DE1907104C3 - Hydraulischer Verstärker - Google Patents
Hydraulischer VerstärkerInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
- F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
- F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
- F15B9/10—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor in which the controlling element and the servomotor each controls a separate member, these members influencing different fluid passages or the same passage
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Description
großen Leckölanfall gering zu halten oder aber um größere Fertigungstoleranzen zugestehen zu können.
Abgesehen von diesen Gründen wird jedoch gerade auf dem Gebiet der Servoverstärker und Folgesteuerungen
weitgehend eine Nullüberdeckung angestrebt. Die Erfindung bricht mit dieser Übung, indem eine
eanz bestimmte positive Überdeckung vorgeschrieben iird, die durch die dann entstehende Pumpwirkung
des Steuerkolbens einen bestimmten Überdruck im Druckraum erzeugt. Durch geeignete Wahl der positiven
Überdeckung läßt sich der Überdruck in einer Größe erzeugen, der zum Überwinden der Haftreibung
des Verstärkerkolbens ausreicht Da der Bedienende von Beginn der Steuerkolbenbewegung an über
die Reaktionsfläche am Steuerkolben den tatsächlich im Druckraum herrschenden Druck fühlt, ist die Gefahr
von Übersteuerungen wesentlich eingeschränkt. Hinzu kommt, daß das Druckmittel nicht mehr in einen
drucklosen Raum einströmt, sondern in einen Raum, in dem bereits ein Überdruck herrscht. Das
einströmende Druckmittel entspannt sich deshalb nicht mehr vollständig. Luftausscheidungen und damit
verbundene Geräusche werden verringert.
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
Ein Zylinder 1 mit zwei verschiedenen Bohrungsdurchmessern weist eine Bohrung 2 größeren Durchmessers
sowie eine Bohrung 3 kleineren Durchmessers auf. In der Bohrung 2 gleitet flüssigkeitsdicht e?n
Verstärkerkolben 4, der mit einer Stange 5 verbunden ist, die auf ein nicht dargestelltes Betätigungselement
einwirkt. Die Stange 5 ist dicht durch einen die Bohrung 2 verschließenden Deckel 6 geführt, an dem sich
eine die Stange 5 umgebende, auf den Verstärkerkolben 4 wirkende Rückstellfeder 7 abstützt. In der Bohrung
3 gleitet dicht ein Teil 8 größeren Durchmessers eines zweiteiligen Steuerkolbens 8, 9. Der Teil 9
kleineren Durchmessers ist auf einem Teil seiner Länge in einer als Sackbohrung ausgeführten Bohrung
10 des Verstärkerkolbens 4 geführt und weist an seinem entgegengesetzten Ende einen Bund 11 auf, der
als Widerlager für eine sich am Verstärkerkolben 4 abstützende Rückstellfeder 12 dient. Rückstellfeder
12 und Teil 9 ragen in eine Sackbohrung 13 des Teiles 8 hinein. Der Teil 9 ist von einer Längsbohrung
14 durchdrungen, welche über eine Querbohrung 15 immer mit einem sich zwischen Verstärkerkolben 4,
Bohrung 2, Teil 8 und Teil 9 bildenden Ringraum 16 verbunden ist. In einem gewissen axialen Abstand
vom Grunde 17 der als Sackbohrung ausgeführten Bohrung 10 wird diese von einem Rücklaufkanal 18
geschnitten, welcher in den zwischen Bohrung 2, Dekkel 6, Verstärkerkolben 4 und Stange 5 gebildeten
Ringraum 19 mündet, der mit einem Tankanschluß T verbunden ist. Axial vom Rücklauf kanal 18 entfernt
mündet in die Bohrung 10 ein Druckkanal 20, der mit einer Ringnut 21 des Verstärkerkolbens 4 verbunden
ist. Die Ringnut 21 ist gegen die Ringräume 16 und 19 durch für hohe Drücke geeignete Dichtungen
22 abgedichtet. Ein mit einer Druckmittelquelle 23 verbundener Druckanschluß P mündet in die
Ringnut 21. In der (in der Zeichnung dargestellten) Ausgangslage des Steuerkolbens 8,9 befindet sich die
freie Stirnfläche 24 des Teiles 9 des Steuerkolbens 8, 9 im Bereich des Rücklaufkanals 18, ohne diesen aber
zu verschließen. Eine Ringnut 25 des Teiles 9 ist durch eine Querbohrung 26 mit der Längsbohrung 14 verbunden
und kommt nach einem gewissen Hub des Steuerkolbens 8,9 relativ zum Verstärkerkolben 4 in
den Bereich des Druckkanals 20. Die Querbohrung 26 wird von einem Stift 27 kleineren Durchmessers
durchdrungen, der am Verstärkerkolben 4 befestigt ist.
Die wirksame Fläche des Steuerkolbens 8,9 sei mit / und die wirksame Fläche des Verstärktrkolbens mit
F bezeichnet, wobei f<F ist. Die Steuerkante zum Aufsteuern des Druckkanals 20 ist mit 28 bezeichnet.
Die Wirkungsweise des hydraulischen Verstärkers ist wie folgt:
Eine mit Hilfe eines nicht dargestellten Gestänges oder dergleichen aufgebrachte Kraft wird auf den
Steuerkolben 8, 9 geleitet, der sich dadurch in den Zylinder 1 hineinbewegt. Diese Bewegung wird zunächst
nur durch die Reibung des Steuerkolbens 8, 9 sowie eine geringe Gegenkraft der Rückstellfeder
12, die sich gegen den infolge von Dichtungsreibung vorerst noch unbeweglichen Verstärkerkolben 4 abstützt,
gehemmt. Der Steuerkolben 8,9 läßt sich daher ohne wesentliche Gegenkraft aus seiner Ruhelage
verschieben. Das bei dieser Verschiebung aus dem sich verkleinernden Ringraum 16 und der als Sackbohrung
ausgeführten Bohrung 10 verdrängte Druckmittelvolumen gelangt nahezu drucklos über die
Ouerbohrung 15, die Längsbohrung 14, die Bohrung 10, den Rücklaufkanal 18 und den Ringraum 19 zum
Tankanschluß T. Der freie Abfluß des Druckmittels wird unterbrochen, wenn die freie Stirnfläche 24 des
Steuerkolbens 8, 9 den Rücklauf kanal 18 zusteuert. Zu diesem Zeitpunkt besteht infolge einer bestimmten
positiven Überdeckung noch keine Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und dem System 16,15,
14,10, so daß der Vorgang zunächst ohne Servounterstützung abläuft. Der Steuerkolben 9, 8 wird weiter
verschoben und erzeugt dabei einen Druckanstieg im System 16,15,14,10. Dieser Druckanstieg ist abhängig
von der Reibung der für hohe Drücke geeigneten Dichtungen 22 und den auf die Stange 5 wirkenden
äußeren Kräften. Wird der Druck so hoch, daß die sich aus wirksamer Fläche F und Druck ergebende
Kraft auf den Verstärkerkolben 4 zur Überwindung der Dichtungsreibung und der anfänglichen äußeren
Kraft ausreicht, setzt sich der Verstärkerkolben 4 in Bewegung.
Da der gleiche Druck auf die wirksame Fläche / des Steuerkolbens 8, 9 wirkt, ergibt sich eine Rückwirkung
auf den Bedienenden. Unter Vernachlässigung der Reibungskräfte und der Kräfte der Rückstellfedern
ergibt sich das Verhältnis von Ausgangskraft zu Eingangskraft wie F.f. Da F>f ist, erhält
man also auch ohne Servounterstützung eine Kraftübersetzung, die dadurch erkauft wird, daß sich der
Steuerkolben 8,9 während der Oberdeckung im Verhältnis F:f schneller bewegt als der Verstärkerkolben
4 bzw. einen größeren Hub zurücklegt. Während eine derartige Überdeckung bei vielen Servo-Steuerungen,
z. B. für Werkzeugmaschinen, unerwünscht ist, kann man damit in den der Erfindung zugrunde
liegenden Anwendungsfällen eine höhere Feinfühligkeit erzielen. Infolge der verschiedenen Stellgeschwindigkeiten
nähert sich die Steuerkante 28 dem Druckkanal 20, bis schließlich die Verbindung vom
Druckanschluß P, über die Flüssigkeitskanäle 21, 20, 25, 26,14,15 bis zum Druckraum 10,16 hergestellt
wird. Von diesem Augenblick an strömt Druckmittel
in die Bohrung 10 bzw. den Ringraum 16. Dieses zusätzliche Druckmittelvolumen bewirkt, daß der Verstärkerkolben
4 dem Steuerkolben 8, 9 mit gleicher Geschwindigkeit nachfolgt oder, anders ausgedrückt,
Verstärkerkolben 4 und Steuerkolben 8,9 legen trotz Kraftverstärkung gleiche Wege zurück. Die Kräfte
verhalten sich dabei nach wie vor wie F:f. Beim Rückhub ergibt sich der umgekehrte Vorgang, wobei
der Verstärkerkolben 4 durch die Rückstellfeder 7 dem Teil 8 nachfolgt, und Teil 9 durch die Rückstellfeder
12 dem Teil 8 kraftschlüssig nachgeführt wird. Bei diesem Vorgang bleibt selbstverständlich die
Rückwirkung auf den Steuerkolben 8,9 erhalten. Der Verstärker ist so ausgelegt, daß auch bei Ausfall der
Druckmittelquelle 23 eine Betätigung möglich ist. In einem solchen Fall kommt nach Überwindung eines
Totweges der Steuerkolben 8, 9 am Verstärkerkolben 4 zur Anlage, so daß sich eine direkte Kraftübertragung
ohne Verstärkung ergibt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kommt speziell der Teil 8 zur
Anlage, während die Länge der Sackbohrung 10 und der Querbohrung 26 so bemessen ist, daß Teil 9 weder
am Grund 17 der Sackbohrung 10 noch am Stift 27 anstößt.
Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebene Ausführung beschränkt. Insbesondere in bezug auf die
Lage und den Verlauf der Druck- und Ablaufkanäle sowie der zugehörigen Bohrungen, Querbohrungen
und Ringnuten sind verschiedene Variationen denkbar. Bei Bedarf kann auch der Verstärkerkolben direkt
ohne Änderung seines Durchmessers schon als Betätigungsorgan wirken. Es ist dann nur notwendig,
für den Ablauf des Druckmittels eine weitere Ringnut ähnlich der Ringnut 21 vorzusehen. Die Rückstellung
könnte dann durch äußere Federn erfolgen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Hydraulischer Verstärker, der aus; einem Zylinder mit zwei verschiedenen Bohrungsdurchmessern
besteht, in dessen Bohrungsteil mit dem größeren Durchmesser ein Verstärkerkolben mittels Dichtungen
flüssigkeitsdicht und gleitbar angeordnet ist, welcher mit einem oder mehreren Betätigungselementen,
z. B. Geberzylinder, in Wirkverbindung steht und in dessen Bohrungsteil mit dem kleineren
Durchmesser ein von außen mit Hilfe z. B. eines Pedals betätigter Steuerkolben mit positiver Schaltüberdeckung
flüssigkeitsdicht gleitet, wobei der Druckraum, in dem der den Verstärkel kolben in Arbeitsrichtung
beaufschlagende Druck .gebildet wird, in Abhängigkeit von der relativen SteMung von Verstärkerkolben
und Steuerkolben zueinander über Flüssigkeitskanäle im Steuerkolben, Verstärkergehäuse
und Verstärkerkolben entweder mit der Druckmittelquelle oder dem Rücklauf verbindbar
ist, wobei der Steuerkolben auf einem Teil seiner Länge in einer Bohrung des Verstärkerkolbens geführt
ist und wobei eine wirksame Fläche des Steuerkolbens immer dem den Verstärkerkolben in Arbeitsrichtung
beaufschlagenden Druck im Druckraum ausgesetzt ist derart, daß dieser Druck als der
Betätigung entgegengerichtete Reaktionskraft fühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerkolben (9) so ausgebildet ist, daß er bei verschlossenem Rücklauf (18,197}relativ zum Verstärkerkolben
(4) vor dem Öffnen des Druckraumes (16, 10) zur Druckmittelquelle (23) eine derartige Strecke
zurücklegt, daß der infolge der Pumpeinwirkung des Steuerkolbens (8,9) entstehende Druckanstieg mindestens
zum Überwinden der durch die Dichtungen (22) verursachten Reibung ausreicht.
2. Hydraulischer Verstärker nach Anspruch 1 mit einem mit zwei verschiedenen Durchmessern versehenen
Steuerkolben, dessen Teil kleineren Durchmessers auf einem Teil seiner Länge im Verstärkerkolben
und dessen Teil größeren Durchmessers mindestens mit einem Teil seiner Länge im Zylinder geführt
sind, und mit einer vorgespannten Rückstellfeder, die zwischen dem Verstärkerkolben und dem
Steuerkolben wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Rückstellfeder (12) kleiner ist als die
auf den Verstärkerkolben (4) wirkenden Rückstell- und Reibungskräfte.
3. Hydraulischer Verstärker nach Anspruch 2 mit einem zwischen den beiden Durchmessern zweigeteilten
Steuerkolben und mit einer vom Druckraum ausgehenden Sackbohrung im Teil größeren Durchmessers
des Steuerkolbens, in welche Sackbohrung der Teil kleineren Durchmessers hineinragt, wobei
die Rückstellfeder den Teil kleineren Durchmessers umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder
(12) mindestens mit "einem Teil ihrer Länge innerhalb der Sackbohrung (13) im Teil größeren
Durchmessers des Stcuerkolbens angeordnet ist.
4. Hydraulischer Verstärker nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Teil (9) kleineren Durchmessers mit dem Verstärkerkolben (4) zwecks leichterer
Montierbarkeit durch ein eine gewisse axiale Verschiebung zulassendes Stift-Langloch-System (26,
27) verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Verstärker mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
Bei derartigen Verstärkern ist der Druckraum in der unbetätigten Ausgangsstellung von der Druckmittelquelle
getrennt Man nennt sie deshalb auch Verstärker mit »geschlossener Mitte« (FR-PS 12 93 066).
Demgegenüber stehen die hydraulischen Verstärker mit sogenannter »offener Mitte«, bei welchen im unbetätigten
Zustand das Druckmittel nahezu drucklos von der Druckmittelquelle durch den Druckraum zum Ablauf
fließt Wenn bei dieser Bauart mit »offener Mitte« der Steuerkolben betätigt wird, findet eine zunehmende
Verkleinerung des Ablaufquerschnittes statt, wodurch sich im Druckraum ein ebenfalls zunehmender Staudruck
entwickelt und auf den Verstärkerkolben wirkt. Der Aufbau des Staudruckes findet kontinuierlich statt,
so daß ruckartiges Bewegen des Verstärkerkolbens durch plötzliche Druckbeaufschlagung oder Übersteuerungseffekte
weitgehend vermieden wird. Da der zur Drosselung benutzte Steuerkolben meist mit einer Reaktionsfläche
versehen ist, ergibt sich auch eine Rückmeldung des aufgebauten Staudruckes an den Bedienenden.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Bauart mit »offener Mitte« ist in der US-PS 33 27 590 dargestellt.
Trotz verschiedener guter Eigenschaften besitzen aber grundsätzlich alle Verstärker mit »offener Mitte« den
Nachteil des permanenten Durchflusses, wodurch Einsätze in Kombination mit Hydrospeichern, z. B. zum Erreichen
einer Sicherheitsreserve bei Ausfall der Druckmittelquelle, nicht möglich sind.
Im Unterschied zum beschriebenen kontinuierlichen Druckaufbau findet der Druckaufbau bei einem Verstärker
mit »geschlossener Mitte« (FR-PS 12 93 066) nicht kontinuierlich statt. Vielmehr wird beim Betätigen
des Steuerkolbens die einen hohen Druck erzeugende Druckmittelquelle plötzlich mit einem drucklosen Raum
verbunden. Dies rührt daher, daß üblicherweise nur eine sehr geringe positive Überdeckung vorhanden ist oder
— anders ausgedrückt — die Verbindung zwischen Druckmittelquelle und Druckraum unmittelbar nach
dem Verschließen des Rücklaufs geöffnet wird. Obwohl der Steuerkolben mit einer Reaktionsfläche versehen
ist, wird sich ein Reaktionsdruck erst nach dem plötzlichen Einströmen des Druckmittels in den Druckraum
aufbauen können. Der Bedienende läuft daher Gefahr, einen zu großen Strömungsquerschnitt aufzusteuern,
d. h. einen Übersteuerungseffekt zu verursachen. Der Verstärkerkolben bewegt sich ruckartig aus seiner Ruhelage
heraus, und zwar insbesondere dann, wenn zusätzlich ein Klebeeffekt von Hochdruckdichtungen zu
überwinden ist. Die vom Verstärkerkolben bewirkte Kraft kann kurzzeitig wesentlich größer werden als eigentlich
gewünscht, was z. B. bei Verwendung solcher Verstärker für Bremssysteme zu gefährlichen Situationen
führen kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Verstärker der in Rede stehenden Art so auszugestalten, daß die
beschriebenen Nachteile weitgehend vermieden werden, d. h., daß insbesondere ruckartige Bewegungen des
Verstärkerkolbens aufgrund von Übersteuerungen oder Losbrecheffekten vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1
gelöst.
Positive Überdeckungen an sich sind bei Steuerkolben durchaus bekannt. Sie werden angewendet, um
den bei einer Nullüberdeckung zum TeU unerwünscht
Priority Applications (1)
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DE19691907104 DE1907104C3 (de) | 1969-02-13 | 1969-02-13 | Hydraulischer Verstärker |
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---|---|---|---|
DE19691907104 DE1907104C3 (de) | 1969-02-13 | 1969-02-13 | Hydraulischer Verstärker |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE1907104A1 DE1907104A1 (de) | 1970-09-03 |
DE1907104B2 DE1907104B2 (de) | 1980-05-29 |
DE1907104C3 true DE1907104C3 (de) | 1983-12-01 |
Family
ID=5725070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19691907104 Expired DE1907104C3 (de) | 1969-02-13 | 1969-02-13 | Hydraulischer Verstärker |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE1907104C3 (de) |
Families Citing this family (3)
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DE3218194C2 (de) * | 1982-05-14 | 1994-03-10 | Teves Gmbh Alfred | Hydraulischer Kraftverstärker |
DE10121117C2 (de) * | 2001-04-28 | 2003-06-26 | Eugen Boehm | Verstellbare Lastentrage |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB580283A (en) * | 1944-04-28 | 1946-09-03 | Automotive Prod Co Ltd | Improvements in or relating to liquid pressure servo-motor devices |
US2916882A (en) * | 1956-01-03 | 1959-12-15 | Gen Motors Corp | Hydraulic power brake booster |
FR1293066A (fr) * | 1961-03-28 | 1962-05-11 | Applic Ind Soc Et | Dispositif perfectionné de commande pour installation hydraulique de freinage |
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GB1116085A (en) * | 1964-11-04 | 1968-06-06 | Girling Ltd | Improvements in hydraulic servomotors |
-
1969
- 1969-02-13 DE DE19691907104 patent/DE1907104C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE1907104A1 (de) | 1970-09-03 |
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
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