DE202007013585U1 - Servoventil - Google Patents

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DE202007013585U1 DE202007013585U DE202007013585U DE202007013585U1 DE 202007013585 U1 DE202007013585 U1 DE 202007013585U1 DE 202007013585 U DE202007013585 U DE 202007013585U DE 202007013585 U DE202007013585 U DE 202007013585U DE 202007013585 U1 DE202007013585 U1 DE 202007013585U1
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    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/08Power-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
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Abstract

Servoventil für eine hydraulische Servolenkung, mit
einer Ventilwelle (12), die um eine Ventilachse (X) drehbar ist,
einer Ventilhülse (14), die mit der Ventilwelle (12) zusammenwirkt und relativ zur Ventilwelle (12) verdreht werden kann, sowie
einem Verschlußelement (18) für einen Ventilrücklauf (42), das bewegbar ist zwischen einer ersten Endstellung, in der es einen Durchflußquerschnitt (A) des Ventilrücklaufs (42) wenigstens teilweise verschließt, und einer zweiten Endstellung, in der es den Durchflußquerschnitt (A) des Ventilrücklaufs (42) im wesentlichen freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verschlußelement (18) durch den an einem Ventilzulauf (34) anliegenden Zulaufdruck (P1) eines Hydraulikfluids in Richtung einer der Endstellungen beaufschlagt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Servoventil für eine hydraulische Servolenkung, mit einer Ventilwelle, die um eine Ventilachse drehbar ist, einer Ventilhülse, die mit der Ventilwelle zusammenwirkt und relativ zur Ventilwelle verdreht werden kann, sowie einem Verschlußelement für einen Ventilrücklauf, das bewegbar ist zwischen einer ersten Endstellung, in der es einen Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs wenigstens teilweise verschließt, und einer zweiten Endstellung, in der es den Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs im wesentlichen freigibt.
  • Ein Servoventil ist zentraler Bestandteil einer hydraulischen Servolenkung, durch die eine Lenkunterstützungskraft für den Fahrer eines Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Ein Beispiel für eine solche Servolenkung findet sich in der US 4,819,545 . Die mit einem Lenkrad verbundene Ventilwelle und die mit einem Lenkgetriebe verbundene Ventilhülse sind dabei jeweils mit Steuernuten versehen, mittels denen ein Hydraulikstrom durch das Servoventil gesteuert werden kann. In einem Ausgangszustand, in welchem sich die Ventilwelle und die Ventilhülse relativ zueinander in der hydraulischen Mittenposition befinden, wird dem Servoventil über einen Ventilzulauf ein von einer Pumpe bereitgestellter Hydraulikstrom zugeführt und gleichmäßig auf zwei Ausgänge des Servoventils verteilt. Wenn die Ventilwelle relativ zur Ventilhülse in einer Richtung verdreht ist, wird einer der Ausgänge mit einem größeren Anteil des Hydraulikstroms versorgt. Der Hydraulikstrom kann beispielsweise zu einer Seite eines Hydraulikzylinders geführt werden, so daß eine Lenkunterstützungskraft in einer ersten Richtung erzeugt wird. Wenn die Ventilwelle relativ zur Ventilhülse in der entgegengesetzten Richtung verdreht ist, wird auch die Lenkunterstützungskraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Zum Servoventil zurückströmendes Fluid aus dem Hydraulikzylinder wird über einen Ventilrücklauf einem Fluidreservoir zugeführt.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits Servoventile bekannt, die eine Vorrichtung zur Regulierung des Rücklaufdrucks aufweisen, um das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der Servolenkung zu verringern bzw. zu verhindern.
  • Die JP 58-202165 A beschreibt beispielsweise ein Servoventil, bei dem eine Rücklauföffnung in der hydraulischen Mittenposition des Servoventils weitgehend freigegeben ist. Mit zunehmender Ventilverdrehung verringert sich der Durchflußquerschnitt dieser Öffnung, so daß der Rücklaufdruck ansteigt. Die Vorrichtung zur Regulierung des Rücklaufdrucks wirkt in dieser Schrift stets entgegen einer Verdrehung des Servoventils aus seiner hydraulischen Mittenposition, was zu einer Überlagerung mit der Wirkung einer Zentriervorrichtung (beispielsweise eines Torsionsstabs) führt. Eine solche Überlagerung ist in der Regel unerwünscht, da sie eine exakte Einstellung oder Steuerung der Mittenzentrierung des Servoventils erschwert.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Servoventils für hydraulische Servolenkungen, das die hydraulische Stabilität eines Lenkgetriebes verbessert und die Kavitationsgefahr in der hydraulischen Servolenkung minimiert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Servoventil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Verschlußelement durch den an einem Ventilzulauf anliegenden Zulaufdruck eines Hydraulikfluids in Richtung einer der Endstellungen beaufschlagt ist. Da die Bewegung des Verschlußelements in diesem Fall vom Hydraulikdruck am Ventilzulauf und nicht unmittelbar von der Verdrehung der Ventilwelle relativ zur Ventilhülse abhängt, ist eine Rückwirkung des Verschlußelements auf eine Mittenzentrierung des Servoventils ausgeschlossen. Die Stärke der Mittenzentrierung kann daher ohne unerwünschte Beeinflussung durch das Verschlußelement mittels einer Zentriervorrichtung eingestellt werden. Darüber hinaus führt ein erhöhter Rücklaufdruck zu einem verbesserten Dämpfungsverhalten der Servolenkung, was sich vorteilhaft auf die hydraulische Stabilität des Lenkgetriebes auswirkt.
  • In einer Ausführungsform weist das Verschlußelement eine Drosselöffnung auf, die einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs festlegt. Durch die Drosselöffnung wird ein vollständiger Verschluß des Ventilrücklaufs und damit ein übermäßiger Anstieg des Rücklaufdrucks verhindert.
  • Vorzugsweise beaufschlagt der Zulaufdruck das Verschlußelement in Richtung seiner ersten Endstellung. Mit steigendem Zulaufdruck und damit einhergehender, zunehmender Kavitationsgefahr im Servoventil wird das Verschlußelement also stärker in diejenige Endstellung beaufschlagt, in der das Verschlußelement den Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs wenigstens teilweise verschließt. Durch eine Verringerung des Durchflußquerschnitts erhöht sich der Rücklaufdruck, was der zunehmenden Kavitationsgefahr entgegenwirkt und das Auftreten von Kavitationserscheinungen weitgehend verhindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform greift am Verschlußelement ein Federelement an, welches das Verschlußelement in Richtung seiner zweiten Endstellung beaufschlagt. Da das Federelement der resultierenden Kraft aus dem Zulaufdruck des Hydraulikfluids entgegenwirkt, läßt sich über die Federhärte sehr einfach die Bewegung des Verschlußelements in Abhängigkeit vom Zulaufdruck einstellen.
  • Das Federelement greift bevorzugt an einem Widerlager an, welches sich in axialer Richtung an der Ventilwelle abstützt. Dadurch kann mit geringem Aufwand eine Federkraft erzeugt werden, die das Verschlußelement relativ zur Ventilwelle beaufschlagt.
  • Das Widerlager kann dabei in der ersten Endstellung des Verschlußelements einen Anschlag für das Verschlußelement bilden. In der zweiten Endstellung des Verschlußelements bildet vorzugsweise die Ventilhülse einen Anschlag für das Verschlußelement. Durch die sowieso vorhandenen Bauelemente Widerlager und Ventilhülse ist eine besonders einfache Festlegung definierter Endstellungen möglich, zwischen denen das Verschlußelement bewegbar ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Verschlußelement als Verschlußhülse ausgebildet, welche die Ventilwelle umschließt und sich zwischen die Ventilwelle und die Ventilhülse erstreckt. Die Ventilwelle bildet damit eine Führung für das Verschlußelement, so daß neben den Endstellungen des Verschlußelements auch dessen Bewegung mit geringem Aufwand klar definierbar ist. Folglich läßt sich der Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs und damit auch der Rücklaufdruck präzise und stufenlos in Abhängigkeit vom Zulaufdruck regulieren.
  • Bei einer hülsenförmigen Ausführung ist das Verschlußelement vorzugsweise in axialer Richtung bewegbar, wobei eine Stirnfläche des hülsenförmigen Verschlußelements durch den Zulaufdruck beaufschlagt ist.
  • Beispielsweise können die Ventilwelle, die Ventilhülse und das Verschlußelement eine Ringkammer ausbilden, die mit dem Ventilzulauf in Verbindung steht. Für eine axiale Bewegung des hülsenförmigen Verschlußelements ist die Ausbildung einer solchen Ringkammer besonders vorteilhaft, da das Verschlußelement in diesem Fall über seine Stirnfläche gleichmäßig in axialer Richtung beaufschlagt wird. Ein Beeinträchtigung der Bewegung des Verschlußelements, z. B. durch Verkanten, ist somit weitgehend ausgeschlossen.
  • Vorzugsweise ist in dieser Ausführungsform ein Dichtelement zur Abdichtung der Ringkammer vorgesehen, wobei das Dichtelement besonders bevorzugt in einer innenseitig umlaufenden Nut der Ventilhülse aufgenommen ist. Das Dichtelement gewährleistet ein problemloses Gleiten des Verschlußelements zwischen seinen Endstellungen bei gleichzeitiger Minimierung der Leckage. Mittels einer innenseitig umlaufenden Nut in der Ventilhülse ist die Positionierung und Fixierung des Dichtelements zwischen Ventilhülse und Verschlußelement mit geringem Aufwand möglich. Alternativ oder zusätzlich kann auch in einer Ausnehmung der Ventilwelle ein Dichtelement vorgesehen sein, das für eine Abdichtung zwischen der Ventilwelle und dem Verschlußelement sorgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Servoventils ist das Verschlußelement mit der Ventilhülse identisch. Dies bedeutet, daß die Ventilhülse relativ zur Ventilwelle in axialer Richtung beweglich ist, wobei die maximale Relativbewegung weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm beträgt.
  • Die Ventilhülse kann in dieser Ausführungsform von einem Federelement in Richtung ihrer zweiten Endstellung beaufschlagt sein, wobei das Federelement an einem Widerlager angreift, welches sich in axialer Richtung an der Ventilwelle abstützt. Durch dieses Widerlager und das Federelement wird mit geringem Aufwand eine Federkraft erzeugt, welche die Ventilhülse relativ zur Ventilwelle beaufschlagt. Das Federelement wirkt der resultierenden Kraft aus einem Zulaufdruck des Hydraulikfluids entgegen, so daß sich über die Federhärte sehr einfach die Bewegung der Ventilhülse in Abhängigkeit vom Zulaufdruck einstellen läßt.
  • Vorzugsweise definieren die Ventilhülse und das Widerlager dabei einen Ringspalt, der den Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs beeinflussen kann. Verglichen mit herkömmlichen Bauweisen ist die Anzahl zusätzlich benötigter Bauteile bei dieser Ausbildung des Servoventils besonders gering. Es sind lediglich das Widerlager und das Federelement notwendig, um den gewünschten Rücklaufdruck über eine einfache Axialverschiebung der Ventilhülse einzustellen.
  • Im Widerlager und/oder in der Ventilhülse ist bevorzugt wenigstens eine Kerbe vorgesehen, die in der ersten Endstellung der Ventilhülse einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs festlegt. Durch diese Kerbe wird ein vollständiger Verschluß des Ventilrücklaufs und damit ein übermäßiger Anstieg des Rücklaufdrucks verhindert.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Servoventils;
  • 2 ein Detail des erfindungsgemäßen Servoventils nach 1 in einer perspektivischen Schnittansicht;
  • 3 einen schematischen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße Servoventil nach 1 bei geringem Zulaufdruck;
  • 4 einen schematischen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße Servoventil nach 1 bei hohem Zulaufdruck;
  • 5 einen schematischen Detailschnitt durch eine erste alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils;
  • 6 einen schematischen Detailschnitt durch eine zweite alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils bei geringem Zulaufdruck; und
  • 7 einen schematischen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße Servoventil nach 6 bei hohem Zulaufdruck.
  • Die 1 zeigt ein Servoventil 10 mit einer Ventilwelle 12 und einer Ventilhülse 14, die mit der Ventilwelle 12 zusammenwirkt. Die Ventilwelle 12 ist drehfest mit einem (nicht gezeigten) Lenkrad gekoppelt und um eine Ventilachse X drehbar, während die Ventilhülse 14 mit einem Lenkgetriebe, beispielsweise mit einer mit einem Ritzel versehenen Ausgangswelle 15 des Lenkgetriebes, verbunden ist und relativ zur Ventilwelle 12 verdreht werden kann. Bei dem hier betrachteten Servoventil 10 handelt es sich um ein hydraulisches Servoventil, dessen grundsätzlicher Aufbau aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der US-Patentschrift 4,819,545 bekannt ist. Auf dieses Dokument wird ausdrücklich in vollem Umfang Bezug genommen.
  • Die Besonderheit des Servoventils 10 ist eine in 1 hervorgehobene Baugruppe 16 (vgl. strichpunktierte Umrahmung), die abhängig von einem Zulaufdruck P1 des Servoventils 10 einen Durchflußquerschnitt A eines Ventilrücklaufs und damit einen Rücklaufdruck P2 (vgl. 3 und 4) einstellt. Die Baugruppe 16 umfaßt ein Verschlußelement 18, ein Federelement 20 sowie ein Widerlager 22, welches im vorliegenden Fall aus einem Sicherungsring 24 und einer Widerlagerhülse 26 besteht. Die Baugruppe 16 umfaßt ferner zwei Dichtelemente 28, welche in den 2 bis 4 gut zu erkennen sind.
  • Die 2 zeigt einen Detailausschnitt des Servoventils 10 gemäß 1 in einer Schnittansicht. Dabei wird deutlich, daß die Ventilwelle 12 und die Ausgangswelle 15 wenigstens abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet sind und in ihrem Inneren einen Torsionsstab 30 aufnehmen, der als Zentriervorrichtung dient und die Ventilwelle 12 relativ zur Ventilhülse 14 in eine hydraulische Mittenposition des Servoventils 10 beaufschlagt. Der verbleibende Raum zwischen der Ventilwelle 12 und dem Torsionsstab 30 wird als Rücklaufkanal 31 für Hydraulikfluid genutzt. Die Ventilwelle 12 und die Ventilhülse 14 weisen zusammenwirkende Steuernuten auf, durch die der Hydraulikfluß im Servoventil 10 bestimmt wird. In der 2 ist eine erste Steuernut 32 in der Ventilwelle 12 dargestellt, welche mit einem als Ventilhülsenbohrung ausgebildeten Ventilzulauf 34 in Verbindung steht. Ferner ist eine zweite Steuernut 36 in der Ventilwelle 12 dargestellt, welche über eine Ventilwellenbohrung 38 und den Rücklaufkanal 31 mit einem als Radialbohrung 40 und Ringnut 41 ausgebildeten Ventilrücklauf 42 in Verbindung steht.
  • Auf einer der Ausgangswelle 15 entgegengesetzten Seite der Ventilhülse 14 ist die Baugruppe 16 angeordnet. Die im übrigen weitgehend dicht an die Ventilwelle 12 angrenzende Ventilhülse 14 weist in diesem Bereich einen radialen Absatz 43 auf, so daß sich das Verschlußelement 18 zwischen die Ventilwelle 12 und die Ventilhülse 14 erstrecken kann. Das Verschlußelement 18 ist dabei als Verschlußhülse ausgebildet und umschließt die Ventilwelle 12. Eine der Ausgangswelle 15 zugewandte Stirnfläche des hülsenförmigen Verschlußelements 18 definiert mit der Ventilwelle 12 und der Ventilhülse 14 eine Ringkammer 44, die über die erste Steuernut 32 mit dem Ventilzulauf 34 in Verbindung steht. Um den Ventilzulauf 34 mit der Ringkammer 44 zu verbinden, erstreckt sich die erste Steuernut 32 (Zulaufnut) axial weiter in Richtung zum Verschlußelement 18 als die zweite Steuernut 36 (Rücklaufnut), wie in den 2 bis 4 gut zu erkennen ist. Das hülsenförmige Verschlußelement 18 ist in axialer Richtung bewegbar und wird über seine die Ringkammer 44 definierende Stirnfläche durch einen am Ventilzulauf 34 anliegenden Zulaufdruck P1 eines Hydraulikfluids von der Ventilhülse 14 weg beaufschlagt. In der entgegengesetzten Richtung, also zur Ventilhülse 14 hin, wird das Verschlußelement 18 vom Federelement 20 beaufschlagt. Das Federelement 20 ist im vorliegenden Beispiel als Wellfeder ausgebildet, die an einer der Ausgangswelle 15 abgewandten Stirnfläche des hülsenförmigen Verschlußelements 18 angreift und sich am Widerlager 22 axial abstützt. Das Widerlager 22 besteht in 2 aus dem Sicherungsring 24, der in axialer Richtung fest mit der Ventilwelle 12 verbunden ist, und der Widerlagerhülse 26, an der das Federelement 20 angreift. Die Widerlagerhülse 26 weist zudem einen axialen Fortsatz 46 auf, der in einer ersten Endstellung des Verschlußelements 18 als Anschlag für das Verschlußelement 18 dient.
  • Das hülsenförmige Verschlußelement 18 ist zwischen der Ventilhülse 14 und dem Federelement 20 radial verbreitert, so daß sich eine größere Angriffsfläche für das Federelement 20 und eine axiale Anlagefläche ergibt, die in einer zweiten Endstellung des Verschlußelements an einer axialen Stirnfläche der Ventilhülse 14 anliegt. Mit anderen Worten bildet die Ventilhülse 14 in der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 einen Anschlag für das Verschlußelement 18.
  • Um eine unerwünschte Leckage von Hydraulikfluid aus der Ringkammer 44 zu minimieren, sind die Dichtelemente 28 vorgesehen. Diese Dichtelemente 28 sind als Dichtringe ausgebildet und in einer umlaufenden Nut 48 der Ventilhülse 14 aufgenommen. Sie sind in radialer Richtung zwischen der Ventilhülse 14 und dem Verschlußelement 18 elastisch komprimiert und beaufschlagen das Verschlußelement 18 gegen die Ventilwelle 12, so daß auch die Verbindung zwischen dem Verschlußelement 18 und der Ventilwelle 12 weitgehend dicht ist. Die Materialien der beteiligten Bauteile sind dabei so gewählt, daß die Reibwerte zwischen dem Verschlußelement 18 und der Ventilwelle 12 bzw. den Dichtelementen 28 so gering sind, daß sie eine Bewegung des Verschlußelements 18 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung nur unwesentlich behindern. Alternativ oder zusätzlich können derartige Dichtelemente 28 auch auf der Innenseite des Verschlußelements 18 in einer Nut der Ventilwelle 12 aufgenommen sein (nicht gezeigt).
  • Die Funktionsweise der Baugruppe 16 im Betrieb des Servoventils 10 wird nun anhand der 3 und 4 genauer beschrieben:
    Das Verschlußelement 18 wird durch das Federelement 20 stets mit einer konstanten, vorgegebenen Federkraft in seine zweite Endstellung beaufschlagt, in der es an der Ventilhülse 14 anliegt und den Durchflußquerschnitt A des Ventil rücklaufs 42 im wesentlichen freigibt (3). Entgegen der Federkraft wirkt eine Kraft, die aus dem Zulaufdruck P1 des Hydraulikfluids am Ventilzulauf 34 resultiert. Das Hydraulikfluid wird nämlich durch die axial verlängerte, erste Steuernut 32 in die Ringkammer 44 eingeleitet, so daß es an der Stirnfläche des Verschlußelements 18 angreift. Folglich wird das Verschlußelement 18 durch den am Ventilzulauf 34 anliegenden Zulaufdruck P1 des Hydraulikfluids in Richtung seiner ersten Endstellung beaufschlagt, in der das Widerlager 22, genauer der axiale Fortsatz 46 der Widerlagerhülse 26 einen Anschlag für das Verschlußelement 18 bildet (4). Eine Bewegung des Verschlußelements 18 in diese erste Endstellung ist allerdings erst dann möglich, wenn die resultierende Kraft aus dem Zulaufdruck P1 des Hydraulikfluids die Federkraft des Federelements 20 überschreitet. Ein solcher Druckanstieg tritt beispielsweise dann auf, wenn das Servoventil 10 aus seiner hydraulischen Mittenposition heraus verdreht wird.
  • Als Folge der axialen Bewegung des Verschlußelements 18 aus seiner zweiten Endstellung in seine erste Endstellung verringert sich der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 (vgl. 3 und 4).
  • Während das Verschlußelement 18 in seiner zweiten Endstellung gemäß 3 einen Ringspalt freigibt, über den Hydraulikfluid aus der Ringnut 41 des Ventilrücklaufs 42 austreten kann, ist dieser Ringspalt in der ersten Endstellung des Verschlußelements 18 gemäß 4 verschlossen. An dieser Stelle sei noch angemerkt, daß das Federelement 20 so ausgeführt ist, daß es einen Hydraulikstrom in der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 nur unwesentlich behindert. Im vorliegenden Beispiel liegt das als Wellfeder ausgebildete Federelement 20 nur abschnittsweise am Verschlußelement 18 an und wird in der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 vom Hydraulikfluid umströmt.
  • In der Regel ist der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 in der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 so gewählt, daß der Rücklaufdruck P2 im wesentlichen dem Druck in einem Fluidreservoir, also beispielsweise dem Atmosphärendruck entspricht. Das Verschlußelement 18 hat dann keine Drosselfunktion und das Hydraulikfluid kann im wesentlichen ungehindert zum Fluidreservoir abströmen. Durch die Verengung des Ringspalts bei der Bewegung des Verschlußelements 18 in seine erste Endstellung verringert sich der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 stetig, bis der Ringspalt in der ersten Endstellung des Verschlußelements 18 im wesentlichen geschlossen ist. Das Verschlußelement 18 wirkt folglich wie eine Drossel, so daß der Rücklaufdruck P2 stromaufwärts des Verschlußelements 18 ansteigt. Durch den erhöhten Rücklaufdruck P2 verbessert sich zum einen die Dämpfung der Servolenkung und zum anderen wird stromaufwärts des Verschlußelements 18, also insbesondere auch im Servoventil 10, das Auftreten von Kavitationserscheinungen weitgehend verhindert. Üblicherweise reicht zur Minimierung bzw. Verhinderung der Kavitationserscheinungen bereits ein Rücklaufdruck von wenigen bar aus. Um daher einen übermäßigen Druckanstieg zu verhindern, weist das Verschlußelement 18 eine Drosselöffnung 50 auf, die einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs 42 festlegt.
  • Durch diese Funktionsweise der Baugruppe 16 kann mit geringem Aufwand ein Auftreten von Kavitationserscheinungen im Servoventil 10 zuverlässig verhindert oder minimiert werden. Der zusätzliche axiale Bauraumbedarf für die Baugruppe 16 ist minimal und kann eventuell an anderer Stelle kompensiert werden, so daß sich an den äußeren Abmessungen im Vergleich zu herkömmlichen Servoventilen wenig oder gar nichts ändert. Auch müssen an den herkömmlichen Servoventilbauteilen kaum Änderungen vorgenommen werden, so daß eine Umstellung der Produktion problemlos möglich ist. Im vorliegenden Beispiel sind lediglich die erste Steuernut 32 in der Ventilwelle 12 sowie das dem Verschlußelement 18 zugewandte axiale Ende der Ventilhülse 14 baulich anzupassen.
  • Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Servoventils 10 ist die Tatsache, daß die Erhöhung des Rücklaufdrucks P2 zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen lediglich dann erfolgt, wenn auch eine Kavitationsgefährdung gegeben ist. Beispielsweise ist bei geringem bis mittlerem Zulaufdruck P1, wie er insbesondere in einer hydraulischen Mittenstellung des Servoventils 10 herrscht, die Kavitationsgefahr gering, so daß der Rücklaufdruck P2 nicht angehoben werden muß (3). Mit steigendem Druck P1 am Ventilzulauf 34, wie er beispielsweise bei einer Verdrehung des Servoventils 10 aus der hydraulischen Mittenposition heraus stattfindet, steigt die Kavitationsgefahr deutlich an. Daher wird in solchen Situationen der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 durch das Verschlußelement 18 wenigstens teilweise verschlossen und damit der Rücklaufdruck P2 angehoben, um das Auftreten von Kavitation zu verhindern.
  • Die 5 zeigt einen Detailschnitt durch das Servoventil 10 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Da diese alternative Ausführungsform des Servoventils 10 hinsichtlich ihrer prinzipiellen Konstruktion und allgemeinen Funktionsweise im wesentlichen der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 entspricht, wird diesbezüglich auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen und im folgenden lediglich auf die Unterschiede der Ausführungsformen eingegangen.
  • Ein wesentlicher Unterschied ist die veränderte Position der Baugruppe 16. Während die Baugruppe 16 zur Einstellung des Durchflußquerschnitts A in der Ausführungsform gemäß 5 an einem axialen Ende der Ventilhülse 14 angeordnet ist, das an die Ausgangswelle 15 angrenzt, ist diese Baugruppe 16 in der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 am entgegengesetzten axialen Ende der Ventilhülse 14 angeordnet. Funktionsänderungen ergeben sich dadurch nicht.
  • Außerdem ist das in den 1 bis 4 als Wellfeder ausgebildete Federelement 20 in der Ausführungsform gemäß 5 als Schraubenfeder ausgeführt, und die Dichtelemente 28 sind nicht in der Ventilhülse 14, sondern in umlaufenden Nuten der Ventilwelle 12 vorgesehen.
  • Die 6 und 7 zeigen Detailschnitte einer weiteren alternativen Ausführungsform des Servoventils 10. Da die prinzipielle Funktionsweise weitgehend der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 entspricht, wird wiederum auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen und im folgenden nur auf die Unterschiede der Ausführungsformen eingegangen. Einander entsprechende Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Das Verschlußelement 18 ist in dieser Ausführungsform mit der Ventilhülse 14 identisch. Dies bedeutet, daß im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kein separates Verschlußelement 18 vorgesehen ist, sondern daß die Ventilhülse 14 selbst zwischen der ersten Endstellung (7) und der zweiten Endstellung (6) relativ zur Ventilwelle 12 bzw. zur Ausgangswelle 15 axial bewegbar ist. Die Bewegung der Ventilhülse 14 zwischen den Endstellungen liegt dabei in der Größenordnung von 1 mm, vorzugsweise unter 1 mm. Entsprechend muß bei der Ventilkonstruktion darauf geachtet werden, daß eine Relativbewegung zwischen der Ventilhülse 14 und der Ventilwelle 12 bzw. der axial unverschieblich zur Ventilwelle 12 gehaltenen Ausgangswelle 15 möglich ist. So sind die Ventilhülse 14 und die Ausgangswelle 15 gemäß den 6 und 7 beispielsweise durch einen Bolzen 52 verbunden, der in Öffnungen 54, 56 in der Ventilhülse 14 bzw. der Ausgangswelle 15 eingreift. Im vorliegenden Fall ist wenigstens eine der Öffnungen 54, 56 mit axialem Spiel ausgeführt, so daß eine Relativbewegung zwischen der Ventilhülse 14 und der Ausgangswelle 15 möglich ist.
  • Die als Verschlußelement 18 ausgebildete Ventilhülse 14 wird analog zu den oben beschriebenen Ausführungsformen vom Federelement 20 in Richtung der zweiten Endstellung beaufschlagt, was in 6 durch einen Pfeil 58 angedeutet ist. Das axiale Spiel in den Öffnungen 54, 56 erlaubt eine gewisse axiale Bewegung der Ventilhülse 14 in Richtung zur Ausgangswelle 15, bevor der Bolzen 52 einen Anschlag für die Ventilhülse 14 bildet und damit die zweite Endstellung definiert.
  • Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen greift das Federelement 20 am Widerlager 22 an, welches sich in axialer Richtung an der Ventilwelle 12 abstützt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen bilden das Widerlager 22 und die Ventilhülse 14 jedoch einen Ringspalt 60 aus, der abschnittsweise den Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 definiert. In der zweiten Endstellung der Ventilhülse 14 erreicht dieser Ringspalt 60 seine maximale Spaltbreite, so daß der Durchflußquerschnitt A im wesentlichen freigegeben ist.
  • Mit zunehmendem Zulaufdruck P1 des Hydraulikfluids am Ventilzulauf 34 steigt auch der Druck in der Ringkammer 44 und damit die resultierende Kraft auf einen Stirnflächenabschnitt der Ventilhülse 14, konkret auf den radialen Absatz 43 der Ventilhülse 14. Diese resultierende Kraft ist entgegen der Federkraft des Federelements 20 in Richtung zum Widerlager 22 gerichtet, was in 7 durch einen Pfeil 62 angedeutet ist. Das axiale Spiel in den Öffnungen 54, 56 erlaubt eine axiale Bewegung der Ventilhülse 14 in Richtung zum Widerlager 22, wobei sich die Spaltbreite des Ringspalts 60 verringert, bis die Ventilhülse 14 in ihrer ersten Endstellung schließlich am Widerlager 22 anliegt (7).
  • Vorzugsweise ist im Widerlager 22 und/oder in der Ventilhülse 14 wenigstens eine Kerbe 62 vorgesehen, die in der ersten Endstellung der Ventilhülse 14 einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs 42 festlegt und damit einen übermäßigen Anstieg des Rücklaufdrucks P2 verhindert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 4819545 [0002, 0028]
    • - JP 58-202165 A [0004]

Claims (16)

  1. Servoventil für eine hydraulische Servolenkung, mit einer Ventilwelle (12), die um eine Ventilachse (X) drehbar ist, einer Ventilhülse (14), die mit der Ventilwelle (12) zusammenwirkt und relativ zur Ventilwelle (12) verdreht werden kann, sowie einem Verschlußelement (18) für einen Ventilrücklauf (42), das bewegbar ist zwischen einer ersten Endstellung, in der es einen Durchflußquerschnitt (A) des Ventilrücklaufs (42) wenigstens teilweise verschließt, und einer zweiten Endstellung, in der es den Durchflußquerschnitt (A) des Ventilrücklaufs (42) im wesentlichen freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (18) durch den an einem Ventilzulauf (34) anliegenden Zulaufdruck (P1) eines Hydraulikfluids in Richtung einer der Endstellungen beaufschlagt ist.
  2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (18) eine Drosselöffnung (50) aufweist, die einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs (42) festlegt.
  3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufdruck (P1) das Verschlußelement (18) in Richtung seiner ersten Endstellung beaufschlagt.
  4. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Verschlußelement (18) ein Federelement (20) angreift, welches das Verschlußelement (18) in Richtung seiner zweiten Endstellung beaufschlagt.
  5. Servoventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) an einem Widerlager (22) angreift, welches sich in axialer Richtung an der Ventilwelle (12) abstützt.
  6. Servoventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (22) in der ersten Endstellung des Verschlußelements (18) einen Anschlag für das Verschlußelement (18) bildet.
  7. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (18) hülsenförmig ausgebildet und in axialer Richtung bewegbar ist, wobei eine Stirnfläche des hülsenförmigen Verschlußelements (18) durch den Zulaufdruck (P1) beaufschlagt ist.
  8. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilwelle (12), die Ventilhülse (14) und das Verschlußelement (18) eine Ringkammer (44) ausbilden, die mit dem Ventilzulauf (34) in Verbindung steht.
  9. Servoventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtelement (28) zur Abdichtung der Ringkammer (44) vorgesehen ist.
  10. Servoventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (28) in einer innenseitig umlaufenden Nut der Ventilhülse (14) aufgenommen ist.
  11. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (14) in der zweiten Endstellung des Verschlußelements (18) einen Anschlag für das Verschlußelement (18) bildet.
  12. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (18) als Verschlußhülse ausgebildet ist, welche die Ventilwelle (12) umschließt und sich zwischen die Ventilwelle (12) und die Ventilhülse (14) erstreckt.
  13. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (18) mit der Ventilhülse (14) identisch ist.
  14. Servoventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (14) von einem Federelement (20) in Richtung ihrer zweiten Endstellung beaufschlagt ist, wobei das Federelement (20) an einem Widerlager (22) angreift, welches sich in axialer Richtung an der Ventilwelle (12) abstützt.
  15. Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (14) und das Widerlager (22) einen Ringspalt (60) definieren, der den Durchflußquerschnitt (A) des Ventilrücklaufs (42) beeinflussen kann.
  16. Servoventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Widerlager (22) und/oder in der Ventilhülse (14) wenigstens eine Kerbe (62) vorgesehen ist, die in der ersten Endstellung der Ventilhülse (14) einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs (42) festlegt.
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