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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Steueranordnungen werden beispielsweise bei Steuerblöcken zur Ansteuerung einer Lenkung verwendet. In der
US 3,566,749 ist eine Lenkeinrichtung offenbart, die in hydraulischen Lenkkreisläufen von Fahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen mit hohen Achslasten und vergleichsweise geringen Fahrgeschwindigkeiten (< 50 km/h) eingesetzt wird. Aus der
DE 35 01 277 A1 ist ein pneumatisches Steuerventil mit einer Federanordnung bekannt, die eine proportionale Ansteuerung des Steuerventils ermöglichen soll. Die
DE 32 25 003 A1 beschreibt ein elektromagnetisch betätigtes, proportional arbeitendes Wegeventil, bei dem jeweils eine Betätigungsfeder und eine Rückstellfeder gegeneinander wirken, wenn das Wegeventil aufgesteuert wird.
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Bei der bekannten Lösung wird über eine nach dem Gerotorprinzip arbeitende, Dosiereinrichtung in Abhängigkeit von einem über ein Lenkrad oder einen Joystick eingestellten Lenkeinschlag Druckmittel zu Lenkzylindern gefördert. Parallel wird zur Lenkmengenverstärkung Druckmittel von einer Pumpe über einen Steuerblock zu den Lenkzylindern gefördert, wobei die Ansteuerung des Steuerblockes in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck der Dosiereinrichtung erfolgt, d. h., in den Steuerräumen des Steuerblockes liegt ein Steuerdruck an, der etwa dem Druck entspricht, der an den Lenkzylindern zum Aufbringen des erforderlichen Lenkmomentes anliegt.
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Der bei diesen Lenkeinrichtungen verwendete LS-Steuerblock hat ein stetig verstellbares Wegeventil, das eine Meßblende zur Einstellung der Druckmittelgeschwindigkeit darstellt. Dem Wegeventil ist eine Druckwaage zugeordnet, die in ihrer Regelposition den Druckabfall über der Meßblende unabhängig vom Lastdruck am Verbraucher – d. h. im vorliegenden Fall am Lenkzylinder – konstant hält. Ein derartiger Steuerblock ist im Bosch-Rexroth-Datenblatt RD 64 282/10.999 und in der
DE 197 15 021 A1 offenbart.
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Das stetig verstellbare Wegeventil des LS-Steuerblocks der Lenkeinrichtung wird in der Regel mit positiver Überdeckung ausgeführt, so dass zum Überfahren dieser Überdeckung ein gewisser Mindesthub eines Steuerschiebers des Wegeventils erforderlich ist. Dieser ist über eine Federanordnung in seine Nullstellung vorgespannt. Die Federrate der Federanordnung sollte möglichst klein gewählt werden, so dass der erforderliche Druckbereich zum Überfahren der Überdeckung möglichst gering ist. Andererseits soll die Federrate der Federanordnung so gewählt werden, dass ein großer Steuerdruckbereich zum vollständigen Aufsteuern des Wegeventils möglich ist und die Lenkung auch bei schnellen Lenkbewegungen hinreichend mit Druckmittel versorgbar ist.
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Diesen gegensätzlichen Forderungen – einerseits geringe Federrate zum Überfahren der Überdeckung; andererseits hohe Federrate zur Ausbildung eines großen Steuerdruckbereiches – kann mit einer herkömmlichen Federanordnung nicht entsprochen werden.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Steueranordnung derart auszubilden, dass die vorstehend am Beispiel einer Lenkeinrichtung erläuterten Nachteile herkömmlicher Lösungen beseitigt sind.
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Erfindungsgemäß wird eine Steuereinrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Federanordnung ist in jeder Wirkrichtung mit einer progressiven Federkennlinie ausgeführt. Dadurch hat die Federanordnung zu Beginn, das heisst während des Überfahrens der Überdeckung oder zu Beginn des Aufsteuerns der Verbindung eine vergleichsweise geringe Federrate. Beim weiteren Aufsteuern wirkt eine höhere Federrate, so dass der relative Hub des Ventilschiebers in Abhängigkeit von einer Steuerdruckdifferenz kleiner ist als zu Beginn des Aufsteuerns oder bei Überfahren der Überdeckung.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Federanordnung jeweils mit zumindest zwei unterschiedlichen Federn auszubilden, von denen eine erst nach einem vorbestimmten Hub des Ventilschiebers wirksam ist. Dies hat den Vorteil, dass während des Überfahrens der Überdeckung eine Feder mit vergleichsweise geringer Federrate wirksam ist und dann beim Aufsteuern oder nach einem gewissen Hub, die Verbindung zwischen dem Druckanschluß und einem der Arbeitsanschlüsse eine steilere Federkennlinie durch Parallelschaltung von zumindest zwei Federn eingestellt wird. Durch den Eingriff der zweiten Feder wird die Gesamtfederrate erhöht und somit der relative Hub des Ventilschiebers in Abhängigkeit von einer Steuerdruckdifferenz kleiner als es der Fall wäre, wenn nur eine Feder wirksam ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste, von Beginn an wirksame Feder der Federanordnung mit einer Vorspannung aufgenommen, die geringer ist, als sie bei den eingangs beschriebenen bekannten Lösungen ist.
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Bei einer besonders kompakten Ausführungsform ist die zweite Feder koaxial zur ersten Feder geführt und wird nach einem vorbestimmten Hub des Steuerschiebers von einer Mitnahmeschulter mitgenommen.
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Bei einer besonders kompakten Ausführungsform ist die zweite Feder koaxial zur ersten Feder geführt und wird nach einem vorbestimmten Hub des Steuerschiebers von einer Mitnahmeschulter mitgenommen.
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Bei einem Ausführungsbeipiel ist die erste Feder an einem Federteller abgestützt, der einen stufenförmigen, die Mitnahmeschulter für die zweite Feder ausbildenden Vorsprung hat.
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Zur besseren Führung der zweiten Feder ist an dem Vorsprung des Federtellers ein Axialzapfen ausgebildet, der von der zweiten Feder in ihrer Grundposition abschnittsweise umgriffen ist.
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Die erfindungsgemäße Steueranordnung hat bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine dem Wegeventil zugeordnete Druckwaage, über die der Druckmittelvolumenstrom lastdruckunabhängig über der vom Wegeventil aufgesteuerten Meßblende konstant gehalten werden kann.
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Eine derartige Steueranordnung läßt sich beispielsweise bei einem Steuerblock für eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs einsetzen.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltschema einer hydraulischen Lenkeinrichtung.
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2 einen Schnitt durch einen LS-Steuerblock, der bei einer Lenkeinrichtung gemäß 1 verwendbar ist;
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3 eine Detaildarstellung des Steuerblocks aus 2 und
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4 Federkennlinien einer Federanordnung des Steuerblocks aus 2.
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In
1 ist ein Schaltschema einer Lenkeinrichtung
1 dargestellt. Diese bat einen als Gleichgangzylinder ausgeführten Lenkzylinder
2, über den das zum Einschlagen der gelenkten Räder erforderliche Lenkmoment aufgebracht wird. Die Druckmittelversorgung des Lenkzylinders
2 erfolgt über ein Lenkaggregat
4 das im Prinzip aus einer Dosierpumpe und einem handbetätigten Servoventil in Drehschieberbauart besteht. Die Betätigung des Servoventils und der Dosierpumpe erfolgt über die mit einem Lenkrad des Fahrzeugs verbundene Lenksäule. Da es sich bei dem Lenkaggregat
4 um ein Standardbauteil handelt, wird hinsichtlich Einzelheiten des Aufbaus auf den diesbezüglichen Stand der Technik, beispielsweise die
DE 199 28 530 A1 verwiesen. Das Lenkaggregat
4 hat einen Druckanschluß P, der an eine in
1 nicht dargestellte Lenkpumpe angeschlossen ist. Dieser Druckanschluß P ist bei nicht betätigtem Lenkrad abgesperrt. Zwei Ausgangsanschlüsse L, R des Lenkaggregats
4 sind über Arbeitsleitungen
6,
8 mit den beiden Zylinderräumen
10,
12 des Lenkzylinders
2 verbunden. Bei Verdrehen des Lenkrades beispielsweise nach links wird dann über den Anschluß L und die Arbeitsleitung
6 Druckmittel in den Zylinderraum
10 gefördert, während das Druckmittel aus dem Zylinderraum
12 über die Arbeitsleitung
8 und den Anschluß R zurück zum Lenkaggregat
4 geführt wird. Das Lenkaggregat
4 hatte desweiteren einen LS-Anschluß, über den ein Lastsignal zur Steuerung eines Prioritätsventils oder einer Pumpe abgegriffen werden kann. Insbesondere bei schweren Arbeitsmaschinen ist das Lenkaggregat
4 häufig so ausgelegt, dass es alleine nicht in der Lage ist, um die zur Betätigung des Lenkzylinders
2 erforderliche Druckmittelmenge zu liefern. In diesem Fall wird zur Lenkmengenverstärkung eine zusätzliche Druckmittelmenge über einen LS-Steuerblock
14 zu den Lenkzylindern
2 geführt, wobei die Ansteuerung des Steuerblocks
14 in Abhängigkeit von der Betätigung des Lenkaggregats
4 erfolgt. Die Druckmittelversorgung ist so ausgelegt, dass mit drei bis fünf Lenkradumdrehungen von Anschlag zu Anschlag des Lenkzylinders gelenkt werden kann.
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Der bei der Lenkeinrichtung gemäß
1 verwendete Steuerblock
14 hat ein im folgenden noch näher beschriebenes proportional verstellbares Wegeventil, über das die Druckmittelgeschwindigkeit und Richtung der Druckmittelströmung vorgegeben wird. Die Einstellung der Druckmittelgeschwindigkeit erfolgt über eine Meßblende, der eine Druckwaage des Steuerblockes zugeordnet ist. Auch bei dem Steuerblock
14 kann es sich um ein Standardbauteil, wie es beispielsweise im Bosch-Rexroth-Datenblatt RD 64 282/10.99 oder in der
DE 197 15 021 A1 beschrieben ist handeln. Über die Druckwaage werden Druckänderungen an den hydraulischen Verbrauchern des Hydrauliksystems oder an der Pumpe ausgeregelt, so dass auch bei unterschiedlicher Belastung der Druckmittelvolumenstrom zum Verbraucher konstant gehalten wird. Die Ansteuerung der Pumpe erfolgt in Abhängigkeit vom Lastdruck. Werden die Lenkung und die sonstige Arbeitshydraulik von einer gemeinsamen Pumpe versorgt, so wird ein Prioritätsventil verwendet, um die bevorzugte Versorgung des Lenkaggregats mit Druckmittel sicherzusellen.
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Der in 1 dargestellte Steuerblock 14 hat einen an die Lenkpumpe (oder die zentrale Pumpe zur Versorgung der Arbeitshydraulik und der Lenkung) angeschlossenen Druckanschluß P, einen Tankanschluß T, einen LS-Anschluß zum Abgreifen des Lastdrucks am Lenkzylinder 2 sowie zwei Verbraucheranschlüsse A, B. Letztere sind über Verbraucherleitungen 16, 18 mit den Zylinderräumen 10 bzw. 12 verbunden. Die Ansteuerung des Steuerblocks 14 oder genauer gesagt, des die Durchflußrichtung und Größe des Druckmittelvolumenstroms bestimmenden Proportionalventils erfolgt über einen Steuerkreis 20, der über eine Speisepumpe 22 mit Steueröl versorgt wird. Der Steuerkreis 20 ist an die beiden Steuer- oder Federräume 24, 26 des Proportionalventils des Steuerblockes 14 angeschlossen, so dass die Verschiebung eines Hauptschiebers des Proportionalventils in Abhängigkeit von der an den Steuerräumen 24, 26 anliegenden Druckdifferenz erfolgt.
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Wie eingangs erwähnt, hat das Lenkaggregat 4 eine Dosierpumpe, die nach dem Gerotorprinzip arbeitet. Auf der Welle dieses Gerotors ist ein zweiter Zahnradsatz aufgesetzt, der eine Steuerdosiereinrichtung 28 bildet, über die je nach Lenkradeinschlag Steueröl in Richtung zu einem der Steuerräume 24, 26 gefordert werden kann.
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An die beiden Anschlüsse Ar, Al der Steuerdosiereinrichtung 28 sind Steuerleitungen 30, 32 angeschlossen, die zu den Steuerräumen 24 bzw. 26 führen. Von diesen beiden Steuerräumen 24, 26 führen jeweils Rücklaufleitungen 34, 36 zum zugeordneten Anschluß Ar bzw. Al zurück. In diesen Rücklaufleitungen 34, 36 sind jeweils eine Düse 38 bzw. 40 sowie ein in Richtung zu den Anschlüssen Ar, Al öffnendes Rückschlagventil 42, 44 angeordnet. Das von der Speisepumpe 22 geförderte Öl wird über eine die beiden Rücklaufleitungen 34, 36 verbindende Verbindungsleitung 46 eingespeist, so dass bei nicht betätigtem Lenkrad beide Zweige des Steuerkreises 20 und damit die Steuerräume 24, 26 mit dem von der Speisepumpe gelieferten Druck beaufschlagt sind – das Proportionalventil des Steuerblocks 14 verbleibt in seiner federvorgespannten Grundposition.
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Bei einem Lenkradeinschlag wird auch der auf die Welle des Gerotors des Lenkaggregats 4 aufgesetzte Zahnradsatz betätigt, so dass entsprechend der Lenkgeschwindigkeit und der Anzahl der Lenkradumdrehungen Steueröl innerhalb des Steuerkreises 20 verschoben wird. D. h., beispielsweise bei einem Lenkradeinschlag nach links wird Steueröl über den Anschluß Al der Steuerdosiereinrichtung 28 in die Steuerleitung 30 und von dort zum Steuerraum 24 gefördert. Das Steueröl wird dann über die Rücklaufleitung 34, die Düse 38, die Verbindungsleitung 46 und das Rückschlagventil 44 in die Steuerleitung 32 zurückgeführt. In Abhängigkeit von der Geometrie der Düse 38 stellt sich eine Steuerdruckdifferenz in den beiden Steuerräumen 24, 26 ein, so dass der Hauptkolben des Proportionalventils 14 in eine den Lenkradeinschlag entsprechende Position gebracht wird – dem Lenkzylinder 2 wird dann von der Lenkpumpe (nicht dargestellt) über den Druckanschluß P und beispielsweise Verbraucheranschluß A und der Verbraucherleitung 16 zusätzlich Druckmittel zugeführt, so dass der Lenkradeinschlag sehr schnell in das zum Einschlagen der Räder erforderliche Lenkmoment umgesetzt wird.
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Die Speisepumpe 22 ist so ausgelegt, dass der von dieser gelieferte Steuerdruck wesentlich unterhalb des vom Lenkaggregat 4 erzeugten Lenkdrucks liegt, so dass der an den Steuerräumen 24, 26 anliegende Druck vergleichsweise gering ist und somit die Abdichtung der Steuerräume/Federräume wesentlich einfacher als bei herkömmlichen Lösungen ist, bei denen Hochdruckdeckel verwendet werden müssen, da in den Steuerräumen 24, 26 ein dem Lenkdruck (mehr als 100 bar) entsprechender Steuerdruck anliegt. Es zeigte sich, dass sich die Einrichtung gemäß 1 bereits mit Steuerdrücken im Bereich von 4 bar betreiben läßt.
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In 2 ist ein Schnitt durch einen LS-Steuerblock 14 dargestellt. Ein derartiger LS-Steuerblock hat zumindest eine Ventilscheibe oder ein Ventilgehäuse 136, in dem die beiden einem Verbraucher zugeordneten Arbeitsanschlüsse A, B sowie die nicht dargestellten Anschlüsse T, P, der LS-Anschluß sowie Steueranschlüsse ausgebildet sind.
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Das Ventilgehäuse 136 hat eine Ventilbohrung 138, in der ein Steuerschieber 140 des stetig verstellbaren Wegeventils 142 geführt ist. Diesem ist eine Druckwaage 144 vorgeschaltet, deren Regelkolben 146 über eine vergleichsweise schwache Regelfeder 148 in Schließrichtung vorgespannt ist. Der Regelkolben 146 wird desweiteren in Schließrichtung von dem stromabwärts des eine Meßblende mit konstantem Querschnitt ausbildenden Wegeventils 142 anliegenden Lastdruck und in Öffnungsrichtung von dem am Eingang der Druckwaage 144 wirkenden Druck, der etwa dem Druck am Pumpenanschluß P entspricht, beaufschlagt. Dieser Druckanschluß P ist über einen Druckkanal 150 mit einer Druckwaagenzulaufkammer 152 einer den Regelkolben 146 aufnehmenden Druckwaagenbohrung 154 verbunden. Dieser in der Druckwaagenzulaufkammer 152 anliegende Druck wirkt über eine Innenbohrung des Regelkolbens 146 auf die in 6 rechte Stirnfläche des Regelkolbens 146.
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Die Ventilbohrung 138 ist mit mehreren Ringräumen versehen, die eine Zulaufkammer 156, zwei Ablaufkammern 158, 160 sowie zwei mit dem Tankanschluß T verbundene Tankkammern 162, 164 ausbilden.
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Der Steuerschieber 140 ist mit mehreren Ringbünden 166, 168 und 170 ausgeführt, über die die Verbindung zwischen den vorgenannten Kammern auf- bzw. zusteuerbar ist. Der Steuerschieber 140 hat desweiteren eine stirnseitig verschlossene Axialbohrung 172, die über zwei Querbohrungen 180, 182 im Aussenumfang des Steuerbundes 166 bzw. 168 mündet.
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Der Steuerschieber wird über zwei Federanordnungen 174, 176 in seine Grundstellung vorgespannt. In dieser Grundstellung sind die beiden Ablaufkammern 158 und 160 mit den benachbarten Tankkammern 162 bzw. 164 verbunden. Die in der Axialbohrung 172 mündenden Querbohrungen 180 bzw. 182 sind abgesperrt. Desweiteren ist auch die Verbindung von der Zulaufkammer 156 zu den benachbarten Ablaufkammern 160 bzw. 158 zugesteuert.
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Im Ventilgehäuse 136 sind desweiteren noch zwei Sekundärventile 184, 186 aufgenommen, über die eine Verbindung von den Ablaufkammern 158, 160 zu den Tankkammern 162 bzw. 164 aufsteuerbar ist. Desweiteren hat diese Ventilscheibe des Steuerblocks 14 noch ein LS-Druckbegrenzungsventil 188 sowie ein Wechselventil 190, über das der höchste an mehreren Verbrauchern wirksame Lastdruck abgegriffen werden kann.
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Die Ansteuerung des proportional verstellbaren Wegeventils 142 erfolgt über zwei angedeutete Steueranschlüsse 192, 194, zu denen die Steuerleitungen 30, 32 führen und über die die Federräume 178, 179, in denen sich die Federanordnungen 176 bzw. 174 befinden, mit einer Steuerdruckdifferenz beaufschlagbar sind, so dass entsprechend der Steuerschieber 140 aus seiner Grundposition verschoben und eine Meßblende mit konstantem Durchflußquerschnitt aufgesteuert wird.
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Wie desweiteren 2 entnehmbar ist, ist die Axialbohrung 172 über einen Steuerkanal 196 mit dem Federraum der Regelfeder 148 verbunden, so dass der Regelkolben in Schließrichtung von dem Druck in der Axialbohrung 172 beaufschlagt ist.
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Bei Anlegen einer Steuerdruckdifferenz wird der Steuerschieber 140 gegen die Kraft einer der Federanordnungen 174, 176 verschoben. Beispielsweise bei einer Verschiebung nach links (2) erfolgt diese Verschiebung gegen die Kraft der Federanordnung 176.
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Die beiden Steuerbünde 166, 168 sind so ausgeführt, dass die Verbindung von der Zulaufkammer 156 zur benachbarten Ablaufkammer 158 bzw. 160 erst nach einem vorbestimmten Hub aufgesteuert wird – d. h., in der Grundposition ist das Wegeventil mit einer positiven Überdeckung ausgeführt.
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Nach Überfahren dieser Überdeckung wird durch den Steuerbund 166 die Verbindung zwischen der Zulaufkammer 156 und der Ablaufkammer 158 aufgesteuert. Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Tankkammer 162 und der Ablaufkammer 158 zugesteuert und die Verbindung zwischen der anderen Tankkammer 164 und der Ablaufkammer 150 aufgesteuert, dass Druckmittel über den Arbeitsanschluß A zum Zylinderraum 10 des Lenkzylinders 2 und aus dessen Zylinderraum 12 über den Arbeitsanschluß B zum Tank T hin abströmen kann. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist dabei die Druckwaage in Öffnungsrichtung (in einer die Verbindung der Druckwagenzulaufkammer 152 mit einer mit der Zulaufkammer 156 verbundenen Druckwaagenablaufkammer 198 aufsteuernden ”Richtung” von dem Druck am Druckanschluß P beaufschlagt, während in Schließrichtung die Kraft der Regelfeder 48 und der Druck in der Ablaufkammer 158 bzw. beim Anschluß mehrerer Verbraucher, der höchste Lastdruck wirkt. Der Regelkolben 146 stellt sich in Abhängigkeit von diesen Kräften in einer Regelposition ein, in der der Druckabfall über der aufgesteuerten Meßblende (Wegeventil 142) bei konstanter Meßblendenöffnung lastdruckunabhängig konstant gehalten wird.
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Insofern unterscheidet sich das in
2 dargestellte Konstruktionsprinzip nicht von dem Steuerblock, wie sie in der
DE 197 15 021 A1 beschrieben ist, so dass hinsichtlich weiterer Details der Grundkonstruktion der Einfachheit halber auf diese Druckschrift verwiesen wird.
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Ein Problem bei diesen bekannten Steuerblöcken ist, dass das Wegeventil 142 bereits bei sehr geringen Steuerdrücken, d. h. bei entsprechend geringen Drehzahlen des Gerotors des Lenkaggregats 4 ansprechen und so eine geeignete Lenkmengenverstärkung ermöglichen soll. Dazu könnte man die Federanordnung 174, 176 beispielsweise mit geringer Federvorspannung und/oder geringer Federrate ausführen, so dass das Wegeventil 142 bereits bei geringen Steuerdruckdifferenzen aufgesteuert wird. Bei einer derartigen Federanordnung mit geringer Federspannung und oder geringer Federrate würde das Wegeventil 142 allerdings bereits bei einer vergleichsweise geringen Steuerdruckdifferenz vollständig öffnen, so dass der durchfahrbare Druckbereich für eine hinreichende Funktion der Lenkeinrichtung zu gering wäre. Eine Feder mit größerer Federrate zur Erhöhung dieses Druckbereichs kann allerdings nicht eingesetzt werden, da dann die zum Überfahren der Überdeckung erforderliche Steuerdruckdifferenz viel zu groß ist. Desweiteren ist es erforderlich, zur Gewährleistung einer sicheren Nullstellung des Wegeventils 142 die Vorspannung der Federanordnung auf einen gewissen Mindestwert zu setzen. Diese erforderliche Vorspannung würde bei einer Verwendung einer Feder mit großer Federrate die zuvor geschilderte Problematik verstärken.
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Erfindungsgemäß wird bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Federanordnung 174, 176 verwendet, wie sie in 3 detailliert dargestellt ist, wobei beispielshaft die linke Federanordnung 176 beschrieben wird und wobei sich der Steuerschieber 140 in seiner Neutralstellung befindet. Die Federanordnung 176 hat zwei parallel geschaltete Federn 200, 202. Die erste Feder 200 ist über einen Federteller 204 an einer Stirnfläche 206 des Ventilgehäuses 136 abgestützt. Das andere Ende der ersten Feder 200 ist an einer Innenschulter 208 eines angesetzten Gehäuses 210 abgestützt und umgreift eine in dieses Gehäuse 210 eingeschraubte bolzenförmige Hubbegrenzung 212. Diese erste Feder 200 ist mit einer vorbestimmten Vorspannung zwischen dem Federteller 204 und der Innenschulter 208 aufgenommen. Bei einer Axialverschiebung des Steuerschiebers 140 nach links wird nach Überwinden dieser Vorspannung der Federteller 204 von der Stirnfläche 206 abgehoben und entsprechend die erste Feder 200 komprimiert.
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Die zweite Feder 202 liegt an einer Radialschulter 214 der Hubbegrenzung 212 an und erstreckt sich über einen radial zurückgesetzten Endabschnitt 216 der Hubbegrenzung 212 hinaus bis hin zu einem Axialzapfen 218 des Federtellers 204. Dieser Axialzapfen 218 wird vom Endabschnitt der zweiten Feder 202 umgriffen, wobei diese in einem vorbestimmten Axialabstand h von einer Mitnahmeschulter 220 des Federtellers 204 endet.
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Bei einer weiteren Verschiebung des Steuerschiebers 140 nach links (3) läuft diese Mitnahmeschulter 220 auf das benachbarte Ende der zweiten Feder 202 auf, so dass nach diesem Hub h die Verschiebung des Steuerschiebers 140 gegen die Kraft der mit Vorspannung aufgenommenen ersten Feder 200 und die Kraft der Feder 202 erfolgt. Der vorbeschriebene Hub h ist so gewählt, dass die zweite Feder 202 erst dann wirksam wird, wenn die eingangs beschriebene positive Überdeckung überfahren ist und ein gewisser Öffnungsquerschnitt des Ventils erreicht ist.
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Die sich ergebende Federkennlinie ist in 4 dargestellt. Dabei ist der auf das Wegeventil 142 wirksame Steuerdruck über dem Hub des Steuerschiebers 140 dargestellt.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die erste Feder 200 mit einer Vorspannung aufgenommen, so dass sich ein Hub des Steuerschiebers 140 erst dann einstellt, wenn der wirksame Steuerdruck einen dieser Vorspannung entsprechenden Wert p0 erreicht hat. Nach Überschreiten dieses Steuerdruck p0, der bei einer Lenkeinrichtung beispielsweise im Bereich von ein bis zwei bar liegen kann, wird der Steuerschieber 140 in Abhängigkeit vom Steuerdruck gemäß der etwa linearen Kennlinie der ersten Feder 200 verschoben. Nach dem Hub h läuft die Mitnahmeschulter 220 auf die zweite Feder 202 auf, so dass ab diesem Hub h beide Federn wirksam sind. Entsprechend der beiden Federraten der Federn 200, 202 stellt sich eine steilere Kennlinie ein, so dass der maximale Hub hmax bei Anliegen eines maximalen Steuerdrucks pmax erreicht wird, der wesentlich größer ist, als in dem Fall, in dem die Feder 200 alleine wirksam gewesen wäre strichpunktierte Linie in 4). Durch die Parallelschaltung der beiden Federn 200, 202 läßt sich somit der Steuerdruckbereich gegenüber einer einfachen Feder mit geringer Federrate wesentlich erweitern, wobei zum Überfahren der Überdeckung nur eine vergleichsweise geringe Steuerdruckdifferenz ph – p0 erforderlich ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann die Steuercharakteristik des Steuerblockes in optimaler Weise an die insbesondere bei einer Lenkeinrichtung vorliegenden Anforderungen angepaßt werden. Selbstverständlich ist eine derartige Federanordnung auch bei Wegeventilanordnungen für andere Anwendungen einsetzbar.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die zweite Feder 202 eine geringere Federrate als die Feder 200 – prinzipiell könnte selbstverständlich die Federrate der Feder 202 auch größer als diejenige der Feder 200 ausgewählt werden. Anstelle von zwei Federn könnten zur Optimierung der Federkennlinie auch mehr Federn wirksam werden. Anstelle der Federanordnung mit zwei oder mehreren parallel geschalteten Federn kann man auch eine einzige Feder mit progressiver Kennlinie verwenden. Eine derartige Kennlinie lässt sich beispielsweise durch kegelförmiges Wickeln einer Spiralfeder oder durch entsprechendes Anpassen des Federdrahtdurchmessers einstellen.
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Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung auch bei anderen Einrichtungen verwendet werden, bei denen es darauf ankommt, beim Anfangshub eines Steuerschiebers zunächst eine vergleichsweise flache Kennlinie und später eine steilere Kennlinie für die Ansteuerung eines Verbrauchers ausnützen zu können.
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Offenbart ist ein hydraulische Steueranordnung mit einem stetig verstellbaren Wegeventil, das von einer Federanordnung in seine Grundposition vorgespannt ist. Dabei ist eine Federanordnung mit progressiver Federkennlinie eingesetzt, deren Federrate bei einem vorbestimmten Hub größer als zu Beginn der Ansteuerbewegung des Ventilschiebers ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkeinrichtung
- 2
- Lenkzylinder
- 4
- Lenkaggregat
- 6
- Arbeitsleitung
- 8
- Arbeitsleitung
- 10
- Zylinderraum
- 12
- Zylinderraum
- 14
- LS-Steuerblock
- 16
- Verbraucherleitung
- 18
- Verbraucherleitung
- 20
- Steuerkreis
- 22
- Speisepumpe
- 24
- Steuerraum
- 26
- Steuerraum
- 29
- Steuerdosiereinrichtung
- 30
- Steuerleitung
- 32
- Steuerleitung
- 34
- Rücklaufleitung
- 36
- Rücklaufleitung
- 38
- Düse
- 40
- Düse
- 42
- Rückschlagventil
- 44
- Rückschlagventil
- 46
- Verbindungsleitung
- 136
- Ventilgehäuse
- 138
- Ventilbohrung
- 140
- Steuerschieber
- 142
- Wegeventil
- 144
- Druckwaage
- 146
- Regelkolben
- 148
- Regelfeder
- 150
- Druckkanal
- 152
- Druckwaagenzulaufkammer
- 154
- Druckwaagenbohrung
- 156
- Zulaufkammer
- 158
- Ablaufkammer
- 160
- Ablaufkammer
- 162
- Tankkammer
- 164
- Tankkammer
- 166
- Steuerbund
- 168
- Steuerbund
- 170
- Steuerbund
- 172
- Axialbohrung
- 174
- Federanordnung
- 176
- Federanordnung
- 178
- Federraum
- 179
- Federraum
- 180
- Querbohrung
- 182
- Querbohrung
- 184
- Sekundärventil
- 186
- Sekundärventil
- 188
- LS-Druckbegrenzungsventil
- 190
- Wechselventil
- 192
- Druckreduzierventil
- 194
- Druckreduzierventil
- 196
- Steuerkanal
- 198
- Druckwaagenablaufkammer
- 200
- 1. Feder
- 202
- 2. Feder
- 204
- Federteller
- 206
- Stirnfläche
- 208
- Innenschulter
- 210
- Gehäuse
- 212
- Hubbegrenzung
- 214
- Radialschulter
- 216
- Endabschnitt
- 218
- Axialzapfen
- 220
- Mitnahmeschulter
