DE2946274B1 - Hydraulische Steuervorrichtung,insbesondere Lenkvorrichtung - Google Patents
Hydraulische Steuervorrichtung,insbesondere LenkvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere Lenkvorrichtung, mit
einer Steuerventilvorrichtung, die über einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluß mit je einem Druckraum
einer Kolben-Zylinder-Anordnung und über einen Tankanschluß mit einem Tank verbunden ist sowie
einen Ventilschieber aufweist, der durch Neutralstellungsfedern und stirnseitig durch den Druck in zwei
Steuerdruckräumen belastet ist, welche mit je einem Anschluß einer durch ein Handbetätigungsorgan verstellbaren
Steuerpumpe und über eine Rückschlagventilanordnung mit einer Hauptpumpe verbunden sind.
ίο Bei einer bekannten Steuervorrichtung dieser Art
(FR-PS 14 65 422, Fig.4) hat der Ventilschieber zwei
Bunde, die in der Neutralstellung die beiden Arbeitsanschlüsse verschließen und bei einer Verschiebung
jeweils den einen Arbeitsanschluß mit einem Steuerdruckraum und den anderen Arbeitsanschluß mit dem
Tankanschluß verbinden. Die Hauptpumpe ist über je ein Rückschlagventil direkt mit beiden Steuerdruckräumen
und in der Neutralstellung über einen Kurzschlußpfad mit dem Tankanschluß verbunden. Bei einer
Verstellung des Handbetätigungsorgans wird der Druck in den beiden Steuerdruckräumen verändert, so daß sich
der Ventilschieber aus seiner Neutralstellung verlagert. Es fließt dann Druckmittel von der Hauptpumpe über
ein Rückschlagventil, die Steuerpumpe und einen Steuerdruckraum in den einen Druckraum der Kolben-Zylinder-Anordnung,
während der andere Druckraum mit dem Tank verbunden ist. Beide Druckräume der Kolben-Zylinder-Anordnung haben die gleiche Wirkfläche.
Hierbei ist es nachteilig, daß das Handbetätigungsorgan zunächst einen gewissen Totweg zurücklegen
muß, ehe die Kolben-Zylinder-Anordnung bewegt werden kann, weil zunächst der Ventilschieber um ein
gewisses Stück verschoben werden muß, ehe der eine Arbeitsanschluß mit Druckflüssigkeit versorgt werden
kann.
Es ist ferner ein pneumatischer Drosselverstärker bekannt (DE-PS 21 16 197), bei dem mit Hilfe eines
Doppelventilkörpers, der von einem Steuerdruck gegen die Kraft einer Feder verlagerbar ist, zwei gegensinnig
•to verstellbare Drosseln gebildet werden, die zwischen
einem Zuluft-Anschluß und einem mit der Atmosphäre verbundenen Anschluß angeordnet sind. Dies ergibt
einen Druckteiler, so daß zwischen den beiden Drosseln ein vom Steuerdruck abhängiger Ausgangsdruck
abnehmbar ist. Als Anwendungsgebiete sind pneumatische Steuersysteme und Rechner angegeben.
Sodann ist eine hydraulische Steuervorrichtung bekannt (AT- PS 3 06 473), bei der eine Kolben-Zylinder-Anordnung
mit einem Differentialkolben verwendet ist.
Zur Steuerventilvorrichtung gehört eine Membran, deren außerhalb einer Einspannung angeordneter Rand
einen Ringraum in zwei Steuerdruckräume unterteilt, in denen mit Hilfe einer Vorsteuervorrichtung unterschiedliche
Drücke erzeugt werden können. Der Mittelteil der Membran bildet zusammen mit zwei
Ausströmöffnungen zwei gegensinnig verstellbare Drosseln, von denen die eine den Druckraum kleinerer
Wirkfläche der Kolben-Zylinder-Anordnung mit dem anderen Druckraum und die zweite Drossel den
letztgenannten Druckraum mit dem Tank verbindet. Der Arbeitsdruck wird dem erstgenannten Druckraum
direkt zugeführt. Hierbei benötigt man eine verhältnismäßig hohe Energie im Vorsteuerkreis, um eine sichere
Verstellung der Membran zu erreichen. Eine bei Lenkeinrichtungen erwünschte Rückwirkung von den
Kolben belastenden äußeren Kräften auf die Vorsteuervorrichtung ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
hydraulische Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der eine Verstellung des
Handbetätigungsorgans sofort zu einer Verstellung der Kolben-Zylinder-Anordnung führt, also keine tote Zone
im Bereich der Neutralstellung vorhanden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Differentialkolben
aufweist, daß der zum Druckraum kleinerer Wirkfläche führende erste Arbeitsanschluß dauernd mit
dem ersten Steuerdruckraum verbunden und vom ι ο Tankanschluß getrennt ist und daß zwei durch den
Ventilschieber gegensinnig verstellbare Drosseln vorgesehen sind, von denen die eine Drossel den zweiten
Steuerdruckraum mit dem zweiten Arbeitsanschluß und die andere Drossel den zweiten Arbeitsanschluß mit
dem Tankanschluß verbindet.
Bei dieser Konstruktion bilden die beiden gegensinnig verstellbaren Drosseln einen Druckteiler. Der zwischen
den beiden Drosseln abgenommene Druck erzeugt im Druckraum größerer Wirkfläche der Kolben-Zylinder-Anordnung
eine Kraft, die mit einer Kraft verglichen wird, welche durch den nicht reduzierten Druck im
Druckraum kleinerer Wirkfläche erzeugt wird. Mit Hilfe der durch das Handbetätigungsorgan verstellbaren
Steuerpumpe ergeben sich Druckunterschiede in den beiden Steuerdruckräumen, aufgrund deren sich der
Ventilschieber verlagert. Diese Verlagerung führt sofort zu einer Druckänderung zwischen den beiden Drosseln
und damit zu einer Verschiebung des Kolbens in der einen oder anderen Richtung. Ein weiterer Vorteil liegt
darin, daß äußere Kräfte, die auf den Kolben wirken, zu einer Verstellung des Ventilschiebers derart führen, daß
die äußere Kraft durch hydraulische Kräfte kompensiert wird. Außerdem ist das Auftreten dieser äußeren Kraft
über die Steuerpumpe am Handbetätigungsorgan merkbar, so daß auch von Hand gegengesteuert werden
kann.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß zur Bildung beider Drosseln eine mit
dem zweiten Arbeitsanschluß verbundene Ringnut im Gehäuse der Steuerventilvorrichtung mit einem Bund
am Ventilschieber zusammenwirkt, der eine geringere axiale Länge als die Ringnut besitzt. Es genügt daher ein
sehr einfach ausgebildeter Ventilschieber in einem sehr einfach gestalteten Gehäuse, um das gewünschte Ziel zu
erreichen.
Es empfiehlt sich, eine druckgeregelte Hauptpumpe zu verwenden. Damit ist sichergestellt, daß immer vom
gleichen Druckniveau ausgegangen wird, was die Auslegung der beiden Drosseln im Vergleich zu den so
Wirkflächen der beiden Druckräume der Kolben-Zylinder-Anordnung erleichtert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Rückschlagventilanordnung aus einem
einzigen Rückschlagventil besteht und daß die Hauptpumpe jeweils über das Rückschlagventil mit dem
zweiten Steuerdruckraum und parallel zum zweiten Steuerdruckraum über die Steuerpumpe mit dem ersten
Steuerdruckraum verbunden ist. Dies ergibt einen einfacheren Aufbau als bei der üblichen Verwendung
zweier Rückschlagventile, beeinträchtigt aber nicht die Funktionsweise.
Außerdem kann das Rückschlagventil federbelastet sein. Damit ist gewährleistet, daß nicht schon geringfügige
Schwingungen in der Druckmittelsäule oder Erschütterungen, wie sie bei einem Fahrzeug auftreten,
zu Fehlfunktionen führen.
Vorzugsweise sind beide Steuerdruckräume über je ein zu ihnen hin öffnendes Rückschlagventil mit dem
Tank verbunden. Dies erlaubt beim Ausfall der Hauptpumpe einen Notbetrieb allein mit Hilfe der
Steuerpumpe.
Für den Notbetrieb ist es ferner günstig, wenn der Tankanschluß der Steuerventilvorrichtung über ein
federbelastetes, zur Steuerventilvorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Tank verbunden ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt eine hydraulische Steuervorrichtung gemäß der Erfindung in einem
Schaltbild.
Eine Kolben-Zylinder-Anordnung 1 weist einen Zylinder 2 und einen einseitig mit einer Kolbenstange 3
verbundenen Differentialkolben 4 auf, der über ein Gestänge 5 ein zu lenkendes Rad 6 verschwenkt. Im
Zylinder ergibt sich ein erster Druckraum 7 kleinerer Wirkfläche Fi und ein zweiter Druckraum 8 größerer
Wirkfläche F2.
Eine Steuerventilvorrichtung 9 weist ein Gehäuse 10 mit einer Bohrung 11 und einen Ventilschieber 12 auf.
Im Gehäuse befindet sich eine Ringnut 13, die mit einem ersten Arbeitsanschluß 14 in Verbindung steht, welcher
zum Druckraum 7 führt. Eine zweite Ringnut 15 steht mit einem zweiten Arbeitsanschluß 16 in Verbindung,
der zum Druckraum 8 führt. Ferner ist ein Tankanschluß 17 vorhanden, der zum Tank 18 führt. An den Enden sind
zwei Steuerdruckräume 19 und 20 vorgesehen. Im Steuerdruckraum 19 befindet sich eine Neutralstellungsfeder
21, die auf eine durchbrochene Scheibe 22 wirkt. Letztere stützt sich entweder an einer Stufe 23 des
Gehäuses oder an einer Stirnseite des Ventilschiebers 12 ab. In dem Steuerdruckraum 20 befindet sich eine
Neutralstellungsfeder 24, die sich auf eine durchbrochene Scheibe 25 stützt. Letztere liegt entweder an einer
Stufe 26 des Gehäuses oder an der anderen Stirnfläche des Ventilschiebers 12 an. Ein erster Bund 27 am
Ventilschieber 12 trennt den Steuerdruckraum 19 von dem mit dem Tankanschluß 17 verbundenen Raum. Mit
dem Arbeitsanschluß 16 bildet ein zweiter Bund 28. der eine geringere axiale Länge als die Ringnut 15 hat, zwei
Drosseln 29 und 30, welche bei einer Verlagerung des Ventilschiebers 12 sich gegensinnig ändern.
Eine Steuerpumpe 31 ist über ein Handbetätigungsorgan 32 verstellbar. Die beiden Seiten der Steuerpumpe
31 sind mit Anschlußleitungen 33 bzw. 34 verbunden, welche zu den Steuerdruckräumen 19 bzw. 20 führen.
Die Anschlußleitung 34 ist außerdem über ein federbelastetes Rückschlagventil 36 mit der Druckseite
einer Hauptpumpe 38 verbunden, welche eine Druckregelvorrichtung 39 zum Konstanthalten des
Ausgangsdrucks besitzt. Zwei Saugpfade 40, 40' mit je einem Rückschlagventil 41, 41' führen von den
Anschlußleitungen 33 bzw. 34 zum Tank 18. Dem Tankanschluß 17 ist ein Rückschlagventil 42 zugeordnet,
das so stark durch eine Feder belastet ist, daß im Notbetrieb der Ventilschieber 12 mittels des von der
Steuerpumpe 31 erzeugten Drucks nach links verschoben werden kann, ohne daß das Rückschlagventil 42
öffnet.
Mit dieser Steuervorrichtung ergeben sich die folgenden Betriebsweisen:
In der veranschaulichten Neutralstellung erzeugt die Hauptpumpe 38 einen Druck P0. Der Druck Pi im
Steuerdruckraum 19 und der Druck P2 im Steuerdruckraum
20 ist annähernd gleich P0. Der Druck P\ herrscht
auch im Druckraum 7. Im Druckraum 8 dagegen ergibt
sich ein Druck P3, weil über die beiden Drosseln 29 und
30 dauernd ein kleiner Druckmittelstrom fließt, der zu einer Druckteilung am Arbeitsanschluß 16 führt. Das
Verhältnis der Drosselwiderstände in der Neutralstellung ist so gewählt, daß in der Neutralstellung gilt
P, χ F1 = P3 χ F2.
Infolge dieses Kraftgleichgewichts bleibt der Kolben 4 stehen.
Bei einer Drehung des Handbetätigungsorgans 32 nach links erhöht sich P geringfügig. Dementsprechend
verschiebt sich der Ventilschieber 12 nach rechts. Der Widerstand der Drossel 29 steigt, während derjenige
der Drossel 30 abnimmt. Infolgedessen sinkt der reduzierte Druck P3. Daher bewegt sich der Kolben 4
nach rechts. Druckflüssigkeit wird von der Hauptpumpe 38 über das Rückschlagventil 36, die Steuerpumpe 31
und den Steuerdruckraum 19 in den Druckraum 7 geliefert, während gleichzeitig Druckflüssigkeit aus dem
Druckraum 8 über die Drossel 30 zum Tank 18 abfließen kann.
Wird das Handbetätigungsorgan 32 nach rechts gedreht, verschiebt sich der Ventilschieber 12 nach links.
Infolgedessen erhöht sich der Druck P3 zwischen den Drosseln 29 und 30. Der Kolben 4 wird nach links
gedrückt. Hierbei strömt Druckflüssigkeit von der Hauptpumpe 38 über das Rückschlagventil 36 und den
Steuerdruckraum 20 zum Druckraum 8. Die gleichzeitig aus dem Druckraum 7 verdrängte Druckflüssigkeit
gelangt über die Steuerpumpe 31 ebenfalls in den Druckraum 8.
Wenn die Hauptpumpe 38 ausfällt, kann mit Hilfe der Steuerpumpe 31 ein Notbetrieb aufrechterhalten
werden. Soll der Kolben 4 nach links verschoben werden, kann die zusätzlich benötigte Druckflüssigkeit
über die Saugleitung 40', das Rückschlagventil 4Γ sowie die Steuerpumpe 31 zum Druckraum 8 gefördert
werden. Bei einer gewünschten Verschiebung des Kolbens 4 nach rechts kann die benötigte Druckflüssigkeit
über die Saugleitung 40, das Rückschlagventil 41 sowie die Steuerpumpe 31 zum Druckraum 7 gefördert
werden, wobei die aus dem Druckraum 8 abgegebene Flüssigkeit über das Rückschlagventil 42 zum Tank 18
strömen kann.
Wenn eine äußere Kraft in Richtung des Pfeiles Xauf
den Kolben 4 wirkt, während das Betätigungsorgan 32 r>
festgehalten wird, verschiebt sich der Kolben 4 geringfügig nach links, wobei infolge der Druckerhöhung
im Steuerdruckraum 19 der Ventilschieber 12 nach rechts bewegt wird. Hierdurch erhöht sich der
Widerstand der Drossel 29, was zu einer Reduzierung
ίο des Drucks P3 führt. Dies entspricht einer Kompensation
der von außen wirkenden Kraft. Gleichzeitig macht sich die Druckerhöhung von P\ durch einen entsprechenden
Impuls an der Steuerpumpe 31 bemerkbar, so daß der Benutzer einen leichten Schlag am Betätigungs-
n organ 32 erfährt und gegensteuern kann. Wirkt die Kraft entgegen der Richtung des Pfeiles X, so ergeben
sich ähnliche Verhältnisse, jedoch mit der Maßgabe, daß sich der Ventilschieber 12 nach links verschiebt und
dadurch der Druck Pi erhöht und auf diese Weise die
äußere Kraft kompensiert wird.
Wenn beim Auftreten der äußeren Kraft das Betätigungsorgan 32 nicht festgehalten wird, dreht es
sich nach Maßgabe der Verschiebung des Kolbens 4. Es besteht auch die Möglichkeit, beim Auftreten der
2", äußeren Kraft die Verlagerung des Kolbens durch
Aufbringen eines Bremsmomentes am Handbetätigungsorgan 32 zu bremsen. Wenn die äußere Kraft nicht
sehr groß ist, bestehen auch keine Bedenken, die hiervon ausgelöste Verstellung des Kolbens durch eine
so gleichwirkende Verstellung des Betätigungsorgans zu
unterstützen.
Die Druckseite 37 der Hauptpumpe kann über ein dem Rückschlagventil 36 gleichartiges weiteres Rückschlagventil
auch direkt mit der Anschlußleitung 33 verbunden werden. Ferner können hierbei die Rückschlagventile
41, 41' auch zu einem einzigen, nur die Hauptpumpe 38 überbrückenden Rückschlagventil
zusammengefaßt werden, wenn im Notsteuerbetrieb die zum Öffnen des Rückschlagventils 36 bzw. des
gleichartigen weiteren Rückschlagventils notwendigen Kräfte in Kauf genommen werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere Lenkvorrichtung, mit einer Steuerventilvorrichtung,
die über einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluß mit je einem Druckraum einer Kolben-Zylinder-Anordnung
und über einen Tankanschluß mit einem Tank verbunden ist sowie einen Ventilschieber
aufweist, der durch Neutralstellungsfedern und stirnseitig durch den Druck in zwei Steuerdruckräumen
belastet ist, welche mit je einem Anschluß einer durch ein Handbetätigungsorgan verstellbaren
Steuerpumpe und über eine Rückschlagventilanordnung mit einer Hauptpumpe verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung (1) einen Differentialkolben (4)
aufweist, daß der zum Druckraum (7) kleinerer Wirkfläche führende erste Arbeitsanschluß (14)
dauernd mit dem ersten Steuerdruckraum (19) verbunden und vom Tankanschluß (17) getrennt ist
und daß zwei durch den Ventilschieber (12) gegensinnig verstellbare Drosseln (29, 30) vorgesehen
sind, von denen die eine Drossel (29) den zweiten Steuerdruckraum (20) mit dem zweiten
Arbeitsanschluß (16) und die andere Drossel (30) den zweiten Arbeitsanschluß (16) mit dem Tankanschluß
(17) verbindet.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung beider Drosseln
(29, 30) eine mit dem zweiten Arbeitsanschluß (16) verbundene Ringnut (15) im Gehäuse (10) der
Steuerventilvorrichtung (9) mit einem Bund (28) am Ventilschieber (12) zusammenwirkt, der eine geringere
axiale Länge als die Ringnut besitzt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckgeregelte
Hauptpumpe (38) verwendet ist.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventilanordnung
aus einem einzigen Rückschlagventil (36) besteht und daß die Hauptpumpe (38) jeweils
über das Rückschlagventil (36) mit dem zweiten Steuerdruckraum (20) und parallel zum zweiten
Steuerdruckraum über die Steuerpumpe (31) mit dem ersten Steuerdruckraum (19) verbunden ist.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (36)
federbelastet ist.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerdruckräume
(19, 20) über je ein zu ihnen hin öffnendes Rückschlagventil (41, 4Γ) mit dem Tank
(18) verbunden sind.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankanschluß
der Steuerventilvorrichtung (9) über ein federbelastetes, zur Steuerventilvorrichtung hin
öffnendes Rückschlagventil (42) mit dem Tank (18) verbunden ist.
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