DE3440859A1

DE3440859A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE3440859A1
Application number: DE19843440859
Authority: DE
Inventors: Frederick John Clevedon Avon Adams
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1984-11-08
Publication date: 1985-05-30
Also published as: GB8330877D0; GB2149860A; US4633907A; GB2149860B

Description

PATENTANWÄLTE" SPOT-Ti-U^Di'PUSCHMANN

TRW CAM GEARS LIMITED 45 Wilbury Way Hitchin, Hertfordshire, SG4 OTU, Großbritannien

München, den 07.11.1984 Pu/ho P 1208/84

Venti!anordnung

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil bestehend aus einem inneren Teil und einem dieses konzentrisch umgebenden äußeren Teil, wobei beide Teile relativ zueinander eine Winkelbewegung ausführen, mit einem Dichtmittel, das die relativ zueinander beweglichen Teile hydraulisch abdichtet, und das aus einer in einem der Teile vorgesehenen Ringnut und einem in dieser Nut liegenden gegen das andere Teil abdichtenden Dichtungsring besteht sowie zugehörige Hydrauliksysteme, insbesondere betrifft sie Drehschieberventile für kraftverstärkte Lenkgetriebe.

Kraftverstärkte Lenkgetriebe weisen in der Regel eine Druckquelle, einen durch das Druckmedium betätigten die Kraftverstärkung liefernden Servomotor und ein hydraulisches Steuerventil auf, das zwischen der Druckquelle und dem Servomotor angeordnet ist, um den Servomotor in Abhängigkeit von den Lenkanforderungen des Fahrzeuges, in dem das System eingebaut ist, zu steuern.

In einem solchen Lenkgetriebe besteht das Problem, daß infolge des verhältnismäßig hohen Hydraulikdruckes, der für den Antrieb des Servomotors während der gesamten Betriebszeit erforderlich ist und der ständig auf die Ventilanordnung wirkt, die Dichtungen

im Steuerventil ebenfalls ständig durch den hohen Druck beansprucht sind.

Bei solchen für kraftverstärkte Lenkgetriebe eingesetzten Drehschieberventilen entsteht daher ein unerwünscht großer Widerstand gegen das Verdrehen der Ventilteile, und die Dichtringe im Steuerventil werden bisweilen in den zwischen den sich drehenden und gegeneinander abzudichtenden Teilen bestehenden Spalt hineingedrückt, wodurch sich der Widerstand noch verstärkt.

Dieses Problem beruht hauptsächlich auf den speziellen Betriebsbedingungen bei Drehschieberventilen in kraftverstärkten Lenkgetrieben und daß Dichtmethoden für hydraulische Systeme anderer Anwendungsgebiete sich nicht ohne weiters auf den hier in frage stehenden Anwendungszweck übertragen lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein die genannten Schwierigkeiten vermeidendes verbessertes Drehschieberventil sowie ein verbessertes Verfahren zur Abdichtung relativ zueinander ver-: drehbarer Teile innerhalb eines Hydrauliksystems zu schaffen j

Diese Aufgabe ist für ein Drehschieberventil erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform weist ein Drehschieberventil einen in einer Ringnut in einem von einem Paar relativ zueinander verdrehbaren Teile liegenden Dichtring auf, dessen Querschnittsprofil so ausgebildet ist, daß der Flüssigkeitsdruck auf der stromauf liegenden Seite im ringförmigen Dichtungsbereich des Dichtringes entgegengesetzt

wirkende Kräfte an dessen radial oder axial gegenüberliegenden Flächen aufbringen kann. Dieser Dichtring weist nach einer Ausführungsform ein im wesentlichen keilförmiges Profil auf und ist radial nach außen geneigt, so daß einander radial gegenüberliegende Flächen des Dichtringes vom Druckmedium beaufschlagt und die dort auftretenden Kräfte weitgehend ausgeglichen sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Dichtring ein im wesentlichen rechtwinkliges Profil auf und die ihn aufnehmende Nut enthält einen hinterschnittenen Bereich, über den der Hydraulikdruck auf die beiden axialen Flächen des Dichtringes wirkt, so daß die in Achsrichtung wirkenden Kräfte weitgehend ausgeglichen sind.

Bei einer herkömmlichen Dichtungsanordnung mit einem vierkantigen Dichtring, der unter Freilassung eines Spaltes in einer im wesentlichen im Querschnitt quadratischen Ringnut liegt, wird der Dichtring unter dem Druck des Druckmediums in eine Ecke der Ringnut gedruckt, so daß der Dichtring an den beiden relativ zueinander beweglichen Teilen anstößt und dabei

quer zum Arbeitsspalt der Teile liegt, so daß er dabei um ein bestimmtes Maß in den Spalt eingedrückt wird. Bei einer solchen Anordnung wird also der Dichtring durch den Flüssigkeitsdruck auf beiden Seiten mit der gesamten Fläche gegen die beiden gegeneinander abzudichtenden Teile gedrückt. Infolgedessen wirkt der Dichtring der Relativbewegung zwischen den beiden Teilen entgegen, wodurch zur relativen Verdrehung dieser Teile eine sehr große Kraft aufzubringen ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung, bei der die Ringnut einen hinterschnittenen Bereich aufweist, so daß die den Dichtring axial beaufschlagenden Kräfte weitgehend im Gleichgewicht gehalten sind, wird der Dichtring durch das ihn beaufschlagende Druckmedium in der Hauptsache nur gegen den nicht die Nut aufweisenden Teil gepreßt, so daß der andere Teil sich verhältnismäßig frei drehen

kann. Bei einer Ausführungsform, in der der Dichtring radial nach außen abgeschrägt ist, so daß die ihn radial beaufschlagenden Kräfte weitgehend im Gleichgewicht gehalten sind, die axial wirkenden Kräfte dagegen nicht, wird der Dichtring gegen eine Wandung der Nut gepreßt, während der die Nut nicht aufweisende Teil verhältnismäßig frei verdrehbar ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand mehrerer in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Ventilanordnung mit einem herkömmlichen vierkantigen Dichtring,

Figur 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine Ventilanordnung mit einem vierkantigen Dichtring und einer diesen aufnehmenden Nut mit einem erfindungsgemäßen Profi 1,

Figur 3 einen ähnlichen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei der die Nut ein herkömmliches Profil aufweist und der Dichtring im Querschnitt im wesentlichen keilförmig ist und

Figur 4 einen axialen Schnitt durch einen Teil einer Ventilanordnung für kraftverstärkte Lenkgetriebe.

Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform ist für den Einsatz in einer Ventilanordnung für kraftverstärkte Lenkgetriebe vorgesehen. Eine derartige Ventilanordnung ist beispielsweise in der britischen Patentanmeldung 20 44 697A beschrieben. Auf diese Patentanmeldung und den darin offenbarten Gegenstand, wird hier speziell Bezug genommen.

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In der genannten Patentanmeldung ist ein rohrförmiges Teil innerhalb und in bezug auf ein Ventilgehäuse 1 drehbar. Das Teil 12 ist mit Ringdichtungen versehen, durch die es gegenüberjdem Ventilgehäuse gegen in Achsrichtung zuströmendes Druckmedium abgedichtet ist. Die in den Zeichnungen mit 1 und 12 bezeichneten Bauteile entsprechen den Teilen mit gleichen Bezugs-! zeichen aus der britischen Patentanmeldung 20 44 697A.

Figur 1 zeigt eine herkömmliche Dichtungsanordnung, bei der ein vierkantiger Dichtungsring 20 in einer entsprechenden rechtwinkligen Nut 22 liegt. Das Druckmedium strömt über eine Einlaßbohrung 24 im Gehäuse 1, die einer Verbindungsnut 26 zugeordnet ist, ein.

Beim Einsatz wird das rohrförmige Teil 12 in bezug auf das Ventilgehäuse 1 um einen Winkel bewegt, der von den Lenkbewegungen abhängt, um die Ventilanordnung, die den Zustrom von Hydraulikflüssigkeit zu einem Servomotor steuert, zu öffnen oder zu schließen.

Bei dieser Ausführungsform gelangt der Flüssigkeitsdruck von der Einlaßöffnung 24 über einen zylindrischen Arbeitsspalt 28 zwischen dem Ventilgehäuse und dem rohrförmigen Teil 12 zur Nut 22. Der Flüssigkeitsdruck beaufschlagt die beiden stromauf liegenden senkrecht aufeinanderstehenden Seitenflächen des Dichtringes, nämlich die Seitenfläche 30 und die Innenfläche 32. Hierdurch werden die beiden anderen Flächen 34 und 36 jeweils dichtend gegen die stromab liegende Seitenfläche der Nut 22 und die Innenfläche des Gehäuses 1 gedruckt.

Zwischen dem Dichtring 20 und dem Gehäuse 1 und dem rohrförmigen Teil 12 besteht also ein großer Berührungsbereich, so daß der hohe hydraulische Druck der Relativbewegung zwischen Gehäuse und dem rohrförmigen Teil stark entgegenwirkt, und es

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besteht auch immer die Gefahr, daß der Dichtungsring in den Spalt 28 teilweise hineingedrückt wird.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 sind das Ventilgehäuse 1 (das das Außenteil bildet) und das rohrförmige Teil 12 (hier das Innenteil) in gleicher Weise angeordnet wie in Fig. 1, doch ist an die Stelle der rechtwinkligen Nut 22 eine Nut 38 getreten, deren Profil einen hinterschnittenen Teil 40 aufweist, so daß das in die Nut über die Einlaßöffnung 24 gelangende Druckmedium auch die axial gegenüberliegende Seitenfläche 34 des Dichtringes 20 beaufschlagt, wodurch die auf den Dichtring wirkenden Axialkräfte weitgehend ausgeglichen sind. Die Berührungsfläche zwischen dem Dichtungsring und dem Innenteil 12 verläuft ringförmig im Bereich 42 und außerdem über die gesamte Fläche der dem Gehäuse zugewandten Außenfläche 36 des Dichtungsringes.

Da die auf den Dichtungsring 20 wirkenden Axialkräfte weitgehend ausgeglichen sind, besteht kaum noch die Gefahr, daß der Dichtungsring in den Spalt 28 hineingedrückt werden kann, und auch die Reibung zwischen dem Dichtungsring und dem Innenteil 12 ist erheblich verringert.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3, die von der in Figur 1 gezeigten abweicht, hat der Dichtungsring 44 im Querschnitt ein im wesentlichen keilförmiges Profil, dessen Außenfläche bezogen auf die Achsrichtung A in einem verhältnismäßig großen Winkel geneigt verläuft, nämlich mit einer Neigung von mindestens zehn Grad. Die Neigung liegt vorzugsweise zwischen 20 und 40 Grad.

Bei dieser Ausführungsform beaufschlagt das Druckmedium sowohl die radial verlaufende Außenfläche 46 als auch die Innenfläche 48 des Dichtungsringes, so daß der Dichtungsring mit im wesentlichen gleichen Kräften radial beaufschlagt wird, so daß die Reibungskräfte zwischen dem Dichtungsring und dem Außenteil 1

stark verringert sind. Infolge der starken Neigung der Außenfläche 46 in bezug auf die Richtung A ist ein Ein-ί; drücken von Dichtungsmaterial in den Spalt 28 weitgehend vermieden.

Figur 4 zeigt das Ventilgehäuse und das Innenteil 12 mit dem Rotor 2 eines Drehschieberventils gemäß britischer Patentanmeldung 26 44 697A und ist zur Erläuterung mit Dichtungsringen unterschiedlichen Profils ausgestattet, die sämtlich Abwandlungen des Profiles nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind.

In Figur 4 entsprechen die Profile 50 ziemlich genau dem Profil des Dichtringes 44 aus Figur 3, jedoch mit einem äußeren Dichtbereich (in axialer Richtung gemessen) am Dichtungsring. Das Profil 52 entspricht dem Profil 50, jedoch mit Seitenverkehrter Anordnung, so daß die gesamte axiale Breite des Dichtungsringes am Gehäuse 1 aufliegt, während nur eine geringe radiale Fläche gegen die Nutenfläche am Teil 12 abdichtet. Durch diese Anordnung werden die auf den Dichtungsring wirkenden axialen Kräfte weitgehend im Gleichgewicht gehalten.

In Figur 4 ist noch ein weiteres Profil 54 gezeigt, das dem Profil 52 ähnlich ist, das jedoch symmetrisch ist und hinsichtlich des Kräfteausgleichs am Dichtungsring zu ähnlichen Ergebnissen führt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Drehschieberventil bestehend aus einem inneren Teil und einem dieses konzentrisch umgebenden äußeren Teil, wobei beide Teile relativ zueinander eine Winkelbewegung ausführen, mit einem Dichtmittel, das die relativ zueinander beweglichen Teile hydraulisch abdichtet, und das aus einer in einem der Teile vorgesehenen Ringnut und einem in dieser Nut liegenden gegen das andere Teil abdichtenden Dichtungsring besteht, dadurch gekennzeichnet daß das Profil der Ringnut (22) und/oder des Dichtungsringes (20) derart gewählt ist, daß durch den Flüssigkeitsdruck stromauf im ringförmigen Dichtungsbereich zwischen den beiden gegeneinander abzudichtenden Teilen (1,-12) auf radial oder axial gegenüberliegenden Flächen des Dichtungsringes (20, 50, 52, 54) entgegengesetzt wirkende Kräfte aufgebracht werden.

2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsring (20) aus einem natürlichen oder synthetischen Elastomer oder einem anderen Polymer besteht.

3. Drehschieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (22) an der Außenfläche des inneren Teils (12) vorgesehen ist.

4. Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (20) im Querschnitt ein im wesentlichen rechtwinkliges Profil aufweist, und daß die Nut (22) ein die Aufnahme des Dichtungsringes ermöglichendes Profil aufweist, wobei ein hinterschnittener Bereich (40) verbleibt, über den der Flüssigkeitsdruck zwischen einander axial gegenüberliegenden Flächen des Dichtungsringes (20) wirksam ist.

5. Drehschieberventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Nut (22) an einer ihrer axialen Flächen ein im wesentlichen keilförmiges Profil aufweist.

6. Drehschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (22) ein im wesentlichen rechtwinkliges Profil aufweist, daß der Dichtungsring (20) im Querschnitt ein Profil aufweist, das auf einander axial gegenüberliegende Seiten des Dichtungsringes wirkende Flüssigkeitsdrücke aufbauen läßt.

7. Drehschieberventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (22) im Querschnitt ein im wesentlichen keilförmiges Profil aufweist und radial nach außen geneigt ist.

8. Drehschieberventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (22) im Querschnitt ein im wesentlichen keilförmiges Profil aufweist und radial nach innen geneigt ist.

9. Drehschieberventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Neigung der Keilfläche mindestens zehn Grad bezogen auf die Drehachse der Winkelbewegung zwischen Innen- und Außenteil (1, 12), vorzugsweise zwischen zwanzig und vierzig Grad beträgt.

10. Drehschieberventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsring (20) im Querschnitt ein Profil mit einem axialen Dichtabschnitt aufweist, der gegen das eine oder das andere der gegeneinander abzudichtenden Teile (1, 1?^ abdichtet.

11. Drehschieberventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite, in Achsrichtung des axialen Dichtabschnittes gemessen, zwischen einem Zehntel bis zur Hälifte der Länge des Dichtungsringes (20, 50, 52, 54) in Achsrichtung gemessen beträgt.

12. Kraftverstärktes Hydraulik-Lenkgetriebe, gekennzeichnet durch ein Drehschieberventil (1, 12) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.

13. Lenkgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) des Drehschieberventils das Außenteil bildet und der Schieber das Innenteil (12).

14. Hydrauliksystem mit einem gegenüber einem anderen Teil abzudichtenden Bauteil, das eine ringförmige Nut zur Aufnahme eines Dichtungsringes aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß im Querschnitt das Profil der Nut und/oder des Dichtungsringes derart ausgebildet ist, daß der Flüssigkeitsdruck stromauf im ringförmigen Dichtbereich zwischen den beiden gegeneinander abzudichtenden Teilen an radial oder axial gegenüberliegenden Flächen des Dichtungsringes entgegengesetzt wirkende Kräfte aufbringen kann.