DE102006058157A1

DE102006058157A1 - Servoventil

Info

Publication number: DE102006058157A1
Application number: DE200610058157
Authority: DE
Inventors: Klaus Zwerger
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2006-12-09
Publication date: 2008-06-12

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 (5) drehfest verbunden ist, wobei die Ventilelemente (2, 4) relativ zueinander verdrehbar sind, und mit einer Zentriereinrichtung (6) zwischen den Ventilelementen (2, 4), die ein erstes Zentrierelement (7) und ein zweites Zentrierelement (8) enthält, welche zu jeweils einem Ventilelement (2, 4) zugeordnet sind und zu dem jeweiligen Ventilelement (2, 4) drehfest und relativ zueinander verdrehbar und gegen die Kraft einer Feder (9) in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar sind, wobei die Zentrierelemente (7, 8) einander zugeordnete Schrägflächen (10, 11) aufweisen, zwischen denen ein oder mehrere Wälzkörper (12) eingesetzt sind. Um ein Servoventil darzustellen, dessen Funktion durch extreme mechanische Belastungen nicht beeinträchtigt ist, ist vorgesehen, dass der Steigungswinkel (phi) der Schrägflächen (10, 11) in tangentialer Richtung der Schrägflächen (10, 11) sich so ändert, dass das Rückwirkmoment der Zentriereinrichtung (6) sich verringert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Servoventil, insbesondere für eine hydraulische Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 42 20 624 A1 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 Fahrzeugs 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. 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 der Steuerbuchse an deren axialer Endfläche angeordnetes Zentrierelement und einem zweiten Zentrierelement an einem mit einer Druckfeder belasteten Rückwirkungskolben gebildet. Die Zentrierelemente weisen einander zugeordnete Schrägflächen, die als radiale Nuten gebildet sind, auf, zwischen denen Wälzkörper eingesetzt sind.
Der Rückwirkungskolben ist drehfest, aber axial verschiebbar zu der Steuerbuchse gehalten. In einem Arbeitsraum hinter dem Rückwirkungskolben, dem 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. Dadurch wird ein Betätigungsmoment an einem mit dem ersten Ventilelement verbundenen Ventileingangsglied gesteuert. Das als Steuerbuchse gebildete, zweite Ventilelement ist mit einem als Ritzel gebildeten Ventilausgangsglied drehfest über eine Totgangkupplung verbunden. Das Ritzel kämmt mit einem als Zahnstange gebildeten axial verlagerbaren Bauelement.
Zur Überprüfung der Betriebssicherheit solcher hydraulischer Hilfskraftlenkungen werden auf die Enden der Zahnstange Energiestöße, deren Schlagenergie gesteigert wird und beispielsweise 300 J erreichen kann, aufgebracht.
Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, dass sich dabei insbesondere ein Presssitz eines Zentrierelements an der Steuerbuchse lösen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servoventil darzustellen, dessen Funktion durch extreme mechanische Belastungen nicht beeinträchtigt ist.
Die Aufgabe wird mit einem Servoventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Um ein Verrutschen des Presssitzes zwischen dem Zentrierelement und der Steuerbuchse zu verhindern muss das Drehmoment an der Zentriereinrichtung verringert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch bewirkt, dass der Steigungswinkel φ der Schrägflächen an denen sich die Wälzkörper abwälzen, in tangentialer Richtung der Schrägflächen sich mit zunehmender Relativverdrehung so ändert, dass sich das Rückwirkmoment der Zentriereinrichtung verringert.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist zweckmäßig den Steigungswinkel der Schrägflächen ausgehend von einer zentrierten Neutralstellung der Zentrierelemente in tangentialer Richtung der Schrägflächen zu verringern, wodurch eine verringerte Hubbewegung der Zentrierelemente bewirkt wird.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Servoventils ist der Steigungswinkel der Schrägflächen an den Zentrierelementen in Stufen in tangen tialer Richtung der Schrägflächen verringert. Bevorzugt ist der Steigungswinkel zwischen den Stufen konstant.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schrägflächen als im wesentlichen V-förmig, im Querschnitt symmetrische Nut gebildet und verlaufen von deren Zentrum tangential mit einem Steigungswinkel φ von etwa 25° um nach einer Stufe einen Steigungswinkel φ von 25° bis 0°, bevorzugt 14° einzunehmen.
Das Servoventil ist bevorzugt als Drehschieberventil mit offener Mitte gebildet, wobei das erste Ventilelement ein Drehschieber und das zweite Ventilelement eine Steuerbuchse koaxial zu dem Drehschieber ist. Das Drehschieberventil weist eine Rückwirkungseinrichtung zur Steuerung der Betätigungskräfte an einer Lenkhandhabe der hydraulischen Hilfskraftlenkung auf, wobei das erste Zentrierelement mit einem Rückwirkungskolben drehfest verbunden ist und das zweite Zentrierelement drehfest mit dem zweiten Ventilelement verbunden ist.
Der Steigungswinkel φ der Schrägflächen kann in seiner variierenden Abfolge an den Schrägflächen so gewählt werden, dass bei einer Relativverdrehung der Zentrierelemente um etwa 3° ein axialer Hub eines Zentrierelements um etwa 0,37 mm resultiert. Der Steigungswinkel φ verringert sich an den Schrägflächen nach diesem Verdrehwinkel von 3°, um bis zu einem maximalen Verdrehwinkel der Zentrierelemente zueinander von bis etwa 7° konstant zu bleiben.
Der Steigungswinkel φ der Schrägflächen ist so gewählt, dass er ein geringeres Rückwirkmoment als das Lösemoment für den Presssitz des zweiten Zentrierelements an dem zweiten Ventilelement in jeder Betriebsphase des Servoventils bewirkt.

1: Servoventil
2: Ventilelement, erstes
3: Ventileingangsglied
4: Ventilelement, zweites
5: Ventilausgangsglied
6: Zentriereinrichtung
7: Zentrierelement, erstes
8: Zentrierelement, zweites
9: Feder
10: Schrägfläche
11: Schrägfläche
12: Wälzkörper
13: Drehschieber
14: Steuerbuchse
15: Rückwirkungskolben
16: Rückwirkungseinrichtung
17: Bauelement, axial verlagerbar
18: Rückwirkraum
19: Gehäuse
20: Stift
21: Ritzel
22: Zahnstange
23: Totgangkupplung
24: Schnittachse
25: Stufe
φ: Steigungswinkel

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels 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 eine Draufsicht in Pfeilrichtung x auf das Servoventil in 2.
In 1 ist in einem Längsschnitt ein als Drehschieberventil ausgebildetes Servoventil 1 für eine hydraulische Zahnstangen-Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Drehschieberventil ist mit einer Rückwirkungseinrichtung 16 mit Rückwirkungskolben 15 versehen, wobei ein von einem nicht gezeigten elektrohydraulischen Wandler gesteuerter Fahrtparameter-abhängiger Arbeitsdruck in einem Rückwirkraum 18 den Rückwirkungskolben 15 in axialer Richtung des Drehschieberventils belastet. Das Drehschieberventil ist im wesentlichen aus einem Gehäuse 19 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 zweiten Ventilelement 4 verdrehbar. Das zweite Ventilelement 4 ist mit einem Ventilausgangsglied 5 drehfest über einen Stift 20 verbunden. Das Ventilausgangsglied 5 ist als schrägverzahntes Ritzel 21 ausgebildet und kämmt mit einem als Zahnstange 22 gebildeten, axial verlagerbaren Bauelement 17, die parallel oder in Reihe mit einem Servozylinder über Spurstangen und Radlenkhebel den Lenkwinkel gelenkter Räder des Kraftfahrzeugs verstellt.
Das erste Ventilelement 2, der Drehschieber 13, ist über eine die Verdrehung zwischen Drehschieber 13 und Steuerbuchse 14 auf etwa 7° begrenzende Totgangkupplung 23 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 Ventileingangsglied 3, dient eine Zentriereinrichtung 6.
Die Zentriereinrichtung 6 besteht aus einem ersten Zentrierelement 7, das in den in den 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen einstückig mit dem ringförmigen Rückwirkungskolben 15 gebildet ist, ferner aus einem zweiten Zentrierelement 8, das mit einem Presssitz drehfest mit dem zweiten Ventilelement 4, der Steuerbuchse 14 verbunden ist und in axialer Richtung des Drehschieberventils dem ersten Zentrierelement 7 gegenüberliegt. Wälzkörper 12 sind an Schrägflächen 10, 11 (vgl. 2, 3) zwischen den beiden Zentrierelementen 7, 8 eingesetzt. Die Zentrierelemente 7, 8 werden von einer zylindrischen, nicht torsionssteifen Feder 9 gegeneinander gedrückt.
Wie 2 in einem Querschnitt entlang der Linie I-I in 1 durch das Drehschieberventil zeigt, sind an dem ersten Zentrierelement 7 Schrägflächen 10 und an dem zweiten Zentrierelement 8 Schrägflächen 11 jeweils diametral zueinander angeordnet. Wie 3 in einer Draufsicht in Pfeilrichtung x in 2 zeigt, steigen die Schrägflächen 10 radial zu einer Schnittachse 24 zu beiden Seiten um einen Steigungswinkel φ zur Schnittebene an. Die Schrägflächen 11 an dem zweiten Zentrierelement 8 sind spiegelsymmetrisch zu den an dem ersten Zentrierelement 7 ausgebildeten Schrägflächen 10. Es kann auch zweckmäßig sein, die Schrägflächen 10, 11 nur an einem Zentrierelement 7, 8 anzuordnen und das andere Zentrierelement 7, 8 als Halter für die Wälzkörper 12 auszubilden.
Wie 3 zeigt, beträgt der Steigungswinkel φ der Schrägflächen 10 beiderseits in radialer Richtung von der Schnittachse 24 zunächst etwa 25° um ab einer Stufe 25 einen konstant geringeren Betrag von etwa 14° einzunehmen. Die Anordnung der Stufe 25 entspricht einem Verdrehwinkel des Zentrierelements 7 von etwa 3°, wobei das Zentrierelement 7 bis zu diesem Verdrehwinkel einen Axialhub von etwa 0,37 mm durchgeführt hat.
Eine Maximalverdrehung des Zentrierelements 7 von etwa 7° ist von der Totgangkupplung 23 toleriert, wobei das Zentrierelement 7 bei einer Verdrehung von 0° bis 7° einen Axialhub von etwa 1,6 mm macht.
Dieser im Vergleich zu bekannten Servoventilen verringerte Hub und das dadurch verringerte Rückwirkmoment bewirken auch bei hohen, schlagartig auf das Ventilausgangsglied 5 aufgebrachten Torsionsmomenten einen sicheren Sitz des zweiten Zentrierelements 8 auf der Steuerbuchse 14.

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 (5) drehfest verbunden ist, wobei die Ventilelemente (2, 4) relativ zueinander verdrehbar sind, und mit einer Zentriereinrichtung (6) zwischen den Ventilelementen (2, 4) die ein erstes Zentrierelement (7) und ein zweites Zentrierelement (8) enthält, welche zu jeweils einem Ventilelement (2, 4) zugeordnet sind und zu dem jeweiligen Ventilelement (2, 4) drehfest und relativ zueinander verdrehbar und gegen die Kraft einer Feder (9) in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar sind, wobei die Zentrierelemente (7, 8) einander zugeordnete Schrägflächen (10, 11) aufweisen, zwischen denen ein oder mehrere Wälzkörper (12) eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) der Schrägflächen (10, 11) in tangentialer Richtung der Schrägflächen (10, 11) sich so ändert, dass das Rückwirkmoment der Zentriereinrichtung (6) sich verringert.
Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) sich ausgehend von einer zentrierten Neutralstellung der Zentrierelemente (7, 8) in tangentialer Richtung der Schrägflächen (10, 11) verringert.
Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steigungswinkel (φ) in Stufen verringert.
Servoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) zwischen den Stufen konstant ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) sich von etwa 25° auf einen Betrag zwischen 25° und 0° verringert.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) sich von etwa 25° auf etwa 14° verringert.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zentrierelement (7) mit einem Rückwirkungskolben (15) einer Rückwirkungseinrichtung (16) drehfest verbunden ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zentrierelement (8) drehfest mit dem zweiten Ventilelement (4) verbunden ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) in seiner variierenden Abfolge an den Schrägflächen (10, 11) so gewählt ist, dass bei einer Relativverdrehung der Zentrierelemente (7, 8) um etwa 3° ein axialer Hub eines Zentrierelements (7, 8) um etwa 0,37 mm erzeugt ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) nach einer Relativverdrehung der Zentrierelemente (7, 8) ab 3° sich verringert.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (φ) der Schrägflächen (10, 11) in tangentialer Richtung der Schrägflächen (10, 11) so gewählt ist, dass ein Presssitz des zweiten Zentrierelements (8) an dem zweiten Ventilelement (4) bei einem Schlagversuch unter Aufbringung von etwa 300 J Schlagenergie auf ein von dem drehfest mit dem zweiten Ventilelement (4) verbundenen Ventilausgangsglied (3) angetriebenen, axial verlagerbaren Bauelement (17) nicht gelöst wird.