DE3043968C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfinung betrifft ein Drehventil für hydraulische Hilfskrafteinrichtungen, insbesondere für Hilfskraftlenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Drehventil dieser Art ist aus der DE-OS 27 07 991 bekannt. Das bekannte Drehventil besitzt einen durch die Eingangswelle verschwenkbaren zweiarmigen Hebel, dessen beide Arme je einen im Ventilgehäuse aufgenommenen Ventil­ schieber über dessen eine Stirnfläche gegenläufig betätigen. Über die Lagerung des zweiarmigen Hebels sowie dessen An­ bringung an der Eingangswelle ist in der DE-OS 27 07 991 nichts ausgesagt. Es ist dort lediglich erwähnt, daß der zweiarmige Hebel an einer das Lenkrad des Fahrzeuges tragenden Welle befestigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehventil der angegebenen Art zu schaffen, das sich durch einen besonders einfachen und kompakten Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Drehventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Ventilschieber eines Drehventils für eine Hilfskraft­ lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug;

Fig. 2 in schematischer Weise eine Hilfskraft­ lenkeinrichtung, bei der ein im Schnitt dargestelltes Drehventil Verwendung findet;

Fig. 3 eine Detailansicht, die die Form des zweiarmigen Hebels des in Fig. 2 dar­ gestellten Drehventils zeigt, wobei dieser Hebel in Richtung des Pfeiles der Fig. 2 dargestellt ist; und

Fig. 4 ein Diagramm, das die mit dem in Fig. 1 dargestellten Ventilschieber erhaltene "Druckverschiebungs"-Charakteristik zeigt.

Ein in Fig. 1 dargestellter Ventilschieber 11 umfaßt ein Ventilgehäuse 12, in dem eine Bohrung 13 ausgebildet ist, innerhalb welcher ein Betätigungselement 14 verschoben wird. Dieses Betätigungselement 14 besteht aus einem Ventilstößel 15 und aus einer diesen umgebenden Ventilhülse 16. Die Bohrung 13 umfaßt zwei Abschnitte 17 und 18 unterschied­ lichen Durchmessers (der Durchmesser des Abschnittes 17 ist größer als der Durchmesser des Abschnittes 18), während die Ventilhülse 16 ebenfalls zwei Abschnitte 19 und 20 unter­ schiedlichen Durchmessers besitzt, die jeweils den Durch­ messern der Abschnitte 17 und 18 entsprechen, so daß die Ventilhülse 16 innerhalb der Bohrung 13 in Längsrichtung gleiten kann. Auf diese Weise wird eine äußere Schulter 21 zwischen den Abschnitten 19 und 20 der Hülse 16 gebildet. Das Ventilgehäuse 12 umfaßt eine Zuführöffnung 25 für unter Druck stehendes Strömungsmittel, die in den Abschnitt 18 kleineren Durchmessers über eine innere ringförmige Nut 26 führt. Das Ventilgehäuse 12 umfaßt des weiteren eine Hoch­ druckauslaßöffnung 27, die in den Abschnitt 17 führt. Die Zuführöffnung 25 kann an eine Druckquelle, wie beispiels­ weise einen Druckspeicher, angeschlossen werden, während die Auslaßöffnung 27 mit einem Arbeitsraum eines Arbeitszylin­ ders verbunden ist. Querbohrungen 28 durchsetzen die Hülse 14 in Höhe der Nut 26. In ähnlicher Weise durchsetzen Quer­ bohrungen 29 die Ventilhülse 14 in Höhe der Auslaßöffnung 27.

Der Ventilstößel 15 (dessen Außendurchmesser dem Innendurch­ messer der Ventilhülse 16 entspricht) kann in Axialrichtung innerhalb der Hülse gleiten, wenn eine Axialkraft auf sein eines Ende 30 aufgebracht wird. Der andere Endabschnitt des Ventilstößels 15 (dem einen Ende 30 entgegengesetzt) bildet einen Steuerbund 31 zum Blockieren der inneren Öffnungen der Querbohrungen 29, wobei dieser Abschnitt durch zwei Steuer­ kanten 32 und 33 begrenzt wird. Die erste Kante 32 wird durch das Ende einer Ringnut 34 gebildet, die am Ventil­ stößel benachbart zu dem Steuerbund 31 ausgebildet ist. Diese Ringnut 34 erstreckt sich über eine solche Länge des Ventilstößels 15, daß die Querbohrungen 28 mit der Ringnut in Verbindung stehen, welche Lage auch immer die Ventilhülse relativ zum Ventilstößel einnimmt. Folglich reguliert die erste Kante 32 das in Verbindungbringen der Kammer der Hilfskrafteinrichtung mit der Druckquelle. Die zweite Kante 33 wird durch den Umfang des anderen Endes 36 des Ventil­ stößels 15 gebildet, das dem einen Ende 30 gegenüberliegt. Des weiteren bildet eine innere Schulter 40 der Ventilhülse 16 zwei parallele Anschläge 41 und 42. Das Ventilgehäuse 12 selbst umfaßt eine Bodenwand, die eins Anschlagfläche 43 bildet, welche das Bewegungsende der Ventilhülse 16 fest­ legt. Eine erste Schraubenfeder 44 ist zwischen der Fläche 43 und dem Anschlag 41, d. h. zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilstößel angeordnet. Eine zweite Schraubenfeder 45 von geringerer Steifigkeit als die erste Feder 44 ist zwischen dem Ende 36 und dem Anschlag 42 angeordnet.

Diese Schraubenfeder 45 wird mit Vorspannung montiert, da sich der Ventilstößel 15 in Ruhelage über sein eines Ende 30 gegen einen beweglichen Arm 47 lagert. Die Feder 45 über­ trägt daher eine Anfangsspannung auf die Feder 44, so daß die anfängliche Position des gesamten Betätigungselementes 14 vollständig durch die Ruhelage des beweglichen Armes 47 und eine vorgegebene Kompression der Federn 44 und 45 be­ stimmt wird. Das Ventilgehäuse 12 ist des weiteren mit einer großen Öffnung 50 ausgestattet, die mit einem Behälter in Verbindung steht. Diese Öffnung steht mit dem Innenraum der Hülse 16 (insbesondere über ein in der Wand der Hülse ausge­ bildetes Loch 51) in Verbindung, der durch das andere Ende 36 des Ventilstößels 15 begrenzt ist. Folglich bilden der Raum, der im wesentlichen zwischen dem Ende 36 und der An­ schlagfläche 43 ausgebildet ist (und die beiden Federn 44 und 45 beherbergt),sowie die Öffnung 50 eine Niederdruck­ strömungsbahn, durch die das Strömungsmittel zum Behälter zurückgeführt wird, wenn die Kammer der Hilfskraftein­ richtung entleert wird. Die zweite Kante 33 reguliert somit das Rückströmen des Druckmittels aus der Kammer der Hilfs­ einrichtung.

Die Funktionsweise des Ventilschiebers wird nunmehr anhand der Fig. 1 und 4 beschrieben.

Der bewegliche Arm 47 übt auf den Ventilstößel 15 eine Kraft aus, die der Vorspannkraft der Federn 44 und 45 entspricht, so daß die Ruhelage der verschiedenen Elemente des Ventil­ schiebers, d. h. die in Fig. 1 dargestellten Positionen, mit hoher Präzision festgelegt werden. In diesem Zustand ermög­ licht der Ventilschieber eine Verbindung zwischen der Hoch­ druckauslaßöffnung 27 und dem Rücklauf, da die Kante 33 so angeordnet ist, daß sie die Öffnungen der Querbohrungen 29 teilweise freigibt. Wenn der Arm 47 über eins sehr kurze Strecke in Fig. 1 nach links verschoben wird, blockiert die Kante 33 gerade die inneren Öffnungen der Querbohrungen 29, ohne daß die Kante 32 zwischen diesen Leitungen und der mit der Öffnung 25 verbundenen Druckquelle eine Verbindung her­ stellt. Die mit der Öffnung 27 verbundene Hilfskraftein­ richtung ist daher isoliert, so daß die Hilfskraftein­ richtung keine Unterstützung zur Verfügung stellen kann, was dem Abschnitt OA der "Druckverschiebungs"-Charakteristik der Fig. 4 entspricht.

Darüber hinaus wird bei einer gleichen geringfügigen Ver­ schiebung des Ventilstößels 15, solange die Kante 32 die inneren Öffnungen der Querbohrungen 29 nicht freigibt, die­ ser gegen die Kraft der Feder 45 verschoben, deren Steifig­ keit bekanntlich im Vergleich zu der der Feder 44 gering ist. Die Ventilhülse 16 wird daher während dieser Funktions­ phase nicht verschoben.

Wenn der Arm 47 seine Bewegung fortsetzt, ändern sich die Relativlagen zwischen dem Ventilstößel und der Ventilhülse kaum, da, solange die Kante 32 die Öffnungen der Querbohrun­ gen 29 freigibt, das unter Druck stehende Strömungsmittel auf die Schulter 21 einwirkt und die Ventilhülse 16 zur gleichen Zeit wie der Ventilstößel 15 verschoben wird und die Feder 44 zusammendrückt. Somit ist die Position der Ventilhülse vom Ventilstößel 15 abhängig, der die Quer­ bohrungen 29 durch die Wirkung der Kanten 32 und 33 ent­ weder mit der Hochdruckseite oder mit dem Behälter in Ver­ bindung bringt. Darüber hinaus übt die Feder 44, wenn sie zusammengedrückt wird, eine Reaktionskraft auf die Ven­ tilhülse in Fig. 1 nach rechts aus, die nur durch ein Anwachsen des Druckes abstromseitig von der Kante 32 (in Strömungsrichtung des Druckmittels von der Druckquelle, die mit der Öffnung 25 verbunden ist, zu der Hilfskraftein­ richtung, die mit der Öffnung 27 verbunden ist) kompensiert werden kann, d. h. insbesondere an der Schulter 21, die eine Kolbenfläche bildet. Der Druck in der Kammer der Hilfskraft­ einrichtung steigt daher in Abhängigkeit von der Kompression der Feder 44 linear an, da die Kontraktionscharakteristik derselben linear ist. Diese Phase entspricht dem Abschnitt AB der in Fig. 4 dargestellten "Druckverschiebungs-"Charak­ teristik. Die Proportionalität des Anwachsens des Druckes in der Kammer der Hilfskrafteinrichtung kann daher äußerst ein­ fach und äußerst genau bestimmt werden, da die Steifigkeit der Feder 44 und die Oberfläche der Schulter 21 Parameter darstellen, die man produktionsmäßig sehr einfach be­ herrschen kann. Der Punkt B in Fig. 4 entspricht dem Kon­ taktpunkt zwischen der Ventilhülse 16 und der Anschlagfläche 43. Eine weitere Verschiebung des beweglichen Armes 47 bringt daher die Querbohrungen 29 in völlig offene Verbin­ dung mit der Hochdruckquelle.

Somit wird ein großer Druckanstieg in der Kammer des Ar­ beitszylinders verzeichnet, der dem vertikalen Abschnitt der Kurve der Fig. 4 entspricht. Ab Punkt C ist eine Sätti­ gungsdruckschwelle erreicht, die dem Nenndruck der Druck­ quelle entspricht.

Wenn daher ein derartiger Ventilschieber die Kammer einer Hilfskrafteinrichtung der Lenkzahnstange eines Motorfahrzeu­ ges speist, variiert die von der Hilfskrafteinrichtung auf die Zahnstange übertragene Hilfskraft nach der in Fig. 4 dargestellten Charakteristik, d. h. keine Unterstützung bei einem Fahrzustand mit hoher Geschwindigkeit und entlang einer geraden Straße, durchschnittliche Unterstützung, die dem Lenkwinkel proportional ist, bei einem Fahrzustand ent­ lang einer kurvenreichen Straße und eine sehr große Unter­ stützung bei Parkvorgängen.

Eine Hilfskraftlenkeinrichtung und ein Drehventil, das mit zwei Ventilschiebern 11 _a und 11_b des vorstehend beschriebe­ nen Typs ausgerüstet ist, wird nunmehr anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben. Die verschiedenen Teile dieser Ventil­ schieber sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen und weisen jeweils einen Index a oder b auf.

Die schematisch in Fig. 2 dargestellte Hilfskraftlenkein­ richtung umfaßt in herkömmlicher Weise eine Pumpe 100, die einen Druckspeicher 101 mit einem Nenndruck lädt, der über einen Unterbrecherschalter 102 bereitgestellt wird. Der Druckspeicher 101 bildet die vorstehend erwähnte Druckmit­ telquelle und ist an einen Anschluß 104 des Drehventils 103 angeschlossen. Ein Anschluß 105 ist mit einem Behälter ver­ bunden, aus dem die Pumpe 100 ansaugt. Die zwei Kammern 108 und 109 eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders (Hilfs­ krafteinrichtung) 107 werden über das Drehventil 103 mit Strömungsmittel gespeist. Der Kolben 110 dieses Arbeits­ zylinders ist mit einer einseitigen Kolbenstange 111 ver­ bunden, die sich durch die Kammer 112 erstreckt.

Das Drehventil 103 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 115, in dem eine Bohrung ausgebildet ist, die einen Rotor 116 beherbergt, der über eine Ausgangswelle 117 (die sich in Radialrichtung relativ zu dem Gehäuse 115 erstreckt) mit der vorstehend erwähnten Zahnstange, die durch den Ar­ beitszylinder 107 unterstützt wird, verbunden ist. Dasjenige Ende des Gehäuses 118, das der Ausgangswelle 117 gegenüber­ liegt, ist durch einen Deckel 118 verschlossen, in dem Ku­ gellager 119 angeordnet sind, die eine Eingangswelle 120 lagern, die in ähnlicher Weise axial angeordnet und mit der Lenkspindel des Fahrzeuges verbunden ist. Die beiden Wellen sind über einen axialen Torsionsstab 121 mit Hilfe von Stiften 122 und 123 miteinander verbunden. Für den Fall, daß die vom Arbeitszylinder geforderte Leistung größer ist als die Leistung, die durch den maximalen hydraulischen Druck erzeugt werden kann, können Seitenteile 125 des Ausgangs­ rotors mit dem inneren Ende 127 der Eingangswelle 120 in Eingriff treten. Zu diesem Zwecke ist das Ende 127 mit seit­ lichen Eingriffslagerflächen versehen, die mit dem Ende 127 nach Überwinden der maximalen Torsionsamplitude des Tor­ sionsstabes 121 in Berührung kommen.

Abgesehen von diesen beiden Seitenteilen 125 besitzt der Ausgangsrotor 116 eine allgemein zylindrische Form und kann innerhalb des Gehäuses 115 rotieren. Der Ausgangsrotor bil­ det einen gemeinsamen Hauptkörper für die beiden Ventil­ schieber 11a und 11b, deren Betätigungselemente entlang der Achse des Torsionsstabes 121 und an jeder Seite desselben angeordnet sind. Der Ausgangsrotor umfaßt des weiteren einen axialen Ringraum 135, der den Durchgang dieses Torsions­ stabes ermöglicht. Schließlich umfaßt der Ausgangsrotor 116 drei äußere kreisförmige Nuten 128, 129, 130, die durch ringförmige Dichtungen 131 gegeneinander und gegenüber dem Rest der Vorrichtung isoliert sind. Die Nut 128 liegt dem Anschluß 104 gegenüber, und die beiden Öffnungen 25a und 25b führen in diesen hinein. Das Gehäuse 103 umfaßt des weiteren zwei andere Anschlüsse, die ähnlich ausgebildet sind wie die Anschlüsse 104 und 105, jedoch in Fig. 2 nicht sichtbar sind, da sie nicht in der Schnittebene angeordnet sind. Sie sind jeweils mit den Kammern 108 und 109 des Arbeitszylin­ ders 107 über die Leitungen 132 und 133 verbunden. Der mit der Leitung 132 verbundene Anschluß liegt der Nut 130 gegen­ über, während der mit der Leitung 133 verbundene Anschluß der Nut 129 gegenüberliegt. Die Öffnung 27a führt in die Nut 129, während die Öffnung 27b in die Nut 130 führt. Die beiden Enden 30a und 30b der beiden Ventilstößel 15a und 15b sind gegen einen zweiarmigen Hebel 137 gelagert, welcher um eine Achse 138 verschwenkbar ist, die sich senkrecht zur Achse des Torsionsstabes 121 erstreckt. Ein seitlicher Arm 139 dieses Hebels ist mechanisch mit der Eingangswelle 120 ge­ koppelt. Zwei koplanare Lagerzonen dieses Hebels, die an jeder Seite der Achse 130 angeordnet sind, bilden daher die entsprechenden beweglichen Arme 47a, 47b für die beiden Ventilschieber. Eine kreisförmige Ausnehmung 140 ist in der Mitte des Hebels ausgebildet und gestattet den Durchgang des Torsionsstabes 121 und der ausgerichteten seitlichen Lager 141, die die Schwenkachse 138 an jeder Seite dieser Aus­ nehmung verkörpern. Von den Seitenteilen 125 des Ausgangs­ rotors getragene Schwenkzapfen 142 befinden sich mit den La­ gern in Eingriff und halten den Hebel im Gehäuse 115 in Position. Der Arm 139 verläuft senkrecht zur gemeinsamen Ebene der beiden beweglichen Arme 47a und 47b und endet in einem kugelförmigen Abschnitt 145, der sich mit einem seit­ lichen Schlitz 146 in der Eingangswelle 120 in Eingriff be­ findet. Der Anschluß 105 führt in den Raum 147, in dem sich der Hebel bewegt, wobei dieser Raum 147 und die axiale Aus­ nehmung 135 einen Teil des vorstehend erwähnten Rücklaufka­ nales bilden.

Die Wirkungsweise dieser Hilfskraftlenkeinrichtung wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich. Eine Drehung der Lenkspindel in einer Richtung führt zu einem bestimmten Win­ kelversatz zwischen der Eingangswelle 120 und dem Ausgangs­ rotor 116, je nach der Verdrehung des Torsionsstabes 121. Dieser Winkelversatz bewirkt eine Verschwenkung des zwei­ armigen Hebels 137, die zu einer gegenläufigen Verschiebung der beiden Ventilschieber führt. Die Arbeitsräume 108 bzw. 109 werden gemäß der in Fig. 4 dargestellten Charakteristik mit Druckmittel beaufschlagt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung weist der Ar­ beitszylinder 107 eine einseitige Kolbenstange auf. Zum Aus­ gleich der sich hierdurch ergebenden unterschiedlichen Hilfswirkung in beiden Arbeitsrichtungen ist die Feder 44a des Ventilschiebers 11a, der mit der Kammer 109 in Verbin­ dung steht, mit einer größeren Steifigkeit ausgestattet als die Feder 44b des Ventilschiebers 11b, der mit der Kammer 108 des Arbeitszylinders in Verbindung steht.

Claims (5)

1. Drehventil für hydraulische Hilfskrafteinrichtungen, ins­ besondere Hilfskraftlenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, in welchem eine mit einer Betätigungsspindel verbundene Eingangswelle und ein mit einer Steuergetriebeein­ gangswelle verbundenes Ventilgehäuse drehbar gelagert sind und welches eine Anschlußöffnung für eine Druckmittelquelle und für einen Druckmittelbehälter sowie 2 Anschlußöffnungen für die beiden Arbeitsräume eines doppelt wirkenden Arbeits­ zylinders aufweist, mit einem Steuergetriebe, das die Steuer­ getriebeeingangswelle mit der Kolbenstange des Arbeitszylinders koppelt und mit einem durch die Eingangswelle verschwenkbaren zweiarmigen Hebel, dessen beide Arme je einen im Ventilgehäuse aufgenommenen Ventilschieber über dessen eine Stirnfläche gegenläufig betätigen, wobei das Ventilgehäuse und die Ein­ gangswelle in ihrer Drehstellung gegeneinander durch zwischen Ventilgehäuse und Ventilschieber wirkende Zentrierfedern zentriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilschieber (11, 11a, 11b) parallel zu beiden Seiten der Mittellängsachse des Ventilgehäuses (12) in diesem ange­ ordnet sind und daß der zweiarmige Hebel (137) im Ventil­ gehäuse (12) über in dessen Mantelfläche sitzende Schwenk­ zapfen (142) um eine die Mittellängsachse des Ventilgehäuses (12) senkrecht schneidende Achse schwenkbar gelagert ist und seitlich versetzt zur Mittelachse einen parallel zu dieser abstehenden Arm (139) aufweist, der spielfrei in einen Schlitz (146) der Eingangswelle (120) eingreift.

2. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (12) und die Eingangswelle (120) durch einen Torsionsstab (121) miteinander verbunden sind.

3. Drehventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Ventilschieber (11, 11a, 11b) aus einem Ventil­ stößel (15) und einer diesen umgebenden Ventilhülse (16) besteht und die Ventilhülse (16) jeweils gegen das Ventil­ gehäuse (12) durch eine Schraubenfeder (44) mit größerer und gegen den zugehörigen Ventilstößel (15) durch eine Schrauben­ feder (45) mit geringerer Federrate abgestützt ist, daß der Druckmittelzufluß über eine Querbohrung (28) in der Ventil­ hülse (16) zu einer Ringnut (34) des Ventilstößels (15) erfolgt, deren eine Begrenzung ein Steuerbund bildet, dessen die Ringnut (34) abschließende Steuerkante den Zufluß zu einem der Arbeitsräume des Arbeitszylinders (107) und dessen andere Steuerkante den Abfluß aus diesem steuert, wobei Zu- und Abfluß über eine Querbohrung (29) in der Ventil­ hülse (16) sowie einen diese umgebenden Ringraum erfolgen, der an seinem dem zweiarmigen Hebel (137) zugekehrten Ende durch eine Durchmesserstufe in der die Ventilhülse (16) auf­ nehmenden Bohrung und an seinem anderen Ende durch eine Durchmesserstufe der Ventilhülse (16) begrenzt ist.

4. Drehventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche einer axialen Ringverlängerung (51) der Ventilhülse (16) deren Verschiebung im Ventilgehäuse (12) gegen die Kraft der Feder (44) mit der höheren Federrate begrenzt.

5. Drehventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelabfluß aus den Arbeitsräumen des Arbeits­ zylinders (107) von der zugeordneten Steuerkante des je­ weiligen Ventilstößels (15) über den Federraum der Ventil­ hülse (16) zu einem den Torsionsstab (121) enthaltenden, mit der Druckmittelrücklauföffnung des Gehäuses in Verbin­ dung stehenden Ringraum (135) erfolgt.