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Hydraulische Steuereinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Motors nach Art eines Servomotors
od.dgl., wobei ein Betätigungsglied irgendwelcher Art in Stellung gebracht wird
und wobei ein Drehschieber vorhanden ist.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine derartige Einrichtung
zum servoverstärkten oder nichtverstärkten lenken von allen land-, See- und luftfahrzeugen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine derartige Einrichtung, durch welche ein
Werkstück unter einer Presse eingestellt wird und durch welche die Höhe der Greifer
eines Hubwagens u.dgl. gesteuert wird.
Ziel der Erfindung ist die
Schaffung einer Steuereinrich--tur#g der angegebenen Art, welche verhältnismäßig
einfach in ihrem Aufbau ist und die einen abhängigen und steuerbaren Druckmi--telfluß
zu einem hydraulischen Motor schafft, womit dieser hydraulische I-:otor betätigt
wird.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein betätigendes Glied eine in zwei Richtungen laufende, umsteuerbare volumetrische
Pumpe antreibt, wobei der Antrieb über eine Verbindung erfolgt, die ein begrenztes
Winkelspiel hat, dae zwischen den beiden konzentrischen Drehteilen eines der Verteilung
dienenden Drehschiebers vorhanden ist. Die relative Stellung der beiden Drehteile
ist bestimmt durch das Drehmoment des betätigenden Gliedes, durch das Drehmoment
der volumetriechen Pumpe und durch elastische Teile zur Rückstellung in eine Zwischenlage
d.h. eine neutrale Stellung, in welcher der Motor nicht mehr gespeist wird.
In oder in der Nähe jeder
der extremen Relativstellungen der
beiden Drehteile den
Drehschiebers haben diese beiden Drehteile verbindende
Durchlässe für daa Druckmittel, derart, daß der hfotor in Betrieb
genommen wird; außerdem ist eine Rückleitung vorhan-den, welche die Saugseite
der volumetri®chen Pumpe über den
Drehschieber speist.
Insbesondere
weist gemäß der Erfindung die Steuereinrichtung eine in zwei Richtungen laufende
volumetrische Pumpe auf, deren beide Seiten entsprechend die Austragseite und die
Saugseite oder umgekehrt, je nachdem in welcher Richtung die Pumpe angetrieben wird,
bilden. Außerdem weist die Einrichtung einen Drehschieber mit einem feststehenden,
Rohrverzweigungen enthaltenden Teil und mit zwei koaxial zueinander liegenden Drehteilen
auf, wobei das erste Drehteil mit einem betätigenden Glied verbunden ist und das
zweite Drehteil die volumetrische Pumpe antreibt. Die beiden Drehteile verdrehen
sich relativ zueinander zwischen ein eineutralen Stellung und der einen oder der
anderen von zwei extremen Lrbeitsstellungen; eines der beiden Drehteile hat Austragvorrichtungen
und zwei Arbeitskammern, welche dauernd entsprechend mit den beiden Zeitungen des
, Motors verbunden sind; das andere Drehteil hat eine Druckkammer und zwei Durchgangskammern,
welche dauern -7#l-tsprechend mit den beiden Seiten der volumetrischen Pumpe derart
verbunden sind, daß in der neutralen.Zage jede der Arbeitskammern isoliert ist;
in der Nähe jeder der extremen Stellungen steht die Druckkammer mit einer der Arbeitskammern
in Verbindung; die andere Arbeitskammer steht mit einer der Durchgangskai:.mern
in Verbindung; und die andere Durchgangskammer steht mit den Austragsvorrichtungen
in Verbindung.
Die Anordnung gemäß der Erfindung hat zur Wirkung,
daß ein genauer Betrieb des hydraulischen Motors bei einer groben Bauweise möglich
ist.
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Die Anordnung kann servoverstärkt oder ohne Verstärkung betrieben
werden. Bei Servoverstärkung ist eine zentrale Druckstation vorgesehen, welche die
Druckkammer des Drehschiebers speist. Bricht diese zentrale Station zusammen, so
kann die volumetrische Pumpe als ein Notantrieb für den Motor dienen, und zwar aufgrund
einer Verbindungsleitung zwischen den Austragvorrichtungen und der Druckkammer des
Drehschiebers; die Verbindungsleitung weist ein Rückschlagventil auf, womit der
zentralen hydraulischen Station der Vorzug gegeben wird, wenn diese normal arbeitet.
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Ist es erforderlich, die Anordnung ohne Verstärkung zu be-
treiben, so betätigt die volumetrische Pumpe selbst allein |
zwischen |
den Motor aufgrund einer Verbindungsleitung/ der Austrag- |
vorrichtung und der Druc=kammer des Drehschiebers; diese Verbindungsleitung muß
jedoch nicht unbedingt ein Rückschlagventil aufweisen, weil hier keine zentrale
Station vorhanden ist.
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Die volumetrische Pumpe arbeitet mit einem sehr geringen Druck in
beiden RichtunEen. Diese volumetrische Pumpe kann
wenig kostspielig
sein und einen sehr hohen volumetrischen Austrag haben. Weil die volumetrische Pumpe
nicht mit hohem Druck arbeitet, hat sie vernachlässigbare innere Verluste und eine
hohe Genauigkeit. Der Betrieb der Anlage ist symmetrisch.
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Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel ist der Drehschieber offen,
wenn -er sich in neutraler, d.h. in Mittellage, befindet. In dies,=m Falle ist in
der neutralen Zage die Druckkammer des zweiten Drehteiles des Drehschiebers. in
Verbindung gebracht mit einem Durchlaß, der in dem ersten Drehteil des D-_ ehschiebers
ü_usgebildet ist und der dauernd an einem Sammelbecken angeschlossen ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Drehschieber geschlossen,
wenn er sich in seiner neutralen ZEege befindet; und in der neutralen Zage hat die
Druckkammer keine Rückleitung zu einem Samzelbecken.
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In en eben angegebenen Ausführungsbeispielen ist die volumetrische
Pumpe ständig vom Druckmittel durchströmt, das von dem hydraulischen, zu betätigenden
Motor zurückläuft. Bei anderen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ist die
volumetrische Pumpe ständig von dem Druckmittel durchströmt,
das
den hydraulischen Motor speist; oder die volunietrische Pumpe kann in der einen
Richtung von dem den hydraulischen Motor speisenden Druckmittel und in uer anderen
Richtung von dem vom hydraulischen Motor zurückströmenden Druckmittel durchströmt
sein.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Steuereinrichtumg
für einen hydraulischen I._otor, bei der die äußeren RE-aktionen absorbiert werden,
wogegen die Schwingungen, die von der relativen Elastizität der Rohrleitung oder
von der Kompressibilität des hydraulischen Druckmittels herrühren, gedämpft
werden.
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Die Bnfindung will es dem Benutzer möglich machen, auf äußere Kräfte,
die eine Dauerwirkung haben, einzuwirken, beispielsweise wenn man mit dem Kraftfahrzeug
eine Kurve befährt; es wird dabei die vom Lenker aufgewendete Kraft auf das Maß
reduziert, das nötig ist, die Federkraft zu überwinden,.damit der Drehschieber in
die neutrale Zage zurückkehrt.
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Ein weiteres Ziel ist außerdem die Schaffung von guten Leistungen
in Bezug auf Richtungsänderungen und eine zufriedenstellende Leistung bei Notbetrieb.
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In Übereinstimmung damit ist der hydraulische Motor mit
zwei
Öffnungen in den feststelenden, mit Rohrverzweigungen versehenen Körpers einer Verteilungsvorrichtung
verbunden, die außerdem zwei koaxiale Drehteile aufweist; das erste dieser Drehteile
ist mit einem betätigenden Glied verbunden, und das zweite dieser Drehteile treibt
eine umsteuerbare und in zwei Richtungen laufende volumetriache Pumpe an. Die beiden
Drehteile verdrehen sich relativ zueinander zwischen einer neutralen Stellung und
der einen oder der anderen von zwei Arbeitsstellungen; die relativen Bewegungen
der beiden Drehteile steuern die Verbindung des hydraulischen Motors mit einer Druckmittelzufuhretelle
und einer Rückleitung. In der neutralen Zage steht die Druckmittelzufuhrstelle mit
jeder Seite des hydraulischen Motors über Durchlässe von sehr stark redußertem Querschnitt
in Verbindung; der eine dieser eingeschnürten Durchlässe wird bei einer sehr geringen
Verstellung des einen Drehteils relativ zum anderen versperrt; die Öffnung des anderen
eingeschnürten Durchlasses nimmt zu, ohne daß die Rückleitung von der anderen Seite
des hydraulischen Motors sich öffnet.
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Aufgrund dieser Anordnung wird in der neutralen Stellung ein Druck
aufrechterhalten, was günstig ist für einen genauen Betrieb.
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Weil die beiden Seiten des Motors unter einem Druck von mehreren
Atmosphären
stehen, ist das Volumen der kleinen Blasen von Luft, das in die Anlage eingesaugt
werden kann, angemessen verringert. Es ist auch an Einbauten gedacht, welche denen
von nichtverstärkten Handsteuerungen nahekommen, wobei ein paEsiver Widerstand gegenüber
äußeren Kräften erzeugt wird, ohne daß die Lenkung im wesentlichen geändert werden
muß.
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Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist in der neutralen Lage
eine Verbindung von sehr geringem Querschnitt zwischen der Druckkammer in dem zwr-iten
Drehteil und den zwei Arbeitskammern in dem ersten Drehteil ausgebildet. Diese Verbindung
mit einer der Arbeitskammern hört auf, wenn die beiden Drehteile anfangen, sich
relativ zueinander in derjenigen Eichtung zu verschieben, welche der Speisung des
I:otors durch die andere Arbeitskammer entspricht; die eine Seite des Motors wird
unter Druck gehalten, ohne daß die andere Seite des rotors mit der Rückleitung vertunden
ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Verbindung von sehr geringem
Querschnitt einerseits zwischen zwei Druckkammern in dem zweiten Drehteil, die über
zwei Rückschlagventile entsprechend mit einer Druckmittelzufuhrstelle verbunden
sind, und andererseits zwei Arbeitskammern in dem ersten Drehteil ausgebildet, die
entsprechend mit- den beiden
Seiten des I"otors verbuhden sind;
jede der beiden Druckkan:mern überla-: pt dabei in geringem M--iße in der neutralen
Stellung eine der Arbeitskammern.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische D--rstellung einer Einrichtung zum Steuern eines
hydraulischen Diotors, bei dem der der Verteilung dienende Drehschieber offen ist,
wenn er sich in neutraler d.h. Mittellage befindet, wobei der Drehschieber perspektivisch
dargestellt ist, Fig. 2 die Verbindungskammern der beiden Drehteile des Schiebers
in der neutralen Stellung, Fig. 3 eine Ansicht ähnlici. der von Fig.2, wobei jedoch
die beiden Drehteile des Schiebers eine Zwischenstellung zwischen der neutralen
Stellung und einer äußersten Stellung einnehmen, Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der
von Fig.2 und 3, bei der jedoch die beiden Drehteile des Schiebers eine äußerste
Zage einnehmen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines anderen
Ausführungsbeispiels, bei dem der der Verteilung dienende Drehschieber geselossen
ist, wenn er sich in neutraler Zage, d.h. in der I.:ittellage, befir.d-:t, wobei
der Drehschieber längs geschnitten ist, Fig. 6 den Drehschieber im Querschnitt entlang
der Linie VI - VI von Fig.5, Fig. 7 eine schematische Ansicht im Querschnitt eines
der Verteilung dienenden Drehschiebers, der offen ist, wenn er sich in der neutralen
Lage d.h. der Mittellage befindet, Fig. 8 eine Detailansicht ähnlich der von Fig.7,
wobei jedoch eire Stellung zu sehen ist, in welcher die Verbindung zwischen der
Druckkammer und einer der Arbeitskammern abgeschnitten ist unddie riustragkammern
beide zugedeckt bleiben, Fig. 9 eine Ansicht ähnlich der von Fig.8, bei der jedoch
die beiden Teile des Schiebers relativ zueinander eine Stellung zwischen der neutralen
tage und einer äußersten Lage einnehmen,
Fig. 10 eine Ansicht ähnlich
der von Fig.9, wobei jedoch die extreme Stellung zu sehen ist, Fig. 11 eine Ansicht
ähnlich der von Fig.7, wobei jedoch ein der Verteilung dienender Drehschieber zu
sehen ist, der geschlossen ist, wenn er sich in der neutralen Lage, d.h. der Mittellage,
befindet, Fig. 12 eine Abänderung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.11, wobei Rüekschlagventile
verwendet sind, und Fig. 13 eines der Rücksot:lagventile in Einzelanaicht. Die Anlage
(Fig.1) weist ein Lenkrad 10, einen Drehschieber 11, eine volumetrische Pumpe 12,
eine zentrale hydrau-' lische Station 13 und einen hydrauliau-hen Motor, beispielsweise
einen Servomotor 14 auf, dessen Kolbenstange 15 im Ausführungsbeispiel die Steuerräder
16 eines Fahrzeuge betätigt.
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Der Drehschieber 11 weist einen feststehenden Körper 17 mit
Rohrverzweigungen auf, in welchem drehbar eine Budwe 18 sitzt, in welcher wiederum
ein Drehkern 19 untergebracht ist.
Die Buchse 18 ist mit dem Lenkrad
10 verbunden, und der Kern 19 treibt die volumetrische Pumpe 12 an. Die Buchse 18
und der Kern 19 haben eine begrenzte relative Drehung und wirken mit einer elastischen
Zentriervorrichtung 20 zusammen, welche die Tendenz hat, sie in eine vorher festgelegte
Zwischenste11:ing, die man die neutrale Lage nennt, zu bringen. Die Zentriervorrichtun;_-
20 hat beispielsweise eine Nase 21, die mit Spiel in einer Ausnehmung 22 sitzt,
und zwei Federn 23 sind entsprechend auf jeder Seite der Nase 21 angeordnet und
drücken gegen die beiden Wände der Ausnehmung 22. Die Nase 21 hat Schultern 24,
welche mit den beiden Wänden der Ausnehmung 22 derart zusammenwirken, daB die extremen
Stellungen der Relativbewegung der Buchse 18 und des Kerns 19 des Drehsch iebers
zueinander definiert Bind, wobei diese extremen Stellungen die vollen Arbeitestellungen
genannt sind.
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Die Buchse 18 hat folgende Einzelteile: eine Austragkammer 25 mit
einer Rinne 26, die dauernd mit einer Öffnung 27 in dem feststehenden Körper 17
verbunden ist; zwei Verbindungskammern 28 und 29; und Zeitungen 30 und 31, welche
die Rinne 26 mit den Kammern 28 bzw. 29 verbinden.
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Die Buchse 18 hat außerdem zwei Arbeitskammern 32 und 33.
Die
Arbeitskammer 32 hat dabei folgende Einzelteile: eine Rinne 34, welche dauernd mit
einer Öffnung 35 in .dem feststehenden Körper 17 verbunden ist; eine Verbindungskammer
36; und eine Zeitung 37, welche die Rinne 34 mit der Verbindungskammer 36 verbindet.
Die Arbeitskammer 33 hat folgende Einzelteiles eine Rinne 38, welche dauernd mit
einer Öffnung 39 in dem festetehenden Körper 17 verbunden ist; eine Verbindungskammer
40; und eine Zeitung 41, welche die Rinne 38 mit der Verbindungska,inmer 40 verbindet.
Außerdem hat im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 die Buchse 18 noch eine Kammer 42
mit einer Rinne 43, die dauernd mit einer Öffnung 44 in dem feststehenden Körper
17 verbunden ist; eine Verbindungskammer 45; und eine Zeitung 46, welche die Rinne
43 mit der Verbindungskammer 45 verbindet.
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Der Kern 19 hat eine Druckkammer 47 mit einer Rinne 48, die dauernd
mit einem in der Buchse 18 angeordneten Durchlaß 49 verbunden ist, der dauernd über
eine Rinne 50 mit einer Öffnung 51 im feststehenden Körper 17 verbunden ist; eine
Verbindungskammer 52; und eine Zeitung 53, 1.elche die Rinne 48 mit der Verbindungskammer
52 verbindet.
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Außerdem hat der Kern 19 zwei Durchgangskammern 54 und 55. Die Durchgangskammer
54 hat eine Rinne 56, die dauernd mit einem in der Buchse 18 befindlichen DurchlaB
57 verbunden
ist, der dauernd über eine Rinne 58 mit einer im feststehenden
Körper 17 befindlichen Öffnung 59 verbunden ist; eine Verbindungskammer 60; und
eire Zeitung 61, belche die Rinne 56 mit der Verbindungskammer 60 verbindet. Die
Durchgangskammer 55 hat eine Rinne 62, die dauernd mit einem in der ' Buchse 18
befindlichen Durchlaß 63 verbunden ist, der dauernd über eine Rinne 64 mit einer
in dem feststehenden Körper 17 angebrachten Öffnung 65 verbunden ist; eine Verbindungskammer
66; und eine Zeitung 67, welche die Rinne 62 mit der Verbindungskammer 66verbindet.
Wie aus Fig.1 - 4 zu ersehen, ist die Verbindungskammer 52 der Druckkammer 47 zwischen
den Verbindungskammern 60 und 66 der Durchgangskammern 54 und 55 angeordnet. Die
Verbindungskammern 36 und 40 der Arbeitskammern 32 bzw. 33 sind entsprechend auf
beiden Seiten der Verbindungskammer 45 der Kammer 42 gelegen und sind zwischen den
Verbindungekammern 28 und 29 der Austragkarrmer 25 angeordnet.
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In der neutralen Stellung (Fig.2) sind die Verbindungskammern 52 und
45 miteinander verbunden, und die anderen Kammern 60, 66, 28, 29, 36 und 40 sind
einzeln für sich isoliert. Die Verbindungskammer 60 liegt zwischen den Verbindungskammern
28 und 36, und die Verbindungskammer 66 ,liegt zwischen :en Verbindungskammern 29
und 40.
In einer extremen Ste lang (Fig.4) steht die Verbindungskammer
52 der Druckkammer 47 mit der Verbindungskammer 36 einer der Arbeitskauimern in
Verbindung. Die Verbindungskammer 40 der anderen Arbeitskauämer steht mit der Verbindungskammer
66 einer der Durchgangskammern in Verbindung. Die Verbindungskammer 60 der anderen
Durchgangskammer steht mit der Verbindungskammer 28 der Austragkammer 25 in Verbindung.
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In der anderen, nicht dargestellten extremen Stellung, die jedoch
symmetrisch zur extremen Stellung gemäß Fig.4 relativ zur neutralen Stellung gemäß
Fig.2 ist, sind die Verbindungen folgende: 52 und 40; 36 und 60; 66 und 29.
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Die volumetrische Pumpe 12 ist eine umeteuerbare und in' ' beiden
Richtungen drehbare volumetrische Pumpe, die für einen niedrigen Druck gebaut ist
und die mit Hilfe zweier Leitungen 68 und 69 mit den Öffnungen 59 bzw. 65
des feststehenden Körpers 17 verbunden ist. Eine der Leitungen 68 oder 69 wirkt
als Saugleitung und die andere als Abgabeleitung oder umgekehrt, je nach der Drehrichtung
des Kernes 19. Steht der Kern 19 still, so wird kein Druckmittel zwischen den Leitungen
68 und 69 übertragen. Dreht sich der Kern 19@in der einen Richtung, so wird Druckmittel
von der Leitung 68 zur Leitung 69 weitergeleitet. Dreht sich der Kern 19 in der
anderen
Richtung, so wird Druckmittel von der Zeitung 69 zur Zeitung 68 weitergeleitet.
Die volumetrische Pumpe 12 kann beisj.ielsw@ise eine Innenverzahnung (Fig.1) oder
eine Az.wenverzahnung (Fig.5) haben oder sie kann von irgendwelcher entsprechender
anderer Art sein.
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Die zentrale hydraulische Station 13 hat eine Motorpumpe 70, die normalerweise
dauernd in Betrieb ist. Die Motorpumpe 70 ist über eine Saugleitung 72, die ein
Rückschlagventil 73 aufweist, mit einem Sammelbecken 71 verbunden. Außerdem ist
die Motorpumpe 70 mit einer Austragleitung 74 verbunden, in der ein Druckbegrenzungsventil
75 eingebaut ist, das überschüssiges Druckmittel über eine Zeitung 110 zum Sammelbecken
71 zurückführt. Das Druckbegrenzungsventil 75 bestimmt einen vorher festgelegten
Wert des Druckes in der Austragleitung 74.
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Die Austragleiturg 74 ist mit der Öffnung 51 des Drehschiebers 11
verbunden und weist ein Rückschlagventil 76 auf, Eine Leitung 77 zweigt von der
Auetragleitung 74 an einer Zweigstelle 78 ab, die zwischen der Motorpumpe 70 und
dem Rückschlagventil 76 gelegen ist. Die Leitung 77 hat ein Rückschlagventil 79
und mündet an einer Zweigstelle 80 in drei weitere Leitungen 81, 82 und 83. Die
Zeitung 81 ist mit der Öffnung 27 des Drehschiebers 11 verbunden. Die Leitung 82
zweigt
van der Saugleitung 72 an einer Zw igstelle 84 ab, die zwischen dem Rücksc'lagventil
73 und der rlotorpumpe 70 gele;@en ist, Die Zeitung 83 weist ein Druckbegrenzungsventil
85 auf, du.s auf einer: niedrigeren Vert als das Drucl.begrenzi.zngsveiitil 75 eingeste;:ilt
ist, und das überschüssiges Druckmittel über eine Zeitung 86 ins Sa..L,elbecken
71 zurückleitet. Das Druchbegrenzungsventil 75 kann für 300 kg/cm 2 belastet sein,
und das Druckbegrenzun;sventil 85 kann für 50 kg/0m2 belastet sein.
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Die Öffnung 44 ist über eine Zeitung 87 mit dem Sammelbecken 71 verbunden.
Die Rinnen 34 und 38 sind ebenfalls über Leitungen 88 bzw. 89, die Rückschlagventile
90 bzw. 91 aufweisen, mit dem Sammelbecken 71 verbunden. Die reit den Rücksch:lagventilen
90 und 91 versehenen Zeitungen 88 bzw. 89 bewirken einen solchen Druckaufbau, daß
jede Gefahr einer Hohlraurabildung vermieden ist.
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Die Rückschladventile 73, 76, 90 und 91 gemäß Fig.1 sind folgendermaßen
gerichtet: das Rückschlagventil 73 erlaubt einen Druckmi ttelfluß vom Sammelbecken
71 zur Zeitung 83. Dvs Rückschlagventil 76 erlaubt einen Druckmittelfluß vdn der
Zweigstelle 78 zur Öffnung 51. Das Rückschlagventil 79 ermöglicht einen Druckmittelfluß
von der Zweigstelle 80 zur Zweigstelle 78. Das Rückschlagventil 90 ermöglicht
einen
Drudkmittelfluß vom Sammelbecken 71 zur Rinne 34. Das Rückscrlagventil 9'i erlaubt
einen Druckmittelfluß vom Sa...melbecken ?1 zur Rinne 38.
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Der Servomotor 14 hat einen Zylinder 95, dessen Enden mit Hilfe von
Zeitungen 96 bzw. 97 mit den Öffnungen 35 bzw. 39 des Drehochiebers 11 verbunden
sind. Im Servomotor 14 sitzt gleitbar ein Kolben 98, mit dem die Kolbenstange 15
verbunden ist und der zwei Zylinderkammern bildet, wobei die eine Zylinderkammer
99 mit der Z=itung 96 und die andere Zylinderkammer 100 mit der Zeitung 97 in Verbindung
steht. Für einen Betrieb in der einen Richtung wird die Zeitung 96 unter Druck gesetzt,
wogegen die Zeitung 97 in diesem Falle als Rückleitung wirkt und umgekehrt, wenn
der Betrieb in der anderen Richtung erfolgt.
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Der Betrieb der Anlage ist folgender: Wird das Lenkrad 10 nicht bewegt,
so,steht die Buchse 18 still und die Zentriervorrichtung 20 hält den Kern 19 relativ
zur Buchse 18 in der neutralen Stellung. Die Motorpumpe 70 speist ohne Last über
die Austragleitung 74, die Zweigstelle 78, das Rückscrlagv entil 76, die Öffnung
51, die Rinne 50, den DurchlaB 49, die Rinne 48, die Leitung 53, .die Verbindungskammer
52, die Verbindungskammer 45, die Leitung 46, die Rinne 43, die Öffnung 44, die
Leitung 87,
das Sammelbecken 71, das Rückschlagventil 73 und die
Saugleitung 72. Die Verbindungskammern 60 und 66 sind isoliert (Fig.2), womit die
volumetrische Pumpe 12 hydraulisch abgeschaltet ist. Weil die Zeitungen 96 und 97
des Servomotors 14 tot in den Verbindungskammern 36 bzw. 40 endigen (Fig.2), ist
der Servomotor 14 ebenfalls abgeschaltet. Die Steuerräder 16 halten somit ihre Richtung.
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Indem man die Abdichtung zwischen den Zeitungen des Servomotors und
den Leitungen der volumetrischen Pumpe 12 wahlweise unvollkommen ipacht, wenn sich
der Drehschieber 11 in neutralet Stellung befindet, kann man am Lenkrad 10 ein Gefühl
für die Rückwirkungen der Straße auf die Steuerräder 16 erhalten und damit eine
Tendenz zur automatischen Spurhaltung.
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Dreht der Lenker am Lenkrad 10 um die Richtung '4-dern, so dreht sich
die Buchse 18 relativ zum Kern 19 entgegen. der Wirkung der Zentriervorrichtung
20, und zwar weil der Kern 19 starr mit der volumetrischen Pumpe 12 veibunden ist,
die hydraulisch abgeschaltet ist. Bei der relativen Drehung der Buchse 18 gegenüber
dem Kern 19 öffnen sich fortschreitend die verbindenden Kammern (Fig.3 und 4), was
u.a. zur Wirkung hat, daß die volumetrische Pumpe 12 nicht mehr hydraulisch abgeschaltet
ist.
Der Austrag der Motorpumre 70 strömt aufgrund der Verbindung
der Verbindungskammern 52 und 36 in die Zeitung 96 des Servomotors 14,. womit der
Servomotor betätigt wird. Der Rückf luß an Druckmittel vom Servomotor 14 strömt
aus der Zeitung 97 in die Verbindungskammern 40 und 66, und von hier zur Zeitung
69, welche die Saugseite der volumetrischen Pumpe 12 speist. Der Austrag der volumetrischen
Pumpe 12 strömt über die Zeitung 68 und die Verbindungskammern 60 und 28 in die
Austragleitung 81, welche die Motorpumpe 70 zusätzlich zum Sammelbecken 71 speist.
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Wünscht der Lenker seine Richtung weiter zu ändern und dreht weiterhin
am Lenkrad 10 mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß die Buchse 18 den Kern 19
positiv antreibt trotz der Tendenz der volumetrischen Pumpe 12, unter der Wirkung
des Rückflusses vom Servo::otor 14 als Turbine zu arbeiten, so bleiben die Buchse
18 und der Kern 19 in der in Fig.4 gezeigten Stellung, und der Servomotor 14 setzt
seine Bewegung fort.
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Hört der Lenker auf, am Lenkrad 10 zu drehen, so ändert der Kern 19,
welcher der Antriebswirkung der als Turbine arbeitenden volumetrischen Pumpe unterworfen
ist, seine Stellung relativ zur Buchse 18 und nimmt Zwischenstellungen nach Art
der in Fig.3 gezeigten Stellung ein, bevor er die neutrale
Zage
gemäß Fig.2 erreicht. Die Lenkbewegung der Steuerräder 16 ko;.iiit zwei Stillstand
mit einer fortschreitenden Charakteristik, welche derjenigen entspricht, die von
der Einwirkung des Lenkers auf das Lenkrad 10 herrührt. Zögert im LEufe des Lenkvorgangs
der Lenker mit seiner Drehung am Steuerrad 10, dreht er dann beschleuni.@t am Steuerrad,
und verlangsUmt er dann wiederum seine Bewegung, so nehmen die Buchse 16 und der
Kern 19 zueinander verschiedene relative Stellungen ein, beginnend mit der
Stellung gemäß Fig.2 bZW, derjenigen gemäß Fig.4 und umgekehrt; die Lenkung der
Steuerräder 16 folgt zuverlässig den Anweisungen, die durch den Betrieb des Lenkrades
10 gegeben sind. Die Lenkung der Steuerräder 16 ist deshalb aufs Genaueste vom Lenkrad
10 gesteuert, ohne daß der vom Lenkrad gebotene Widerstand oder der Druck, bei ,:elchem
die volumetrische Pumpe 12 arbeitet, über niedrige Werte hinausgeht. Die volumetrische
Pumpe 12 arbeitet auf diese Weise unter ausgezeichneten Betriebsbedingungen, ohne
daß eine Gefahr für beträchtliche leckverluste gegeben ist, obgleich der Aufbau
einfach und wenig kostspielig ist. Die Angaben, die für den Betrieb des Lenkrades
10 in der einen Richtung gegeben wurden, sind ebenso gültig für einen
Betrieb
in der anderen Richtung.
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Bricht aus irgendwelchen Gründen die Motorpumpe 70 der zentralen hydraulischen
Station 13 zusammen, so kann der Lenker trotzdem weiter'in die Lenkung der Steuerräder
16 steuern, indem er das Lenkrad 10 betätigt, und indem er eine Kraft ausübt, die
größer als vorher, jedoch in angemessenen Grenzen ist. Das Druckbegrenzungsventil
85, dessen Belastung kleiner ist als diejenige des Druckbegrenzungsventiles ?5 der
Motorpumpe 70, bestimmt den maximalen Druck, bei welchem die Anlage in diesem Falle
arbeitet.
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Der Austrag der volumetrischen Pumpe 12, der in die Leitung 68, die
Öffnung 59, die Verbindungskammer 60, die Verbindungskammer 28, die Leitung 30,
die Rinne 26, die Öffnung 27 und die Leitung 81 ausgetragen wird, strömt dann über
die Leitung 77, die Öffnung 51, die Rinne 50, den DurchlaB 49, die Rinne 48, die
Zeitung 53, die Verbindungskammer 52, die Verbindungskammer 36, die Leitung 37,
die Rinne 34, die Öffnung 35 und die Leitung 96 in die Zylinderkammer 99
des Servomotors 14, womit eine Lenkung der Steuerräder 16 erfolgt. Der Austrag an
Druckmittel aua der Zylinderkammer 100, der gleich dem Zustrom an Druckmittel in
die Zylinderkammer 99 ist, strömt zur Saugleitung 69 der volumetrischen Pumpe 12.
Aufgrund
der Wirkung der RLickscrlagventile 90 und 91 wird in der Anlage jede Hohlraumbildung
vermieden.
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Der Druck ist durch das Druckbegrenzungsventil 85 begrenzt und ermöglicht
eine genügend wirksame Notsteuerung der Lenkung der Steuerräder 16.
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Die Anordnung gemäß Fig.5 und 6 ist ähnlich derjenigen gemäß Fig.1
--4; jedoch ist der Drehschieber 11 geschlossen, wenn er sich in seiner Mittellage
befindet.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig.5 und 6 ist die Kammer 42 mit
der Rinne 43, der Verbindungskammer 45 und der Zeitung 46 sowie die Öffnung 44 und
die Zeitung 87 weggelassen. In der neutralen Lage ist die Verbindungskammer 52'
der Druckkammer 47' isoliert, d.h. es ist `-ein Rückstrom vorhanden.
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Die zentrale hydraulische Station 131 weist zusätzlich zur Motorpumpe
70' einen Druckspeicher-101' auf, der beispielsweise von öl-pneumatischer Art sein
kann. Das Sammelbecken 71' steht unter Druck, um ein gutes Auffüllen der Anlage
zu erreichen.
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Die Öffnung 27' führt Druckmittel vom Sammelbecken 71'
über
ein gesteuertes Ventil 102', das auf den Druck des Druckspeichers 101' derart anspricht,
daß es offen ist, wenn dieser Druck ausreichend ist und wenn die zentrale Station
13' normal arbeitet, und daß es geschlossen ist, wenn dieser Druck aufgrund des
Zusammenbrechens der zentralen Station 13' nicht ausreicht.
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Die Verbindungskammern 52', 36' und 40' sind mit Hilfe diametral gegenüberliegender
Gegenkammern 52'a, 36'a und 40'a doppelt ausgeführt, so daß sich ein Gleichgewicht
der Druckwirkungen auf die Buchse 18' und auf den Kern 19' einstellt ( Fig.6).
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Die Zentriervorrichtung 20' (Fig.6) hat zwei einander gegenüberliegende
Ausnehmungen 103' und 104', die in der Buchse 18' bzw. im Kern 19' ausgebildet sind
und in denen eine Feder 105' und zwei Beilagscheiben 106' und 107' untergebracht
sind. Die Ausnebmung 104' hat eine Mittelnase 108', welche die relative Drehung
der Buchse 18' unc: des Kerns 19' gegeneinander begrenzt.
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Aus Gründen der Klarheit wurden in Fig.6 an jedem leitungsabsehnitt
das Bezugezeichen der zugeordneten Öffnung (Fig.5) angebracht.
Der
Betrieb ist ähnlich dem bereits beschriebenen.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sick. auf Einrichtung,n,
die normalerweise servoverstärkt sind. Es sind aber auch Fälle eingeschlossen, in
welchen die Einrichtung nicht servoverstärkt ist, d:h. in welchen eine Druckmittelzufuhrstelle
nach Art einer Motorpumpe 70 oder 70' nicht vorhanden ist.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.7 - 13 weist der Drehsch4eber
11 einen mit Rohrverzweigungen versehenen feststehenden Körper 17 auf, in t@elchem
drehbar eine Buchse 18 gelagert ist, in der ein drehbar angeordneter Kern 19 untergebracht
ist.
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Die Buchse 18, die das erste Drehteil des Schiebers genannt wird,
ist mit dem Lenkrad verbunden, wogegen der Kern 19, der das zweite Drehteil genannt
wird, die volumetrische Pumpe antreibt.
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Die Buchse 18 und der Ken 19 haben eine beschränkte Drehung relativ
zueinander und wirken mit einer elastischen Zentriervorrichtung 20 zusammen, welche
die Tendenz hat, sie in eine vorher festgelegte Mittellage zurückzudrehen, welche
die neutrale Zage genannt wird. Die Zentriervorrichtung
20 ist
in gestrichelten Linien gezeichnet, weil sie .in einer anderen Ebene und nicht in
der l,bene gemäß Fig.1 liegt. Die Zentriervorrichtung 20 hat zwei einander gegenüberliegende
xusnel.mungen 103 und 104, welche in der Buchse 18 bzw. im Kern 19 ausgespart sind
und in welchen eine Feder 105 und zwei Scheiben 106 und 107 untergebracht sind.
Die Ausnehmung 104 hat eine Mittelnase 108, welche die relative Drehung der Buchse
18 und des Kerns 19 zueinander begrenzt. Außerdem hat eine Kugel 120, welche über
eine Feder 121 unter Druck steht und mit einem Einschnitt 122 zusammenwirkt, die
Tendenz, die Buchse 18 und den Kern 19 in der neutralen Lage zu halten.
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Die Buchse 18 hat zwei Austragkammern 28 und 29, welche dauernd mit
dem S_immelbecken verbunden sind, sowie zwei Arbeitskammern 36 und 40, welche entsprechend
mit den beiden Seiten des Servomotors verbunden sind.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.7 ist der Drehschieber 11 offen,
wenn er sich in seiner Mittellage befindet, und die Buchse 18 hat eine Austragkammer
45, die dauernd mit dem Sammelbecken verbunden ist. Der K@-rn 19 hat eine Druckkammer
52, die dauernd mit der zentralen Druckstation verbunden ist und die einen Durchlaß
110 aufweist, der mit der Austragkammer 45 zusammenarbeitet. Der Kern 19 hat
außerdem
zwei Durchgangskammern 60 und 66, die entsprechend mit den beiden Seiten der volumetricchen
Pumpe verbunden sind .
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Der Druckmittelkr&is über die Arbeitskammer ?6, die Arbeitskammer
40, die Austragkammer 45, die Druckkammer 52 und den Durchlaf' 110 ist mit
Hilfe diametral entgegengesetzt angeordneter entsprechender Teile 36a, 40a, 45a,
52a und 110a doppelt ausgef,-thrt (Fig.7), so daß sich ein Gleichgewicht der Druckkräfte
auf die Buche 18 und auf den Kern 19 einstellt.
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In der neutralen Zage des Drehschiebers 11 gemäß Fig.7 besteht zwischen
der Druckkammer 52 und den beiden Arbeitskammern 36 und 40 eine Verbindwlg in Form
eines nur sehr kleinen Querschnitts. Diese Verbindung sui" einer der Arbeitskammern,
beispielsweise der Arbeitskammer 36, hört auf, wenn die Buchse 18 relativ zum Kern
19 in derjenigen Richtung gedreht wird, die der Speisung der anderen Kammer entspricht,
das ist im Ausführungsbeispiel der Speisung der Arbeitskammer 40 (Fig.8), wobei
dennoch die Austragkammer 29 nicht mit der Durchgangskammer 66 in Verbindung gebracht
ist.
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Um diese Verbindungsart zu erreichen, hat die Druckkammer 52
ein
T:undstück 111, dase etwas breiter ist als die Zwischenwand 112 zwischen den Arbeitskammern
36 und 40. In der neutralen Stellung ist deshalb eine kleine Uberlappung 113 zwischen
der Zwischenwand 112 und der linken reite des rundstücks 111 vorhanden und es ist
außerdem eine kleine Überlappung 114 zwischen der Zwischenwand 112 und der. rechten
Seite des Mundstücks 111 vorhanden. Die Überlappungen sind gleich, und als praktisches
Ausführungsbeispiel liegt jede Überlappung in der Größenordnung von einem Zehntel
Millimeter, was einem sehr kleiner. Leckverlust entspricht. Der Betrieb ist felgender:
Dreht man nicht am Lenkrad, so steht die Buchse 18 still, und die Zentriervorrichtung
20 sowie die Kugel 120 zusammen mit dem Einschnitt 122 halten den Kern
19 in der neutralen Stellung gegenüber der Buchse 18. Die Druckvorrichtungen
arbeiten im Leerlauf über den Durchlaß 110 und die Austragkammer 45. Die Ubprlappungen
113 und 114 ergeben eine beträchtliche Stabilität und Nac:-gieligkeit in der neutralen
Stellung. Die beschriebene Anordnung ermöglicht es, die äußeren abwechselnd auftretenden
Reaktionen zu absorbieren, wobei Schwingungsbewegungen in der einen und in der anderen
Richtung gedämpft werden, die sonst ungenaue hydraulische Steuerungen aufgrund der
Kompressibilität des Öls und der relativen Elastizität der Leitungswände und der
Gerätewände
nach sich ziehen würde.
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Die eingeschnürten Durchlässe an den Uberlappungen 113 und 11¢ ergeben
nicht nur einen gewissen DruckaufbLu, sondern auch einen kleinen dämpfenden Druckmi-ttelfluß
von der einen Seite des Servomotors zu der anderen, was von besonderem Interesse
ist für den Fall, daß es sich um die Ruderpinne eines Schiffes handelt, aber auch
bei Kraftfz:hrzeugen ist dies von besonderer Wi&-tigkeit, weil bei ihnen die
Lenkräder Kräften und Vibrationen unterworfen sind, deren Richtung wechselt.
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Bei der Stellung gemäß Fig.8 kann äußeren Kräften, die eine Dauerwirkung
haber=, Widerstand geleistet @e-erdpn, gleichgültig, ob es sich um ein Schiff oder
ein Kraftfahrzeug handelt, das über eine Kurve gelenkt wird, oder ob es sich um
eine äußere Einwirkung gegenüber der neutralen Stellung handelt, wenn man mit einem
Schiff oder einem Wagen eine Kurve von konstantem Radius befährt.
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Die äußere Reaktion wird durch den Lenker mit einem Minimum an Bewegung
der Ruderpinne oder des Lenkrades kompensiert, womit ein widerstandsfähiges Drehmoment
ohne Flüssigkeitsaustausch, d . h. praktisch eille Krsaft ohne. Verstellung gegeben
ist.
Eine der eingeschnürten Öffnungen der Überlaprungf°n 113 und
114 wird dann abgesperrt, beispielsweise durch eine Bewegung der Buchse 18 um zwei
Zehntel Millimeter, was sich aus einem Ze:_ritel Millimeter Schließbewegung und
einem Zehntel Millimeter Überdeckungsbewegung zusammensetzt. Die andere eingeschnürte
Öffnung, die ein Zehntel Millimeter maß, ist auf diese Weise auf drei Zeäintel Millimeter
erweitert. In dieser Stellung des Drehschiebers ist eine der Zylinderkammern des
Servomotors unter Druck, ohne daß die andere Zylinderkammer einen Auslaß hat.
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Auf analoge Weise ist die Rückleitung über den Durchlaß 110 und die
Austragkammer 45 abgesperrt.
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Zur Richtungsänderung wird die Buchse 18, die die Stellung gemäß Fig.7
oder möglicherweise bei voller Absperrung die Stellung gemäß Fig.11 einnimmt, in
die Stellung gemäß Fig.10 gedreht. Die Druckkammer 52 speist die "rbeitskammer 40
und die zugeordnete weite des Servomotors 14, wobei der Austrag des Servomotors
über die ArbeitskaL.mer 36, die Durchgangskammer 60 und die umsteuerbare volumetrische
Pumpe läuft, die zum Motor wird. Der Austrag der volumetrischen Pumpe strömt von
der Durchgangskammer 66 zur AustragskaL:mer 29, .von wo er zum Sammelbecken zurückläuft.
Es ist in diesem Falle eine Art "Rückspeisung" gegeben.
Bei der
Änderung der Betriebszustände im Verlauf der verschiedenen Stellungen gemäß Fig.
i, 8, 9 und 10 sind folgende yinzelheiten beachtenswert.
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Gemäß Fig.7 stehen die beiden Zylinderkammern des Servomotors aufgrund
der Leckströmungen an der Druckkammer 50, der Arbeitskammer 36 und der I:rbeitskammer
40 unter einem Druck von einigen Atmosphären. Die der voiumetrischen Pumpe zugeordneten
Durchgangskammern 60 und 66 und die Austragkammern 2f.5 und 29 sind abgesperrt.
Die I°lotorpumpe der zentralen hydraulischen Station, die an der Druckkammer 52
angeschlossen ist, hat einen Druckmittelrückfluß durch die offene Mitte des Drehschiebers
über den vurchlaB 110 und die Austragkammer 45. Dieser Rückfluß weist einen geringen
Druckmittelverlust auf, der durch die Höhe des leckverlustes über die Druckkammer
52, die Arbei±mkammer 36, und die Arbeitskammer 40 entsteht.
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Gemäß Fig.8 ist die Arbeitskammer 40 wieder frei. Die eine Zylinderkammer
des Servomotors steht unter Druck. Die andere Zylinderkammer des Servomotors fängt
an, von der Druckmittelzufuhr isoliert zu werden, weil die Leckströme an der Arbeitskammer
36 aufhören. Die Durchgangskammern 60 und 66 der volumetrischen Pumpe und die Austragkammern
28 und 29 sind noch über eine geringe Schutzwand verdeckt, so
daß
sich die verschiedenen Betriebsphasen gegenseitig nicht beeinträchtigen. Der zentral
gelegene, offene Rückpfad für das Druckmittel, d.h. die Austragkammer 45, die anfängt,
sich zu schließen, hat einen erhöhten Druckmittelverlust, der eine entsprechende
Zunahme des Drucks in Richtung auf diejenige Zylinderkammer des Servomotors verursacht,
die mit der Druckkammer 52 über die Arbeitskammer 40 in Verbindung steht.
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Gemäß Fig.9 ist der Einlaß zur Arbeitskammer 40 vollständig frei.
Die zugehörige Zylinderkammer des Servomotors liegt am Druck der T-:otorpumpe der
zentralen hydraulischen Station. Die andere Zylinderkammer des Servomotors kommt
allmählich :*ber die Arbeitskammer 36 und die Durchgangskammer 60 mit der volumetrischen
Pumpe in Verbindung, wogegen die andere Seite der volumetrischen Pumpe allmählich
mit der Rückleitung über die Durchgangskammer 66 und die Austragkammer 29 in Verbindung
kommt. Die zentral gelegene offene Rückleitung über die Austragkammer 45 ist vollständig
verschlossen. Der volle Druck der l-lotorpumpe der zentralen hydraulischen Station
ist deshalb auf diejenige Zylinderkammer des Servomotors gerichtet, die über die
Arbeitskammer 40 mit der Druckkammer 52 in Verbindung steht.
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Die Stellung gemäß Fig.10 ist ähnlich derjenigen gemäß
Fig.9;
die einzelnen Kammern 40 und 52 bzw. 36 und 60 sowie 29 und 66 sind jedocY- maximal
ausgerichtet.
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Die Anordnung gemäß Fig.11 ist ähnlich derjenigen gemäß Fig. 7 - 10;
der Drehschieber 11 ist jedoch derart ausgeführt, daß er geschlossen ist, wenn er
sich in Mittellage befindet und die Durchlässe 110 und 110a sowie die Austragkarimern
45 und 45a sind weggelassen. Der Betrieb ist ähnlich dem bereits beschriebenen.
In denjenigen Betriebsphasen mit geschlossenem Zentrum jedoch, welche den Betriebs.hasen
mit offenem Zentrum gemäß Fig.7 und 8 entsprechen, ist der durch die leckströme
sich ergebende Druck der Druck der Motorpumpe der zentralen hydraulischen Station;
der Druck ist euch anfänglich nicht einige Atmosphären, wie das gemäß Fig.7 und
Fig.8 der Fall ist.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß Fig.12 und 13 ist die
Anordnung ebenfalls ähnlich der bereits beschriebenen. Jedoch ist die Druckkammer
52 durch zwei Durchlässe 13.0 und 131 ersetzt, denen entsprechend zwei Rückschlagventile
132 und 133 zugeordnet sind und die mit der Druckmittelzufuhr in der neutralen Stellungsverbunden
sind. Die Überlappung 113 ist durch denjenigen Teil des Durchlasses 130 gebildet,
der die Zwischenwand 112 in der Figur .gesehen auf
der linken Seite
überlappt, wogegen die fburlappung 114 -durch denjenigen Teil des Durchlaases 131
gebildet ist, der die Zwischenwand 112 in der Figur gesehen auf der rechten Seite
überlappt.
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Aufgrund dieser Anordnung stehen die Arbeitskai.:mern 36 und 40, welche
entsprechend mit den beiden Seiten des Servomotors verbunden sind, dauernd untr-r
Druck.
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Das Einfügen der Rückschlagventile 132 und 133 macht jede Verbindung
zwischen den beiden Seiten des Servomotors unmöglich, wie es in gewissen Fäl-,_en
nötig ist, insbesondere wenn kein äußerer Druck in Richtung auf die neutrale Lage
vorhanden ist, wie das beispielsweise bei scharfem"Fahren mit Kraftfahrzeugen vorkoT:mt.
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Gemäß Fig.13 weist eines der Rückschlagventile, beispielsweise das
Rückschlagventil 132, eine Kugel 134 auf, die von einer Feder 135 unter Druck gehalten
wird und die mit einem Ventilsitz 136 zusammenwirkt.
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Aus Gleichgewichtsgründen sind die Durchlässe 130 und 131 mit Hilfe
von Gegendurchlässen 130a und 131a doppelt ausgeführt, wobei diese Gegendurchlässe
ebenfalls Rückschlagventile,132a und 133a aufweisen.