WO2008022795A1 - Servoventil - Google Patents

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WO2008022795A1
WO2008022795A1 PCT/EP2007/007446 EP2007007446W WO2008022795A1 WO 2008022795 A1 WO2008022795 A1 WO 2008022795A1 EP 2007007446 W EP2007007446 W EP 2007007446W WO 2008022795 A1 WO2008022795 A1 WO 2008022795A1
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WO
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input shaft
valve sleeve
servo valve
relative
servo
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Application number
PCT/EP2007/007446
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Philippi
Original Assignee
Trw Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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 servo valve having a rotatable input shaft associated with first cam grooves and an outer valve sleeve coupled to the input shaft and formed in the second cam grooves, the input shaft being rotatable relative to the outer valve sleeve and the first and second cam grooves cooperate so that they define a flow area in the servo valve.
  • Such servo valves are also referred to as rotary valves and are known from the prior art. They are installed in particular in hydraulic power steering systems of motor vehicles in order to control the flow of hydraulic fluid to the working chambers of a cylinder-piston unit as a function of a manually applied steering angle / steering torque. More recently, the servo valves have been further developed in that in addition to the steering angle / steering torque and other parameters such. the vehicle speed can influence the servo valve control.
  • DE 20 2004 006 294 U1 already discloses a servovalve with an actuator, wherein the actuator can rotate a component of the servo valve relative to another component so that an input variable which is predetermined by the actuation of the input shaft, a further size is superimposed.
  • the overlay size is generated by a separate drive motor and a wave gear in a Torsion bar of the servo valve initiated.
  • the disclosed servo valve assembly is complicated in its manufacture and requires a relatively large space.
  • the object of the invention is to provide a compact servo valve with a simple and reliable valve construction, which allows a driver-independent steering operation in a power steering system.
  • a servo valve of the type mentioned in the introduction coupled to the input shaft and rotatable relative to the input shaft inner valve sleeve is provided in which the first control grooves are formed.
  • the flow area in the servo valve can thus be changed independently of the position of the input shaft. Since the applied by the driver manual steering torque is usually transmitted from a steering wheel via a steering linkage to the input shaft, accordingly, a driver-independent steering operation is possible. To achieve this, only minor changes to the conventional valve design are necessary.
  • the originally integrally formed valve shaft according to the invention is designed in two parts as an input shaft with inner valve sleeve, wherein the input shaft and the inner valve sleeve can rotate relative to each other.
  • the function of the servo valve according to the invention is identical to the function of conventional servo valves.
  • the input shaft, the inner valve sleeve and the outer valve sleeve are rotatable relative to each other about an axis A, wherein the inner valve sleeve is arranged in the radial direction between the input shaft and the outer valve sleeve.
  • a centering element is provided, which acts on the inner valve sleeve relative to the input shaft in a predefined position.
  • Input shaft relative to each other in a defined position.
  • an actuator is provided which can rotate the inner valve sleeve relative to the input shaft.
  • the actuator can be controlled in dependence on any relevant parameters, so that at any time a driver-independent steering operation is possible.
  • the actuator may in particular be pressure-controlled. This contributes to a compact servo valve design, since in the region of the servo valve no drive motor, but only pressure connections must be provided. As a result of the usually very tight space in the region of the servo valve such a compact design is particularly advantageous.
  • the actuator preferably has a plurality of axially guided pressurizing elements, wherein the inner valve sleeve can be rotated by an axial movement of the pressurizing elements relative to the input shaft.
  • the pressure-controlled actuator is very simple in this embodiment, since the pressurizing elements only have to be moved linearly in the axial direction. This axial movement of the pressurizing elements is then converted with little effort into the desired relative rotation between the input shaft and the inner valve sleeve.
  • the actuator in this embodiment may comprise a guide member fixedly connected to the input shaft in which the pressurizing members are axially guided, and a flange fixedly connected to the inner valve sleeve having circumferentially inclined engaging surfaces, the pressurizing members being urged against the engaging surfaces can.
  • the engagement surfaces have different, in particular opposite inclinations, and only a part of the pressurization elements can be pressurized.
  • the actuator Depending on the direction of the attack surface slope of the pressurized pressurizing elements, the actuator generates a relative rotation between the input shaft and the inner valve sleeve in a first or an opposite second direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a servo valve according to the invention
  • FIGS. 2a and 2b each show an enlarged detail view of the servo valve according to the invention according to FIG. 1;
  • FIGS. 3a to 3c show two longitudinal sections and an associated cross section of a servo valve according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 4 is a longitudinal section of a servo valve according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 5 is a longitudinal section of a servo valve according to the invention in a third embodiment
  • FIG. 6a to 6c is a longitudinal section and two side views of a servo valve according to the invention in a central position;
  • FIGS. 7a to 7c show a longitudinal section and two side views of a servo valve according to the invention in a first valve end position
  • FIG. 8a to 8c a longitudinal section and two side views of a servo valve according to the invention in a second Ventilend too.
  • FIG. 1 shows a servo valve 8 with a rotatable input shaft 10, the first control grooves are assigned, and an outer valve sleeve 12, with the
  • Input shaft 10 is coupled and formed in the second Steuemuten.
  • the input shaft 10 is rotatable relative to the outer valve sleeve 12 about an axis A, and the first and second control grooves cooperate to define a flow area in the servo valve 8. Furthermore, an output shaft 14 can be seen with a pinion 16, wherein the pinion 16 cooperates in the installed state of the servo valve 8 in a known manner with a rack to move over tie rods steerable wheels of a vehicle can.
  • a flange 20 and a guide member 22 is provided, in the figure 1 between the flange 20 and the guide member 22 already pressurizing elements Xi, X 2 can be seen.
  • the guide member 22, the pressurizing elements and the flange 20 are components of an actuator 26 which can change the flow area in the servo valve 8 regardless of a manual torque, which is applied via the input shaft 10.
  • the guide member 22 is in the present case a slipped over the input shaft 10 guide sleeve, wherein the guide member 22 is fixed, in particular rotationally fixed to the input shaft 10 is connected.
  • the guide member 22 is welded to the input shaft 10, soldered, pinned or pressed.
  • FIGS. 2 a and 2 b show side view details of the servo valve 8
  • FIG. 1 in the region of the actuator 26.
  • the directions of view of the two lateral abutments run at 90 °, so that in other words the FIG
  • annular grooves 34, 36 can be seen, wherein a first annular groove 34 is made deeper in the radial direction than a second annular groove 36.
  • the actuator 26 is pressure-controlled in the example shown and can via the annular grooves 34, 36, the pressurizing elements Xi to Apply X 4 against the flange 20.
  • Figures 3a to 3c show the invention relevant part of a first embodiment of the servo valve 8 in longitudinal section and in cross section. From these sections it is clear that an inner valve sleeve 38 is provided, which is coupled to the input shaft 10 and is rotatable relative to the input shaft 10.
  • the inner valve sleeve 38 is disposed between the input shaft 10 and the outer valve sleeve 12, so that the inner valve sleeve 38 surrounds the input shaft 10 and the outer valve sleeve 12 encloses the inner valve sleeve 38.
  • the externally visible flange 20 is firmly connected to the inner valve sleeve 38.
  • the flange 20 and the inner valve sleeve 38 are made in one piece, alternatively, however, the flange 20 can also be made separately and welded to the inner valve sleeve 38 or attached to the inner valve sleeve 38 in some other way (eg compressed). ,
  • the section in FIG. 3 a is guided by the pressurizing elements X 1 , X 3 , which are displaceably guided in guides 40 of the guide component 22 in the axial direction.
  • the pressurizing elements X 1 , X 3 are in each case via a pressure channel 42 with the second annular groove 36 in connection and each adjacent to the pressure channel 42 opposite side to an engagement surfaces 28 of the flange 20 at.
  • the pressure-applying elements X 2 , X 4 (see Fig. 3c) are also guided axially displaceable and also each adjacent to an engagement surface 28 of the flange 20 at.
  • pressurizing elements X 1 , X 3 are connected via a pressure channel 44 to the first annular groove 34 (indicated by dashed lines in FIG. 3 a), and the engagement surfaces 28 of the recesses 30 are in the circumferential direction counter to the engagement surfaces of the pressurizing elements Xi, X 3 inclined (see eg Figures 2a and b).
  • valve design with four pressurizing elements X 1 to X 4 is merely an example.
  • the number of Druckbeetzschiagungs shame is irrelevant to the idea of the invention, but with the use of an even number, in particular of four, six or eight pressurizing elements is particularly advantageous.
  • the Compressive elements distributed uniformly in the circumferential direction are alternately in communication with the first annular groove 34 and the second annular groove 36 and adjacent to abutment surfaces 28 which are inclined in the circumferential direction alternately in one and the opposite other direction.
  • this centering element 46 acts on the inner valve sleeve 38 relative to the input shaft 10 in a predefined position, preferably the center position.
  • this centering element 46 is a C-spring, which is coupled to the input shaft 10 through a driver pin 48 and to the inner valve sleeve 38 through an axial projection 50 of the inner valve sleeve 38.
  • the centering element 46 counteracts a relative rotation between the input shaft 10 and the inner valve sleeve 38 and acts on the input shaft 10 and the inner valve sleeve 38 in the middle position shown in Figures 3a to 3c of the servo valve 8.
  • the input shaft 10 and the inner valve sleeve 38 act as a one-piece, rigid component.
  • the actuator 26 would then have no function, and the servo valve 8 would act like a conventional rotary valve, the conventional input shaft would then consist of the input shaft 10, the inner valve sleeve 38, the actuator 26 and the centering element 46.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a second embodiment of the servo valve 8, wherein the illustrated section substantially corresponds to the section of FIG. 3a.
  • the only difference lies in the changed form of the pressurizing elements X 1 to X 4 .
  • the pressurizing elements are solid spheres, whereas in an advantageous development according to FIG. 3a they are hemispheres with a cylindrical extension.
  • the operation of the described servo valve 8 and the advantages of the various forms of the pressurizing elements X 1 to X 4 will be discussed later in the description of FIGS. 6 to 8.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the servo valve 8, this embodiment being very similar to the second embodiment according to FIG.
  • Figure 5 is not a "straight full section", but an "unfolded sector section” shown, ie the cut pressurizing elements X 2 , X 3 shown in the servo valve 8 are not opposite, but adjacent (below 90 °). Accordingly, the pressure passage 44 of the guide 40 of the pressurizing member X 2 is also connected to the first annular groove 34, whereas the pressure passage 42 of the guide 40 of the pressurizing member X 3 is connected to the second annular groove 36.
  • the cut is shown in dotted lines in Figure 3c.
  • the peculiarity in the third embodiment resides in the modified embodiment of the centering element 46.
  • the C-spring described above has been replaced in this embodiment by spring-loaded balls 52, which are inserted into radial bores 54 of the input shaft 10, so that the balls 52 pressed radially outward become.
  • the spring-loaded balls 52 are thereby pressed into sliding grooves 56 which are formed on the inside of the inner valve sleeve 38.
  • the Gleitnuten 56 have a variable depth in the circumferential direction, wherein the lowest point of the Gleitnuten 56 is in the valve center position in each case with respect to a radial bore 54.
  • the inner valve sleeve 38 is rotated relative to the input shaft 10 so that the tikfederbeetzten balls 52 attack at the point with the largest groove depth. This means, in other words, that the inner valve sleeve 38 is acted upon relative to the input shaft 10 in the valve center position, analogous to the previous embodiments.
  • Valve end position is located.
  • the pressures in the first and second annular grooves 34, 36 are substantially identical, so that all pressurizing elements X 1 to X 4 are applied uniformly.
  • both annular grooves 34, 36 are depressurized, so that adjusts the illustrated valve center position due to the action of the centering element 46.
  • a slight overpressure preferably prevails in the annular grooves 34, 36 in order to keep the pressurization elements X 1 to X 4 always in contact with the attacking elements. areas 28 and thus to keep in a defined position.
  • springs may also be provided in the guides 40 in order to ensure a defined position of the pressurizing elements X 1 to X 4 .
  • the overpressure and / or the spring force of the springs is chosen so that no rotation of the inner valve sleeve 38 relative to the outer valve sleeve 12 sets and the servo valve 8 thus remains in its center position.
  • the pressurizing element X 3 and the opposing pressurizing element X 1 are located approximately in the center of the respective associated inclined engagement surface 28.
  • Pressurizing X 2 are shown in Figure 6c approximately in the center of the respective associated inclined engagement surface 28, it being noted, however, that the inclined surfaces of the pressurizing elements Xi, X 3 and the pressurizing element X 2 , X 4 are inclined in the circumferential direction opposite.
  • FIGS. 7a to 7c show the servo valve 8 in the region of a first valve end position.
  • the first Ventilend ein is defined so that the cooperating control grooves have rotated from their center position relative to each other in one direction maximum.
  • the second final valve end position (see FIGS. 8a to 8c) is correspondingly achieved.
  • the cooperating control grooves are twisted in one of the valve end positions with respect to the center position by approximately 3 °.
  • the second annular groove 36 is pressurized, so that the pressurizing elements X 1 to X 4 below
  • the pressurizing elements X 1 , X 3 are at their "highest” point with respect to their associated recess 30 in the second valve end position, and the pressurizing elements X 2 , X 4 are at their "lowest” point with respect to their associated recesses 30 Since the engaging surfaces 28 of the pressurizing members X 1 , X 3 are circumferentially opposed to the engaging surfaces 28 of the pressurizing members X 2 , X 4 , the input shaft 10 and the inner sleeve 38 can be rotated in both directions from the center position relative to each other.
  • Valve position performed in their respective guides 40 sealingly.
  • the pressurizing elements X 1 to X 4 as hemispheres with a cylindrical extension (cf., for example, FIG. 3 a)
  • a particularly good sealing effect can be achieved since the pressurizing elements X 1 to X 4 seal each over the entire axial dimension of their cylindrical extension the guide 40 abut.
  • the pressurization elements Xi to X 4 as solid spheres (cf., for example, Figures 4 and 5) there is a lower sealing effect, as seen in the axial direction of the ball abuts the guide 40 only in one point, namely the ball diameter.
  • the advantage of a ball design lies in the lower friction within the actuator 26, since the balls can roll along the inclined engagement surfaces 28 when pressurized. In the embodiment according to FIG. 3a, rolling of the pressurized suppression of elements X 1 to X 4 is not possible, so that the pressure applying X 1 to X 4 along the inclined engagement surfaces 28 slide, wherein compared to the lower rolling friction increased sliding friction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Servoventil (8) mit einer drehbaren Eingangswelle (10), der erste Steuernuten zugeordnet sind, und einer äußeren Ventilhülse (12), die mit der Eingangswelle (10) gekoppelt ist und in der zweite Steuernuten ausgebildet sind, wobei die Eingangswelle (10) relativ zur äußeren Ventilhülse (12) drehbar ist und die ersten und zweiten Steuernuten so zusammenwirken, daß sie einen Durchflußquerschnitt im Servoventil (8) festlegen. Ferner ist eine mit der Eingangswelle (10) gekoppelte und relativ zur Eingangswelle (10) drehbare innere Ventilhülse (38) vorgesehen, in der die ersten Steuernuten ausgebildet sind.

Description

Servoventil
Die Erfindung betrifft ein Servoventil mit einer drehbaren Eingangswelle, der erste Steuernuten zugeordnet sind, und einer äußeren Ventilhülse, die mit der Eingangswelle gekoppelt ist und in der zweite Steuernuten ausgebildet sind, wobei die Eingangswelle relativ zur äußeren Ventilhülse drehbar ist und die ersten und zweiten Steuernuten so zusammenwirken, daß sie einen Durchflußquerschnitt im Servoventil festlegen.
Derartige Servoventile werden auch als Drehschieberventile bezeichnet und sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden insbesondere in hydrau- lische Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen eingebaut, um den Durchfluß von Hydraulikfluid zu den Arbeitskammern einer Zylinder-Kolben-Einheit in Abhängigkeit von einem manuell aufgebrachten Lenkwinkel/Lenkmoment zu steuern. In jüngerer Zeit wurden die Servoventile dahingehend weiterentwickelt, daß neben dem Lenkwinkel/Lenkmoment auch weitere Parameter wie z.B. die Fahrzeugge- schwindigkeit Einfluß auf die Servoventilsteuerung nehmen können.
Bei modernen Lenksystemen besteht mittlerweile der Wunsch, den Lenkvorgang des Fahrzeugs von außen zu beeinflussen, unabhängig vom Handmoment, welches der Fahrer ausübt. Eine solche vom Fahrer unabhängige Lenkungsbetätigung ist beispielsweise bei automatischen Einparkvorgängen notwendig. Darüber hinaus können Störkräfte wie z.B. Seitenwind ausgeglichen werden, und es besteht die Möglichkeit, den Fahrer durch eine fahrsituationsabhängige Lenkmomentveränderung in kritischen Fahrsituationen zu unterstützen und das Fahrzeug zu stabilisieren.
In diesem Zusammenhang ist in der DE 20 2004 006 294 U1 bereits ein Servoventil mit Stellantrieb offenbart, wobei der Stellantrieb ein Bauteil des Servoventils gegenüber einem anderen Bauteil so verdrehen kann, daß einer Eingangsgröße, die durch die Betätigung der Eingangswelle vorgegeben ist, eine weitere Größe überlagert wird. Die Überlagerungsgröße wird dabei von einem separaten Antriebsmotors erzeugt und über ein Wellgetriebe in einen Torsionsstab des Servoventils eingeleitet. Die offenbarte Servoventilbaugruppe ist in ihrer Herstellung insgesamt aufwendig und beansprucht einen relativ großen Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Servoventil mit einer einfachen und zuverlässigen Ventilkonstruktion zu schaffen, welches in einer Hilfskraftlenkung eine fahrerunabhängige Lenkungsbetätigung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Servoventil der eingangs genannten Art eine mit der Eingangswelle gekoppelte und relativ zur Eingangswelle drehbare innere Ventilhülse vorgesehen, in der die ersten Steuernuten ausgebildet sind. Bei einer Verdrehung der inneren Ventilhülse relativ zur Eingangswelle läßt sich der Durchflußquerschnitt im Servoventil somit unabhängig von der Position der Eingangswelle verändern. Da das vom Fahrer aufgebrachte manuelle Lenkmoment in der Regel von einem Lenkrad über ein Lenkgestänge zur Eingangswelle übertragen wird, ist dementsprechend eine fahrerunabhängige Lenkungsbetätigung möglich. Um dies zu erreichen, sind nur geringe Änderungen an der herkömmlichen Ventilkonstruktion notwendig. Die ursprünglich einstückig ausgebildete Ventilwelle ist erfindungsgemäß zweiteilig als Eingangswelle mit innerer Ventilhülse ausgeführt, wobei sich die Eingangswelle und die innere Ventilhülse relativ zueinander verdrehen können. Bei einer starren Verbindung zwischen der Eingangswelle und der inneren Ventilhülse ist die Funktion des erfindungsgemäßen Servoventils mit der Funktion herkömmlicher Servoventile identisch.
In einer Ausführungsform sind die Eingangswelle, die innere Ventilhülse und die äußere Ventilhülse relativ zueinander um eine Achse A drehbar, wobei die innere Ventilhülse in radialer Richtung gesehen zwischen der Eingangswelle und der äußeren Ventilhülse angeordnet ist. Diese Konstruktion ergibt eine sehr kompakte Servoventilbauweise, die insbesondere eine geringe axiale Bauhöhe aufweist.
Vorzugsweise ist ein Zentrierelement vorgesehen, welches die innere Ventilhülse relativ zur Eingangswelle in eine vordefinierte Position beaufschlagt.
Für den Fall, daß keine fahrerunabhängige Lenkungsbetätigung vorliegt, ist durch das Zentrierelement gewährleistet, daß sich die innere Ventilhülse und die
Eingangswelle relativ zueinander in einer definierten Position befinden. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Aktuator vorgesehen, der die innere Ventilhülse relativ zur Eingangswelle verdrehen kann. Der Aktuator ist in Abhängigkeit von beliebigen relevanten Parametern ansteuerbar, so daß jederzeit eine fahrerunabhängige Lenkungsbetätigung möglich ist.
Der Aktuator kann dabei insbesondere druckgesteuert sein. Dies trägt zu einer kompakten Servoventilbauweise bei, da im Bereich des Servoventils kein Antriebsmotor, sondern lediglich Druckanschlüsse vorgesehen werden müssen. Infolge des üblicherweise sehr knappen Bauraums im Bereich des Servoventils ist eine solch kompakte Bauweise besonders vorteilhaft.
Der Aktuator weist bevorzugt mehrere axial geführte Druckbeaufschlagungselemente auf, wobei die innere Ventilhülse durch eine axiale Bewegung der Druckbeaufschlagungselemente relativ zur Eingangswelle verdreht werden kann. Der druckgesteuerte Aktuator ist in dieser Ausführungsform sehr einfach aufgebaut, da die Druckbeaufschlagungselemente nur linear in axialer Richtung bewegt werden müssen. Diese axiale Bewegung der Druckbeaufschlagungselemente wird dann mit geringem Aufwand in die gewünschte Relativdrehung zwischen Eingangswelle und innerer Ventilhülse umgesetzt.
Der Aktuator kann in dieser Ausführungsform ein fest mit der Eingangswelle verbundenes Führungsbauteil umfassen, in dem die Druckbeaufschlagungs- elemente axial geführt sind, und einen fest mit der inneren Ventilhülse verbundenen Flansch, der in Umfangsrichtung geneigte Angriffsflächen aufweist, wobei die Druckbeaufschlagungselemente gegen die Angriffsflächen beaufschlagt werden können. Infolge der Druckbeaufschlagung gegen in Umfangsrichtung geneigte Angriffsflächen wird die axiale Bewegung der Druckbeaufschlagungs- elemente zuverlässig und mit geringem Aufwand in eine Rotationsbewegung des Flansches und damit auch der inneren Ventilhülse umgesetzt.
Besonders bevorzugt weisen die Angriffsflächen unterschiedliche, insbesondere entgegengesetzte Neigungen auf, und es kann nur ein Teil der Druckbeaufschlagungselemente unter Druck gesetzt werden. Abhängig von der Richtung der Angriffsflächenneigung der unter Druck gesetzten Druckbeaufschlagungselemente erzeugt der Aktuator eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle und der inneren Ventilhülse in einer ersten oder einer entgegengesetzten zweiten Richtung. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Servoventils;
- Figuren 2a und 2b jeweils eine vergrößerte Detailansicht des erfindungsgemäßen Servoventils nach Figur 1 ;
- Figuren 3a bis 3c zwei Längsschnitte und einen zugehörigen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Servoventils in einer ersten Ausführungsform;
- Figur 4 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Servoventils in einer zweiten Ausführungsform;
- Figur 5 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Servoventils in einer dritten Ausführungsform;
- Figuren 6a bis 6c einen Längsschnitt sowie zwei Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Servoventils in einer Mittenstellung;
- Figuren 7a bis 7c einen Längsschnitt sowie zwei Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Servoventils in einer ersten Ventilendstellung; und
- Figuren 8a bis 8c einen Längsschnitt sowie zwei Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Servoventils in einer zweiten Ventilendstellung.
Die Figur 1 zeigt ein Servoventil 8 mit einer drehbaren Eingangswelle 10, der erste Steuernuten zugeordnet sind, und einer äußeren Ventilhülse 12, die mit der
Eingangswelle 10 gekoppelt ist und in der zweite Steuemuten ausgebildet sind.
Die Eingangswelle 10 ist relativ zur äußeren Ventilhülse 12 um eine Achse A drehbar, und die ersten und zweiten Steuernuten wirken so zusammen, daß sie einen Durchflußquerschnitt im Servoventil 8 festlegen. Des weiteren ist eine Ausgangswelle 14 mit einem Ritzel 16 zu sehen, wobei das Ritzel 16 im eingebauten Zustand des Servoventil 8 in bekannter Weise mit einer Zahnstange zusammenwirkt, um über Spurstangen lenkbare Räder eines Fahrzeugs bewegen zu können.
Der bis dahin beschriebene Aufbau des Servoventils 8 mit der durch eine Lenkhandhabe betätigbaren Eingangswelle 10, der äußeren Ventilhülse 12 und der Ausgangswelle 14, wobei der Eingangswelle 10 und der äußeren Ventilhülse 12 zusammenwirkende Steuernuten zugeordnet sind, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Das Funktionsprinzip eines solchen Servoventils ist ebenfalls im Stand der Technik beschrieben, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen wird.
An einem der Eingangswelle 10 zugewandten axialen Ende 18 der äußeren Ventilhülse 12 ist ein Flansch 20 sowie ein Führungsbauteil 22 vorgesehen, wobei in der Figur 1 zwischen dem Flansch 20 und dem Führungsbauteil 22 bereits Druckbeaufschlagungselemente Xi, X2 zu erkennen sind. Das Führungs- bauteil 22, die Druckbeaufschlagungselemente und der Flansch 20 sind Bauteile eines Aktuators 26 der unabhängig von einem Handmoment, welches über die Eingangswelle 10 aufgebracht wird, den Durchflußquerschnitt im Servoventil 8 verändern kann. Das Führungsbauteil 22 ist im vorliegenden Fall eine über die Eingangswelle 10 gestülpte Führungshülse, wobei das Führungsbauteil 22 fest, insbesondere drehfest mit der Eingangswelle 10 verbunden ist. Beispielsweise ist das Führungsbauteil 22 mit der Eingangswelle 10 verschweißt, verlötet, verstiftet oder verpreßt.
Die Figuren 2a und 2b zeigen Seitenansichtdetails des Servoventils 8 aus
Figur 1 im Bereich des Aktuators 26. Die Blickrichtungen der beiden Seiten- ansächten verlaufen unter 90°, so daß die Figur 2b mit anderen Worten eine
Draufsicht der Figur 2a ist, wobei die Blickrichtung in Figur 2a durch einen vertikalen Pfeil angedeutet ist.
Über den Umfang des Flansches 20 bzw. des Führungsbauteils 22 sind vier Druckbeaufschlagungselemente X1, X2, X3 und X4 gleichmäßig verteilt. Im Flansch 20 sind kalottenähnliche Ausnehmungen 30 mit geneigten oder gekrümmten Angriffsflächen 28 ausgebildet, wobei die Druckbeaufschlagungselemente Xi bis X4 an den Angriffsflächen 28 anliegen.
Ferner sind im Führungsbauteil 22 zwei Ringnuten 34, 36 zu erkennen, wobei eine erste Ringnut 34 in radialer Richtung tiefer ausgeführt ist als eine zweite Ringnut 36. Der Aktuator 26 ist im dargestellten Beispiel druckgesteuert und kann über die Ringnuten 34, 36 die Druckbeaufschlagungselemente Xi bis X4 gegen den Flansch 20 beaufschlagen. Die Figuren 3a bis 3c zeigen den erfindungsrelevanten Teil einer ersten Ausführungsform des Servoventils 8 im Längsschnitt bzw. im Querschnitt. Aus diesen Schnitten wird deutlich, daß eine innere Ventilhülse 38 vorgesehen ist, die mit der Eingangswelle 10 gekoppelt und relativ zur Eingangswelle 10 drehbar ist. In radialer Richtung gesehen ist die innere Ventilhülse 38 zwischen der Eingangswelle 10 und der äußeren Ventilhülse 12 angeordnet, so daß die innere Ventilhülse 38 die Eingangswelle 10 umschließt und die äußere Ventilhülse 12 die innere Ventilhülse 38 umschließt.
Aus den Figuren 3a und 3b wird auch deutlich, daß der von außen sichtbare Flansch 20 fest mit der inneren Ventilhülse 38 verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Flansch 20 und die innere Ventilhülse 38 einstückig ausgeführt, alternativ kann der Flansch 20 jedoch auch separat ausgeführt und mit der inneren Ventilhülse 38 verschweißt oder auf eine andere Art und Weise an der inneren Ventilhülse 38 befestigt sein (z.B. verpreßt).
Der Schnitt in Figur 3a ist durch die Druckbeaufschlagungselemente X1, X3 geführt, welche in Führungen 40 des Führungsbauteils 22 in axialer Richtung verschieblich geführt sind. Die Druckbeaufschlagungselemente X1, X3 stehen jeweils über einen Druckkanal 42 mit der zweiten Ringnut 36 in Verbindung und grenzen jeweils auf der dem Druckkanal 42 entgegengesetzten Seite an eine Angriffsflächen 28 des Flansches 20 an. Die Druckbeaufschiagungselemente X2, X4 (vgl. Fig. 3c) sind auch axialverschieblich geführt und grenzen ebenfalls jeweils an eine Angriffsfläche 28 des Flansches 20 an. Im Unterschied zu den Druckbeaufschlagungselementen X1, X3 stehen sie jedoch über einen Druckkanal 44 mit der ersten Ringnut 34 in Verbindung (in Figur 3a gestrichelt angedeutet), und die Angriffsflächen 28 der Ausnehmungen 30 sind in Umfangsrichtung entgegen den Angriffsflächen der Druckbeaufschlagungselementen Xi, X3 geneigt (vgl. z.B. Figuren 2a und b).
Es wird explizit darauf hingewiesen, daß die beschriebene Ventilausführung mit vier Druckbeaufschlagungselementen X1 bis X4 lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Die Anzahl der Druckbeaufschiagungselemente ist für die Erfindungsidee unerheblich, wobei sich jedoch die Verwendung einer geraden Anzahl, insbesondere von vier, sechs oder acht Druckbeaufschlagungselementen als besonders vorteilhaft darstellt. In einer solchen Ausführung sind die Druckbeaufschlagungselemente in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, stehen abwechselnd mit der ersten Ringnut 34 bzw. der zweiten Ringnut 36 in Verbindung und grenzen an Angriffsflächen 28 an, die in Umfangsrichtung abwechselnd in der einen und der entgegengesetzten anderen Richtung geneigt sind.
In den Figuren 3a bis 3c ist außerdem ein Zentrierelement 46 zu sehen, welches die innere Ventilhülse 38 relativ zur Eingangswelle 10 in eine vordefinierte Position, vorzugsweise die Mittenposition beaufschlagt. In der ersten Ausführungsform des Servoventils 8 gemäß den Figuren 3a bis 3c ist dieses Zentrierelement 46 eine C-Feder, welche durch einen Mitnehmerstift 48 mit der Eingangswelle 10 und durch einen axialen Vorsprung 50 der inneren Ventilhülse 38 mit der inneren Ventilhülse 38 gekoppelt ist. Das Zentrierelement 46 wirkt einer Relativverdrehung zwischen der Eingangswelle 10 und der inneren Ventilhülse 38 entgegen und beaufschlagt die Eingangswelle 10 und die innere Ventilhülse 38 in die in den Figuren 3a bis 3c gezeigte Mittenstellung des Servoventils 8. Im Grenzfall einer C-Feder mit unendlicher Federhärte würde die Eingangswelle 10 und die innere Ventilhülse 38 wie ein einstückiges, starres Bauteil wirken. Der Aktuator 26 hätte dann keinerlei Funktion, und das Servoventil 8 würde wie ein herkömmliches Drehschieberventil wirken, wobei die herkömmliche Eingangswelle dann aus der Eingangswelle 10, der inneren Ventilhülse 38, dem Aktuator 26 und dem Zentrierelement 46 bestehen würde.
In der Figur 4 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Servoventils 8 gezeigt, wobei der dargestellte Schnitt im wesentlichen dem Schnitt der Figur 3a entspricht. Der einzige Unterschied liegt in der veränderten Form der Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4. In der zweiten Ausführungsform sind die Druckbeaufschlagungselemente Vollkugeln, wohingegen sie in einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Figur 3a Halbkugeln mit zylinderförmigem Fortsatz sind. Auf die Funktionsweise des beschriebenen Servoventils 8 und die Vorteile der verschiedenen Formen der Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4 wird weiter unten in der Beschreibung der Figuren 6 bis 8 eingegangen.
Die Figur 5 zeigt eine dritte Ausführungsform des Servoventils 8, wobei diese Ausführungsform der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 4 sehr ähnlich ist. In Figur 5 ist kein „gerader Vollschnitt", sondern ein „aufgeklappter Sektorschnitt" dargestellt, d.h. die geschnitten dargestellten Druckbeaufschlagungselemente X2, X3 sind im Servoventil 8 nicht gegenüber, sondern benachbart (unter 90°) angeordnet. Dementsprechend ist der Druckkanal 44 der Führung 40 des Druckbeaufschlagungselements X2 auch mit der ersten Ringnut 34 verbunden, wohingegen der Druckkanal 42 der Führung 40 des Druckbeaufschlagungselements X3 mit der zweiten Ringnut 36 verbunden ist. Die Schnittführung ist in Figur 3c gepunktet dargestellt.
Die Besonderheit in der dritten Ausführungsform liegt in der veränderten Ausgestaltung des Zentrierelements 46. Die zuvor beschriebene C-Feder wurde in dieser Ausführungsform durch federbeaufschlagte Kugeln 52 ersetzt, welche in Radialbohrungen 54 der Eingangswelle 10 eingesetzt sind, so daß die Kugeln 52 radial nach außen gedrückt werden. Die federbeaufschlagten Kugeln 52 werden dadurch in Gleitnuten 56 gepreßt, die an der Innenseite der inneren Ventilhülse 38 ausgebildet sind. Die Gleitnuten 56 haben in Umfangsrichtung eine veränderliche Tiefe, wobei sich die tiefste Stelle der Gleitnuten 56 in der Ventilmittenstellung jeweils gegenüber einer Radialbohrung 54 befindet. Ohne eine entgegenwirkende Kraft wird die innere Ventilhülse 38 relativ zur Eingangswelle 10 so verdreht, daß die druckfederbeaufschlagten Kugeln 52 an der Stelle mit der größten Nuttiefe angreifen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die innere Ventilhülse 38 relativ zur Eingangswelle 10 in die Ventilmittenstellung beaufschlagt wird, analog zu den vorherigen Ausführungsformen.
Die Funktionsweise des Servoventils 8 wird im folgenden anhand der Figuren
6 bis 8 beschrieben, wobei sich das Servoventil 8 in den Figuren 6a bis 6c in einer Ventilmittenstellung, in den Figuren 7a bis 7c in einer ersten Ventilend- Stellung und in den Figuren 8a bis 8c in einer entgegengesetzten zweiten
Ventilendstellung befindet.
In der Ventilmittenstellung gemäß den Figuren 6a bis 6c sind die Drücke in der ersten und zweiten Ringnut 34, 36 im wesentlichen identisch, so daß alle Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4 gleichmäßig beaufschlagt sind. Bei- spielsweise sind beide Ringnuten 34, 36 drucklos, so daß sich die dargestellte Ventilmittenstellung in Folge der Wirkung des Zentrierelements 46 einstellt. Bevorzugt herrscht jedoch in den Ringnuten 34, 36 ein geringer Überdruck, um die Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4 stets in Anlage mit den Angriffs- flächen 28 und damit in einer definierten Position zu halten. Alternativ oder zusätzlich können in den Führungen 40 auch Federn vorgesehen sein, um eine definierte Position der Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4 sicherzustellen. Der Überdruck und/oder die Federkraft der Federn wird dabei so gewählt, daß sich keine Verdrehung der inneren Ventilhülse 38 relativ zur äußeren Ventilhülse 12 einstellt und das Servoventil 8 folglich in seiner Mittenstellung bleibt. Gemäß der Figur 6b befindet sich das Druckbeaufschlagungselement X3 sowie das gegenüberliegende Druckbeaufschlagungselement X1 etwa in der Mitte der jeweils zugeordneten geneigten Angriffsfläche 28.
Auch das Druckbeaufschlagungselement X4 sowie das gegenüberliegende
Druckbeaufschlagungselement X2 befinden sich gemäß Figur 6c etwa in der Mitte der jeweils zugeordneten geneigten Angriffsfläche 28, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, daß die geneigten Flächen der Druckbeaufschlagungselemente Xi, X3 und der Druckbeaufschlagungselement X2, X4 in Umfangsrichtung entgegengesetzt geneigt sind.
Die Figuren 7a bis 7c zeigen das Servoventil 8 im Bereich einer ersten Ventilendstellung. Die erste Ventilendstellung ist dabei so definiert, daß sich die zusammenwirkenden Steuernuten aus ihrer Mittenstellung relativ zueinander in einer Richtung maximal verdreht haben. Bei einer Verdrehung in der anderen, entgegengesetzten Richtung wird entsprechend die zweite Ventälendstellung (vgl. Figuren 8a bis 8c) erreicht. Üblicherweise sind die zusammenwirkenden Steuernuten in einer der Ventilendstellungen gegenüber der Mittenstellung um ca. 3° verdreht.
Um das Servoventil 8 ohne Aufbringen eines Handmoments in die erste Ventilendstellung zu bewegen, wird die zweite Ringnut 36 mit Druck beaufschlagt, so daß die Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4 unter
Drehung des Flansches 20 und damit der inneren Ventilhülse 38 auf den geneigten Angriffsflächen 28 gleiten. Die Druckbeaufschlagungselemente X1, X3 werden dabei in axialer Richtung aus ihren Führungen 40 heraus in Richtung zur Ausgangswelle 14 (in den Figuren 7a bis 7c nach links) gedrückt. Die
Druckbeaufschlagungselemente X2, X4 werden durch diese Verdrehung des
Flansches 20 bzw. der inneren Ventilhülse 38 in entgegengesetzter Richtung in ihre Führungen 40 hineingedrückt (Figur 7c). Um das Servoventil 8 gemäß den Figuren 8a bis 8c in eine zweite Ventilendstellung zu bewegen, wird die erste Ringnut 34 unter Druck gesetzt, so daß sich die Druckbeaufschlagungselement X2, X4 aus ihren Führungen 40 heraus in Richtung zur Ausgangswelle 14 (in den Figur 8a bis 8c nach links) bewegen. Die Druckbeaufschlagungselemente X2, X4 gleiten dabei auf ihren zugeordneten, geneigten Angriffsflächen 28 so, daß sich der Flansch 20 und die innere Ventilhülse 38 relativ zum Führungsbauteil 22 bzw. der Eingangswelle 10 verdrehen. In diesem Fall werden die Druckbeaufschlagungselemente X1, X3 in ihre jeweils zugeordneten Führungen 40 hineingedrückt. In der Figur 8b ist dies als eine Verschiebung des Druckbeaufschlagungselements X3 nach rechts dargestellt.
Gemäß den obigen Ausführungen befinden sich die Druckbeaufschlagungselemente X1, X3 in der zweiten Ventilendstellung auf ihrem „höchsten" Punkt bezüglich ihrer zugeordneten Ausnehmung 30, und die Druckbeaufschlagungselemente X2, X4 befinden sich auf ihrem „tiefsten" Punkt bezüglich ihrer zugeordneten Ausnehmungen 30. Da die Angriffsflächen 28 der Druckbeaufschlagungselemente X1, X3 in Umfangsrichtung entgegengesetzt zu den Angriffsflächen 28 der Druckbeaufschlagungselemente X2, X4 geneigt sind, können die Eingangswelle 10 und die innere Ventilhülse 38 ausgehend von der Mittenstellung relativ zueinander in beide Richtungen verdreht werden.
Die Druckbeaufschlagungseiemente X1 bis X4 sind unabhängig von der
Ventilstellung in ihren jeweiligen Führungen 40 dichtend geführt. Im Falle einer Ausführung der Druckbeaufschlagungseiemente X1 bis X4 als Halbkugeln mit zylinderförmigen Fortsatz (vgl. z.B. Figur 3a) ist eine besonders gute Dichtwirkung zu erzielen, da die Druckbeaufschlagungseiemente X1 bis X4 jeweils über die gesamte axiale Abmessung ihres zylinderförmigen Fortsatzes dichtend an der Führung 40 anliegen.
Bei einer Ausführung der Druckbeaufschlagungseiemente Xi bis X4 als Vollkugeln (vgl. z.B. Figuren 4 und 5) besteht eine geringere Dichtwirkung, da die Kugel in axialer Richtung gesehen lediglich in einem Punkt, nämlich dem Kugeldurchmesser an der Führung 40 anliegt. Der Vorteil einer Kugelausführung liegt in der geringeren Reibung innerhalb des Aktuators 26, da die Kugeln bei einer Druckbeaufschlagung entlang der geneigten Angriffsflächen 28 rollen können. In der Ausführung gemäß Figur 3a ist ein Rollen der Druckbeauf- schlagungselemente X1 bis X4 nicht möglich, so daß die Druckbeaufschlagungselemente X1 bis X4 entlang den geneigten Angriffsflächen 28 gleiten, wobei verglichen mit der niedrigeren Rollreibung eine erhöhte Gleitreibung entsteht.

Claims

Patentansprüche
1. Servoventil mit einer drehbaren Eingangswelle (10), der erste Steuernuten zugeordnet sind, und einer äußeren Ventilhülse (12), die mit der Eingangswelle gekoppelt ist und in der zweite Steuernuten ausgebildet sind, wobei die Eingangswelle (10) relativ zur äußeren Ventilhülse (12) drehbar ist und die ersten und zweiten Steuernuten so zusammenwirken, daß sie einen Durchflußquerschnitt im Servoventil festlegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Eingangswelle (10) gekoppelte und relativ zur Eingangswelle (10) drehbare innere Ventilhülse (38) vorgesehen ist, in der die ersten Steuernuten ausgebildet sind.
2. Servoventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (10), die innere Ventilhülse (38) und die äußere Ventilhülse (12) relativ zueinander um eine Achse (A) drehbar sind, wobei die innere Ventilhülse (38) in radialer Richtung gesehen zwischen der Eingangswelle (10) und der äußeren Ventilhülse (12) angeordnet ist.
3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zentrierelement (46) vorgesehen ist, welches die innere Ventilhülse (38) relativ zur Eingangswelle (10) in eine vordefinierte Position beaufschlagt.
4. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktuator (26) vorgesehen ist, der die innere Ventilhülse (38) relativ zur Eingangswelle (10) verdrehen kann.
5. Servoventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (26) druckgesteuert ist.
6. Servoventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (26) mehrere axial geführte Druckbeaufschlagungselemente (X1, X2, X3, X4) aufweist, wobei die innere Ventilhülse (38) durch eine axiale Bewegung der Druckbeaufschlagungselemente (X1, X2, X3, X4) relativ zur Eingangswelle (10) verdreht werden kann.
7. Servoventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (26) ein fest mit der Eingangswelle (10) verbundenes Führungsbauteil (22) umfaßt, in dem die Druckbeaufschlagungselemente (X1, X2, X3, X4) axial geführt sind, und einen fest mit der inneren Ventilhülse (38) verbundenen Flansch (20), der in Umfangsrichtung geneigte Angriffsflächen (28) aufweist, wobei die Druckbeaufschlagungselemente (Xi, X2, X3, X4) gegen die Angriffsflächen (28) beaufschlagt werden können.
8. Servoventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Angriffsflächen (28) unterschiedliche, insbesondere entgegengesetzte Neigungen aufweisen, und nur ein Teil der Druckbeaufschlagungselemente (X1, X2, X3, X4) unter Druck gesetzt werden kann.
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