DE2242022C3 - Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen o.dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen oder dergleichen mit zwei von einem gemeinsamen Betätigungsglied betätigten Steuerventilen zum wachselweiser« Verbinden der Arbeitsräume eines hydraulischen Servomotors mit einer Druckquelle oder einem Ablauf sowie mit einer mechanischen Rückführung der Bewegung des Servomotors und einer Rückmeldung der in den Arbeitsräumen bestehenden Drücke an das Betätigungsglied über von diesen Drücken beaufschlagte Reaktionsflächen an den Steuergliedern der Steuerventile oder Reaktionsflächen an mit den Steuergliedern wirkungsmäßig verbundenen Reaktionsgliedern.

Eine derartige Druckmittelfolgesteuerung ist aus der deutschen Patentschrift 10 01132 bekanntgeworden. Die dortige Konstruktion besitzt zwei als Steuerglieder dienende Steuerkolben, die gegensinnig von einem als Drehmomentwaage dienenden Hebel betätigt werden. Die Steuerventile sind dabei über Stößel an dem Hebel angelenkt. Sofern die Steuerkolben eine positive Überdeckung besitzen, sind die Arbeitsräume des Servomotors in einer Neutralstellung von der Druckquelle und üblicherweise auch vom Ablauf getrennt. Dadurch besteht die Möglichkeit, daß in den Arbeitsräumen sich ein wesentlich niedrigerer Druck einstellt, als von der Druckquelle erzeugt wird.

Bei Betätigung eines Steuerkolbens kann daher Druckmittel unter hohem Druckgefälle in einem Arbeitsraum niedrigeren Druckes einströmen. Dadurch können unerwünschte Rucke und Schläge im System auftreten. Es ist deshalb wünschenswert, einen Druck langsam aufzubauen bzw. von Beginn an einen bestimmten Druck in den Arbeitsräumen zum Zwecke einer hydraulischen Einspannung aufrechtzuerhalten. Die letztere Methode findet in der Praxis Anwendung in Form von Steuerkolben mit negativer Überdeckung, welche auch »opencenter-Bauart« genannt wird. Bei dieser Anordnung sind in einer Neutralstellung alle Anschlüsse miteinander verbunden, wobei ein gewisser Staudruck aufrechterhalten wird. Da aber hierzu ein dauernder Druckmittelverbrauch notwendig ist, besteht keine Möglichkeit diese Anordnung für hydraulische Kreisläufe mit einem Druckspeicher zu verwenden und damit die Vorteile einer positiven Überdeckung aufrechtzuerhalten.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, d.h., bei einer Druckmittelfolgesteuerung der eingangs erwähnten Art auch in Neutraistellung der Steuerglieder einen bestimmten Druck in den Arbeitsräumen ohne wesentlichen Verbrauch an Druckmittel aufrechtzuerhalten. Die Höhe des Druckes soll zudem einstellbar sein. Schließlich soll es auch möglich sein, wie bei anderen Druckmittelfolgesteuerungen Begrenzungen der Eingangskraft, Ansprechschwellen usw. anzubringen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Steuerventile jeweils vom Druck eines Arbeitsraumes mit Hilfe von Reaklionsflächen gegen die Kraft einer Regelfeder gesteuerte Druckregelventile jener Art sind, welche unterhalb eines bestimmten Druckes eine Verbindung von der Druckquelle zum

Arbeitsraum herstellen, diese Verbindung bei Überschreiten des Druckes zunehmend drosseln und schließlich sperren und bei weiterer Druckerhöhung eine Verbindung vom Arbeitsraum zum Ablauf öffnen, wobei sich die Regelfedern an dem gemeinsamen Betätigungsglied abstützen. Um die Druckregelventile in einer Neutralstellung so einstellen zu können, daß sich in den Arbeitsräumen gleiche Drücke ergeben, ist die Vorspannung mindestens einer Regelfeder einstellbar. Weiterhin kann es zuweilen zweckmäßig sein, die Regelfedern so anzuordnen, daß sich nach Überwindung eines bestimmten Federweges ein mechanischer Kontakt zwischen dem Bctätigungsglied und den Druckregelventilen ergibt.
Anhand von in den Abbildungen dargestellten Prinzipskizzen und Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze eine Anordnung mit 2 Druckregelventilen, welche koaxial angeordnet sind und von einem translatorisch bewegten Betätigungsglied betätigt werden.

F i g. 2 zeigt 2 quer und außermittig zur Achse eines Gehäuses angebrachte Druckregelventile mit einem gemeinsamen, rotatorisch bewegten Betätigungsglied sowie Verstelleinrichtungen zum Verstellen der Vorspannungen der Regelfedern.

Die Druckmittelfolgesteuereinrichtung nach Fig. 1 besitzt 2 Druckregelventile 1 und 2. Das Druckregelventil 1 besitzt einen Steuerkolben 3, welcher mit drei Schultern 4, 5,6 versehen ist. Die Schultern 4 und 5 sind durch eine Taille 7 miteinander verbunden, während zwischen den Schultern 5 und 6 eine Taille 8 angebracht ist. Die die Taillen 7 und 8 umgebenden Ringräume sind mit 9 und 10 bezeichnet. Im Bereich des Ringraumes 9 mündet ein Anschluß T, welcher mit einer Anlaufleitung 11 verbunden ist. Im Bereich des Ringraumes 10 mündet hingegen ein Anschluß P, welcher über eine Druckleitung 12 mit einer Druckquelle 13 verbunden ist. Die Schulter 5 ist in einer Neutralstellung des Steuerkolbens

3 von einer Ringnut 14 umgeben, welche über einen Anschluß A sowie eine Leitung 15 mit einem Anschluß A\ eines Servomotors 16 verbunden ist Von der Leitung 15 zweigt eine Steuerleitung 17 ab, welche in den sich an die freie Stirnfläche der Schulter 4 anschließenden Reaktionsraum 18 mündet Die freie Stirnfläche der Schulter 6 wird von einer Regelfeder 19 beaufschlagt, welche sich mit ihrem anderen Ende an einem Betätigungsglied 20 abstützt Das Betätigungsglied 20 kann beispielsweise mit einem Lenkrad 21 verbunden sein. Das Druckregelventil 2 besitzt einen Steuerkolben 22, weicher mit drei Schultern 23,24 und 25 versehen ist, weiche durch Taillen 26 und 27 voneinander getrennt sind. Die Taillen 26 und 27 sind von Ringräumen 28 und 29 umgeben. In den Ringraum 28 mündet ein Anschluß Pu welcher über eine Druckleitung 30 mit der Druckquelie 13 verbunden ist. Der Ringraum 29 steht über einen Anschluß T_x mit einer Ablaufleitung 31 in Verbindung. In einer Neutralstellung des Steuerkolbens 22 ist die Schulter 24 von einer Ringnut 32 umgeben, in welche ein Anschluß B mündet, welcher über eine Leitung 33 mit einem Anschluß Si des Servomotors 16 verbunden ist Von der Leitung 33 zweigt eine Steuerleitung 34 ab, welche in einen an die freie Stirnfläche der Schulter 25 angrenzenden Reaktionsraum 35 führt Die freie Stirnfläche der Schulter 23 wird . von einer Regelfeder 36 beaufschlagt, welche sich mit ihrem anderen Ende an dem Betätigungsglied 20 abstützt Der Servomotor 16 besitzt einen Zylinder 37, in welchem ein Kolben 38 gleitbar angeordnet ist. Der Kolben 38 ist mit einer zweiseitigen Kolbenstange 39 fest verbunden. Zwischen der Kolbenstange 39 und dem Gehäuse 40 der Druckmittelfolgesteuerung besteht eine mechanische Rückführung 41. Die Kolbenstange 39 ist von Arbeitsräumen 42 und 43 umgeben. Dem Arbeitsraum 43 ist der Anschluß A\ zugeordnet, während dem Arbeitsraum 42 der Anschluß B\ zugehörig ist.

Zur Erklärung der Funktion sei angenommen, daß die Regelfedern 19 und 36 in der gezeigten Lage der Steuerkolben 3 und 22 mit einer gewissen Vorspannung <io versehen seien, daß aber andererseits das gesamte Hydrauliksystem zunächst drucklos sei. Da in den Reaktionsräumen 18 und 35 dann ebenfalls kein Druck herrscht, werden die Regelfedern 19 und 36 die Steuerkolben 3 und 22 bis zu ihren Anschlägen verschieben. Durch diese Verschiebung werden die Verbindungen zwischen den Anschlüssen P und A bzw. zwischen P\ und B geöffnet. Wenn nunmehr die Druckquelle 13 beginnt, einen Druck aufzubauen, wird sich dieser Druck über die Leitung 12, den Anschluß P, den Ringraum 10, die Ringnut 14. den Anschluß A, die Leitung 15 und die Steuerleitung 17 in den Reaktionsraum 18 fortpflanzen. In ähnlicher Weise gelangt der Druck von der Druckquelle 13 über die Leitung 30, den Anschluß Pu den Ringraum 28, die Ringnut 32, den Anschluß B, die Leitung 33 und die Steuerleitung 34 in den Reaktionsraum 35. Sofern auf die Kolbenslange 39 keine äußeren Kräfte einwirken, wird der Kolben 38 auf beiden Seiten von dem gleichen Druck beaufschlagt werden. Der dabei entstehende Druck in den Arbeitsräumen 42 und 43 entsteht e!»" in der gleichen Größe in den schon erwähnten RcuMiünsräumen 35 und 18. Dort bewirkt der Druck, daß die Steuerkolben 3 und 22 gegen die Kraft der Regelfedern 19 und 36 verschoben werden. Bei dieser Verschiebung werden die Verbindungen zwischen den Anschlüssen P und A bzw. P, und B zunehmend gedrosselt, bis sie schließlich ganz unterbrochen sind. Der nun in den Arbeitsräumen 42 und 43 herrschende Druck entspricht den Vorspannungen der Regelfedern 19 und 36 in der Neutralstellung. Wir setzen nun weiter voraus, daß das Betätigungsglied 20 nach links bewegt wird. Dadurch erhält die Regelfeder 19 eine stärkere Vorspannung, welche den Steuerkolben 3 nach links zu schieben versucht, wobei die Verbindung P-A wieder etwas geöffnet wird. Auf der anderen Seite wird die Vorspannung der Regelfeder 36 vermindert Aufgrund dieser Verminderung überwiegt nunmehr der Druck im Reaktionsraum 35 die Kraft der Regelfeder 36, und der Steuerkolben 22 wird ebenfalls nach links geschoben. Durch diese Verschiebung wird die Verbindung S-Ti geöffnet, so daß Druckmitte! aus dem Arbeitsraum 42 über den Anschluß B\ und die Leitung 33 zur Ablaufleitung 31 abströmen kann. Bei weiterer Verschiebung des Betätigungsgliedes 20 nach links wird die Regelfeder 19 weiter gespannt, und die Regelfeder 36 wird weiter entlastet Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis aufgrund der in den Arbeitsräumen 43 und 42 entstehenden Druckunterschiede auf den Kolben

38 eine solche Kraft ausgeübt wird, daß die äußeren, an der Kolbenstange 39 angreifenden Kräfte überwunden werden. Da die Bewegung der Kolbenstange 39 über die mechanische Rückführung 41 auf das Gehäuse 40 der Druckmittelfolgesteuerung 1 rückgeführt wird, wird das. Gehäuse 40 automatisch immer in eine der Neutralstellung entsprechenden Lage gebracht Wenn in umgekehrter Weise das Betätigungsglied 20 nach rechts bewegt wird, verringert sich die Vorspannung der Regelfeder 19, und der Steuerkolben 3 bewegt sich nach rechts, wobei er die Verbindung A-T öffnet. Die Vorspannung der Regelfeder 36 dagegen wird erhöht, so daß sich der Steuerkolben 22 ebenfalls nach rechts bewegt und dabei eine Verbindung zwischen den Anschlüssen Pi und B herstellt. Durch diese Verbindung wird der Druck im Arbeitsraum 43 erniedrigt, während der Druck im Arbeitsraum 42 ansteigt. Die Folge ist. daß sich der Steuerkolben 38 aufgrund der entstehenden Druckdifferenzen ebenfalls nach rechts bewegt. Die Höhe der in den Arbeitsräumen 42 und 43 auftretenden Drücke ist dabei nur von den Vorspannungen der Regelfedern 36 und 19 bestimmt, da diese Vorspannungen in ihrer Höhe den Kräften entsprechen, welche sich aus den Drücken und wirksamen Flächen der Steuerkolben 3 und 22 ergeben. Es dürfte in diesem Zusammenhang klar sein, daß die dargestellte Rückführung 41 nur die vorhandene Wirkverbindung zwischen der Kolbenstange 39 und dem Gehäuse 40 darstellen soll. In der Praxis gibt es die verschiedensten Methoden, um eine derartige Rückführung zu verwirklichen. Es dürfte ebenso klar sein, daß man anstelle eines ortsfesten Zylinders 37 auch den Kolben 38 mit der Kolbenstange

39 festlegen kann, wobei dann der Zylinder 37 beweglich wäre, und die Rückführung zwischen dem Zylinder 37 und dem Gehäuse 40 wirken würde. Schließlich wird es praktischen Bedürfnissen entgegenkommen, wenn zwischen den Betätigungsglied und dem beweglichen Teil des Servokolbens entweder von Beginn an eine zusätzliche elastische mechanische Kopplung stattfindet, oder aber diese Kopplung wenigstens nach Zurücklegen eines bestimmten Federweges erreicht wird. Die Form der Druckregelventile ist ebenso in gewissen Grenzen frei wählbar, wobei insbesondere die Form der Steuerkolben jener, weiter unten für Fig.2 beschriebenen, gleichen kann.

Die Druckmittelfolgesteuerung 44 nach F i g. 2 besitzt ein Gehäuse 45, in welchem quer und außermittig zu seiner Achse Bohrungen 46 und 47 angebracht sind, in

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welchen Steuerkolben 48 und 49 von Druckregelventilen 50 und 51 gleitbar angeordnet sind. Die zugehörigen Anschlüsse sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 belegt. Es muß allerdings bemerkt werden, daß die Anschlüsse sich normalerweise in einem nicht dargestellten Anschlußkörper befinden, mit welchem das Gehäuse 45 in Art eines Drehverteilers zusammenwirkt. Dadurch ist es gewährleistet, daß das Gehäuse 45 in beliebige Stellungen gedreht werden kann und dennoch an den Anschlußkörper feste Leitungsverbindungen verlegt werden können. Von den Anschlüssen A und ßgehen Leitungen 52 und 53 zu Anschlüssen A2 und &i eines Servomotors 54 aus. Dieser Servomotor 54 besitzt einen beweglichen Zylinder 55, in welchem ein mit einer zweiseitigen ortsfesten Kolbenstange 56 fest verbundener Kolben 57 gleitbar angeordnet ist. Der Anschluß A2 ist einem Arbeitsraum 58 innerhalb des Servomotors 54 zugeordnet, während der Anschluß B^ in einen Arbeitsraum 59 mündet. Die Betätigung der Steuerkolben 48 und 49 erfolgt von einem drehbaren Betätigungsglied 60 aus, welches beispielsweise mit einem Lenkrad verbunden sein könnte. In dem Betätigungsglied 60 befinden sich Verstelleinrichtungen 61 und 62, welche über Federteller 63 und 64 auf Regelfedern 65 und 66 einwirken. Die Regelfedern 65 und 66 stützen sich über weitere Federteller 67 und 68 an Stößeln 69 und 70 ab, welche auf die Steuerkolben 48 und 49 einwirken. Innerhalb der Steuerkolben 48 und 49 verlaufen Steuerleitungen 71 und 72 zu sich an die Stirnflächen der Steuerkolben anschließenden Reaktionsräumen 73 und 74.

Die Funktion ist praktisch die gleiche wie schon für F i g. 1 beschrieben. Demnach herrschen entsprechend der Darstellung in den Reaktionsräumen 73 und 74 bestimmte Drücke, welche den Drücken in den Arbeitsräumen 58 und 59 und den Vorspannungen der Regelfeldern 65 und 66 entsprechen. Diese Drücke sind so bemessen, daß sich an dem Kolben 57 ein hydrauliches Gleichgewicht ergibt. Wenn nunmehr das Betätigungsglied 60 im Uhrzeigersinn verdreht wird, erfolgt eine Erhöhung der Vorspannung der Regelfeder 65 verbunden mit einer Erniedrigung der Vorspannung der Regelfeder 66. Infolgedessen wird sich der Druck im Reaktionsraum 73 bzw. im Arbeitsraum 58 erhöhen, während sich der Druck im Reaktionsraum 74 bzw. im Arbeitsraum 59 erniedrigt. Die dadurch entstehende Druckdifferenz an den wirksamen Flächen des Kolbens 57 verursacht eine Bewegung des Zylinders 55 nach links. Die Bewegung erfolgt so lange, bis der Ventilkörper 45 über die gestrichelte, symbolisch dargestellte Rückkopplung vom Zylinder 55 in eine Position gebracht wird, in welcher die Sleuerkolben 48 und 49 wieder ihre Neutralstellung einnehmen, d. h., in welcher alle Anschlüsse gesperrt sind. Erfolgt hingegen eine Bewegung des Betätigungsgliedes 60 gegen den Uhrzeigersinn, so wird die Regelfeder 66 weiter gespannt, während die Regelfeder 65 entspannt wird. Entsprechend den Federvorspannungen ergibt sich im Reaktionsraum 74 bzw. im Arbeitsraum 59 ein Druckanstieg, während der Druck im Reaktionsraum 73 bzw. im Arbeitsraum 58 absinkt. Die dadurch entstehende Druckdifferenz bewirkt eine Bewegung des Zylinders 55 nach rechts. Auch hier sorgt die Rückkopplung zwischen dem Zylinder 55 und dem Ventilkörper 45 dafür, daß nach einem gewissen Hub der Ventilkörper 45 eine Stellung einnimmt, in welcher die Anschlüsse an den Steuerkolben 48 und 49 gesperrt sind.

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist beispielsweise möglich, anstelle der dargestellten, doppeltwirkenden Zylinder jeweils zwei einfach wirkende Zylinder zu verwenden. Es ist aber auch möglich, mehrere doppelt oder einfach wirkende Zylinder parallel zu schalten, wobei dann sich entsprechende Arbeitsräume verbunden sein müssen. Weitere Variationen sind in Form der Steuerkolben sowie in der Art der Betätigung denkbar. Obwohl die Regelfedern als Schraubenfedern dargestellt sind, dürfte es klar sein, daß auch andere Arten von Federn zur Anwendung kommen können. So ist es zum Beispiel möglich, das Betätigungsglied von F i g. 2 mit Blattfedern zu versehen oder als Blattfeder auszubilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen oder dergleichen mit zwei von einem gemeinsamen Beiätigungsglied betätigten Steuerventilen zum wechselweisen Verbinden der Arbeitsräume eines hydraulischen Servomotors mit einer Druckquelle oder einem Ablauf sowie mit einer mechanischen Rückführung der Bewegung des Servomotors und einer Rückmeldung der in den Arbeitsräumen bestehenden Drücke an Betätigungsglied über von diesen Drücken beaufschlagte Reaktionsflächen an den Steuergliedern der Steuerventile oder Reaktionsflächen an mit den Steuergliedern wirkungsmäßig verbundenen Reaktionsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (1, 2; 50, 51) jeweils vom Druck eines Arbeitstaumes (42, 43; 58, 59) mit Hilfe der Reaktionsflächen gegen die Kraft einer Regelfeder (19, 36; 65, 66) gesteuerte Druckregelventile jener ArI sind, welche unterhalb eines bestimmten Druckes eine Verbindung (P-A, P\-B)\on der Druckquelle (13) zum Arbeitsraum (42, 43; 58, 59) herstellen, diese Verbindung (P-A, Py-B) bei Überschreiten des Druckes zunehmend drosseln und schließlich sperren und bei weiterer Druckerhöhung eine Verbindung (A-T, S-Ti) vom Arbeitsraum (42,43; 58,59) zum Ablauf (11,31) öffnen, wobei sich die Regelfedern (19,36; 65,66) an dem gemeinsamen Betätigungsgiied (20,60) abstützen.

2. Druckmittelfolgesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung mindestens einer Regelfeder (65,66) einstellbar ist.