DE2712920B2 - Hydraulische Druckmittelsteuereinrichtung, insbesondere für hydrostatische Lenkeinrichtungen von Kraftfahrzeugen - Google Patents
Hydraulische Druckmittelsteuereinrichtung, insbesondere für hydrostatische Lenkeinrichtungen von KraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittelsteuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Druckmittelsteuereinrichtung ist in der DE-PS 12 93 029 beschrieben. Bei dieser Einrichtung
weist das innere Ventilelement zwei konische Durchbrüche auf, die von dem Mitnehmerstift durchsetzt sind,
wobei sich die Durchbrüche nach außen vergrößern. Aufgrund des Spiels zwischen den Durchbrüchen und
dem Mitnehmerstift besteht die Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen innerem und äußerem
Ventilelement, und zwar allein in Form einer Verdrehung ohne axiale Verschiebung, da beide Ventilelemente gegen eine axiale Verschiebung gesichert sind. Da
nun in Verbindung der Einrichtung zum Beispiel mit einer Lenkung von Kraftfahrzeugen dieses Spiel
begrenzt sein muß, damit das sichere Gefühl für die Lenkung nicht verloren geht, muß über den durch dieses
Spiel begrenzten Verdrehungsweg ein öffnen und Schließen der radialen Bohrungen in den beiden
Ventilelementen erfolgen. Der Gesamtverdrehungsweg,
ίο also die Summe der Wege von der Mittelstellung in die
rechte und in die linke Endlage, bestimmt damit die Größe der Bohrungen, die etwas kleiner als der halbe
Verdrehungsweg sein müssen. Bei den wegen der Sicherheit in der Lenkung nur kurzen Verdrehungswe-
gen ergeben sich entsprechend kleine Bohrungen, so daß die Steuerung der Hydraulik von voller öffnung bis
zum vollen Schließen gemäß einer relativ steilen Kurve des Druckes über dem Verstellweg, also der Verdrehung, erfolgt Es hat sich gezeigt, daß eine derartige
Regelung einer Hydraulik mit einer steilen Regelkurve leicht zu unerwünschten Druckschwingungen in der
Hydraulik führt.
Eine weitere Druckmittelsteuereinrichtung ist in der DE-PS 15 50 557 beschrieben. Bei dieser Einrichtung
werden ebenfalls ein inneres und ein äußeres Ventilelement gegeneinander verschoben, wobei in diesem Falle
anstelle von zur Deckung zu bringenden Bohrungen Ringnuten vorgesehen sind, die mehr oder weniger
übereinander geschoben werden. Die hierfür erforderli
ehe axiale Verschiebung der beiden Ventilelemente
zueinander wird durch Eingriff zweier Kugeln in nach Art eines Gewindes verlaufende Nuten erzielt, wobei
die Kugeln von dem äußeren Ventilelement gehalten und die Nuten in dem inneren Ventilelement angeordnet
sind. Bei dieser Anordnung besteht das Problem, daß die durch die beiden Kugeln und die beiden Nuten
gegebene Doppelführung eine außerordentliche Herstellungsgenauigkeit erfordert, da die beiden Ventilelemente praktisch spielfrei ineinandersitzen und entspre-
chend dicht in einem Gehäuse untergebracht sind, so daß bei der geringsten Abweichung der Steigung von
Nute zu Nute sofort ein Verklemmen dieses Mechanismus eintritt. Darüber hinaus besteht hinsichtlich der
Steilheit der Regelkurve das gleiche Problem wie beim
Gegenstand der DE-PS 12 93 029, da aus Gründen der
Reibung die Steigung der Nuten praktisch nicht über 45° gewählt werden kann, so daß im wesentlichen der
axiale Verstellweg nicht länger ist als der Verstellweg bei reiner Verdrehung gemäß der DE-PS 12 93 029. Die
Einrichtung nach der DE-PS 15 50 557 weist also ebenfalls den Mangel auf, daß ein volles Öffnen und
Schließen der Ventile über einen relativ kurzen Verstellweg zu erfolgen hat, was zu einer entsprechend
steilen Regelkurve führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Druckmittelsteuereinrichtungen so zu verbessern, daß sich größere Verstellwege und somit eine
flachere Regelkurve ergeben. Die Regelkurve ist dabei als Druckanregelkennlinie definiert, mit der der Verlauf
des Druckes, der sich im Servomotorzulauf aufbaut, über dem Verstellweg der Ventilelemente aufgetragen
ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Maßnahmen.
Bei dieser Art der Verstellung der beiden Ventilelemente gegeneinander, bei der sich aus einer axialen
Komponente und einer reinen Verdrehungskomponente eine schräg verlaufende Reslutierende ergibt, wird
der VersteUweg durch diese Resultierende bestimmt
Bei einem Steigungswinkel des schrägen Langloches von etwa 45° führt dies zu einer Verlängerung des
Verstellweges gegenüber der axialen bzw. der reinen Verdrehungskomponente um den Faktor von etwa 1,4.
Dieser Gewinn an Länge des Versteliweges wirkt sich in einer Abflachung der Regelkurve aus, was die
Steuerung weniger empfindlich hinsichtlich der Entstehung von Druckschwingungen macht Die Vergrößerung des Versteliweges führt auch dazu, daß die radialen ι ο
Bohrungen in den Ventilelementen entsprechend vergrößert werden können, was eine entsprechende
Erhöhung des Durchflußquerschnittes bedeutet Hierdurch wird der Druckverlust in den Ventilen verringert,
was zu einer entsprechenden Verringerung des Leistungsverlustes an den Ventilen führt
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. So dient zur Erzeugung des Verdrehspiels
zwischen den beiden Ventilelementen de*· Durchbruch, der den Mitnehmerstift auf der der Nut gegenüberliegenden Seite umgibt, wobei dieser Durchbruch sich
nach außen konisch erweitert
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Es
zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Druckmittelsteuereinrichtung,
F i g. 2 den Querschnitt auf der Linie H-H aus F i g. 1,
F i g. 3 den Querschnitt auf der Linie III-III aus F i g. 6,
F i g. 4 den Querschnitt auf der Linie IV-IV aus Fig. 1,
F i g. 5 den Querschnitt auf der Linie V-V aus F i g. 1,
F i g. 6 die beiden Ventilelemente in Neutralstellung zueinander,
F i g. 7 die beiden Ventilelemente in einer Extrernstellung, und zwar bei Linksdrehung des Lenkhandrades
eines Kraftfahrzeuges.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Druckmittelsteuereinrichtung ist an dem Gehäuse 1 mittels Schrauben 2 der
Deckel 5 befestigt, der den äußeren Zahnring 4 gegen die Abdeckscheibe 3 drückt In dem äußeren Zahnring 4
dreht sich das Innenzahnrad 10. In dem Gehäuse 1 ist das äußere Ventilelement 6 drehbar gelagert, in dessen
innerer Längsbohrung das innere Ventilelement 7 verdrehbar gegenüber dem äußeren Ventilelement 6
und axial verschiebbar angeordnet ist Das äußere Ventilelement 6 nimmt in zwei miteinander fluchtenden
Querbohrungen den Mitnehmerstift 8 auf, mit dem ein Gabelkopf der Gelenkwelle 9 drehfest, jedoch allseitig
schwenkbar im Eingriff steht Die Gelenkwelle 9 ist mit einer im einzelnen nicht dargestellten, an sich bekannten
balligen Keilwellenverzahnung mit dem Innenzahnrad 10 drehfest, jedoch frei schwenkbar verbunden.
Das äußere Ventilelement 6 bildet mit an seinem äußeren Umfang angeordneten Längsnuten 11, die mit
im Gehäuse 1 verlaufenden Kanälen 12 zusammenwirken, einen bekannten Verteilerdrehschieber, der über
nicht dargestellte Bohrungen in der Abdeckscheibe 3 die Verbindung zu den wandernden Eingängen und
Ausgängen der Zahnringpumpe mit dem äußeren Zahnring 4 und dem Innenzahnrad 10 herstellt. Das
äußere Ventilelement 6 bildet über entsprechende, in ihm angebrachte Ringnuten außerdem eine ständige
Verbindung zu den Rücklaufkanälen 13 und 14, den Verbindungskanälen 15 und 16 zum Stellmotor 32 sowie
zum Verbindungskanal 26 für den Förderstrom der Servopumpe 33.
Das in der inneren Längsbohrung des äußeren Ventilelemenjes 6 konzentrisch und zu diesem relativ
verdreh- und axialverschiebbar angeordnete innere Ventilelement 7 umschließt den Mitnehmerstift 8 an
dessen einem Ende mit einem konischen Durchbruch 19 und an dessen anderem Ende mit einem schräger:
Langloch 20. Das innere Ventilelement 7 ist drehfest, jedoch axial verschiebbar mittels seiner Mitnehmerzunge 21 mit einer Ausgleichsscheibe 22 verbunden, mit der
zwei Mitnehmerklauen 23 einer Antriebswelle 24 drehfest in Verbindung stehen. Die Antriebswelle 24
führt zu einem nicht dargestellten Lenkhandrad eines Kraftfahrzeugs. Die Ausgleichsscheibe 22 sorgt dafür,
daß eine sich aufgrund von Ungertauigkeiten ergebende Versetzung der Achsen von Antriebswelle 24 und
innerem Ventilelement ausgeglichen wird. Darüber hinaus läßt die Ausgleichsscheibe 22 eine axiale
Verschiebung von innerem Ventilelement 7 gegenüber der Antriebswelle 24 zu, auf die weiter unten näher
eingegangen wird. Die Ausgleichsscheibe 22 ist an sich bekannt Zwischen durch Schlitze 34 im äußeren
Ventilelement 6 und durch Schlitze 35 in der Antriebswelle 24 gebildete Anlageschultern sind Blattfedern 25 mit Vorspannung eingesetzt durch die das
äußere Ventilelement 6 und das innere Ventilelement 7 gegeneinander in einer Neutralstellung gehalten werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das innere
Ventilelement, wie oben dargelegt drehfest mit der Antriebswelle 24 verbunden ist. Im einzelnen wird
hierzu auch noch auf die F i g. 4 verwiesen.
Bei Drehung der Antriebswelle 24 wird das mit dieser über die Mitnehmerklauen 23, die Ausgleichsscheibe 22
und die Mitnehmerzunge 21 drehfest verbundene innere Ventilelement 7 gegenüber dem äußeren Ventilelement
6 gegen die Rückstellkraft der Blattfedern 25 relativ verdreht und durch das den Mitnehmerstift 8 umschließende schräge Langloch 20 gleichzeitig axial verschoben (s. in diesem Zusammenhang auch die F i g. 6 und 7).
Der Innenraum des inneren Ventilelementes 7 steht ständig mit einer Servopumpe 33 in Verbindung, und
zwar über einem Kanal 37 im Gehäuse 1, einem Verbindungskanal 26 im Gehäuse 1, sowie über in der
Fig.2 dargestellte radiale Bohrungen 38 im äußeren Ventilelement 6 und radiale Bohrungen 39 im inneren
Ventilelement 7. Durch die Größe dieser radialen Bohrungen 38 und 39 und ihre Lage ist dafür gesorgt,
daß unabhängig von der relativen Verschiebung von äußerem Ventilelement 6 und innerem Ventilelement 7
diese radiale Bohrungen sich überdecken, so daß der Innenraum des inneren Ventilelementes 7 ständig mit
Druckmittel versorgt wird.
Durch die relative Verdrehung und gleichzeitige axiale Verschiebung des inneren Ventilelementes 7
gegenüber dem äußeren Ventilelement 6 werden die im Sinne einer Kurzschlußverbindung einen drucklosen
Neutralumlauf des Druckmittels herstellenden radialen Bohrungen 27 in dem äußeren Ventilelement 6 und
radialen Bohrungen 28 in dem inneren Ventilelement 7 gegeneinander verschoben, wodurch zunächst eine
Querschnittsverminderung dieser Kurzschlußverbindung zur Anregelung des Arbeitsdruckes im Lenksystem erfolgt und bei Erreichen des vollen Verstellweges
die Kurzschlußverbindung für den Neutralumlauf vollständig abgeschlossen wird. Mit der relativen
axialen Verschiebung des inneren Ventilelementes 7 gegenüber dem äußeren Ventilelement 6 wird aufgrund
der beschriebenen Anregelung des Arbeitsdruckes der Förderstrom der Servopumpe 33 aus dem Innenraum
des inneren Ventilelementes 7 über Radialbohrungen 29 im, inneren Ventilelement 7 mit dem Verbindungskanal
17 bzw. 18 verbunden. Mit der Beaufschlagung beispielsweise des Verbindungskanals 18 erhält ein
Kanal 40 Druckmedium, das in einen Ringraum 43 gelangt, aus dem das Druckmedium über einen Kanal 44
den Längsnuten 11 zugeführt wird, von wo aus in der oben beschriebenen Weise die Zahnringpumpe zum
Zwecke ihrer Verdrehung beschickt wird. Aus der Zahnringpumpe tritt dann das Druckmedium in
bekannter Weise über andere Längsnuten 11 in den Kanal 12 ein, von wo aus es über einen Ringraum 42
einem Kanal 41 zugeleitet wird, aus dem das Druckmedium über den Verbindungskanal 17 zu
Radialbohrungen 45 gelangt, aus denen das Druckmedium über einen Ringraum 30 im inneren Ventilelement 7
dem Stellmotor 32 zugeführt wird. Die betreffende Stellung von äußerem Ventilelement 6 und innerem
Ventilelement 7 ist in der F i g. 7 dargestellt. Aus der F i g. 1 geht noch hervor, daß unabhängig von der Lage
des äußeren Ventilelementes 6 ein Ringraum 31 mit der in diesem Falle druckentlasteten Seite des Stellmotors
32 in Verbindung steht, so daß das Druckmedium aus dieser druckentlasteten Seite über den Ringraum 31
abströmen kann und zwar über die in der F i g. 7 dargestellten radialen Bohrungen 27 und die weiterhin
nicht dargestellten Kanäle zu einem Ausgleichsbehälter 36. Bei umgekehrter Verstellung des inneren Ventilelementes
7 spielen sich entsprechend die umgekehrten Vorgänge ab.
In den F i g. 6 und 7 sind das äußere Ventilelement 6 und das innere Ventilelement 7 allein dargestellt und
zwar in der F i g. 6 in normaler Lage und in F i g. 7 in der einen von den beiden !möglichen Extremlagen. Gemäß
F i g. 6 befindet sich der Mitnehmerstift 8 in der Mitte des schrägen Langloches 20, das in dem inneren
Ventilelement 7 angebracht ist Konzentrisch um den Mitnehmerstift 8 sind gestrichelt zwei Kreise gezeichnet,
die den konischen Durchbruch 19 (s. auch Fig. 1)
darstellen, der ebenfalls; in dem inneren Ventilelement 7 angebracht ist, allerdings auf der dem schrägen
Langloch gegenüberliegenden Seite. Wenn nun bei festgehaltenem äußeren Ventilelement 6 das innere
Ventilelement 7 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinr verdreht wird, dann nimmt schließlich der Mitnehmer
stift 8 die in der F i g. 7 dargestellte Lage ein. Diese ir F i g. 7 dargestellte Endlage des Mitnehmerstiftes 8 wird
dadurch herbeigeführt, daß sich das innere Ventilelement 7 nach rechts verschoben hat, wobei der in der
Durchbruch 19 hineinragende Mitnehmerstift 8 auf die Oberfläche des Durchbruchs 19 aufläuft und gleichzeitig
ίο in axialer Richtung der beiden Ventilelemente 6 und 7
gegen die gegenüberliegende Oberfläche des schrägen Langloches 20 gedruckt wird.
Die sich bei dieser Verschiebung der beiden Ventilelemente 6 und 7 ergebende Versetzung von
Radialbohrungen zur Erzielung der Ventilwirkung zeigt sich in der F i g. 7 aufgrund der dort dargestellten Lage
der radialen Bohrungen 27 und 28 (die in der Darstellung gemäß Fig.6 miteinander fluchten). Wie
sich aus der F i g. 7 ergibt, weisen die beiden radialen Bohrungen 27 und 28 in der dargestellten Lage einen
größeren Abstand zueinander auf, als wenn sie nur einer rein axialen oder rein verdrehungsmäßigen Verschiebung
unterworfen worden wären. Die Vergrößerung des Abstandes gegenüber dieser rein axialen bzw. rein
verdrehungsmäßigen Verschiebung beträgt etwa das l,4fache, worauf oben bereits hingewiesen worden ist.
Infolgedessen besteht die Möglichkeit, entsprechend größere radialen Bohrungen 27 und 28 zu verwenden,
wozu noch kommt, daß wegen des größeren Verschiebungsweges die Zunahme bzw. Abnahme der Ventilöffnung
bei Verschiebung der radialen Bohrungen 27 und 28 gegeneinander entsprechend langsamer verläuft Die
Erfindung erbringt alio bei einem notwendigerweise begrenzten Verdrehungswinkel der beiden Ventilelemente
6 und 7 zueinander, begrenzt durch den maximal zulässigen Totweg, beispielsweise bei einer Lenkung
einen wesentlich vergrößerten Verstellweg der die Ventilwirkung herbeiführenden radialen Bohrungen 27
und 28, wodurch sich die erwünschte flache Regelkennlinie des Druckes über dem Verstellweg ergibt
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Hydraulische Druckmittelsteuereinrichtung, insbesondere für hydrostatische Lenkeinrichtungen
von Kraftfahrzeugen, mit einer von ihrem handbetätigten Eingangsglied antreibbaren, als Dosiereinrichtung wirkenden Zahnringpumpe, einer als hydraulische Kraftquelle dienenden Hochdruckpumpe sowie
einem die zu steuernde Anordnung, insbesondere die zu lenkenden Fahrzeugräder, verstellenden Stellmotor, wobei die Druckmittelsteuereinrichtung besteht
aus einem äußeren, als Verteilerdrehschieber für die Zu- und Abführung des Druckmittels zu bzw. von
den Verdrängerzellen der Zahnringpumpe wirkenden und mit deren Innenzahnrad drehfest verbundenen Ventilelement und einem in dem äußeren
Ventilelement konzentrisch zu diesem begrenzt relativ verdrehbar gelagerten, mit dem Eingangsglied drehfest verbundenen inneren Veintileleiment,
die beide zueinander durch Federelemente mit Vorspannung in der Neutralstellung gehalten werden, in der die beiden Ventilelemente mit zueinander
fluchtenden, radialen Bohrungen eine Kurzschlußverbindung für den drucklosen Umlauf des Druckmittels herstellen, wobei eine das äußere Ventilelement mit dem Innenrahnrad der Zahnringpumpe
drehfest verbindende Kupplungseinrichtung, bestehtnd aus einem diametral in dem äußeren
Ventilelement sitzenden Mitnehmerstift, die relative Verdrehung des inneren Ventilelementes gegenüber
dem äußeren Ventilelement dadurch begrenzt, daß von dem Mitnehmerstift durchsetzte Durchbrüche in
dem inneren Ventilelement diesen mit Spiel umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Durchbrüche als den Mitnehmerstift (8)
führendes schräges Langloch (20) nach Art eines steilen Gewindeganges ausgebildet ist, so daß bei
Verdrehung des inneren Ventilelementes (7) die in Neutralstellung zueinander fluchtenden radialen
Bohrungen (27,28) der beiden Ventilelemente (6, 7) parallel zur Richtung des schrägen Langloches (20)
verstellbar sind, und daß der in dem inneren Ventilelement (7) auf dessen dem Langloch (20)
gegenüberliegender Seite liegende, den Mitnehmerstift (8) mit Spiel umgebende Durchbruch (19) im
Zusammenwirken mit jeweils einer Flanke des Langloches (20) einen den Verstellweg begrenzenden Anschlag bildet.
2. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Mitnehmerstift (8) mit Spiel umgebende Durchbruch (19) eine
sich nach außen erweiternde konische Bohrung ist.
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