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Die
Erfindung betrifft eine hydrostatische Verstelleinheit nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des nebengeordneten Anspruchs 2.
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Eine
solche Verstelleinheit ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 033 376 B3 bekannt.
Sie ist dort in einer hydraulischen Axialkolbenmaschine zur Einstellung
des Fördervolumens
eingesetzt.
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Elektrisch
angesteuerte, hydraulische Proportionalverstellungen von Hydraulikpumpen
dienen dazu, das Verdrängungsvolumen
der Hydraulikeinheiten proportional zu einem elektrischen Eingangssignal
einzustellen. Solche Einheiten in Form von Hydraulikpumpen, die
z. B. in Fahrantrieben eingesetzt werden, müssen im Allgemeinen für unterschiedliche Fahrtrichtungen
zwei Förderrichtungen
realisieren.
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Als
elektrische Aktuatoren für
die Verstelleinheiten dienen oft Proportionalmagnete, die jeweils eine
dem Ansteuerstrom proportionale Kraft erzeugen. Für jede Förderrichtung
wird üblicherweise
ein Proportionalmagnet verwendet. in zweckmäßiger Weise sind diese Proportionalmagnete
einander gegenüberliegend
angeordnet. Die von ihnen erzeugten Kräfte wirken jeweils auf die
eine oder die andere Seite eines Steuerkolbens in der Servoverstellung der
genannten Hydraulikeinheiten. Dadurch wird der Steuerkolben aus
einer definierten Ausgangslage, der Neutralstellung, verschoben,
was zur gewünschten Änderung
des Fördervolumens
führt.
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An
Stelle von elektrische Aktuatoren können auch Vorsteuerventile,
wie z. B. Proportionaldruckminderventile oder Servoventile nach
dem Düse-Prallplatteprinzip
zum Einsatz kommen, welche stromproportionale Drücke als Ausgangssignal liefern.
Diese so erzeugten Kräfte
oder Drücke
wirken auf Steuerkolben im Servosystem der genannten Hydraulikeinheiten
in der Weise ein, dass diese aus einer definierten Ausgangsposition
verschoben werden, wobei sie durch Verän derung der Position ihrer Steuerkanten
Querschnitte freigeben bzw. schließen und dadurch dem Servosystem
der Hydraulikeinheit Hydraulikflüssigkeit
mit ausreichendem Druck zuführen
bzw. an anderer Stelle das Servosystem entlasten, wodurch sich das
Verdrängungsvolumen
der Hydraulikeinheit ändert.
Die Proportionalität
des Verdrängungsvolumens
wird durch ein Positionsrückführsignal
hergestellt, welches ebenfalls auf die Steuerkolben wirkt und diese
mit Erreichen eines gewünschten
Wertes wieder annährend
in ihre Ausgangsposition zurückbewegt.
Diese Ausgangsposition eines Steuerkolbens ist von großer anwendungstechnischer
Bedeutung. Es ist durchaus üblich,
den Steuerkolben in seiner Ausgangslage so zu positionieren, dass
das Servosystem komplett druckentlastet ist. Man spricht in einem
solchen Fall von „positiver
Steuerkantenüberdeckung”. Hierbei
muss der Steuerkolben erst um einen bestimmten Weg verschoben werden,
bevor Steuerkanten freigegeben oder geschlossen werden. Dieser Weg
wird allgemein als „Totband” bezeichnet.
So ein System hat den Nachteil, bei einer geringen Änderung
des Positionsrückführsignals
innerhalb des Totbands nicht zu reagieren, weil die Lageregelung
innerhalb des Totbands aussetzt.
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In
vielen Anwendungen ist ein solches Verhalten der Verstelleinheit
von Nachteil. Zum Beispiel soll ein am Hang abgestelltes Fahrzeug
mit hydrostatischem Getriebe schon bei geringsten unerwünschten Änderungen
des Verdrängungsvolumens
gegensteuern, um eine Gefährdung
zu vermeiden. Hierzu müssen
die Drücke
im Servosystem entsprechend vertrimmt werden. Zu diesem Zweck wird
der Steuerkolben so ausgebildet, dass er eine „negative Steuerkantenüberdeckung” aufweist
und damit im Servosystem ein bestimmtes Druckniveau aufbaut, welches
sich bei geringsten Änderungen
des Positionsrückführsignals
entsprechend anpasst.
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Bei
einer negativen Überdeckung
wird dem Servosystem über
die eine Steuerkante permanent Hydraulikflüssigkeit zugeführt und
gleichzeitig wird es über
die andere Steuerkante entlastet. Das Druckniveau zwischen den beiden
Steuerkanten wird durch die Steuerkantenabstände und die damit freigegebenen
Querschnitte beeinflusst. Es bildet sich als Bilanz von Zufluss
und Abfluss aus.
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Die
korrekte Ausgangsposition eines Steuerkolbens ist besonders bei
einer negativen Steuerkantenüberdeckung
von großer
Bedeutung. Die genaue Positionierung des Steuerkolbens in seiner
Ausgangslage muss sicherstellen, dass die Hydraulikeinheit ohne
elektrisches Eingangssignal kein Öl fördert und der Fahrantrieb steht.
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Diese
Ausgangslage wird in der Regel bei der Montage bzw. der Prüfung einer
Hydraulikeinheit justiert. Ein gewisses Spiel in der Servoverstellung
ist jedoch wegen der geforderten Leichtgängigkeit einerseits unvermeidlich.
Andererseits setzt dieses Spiel Grenzen für die Genauigkeit der Einstellbarkeit. Es
könnte
vorkommen, dass die Einstellung zwar eine Neutrallage erzeugt, diese
aber nicht die optimale geometrische Mitte der Steuerkanten darstellt.
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Dieses
Verhalten birgt jedoch zwei Probleme: Zum einen sind die Steuerkantenabstände fertigungsbedingt
toleranzbehaftet. Das äußert sich
in einer hohen Varianz der Servodrücke in der Ausgangsstellung,
wenn man z. B. Steuerkolben austauscht. Zum anderen reagiert die
Proportionalverstellung sehr aggressiv, wenn man die Ausgangsposition
mechanisch einstellen will.
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Bekannte
Verstellungen mit negativer Überdeckung
sind als Zweikanten- oder auch als Vierkantensteuerung ausgeführt. Das
Patent
DE 10 2004 033
376 B3 beschreibt eine solche Verstellung mit Vierkantensteuerung
mit negativer Überdeckung.
Die Ersatzschaltung sieht dabei wie in
2 schematisch
dargestellt aus. Es ist ersichtlich, dass die Schaltung der hydraulischen
Widerstände,
welche das Druckniveau im Servosystem bewirken, im Zu- und im Ablauf
ausschließlich
auf veränderlichen
Widerständen
beruht, das heißt
jede Bewegung des Steuerkolbens bewirkt eine gleichzeitige Veränderung
aller hydraulischen Widerstände
in Zu- und Ablauf.
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In
der
DE 10 2004
061 861 B4 ist eine Verstelleinrichtung mit einem Stellkolben
beschrieben, dessen Position über
ein Gestänge
auf die Stelleinrichtung der Hydropumpe übertragen wird. Die Position
des Gestänges
wirkt über
eine Koppelstange zurück
auf ein Regelventil. Zum Betätigen
des Regelventils wird dieses durch zwei Elektromagnete in Richtung
seiner ersten oder zweiten Endposition mit einer Kraft beaufschlagt.
Liegt an den beiden Elektromagneten kein Signal an, so wird das
Regelventil durch zwei Zentrierfedern zurück in seine Neutrallage gebracht,
in der alle vier Anschlüsse
für das Druckfluid
gedrosselt miteinander verbunden sind. Eine zuverlässige Einstellung
der Neutrallage ist jedoch schon wegen möglicher Toleranzen der Zentrierfedern
nicht immer gegeben.
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Aus
der
DE 41 18 869 C2 ist
eine Regelvorrichtung zur Regelung des Verdrängervolumens mehrer hydrostatischer
Maschinen bekannt, bei der ebenfalls Federn zur Festlegung der Neutralposition des
Stellkolbens verwendet werden.
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Wünschenswert
wäre deshalb
ein Design, welches diese Nachteile nicht aufweist und auch bei einem
vergleichsweise großen
Spiel noch wirksam bleibt und welches die Neutrallage innerhalb
eines gegebenen Spiels selbsttätig
optimiert.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische
Verstelleinheit anzugeben, bei welcher der Einfluss von Fertigungstoleranzen
auf die Parameter der Verstellung reduziert sind und die Einstellbarkeit
der Neutrallage des Steuerkolbens verbessert ist.
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Unter „Steuerkolben” ist hier
und im Folgenden stets ein symmetrisch ausgebildetes Bauteil zu verstehen,
das aus zwei einzelnen Kolben besteht, die Rücken an Rücken zusammengesetzt sind.
Der Steuerkolben weist an seinem Umfang Kanten auf, die mit zugeordneten
Kanten im Steuergehäuse
die „Steuerkanten” bilden.
Da dieses Bauteil üblicherweise
einstückig
ausgebildet ist, wird in der Beschreibung hierfür der Singular und nur ein
Bezugszeichen (11) verwendet, wobei zu beachten ist, dass
hiermit die in den Ansprüchen
erwähnten „zwei Steuerkolben” gemeint
und umfasst sind.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt bei einer hydrostatischen Verstelleinheit
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 dadurch, dass das Servosystem über permanente hydraulische
Verbindungen verfügt,
die ausgehend von den an sich abgedichteten Servoräumen, aus
dem Druckniveau zwischen den Steuerkanten zu einem niedrigeren Druckniveau führen. Eine
weitere Lösung
besteht darin, dass bei einer hydrostatischen Verstelleinheit gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 2 die Servoverstellung der Verstelleinheit permanente
hydraulische Verbindungen ihrer Ausgänge von oder zu den Servoräumen zu
einem niedrigeren Druckniveau besitzt und die über diese Verbindungen führenden
Fluidströme angestaut
werden und die so generierten Staudrücke auf jeweils zugeordnete
Stirnflächen
der Steuerkolben wirken.
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Durch
die erfindungsgemäße Schaltung
von hydraulischen Widerständen,
welche die Ausgänge der
Servoverstellung permanent mit einem Bereich niedrigeren Drucks,
d. h. zum Tank oder zum Gehäusedruck,
verbinden, wird eine ausgleichende Wirkung auf fertigungsbedingt
unterschiedliche Servodruckniveaus in Neutralstellung zu erreicht.
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Der
erfindungsgemäße Gedanke
wird in dem Ersatzschaltplan gemäß 1 und 3 wiedergegeben
und anhand dieser Figuren näher
erläutert.
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Die
Addition von hydraulischen Widerständen, welche das Servosystem
permanent zum Tank als Bereich niedrigeren Drucks verbinden, hat
eine ausgleichende Wirkung bei fertigungsbedingten unterschiedlichen
Druckniveaus. Sie reduzieren die Wirkung von Fertigungstoleranzen
und wirken zugleich so, dass der Steuerkolben auf Grund der damit ausgelösten Strömungskräfte tendenziell
im Rahmen des Spiels der beteiligten Bauteile eine optimale, zentrierte
Position einnimmt. Weiterhin wird die Steilheit des Servodruckanstiegs
bei Verschieben des Steuerkolbens abgeschwächt, wodurch negative Effekte
des Gesamtspiels der Rückführmechanik
auf das Servodruckniveau in Neutralstellung abgemildert werden.
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Dazu
können
Strömungskräfte ausgenutzt werden.
Ihre Wirksamkeit ist begrenzt. Strömungskräfte sind viskositätsabhängig und ändern sich,
sobald sich die Umgebung durch das Verschieben des Steuerkolbens
geometrisch ändert.
Sie müssen
auch aus funktionalen Gründen
begrenzt werden. Auch können
sie einer Änderung
der Ausrichtung des Steuerkolbens zu den gravimetrischen Kräften nicht ausgleichend
entgegenwirken.
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Ein
solcher Effekt ist zu beobachten bei Servosystemen, die innere Leckagen
aufweisen, wenn sie z. B. keine vollkommene Abdichtung in der Führung zwischen
Servokolben und Servozylinder oder auch zwischen den beiden Servozylindern
aufweisen. Die Wirkung ist hier allerdings zufällig und hängt von den Passungen der mechanischen
Bauteile ab. Diese Passungen erlauben keine gute Reproduzierbarkeit
der Leckagen. Die Leckagen wachsen auch abhängig von der Bauteilgröße, das
heißt,
sie sind direkt vom Design der Hydraulikeinheit oder bei einer Baureihe
vom Verdrängungsvolumen
abhängig. Letztlich
wirken sie abhängig
von den Düsen,
die üblicherweise
zwischen der Verstellung und dem Servosystem angeordnet sind.
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Eine
weitere Verbesserung der hydrostatischen Verstelleinheit kann darin
bestehen, dass gemäß Anspruch
2, die beiden permanenten Verbindungen der Ausgänge der Servoverstellung zum Tank
oder Gehäuse
als Bereich eines niedrigeren Drucks über Blenden angestaut werden.
Die damit verbundenen Druckdifferenzen zwischen dem Tankdruckniveau
und dem Druck vor der jeweiligen Blende wirken jeweils auf die adäquaten Steuerkolbenseiten,
so dass der Steuerkolben bei überwiegenden Servodruckniveau
auf einem der beiden Ausgänge der
Servoverstellung, bedingt durch hydraulische Kräfte, bestrebt ist, sich selbsttätig wieder
in die Neutrallage zu bewegen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird anschließend
an Hand von Ausführungsbeispielen,
die in den Figuren dargestellt sind, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
hydrostatische Verstelleinheit nach der Erfindung in schematischer
Darstellung;
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2 eine
hydrostatische Verstelleinheit nach dem Stand der Technik in schematischer
Darstellung;
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3 eine
weitere hydrostatische Verstelleinheit nach der Erfindung in schematischer
Darstellung;
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4 eine
hydrostatische Verstelleinheit nach 1 in teilschematischer
Darstellung;
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5 eine
hydrostatische Verstelleinheit nach 3 in teilschematischer
Darstellung;
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In 1 ist
eine hydrostatische Verstelleinheit 1 nach der Erfindung
in schematischer Ansicht dargestellt. Sie umfasst eine Verstelleinrichtung 2, ein
Servosystem 3, ein Positionsrückführsystem 9 und eine
Steuereinheit 16. Auf der rechten Seite der 1 sind
die Funktionselemente der Steuereinheit 16 und die zugehörigen Strömungswege
für das
hydraulische Betriebsmedium der Verstelleinheit 1 schematisch
gezeigt. Erkennbar ist der im Wesentlichen spiegelsymmetrische Aufbau
der Verstelleinheit, derart, dass die meisten der verwendeten Bauteile
zweifach vorhanden oder zumindest symmetrisch ausgebildet sind.
Im Folgenden wird diesem Umstand dadurch Rechnung getragen, dass
entsprechende Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind,
wobei jedoch eines mit einem „'” (Apostroph) versehen ist.
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Die
Verstelleinrichtung 2 wirkt auf eine – hier nicht gezeigte – Fördereinrichtung
ein, um deren Förderstrom
in zwei Richtungen zu steuern, wobei die Verstelleinrichtung 2 von
dem Servosystem 3 betätigt wird.
Dieses Servosystem 3 besitzt zwei Servozylinder 4 und 4', in denen zugehörige Servokolben 5, 5' unter dem Einfluss
eines Druckfluids verschiebbar angeordnet sind und dadurch Servoräume 6 bzw. 6' bilden. Die
sich hierdurch ergebende Position der Servokolben 5, 5' wird mittels
Federn 7 und Hebel 8 auf die Verstelleinrichtung 2 übertragen.
Ein Positionsrückführsystem 9,
ist über
Feder 10 mit dem Hebel 8 und den Steuerkolben 11, 11' verbunden.
Die Steuerkolben 11, 11' für den in den Servoräumen 6 und 6' jeweils wirkenden
Druck sind in einem hier nicht gezeigten Steuergehäuse 14 (s. 4 und 5)
längsverschieblich
angeordnet und miteinander einstückig
verbunden, wie in 4 und 5 dargestellt
ist. An beiden Stirnflächen 13, 13' der Steuerkolben 11, 11' greifen bevorzugt
elektrisch betätigbare
Aktuatoren 12, 12' an,
welche die Position der Steuerkolben 11, 11' und damit ihrer
Steuerkanten (24, 24', 27, 27') im Steuergehäuse 14 nach
der Maßgabe
von Steuerbefehlen bestimmen. Die entsprechende Ansteuerung der
Aktuatoren ist an sich bekannt und muss deshalb hier nicht weiter
erläutert werden.
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Über einen
Einlass 20 und Zuleitungen 27, 27' wird das Druckmedium, üblicher
Weise ein Hydrauliköl,
dem Steuergehäuse 14 zugeführt. Es durchströmt diesen
in Abhängigkeit
von der Position der Steuerkolben 11, 11' und von deren
Steuerkanten 24, 24', 27, 27' zu einem Auslass 22,
der zu einem Bereich 23 mit einem niedrigen Druckniveau
führt. Zwischen
den Steuerkanten 24, 27 bzw. 24', 27' und den zugehörigen Ringkanalstirnflächen 25, 25a bzw. 25', 25a' des Steuergehäuses 14 liegt
eine Abzweigung 26, 26' für den Fluidstrom, die über je eine
Verbindungsleitung 28, 28' zu den Servoräumen 6, 6' führt. Die
Servoräume 6, 6' werden hierdurch
mit einem einstellbaren Druck beaufschlagt, dessen Betrag demjenigen
am zugehörigen
Abzweig 26 bzw. 26' entspricht.
Dieser Druck liegt zwischen dem Druck am Einlass 20 und
dem Druck am Auslass 22 und ist wiederum durch die Position
der Steuerkanten 24, 27 bzw. 24', 27' und der dadurch
bewirkten Fluidströme
in den beiden Zweigen der Steuereinheit 16 bestimmt. Bis
hierhin entspricht die Anordnung und Funktion der Baugruppen der
Verstelleinheit derjenigen nach dem Stand der Technik, wie er in 2 gezeigt
ist, und deckt diese vollständig
ab.
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Nach
der Erfindung ist jedoch für
jeden Servoraum 6, 6' jeweils eine weitere permanente
hydraulische Verbindung 30, 30' vorgesehen, die ausgehend von
einer Abzweigung 29, 29' der Verbindungsleitung 28, 28' zu den Servoräumen 6, 6' zu dem Auslass 22 führt. Diese „Bypass-Verbindung” ist so
geführt,
dass sie Druckfluid auf die jeweilige Stirnfläche 13 bzw. 13' der Steuerkolben 11, 11' führt, bevor
dieses den Auslass 22 erreicht. Die hydraulische Verbindung 30 besteht
bevorzugt aus einem Kanal oder einer Bohrung mit einem kleinen Querschnitt, der
etwa im Bereich von 0,2 bis 1,0 mm liegen kann. Er kann auch als
größerer Kanal
ausgebildet sein, in den eine Blende oder Drossel 31, 31' eingesetzt
ist. Diese Blende oder Drossel 31 wird hierbei in vorteilhafter
Weise derart ausgebildet, dass sie leicht austauschbar ist. Dies
erlaubt es, Blenden oder Drosseln 31, 31' mit verschiedenem
freien Querschnitt einzusetzen, wodurch eine einfache Anpassung
an unterschiedliche Betriebserfordernisse möglich ist.
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Bei
einer negativen Steuerkantenüberdeckung
wird in der Neutralposition der Servoverstellung, in welcher sie
durch die Aktuatoren 12, 12' nicht betätigt ist, ein geeignetes, gegenüber dem
niedrigen Druck am Auslass 22, der im Wesentlichen dem
Gehäusedruck
entspricht, angehobenes Servodruckniveau erzeugt. Dies geschieht
dadurch, dass die negative Überdeckung
der Steuerkanten 24, 27 bzw. 24', 27' im Sinne einer
Reihenschaltung hydraulischer Widerstände gleichzeitig einen Zufluss
aus einem höheren
Druck in die Servoräume 6, 6' und einen Abfluss
aus diesen zu einem niedrigeren Druck erlaubt. Die Positionsrückführung der
Servoverstellung bringt hierbei auf Grund der negativen Überdeckung
der Steuerkanten 24, 27 bzw. 24', 27' das Druckniveau
in den Servoräumen 6, 6' aus der Balance.
Diese Wirkung wird durch die erfindungsgemäßen hydraulischen Verbindungen 30, 30' dahingehend
verbessert, dass eine definierte „Leckage” aus den Servoräumen erreicht
wird, welche die Empfindlichkeit der Verstelleinheit für Fertigungstoleranzen der
Bauteile deutlich vermindert und die Einstellung der Neutralposition
erleichtert.
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Sämtliche
Bezugszeichen werden auch in den nachfolgenden Figuren zur Bezeichnung
gleicher baulicher Merkmale beibehalten.
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Die 2 zeigt
eine hydrostatische Verstelleinheit nach dem Stand der Technik in
schematischer Darstellung. Diese Verstelleinheit unterscheidet sich
von derjenigen nach der Erfindung dadurch, dass keine Verbindungen
von den Verbindungsleitungen 28, 28' welche die Servoräume 6 bzw. 6' mit Hydraulikfluid
speisen, zu einem niedrigen Druckniveau – etwa am Auslass 22 – vorhanden
sind. Aus dieser Konstruktion ergeben sich die eingangs geschilderten
Mängel bei
einschlägigen
Verstelleinheiten, wie besonders hohe Anforderungen an die Herstellungstoleranzen,
ein aggressives Verhalten der Proportionalverstellung bei mechanischer
Justierung und ungenaue Einstellung der Neutrallage.
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In 3 ist
eine weitere hydrostatische Verstelleinheit 1 nach der
Erfindung gemäß Anspruch
2 in schematischer Darstellung. Bei dieser konstruktiven Variante
der Verstelleinheit 1 ist in die hydraulische Verbindung 30, 30' zwischen dem
Servodruckniveau in den Verbindungsleitungen 28 bzw. 28' zu den Servoräumen 6, 6' und dem tieferen
Druckniveau am Auslass 22 neben der engen permanenten hydraulischen
Verbindung 30, 30',
die eine Düse oder
Drossel 31 enthalten kann, je eine weitere Düse oder
Drossel 17 bzw. 17' vorhanden
ist. Diese weiteren Düsen
oder Drosseln (17, 17') liegen strömungsmäßig zwischen der zugehörigen Stirnfläche 13 bzw. 13' des Steuerkolbens 11 und
dem niedrigen Druckniveau des Auslasses 22, das bevorzugt
durch den Gehäusedruck
der Verstelleinheit 1 gegeben ist.
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Bei
einer derartigen Ausbildung der Verstelleinheit werden die von den
Verbindungsleitungen 28, 28' zu den Servoräumen 6, 6' abgezweigten
Fluidströme
durch die weiteren Düsen
oder Drosseln 17, 17' aufgestaut. Die so generierten
Staudrücke
wirken auf die jeweils zugeordneten Stirnflächen 13, 13' der Steuerkolben 11, 11' derart ein,
dass diese eine Kraft erfahtren, die sie in ihre Neutrallage zu
bewegen sucht.
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Die 4 und 5 zeigen
die Ausführungsbeispiele
nach den 1 bzw. 3 in teilschematischer
Darstellung, bei welcher der Bereich der Steuereinheit 16 als
Schnittdarstellung durch einen Steuergehäuse 14 mit den darin
beweglich angeordneten Steuerkolben 11, 11' dargestellt
ist. Dieser Bereich der Figur zeigt somit im Wesentlichen der Ausbildung
eines reellen Steuergehäuses 14 und Steuerkolbens 11, 11' nach der Erfindung.
Die Abmessungen der einzelnen Bauteile und ihrer verschiedenen Bereiche
sind hier jedoch nur beispielhaft und nicht maßstäblich dargestellt.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach Anspruch 1 gezeigt, bei dem die die Erfindung
kennzeichnende permanente hydraulische Verbindung im Inneren der
im Wesentlichen aus dem Steuergehäuse 14, den darin
längsverschieblichen Steuerkolben 11, 11' und den auf
deren Stirnflächen 13, 13' einwirkenden
Aktuatoren 12, 12' ausgebildet ist.
Der Steuergehäuse 14 ist
ein im Wesentlichen zylindrisches Bauteil mit einer zentralen Bohrung,
in welcher Bereiche kleineren Durchmessers mit Bereichen größeren Durchmessers
abwechseln und damit Ringkanäle
bilden, die von Stirnflächen
begrenzt werden. An einer Seite des Steuergehäuses 14 sind mehrere Öffnungen
vorhanden, die mit der inneren Bohrung kommunizieren. Neben einer Öffnung in
der Mitte, die als Auslass 22 für das entspannte Druckfluid
dient und beispiels weise zum Gehäusedruck
als Bereich niederen Drucks 23 führt, sind symmetrisch zur Mitte
je eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung
für das
Druckfluid ausgebildet. Die Einlassöffnungen sind über die
Zuleitungen 21 bzw. 21' an den Einlass für dass Druckfluid
unter hohem Druck, dem Arbeitsdruck der Steuereinheit, angeschlossen.
Die Auslassöffnungen
kommunizieren über
die Verbindungsleitungen 28, 28' mit den Servoräume 6, 6' und dienen
dazu Druckfluid zu und von ihnen zu leiten.
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In
der zentralen Bohrung des Steuergehäuses 14 sind die Steuerkolben 11 mit
geringer Toleranz gleitend geführt.
Er weist an beiden Enden Stirnflächen 13, 13' auf, an denen
die Aktuatoren 12, 12', bevorzugt als Proportionalmagnete
ausgebildet, angreifen und die Steuerkolben 11, 11' je nach den
anliegenden Steuerbefehlen im Steuergehäuse in deren Längsrichtung
verschieben. Die Steuerkolben 11, 11' sind, genauso
wie der Steuergehäuse 14,
symmetrisch zueinander bezüglich
der Mitte gestaltet. In dem mittleren Bereich besitzt die Anordnung
eine Ausnehmung, die einerseits einen Kanal für das Druckfluid zum Auslass 22 und
damit zum Gehäusedruck
bietet und zum anderen als kugelige Aufnahme für den hier als Kugelkopf 33 ausgebildeten
Endbereich eines Hebels 8a konzipiert ist. Der Hebel 8a greift
an dem Positionsrückführsystem 9 an
und wirkt hierdurch über
den Hebel 8 auf das Servosystem 3 und damit auf
die Verstelleinrichtung 2 ein. Diese Einwirkung erfolgt
dadurch, dass die miteinander verbundenen Steuerkolben 11, 11' bei einer Verschiebung
unter dem Einfluss der Aktuatoren 12, 12' oder des Druckfluids
den Kugelkopf 33 des Hebels 8a mitnehmen, welche
Bewegung über
den geschilderten Weg auf die Verstelleinrichtung 2 übertragen
wird. Hierbei ergeben sich die erzielbaren Verschiebewege der einzelnen
Hebel 8, 8a und sonstiger Verstellelemente aus
der jeweiligen konkreten Dimensionierung der Verstelleinheit. Es
versteht sich, dass die Durchführung
des Hebels 8a durch das Steuergehäuse 14 druckdicht
sein muss, sofern sich nicht der gesamte Bereich der Verstelleinheit
auf dem niedrigen Druckniveau des Bereichs 23, etwa dem
Gehäusedruck, befindet.
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Die
Steuerkolben 11, 11' haben
neben Bereich größeren Durchmessers,
die unter anderem der engen Führung
in der Bohrung des Steuergehäuses 14 dienen,
beidseitig der Mitte je einen Bereich geringeren Durchmessers der
von Kanten begrenzt ist. Diese Kanten bilden zusammen mit den benachbarten
Kanten des Steuergehäuses 14 die
Steuerkanten 24, 27 bzw. 24' und 27' der Steuereinheit 16.
Bei Verschieben der Steuerkolbens 11, 11' ändert sich
die Breite der durch die gegenüberliegenden
Kanten von Steuergehäuse 14 und
Steuerkolben 11, 11' gebildeten
Durchlässe
für das
Druckfluid, was einer Änderung
des hydraulischen Widerstands entspricht. Hierdurch ändert sich
das Druckniveau in den Kammern, die durch die eingetieften Bereiche
von Steuergehäuse 14 und
Steuerkolben 11, 11' gebildeten
Kammern, die von den Ringkanalstirnflächen 25, 25a bzw. 25' 25a' begrenzt sind.
Diese Kammern sind einerseits über
die Auslassöffnungen
und die Verbindungsleitungen 28, 28' mit den Servoräumen 6 bzw. 6' verbunden.
Andererseits führt
von ihnen über
eine Öffnung
einer Bohrung als Abzweigung 26, 26' eine hydraulische Verbindung 30 bzw. 30' zu einer zentralen axialen
Bohrung im Steuerkolben 14. Von dort besteht eine Verbindung
zum mittleren Bereich der Steuereinheit und damit zu deren Auslass 22 für das weitgehend
entspannte Druckfluid.
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Durch
die permanente hydraulische Verbindung 30 bzw. 30', die als Bypass
für das
Druckfluid wirkt, wird sichergestellt, dass die Steuerkolben 11, 11' bei nicht aktivierten
Aktuatoren 12, 12' an
ihren Stirnflächen 13, 13' eine Kraft
erfahren, die das Bestreben hat den Steuerkolben in die Mittelposition
zu zwingen. Dieser Effekt ergibt sich aus dem Zusammenwirken der
negativen Überdeckung
der Steuerkanten und den erfindungsgemäßen hydraulischen Verbindungen 30 und 30', die dafür sorgen,
dass Abweichungen von der Neutralposition der Steuerkolben 11, 11' zu unterschiedlichen
Druckänderungen an
deren Stirnflächen 13, 13' führen.
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Das
in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Variante
des Erfindungsgedankens nach Anspruch 2, bei welcher der über die
permanente hydraulische Verbindung 30, 30' abgezweigte Fluidstrom über eine
weitere Düse
oder Drossel 17 teilweise aufgestaut wird. Hierdurch erhöht sich
der auf die Stirnflächen 13 bzw. 13a einwirkende
Druck, was zu einer noch genaueren und empfindlicheren Positionierung
der Steuerkolbens 11, 11' in der Neutralstellung führt. Konstruktiv
stimmt dieses Ausführungsbeispiel
mit demjenigen nach 4 weitgehend überein.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass die zentrale Bohrung
in den Steuerkolben 11, 11' in dem der Mitte benachbarten
Bereich eine Verengung aufweist, die als weitere Düse oder
Drossel 17 bzw. 17' in
der Hydraulischen Verbindung 30, 30' wirkt. Diese Verengung des Strömungsquerschnitts bewirkt
einen Staudruck, der auf die jeweils zugehörige, benachbarte Stirnfläche 13, 13' der Steuerkolbens 11, 11' wirkt.
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Die
Verengung des Strömungsquerschnitts kann
auch über
austauschbare Blenden erfolgen, die in die Steuerkolben 11, 11' einsetzbar
sind. Bei der Dimensionierung des Querschnitts der Verengung ist es
zweckmäßig, diesen
Querschnitt deutlich größer als
denjenigen der in der permanenten hydraulischen Verbindung 30 oder
einer in diese eingesetzten Blende 31 zu wählen. So
könnte
die permanente hydraulische Verbindung 30 als radiale Bohrung
von etwa 0,5 mm Durchmesser im Steuerkolben 11, 11' ausgeführt sein
und die Blende 17 als Verengung der axialen Bohrung mit
einem Durchmesser von 1–2
mm.
-
- 1
- Hydrostatische
Verstelleinheit
- 2
- Verstelleinrichtung
- 3
- Servosystem
- 4,
4'
- Servozylinder
- 5,
5'
- Servokolben
- 6,
6'
- Servoraum
A, B
- 7
- Feder
- 8
- Hebel
- 8a
- Hebel
- 9
- Positionsrückführsystem
- 10
- Feder
- 11,
11'
- Steuerkolben
- 12,
12'
- Aktuator
- 13,
13'
- Stirnfläche der
Steuerkolben
- 14
- Steuergehäuse
- 16
- Steuereinheit
- 17,
17'
- weitere
Düse oder
Drossel
- 20
- Einlass
- 21
- Zuleitung/Kanal
- 22
- Auslass
- 23
- Bereich
niederen Drucks
- 24,
24'
- Steuerkante
I
- 25,
25'
- Ringkanalstirnfläche
- 25a,
25a'
- Ringkanalstirnfläche
- 26,
26'
- Abzweigung
- 27,
27'
- Steuerkante
II
- 28,
28'
- Verbindungsleitung
- 29,
29'
- Abzweigung
- 30,
30'
- hydraulische
Verbindung
- 31,
31'
- Düse oder
Drossel (Blende)
- 33
- Kugelkopf