DE2242021C3 - Druckmittelsteueranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittelsteueranlage zur Wegesteuerung eines doppeltwirkenden Servomotors, insbesondere für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einer Steuerventileinrichtung, die in ihrer Neutralstellung bei einem Servomotor mit gleich großen Wirkflächen eine Druckquelle gegenüber dem Ablauf und den Arbeitsräumen des Servomotors verschließt bzw. bei einem Servomotor mit unterschiedlich großen Wirkflächen eine Druckquelle gegenüber dem der größeren Wirkfläche zugeordneten Arbeitsraum sowie dem Ablauf verschließt, wobei der andere Arbeitsraum des Servomotors dauernd mit der Druckquelle verbunden ist, und mit Mitteln zum manuellen Betätigen des Ventilgliedes bzw. der Ventilglieder der Steuerventileinrichtung in Abhängigkeit von einer Relativbewegung zwischen dem Krafteingangsglied und dem Kraftausgangsglied der Druckmittelsteueranlage, wobei das Kraftausgangsglied mit dem arbeitsaktiven Teil des Servomotors, z. B. mit dessen Arbeitskolben verbunden ist, die Verschiebung dieses arbeitsaktiven Teils auf die Steuerventileinrichtung mechanisch rückgeführt ist und die Vcntilglieder der Steuerventileinrichtung mit vom Druck in den Arbeitsräumen des Servomotors beaufschlagten Reaktionsflächen verse-

hen sind, derart, daß jedem Arbeitsraum eine solche Reaktionsfläche zugeordnet ist, und außerdem mit einer elastisch nachgiebigen Verbindung zwischen dem Krafteingangsglied und dem Kraftausgangsglied zur Ermöglichung eines nicht verstärkten Ausgangskraftanteils.

Derartige Druckmittelsteueranlagen werden überall dort benötigt, wo es Kräfte oder Drehmomente zu verstärken gilt Bekannte Anwendungsgebiet« sind Servolenkungen von Fahrzeugen oder Verstärker für '° Rüderanlagen von Schiffen. Da einige der bei der Anwendung auftretende Probleme am einfachsten anhand einer Servolenkung erklärt werden können, sei im folgenden nur darauf Bezug genommen, ohne daß dies in irgendeinem einschränkenden Sinne zu verste- '5 hen ist.

Bei einer Servolenkung ist das Krafteingangsglied mit einem Lenkrad verbunden, während das Kraftausgangsglied in Wirkverbindung mit den gelenkten Rädern bzw. dem Servomotor steht, wobei dieser die Bewegungen des Lenkrades im Sinne einer Verstärkung unterstützt. Wenn die elastische nachgiebige Verbindung zwischen dem Krafteingangsglied und den Kraftausgangsglied vorgespannt ist, wird eine Servounterstützung erst nach Überwinden dieser Vorspannung, oder anders ausgedrückt, nach Überwinden einer Ansprechschwelle stattfinden. Bis zum Erreichen der Ansprechschwelle wird die am Lenkrad aufgebrachte manuelle Kraft ohne jede Verstärkung direkt auf die zu lenkenden Räder übertragen. Eine solche Wirkungsweise i?,t beispielsweise bei schnellen Autobahnfahrten oder bei Glatteis zur Erhöhung des Fahrgefühls erwünscht. Da der arbeitsaktive Teil des Servomotors mit dem Kraftausgangsglied verbunden ist, führt dieser Teil trotz rein mechanischer Kraftübertragung eine Bewegung aus und verdrängt infolgedessen Druckmittel aus einem der Arbeitsräume bzw. smigt Druckmittel in den anderen, sich vergrößernden Arbeitsraum an.

Eine derartige Druckmittelsteueranlage ist bereits durch die US-PS 28 55 065 bekanntgeworden. Die Arbeitsräume eines im wesentlichen mit gleichen Wirkflächen versehenen Servomotors werden über je ein Steuerventil wechselweise mit der Druckquelle verbunden. In der Neutralstellung der Steuerventile sind die Arbeitsräume zwar gegenüber der Druckquelle verschlossen, jedoch gegenüber dem Ablauf geöffnet, um ein Blockieren des Servomotors bei der beschriebenen rein mechanischen Kraftübertragung zu vermeiden. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Servomotor hydraulisch nicht eingespannt ist und infolgedessen zu Rucken und Stößen neigt. Für Servomotoren mit ungleichen Wirkflächen, bei dene.i der der kleineren Wirkfläche zugeordnete Arbeitsraum fortwährend mit der Druckquelle verbunden ist, wäre eine solche Anordnung zudem gar nicht möglich, da bei Nichtbetätigung des Lenkrades der Servomotor bis in eine Endstellung verschoben würde. Eine Geradeausstellung der gelenkten Räder wäre somit ohne Betätigen des Lenkrades gar nicht zu erzielen. Es sind zwar auch schon Druckmittelsteueranlagen bekanntgeworden, bei denen auch die Arbeitsräume in der Neutralstellung verschlossen sind, jedoch handelt es sich dabei grundsätzlich nicht um Anordnungen mit einem mechanischen Kraftübertragungsanteil. Eine Kombination beider Anordnungen führt nicht zum Ziel, da in der Neutralstellung bei einer fts solcherweise erhaltenen neuen Anordnung nach wie voi ein Blockieren nicht beseitigt wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Druckmittel-Steueranlage der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß bei Verwendung einer Steuerventileinrichtung mit geschlossener Mitte in Neutralstellung ein mechanischer Kraftübertragungsanteil zwischen Krafteitigangs- und Kraftausgangsglied verwirklicht werden kann. Dabei soll die hydraulische Servounterstützung entweder von Anfang an zusammen mit der mechanischen Kraftübertragung wirksam sein oder aber erst nach Überwindung einer Ansprechschwelle einsetzen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß im Falle des Servomotors mit gleich großen Wirkflächen dessen Arbeitsräume und im Falle des Servomotors mit unterschiedlich großen Wirkflächen dessen der größeren Wirkfläche zugeordneter Arbeitsraum in der Neutralstellung der Steuerventileinrichtung gegenüber der Druckquelle und dem Ablauf verschlossen sind und daß das bzw. die Ventilglieder gegenüber dem Krafteingangsglied so angeordnet sind, daß ausgehend von der bei Nichtbetätigung vorhandenen arbeitsunwirksamen Stellung des Krafteingangsgliedes und des bzw. der Ventilglieder eine starre Kopplung des Krafteingangsgliedes mit dem bzw. einem der Ventilglieder erst nach einer vorgegebenen Relativbewegung des Krafteingangsgliedes gegenüber dem bzw. einem der Ventilglieder stattfindet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bringt den Vorteil mit sich, daß sich das Ventilglied bzw. die Ventilglieder auch bei fehlender Relativbewegung zwischen Krafteingangsglied und Kraftausgangsglied selbständig auf Grund von Druckänderungen in den Arbeitsräumen des Servomotors bzw. an den Reaktionsflächen bewegen können. Diese Wirkungsweise verhindert ein Blockieren im Bereich der rein mechanischen Kraftübertragung, bei welcher der arbeitsaktive Teil des Servomotors durch das Kraftausgangsglied angetrieben wird. Das Ventilglied bzw, die Ventilglieder werden dabei so verschoben, daß das Druckmittel zu- bzw. abströmen kann. Das Zuströmen erfolgt jedoch dabei nicht im Sinne einer Verstärkung, sondern dient nur dem Auffüllen eines sich vergrößernden Arbeitsraumes. Ein weiterer Vorteil besieht darin, daß der arbeitsaktive Teil des Servomotors bei nicht mit äußeren Kräften beaufschlagtem Krafteingangsglied durch äußere Kräfte bewegt werden kann. Auch in diesem Fall werden das Ventilglied bzw. die Ventilglieder infolge der entstehenden Druckänderungen so ausgelenkt, daß ein Zuströmen von Druckmittel zum bzw. ein Abströmen vom Servomotor erfolgen kann. Die hydraulische Verstärkung setzt erst nach einer gewissen Relativbewegung zwischen Krafteingangsglied und dem Ventilglied bzw. einem der Ventilglieder ein. Bei einem Servomotor mit ungleich großen Wirkflächen erfolgt das Einsetzen der hydraulischen Verstärkung sanft ohne Rucke oder Stöße, da der arbeitsaktive Teil des Servomotors immer hydraulisch eingespannt ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden iir folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Ei zeigt

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Anordnung mi einem einzelnen Ventilglied in Form eines Steuerkol bens mit vier Steuerkanten, einem Servomotor mi gleich großen Wirkflächen und einer nicht vorgcspann ten, elastisch nachgiebigen Verbindung zwischen Kraft eingangsglied und Kraftausgangsglied;

F i g. 2 zeigt eine entsprechende Anordnung mi einem einzelnen Ventilglied in Form eines gestuftei

Steuerkolbens mit zwei Steuerkanten, einem Servomotor mit ungleich großen Wirkflächen und einer vorgespannten, elastisch nachgiebigen Verbindung zwischen Krafteingangs- und Kraftausgangsglied sowie zwei gegensinnig wirkenden Federn zwischen dem Ventilglied und dem Krafteingangsglied;

Fig.3 zeigt ein Diagramm, in welchem durch verschiedene Kurvenzüge die Abhängigkeit der Eingangskraft von der Ausgangskraft entsprechend den verschiedenen Anordnungen dargestellt ist;

Fig.4 zeigt in gegenständlicher Darstellung einen Schnitt durch eine Druckmittelsteuereinrichtung, bei welcher die elastisch nachgiebige Verbindung durch einen Torsionsstab verwirklicht ist;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Ventilglieder der Druckmittelsteuereinrichtung gemäß der Schnittlinie C-Dvon Fig.4;

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine andere Druckmittelsteuereinrichtung, bei welcher als elastisch nachgiebige Verbindung ein federnder, geschlitzter Ring dient;

F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch die Ventilglieder der Druckmittelsteuereinrichtung gemäß der Schnittlinie £-Fvon Fig. 6;in

F i g. 8 ist ein Schnitt gemäß der Schnit'ünie G-H von Fi g. 6 dargestellt;

Fig. 9 zeigt in einer vergrößerten, schematischen Darstellung eine Einzelheit über die Anbringung des geschlitzten Ringes;

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung die Ausbildung eines zur Betätigung dienenden Hebels in Art einer Blattfeder.

Ein Krafteingangsglied t wirkt über eine elastisch nachgiebige Verbindung 2 auf ein Kraftausgangsglied 3. Die elastische Verbindung 2 ist zwar mit Hilfe von Schraubenfedern 4 und 5 dargestellt ist, jedoch können diese selbstverständlich durch jedes andere Federmittel ersetzt werden.

An dem Kraftausgangsglied 3 ist weiterhin eine Kolbenstange 6 befestigt, welche mit einem Kolben 7 verbunden ist, welcher in einem Zylinder 8 eines Servomotors 9 gleitet. Der Kolben 7 teilt in dem Zylinder 8 Arbeitsräume 10 und 11 ab. Der Arbeitsraum 10 besitzt einen Anschluß Ai. welcher über eine Leitung 12 mit dem Anschluß A eines Steuerventils 13 verbunden ist. Der Arbeitsraum U des Servomotors 9 ist über einen Anschluß B\ sowie eine Leitung 14 mit einem Anschluß B des Steuerventils 13 verbunden. Das Steuerventil 13 weist noch zwei weitere Anschlüsse P und T auf. Der Anschluß P ist mit einer nicht näher dargestellten Druckquelle 15 verbunden. An den Anschluß T ist eine Ablaufleitung angeschlossen. Das Steuerventil besitzt ein nicht näher dargestelltes Gehäuse 16, welches fest mit dem Kraftausgangsglied 3 in Verbindung steht In einer Bohrung 17 des Gehäuses 16 gleitet ein als Steuerkolben 18 ausgebildetes Ventilglied mit geschlossener Mitte. Der Steuerkolben 18 sperrt in einer mittleren Stellung den Anschluß Pxmd die Anschlüsse A und B ab. In einer zweiten Schaltstellung werden Verbindungen vom Anschluß P zum Anschluß B bzw. zwischen den Anschlüssen A und T geöffnet In einer dritten Schaltstellung schließlich wird in umgekehrter Weise der Anschluß P mit dem Anschluß A und der Anschluß B mit dem Anschluß T verbunden. Eine mit dem Steuerkolben 18 verbundene Betätigungsstange 19 ist mit dem Krafteingangsglied 1 nicht starr gekuppelt, sondern kann mit diesem nur nach einer vorgegebenen Relativbewegung in Verbindung treten. Der Steuerkolben 18 besitzt stirnseitig Reaktionsflächen, welche mit a bezeichnet sind. Die an die Reaktionsflächen a angrenzenden Reaktionsräume sind mit 20 und 21 bezeichnet. Der Reaktionsraum 20 ist über eine Steuerleitung 22 mit der Leitung 12 verbunden. Der Reaktionsraum 21 hingegen ist über eine Steuerleitung 23 an die Leitung 14 angeschlossen. Dadurch, daß in Art einer Tolgangkupplung 24 die Betäiigungsstange 19 zunächst keinen Kontakt mit dem Krafteingangsglied

ίο bekommt, bleibt die Betätigungsstange 19 zunächst unbeeinflußt von den Bewegungen des Krafteingangsgliedes 1. Dadurch können sich die in den Arbeitsräumen 10 und 11 einstellenden Druckunterschiede bei einer Bewegung des Kolbens 7 auf die betreffende Reaktionsfläche a des Steuerkolbens 18 fortpflanzen und dadurch den Steuerkolben 18 aus seiner mittelstellung verschieben. Die Verschiebung erfolgt dabei automatisch immer in der richtigen Richtung. Wenn beispielsweise das Krafteingangsglied 1 nach links bewegt wird, bewegen sich auch das Kraftausgangsglied 3 sowie der Kolben 7 nach links. Im Arbeitsraum 10 entsteht dabei ein Druckanstieg, der sich über die Leitung 12 und die Steuerleitung 22 in den Reaktionsraum 20 fortpflanzt. Der Steuerkolben 18 wird dadurch ebenfalls nach links bewegt, so daß die Verbindungen /4-Tund P-B geöffnet werden. Druckmittel kann daher aus dem Arbeitsraum 10 über die Leitung 12 und die Verbindung y4-rabströmen, während Druckmittel über die Verbindung P-B und die Leitung 14 in den Arbeitsraum 11 nachgespeist wird. Der Kolben 7 erhält dadurch eine freie Beweglichkeit. Je nach Stärke der elastischen Verbindung 2 findet dabei eine Annäherung des Krafteingangsgliedes 1 an die Betätigungsstange 19 statt. Die Annäherung erfolgt so lange, bis eine starre Kopplung zwischen dem Krafteingangsglied 1 und der Betätigungsstange 19 erfolgt ist. Von diesem Zeitpunkt an bleibt die Verspannung der Verbindung 2 konstant, und der Steuerkolben 18 folgt den Bewegungen des Krafteingangsgliedes 1. Die in den Reaktionsräumen 20, 21 entstehenden Drücke wirken als hydraulische Reaktion auf das Krafteingangsglied 1 zurück.

In Fig. 2 ist anstelle des Servomotors 9 mit der zweiseitigen Kolbenstange 6 der Servomotor 9' dargestellt, der eine einseitige Kolbenstange 6' hat.

Dadurch grenzt an die freie Stirnfläche des Kolbens 7 ein Arbeitsraum Il Γ an, dessen wirksame Fläche beispielsweise doppelt so groß ist wie die wirksame Fläche des Arbeitsraumes 10. Gesteuert wird der Servomotor 9' mit Hilfe der sogenannten »Zwei-Kanten-Steuerung«. Das Wesen dieser Steuerungsart liegt darin, daß der Arbeitsraum 10 mit der geringeren wirksamen Fläche immer über eine Leitung 25 sowie einen Anschluß P2 mit einer Druckwelle verbunden ist Der Arbeitsraum 11' ist über einen Anschluß A₂ sowie eine Leitung 26 mit einem Anschluß A eines Steuerventils 13' verbunden. Das Steuerventil 13' besitzt ein Gehäuse 16' mit einer Bohrung 17', in der ein als Ventilglied mit zwei Steuerkanten dienender Steuerkolben 18' gleitbar angeordnet ist Der Steuerkolben 18' ist in der Lage, den Anschluß A wechselweise mit zwei weiteren Anschlüssen P und Γ des Steuerventils 13' zu verbinden oder aber den Anschluß A von den Anschlüssen Pund Tabzusperrea Der Steuerkolben 18' ist fest mit einer Betätigungsstange 19' verbunden. An der Seite dieser Verbindung besitzt der Steuerkolben 18' eine Reaktionsfläche a sowie einen Reaktionsraum 20'. Die gegenüberliegende Stirnfläche des Steuerkolbens 18' dient als Reaktionsfläche b und ist doppelt so

groß wie die Reaklionsfläehe a. Der angrenzende Reaktionsraum ist mit 2Γ bezeichnet. Der Rcaktions raum 20' ist über cine Steuerlcilung 22' mit der Leitung 25 verbunden. Von der Leitung 26 zweigt eine Steuerlcitung 23' zum Rcaktionsraiiin 21' ab. Die Betätigungsstange 19' besitzt ebenfalls eine Art Totgangkupplung 24', so daß ein starrer Kontakt /wischen Betätigungsstange 19' und Kraflcingangsglicd I wiederum erst nach einer vorgegebenen Relativbewegung stattfindet. Zwischen Kralleingangsglied 1 und Betätigungsstange 19' sind gegensinnig wirkende Federn 27 angeordnet. Zu dieser Anordnung ist zunächst zu bemerken, daß der eigentliche Unterschied nicht in der Verwendung eines Steuerventils mit Zwei-Kanten-Stcucrung liegt. Wesentlich ist es hingegen, daß im Unterschied zur Anordnung von I- i g. I gegensinnig wirkende Federn /wischen der Betätigungsstange und dem Krafteingangsglied vorgesehen sind. Zur F.rläutcrung dieses Unterschiedes sei auf die Fi g. J verwiesen. In dem dort dargestellten Diagramm ist die Ordinate der Eingangskraft I) zugeordnet. Auf der Abszisse wird dagegen die Ausgangskraft l-\ abgetragen. Die dargestellten Kurven/üge beginnen alle im Nullpunkt 0. Die Kurve 0-30 gibt die Verhältnisse bei einer rein mechanischen Kraftübertragung vom Krafteingangsglied 1 auf das Kraflausgungsglied 3 wieder.

Die Kurve 0-31 stellt den Verlauf bei einer Kraftübertragung ohne mechanischen Kraftüheriragungsanleil dar. wobei allerdings eine hydraulische Reaktion rückgemcldel wird. Bei der Anordnung nach F i g 1 hat man bis zum F.rrcichcn der starren Kopplung eine rein mechanische Kraftübertragung über die elastische Verbindung 2. Die entsprechende Kurve ist mit 0-28 bezeichnet. Nach Erreichen der starren Kopplung setzt sofort die Scrvounicrslül/.ung mit der hydraulischen Reaktion ein. Als Kurve ergibt sich eine Parallele zur Kurve 0-31. welche mit 28-32 bezeichnet ist. Bei der Anordnung nach F ig. 2 hat man eine vorgespannte Verbindung 2'. Obwohl auch hier .Schraubenfedern dargestellt sind, ist dem Fachmann klar, daß man auch andere Federniillel oder gar druckzentrierende Kolben-Zylinder-Systeme entsprechend einer sehr geringen Federkonstanten verwenden könnte. Dadurch ergibt sich auch hier zunächst eine rein mechanische Kraftübertragung, welche in F i g. 3 durch die Kurve 0-29 gekennzeichnet ist. Nach Überwindung der Vorspannung wird unter weiterer Vorspannung der Verbindung 2' auch eine der Federn 27 gespannt. Der Verspannung der Feder 27 entsprechend baut sich an dem Stcuerkolbcn 18' eine hydraulische Rcaklionskraft auf. Die Steigung des entsprechenden Kurvenzuges liegt zwischen den Steigungen der Kurve 0-30 und der Kurve 0-31 und ist mit 29-33 bezeichnet.

Erst wenn auch hier die starre Kopplung erreicht ist. setzt die volle hydraulische Verstärkung ein. Es ergibt sich dann eine Kurve 33-34, welche parallel zur Kurve 0-31 verläuft. Der Vollständigkeit halber sei noch auf die Kurve 0-35-36 hingewiesen. Ein solcher Verlauf würde sich dann ergeben, wenn man eine nicht vorgespannte Verbindung 2 mit Federn 27 paaren würde. In diesem Falle würde eine rein mechanische Kraftübertragung entfallen, da sich sofort entsprechend der Verspannung der Federn 27 eine hydraulische Reaktion aufbauen würde. Das bedeutet aber nichts weiter, als daß von Beginn an sowohl eine mechanische als auch eine hydraulische Kraftübertragung stattfindet. Erst bei Erreichen des Punktes 35, welcher dem Erreichen der

starren Kopplung gleichkommt, setzt die volle hydraulische Verstärkung ein, so dall die Kurve 35-36 parallel zur Kurve 0-31 verläuft. Kennlinien, welche sich aus mehreren, allmählich flacher werdenden K urvenstücken zusammensetzen, erhält man beispielsweise dann, wenn die gegensinnig wirkenden Federn 27 aus mehreren nach und nach zum Fingriff kommenden Federn bestehen. Mine ähnliche Kennung würde man erhalten, wenn die Charakteristik einer Feder 27 progressiv ist. Im übrigen sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die zur Erzeugung der hydraulischen Reaktion notwendigen Reaklionsflächen zwar als Bestandteil der Sleucrkolben dargestellt wurden, eine solche Anordnung aber nicht zwingend ist. FIs ist vielmehr möglich, einen Steueikolben nur mit einer Reaktionsfläche zu verschen und die andere Reaktionsfläche einem getrennt angeordneten Reaktionsglicd zuzuordnen. Schließlich ist es auch möglich, den Stcuerkolben frei von Reaklionsflächen zu hallen, und beide Reaktioiisflächen an getrennt angebrachten Reaktionsgliedern anzubringen.

In den F i g. 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, welches etwa der Kurve 0-35-36 entspricht Ein Steuerventil 37 besitzt einen gegen Verdrehung gesicherten Anschlußkörper38. Der Anschlußkörper 38 besitzt eine zentrale Bohrung 39. in welche eine Hülse 40 eingesetzt ist. Die Hülse 40 besitzt sich gegenüberliegende innere und äußere Ringnuten 41, 42, 43 und 44, welche durch Querbohrungen 45 und 46 miteinander verbunden sind. In der Hülse 40 ist ein a'> Kraftnusgangsglicd dienender Ventilkörper 47 geführt. In den Ventilkörper 47 sind quer und außermittig zu seiner Achse Bohrungen 48 und 49 angebracht. In der Bohrung 49 ist glcitbar ein Ventilglied in Form eines Steuerkolbens 50 angeordnet. Dieser Stcuerkolbcn 50 ist in der Lage. Anschlüsse A. /'und 7'voneinander abzusperren oder den Anschluß A wechselweise mit dem Anschluß P oder T zu verbinden. Die Anschlüsse A. P und 7 befinden sich im AnschlußkÖTper 38. Sichtbar darge stellt ist der Anschluß /'(Fig.4). Die Anschlüsse A. P und Fsind mit dem Stcuerkolben 50 über den erwähnten Ringnuten 41, 42, 43 und 44 sowie die Queibohrungen 45 und 46 und Längsbohrungen und Querbohrungen im Ventilkörper 47 verbunden. Von diesen verschiedenen Bohrungen sind eine lüngsbohrung 51 und eine Querbohrung 52 dargestellt. Des besseren Verständnisses wegen sind die Bezugszeichen A. P und T noch einmal an die entsprechenden Längs- bzw. Querbohrungen im Schnitt C-D in Fig.5 angezogen. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, daß der Druck im Anschluß /' auf die als Reaktionsfläche dienende, freie Stirnfläche a des Steuerkolbens 50 geleitet ist. In der Bohrung 48 gleitet ein weiteres Vcntilglicd in Form eines Reaktionskolbens 53, dessen als Reaktionsfläche dienende freie Stirnfläche b\om Druck im Anschluß A beaufschlagt ist Steuerkolben 50 und Reaktionskolben 53 stützen sich über Stößel 54 und 55 an einem Hebel 56 ab, welcher auf einer Schneide 57 gelagert ist, die fest mit dem Ventilkörper 47 verbunden ist Mit dem Hebel 56 ist über gegensinnig wirkende Federn 58 und 59 ein weiterer Hebel 60 verbunden. Dieser Hebel 60 steht in fester Verbindung mit einer als Krafteingangsglied dienenden Welle 61. Die Welle 61 ist im Ventilkörper 47 gelagert und mit diesem Ober einen als elastisch nachgiebige Verbindung dienenden Torsionsstab 62 verbunden. Der schaltungsmäßige Aufbau entspricht damit jenem von F i g. 2, wobei allerdings berücksichtigt werden muß, daß der Torsionsstab keine Vorspannung

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besitzt. Dementsprechend muli man sich die Verbindung 2' als nicht vorgespannt vorstellen. Die vorgegebene Realtivbewegung ist dadurch verwirklicht, daß die beiden Hebel 56 und 60 relativ zueinander um ein gewisses Maß verdrehbar sind, bevor eine starre Kopplung zwischen ihnen erreicht wird. Bei einer Bewegung der Welle 61 und einer damit verbundenen Verdrehung des Hebels 60 hat dadurch der Hebel 56 die Möglichkeit, sich entsprechend den am Steucrkolben 50 bzw. am Reaktionskolbcn 53 entstehenden Reaktionsdrücken so einzustellen, daß am Steuerkolben 50 die richtigen Verbindungen entstehen. Da die Reaktionsdrücke über die Federn 58 und 59 dem Hebel 60 mitgeteilt werden, erfolgt tatsächlich eine mechanische Kraftübertragung über den Torsionsslab 62 sowie eine hydraulische Übertragung über den Steucrkolben 50 bzw. den Reaktionskolbcn 53.

In den Fig.6 bis 9 ist eine Anordnung dargestellt, welche ohne Einschränkung der in F i g. 2 gezeigten Anordnung entspricht und somit auch entsprechend der Kurve 0-29-33-34 arbeitet. Hs ist ersichtlich, daß verschiedene Teile des Steuerventils 63 mil den entsprechenden Teilen des Steuerventils 37 (Fig.4) übereinstimmen oder jenen ähnlich sind. Dementsprechend wurden bei gleichen Teilen gleiche Bezugs/eichen verwendet, während bei ähnlichen Teilen die Bezugszeichen einen Strich bekamen. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Steuerventil 37 besteht in der Ausbildung der elastisch nachgiebigen Verbindung zwischen der als krafteingangsglied dienende Welle 61' und dem als Krafiausgangsglied dienenden Ventilkörper 47'. Nähere Einzelheiten sind insbesondere aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich. Mit der Welle 61' ist ein Betätigungsglied 64 fest verbunden. Das Betätigungsglicd 64 ist radial nach außen gerichtet und steht in Kontakt mit den Enden 65 und 66 eines geschlitzten, federnden Ringes 67. Die Enden 65 und 66 sind in axialer Richtung breiter als die axiale Breite des Betätigungsgliedes 64. Neben ihrer Anlage am Betätigungsglied 64 finden die Enden 65 und 66 eine weitere Anlage an einem Ansatz 68, welcher fest mit dem Ventilkörper 47' verbunden ist. Die Anlage erfolgt jeweils am Boden von Nuten 69 und 70 im Ansatz 68, welche sich in axialer Richtung erstrecken und sich derart gegenüberliegen, daß zwischen ihnen ein Steg 71 entsteht. Der Steg 71 hat in tangentialer Richtung die gleiche Breite wie das Betätigungsglied 64, welches in tangentialer Richiung nach beiden Richtungen in einem Durchbruch 72 beweglich ist, welcher die Nuten 69 und 70 in radialer Richtung anschneidet. Zur Erklärung der Funktion sei angenommen, daß das Betätigungsglied 64 — bezogen auf die Darstellung in Fig.9 — nach links bewegt werde. Fs bewegt sich dann in tangentialer Richtung im Durchbruch 72 und hebt dabei das Ende 65 von seinem Auflager ab. Das Auflager, welches dem Boden der Nut 70 entspricht, ist wegen der .Schnittdarstellung nicht

.'■ sichtbar. Das Abheben des Endes 65 bedeutet für den Ring 67 eine weitere Zunahme der Spannung. Dabei finde! der Ring 67 sein Widerlager durch die Aniagc seines Endes 66 am Boden der Nut 69. Durch die Breite des Steges 71 kann die Vorspannung des Ringes 67

ίο variiert werden. Bis zur Überwindung dieser Vorspannung besteht zwischen der Welle 6Γ und dem Ventilkörper 47' eine starre Verbindung. Diese starre Verbindung bedeutet eine zunächst rein mechanische Kraftübertragung und entspricht der Kurve 0-29 (Fi g. 3). Nach Überwindung der Vorspannung wird, wie schon beschrieben, das Betätigungsglied relativ zum Ansatz 68 und damit zum Ventilkörper 47' bewegt. Die gleiche Bewegung wird von dem Hebel 60 vollzogen. Dessen Bewegungen werden aber aufgrund der vorgegebenen Relativbewegung nicht sofort auf den Hebel 56 übertragen, sondern finden ihren Niederschlag in einer Verspannung der Federn 58 bzw. 59. Entsprechend der Verspannung dieser Federn 58 und 59 stellt sich an den Reaktionsflächen a und b des Steuerkolbens 50' bzw. des Reaktionskolbens 53' ein hydraulischer Druck ein. Als Kennlinie ergibt sich dabei die Kurve 29-33. Nach weiterer Verspannung des Ringes 67 und einer damit verbundenen weiteren Verspannung der Federn 58 bzw. 59 findet schließlich eine starre Kopplung zwischen den llebeh 56 und 60 statt. Damit ist die volle hydraulische Verstärkung erreicht. Die Steigung der Kennlinie ist nur noch durch die Zunahme der hydraulischen Reaktion bestimmt. Die Kurve 33-34 verläuft daher parallel zur Kurve 0-31, welche eine rein hydraulische Verstärkung charakterisiert.

!n F i g. 10 smd zwei Hebel 56' und 60' dargestellt. Der Hebel 56' ist auf einer Schneide 57' gelagert und wirkt über Stößel 54 und 55 auf nicht näher dargestellte Ventilglieder ein. Der Hebel 60 ist mit einer Welle 61" fest verbunden und besitzt gegenüber dem Hebel 56' einen toten Gang. Der Hebel 60' ist so ausgebildet, daß er, nachdem er nach Überwindung des toten Ganges in Kontakt mit dein Hebel 56' gelangt ist, eine elastische Verformung erfährt. Durch diese Verformung übernimmt der Hebel 60' die Funktion einer Feder, so daß spezielle Federn überflüssig sind.

Wie schon erwähnt, kann die elastisch nachgiebige Verbindung aus druckzentricrenden Kolbcn-Zylinder-

Systemen bestehen, welche vorzugsweise mit konstantem Druck gespeist werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Druckmittelsteueranlage zur Wegesteuerung eines doppeltwirkenden Servomotors, insbesondere für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einer Steuerventileinrichtung, die in ihrer Neutralstellung bei einem Servomotor mit gleich großen Wirkflächen eine Druckquelle gegenüber dem Ablauf und den Arbeitsräumen des Servomotors verschließt bzw. bei einem Servomotor mit unterschiedlich großen WLkflächen eine Druckquelle gegenüber dem der größeren Wirkfläche zugeordneten Arbeitsraum sowie dem Ablauf verschließt, wobei der andere Arbeitsraum des Servormotors dauernd mit der Druckquelle verbunden ist, und mit Mitteln zum manuellen Betätigen des Ventilgliedeü bzw. der Ventilglieder der Steuerventileinrichtung in Abhängigkeit von einer Relativbewegung zwischen dem Krafteingangsglied und den Kraftausgangsglied der Druckmittelsteueranlage, wobei das Kraftausgangsglied mit dem arbeitsaktiven Teil des Servomotors, z. B. mit dessen Arbeitskolben verbunden ist, die Verschiebung dieses arbeitsaktiven Teils auf die Steuerventileinrichtung mechanisch rückgeführt ist und die Ventilglieder der Steuerventileinrichtung mit vom Druck in den Arbeitsräumen des Servomotors beaufschlagten Reaktionsflächen versehen sind, derart, daß jedem Arbeitsraum eine solche Reaktionsfläche zugeordnet ist, und außerdem mit einer elastisch nachgiebigen Verbindung zwischen dem Krafteingangsglied und dem Kraftausgangsglied zur Ermöglichung eines nicht verstärkten Ausgangskraftanteils, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Servomotors (9) mit gleich großen Wirkflächen dessen Arbeitsräume (K), 11) und im Falle des Servomotors (9') mit unterschiedlich großen Wirkflächen dessen der größeren Wiikfläche zugeordneter Arbeitsraum (H') in der Neiitralstellung der Steuerventileinrichtung (13; 13'; 37,63) gegenüber der Druckquelle (15) und dem Ablauf verschlossen sind und daß das bzw. die Ventilglieder in Form von Steuer- bzw. Reaktionskolben (18; 18'; 50; 50'; 53; 53') gegenüber dem Krafteingangsglied (1) so angeordnet sind, daß ausgehend von der bei Nichtbetätigung vorhandenen arbeitsunwirksamen Stellung des Krafteingangsgliedes (1) und des bzw. der Ventilglieder eine starre Kopplung des Krafteingangsgliedes (1) mit dem bzw. einem der Ventilglieder erst nach einer vorgegebenen Relativbewegung des Krafteingangsgliedes (1) gegenüber dem bzw. einem der Ventilglieder stattfindet.

2. Druckmittelsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Erreichen der starren Kopplung des bzw. eines der Ventilglieder mit dem Krafteingangsglied (1) das betreffende Ventilglied durch mindestens zwei gegensinnig wirkende Federn (27; 58,59) elastisch abgestützt ist, wobei die Federanordnung so getroffen ist, daß sich die Federkräfte in der arbeitsunwirksamen Stellung des Krafteingangsgliedes und des bzw. der Ventilglieder ohne Beeinflussung durch die auf den Reaktionsflächen bestehenden Drücke aufheben.

3. Druckmittelsteueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegensinnig wirkenden Federn parallelgeschaltete, nacheinander in Eingriff kommende Federn sind.

4. Druckmittelsteueranlage nach Anspruch I mit

zwei in einem Ventilkörper quer und außermittig zu dessen Achse angebrachten Ventilgliedern in Form eines Reaktionskolbens und/oder von Steuerkolben mit Reaktionsfläche, welche Kolben direkt oder indirekt z. B. über Stößel mit einem gegenüber dem Ventilkörper schwenkbaren Hebel in Form einer Drehmomentwaage zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (56) im Ventilkörper (47; 47') gelagert ist und von einem zweiten, mit dem Krafteingangsglied verbundenen Hebel (60) nach einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen den Hebeln (56,60) schwenkbar ist.

5. Druckmittelsteueranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als Drehmomentwaage dienende Hebel (56) auf einer am Ventilkörper (47; 47') befestigten Schneide (57) gelagert ist.

6. Druckmiuelsteueranlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Drehmomentwaage dienende Hebel (56) bezüglich der Drehachse des Ventilkörpers (47; 47') exzentrischer angeordnet ist als der mit dem Krafteingangsglied verbundene Hebel (60), der in Richtung der Achsen der Ventilglieder verlaufende Aussparungen oder Durchbrüche aufweist, welche von den Ventilgliedern oder z. B. von auf diese wirkenden Stößeln (54, 55) mit Spiel durchdrungen werden, um eine W'rkverbindung zwischen den Ventilgliedern und dem als Drehmomentwaage dienenden Hebel (56) herzustellen.

7. Druckmittelsteueranlage nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gegensinnig wirkenden Federn (58, 59) zwischen den Hebeln (56, 60) angeordnet sind.

8. Druckmittelsteueranlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Krafteingangsglied verbundene Hebel (60') blattfederartig ausgebildet ist und nach Erreichen der starren Kopplung mit dem als Drehmomentwaage dienenden Hebel (56') als Feder wirkt.