DE4220624A1 - Drehschieberventil, insbesondere für Hilfskraftlenkungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil, insbesondere für Hilfskraftlenkungen, mit einer in einem Gehäuse gelagerten Ventilbuchse, die einen Drehschieber umschließt. Diese beiden Ventilbauteile sind zueinander verdrehbar angeordnet, dabei steht die Ventilbuchse mit einer Abtriebswelle und der Drehschieber mit einer ein Lenkhandrad tragenden Lenkspindel in Verbindung. Zwischen der Ventilbuchse und dem Drehschieber ist ein Drehstab eingesetzt. Weiterhin ist zwischen der Ventilbuchse und dem Drehschieber eine Zentriereinrichtung vorgesehen, die aus Schrägflächen mit dazwischenliegenden Zentrierkörpern und aus einer Feder besteht zur exakten Mitteneinstellung des Drehschieberventils. Die auf die Zentrierkörper einwirkende Kraft der Feder lädt sich überlagern durch eine in einer Rückwirkungskammer wirkende, veränderliche Druckkraft. Die Druckkraft kann man bei Hilfskraftlenkungen beispielsweise durch ein geschwindigkeitsabhängiges Signal verändern. Auf diese Weise wirkt am Lenkhandrad bei langsamer Fahrt eine geringe und bei schneller Fahrt eine verhältnismäßig hohe Rückwirkungskraft. Durch diese Maßnahme läßt sich besonders bei höheren Geschwindigkeiten ein guter Fahrbahnkontakt und somit ein gutes Lenkgefühl vermitteln.

Aus einem Prospekt der Firma TRW aus dem Jahre 1990 mit dem Titel "Rack and Pinon Steering", Seiten 10 und 11, ist es bereits bekannt, daß neben einem die Lenkspindel und eine Abtriebswelle verbindenden Drehstab noch eine Zentriereinrichtung Verwendung findet, die ein Drehschieberventil in die exakte Mittenlage zurückstellt. In einer derartigen Hilfskraftlenkung bildet der Drehschieber ein Bauteil der Lenkspindel und die Ventilbuchse ein Bauteil der Abtriebswelle. Die einander zugewandten Stirnseiten einer mit der Lenkspindel verbundenen, federbelasteten Reaktionsscheibe und der Ventilbuchse sind mit zueinander passenden Aussparungen, die Schrägflächen bilden, für die Aufnahme von Rastkugeln versehen. Die Lenkspindel mit der Reaktionsscheibe läßt sich relativ zur Ventilbuchse erst dann verdrehen, wenn das vom Fahrer am Lenkhandrad ausgeübte Drehmoment ausreicht, die Federvorspannung zu überwinden. Dann lädt sich das Drehschieberventil auslenken, um einen Druck im zugehörigen Stellmotor anzusteuern. Vor der Reaktionsscheibe auf der Seite der Rastkugeln befindet sich ein Druckraum mit einem Auslaßkanal, dessen Rücklaufquerschnitt steuerbar ist. Durch Regelung des Öldruckes ist es somit möglich, die am Lenkhandrad zur Aktivierung der Hilfskraft erforderliche Federvorspannung zu ändern. Die Regelung des Öldruckes hinter der Reaktionsscheibe erfolgt durch ein Magnetventil, welches über ein auf Geschwindigkeitssignale reagierendes elektronisches Steuergerät seine Befehle erhält. Damit zur Reduzierung der verhältnismäßig starken Federkraft eine ausreichend grobe hydraulische Druckkraft als Gegenkraft wirksam werden kann, muß man den Durchmesser der Reaktionsscheibe entsprechend groß wählen. Dies bedeutet, daß das Ventilgehäuse im Bereich der Reaktionsscheibe und der Feder größer baut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst gedrungene Bauweise für das Drehschieberventil zu finden, bei welchem die Zentriereinrichtung in radialer Richtung keinen zusätzlichen Bauraum beansprucht. Außerdem strebt man an, den die Rückwirkungskraft erzeugenden hydraulischen Druck zu verringern.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6. Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung baut man zwischen der Feder und den Zentrierkörpern einen Rückwirkungskolben ein, wobei die Rückwirkungskammer zwischen dem Rückwirkungskolben und einem Deckel liegt. Der Rückwirkungskolben lädt sich im Ventilgehäuse und im Deckel leicht abdichten. In dieser Anordnung hat die Rückwirkungskammer gleichzeitig die Funktion des Federraumes, so daß die hydraulische Kraft die Federkraft unterstützt. Die Feder kann daher schwächer dimensioniert sein, wodurch diese auch einen kleineren Einbauraum beansprucht.

Nach den Ansprüchen 2 und 3 stützt sich die Feder über ein Nadellager am Rückwirkungskolben ab und dieser ist außerdem in einer Axialführung auf Kugeln verschieblich geführt. Dadurch lädt sich ein nahezu reibungsfreies und somit exaktes Ansprechen der Zentriereinrichtung erreichen.

Nach Anspruch 4 sind die mit dem Drehschieber zusammenwirkenden Schrägflächen in ein Zentrierstück eingearbeitet, das mit dem Rückwirkungskolben nach dem Ausrichten auf die hydraulische Mitte fest verbunden ist. Dies hat den Vorteil, daß nach dem Verstiften des Drehstabes mit dem Drehschieber in der hydraulischen Mitte sich auch die Schrägflächen der Zentriereinrichtung exakt zueinander auf die hydraulische Mitte einstellen lassen. Winkelfehler und andere Fertigungstoleranzen zwischen dem Drehschieberventil und der Zentriereinrichtung können daher zuverlässig vermieden werden.

Nach Anspruch 5 ist es zweckmäßig, das Zentrierstück durch Laserschweißen am Rückwirkungskolben zu befestigen. Mit dieser Verbindungstechnik bleiben die mechanischen Eigenschaften der verhältnismäßig kleinen Bauteile erhalten, d. h. es gibt keinen Wärmeverzug.

Nach Anspruch 6 steht die Rückwirkungskammer (37) über eine Blende (29) mit dem Ölrücklauf in Verbindung. Durch diese Maßnahme lädt sich ein gegenüber dem Pumpendruck abgesenkter Zwischendruck als Rückwirkungsdruck in der Rückwirkungskammer einstellen.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vergrößerten Längsschnitt durch ein Drehschieberventil;

Fig. 2 eine Teilansicht auf die Zentriereinrichtung in Richtung des Pfeiles II der Fig. 3 bei weggelassenem Kugelkäfig und

Fig. 3 die Einzelheit III der Fig. 1 in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung.

Im Längsschnitt nach Fig. 1 steht eine in einem Ventilgehäuse 1 gelagerte Lenkspindel 2 über einen Drehstab 3 mit einer Abtriebswelle 4 in Verbindung, die z. B. ein Ritzel eines Zahnstangenlenkgetriebes trägt. Ein unterer Abschnitt der Lenkspindel 2 ist als Drehschieber 5 ausgeführt, der sich in eine mit der Abtriebswelle 4 verbundene Ventilbuchse 6 erstreckt. Der Drehschieber 5 und die Ventilbuchse 6 bilden in bekannter Weise ein Drehschieberventil mit zusammenwirkenden Steuernuten und zugehörigen Bohrungen. Zwischen der Lenkspindel 2 und der Abtriebswelle 4 sind nicht sichtbare Anschläge vorgesehen, die ein begrenztes Verdrehspiel zum Aussteuern des Drehschieberventils 5, 6 zulassen.

Eine an einen Tank 7 angeschlossene Hochdruckpumpe 8 steht über eine Druckleitung 9 und eine Ringnut 10 mit Bohrungen 11 der Ventilbuchse 6 in Verbindung.

Die Bohrungen 11 münden in axiale Zulaufnuten 12 des Drehschiebers 5. Beim Verdrehen des Drehschieberventils 5, 6 können die Zulaufnuten 12 mit nicht sichtbaren axialen Zylindernuten der Ventilbuchse 6 in Verbindung treten, die an Ringnuten 13 und 14 anschließen. Diese Ringnuten 13 und 14 führen über Druckleitungen 15 und 16 in Druckräume eines Stellmotors 17. Schließlich befinden sich im Drehschieber 6 noch axiale Rücklaufnuten 18, die über Bohrungen 20 in einen Innenraum 21 münden. Der Innenraum 21 schließt über eine Bohrung 22 der Ventilbuchse 6 und eine Kammer 23 an den Tank 7 an.

Zwischen der Ventilbuchse 6 und einem mit der Lenkspindel 2 festen Zentrierstück 24 ist eine Zentriereinrichtung 25 vorgesehen. Die Zentriereinrichtung 25 (Fig. 2) besteht aus Schrägflächen 26 und 26A in einer Stirnseite der Ventilbuchse 6 und entsprechend ausgeführten Schrägflächen 27 und 27A im Zentrierstück 24, wobei zwischen diesen Schrägflächen in einem Käfig 28 gehaltene Wälzkörper 30 eingespannt sind.

Die Fig. 2 zeigt die Zentriereinrichtung 25 bei weggelassenem Käfig 28 in der Mittenstellung (Neutralstellung) und in einer gestrichelt gezeichneten Betriebsstellung (Anregelstellung).

Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, setzt man nach der Erfindung zwischen eine Feder 31 und die Zentriereinrichtung 25 einen Rückwirkungskolben 32 ein, der über eine Axialführung 33 drehfest auf der Lenkspindel 2 gehalten ist. Zur Verringerung der Axialreibung stützt sich der Rückwirkungskolben 32 in der Axialführung 33 auf Kugeln 34 ab. Das Zentrierstück 24 ist vorteilhaft durch Laserschweißen mit dem Rückwirkungskolben 32 verbunden. Die Feder 31 stützt sich einerseits an einem im Ventilgehäuse 1 festen, als Dichtungsträger ausgebildeten Deckel 35 ab, und andererseits über ein Nadellager 36 am Rückwirkungskolben 32. Zwischen dem Rückwirkungskolben 32 und dem Deckel 35 liegt eine Rückwirkungskammer 37, die zugleich Federraum ist. In dem Deckel 35 befindet sich eine Blende 29, die die Rückwirkungskammer 37 über eine Bohrung 39 der Lenkspindel 2 mit dem Innenraum 21 und damit auch mit dem Tank 7 verbindet. Die Rückwirkungskammer 37 ist durch eine Dichtanordnung 43 im Kolben 32 und eine weitere Dichtanordnung 44 im Deckel 35 abgedichtet.

Die in Fig. 1 gezeichnete Druckleitung 9 steht außer mit der Ringnut 10 über ein Elektromagnetventil 38 und eine Leitung 40 mit der Rückwirkungskammer 37 in Verbindung. Bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ist das Magnetventil 38 geschlossen. Bei einer Relativverdrehung des Drehschiebers 5 gegenüber der Ventilbuchse 6 muß zum Ansteuern des Stellmotors 17 lediglich der Drehstab 3 verdreht werden, wozu die Axialkraft kommt, die von den auf den Schrägflächen 26, 26A und 27, 27A auflaufenden Wälzkörpern 30 (Fig. 2, gestrichelte Linie) erzeugt wird. Durch diese Axialkraft verschiebt sich der Rückwirkungskolben 32 um einen geringen Betrag gegen die Feder 31. Diese Axialkraft ist noch verhältnismäßig klein, da ja beispielsweise beim Einparken ein Ansprechen des Drehschieberventils 5, 6 mit einer geringen Verdrehkraft am Lenkhandrad möglich sein soll.

Fährt man mit höherer Geschwindigkeit, dann öffnet das Magnetventil und es fließt über die Leitung 40 ein geschwindigkeitsabhängiger Ölstrom zur Rückwirkungskammer 37. Der durch die Blende 29 erzeugte Staudruck wirkt dabei als Rückwirkungsdruck auf eine Stirnfläche 41 des Rückwirkungskolbens 32. Dieser Rückwirkungsdruck addiert sich zur Kraft der Feder 31 hinzu. Um die Zentriereinrichtung 25 zu überwinden und das Drehschieberventil 5, 6 auszusteuern, benötigt der Fahrer jetzt mehr Handkraft. Diese von der Fahrgeschwindigkeit abhängige, zusätzlich zu überwindende Verdrehkraft vermittelt bei schneller Fahrt das sogenannte Lenkgefühl. Die Hilfskraftlenkung wird sozusagen steifer.

Zur Begrenzung des Rückwirkungsdruckes ab einer bestimmten Geschwindigkeit kann man ein Abschneidventil 42 vorsehen (Fig. 1).

Bezugszeichen

 1 Ventilgehäuse
 2 Lenkspindel
 3 Drehstab
 4 Abtriebswelle
 5 Drehschieber
 6 Ventilbuchse
 7 Tank
 8 Hochdruckpumpe
 9 Druckleitung
10 Ringnut
11 Bohrung
12 Zulaufnuten
13 Ringnut
14 Ringnut
15 Druckleitung
16 Druckleitung
17 Stellmotor
18 Rücklaufnuten
19 -
20 Bohrungen
21 Innenraum
22 Bohrung
23 Kammer
24 Zentrierstück
25 Zentriereinrichtung
26, 26A Schrägflächen
27, 27A Schrägflächen
28 Käfig
29 Blende
30 Wälzkörper
31 Feder
32 Rückwirkungskolben
33 Axialführung
34 Kugeln
35 Deckel
36 Nadellager
37 Rückwirkungskammer
38 Magnetventil
39 Bohrung
40 Leitung
41 Stirnfläche von 32
42 Abschneidventil
43 Dichtanordnung
44 Dichtanordnung

Claims (6)

1. Drehschieberventil, insbesondere für hydraulische Hilfskraftlenkungen, mit folgenden Merkmalen:

• - eine in einem Gehäuse gelagerte Ventilbuchse (6) umschließt einen Drehschieber (5);
• - die Ventilbuchse (6) steht mit einer Abtriebswelle (4) und der Drehschieber (5) mit einer ein Lenkhandrad tragenden Lenkspindel (2) in Verbindung;
• - zwischen der Ventilbuchse (6) und dem Drehschieber (5) ist ein Drehstab (3) eingesetzt;
• - zwischen der Ventilbuchse (6) und dem Drehschieber (5) ist eine Wälzeinrichtung (25) vorgesehen, die aus Schrägflächen (26, 26A; 27, 27A) mit dazwischenliegenden Wälzkörpern (30) und einer Feder (31) besteht zur exakten Mitteneinstellung des Drehschieberventils (5, 6);
• - die auf die Wälzkörper (30) einwirkende Kraft der Feder (31) lädt sich überlagern durch eine in einer Rückwirkungskammer (37) wirkende veränderliche Druckkraft, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - zwischen der Feder (31) und den Wälzkörpern (30) ist ein Rückwirkungskolben (32) eingebaut und
• - die Rückwirkungskammer (37) liegt zwischen dem Rückwirkungskolben (32) und einem Deckel (35), wobei die Rückwirkungskammer (37) zugleich die Feder (31) aufnimmt.

2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (31) über ein Nadellager (36) am Rückwirkungskolben (32) abstützt.

3. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwirkungskolben (32) in einer Axialführung (33) auf Kugeln (34) verschiebbar ist.

4. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Drehschieber (5) zusammenwirkenden Schrägflächen (27, 27A) in ein Zentrierstück (24) eingearbeitet sind, das mit dem Rückwirkungskolben (32) nach dem Ausrichten auf die hydraulische Mitte fest verbunden ist.

5. Drehschieberventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierstück (24) durch Laserschweißen am Rückwirkungskolben (32) befestigt ist.

6. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwirkungskammer (37) über eine Blende (29) mit dem Rücklauf verbunden ist.