WO2007095981A1 - Servolenkventil mit hydraulischer reaktion - Google Patents

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WO2007095981A1
WO2007095981A1 PCT/EP2006/011355 EP2006011355W WO2007095981A1 WO 2007095981 A1 WO2007095981 A1 WO 2007095981A1 EP 2006011355 W EP2006011355 W EP 2006011355W WO 2007095981 A1 WO2007095981 A1 WO 2007095981A1
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valve
power steering
cut
steering valve
reaction
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PCT/EP2006/011355
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Philippi
Original Assignee
Trw Automotive Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
    • B62D5/083—Rotary valves
    • B62D5/0835—Rotary valves characterised by means for actively influencing the deflection angle of the valve, e.g. depending on driving parameters

Definitions

  • the invention relates to a power steering valve with hydraulic reaction, with a housing, an input shaft which is arranged in the housing, and a
  • Reaction space which is closed at one side by a reaction piston, wherein at least one cut-off valve is provided, which is the maximum
  • this document already describes a power steering valve with hydraulic reaction, which is also known from the generic DE 102 03 384 A1.
  • a hydraulic reaction depending on the vehicle speed, part of the volume flow flows, for example via a solenoid valve, to a reaction space.
  • the rotation of the power steering valve and the opening cross section of a diaphragm in the return pressure builds up in the reaction chamber and affects the applied torque on the steering wheel, wherein the steering wheel is connected to the input shaft of the power steering valve.
  • a cut-off valve limits the pressure in the reaction chamber to about 3 to 7 bar.
  • the object of the invention is to increase the production costs for a power steering gear with hydraulic reaction and integrated cut-off valve while providing a more compact power steering valve housing design.
  • the at least one cut-off valve according to the invention is arranged within the power steering valve housing.
  • Inside the housing means that the cut-off valve is actually inside the housing and not in molded-on elements of a housing wall or in the housing wall itself.
  • cylindrical element for receiving the cut-off valve can be dispensed with.
  • this leads to a reduced weight of the power steering gear housing and, on the other hand, to a more compact construction, which is particularly advantageous in the cramped steering gear installation space in the vehicle. Due to the protected arrangement of the cutoff valve in the interior of the power steering valve housing, two further advantages of the invention result.
  • the problem of external leakage in connection with the cut-off valve no longer occurs at all; on the other hand, savings in the production of the cut-off valve are possible because the cut-off valve no longer needs to be made of corrosion-resistant material or separately protected against corrosion. Further eliminates a fuse element that was necessary in the prior art to prevent slipping out of the cutoff valve from the housing wall.
  • a discharge opening with a defined cross section is provided in parallel with the cutoff valve.
  • the pressure build-up can be influenced so that a desired high-speed curve is achieved.
  • the outflow opening depending on the size of the flow cross-section of a reaction space inlet, ensures a pressure build-up or a pressure reduction in the reaction space.
  • the cut-off valve is arranged in the input shaft, preferably pressed. By a press fit of the valve further costs can be saved because no separate sealing elements for Avoidance of internal leakage is necessary.
  • the cut-off valve is protected by the wall of the power steering valve housing, so that no damage to the cut-off valve or to the sealing elements of the Abschneideventiis can occur during assembly of the power steering valve, which would lead to malfunction or internal or external leaks.
  • the cutoff valve is arranged in the reaction piston, preferably pressed into the reaction piston.
  • the reaction piston is another component which is acted upon on one side with the pressure in the reaction chamber and on the other side with a return pressure Also in the reaction flask, an integration of Abschneideventiis very simple and possible with the above advantages
  • the cutoff valve disposed in a Steuerhulse the power steering valve, preferably pressed in this arrangement the maximum pressure in the reaction chamber via the cutoff valve can be easily and advantageously limit, although the cutoff valve is not directly adjacent to the reaction chamber
  • the cut-off valve via an opening with a cavity in the interior of the input shaft and via an input shaft bore to the reaction space in flow communication.
  • the effluent opening may be formed as a separate bore in the input shaft.
  • the flow-off opening is formed in the cut-off valve, preferably in a valve seat or a valve body of the cutoff valve the reaction space of the power steering valve by a separate, prefabricated built-in, namhch the - A -
  • Cut-off valve with integrated discharge opening be made.
  • the machining effort on the power steering valve itself is minimal. It is only to provide an opening into which the cut-off valve is inserted or pressed.
  • the discharge opening may be formed in a seal of the reaction piston.
  • This design of the outflow openings represents a particularly cost-effective embodiment, because the formation of outflow openings in a seal, e.g. the formation of grooves in a sealing ring, less expensive than the production of holes in the input shaft or the control sleeve or openings in the cut-off valve.
  • the outflow openings in the seal of the reaction flask are designed so that the reaction chamber is in flow connection via these outflow openings with a return of the pressure fluid.
  • the cutoff valve is a multi-stage pressure relief valve.
  • - Figure 1 is a longitudinal section through a power steering valve with hydraulic reaction according to the prior art
  • - Figure 2 is a longitudinal section through an inventive power steering valve
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a first embodiment
  • - Figure 4 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a second embodiment
  • - Figure 5 is a perspective view of a sealing ring for a reaction piston of the power steering valve according to the invention according to the second embodiment of Figure 4;
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a third embodiment
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a fourth embodiment
  • - Figure 8 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a fifth embodiment
  • - Figure 9 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a sixth embodiment
  • FIG. 10 is a longitudinal section through the power steering valve according to the invention according to a seventh embodiment
  • FIG. 11 shows a longitudinal section detail of the power steering valve according to the invention according to the seventh embodiment according to FIG. 10;
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to an eighth embodiment
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional detail of the power steering valve according to the invention according to a ninth embodiment; and FIG. 14 shows a longitudinal section through the power steering valve according to FIG
  • FIG. 1 shows a known power steering valve 10 'with hydraulic reaction, with a housing 12', an input shaft 14 ', which is arranged in the housing 12', and a reaction chamber 18 ', which is closed on one side by a reaction piston 20'. Furthermore, a cut-off valve 22 'is provided which limits the maximum pressure in the reaction space 18'. A cylindrical element 2 "for receiving the cut-off valve 22 'is molded onto the housing 12' of the power steering valve 10 '. The cut-off valve 22' is connected to the reaction space 18 'via a first bore 4' and via a first bore 4 ' second bore 6 'and a return to a pressureless fluid reservoir in fluid communication.
  • FIG. 2 shows an inventive power steering valve 10 with hydraulic reaction, with a housing 12, an input shaft 14 which is at least partially disposed in the housing 12, an output shaft 16, a control sleeve 17 and a reaction chamber 18, which on one side of a reaction piston 20th is closed.
  • a cut-off valve 22 is provided which limits the maximum pressure in the reaction space 18, wherein the cut-off valve 22 is disposed within the housing 12.
  • the arrangement of the cut-off valve 22 within the housing 12 is to be understood in the sense of this document that the cut-off valve 22 is actually located inside the housing 12, i. in the space surrounded by a housing wall and not in the housing wall itself.
  • the cutoff valve 22 is typically a miniaturized pressure relief valve which may be made of corrosion resistant materials (e.g., brass alloys) as in the prior art. However, the fact that the cut-off valve 22 is arranged protected inside the housing 12, the cut-off valve 22 must not be made of corrosion-resistant material or particularly protected against corrosion.
  • the cut-off valve 22 is arranged in the input shaft 14. Preferably, the cut-off valve 22 is pressed into the input shaft 14, so that due to the interference fit no sealing elements between the cut-off valve 22 and the input shaft 14 must be provided.
  • a torsion bar 24 extends inside the hollow input shaft 14 along an axis A. The torsion bar 24, however, does not completely fill the hollow input shaft 14, leaving an annular cavity 26 which is recirculated to a non-pressurized reservoir (not shown) ).
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the power steering valve 10 according to the invention in the region of the cut-off valve 22 according to a first embodiment.
  • the reaction space 18 is above the cut-off valve 22 with the cavity
  • Pressure in the reaction chamber 18 prevents flow and, when exceeding this pressure, a drainage of pressurized fluid from the reaction chamber 18 into the cavity 26 allows.
  • reaction space 18 is also in fluid communication with the cavity 26 via a discharge opening 28 having a defined cross-section.
  • the discharge opening 28 is designed as a bore in the input shaft 14 in the present example. From the cross section of this discharge opening 28, the system pressure, which is produced by relative rotation of the input shaft 14 to the control sleeve 17, and the opening cross section of a supply line (not shown) to the reaction chamber 18 results in a volume flow in the reaction chamber 18, from which a pressure in the reaction chamber 18 results that affects the steering torque. If this resulting pressure is below the predetermined value, then the cut-off valve 22 remains closed.
  • the cut-off valve 22 opens and establishes an (additional) flow connection between the reaction space 18 and the reservoir. As a result, the cut-off valve 22 ultimately ensures a pressure relief and limits the maximum pressure in the reaction space 18.
  • the outflow opening 28 is in a seal 30 of the reaction piston 20 and not, as in the first embodiment, as a bore in the input shaft 14 educated.
  • the position of the sealing ring 30 formed as a seal can be seen in Figure 4, wherein the outflow opening 28 of the seal 30 can not be seen. For this reason, the seal 30 in Figure 5 is separately in perspective
  • the discharge opening 28 is formed by two grooves 32 which extend on an axial end face of the seal 30 in the radial direction. Alternatively, these grooves 32 may extend on the outside of the sealing ring in the axial direction. Decisive for their effect as a discharge opening 28 is only the creation of a flow connection between the reaction chamber 18 and the return of the pressurized fluid.
  • the outflow opening 28 is in a valve seat 34 of the cutoff valve 22 educated.
  • a diaphragm 36 is integrated with an aperture for this purpose.
  • the cutout with the cut-off valve 22 of FIG. 6 is shown enlarged again (FIG. 6, bottom).
  • the discharge opening 28 in a fourth embodiment according to FIG. 7 can also be designed as a bore in the reaction piston 20. Analogous to the embodiment variants described above, the discharge opening 28 thus creates a flow connection between the reaction space 18 and the return of the pressure fluid.
  • the discharge opening 28 thus creates a flow connection between the reaction space 18 and the return of the pressure fluid.
  • 1 to 4 is
  • Cut-off valve 22 arranged in a fifth embodiment of the power steering valve 10 according to Figure 8 in the reaction piston 20. Also in this case, the cut-off valve 22 is preferably pressed in order to be able to dispense with further sealing elements. The basic mode of operation remains unchanged compared to the embodiments 1 to 4.
  • the cut-off valve 22 furthermore ensures a connection between the reaction space 18 and a pressureless fluid reservoir.
  • leakage holes 38 can be seen, these leakage holes 38 are also present in the prior art. They allow a compensation when lifting the reaction flask and serve to return the leakage fluid, which also exits the reaction chamber 18 during the displacement of the reaction piston 20 when no discharge openings 28 are provided in the seal 30.
  • leakage fluid which exits via the gap between the input shaft 14 and the control sleeve 17, is returned to the fluid reservoir via the leakage bores 38.
  • these existing leakage bores 38 may have to be dimensioned somewhat larger and can then easily forward the pressurized fluid flowing through the outflow opening 28 or the cutoff valve 22 out of the reaction space 18 to the pressureless reservoir.
  • Cut-off valve 22 integrated aperture 36 is shown, the outflow opening 28, even when arranged in the reaction piston 20 cut-off valve 22, in the input shaft 14 or in the seal 30 may be formed (see Fig. 3 to 5).
  • FIG. 9 shows a sixth embodiment of the power steering valve 10, in which the outflow opening 28 is provided in the reaction piston 20 analogously to the fourth and fifth embodiments. In contrast to FIG. 8, the outflow opening 28 is designed as a separate bore outside the cutoff valve 22.
  • Figures 10 and 1 1 show a seventh embodiment of the power steering valve 10, wherein the cut-off valve 22 is pressed into the control sleeve 17.
  • the cut-off valve 22 is arranged in the "lower" part of the control sleeve 17, ie in a transitional area between the input shaft 14 and the output shaft 16.
  • the pinion-shaped output shaft 16 is in this transition region by a jaw-pin connection with the input shaft 14.
  • the cut-off valve 22 is connected, on the one hand, to the non-pressurized reservoir (not shown) and, on the other hand, to the reaction space 18.
  • the cut-off valve 22 does not directly adjoin the reaction space 18, but communicates with it via an opening 40 the cavity 26 and the inlet chamber bores 42 are connected to the reaction space 18.
  • the cavity 26 thus has the same pressure as in the reaction space 18.
  • the cavity 26 is therefore not connected to the non-pressurized reservoir in contrast to the aforementioned embodiments through the power steering valve 10 flowing volume flow through connection channels 44 are guided in the control sleeve 17 to the reservoir.
  • leaking fluid is discharged via the connecting channels 44, which are designed as oblique bores in FIGS. 10 and 11, and occurs at the reaction piston 20 or between the input shaft 14 and the control sleeve 17 of the power steering valve 10.
  • the transition region between the input shaft and the output shaft is shown enlarged in FIG. Compared with FIGS. 2 to 9, the pressure limiting valve used as cut-off valve 22 is slightly changed, but it still limits a maximum pressure in the reaction space 18. It can also be clearly seen that the discharge opening 28 is designed as a separate bore in the control sleeve 17 , The outflow opening 28, as in the previously described embodiments, establishes a connection between the reaction space 18 and the return or the unpressurised reservoir.
  • An eighth embodiment of the power steering valve 10 according to the figure 12 differs only by the arrangement of the Abstromo réelle 28 of the seventh embodiment according to Figure 11
  • the Abstromo réelle 28 is analogous to Figure 8 integrated in the cut-off valve 22 Due to the modified design of the cut-off valve 22 is the Abstromo réelle 28 but not in the valve seat but arranged in the valve element.
  • FIG. 13 shows a ninth embodiment of the power steering valve 10, which differs from the above-described embodiments in that two stromungstechnisch parallel cut-off valves 22 are provided This means that both cut-off valves 22 on the one hand acted upon the internal pressure of the reaction chamber 18 and on the other hand with the return or the non-pressurized reservoir are connected.
  • both cutoff valves 22 are pressed into the input shaft 14, wherein the outflow opening 28 is provided in a cutoff valve 22 (right cutoff valve in FIG. 13).
  • the left cutoff valve 22 has an orifice cap 46 in order to limit the flow when the cutoff valve 22 is open.
  • a plurality of cutoff valves 22 can also be arranged in the control sleeve 17.
  • FIG. 14 a number of graphs can be seen, wherein the pressure P of the reaction space 18 present at the cut-off valve 22 is plotted against the flow Q of the cut-off valve 22.
  • the numerical values given are only by way of example and serve for illustration .
  • the left, in Figure 14 marked with X cut-off valve 22 opens at a pressure P of 2 bar in the reaction chamber 18 and has no Abstromo réelle 28 on.
  • the right cut-off valve 22 marked Y in FIG. 12 opens at a pressure P of 5 bar in the reaction space 18 and has a discharge opening 28 with a defined cross-section Pressure 7 flow charts ( Figure 14, top left and top right).
  • the resulting cut-off valve characteristic in the diagram shown on the bottom right in FIG. 14 is a superposition of the curves in the two upper diagrams and indicates the fluid flow from the reaction space 18 as a function of the pressure P in the reaction space 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Servolenkventil (10) mit hydraulischer Reaktion, mit einem Gehäuse (12), einer Eingangswelle (14) und einer Steuerhülse (17), die im Gehäuse (12) angeordnet sind, sowie einem Reaktionsraum (18), der an eine Seite von einem Reaktionskolben (20) verschlossen ist. Es ist wenigstens ein Abschneideventil (22) vorgesehen, das den maximalen Druck im Reaktionsraum (18) begrenzt, wobei das wenigstens eine Abschneideventil (22) innerhalb des Gehäuses (12) angeordnet ist.

Description

Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion
Die Erfindung betrifft ein Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion, mit einem Gehäuse, einer Eingangswelle, die im Gehäuse angeordnet ist, und einem
Reaktionsraum, der an einer Seite von einem Reaktionskolben verschlossen ist, wobei wenigstens ein Abschneideventil vorgesehen ist, das den maximalen
Druck im Reaktionsraum begrenzt.
Die grundsätzliche Funktionsweise eines Servolenkventils, welches insbesondere in Servolenksystemen für Zahnstangenlenkungen zum Einsatz kommt, ist aus dem Stand der Technik gut bekannt, beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 42 01 311 C1.
Insbesondere ist in dieser Schrift bereits ein Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion beschrieben, welches auch aus der gattungsgemäßen DE 102 03 384 A1 bekannt ist. Bei Lenkgetrieben mit hydraulischer Reaktion fließt abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Teil des Volumenstroms beispielsweise über ein Magnetventil zu einem Reaktionsraum. Abhängig von einem Öffnungsquerschnitt des Magnetventils, der Verdrehung des Servolenkventils und dem Öffnungsquerschnitt einer Blende im Rücklauf baut sich ein Druck im Reaktionsraum auf bzw. ab und beeinflußt das aufzubringende Drehmoment am Lenkrad, wobei das Lenkrad mit der Eingangswelle des Servolenkventils verbunden ist. Ein Abschneideventil begrenzt den Druck in der Reaktionskammer auf etwa 3 bis 7 bar. Derzeit wird zur Aufnahme des Abschneideventils am Gehäuse des Servolenkventils ein zylinderförmiges Element angegossen und maschinell bearbeitet (vgl. Fig.1). In der Regel werden dafür aufwendige Winkelbohrer zur Herstellung von Verbindungsbohrungen zwischen Reaktionsraum und Abschnei- deventil sowie zwischen Abschneideventil und Rücklauf benötigt. Des weiteren sind Dichtelemente notwendig, um sowohl eine interne Leckage, d.h. eine Leckage innerhalb der Ventilbaugruppe, als auch eine externe Leckage, d.h. eine Leckage von Hydraulikfluid nach außerhalb des Servolenkventilgehäuses, zu verhindern. Aufgabe der Erfindung ist es, den Herstellungsaufwand für ein Servolenk- getriebe mit hydraulischer Reaktion und integriertem Abschneideventil zu reduzieren und gleichzeitig ein insgesamt kompakteres Servolenkventil- Gehäusedesign zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das wenigstens eine Abschneideventil erfindungsgemäß innerhalb des Servolenkventilgehäuses angeordnet. Innerhalb des Gehäuses bedeutet dabei, daß sich das Abschneideventil tatsächlich im Inneren des Gehäuses und nicht in angegossenen Elementen einer Gehäusewandung oder in der Gehäusewandung selbst befindet. Somit kann insbesondere auf das an die Gehäusewandung angegossene, zylinderförmige Element zur Aufnahme des Abschneideventils verzichtet werden. Dies führt einerseits zu einem verringerten Gewicht des Servolenkgehäuses und andererseits zu einer kompakteren Bauweise, die bei dem beengten Lenkgetriebebauraum im Fahrzeug besonders vorteilhaft ist. Aufgrund der geschützten Anordnung des Abschneideventils im Inneren des Servolenkventilgehäuses ergeben sich zwei weitere Vorteile der Erfindung. Zum einen tritt das Problem der externen Leckage im Zusammenhang mit dem Abschneideventil überhaupt nicht mehr auf; zum anderen sind Einsparungen bei der Herstellung des Abschneideventils möglich, da das Abschneideventil nicht mehr aus korrosionsbeständigem Material gefertigt oder gesondert gegen Korrosion geschützt werden muß. Ferner entfällt ein Sicherungselement, das im Stand der Technik notwendig war, um ein Herausrutschen des Abschneideventils aus der Gehäusewandung zu verhindern.
Vorzugsweise ist parallel mit dem Abschneideventil eine Abströmöffnung mit definiertem Querschnitt vorgesehen. Durch diese strömungstechnische Parallelschaltung mit einem geeigneten Abschneidedruck und einer bestimmten Abströmöffnung kann der Durchfluß durch den Reaktionsraum und somit der Druckaufbau so beeinflußt werden, daß eine gewünschte Hochgeschwindigkeitskurve erreicht wird. Unterhalb des Maximaldrucks, der vom Abschneideventil bestimmt wird, sorgt die Abströmöffnung je nach Größe des Strömungsquerschnitts eines Reaktionsraumzulaufs für einen Druckaufbau oder Druckabbau im Reaktionsraum.
In einer Ausführungsform ist das Abschneideventil in der Eingangswelle angeordnet, vorzugsweise eingepreßt. Durch einen Preßsitz des Ventils können weitere Kosten eingespart werden, da keine gesonderten Dichtelemente zur Vermeidung interner Leckage notig sind. Außerdem ist das Abschneideventil durch die Wandung des Servolenkventilgehauses geschützt, so daß bei der Montage des Servolenkventils keine Beschädigungen am Abschneideventil oder an den Dichtelementen des Abschneideventiis auftreten können, welche zu Fehlfunktionen oder inneren bzw äußeren Leckagen fuhren wurden.
In einer anderen Ausfuhrungsform ist das Abschneideventil im Reaktionskolben angeordnet, vorzugsweise in den Reaktionskolben eingepreßt Neben der Eingangswelle des Servolenkventils ist der Reaktionskolben ein weiteres Bauteil, welches auf der einen Seite mit dem Druck im Reaktionsraum und auf der anderen Seite mit einem Rucklaufdruck beaufschlagt ist Dementsprechend ist auch im Reaktionskolben eine Integration des Abschneideventiis sehr einfach und mit den oben genannten Vorteilen möglich
Darüber hinaus ist es möglich, daß das Abschneideventil in einer Steuerhulse des Servolenkventils angeordnet, vorzugsweise eingepreßt ist Auch in dieser Anordnung laßt sich der Maximaldruck im Reaktionsraum über das Abschneideventil einfach und vorteilhaft begrenzen, obwohl das Abschneideventil nicht unmittelbar an den Reaktionsraum angrenzt In dieser Ausfuhrungsvariante steht das Abschneideventil über eine Öffnung mit einem Hohlraum im Inneren der Eingangswelle und über eine Eingangswellenbohrung mit dem Reaktionsraum in Stromungsverbindung.
Die Abstromoffnung kann als separate Bohrung in der Eingangswelle ausgebildet sein. Dies bietet den Vorteil, daß das Servolenkventil lediglich durch eine Variation des Bohrdurchmessers der Abstromoffnung sehr einfach an besondere Bedingungen einer Servolenkventilbaureihe anpaßbar ist, ohne daß unterschiedliche Abschneideventile eingesetzt werden müssen Dies gilt allerdings nur für Ausfuhrungsformen, bei denen das Abschneideventil nicht in der Steuerhulse angeordnet ist Ist das Abschneideventil in der Steuerhulse vorgesehen, so ist die Abstromoffnung nicht in der Eingangswelle, sondern entsprechend als separate Bohrung in der Steuerhulse ausgebildet In weiteren Ausfuhrungsformen ist die Abstromoffnung im Abschneideventil ausgebildet, vorzugsweise in einem Ventilsitz oder einem Ventilkorper des Abschneideventiis Somit kann die Druckabstimmung für den Reaktionsraum des Servolenkventils durch ein separates, vorgefertigtes Einbauteil, namhch dem - A -
Abschneideventil mit integrierter Abströmöffnung, vorgenommen werden. Der Bearbeitungsaufwand am Servolenkventil selbst (Eingangswelle, Steuerhülse oder Reaktionskolben) ist minimal. Es ist lediglich eine Öffnung vorzusehen, in die das Abschneideventil eingesetzt bzw. eingepreßt wird. Alternativ kann die Abströmöffnung in einer Dichtung des Reaktionskolbens ausgebildet sein. Diese Ausbildung der Abströmöffnungen stellt eine besonders kostengünstige Ausführungsvariante dar, weil die Ausbildung von Abströmöffnungen in einer Dichtung, z.B. die Ausbildung von Nuten in einem Dichtring, weniger aufwendig ist als die Herstellung von Bohrungen in der Eingangswelle bzw. der Steuerhülse oder von Öffnungen im Abschneideventil. Die Abströmöffnungen in der Dichtung des Reaktionskolbens sind so ausgeführt, daß der Reaktionsraum über diese Abströmöffnungen mit einem Rücklauf des Druckfluids in Strömungsverbindung steht.
In einer weiteren Ausführungsform des Servolenkventils ist das Abschneide- ventil ein mehrstufiges Druckbegrenzungsventil. Durch ein solches Abschneideventil kann, in Abhängigkeit vom Druck im Reaktionsraum, ein Fluidstrom aus dem Reaktionsraum besser eingestellt werden.
Dieser Vorteil ergibt sich auch bei einer alternativen Ausführungsform, in der zwei (einstufige) Abschneideventile strömungstechnisch parallelgeschaltet sind. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion gemäß dem Stand der Technik; - Figur 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Servolenkventil;
- Figur 3 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer ersten Ausführungsform;
- Figur 4 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer zweiten Ausführungsform; - Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines Dichtrings für einen Reaktionskolben des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß der zweiten Ausführungsform nach Figur 4;
- Figur 6 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer dritten Ausführungsform;
- Figur 7 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer vierten Ausführungsform;
- Figur 8 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer fünften Ausführungsform; - Figur 9 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer sechsten Ausführungsform;
- Figur 10 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Servolenkventil gemäß einer siebten Ausführungsform;
- Figur 11 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß der siebten Ausführungsform nach Figur 10;
- Figur 12 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer achten Ausführungsform;
- Figur 13 ein Längsschnittdetail des erfindungsgemäßen Servolenkventils gemäß einer neunten Ausführungsform; und - Figur 14 einen Längsschnitt durch das Servolenkventil nach Figur 13 mit
Druck/Durchfluß-Diagrammen der Abschneideventile.
Die Figur 1 zeigt ein bekanntes Servolenkventil 10' mit hydraulischer Reaktion, mit einem Gehäuse 12', einer Eingangswelle 14', die im Gehäuse 12' angeordnet ist, und einem Reaktionsraum 18', der an einer Seite von einem Reaktionskolben 20' verschlossen ist. Des weiteren ist ein Abschneideventil 22' vorgesehen, das den maximalen Druck im Reaktionsraum 18' begrenzt. An das Gehäuse 12' des Servolenkventils 10' ist ein zylinderförmiges Element 2" zur Aufnahme des Abschneideventils 22' angegossen. Das Abschneideventil 22' steht über eine erste Bohrung 4' mit dem Reaktionsraum 18' und über eine zweite Bohrung 6' und einen Rücklauf mit einem drucklosen Fluidreservoir in Strömungsverbindung.
Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Servolenkventil 10 mit hydraulischer Reaktion, mit einem Gehäuse 12, einer Eingangswelle 14, die wenigstens teilweise im Gehäuse 12 angeordnet ist, einer Ausgangswelle 16, einer Steuerhülse 17 und einem Reaktionsraum 18, der an einer Seite von einem Reaktionskolben 20 verschlossen ist. Zusätzlich ist ein Abschneideventil 22 vorgesehen, das den maximalen Druck im Reaktionsraum 18 begrenzt, wobei das Abschneideventil 22 innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Anordnung des Abschneideventils 22 innerhalb des Gehäuses 12 ist im Sinne dieser Schrift so zu verstehen, daß sich das Abschneideventil 22 tatsächlich im Inneren des Gehäuses 12 befindet, d.h. in dem von einer Gehäusewandung umgebenen Raum und nicht in der Gehäusewandung selbst.
Das Abschneideventil 22 ist in der Regel ein miniaturisiertes Druckbe- grenzungsventil, welches wie im Stand der Technik aus korrosionsbeständigen Materialien (z.B. Messinglegierungen) hergestellt sein kann. Dadurch, daß das Abschneideventil 22 jedoch geschützt im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet ist, muß das Abschneideventil 22 nicht aus korrosionsbeständigem Material gefertigt oder besonders gegen Korrosion geschützt werden. In der Figur 2 ist das Abschneideventil 22 in der Eingangswelle 14 angeordnet. Vorzugsweise ist das Abschneideventil 22 in die Eingangswelle 14 eingepreßt, so daß aufgrund des Preßsitzes keine Dichtelemente zwischen dem Abschneideventil 22 und der Eingangswelle 14 vorgesehen werden müssen. Im vorliegenden Beispiel verläuft im Inneren der hohlen Eingangswelle 14 entlang einer Achse A ein Torsionsstab 24. Der Torsionsstab 24 füllt die hohle Eingangswelle 14 jedoch nicht ganz aus, so daß ein ringförmiger Hohlraum 26 verbleibt, der über einen Rücklauf mit einem drucklosen Reservoir (nicht gezeigt) in Verbindung steht.
Die Figur 3 zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt des erfindungsgemäßen Servolenkventils 10 im Bereich des Abschneideventils 22 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Reaktionsraum 18 steht über das Abschneideventil 22 mit dem Hohlraum
26 in Verbindung, wobei das Abschneideventil 22 bis zu einem vorbestimmten
Druck im Reaktionsraum 18 einen Durchfluß verhindert und bei Übersteigen dieses Drucks einen Abfluß von Druckfluid aus dem Reaktionsraum 18 in den Hohlraum 26 ermöglicht.
Darüber hinaus steht der Reaktionsraum 18 auch über eine Abströmöffnung 28 mit definiertem Querschnitt mit dem Hohlraum 26 in Strömungsverbindung. Die Abströmöffnung 28 ist im vorliegenden Beispiel als Bohrung in der Eingangswelle 14 ausgeführt. Aus dem Querschnitt dieser Abströmöffnung 28, dem Systemdruck, der durch relative Verdrehung der Eingangswelle 14 zur Steuerhülse 17 entsteht, und dem Öffnungsquerschnitt einer Zuleitung (nicht gezeigt) zum Reaktionsraum 18 ergibt sich ein Volumenstrom im Reaktionsraum 18, aus dem ein Druck im Reaktionsraum 18 resultiert, der das Lenkmoment beeinflußt. Liegt dieser resultierende Druck unter dem vorbestimmten Wert, so bleibt das Abschneideventil 22 geschlossen. Steigt der Druck über den vorbestimmten Wert, so öffnet das Abschneideventil 22 und stellt eine (zusätzliche) Strömungsverbindung zwischen dem Reaktionsraum 18 und dem Reservoir her. Dadurch sorgt das Abschneideventil 22 letztlich für eine Druckentlastung und begrenzt den maximalen Druck im Reaktionsraum 18. In einer zweiten Ausführungsform gemäß Figur 4 ist die Abströmöffnung 28 in einer Dichtung 30 des Reaktionskolbens 20 und nicht, wie in der ersten Ausführungsform als Bohrung in der Eingangswelle 14 ausgebildet. Die Lage der als Dichtring ausgebildeten Dichtung 30 ist in Figur 4 zu sehen, wobei die Abströmöffnung 28 der Dichtung 30 nicht zu erkennen ist. Aus diesem Grund ist die Dichtung 30 in Figur 5 separat in perspektivischer
Ansicht dargestellt. In der Figur 5 wird die Abströmöffnung 28 durch zwei Nuten 32 gebildet, die sich auf einer axialen Stirnseite der Dichtung 30 in radialer Richtung erstrecken. Alternativ können sich diese Nuten 32 auch auf der Außenseite des Dichtrings in axialer Richtung erstrecken. Maßgebend für ihre Wirkung als Abströmöffnung 28 ist lediglich die Schaffung einer Strömungsverbindung zwischen dem Reaktionsraum 18 und dem Rücklauf des Druckfluids.
In einer dritten Ausführungsform des Servolenkventils 10 gemäß Figur 6 ist die Abströmöffnung 28 in einem Ventilsitz 34 des Abschneideventils 22 ausgebildet. In den Ventilsitz 34 ist hierfür eine Blende 36 mit einer Blendenöffnung integriert. Um die Blende 36 bzw. die Abströmöffnung 28 besser erkennen zu können, ist der Ausschnitt mit dem Abschneideventil 22 der Figur 6 noch einmal vergrößert dargestellt (Figur 6, unten). Alternativ kann die Abströmöffnung 28 in einer vierten Ausführungsform gemäß Figur 7 auch als Bohrung im Reaktionskolben 20 ausgeführt sein. Analog zu den oben beschriebenen Ausführungsvarianten schafft die Abströmöffnung 28 damit eine Strömungsverbindung zwischen dem Reaktionsraum 18 und dem Rücklauf des Druckfluids her. Im Unterschied zu den bisher gezeigten Ausführungsformen 1 bis 4 ist das
Abschneideventil 22 in einer fünften Ausführungsform des Servolenkventils 10 gemäß Figur 8 im Reaktionskolben 20 angeordnet. Auch in diesem Fall ist das Abschneideventil 22 vorzugsweise eingepreßt, um auf weitere Dichtelemente verzichten zu können. Die prinzipielle Funktionsweise bleibt gegenüber den Ausführungsformen 1 bis 4 unverändert. Das Abschneideventil 22 sorgt weiterhin für eine Verbindung zwischen dem Reaktionsraum 18 und einem drucklosen Fluidreservoir. In der Figur 8 sind deutlich Leckagebohrungen 38 zu erkennen, wobei diese Leckagebohrungen 38 auch im Stand der Technik vorhanden sind. Sie ermöglichen einen Ausgleich beim Abheben des Reaktionskolbens und dienen zur Rückführung des Leckagefluids, welches bei der Verschiebung des Reaktionskolbens 20 auch dann aus dem Reaktionsraum 18 austritt, wenn in der Dichtung 30 keine Abströmöffnungen 28 vorgesehen sind. Auch das Leckagefluid, welches über den Spalt zwischen der Eingangswelle 14 und der Steuerhülse 17 austritt, wird über die Leckagebohrungen 38 zum Fluidreservoir zurückgeführt. Diese vorhandenen Leckagebohrungen 38 müssen unter Umständen etwas größer dimensioniert werden und können dann problemlos das durch die Abströmöffnung 28 oder das Abschneideventil 22 aus dem Reaktionsraum 18 abströmende Druckfluid an das drucklose Reservoir weiterleiten. Obwohl die Abströmöffnung 28 in Figur 8 als Blendenöffnung der in das
Abschneideventil 22 integrierten Blende 36 dargestellt ist, kann die Abströmöffnung 28, auch bei im Reaktionskolben 20 angeordnetem Abschneideventil 22, in der Eingangswelle 14 oder in der Dichtung 30 ausgebildet sein (vgl. Fig. 3 bis 5). Die Figur 9 stellt eine sechste Ausführungsform des Servolenkventils 10 dar, bei der die Abströmöffnung 28 analog zur vierten und fünften Ausführungsform im Reaktionskolben 20 vorgesehen ist. Im Unterschied zur Figur 8 ist die Abströmöffnung 28 dabei als separate Bohrung außerhalb des Abschneideventils 22 ausgeführt.
Die Figuren 10 und 1 1 zeigen eine siebte Ausführungsform des Servolenkventils 10, wobei das Abschneideventil 22 in die Steuerhülse 17 eingepreßt ist. In axialer Richtung ist das Abschneideventil 22 im „unteren" Teil der Steuerhülse 17, d.h. in einem Übergangsbereich zwischen der Eingangswelle 14 und der Ausgangswelle 16 angeordnet. Die als Ritzel ausgebildete Ausgangswelle 16 ist in diesem Übergangsbereich durch eine Klauen-Zapfen- Verbindung mit der Eingangswelle 14 gekoppelt. Das Abschneideventil 22 steht, wie oben beschrieben, einerseits mit dem druckloseπ Reservoir (nicht gezeigt) und andererseits mit dem Reaktionsraum 18 in Verbindung. Allerdings grenzt das Abschneideventil 22 nicht unmittelbar an den Reaktionsraum 18 an, sondern ist über eine Öffnung 40 mit dem Hohlraum 26 und weiter über Eingangswellenbohrungen 42 mit dem Reaktionsraum 18 verbunden. Entsprechend herrscht im Hohlraum 26 der gleiche Druck wie im Reaktionsraum 18. Der Hohlraum 26 ist also im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsformen nicht an das drucklose Reservoir angeschlossen. In dieser Ausführungsform muß der durch das Servolenkventil 10 fließende Volumenstrom über Verbindungskanäle 44 in der Steuerhülse 17 zum Reservoir geleitet werden. Ferner wird über die in den Figuren 10 und 11 als Schrägbohrungen ausgeführten Verbindungskanäle 44 auch Leckagefluid abgeführt, welches am Reaktionskolben 20 oder zwischen der Eingangswelle 14 und der Steuerhülse 17 des Servolenkventils 10 anfällt.
Der Übergangsbereich zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ist in Figur 11 vergrößert dargestellt. Gegenüber den Figuren 2 bis 9 ist das als Abschneideventil 22 eingesetzte Druckbegrenzungsventil leicht verändert ausge- führt, es begrenzt jedoch nach wie vor einen Maximaldruck im Reaktionsraum 18. Ferner ist deutlich zu sehen, daß die Abströmöffnung 28 als separate Bohrung in der Steuerhülse 17 ausgebildet ist. Die Abströmöffnung 28 stellt wie in den bisher beschriebenen Ausführungsformen eine Verbindung zwischen dem Reaktionsraum 18 und dem Rücklauf bzw. dem drucklosen Reservoir her. Eine achte Ausfuhrungsform des Servolenkventils 10 gemäß der Figur 12 unterscheidet sich lediglich durch die Anordnung der Abstromoffnung 28 von der siebten Ausfuhrungsform gemäß Figur 11 Die Abstromoffnung 28 ist hier analog zu Figur 8 in das Abschneideventil 22 integriert Aufgrund der veränderten Bauart des Abschneideventils 22 ist die Abstromoffnung 28 jedoch nicht im Ventilsitz sondern im Ventilelement angeordnet.
Selbstverständlich sind auch Servolenkventilausfuhrungen denkbar, bei denen das Abschneideventil 22 entsprechend den Figuren 10 bis 12 in die Steuerhulse 17 eingepreßt ist und die Abstromoffnung 28 entsprechend den Figuren 4 und 5 in der Dichtung 30 des Reaktionskolbens 20 angeordnet ist
Die Figur 13 zeigt eine neunte Ausfuhrungsform des Servolenkventils 10, die sich von den oben beschriebenen Ausfuhrungen dadurch unterscheidet, daß zwei stromungstechnisch parallel geschaltete Abschneideventile 22 vorgesehen sind Dies bedeutet, daß beide Abschneideventile 22 einerseits mit dem Innendruck des Reaktionsraums 18 beaufschlagt und andererseits mit dem Rucklauf bzw. dem drucklosen Reservoir verbunden sind.
In der Figur 13 sind beispielhaft beide Abschneideventile 22 in die Eingangswelle 14 eingepreßt, wobei in einem Abschneideventil 22 (rechtes Abschneideventil in Fig.13) die Abstromoffnung 28 vorgesehen ist. Das linke Abschneideventil 22 weist im dargestellten Beispiel eine Blendenkappe 46 auf, um den Durchfluß bei geöffnetem Abschneideventil 22 zu begrenzen In einer alternativen Ausfuhrungsvariante können auch mehrere Abschneideventile 22 in der Steuerhulse 17 angeordnet sein.
Die Vorteile dieser neunten Ausfuhrungsform werden anhand der Figur 14 klar, in der mehrere Diagrammverlaufe zu sehen sind, wobei der am Abschneideventil 22 anstehende Druck P des Reaktionsraums 18 über dem Durchfluß Q des Abschneideventiis 22 aufgetragen ist Die angegebenen Zahlenwerte sind lediglich beispielhaft und dienen der Veranschaulichung. Das linke, in der Figur 14 mit X gekennzeichnete Abschneideventil 22 öffnet bei einem Druck P von 2 bar im Reaktionsraum 18 und weist keine Abstromoffnung 28 auf. Das rechte, in der Figur 12 mit Y gekennzeichnete Abschneideventil 22 öffnet bei einem Druck P von 5 bar im Reaktionsraum 18 und weist eine Abstromoffnung 28 mit einem definierten Querschnitt auf Entsprechend ergeben sich die abgebildeten Druck7Durchfluß-Diagramme (Figur 14, oben links bzw. oben rechts). Die resultierende Abschneideventilkennlinie in dem in Figur 14 unten rechts dargestellten Diagramm ist eine Überlagerung der Verläufe in den beiden oberen Diagrammen und gibt den Fluidstrom aus dem Reaktionsraum 18 abhängig vom Druck P im Reaktionsraum 18 an.
Durch die Parallelschaltung von zwei (oder mehr) Abschneideventilen 22 können folglich die unterschiedlichsten Abschneideventilkennliπien und somit die geforderten Hochgeschwindigkeitsventilkurven eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion, mit einem Gehäuse (12), einer Eingangswelle (14), die im Gehäuse (12) angeordnet ist, und einem Reaktionsraum (18), der an einer Seite von einem Reaktionskolben
(20) verschlossen ist, wobei wenigstens ein Abschneideventil (22) vorgesehen ist, das den maximalen Druck im Reaktionsraum (18) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Abschneideventil (22) innerhalb des Gehäuses (12) angeordnet ist.
2. Servolenkventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß parallel mit dem Abschneideventil (22) eine Abströmöffnung (28) mit definiertem Querschnitt vorgesehen ist.
3. Servolenkventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschneideventil (22) in der Eingangswelle (14) angeordnet ist.
4. Servolenkventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) als separate Bohrung in der Eingangswelle (14) ausgebildet ist.
5. Servolenkventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) als separate Bohrung im Reaktionskolben (20) ausgebildet ist.
6. Servolenkventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) im Abschneideventil (22) ausgebildet ist.
7. Servolenkventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) in einer Dichtung (30) des Reaktionskolbens (20) ausgebildet ist.
8. Servolenkventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschneideventil (22) im Reaktionskolben (20) angeordnet ist.
9. Servolenkventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) als separate Bohrung in der Eingangswelle (14) ausgebildet ist.
10. Servolenkventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) als separate Bohrung im Reaktionskolben (20) ausgebildet ist.
11. Servolenkventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) im Abschneideventil (22) ausgebildet ist.
12. Servolenkventil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) in einer Dichtung (30) des Reaktionskolbens (20) ausgebildet ist.
13. Servolenkventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschneideventil (22) in einer Steuerhülse (17) des Servolenkventils angeordnet ist.
14. Servolenkventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) als separate Bohrung in der Steuerhülse (17) ausgebildet ist.
15. Servolenkventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) als separate Bohrung im Reaktionskolben (20) ausgebildet ist.
16. Servolenkventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Abströmöffnung (28) im Abschneideventil (22) ausgebildet ist.
17. Servolenkventil nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmöffnung (28) in einer Dichtung (30) des Reaktionskolbens (20) ausgebildet ist.
18. Servolenkventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschneideventil (22) ein mehrstufiges Druckbegrenzungsventil ist.
19. Servolenkventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallelgeschaltete Abschneideventile (22) vorgesehen sind.
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DE3739848A1 (de) * 1986-12-06 1988-06-16 Zahnradfabrik Friedrichshafen Drehschieberventil fuer hydraulische hilfskraftlenkungen
EP0579241A1 (de) * 1992-07-17 1994-01-19 ZF FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Drehschieberventil, insbesondere für Hilfskraftlenkungen
DE4414162A1 (de) * 1994-04-22 1995-10-26 Zahnradfabrik Friedrichshafen Hydraulische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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