DE102018115482A1

DE102018115482A1 - Ventilelemente mit Stirnradialverbindung

Info

Publication number: DE102018115482A1
Application number: DE102018115482.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Lettow
Original assignee: Knorr Bremse Steering Systems GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-01-02
Also published as: WO2020002231A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil (20) mit einem ersten Ventilelement, das mit einem zweiten Ventilelement fest verbunden ist. Das Drehschieberventil (20) ist dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Ventilelement (22) einen Einsteckabschnitt (28) mit einer stirnseitigen konvexen ersten Stirnfläche (32) aufweist,
- das zweite Ventilelement (24) einen Aufnahmekanal (38) zur Aufnahme des Einsteckabschnitts (28) des ersten Ventilelements (22) aufweist, wobei der Aufnahmekanal (38) eine mit der konvexen ersten Stirnfläche (32) des Einsteckabschnittes (28) korrespondierende konkave Bodenfläche (40) aufweist und der Einsteckabschnitt (28) des ersten Ventilelements (22) in den Aufnahmekanal (38) des zweiten Ventilelements (24) derart einführbar ist, dass die konvexe erste Stirnfläche (32) an der konkaven Bodenfläche (40) zur Anlage kommt, wobei eine Außenkontur des Einsteckabschnitts (28) und eine Innenkontur des Aufnahmekanals (38) zumindest abschnittsweise einen unrunden Querschnitt aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehschieberventil mit einem ersten Ventilelement, das mit einem zweiten Ventilelement fest verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Lenkventil für Hilfskraftlenkungen. Bei einem solchen Lenkventil sind eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle über einen Drehstab miteinander verbunden. Ein Drehschieber ist dabei mit der Eingangswelle fest verbunden. Ein solches Drehschieberventil ist beispielsweise aus der DE 19633633 A1 bekannt.
Die Verbindung des Drehschiebers mit der Eingangswelle ist für die Übertragung des Lenkmoments wesentlich. Auch ist die Verbindung für das Lenkgefühl des Fahrers wichtig, da eine Verdrehung des Lenkrades eine möglich exakte Bewegung der Räder bewirken soll.
Ein wesentliches Problem bei der Verbindung des Drehschiebers mit der Eingangswelle besteht darin, dass die Verbindung im Laufe der Zeit verschleißt und sich Spiel einstellen kann. Dies bedeutet, dass ein Verdrehen des Lenkrades nicht unmittelbar zu einer Bewegung der gelenkten Räder führt, da sich die beiden Ventilelemente um einen gewissen Betrag frei gegeneinander verdrehen können. Hinzu kommen ggf. Störgeräusche beim Lenken.
Weiterhin muss die Verbindung zwischen den beiden Ventilelementen eine maximale Drehmomentübertragung ermöglichen und dabei gleichzeitig einen präzisen Rundlauf aufweisen. Aus diesem Grund können bisher bekannte Methoden vorgespannter Verbindungen, wie Keilverbindung, Stirnzahnverbindung oder Kreiskeilverbindung nicht zur Anwendung kommen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vorteilhafte Verbindung zweier Ventilelemente, vorzugsweise einem Drehschieber und einer Eingangswelle, vorzuschlagen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbesondere soll die Verbindung die Übertragung eines maximalen Drehmoments bei gleichzeitig präzisem Rundlauf der Verbindung gewährleisten. Wesentlich ist insbesondere auch, dass die Verbindung spielfrei ist und möglichst über einen langen Benutzungszeitraum spielfrei bleibt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass

- das erste Ventilelement einen Einsteckabschnitt mit einer stirnseitigen konvexen/ersten Stirnfläche aufweist,
- das zweite Ventilelement einen Aufnahmekanal zur Aufnahme des Einsteckabschnitts des ersten Ventilelements aufweist, wobei der Aufnahmekanal eine mit der konvexen/ersten Stirnfläche des Einsteckabschnittes korrespondierende konkave Bodenfläche aufweist und der Einsteckabschnitt des ersten Ventilelements in den Aufnahmekanal des zweiten Ventilelements derart einführbar ist, dass die konvexe/erste Stirnfläche an der konkaven Bodenfläche zur Anlage kommt, wobei eine Außenkontur des Einsteckabschnitts und eine Innenkontur des Aufnahmekanals zumindest abschnittsweise einen unrunden Querschnitt aufweisen.

Die erfindungsgemäße Verbindung ist aufgrund des unrunden Querschnitts der beiden Verbindungselemente in der Lage, maximale Drehmomente zu übertragen. Beispielsweise kann der Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt sein, wobei aber zumindest ein, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende Kreissegmente fehlen. Mit anderen Worten sind dadurch zwei gerade verlaufende Flanken abgebildet. Vorteilhaft sind insbesondere Querschnitte, die in Bezug auf eine Mittelachse drehsymmetrisch ausgebildet sind. Dadurch wird eine Unwucht vermieden. Denkbar sind beispielsweise ovale oder sternförmige, aber auch andpolygone Querschnitte.
Um eine spielfreie Verbindung zu gewährleisten, weist der Einsteckabschnitt des ersten Ventilelements eine konverse Stirnseite auf, die im eingesteckten Zustand an einer konkav ausgeführten Bodenfläche des Aufnahmekanals zur Anlage kommt. Durch die Anlage der beiden kuppelförmigen bzw. sphärischen Flächen aneinander ist eine dauerhaft spielfreie Verbindung der beiden Ventilelemente gewährleistet. Die beiden sphärischen Flächen weisen dabei den gleichen Radius auf.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante können die beiden Ventilelemente zusätzlich durch ein Verbindungsmittel miteinander verbunden bzw. zusätzlich gesichert werden. Beispielsweise kann das erste Ventilelement stirnseitig eine Gewindebohrung aufweisen, in die eine Verbindungsschraube einschraubbar ist. Die Verbindungsschraube erstreckt sich durch eine Schraubenöffnung im zweiten Ventilelement. Die Gewindebohrung und entsprechend die Verbindungsschraube sowie die Schraubenöffnung sind auf einer gemeinsamen Mittelachse der beiden Ventilelemente angeordnet. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Verbindungsschraube als Dehnschraube ausgeführt, um eine Vorspannung auch während des Betriebs möglichst lange aufrecht zu erhalten.
Die konkave Bodenfläche innerhalb des zweiten Verbindungselements kann beispielsweise mechanisch durch eine von außen quer zur Mittelachse eingebrachte Bohrung erzeugt werden. Dadurch entsteht zumindest eine Öffnung im Wandabschnitt des Aufnahmekanals. Um eine möglichst gleichmäßige Gewichtsverteilung zu bewirken, ist es auch möglich, eine gegenüberliegende zweite Öffnung zu erzeugen, beispielsweise indem der Bohrer in einem Arbeitsschritt entsprechend tief eingebracht wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sind lediglich beispielhaft zu verstehen und sollen die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränken. Es zeigen:

1: zwei erfindungsgemäße Ventilelemente und eine Verbindungsschraube in perspektivischer Darstellung in Seitenansicht,
2: die Elemente aus 1 in perspektivischer Darstellung von schräg oben,
3: die Elemente aus den 1 und 2 in zusammengestecktem, aber noch nicht montiertem Zustand,
4: die Elemente aus den 1 und 2 in verschraubtem Zustand,
5: die Elemente aus den 1 und 2 in zusammengefügtem Zustand im Querschnitt.

Die 1 bis 5 zeigen die für die Erfindung wesentlichen Elemente eines nicht vollständig abgebildeten Drehschiebeventils 20. Gezeigt sind als ein erstes Ventilelement ein Drehschieber 22, als ein zweites Ventilelement eine Eingangswelle 24 und eine Verbindungsschraube 26.
Der Drehschieber 22 weist einen Einsteckabschnitt 28 auf. Dieser ist im Querschnitt unrund ausgebildet, wie insbesondere 2 verdeutlicht. Es bieten sich verschiedene unrunde Querschnitte an, die vorteilhafterweise drehsymmetrisch ausgeführt sein sollten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Einsteckabschnitt 28 zwei parallel zueinander verlaufende plane Flanken 30 auf.
Eine erste Stirnfläche 32 des Einsteckabschnitts 28 ist erfindungsgemäß konvex ausgeformt. Erkennbar ist, dass die beiden Flanken 30 bis an die konvexe Stirnfläche 32 heranreichen, sodass auch die erste Stirnfläche 32 unrund ausgeführt ist.
Erkennbar ist weiterhin, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Stirnfläche 32 des Einsteckabschnitts 28 eine Gewindebohrung 34 eingebracht ist, in die die ebenfalls gezeigte Verbindungsschraube 36 einschraubbar ist (vgl. insbesondere 5).
Die Eingangswelle 24 weist einen Aufnahmekanal 38 zur Aufnahme des Einsteckabschnitts 28 auf. Eine Innenkontur des Aufnahmekanals 38 ist korrespondierend zur Außenkontur des Einsteckabschnitts 28 ausgeformt, er weist insbesondere den gleichen Querschnitt auf und ist durch eine konkave Bodenfläche 40 begrenzt. Die Wölbung der konvexen Stirnflächen 32 und der konkaven Bodenfläche 40 weisen beide den gleichen Radius auf, sodass die Stirnfläche 32 im zusammengesteckten Zustand der beiden Ventilelemente 22 oder 24 möglichst vollflächig an der Bodenfläche 40 zur Anlage kommt.
Die 3 bis 5 zeigen das Drehschieberventil 20 im teilweise und vollständig zusammengefügten Zustand. Erkennbar ist, die koaxiale Anordnung zu einer Mittelachse x-x. Die Mittelachse x-x bildet gleichzeitig die Drehachse des Drehschieberventils 20.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Verbindung der beiden Ventilelemente 20, 24 über die Verbindungsschraube 26 zusätzlich gesichert. Diese wird im zusammengefügten Zustand durch eine stirnseitige Schraubenöffnung 42 in der Eingangswelle 24 in die Gewindebohrung 34 des Einsteckabschnitts 28 des Drehschiebers 22 eingeschraubt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schraubenöffnung 42 derart ausgeführt, dass ein Schraubenkopf 44 vollständig innerhalb einer zweiten Stirnfläche 46 der Eingangswelle 24 aufgenommen ist. Die Verbindungsschraube 36 kann vorzugsweise als Dehnungsschraube ausgeführt sein, um die beiden Ventilelemente 22, 24 unter Vorspannung zu halten.
Die Eingangswelle 24 weist seitlich eine Bohrung 48 auf. Diese ergibt sich durch Einbringen der konkaven Bodenfläche 40 von außen, bspw. durch einen Bohrprozess. Die Herstellung der konkaven Bodenfläche 40 mithilfe eines Bohrwerkzeugs ist schnell und einfach zu bewerkstelligen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern zeigt auch weitere Ausführungsvarianten. Insbesondere sind die Figuren nicht in allen Details maßstabsgetreu, sie dienen lediglich der Verdeutlichung der Erfindung bzw. der gezeigten Elemente. Beispielsweise können die beiden Ventilelemente 22, 24 auch durch andere Elemente gebildet sein. Insbesondere kann das erste Ventilelement durch die Eingangswelle und das zweite Ventilelement durch den Drehschieber gebildet sein.
Bezugszeichenliste

20: Drehschieberventil
22: Drehschieber (erstes Ventilelement)
24: Eingangswelle (zweites Ventilelement)
26: Verbindungsschraube
28: Einsteckabschnitt
30: Flanken
32: erste Stirnfläche
34: Gewindebohrung
36: Verbindungsschraube
38: Aufnahmekanal
40: Bodenfläche
42: Schraubenöffnung
44: Schraubenkopf
46: zweite Stirnfläche
48: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19633633 A1 [0002]

Claims

Drehschieberventil (20) mit einem ersten Ventilelement, das mit einem zweiten Ventilelement fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Ventilelement (22) einen Einsteckabschnitt (28) mit einer stirnseitigen konvexen ersten Stirnfläche (32) aufweist, - das zweite Ventilelement (24) einen Aufnahmekanal (38) zur Aufnahme des Einsteckabschnitts (28) des ersten Ventilelements (22) aufweist, wobei der Aufnahmekanal (38) eine mit der konvexen ersten Stirnfläche (32) des Einsteckabschnittes (28) korrespondierende konkave Bodenfläche (40) aufweist und der Einsteckabschnitt (28) des ersten Ventilelements (22) in den Aufnahmekanal (38) des zweiten Ventilelements (24) derart einführbar ist, dass die konvexe erste Stirnfläche (32) an der konkaven Bodenfläche (40) zur Anlage kommt, wobei eine Außenkontur des Einsteckabschnitts (28) und eine Innenkontur des Aufnahmekanals (38) zumindest abschnittsweise einen unrunden Querschnitt aufweisen.
Drehschieberventil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unrunden Abschnitte des Einsteckabschnitts (28) und des Aufnahmekanals (38) drehsymmetrisch um eine Mittelachse X-X ausgeführt sind.
Drehschieberventil (20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unrunden Abschnitte einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einander gegenüberliegenden geraden Flanken (30) aufweisen.
Drehschieberventil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilelemente (22, 24) über eine koaxial verlaufende Verbindungsschraube (26) miteinander verschraubbar sind, wobei der Drehschieber (22) in seiner ersten Stirnfläche (32) eine Gewindebohrung (34) und die Eingangswelle (24) in ihrer zweiten Stirnfläche (46) eine Schraubenöffnung (42) aufweist.
Drehschieberventil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (40) seitlich an eine Bohrung (48) angrenzt, wobei der Radius der Bohrung (48) dem Radius der konkaven Bodenfläche (40) entspricht.
Drehschieberventil (20) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenöffnung (42) derart ausgeführt ist, dass ein Schraubenkopf (44) der Verbindungsschraube (36) im verschraubten Zustand der Ventilelemente (22, 24) innerhalb der zweiten Stirnfläche (46) angeordnet ist.
Drehschieberventil 20 nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilelement (22) als Drehschieber und das zweite Ventilelement (24) als Eingangswelle ausgeführt ist.