappen.
Ein Ventil gemäß Anspruch 1, wobei die minimale Querschnittströmungsfläche der konvergenten Strömungsöffnungen (232) mindestens der 1,2 fachen Größe der minimalen Querschnittsströmungsfläche der divergenten Strömungsöffnungen (234) entspricht.