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Steuerventil Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für hydraulische
Anlagen. Es sind für diesen Zweck Steuerschieber bekannt, die nach einer bestimmten
Verstellung durch die Geberkraft den Durchfluß je nach der Richtung der Verstellung
nach der einen oder anderen Seite des hydraulischen Motors freigeben. Die Schieberkanten
sind häufig mit Kerben oder Schlitzen versehen, die im Zusammenwirken mit den Steuernuten
die Feinfühligkeit der Geräte erhöhen. Nachteilig an diesen Ausführungen ist das
Fehlen einer Proportionalität zwischen der Geberkraft und dem von der Pumpe ausgeübten
Arbeitsdruck. Unter diesen Umständen hat das die hydraulische Anlage bedienende
Personal kein Gefühl für die Größe des zur Verfügung stehenden Arbeitsdruckes, was
zu Unsicherheiten in der Bedienung Anlaß gibt. Das letztere trifft auch für solche
Steuerventile zu, die zwar eine hydraulische Rückstellung vornehmen, bei denen aber
die Rückstellkraft nach außen nicht in Erscheinung tritt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Steuerventil, dessen Schieber von
einer Rückstellkraft beaufschlagt wird, die von der Größe des jeweiligen Arbeitsdruckes
abhängig ist. Da durch ein solches Ventil eine Proportionalität zwischen Geberkraft
und Arbeitsdruck besteht, wird dem Bedienenden ein Gefühl für die momentan zur Verfügung
stehende Hilfskraft gegeben.
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Gemäß der Erfindung wird ein Steuerventil für hydraulische Anlagen
mit zwei unter dauernder gegenseitiger Druckeinwirkung stehenden, in gleicher Achslage
hintereinanderliegenden Stufenkolben vorgeschlagen, bei dem auf den ersten der Stufenkolben
in einer Richtung die Kraft des Betätigungshebels und in der anderen Richtung der
Druck der Druckmittelquelle, vermehrt um die von dem zweiten Stufenkolben ausgeübte,
teils von der Kraft der Rückstellfeder stammende, teils durch Beaufschlagung mit
dem Druck der zum Verbraucher führenden Leitung erzeugte Rückstellkraft, einwirkt.
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Es ist dabei vorgesehen, daß der erste Stufenkolben die Verbindung
zwischen der Druckmittelquelle und dem Verbraucher und der zweite Stufenkolben die
Verbindung zwischen dem Rücklaufbehälter und dem Verbraucher mittels an der kleinen
Durchmesserstufe befindlicher an sich bekannter Schlitze in kraftschlüssigem Zusammenwirken
auf- oder zusteuert.
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Erfindungsgemäß wirkt die Kraft des Betätigungshebels auf die große
Stirnfläche und der Druck der Druckmittelquelle auf die Ringfläche des ersten Stufenkolbens
ein. Beide Stirnflächen des zweiten Stufenkolbens werden von dem jeweils in der
zum Verbraucher führenden Leitung herrschenden Druck beaufschlagt. Die beiden Stufenkolben
sind in zwei getrennt voneinander angeordneten Führungsbüchsen gelagert. Nach der
Erfindung wird vorgesehen, daß die Nuten des ersten Stufenkolbens derart angeordnet
sind, daß in Mittellage des Kolbens der Durchfluß zwischen dem von diesem gebildeten
Ringraum und dem zum Verbraucher führenden Raum gesperrt ist, während in Steuerlage
ein regelbarer Durchflußquerschnitt zwischen den beiden Räumen freigegeben wird.
Es ist ferner vorgesehen, daß die Nuten des zweiten Stufenkolbens derart angeordnet
sind, daß in Mittellage dieses Kolbens eine Verbindung zwischen dem von diesem gebildeten
Ringraum und dem zu dem Verbraucher führenden Raum besteht, die bei Verschiebung
des Kolbens gegen die Wirkung der Feder verschlossen wird. Die Beaufschlagung des
zweiten Stufenkolbens erfolgt hierbei über eine in dem Kolben angeordnete Bohrung.
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Bei hydraulischen Lenkungen ist es nach der Erfindung beabsichtigt,
je ein solches Steuerventil beiderseitig des nach rechts oder links bewegten Betätigungshebels
anzuordnen. In einer derartigen Steuervorrichtung stehen die beiden durch die Stufenkolben
und die Lagerbüchsen gebildeten Räume mit je einer Zylinderkammer des Arbeitszylinders
in Verbindung.
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Es ist von besonderem Vorteil, ein Steuerventil nach der Erfindung
in einer Hilfskraftlenkung mit Speicherbetrieb zu verwenden, da Lenkungen ohne Speicher
der Nachteil anhaftet, daß bei Ausfall des Motors oder der Pumpe ein plötzliches
Aussetzen der Hilfskraft erfolgt. Das plötzliche Aussetzen stellt eine nicht unerhebliche
Gefährdung der Fahrsicherheit dar, da der Fahrer bei dem plötzlichen Wegbleiben
der Lenkverstärkung leicht die Beherrschung über das Fahrzeug verlieren kann. Ferner
wird durch die Verwendung einer Steuervorrichtung gemäß Erfindung,
die
den Druckmitteldurchfluß von der Pumpe zum Behälter in der neutralen Stellung sperrt
und erst in der Steuerstellung freigibt und die Steuerteile unter Vor-, d. h. Speicherdruck
stellt, erreicht, daß bei Lenkausschlag sofort der volle Arbeitsdruck auf das Kraftorgan
wirkt, während bei Lenkungen, bei denen ein ständiger Fluß des Druckmittels auch
in der neutralen Stellung aufrechterhalten wird, der Arbeitsdruck erst aufgebaut
werden muß.
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Die Zeichnung bringt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der
Steuervorrichtung, die insbesondere für Lenkungen in Betracht kommt, wobei eine
Kombination von zwei derartigen Ventilen dargestellt wird.
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In dem mit 1 bezeichneten Gehäuse der Steuervorrichtung ist auf beiden
Seiten eines, beispielsweise als Kugelstange ausgebildeten Betätigungshebels 2,
der nach links oder rechts bewegt werden kann, ein Ventil angeordnet.
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Bei Lenkausschlag wirkt der Betätigungshebel 2 auf den ersten Stufenkolben
3, welcher seinerseits die Kraft auf den zweiten Stufenkolben 4 weitergibt, der
sich über eine Feder 5 an einem Gehäusedeckel 6 abstützt. Von der Betätigungsstange
2 wird die größere Stirnfläche 7 des Stufenkolbens 3 beaufschlagt, während die kleinere
Stirnfläche 8 dieses Kolbens auf die ebenfalls kleinere Stirnfläche 9 des Stufenkolbens
4 wirkt. Der Stufenkolben 3 stützt sich auf einem Seeger-Ring 10 ab und nicht auf
dem Hebel, um eine Unterstützung der Geberkraft bei Lenkausschlag durch den anderen
Stufenkolben 3 zu vermeiden. Die Stufenkolben 3 und 4 sind dabei in Führungsbüchsen
11 und 12, die getrennt voneinander in einer durchgehenden abgesetzten Bohrung des
Gehäuses 1 flüssigkeitsdicht angeordnet sind, geführt.
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Der Einlaß des von dem Speicher bzw. der Pumpe kommenden Druckmittels
erfolgt über die Gehäusebohrung 13, 14 und die Büchsenbohrung 15 in den Ringraum
16 des Stufenkolbens 3, so daß das unter Druck stehende Druckmittel die Ringfläche
17 beaufschlagt und den Stufenkolben 3 gegen den Seeger-Ring 10 drückt, wodurch
der Befähigungshebel 2 in seiner Nullstellung gehalten wird. Das Druckmittel übernimmt
hierbei also zusammen mit der Feder 5 die Aufgabe der Nullstellungsfedern bei den
bekannten Lenksteuerventilen.
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Der durch die Stufenkolben 3 und 4 sowie die Führungsbüchsen 11 und
12 gebildete Ringraum 18 ist über die Gehäusebohrung 19 mit der einen Zylinderkammer
des nicht dargestellten Servozylinders verbunden. Der von dem Stufenkolben 4 gebildete
Ringraum 20 steht über die Bohrungen 21 und 22 mit dem nicht gezeichneten Rücklaufbehälter
in Verbindung.
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Der Kolbenteil kleineren Durchmessers des Stufenkolbens 3 ist mit
Steuernuten 23 versehen. Diese sind derart angeordnet, daß in der in der Abbildung
dargestellten neutralen Mittelstellung, also bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges,
keine Verbindung zwischen dem Ringraum 16 und dem Raum 18 besteht. Bei einem Lenkausschlag
erfolgt über den Betätigungshebel 2 eine Verschiebung der Stufenkolben 3, so daß
ein mehr oder weniger großer Durchflußquerschnitt von Raum 16 zu Raum 18 freigegeben
wird.
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Der Kolbenteil kleineren Durchmessers des Stufenkolbens 4 ist ebenfalls
mit Steuernuten, die die Bezugsziffer 24 tragen, versehen, die derart angeordnet
sind, daß in der gezeichneten neutralen Stellung eine Verbindung zwischen dem Servozylinder
und dem Rücklaufbehälter über die Bohrungen 19, 21 sowie 22 und die Räume 18 sowie
20 besteht. Durch eine Verschiebung des Stufenkolbens 3 bei Lenkausschlag wird die
Verbindung zwischen den Räumen 18 und 20 gesperrt.
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Der Stufenkolben 4 ist mit einer Bohrung 25 versehen, die einen Flüssigkeitsdurchfluß
in den hinter dem Kolben 4 liegenden Raum 26 gestattet, so daß die beiden Stirnflächen
des Stufenkolbens 4 mit dem unter Arbeitsdruck stehenden Druckmittel beaufschlagt
werden.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist nun folgende: Das z. B. vom Speicher
kommende Druckmittel wird über die Bohrungen 13,14 und 15 in den Ringraum 16 geleitet.
Der Druckmittelstrom beaufschlagt somit die Ringfläche 17 des Stufenkolbens 3 und
drückt diesen gegen den Seeger-Ring 10. Erfolgt ein Lenkausschlag, so werden je
nach dessen Richtung die rechts oder links von der Betätigungsstange 2 angeordneten
Stufenkolben3 nachÜberwindung derGegenkraft, also der auf die Ringfläche 17 wirkenden
Kraft, vermehrt um die Kraft der Feder 5, verschoben. Dadurch wird die Verbindung
zwischen Raum 16 und 18 freigegeben, so daß das Druckmittel über die Bohrung 19
einer der Zylinderkammern zugeführt wird. Da dabei aus der anderen Zylinderkammer
verdrängte: Druckmittel kann ungehindert über entsprechende Bohrungen des zweiten
Ventils abfließen. Außerdem wird die Verbindung zwischen Raum 18 und 20 unterbrochen,
so daß das Druckmittel nicht in den Behälter abfließen kann, sondern ausschließlich
der betreffenden Zylinderkammer zugeführt wird.
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Dadurch, daß in der neutralen Lage der Steuerteile kein Umlauf des
Druckmittels vom Speicher durch das Ventil in den Behälter stattfindet, also das
Ventil als unter Speicherdruck stehendes Absperrventil wirkt, sondern erst bei Lenkausschlag,
wird erreicht, daß bei Ausfall der Pumpe bzw. des Motors, unabhängig von der momentanen
Stellung des Ventils. ein langsames, für den Fahrer wahrnehmbares Absinken der durch
die Hilfskraft erzeugten Lenkverstärkung erfolgt. Setzt beispielsweise die Pumpe
bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges aus, so wird zwar bei einer danach erfolgenden
Verstellung des Lenkrades das in dem Behälter gespeicherte unter Druck stehende
Druckmittel dem Servozylinder zugeführt, jedoch sinkt dabei der Druck des zugeführten
Druckmittels langsam ab, so daß ein für den Fahrer erkennbares Nachlassen der Lenkverstärkung
erfolgt. Bei Ausfall der Pumpe während eines Lenkausschlages ist der Ablauf der
gleiche. Auch hierbei wird die in dem Speicher befindliche Flüssigkeit dem Servozylinder
unter langsamem Nachlassen des Druckes zugeführt.
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Die durch die Maßpfeile kenntlich gemachten axialen Abstände der Steuerkanten
bedingen eine positive oder negative Überdeckung der zugeordneten Steuerkanten.
Die Abstände können, beispielsweise durch Veränderung der Lage der Stufenkolben,
vergrößert oder verkleinert werden. Durch die Bemessung dieser axialen Abstände
kann jede gewünschte Lenkverstärkung erhalten werden. Außerdem ist die Charakteristik
der Lenkverstärkung noch von der Wahl der Federn 5 abhängig.
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Durch die Anordnung der Bohrung 25 werden die beiden Stirnflächen
des Stufenkolbens 4 mit dem unter Arbeitsdruck stehenden Druckmittel beaufschlagt,
während die Ringstufe dieses Kolbens nicht druckbeaufschlagt ist, da sie mit dem
Rücklauf zum Behälter in Verbindung steht. Es steht also dadurch der Arbeitskolben
in Steuerlage nicht im Kräftegleichgewicht, sondern unter Einwirkung einer entgegen
der Geberkraft wirkenden Kraft. Da diese Gegenkraft
bzw. Rückstellkraft
von der Größe des jeweiligen Arbeitsdruckes abhängig ist, besteht eine Kraftproportionalität
zwischen der Geberkraft und der Gegen-bzw. Rückstellkraft.