DE102005006418A1

DE102005006418A1 - Servoventil

Info

Publication number: DE102005006418A1
Application number: DE200510006418
Authority: DE
Inventors: Johannes Baur
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-02-12
Filing date: 2005-02-12
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Servoventil (1), insbesondere für eine hydraulische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Ventilelement (2), das mit einem Ventileingangsglied (3) drehfest verbunden ist, und mit einem zweiten Ventilelement (4), das mit einem Ventilausgangsglied drehfest verbunden ist, und mit einer Zentriereinrichtung (6) zwischen den Ventilelementen (2, 4) zur begrenzten elastischen Torsion des ersten Ventilelements (2) gegenüber dem zweiten Ventilelement (4). DOLLAR A Um ein Servoventil zu schaffen, dessen Zentriereinrichtung zwischen seinen Ventilelementen einfach und kostengünstig darstellbar ist, ist vorgesehen, dass die Zentriereinrichtung (6) ausschließlich durch ein mit dem ersten Ventilelement (2) verbundenen ersten Zentrierelement (7) mit Schrägflächen (8) und einem zweiten Zentrierelement (9) mit oder ohne Schrägflächen (10) gebildet ist, wobei zwischen den Schrägflächen (8, 10) des ersten und zweiten Zenrierelements (7, 9) ein Wälzkörper (11) angeordnet ist und die Zentrierelemente (7, 9) mit einer Feder (12) gegeneinander gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Servoventil, insbesondere für eine hydraulische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 195 41 749 C1 beschreibt ein als Drehschieberventil ausgebildetes Servoventil für eine hydraulische Hilfskraft- und Fremdkraftlenkung, welches im Wesentlichen aus einem Drehschieber, der ein erstes Ventilelement darstellt und einer koaxial um den Drehschieber angeordneten Steuerbuchse, die ein zweites Ventilelement bildet, besteht. Das Drehschieberventil besitzt einen Druckanschluß der mit der Druckseite einer Servopumpe verbunden ist. An das Drehschieberventil mündet ferner ein Niederdruckanschluß und zwei Motoranschlüsse eines Servomotors, der als doppelt wirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat ausgebildet ist und zur Lenkwinkelverstellung gelenkter Räder eines Fahrzeuges dient. Das Drehschieberventil besitzt eine offene Mitte, wobei alle Druckmittel-Anschlüsse über Steuernuten in dem Drehschieber und der Steuerbuchse miteinander kommunizieren, wenn der Drehschieber und die Steuerbuchse relativ zueinander eine Mittelstellung einnehmen. Wird der Drehschieber relativ zu der Steuerbuchse in der einen oder anderen Richtung verdreht, wird bei arbeitender Servopumpe zwischen den Motoranschlüssen eine mehr oder weniger große steuerbare Druckdifferenz in der einen oder anderen Richtung erzeugt, mit der Folge, dass der Servomotor in die eine oder andere Richtung eine entsprechend große Stellkraft erzeugt. Der Drehschieber und die Steuerbuchse sind miteinander durch einen in einer Axialbohrung des Drehschiebers angeordneten Drehstab verbunden, welcher die Steuerbuchse und den Drehschieber in ihrer Mittelstellung relativ zueinander zu halten versucht. Die Axialbohrung in dem Drehschieber ist aufwendig herzustellen.

Es ist eine parametergesteuerte Zahnstangen-Hydrolenkung als „ZF-Servotronic 2" bekannt, die ein Drehschieberventil aufweist, wobei die wesentlichsten Bauteile ein Drehschieber mit mindestens sechs Nuten auf seiner Mantelfläche und eine diesen umgebende Steuerbuchse sind, die mit einem Antriebsritzel für den Antrieb einer Zahnstange verbunden ist. Auf ihrer radialen, dem Drehschieber zugewandten Seite der Steuerbuchse weist die Steuerbuchse entsprechend abgestimmte Axialnuten auf. Die Mittenzentrierung des Drehschiebers erfolgt vorrangig durch einen Drehstab, der zudem den Drehschieber und die Steuerbuchse verbindet. Der Drehstab stellt eine erste Zentriereinrichtung zwischen dem Drehschieber und der Steuerbuchse dar, die eine begrenzte elastische Torsion des Drehschiebers gegenüber der Steuerbuchse ermöglicht. Eine zweite Zentriereinrichtung ist durch ein fest mit dem Drehschieber an dessen axialer Endfläche angeordnetes Zentrierstück und einem zweiten Zentrierstück an einem mit einer Druckfeder belasteten Rückwirkkolben gebildet. Zwischen den Zentrierstücken sind Wälzkörper an Schrägflächen gehalten. Der Rückwirkkolben ist drehfest aber axial verschiebbar zu dem Drehschieber gehalten. In einem Arbeitsraum hinter dem Rückwirkkolben (Rückwirkraum) wird in Abhängigkeit von Fahrzeug- und Fahrtparametern ein Druck aufgebaut, der dazu führt, dass die zweite Zentriereinrichtung den Drehschieber und die Steuerbuchse verstärkt in ihre Mittelstellung drängt. Ein höheres Betätigungsmoment ist dadurch an der Lenkhandhabe erforderlich, bis eine gewisse hydraulischen Servounterstützung der Lenkung einsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servoventil zu schaffen, dessen Zentriereinrichtung zwischen seinen Ventilelementen einfach aufgebaut ist und kostengünstig darstellbar ist.

Die Aufgabe wird mit einem Servoventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch dass die Zentriereinrichtung zwischen dem ersten Ventilelement und dem zweiten Ventilelement ausschließlich aus einem ersten Zentrierelement mit Schrägflächen, das mit dem ersten Ventilelement verbunden ist und aus einem zweiten Zentrierelement vorzugsweise auch mit Schrägflächen, das mit dem zweiten Ventilelement verbunden ist, gebildet ist, wobei zwischen den Schrägflächen des ersten und zweiten Zentrierelements ein Wälzkörper angeordnet ist und die Zentrierelemente mit einer Feder gegeneinander gehalten sind, ist es ermöglicht, auf einen Drehstab zu verzichten. Ebenso wird die aufwendige Axialbohrung in dem ersten Ventilelement zur dichtenden Aufnahme des Drehstabes überflüssig. Die Zentriereinrichtung und auch das erste Ventilelement lassen sich kostengünstiger und einfacher bauen.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Servoventil ist bevorzugt als Drehschieberventil ausgebildet, wobei das erste Zentrierelement an einem Rückwirkkolben festgelegt ist, wenn es sich um ein parametergesteuertes Drehschieberventil handelt. Um das Torsionsmoment zwischen den Zentrierelementen abzustützen, kann bei einer Anwendung einer nicht torsionssteifen Druckfeder das erste Zentrierelement drehfest, axial verschiebbar mit dem ersten Ventilelement verbunden sein. Die Feder drückt dann lediglich gegen das erste Zentrierelement und/oder den Rückwirkkolben während sie selbst kein Torsionsmoment aufzunehmen braucht.

Es kann aber zweckmäßig sein, das Axiallager zwischen dem ersten Zentrierelement und/oder dem Rückwirkkolben und dem ersten Ventilelement einzusparen, indem eine torsionssteife Feder zur Druckbelastung der Zentriereinrichtung angewandt wird. Dabei ist die torsionssteife Feder fest mit dem axialverschieblichen Rückwirkkolben und/oder dem axialverschieblichen ersten Zentrierelement und mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Ventilelement fest verbunden. Die torsionssteife Feder kann als Metallfaltenbalg gebildet sein, der sich an einem Teil eines Festlagers – etwa einem Lagerinnenring – des Drehschieberventilgehäuses abstützt. Der Lagerinnenring ist drehfest mit dem ersten Ventilelement verbunden.

Der Wälzkörper oder eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die sich an den Schrägflächen der beiden Zentrierelemente abstützen, kann tonnenförmig oder kugelförmig, vorzugsweise als Kugel ausgebildet sein. Die Schrägflächen der Zentrierelemente bilden bevorzugt zusammen ein Prisma, wobei die Schrägflächen auf denen sich die Wälzkörper abwälzen zusammen einen Steigungswinkel von etwa 25° bilden. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Zentriereinrichtung mit einer zylinderförmigen Druckfeder mit einer Federrate von etwa 380 N/mm bis 500 N/mm und insbesondere mit einer Federrate von 446 N/mm ausgebildet. Dabei wird eine Druckkraft von etwa 625 N von der Feder bereitgestellt und damit ein Torsionsmoment von etwa 2 Nm/° erzeugt. Zur Verdrehsicherung des ersten Zentrierelements oder des Rückwirkkolbens, die axialverschiebbar auf dem ersten Ventilelement angeordnet sind, ist bevorzugt eine Axialführung mit Kugeln zwischen dem ersten Ventilelement und dem ersten Zentrierelement angeordnet.

Das zweite Ventilelement, vorzugsweise der Drehschieber, ist mit dem Ventilausgangslied, vorzugsweise dem Ritzel, mit einer Totgangkupplung verbunden, um eine relative Verdrehung des ersten zu dem zweiten Ventilelement zu ermöglichen, aber einen sicheren Durchtrieb von der Lenkhandhabe zu dem Ventilausgangslied zu gewährleisten. Die Totgangkupplung begrenzt die relative Verdrehung der beiden Ventilelemente zueinander und schafft einen mechanischen Anschlag nach Aufbrauch des Verdrehweges zwischen dem ersten und zweiten Ventilelement. Über den mechanischen Anschlag wird bei Ausfall der hydraulischen Unterstützung die mechanische Lenkkraft übertragen.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Servoventil,
2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie I-I durch das Servoventil in 1,
3 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch ein Servoventil mit einem Faltenbalg als Feder.
In 1 ist in einem Längsschnitt ein als Drehschieberventil ausgebildetes Servoventil 1 für eine hydraulische Zahnstangen-Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Drehschieberventil ist mit einem Rückwirkkolben 15 versehen, wobei ein von einem nicht gezeigten elektrohydraulischen Wandler gesteuerter Fahrtparameter-abhängiger Arbeitsdruck in einem Rückwirkraum 21 den Rückwirkkolben 15 in axialer Richtung des Drehschieberventils belastet. Das Drehschieberventil ist im wesentlichen aus einem Gehäuse 22 aufgebaut, das ein erstes Ventilelement 2 das als Drehschieber 13 ausgebildet ist und mit einem zylinderförmigen, wellenstummelartigen Ventileingangsglied 3 einstückig gebildet ist, aufnimmt. Das erste Ventilelement 2 ist zu einem zweiten, als Steuerbuchse 14 ausgebildeten Ventilelement 4 radial innenliegend angeordnet und begrenzt zu dem ersten Ventilelement 2 verschiebbar. Das zweite Ventilelement 4 ist mit einem Ventilausgangslied 5 drehfest über einen Stift 23 verbunden. Das Ventilausgangsglied 5 ist als schrägverzahntes Ritzel ausgebildet und kämmt mit einer nicht gezeigten Zahnstange, die parallel oder in Reihe mit einem Servozylinder über Spurstangen und Radlenkhebeln den Lenkwinkel gelenkter Räder des Kraftfahrzeuges verstellt.
Das erste Ventilelement 2, der Drehschieber 13, ist über eine die Verdrehung zwischen Drehschieber 13 und Steuerbuchse 14 auf etwa 7° begrenzende Totgangkupplung 20 mit dem Ventilausgangsglied 5 verbunden. Das erste und zweite Ventilelement 2, 4 weisen Steuerlängsnuten auf, die zur Steuerung eines Druckmittels von oder zu einem von zwei Arbeitsräumen des Servozylinders dienen. Zur Rückstellung der beiden Ventilelemente 2, 4 aus einer gegeneinander verdrehten, ausgelenkten Stellung bei Aufgabe eines Lenkmoments durch eine Lenkhandhabe auf das Ventileingangslied 3, dient ausschließlich eine Zentriereinrichtung 6 ohne Drehstab.
Die Zentriereinrichtung 6 besteht aus einem ersten Zentrierelement 7, das in den in den 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen einstückig mit dem ringförmigen Rückwirkkolben 15 gebildet ist, ferner aus einem zweiten Zentrierelement 9, das in axialer Richtung des Drehschieberventils dem ersten Zentrierelement 7 gegenüberliegt und aus ein oder mehreren Wälzkörpern 11 zwischen den beiden Zentrierelementen 7, 9, sowie aus einer Feder 12, die in dem Ausführungsbeispiel in 1 als zylindrische, nicht torsionssteife Druckfeder 24 und in dem Ausführungsbeispiel in 3 als torsionssteifer Metallfaltenbalg 16 ausgebildet ist und die Zentrierelemente 7, 9 gegeneinander drückt.
Wie 1 in einem Querschnitt entlang der Linie I-I in 1 durch das Drehschieberventil zeigt, sind an dem ersten Zentrierelement 7 Schrägflächen 8 diametral zueinander angeordnet. Die Schrägflächen 8 steigen radial zu einer Schnittachse 25 zu beiden Seiten um einen Steigungswinkel zur Schnittebene an. An dem zweiten Zentrierelement 9 können sich ebenso Schrägflächen 10 befinden, die spiegelsymmetrisch zu den an dem ersten Zentrierelement 7 ausgebildeten sein können. Es kann auch zweckmäßig sein, die Schrägflächen 8, 10 nur an einem Zentrierelement 7, 9 anzuordnen und das andere Zentrierelement 7, 9 als Halter für die Wälzkörper 11 auszubilden. In jedem Fall summieren sich die Steigungswinkel der Schrägflächen an dem ersten und zweiten Zentrierelement 7, 9 zu einem Winkel von bevorzugt 25°.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel stützt sich die Feder 12 an einem Axial-Festlager 17, das axial unverschieblich an dem Ventileingangsglied 3 als Sicherungsscheibe 26 ausgebildet und in einer Nut 27 am Umfang des Ventileingangliedes 3 gehalten ist, ab.
Zur Übertragung des Drehmoments von dem Ventileingangsglied auf das mit dem Rückwirkkolben 15 einstückig gebildete erste Zentrierelement 7 ist der Rückwirkkolben 15 mit dem Ventileingangslied 3 über eine in 2 gezeigte Axialführung 18 mit Kugeln 19 drehfest verbunden. In dem Ausführungsbeispiel in 3 ist die Feder 12 als torsionssteifer Metall-Faltenbalg 16 ausgebildet, der in der Lage ist, das Drehmoment an dem Ventileingangsglied 3 über einen drehfest mit dem Ventileingangsglied 3 und einem an diesem festgelegten Lagerinnenring 28 des Festlagers 17 auf das erste Zentrierelement 7 zu übertragen. Das als Wälzlager ausgebildete Festlager 17 dient zur Lagerung des Gehäuses 22 des Drehschieberventils an dem Ventileingangsglied 3.
Durch die erfindungsgemäße Zentriereinrichtung 6 entfällt die Notwendigkeit einen Drehstab einzusetzen. Eine kostengünstigere Feder 12 kann als Ersatz dienen. Die aufwendig darzustellende Axialbohrung in dem Drehschieber 13 für die dichtende Lagerung eines Drehstabes entfällt. Das Ventileingangsglied 3 kann mit dem Drehschieber 13 oder ersten Ventilelement 2 aus Vollmaterial hergestellt werden. Bei Verwendung einer torsionssteifen Feder kann auf eine Axialführung des Rückwirkkolbens 15 und des ersten Zentrierelements 7 verzichtet werden und die Kraft der Feder 12 lässt sich durch Verschieben der Steuerbuchse 14 beim Verbohren der Steuerbuchse 14 mit dem Ventilausgangsglied 5 einstellen wodurch eine genauere Ventilkennlinie darstellbar ist.
BEZUGSZEICHENLISTE EM 048g

Claims

Servoventil, insbesondere für eine hydraulische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Ventilelement (2), das mit einem Ventileingangsglied (3) drehfest verbunden ist, und mit einem zweiten Ventilelement (4), das mit einem Ventilausgangsglied (3) drehfest verbunden ist, und mit einer Zentriereinrichtung (6) zwischen den Ventilelementen (2,4) zur begrenzten elastischen Torsion des ersten Ventilelements (2) gegenüber dem zweiten Ventilelement (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinrichtung (6) ausschließlich durch ein mit dem ersten Ventilelement (2) verbundenen ersten Zentrierelement (7) mit Schrägflächen (8) und einem zweiten Zentrierelement (9) mit oder ohne Schrägflächen (10) gebildet ist, wobei zwischen den Schrägflächen (8, 10) des ersten und zweiten Zentrierelements (7, 9) ein Wälzkörper (11) angeordnet ist und die Zentrierelemente (7, 9) mit einer Feder (12) gegeneinander gehalten sind.
Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilelement (2) ein Drehschieber (13) und das zweite Ventilelement (4) eine Steuerbuchse (14) koaxial zu dem Drehschieber (13) ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zentrierelement (7) an einem Rückwirkkolben (15) des Servoventils (1) festgelegt ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) nicht torsionssteif ist und das erste Zentrierelement (7) drehfest, axial verschiebbar mit dem ersten Ventilelement (2) verbunden ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) torsionssteif ist und fest mit dem Rückwirkkolben (15) und/oder mit dem ersten Zentrierelement (7) und mittelbar oder unmittelbar fest mit dem ersten Ventilelement (2) verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) ein torsionssteifer Faltenbalg (16) ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (12) zwischen dem ersten Zentrierelement (7) und einem Teil eines Festlagers (17) des Servoventils (1) abstützt, das drehfest mit dem ersten Ventilelement (2) verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (11) tonnen- oder kugelförmig ausgebildet ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wälzkörper (11) zwischen den Schrägflächen (8, 10) des ersten und zweiten Zentrierelements (7, 9) angeordnet sind.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägflächen (8, 10) des ersten und zweiten Zentrierelements (7, 9) ein Prisma bilden.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Zentrierelement (7, 9) oder die Schrägflächen (8, 10) des ersten und zweiten Zentrierelements (7, 9) eine größere Härte als das erste und zweite Ventilelement (2, 4) aufweisen.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsmoment der Zentriereinrichtung (6) etwa 2 Nm/° beträgt.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel der Schrägflächen (8, 10) des ersten und zweiten Zentrierelements (7, 9) etwa 25 ° beträgt.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federrate der Feder (12) zwischen 380 N/mm und 500 N/mm beträgt.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Feder (12) etwa 625 N beträgt.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zentrierelement (7) und/oder der Rückwirkkolben (15) in einer Axialführung (18) mit Kugeln (19) auf dem ersten Ventilelement (2) drehfest, aber axial verschiebbar gelagert ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilelement (2) mit dem Ventilausgangsglied (3) über eine Totgangkupplung (20) verbunden ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Servoventil (1) Teil einer Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung eines Kraftfahrzeugs ist.