DE2242022A1

DE2242022A1 - Druckmittelfolgesteuerung fuer servolenkungen oder dergleichen

Info

Publication number: DE2242022A1
Application number: DE2242022A
Authority: DE
Inventors: Guenter Strauff
Original assignee: Langen and Co
Current assignee: Langen and Co
Priority date: 1972-08-26
Filing date: 1972-08-26
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2242022C3; IT989251B; US3927602A; DE2242022B2; FR2197365A5; JPS4958295A; GB1379200A

Description

Patentanmeldung

Gegenstand: Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen oder dergleichen

Anntelderin: Fa. Langen & Co.

4 Düsseldorf, Klosterstr. 4Si

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen oder dergleichen mit zwei von einem gemeinsamen Betätigungsglied betätigten Steuerventilen zum wechselweisen Verbinden der Arbeitsräume eines hydraulischen Servomotors mit einer Druckquelle oder einem Ablauf sowie mit einer mechanischen Rückführung der Bewegung des Servomotors und einerRückmeldung der in den Arbe.itsräumen bestehenden Drücke an das Betätigungsglied über von diesen Drücken beaufschlagte Reaktionsflächen an den Steuergliedern der Steuerventile oder Reaktionsflächen an mit den Steuergliedern wirkungsmäßig verbundenen Reaktionsgliedern.

Eine derartige Druckmittelfolgesteuerung ist aus der deutschen Patentschrift 1 ool 132 bekanntgeworden. Die dortige Konstruktion besitzt zwei als Steuerglieder dienende Steuerkolben, die gegensinnig von einem als Drehmomentwaage dienenden Hebel betätigt werden. Die Steuerventile sind dabei über Stößel an dem Hebel angelenkt. Sofern die Steuerkolben eine positive überdeckung besitzen, sind die Arbeitsraume des Servomotors in einer Neutralstellung von der Druckquelle und üblicherweise auch vom Ablauf getrennt. Dadurch besteht die Möglichkeit, dai3 in den Arbeitsräumen sich ein wesentlich niedrigerer Druck einstellt als von der Druckquelle erzeugt wird.

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Bei Betätigung eines Steuerkolbens kann daher Druckmittel unter hoher.i Druckgefälle in einen Arbeitsraum niedrigeren Druckes einströmen. Dadurch können unerwünschte Rucke und Schläge im System auftreten. Es ist deshalb wünschenswert, einen Druck langsam aufzubauen bzw. von Beginn an einen bestimmten Druck in den Arbeitsräumen zum Zwecke einer hydraulischen rinspannung aufrechtzuerhalten. Die letztere Methode findet in der Praxis Anwendung in Form von Steuerkolben mit negativer Überdeckung, welche auch "opencenter-Bauart" genannt wird. Bei dieser Anordnung sind in einer Neutralstellung alle Anschlüsse miteinander verbunden, wobei ein gewisser Staudruck aufrecht erhalten wird. Da aber hierzu ein dauernder Druckwitte 1 verbrauch notwendig ist, besteht keine Möglichkeit, diese Anordnung für hydraulische Kreisläufe mit einem Druckspeicher zu verwenden und damit die Vorteile einer positiven Überdeckung aufrecht zu erhalten.

Es ist somit Aufgabe der Lrfindung, diese Nachteile zu vermeiden, d.h., bei einer Druckmittelfolgesteuerung der eingangs erwähnten Art auch in rieutralstellung der Steuerglieder einen uestiniaten Druck in den Arbeitsräumen ohne wesentlichen Verbrauch an Druckmittel aufrecht zu erhalten. Die Höhe ties Druckes soll zuden einstellbar sein. Schließlich soll es auch möglich sein, wie bei anderen Drucknittelfolgesteuerungen Begrenzungen der Eingangskraft, Ansprecnschwellen usw. anzubringen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindumjsgemäß dadurch, daß die Steuerventile jeweils vom Druck eines

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Arbeitsraumes mit Hilfe von Reaktionsflächen gegen die Kraft einer Regel feder gesteuerte ttoickregelventile jener Art sind, welche unterhalt« eines bestimmten Druckes eine Verbindung von der Druiclmuelle zum Arbeitsraum herstellen, diese Verbindung bei überschreiten des Druckes -zunehmend drosseln und schließlich sperren und bei weiterer ^ruclierhChung eine Verbindung von Arbeitsraum zum Ablauf öffnen, wobei sich die Regelfedern an den gemeinsamem Betätigungsglied abstützen. Uj. die Druckregelventile in einer ?Jeutralstellung so einstellen zu können, dalß sich in den Arbeitsräuraen' gleiche Drücke ergeben, ist die Vorspannung mindestens einer Regelfeder einstellbar. Weiterhin kann es zuweilen zweckmäßig sein, die Regelfedern so anzuordnen, daß sich nach Überwindung eines bestimmten Federweges ein mechanischer Eontakt zwischen den Betätigung sglied undden Druckrege lvent ilen ergibt.·

Anhand von in den Abbildungen dargestellten Prinzipskizzen und Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert*

Figur 1 zeigt in einer l'rinzipskizze eine Anordnung mit 2 Druckregelventilen, welche koaxial angeordnet sind und von einem translatorisch bewegten Betätigangsglied betätigt werden.

Figur 2 zeigt 2 quer und außermittig zur Achse eines Gehäuses angebrachte Druckregelventile rait einem gemeinsamen, rotatorisch bewegten Betätigungsglied sowie Verstelleinrichtungen zum Verstellen der Vorspannungen der Regelfedern.

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Die Pruckmittelfolgesteuereinrichtung nach Figur 1 besitzt 2 Druckregelventile 1 und 2. Das Druckrege1-ventil 1 besitzt einen Steuerkolben 3, welcher mit drei Schultern 4,5,6 versehen ist. Die Schultern 4 und b sind durch eine Taille 7 miteinander verbunden, während zwischen den Schultern 5 und Ii eine Taille β angebracht ist. Die die Taillen 7 und B umgebenden Ringräume sind mit 9 und Io bezeichnet. Im bereich des Ringraumes ü mündet ein Anschluß T, welcher mit einer Anlautleitung 11 verbunden ist. Im bereich des King räume s Io mündet hingegen ein Anschluß 1", v< lt:her über eine Druckleitung 12 mit einer Druckquelle 13 verbunden ist. Die Schulter b ist in einer Neutralste llung des Steuerkolbens 3 von einer Ringnut 14 umgeben, welche über einen Anschluß A sowie eine Leitung 15 mit einem Anschluß Aj eines Servomotors Ib verbunden ist. Von der Leitung Ib zweigt eine Steuerleitung 17 ab, welche in den sich an die freie Stirnfläche der Schulter 4 anschließenden Reaktionsraum IB ■ündet. Die freie iitirnflache der Schulter 6 wird von einer Regelfeder 19 beaufschlagt, welche sich mit ihren anderen Knde an einem Betätigungsglied 2o abstützt. Das Betätigungsglied 2o kann beispielsweise mit einem Lenkrad 21 verbunden sein. Das Druckrege1-ventil 2 besitzt einen Steuerkolben 22, welcher mit drei Schultern 23,24 und 25 versehen ist, welche durch Taillen 2b und 27 voneinander getrennt sind, öle Taillen 2b und 27 sind von Ringräumen 2tf und 29 umgeben. In den Ringraunt 28 mündet ein Anschluß P , welcher über eine Druckleitung 3o mit der Drurifelle 13 verbunden 1st. Der RingrauEi 29 steht über einen Anschluß Tj mit einer Ablaufleitung 31 in Verbindung. In einer Neutralstellung des Steuerkolben» 22 ist die Schulter 24 von

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einer Ringnut 32 umgeben, in welche ein Anschluß B mündet, welcher über eine Leitung 33 mit einem Anschluß B, des Servomotors 16 verbunden ist. Von der Leitung 33 zweigt eine Steuerleitung 3 4 ab, welche in einen an die freie Stirnfläche der Schulter 25 angrenzenden Reaktionsraum 35 führt. Die freie Stirnfläche der Schulter 23 wird von einer Regelfeder 36 beaufschlagt, welche sich mit ihrem anderen Ende an dem Betätigungsglied 2o abstützt. Der Servomotor 16 besitzt einen Zylinder 37, in welchem ein Kolben 38 gleitbar angeordnet ist. Der Kolben 38 ist mit einer zweiseitigen Kolbenstange 39 fest verbunden. Zv/ischen der Kolbenstange 39 und dem Gehäuse 4o der Druckmittelfolgesteuerung besteht eine mechanische Rückführung 41. Die Kolbenstange 39 ist von Arbeitsräumen 42 und 43 umgeben. Dem Arbeitsraum 43 ist der Anschluß A. zugeordnet, während dem Arbeitsraum 42 der Anschluß B₁ zugehörig ist.

Zur Erklärung der Funktion sei angenommen, daß die Regelfedern 19 und 36 in der gezeigten Lage der Steuerkolben 3 und 22 mit einer gewissen Vorspannung versehen seien, daß aber andererseits das gesamte Hydrauliksystem zunächst drucklos sei. Da in den Reaktionsräumen 18 und 35 dann ebenfalls kein Druck herrscht, werden die Regelfedern 19 und 36 die Steuerkolben 3 und 22 bis zu ihren Anschlägen verschieben. Durch diese Verschiebung werden die Verbindungen zwischen den Anschlüssen P und A bzw. zwischen P. und B geöffnet. Wenn nunmehr die Druckstelle 13 beginnt, einen Druck aufzubauen, wird sich dieser Druck über die Leitung 12, den Anschluß P₁ den Ringraum Io, die

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Ringnut 14, den Anschluß Λ, die Leitung 15 und die Steuerleitung 17 in den Reaktionsraun Id fortpflanzen. In ähnlicher Weise gelangt der Druck von der Druckquelle 13 über die Leitung 3o, den Anschluß P,, den Rirgraum 28, die Ringnut 32, den Anschluß B, die Leitung 33 und die Steuerleitung 34 in den Reaktionsraum 3[>. Sofern auf die Kolbenstange 3y keine äußeren Kräfte einwirken, wird der Kolben 38 auf beiden Seiten von dem gleichen Druck beaufschlagt werden. Der dabei entstehende Druck in Jen Arbeitsräunien 42 und 43 entsteht etwa in der gleichen Größe in den schon erwähnten Reaktionsraumen 31) und 10. Dort bewirkt der Druck, daß die Steuerkolben 3 und 22 gegen die Kraft der Regelfedern 19 und 36 verschoben werden. Uei dieser Verschiebung werden die Verbindungen zwischen den Anschlüssen P und Λ bzw. P. und b zunehmend gedrosselt,bis sie schließlich ganz unterbrochen sind. Der nun in den Arbeitsräunen 42 und 43 herrschende Druck entspricht den Vorspannungen der Regelfedern l'J und 3ü in der Neutralstellung, hir setzen mn weiter voraus, daß das Betätigungsglied 2o nach links bewegt wird. Dadurch erhält die Regelfeder ly eine stärkere Vorspannung, welche den Steuerkolben 3 nach links zu schieben versucht, wobei die Verbindung I' - Λ wieder etwas geöffnet wird. Auf der anderen Seite wird die Vorspannung der Regelfeder 36 vermindert. Aufgrund dieser Verminderung überwiegt nunmehr der Druck im Äeaktionsraun 3i> die Kraft der Regelfeder 36, und der Steuerkolben 22 wird ebenfalls nach links geschoben. Durch diese Verschiebung wird die Verbindung B-T geöffnet, so daß Druckmittel aus dem Arbeitsraum 42 über den Anschluß B, und die Leitung 33 zur Ablaufleitung aLströmen kann. Bei weiterer Verschiebung des Eetätigungsgliedes 2o nach links wird die Regelfeder 19 weiter

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«jespannt, und die Regelfeder 36 wird weiter entlastet. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis aufgrund der in den Arbeitsräumen 43 und 42 entstehenden Druckunterschiede auf den Kolben 38 eime solche Kraft ausgeübt wird, daß die äußeren, an der Kolbenstange 39 angreifenden Kräfte überwunden werden. Da die Bewegung der Kolbenstange 39 über die ntechainiisclie Rückführung

41 auf das Gehäuse 4o der Drucfcmiittelfolgesteuerung 1 rückgeführt wird, wird das Gehäuse 4o automatisch immer in eine der Neutralstellumaj entsprechenden Lage gebracht. Wenn in umgekehrter Meise das Betätigung sg lied 2o nach rechts bewegt wird, verringert sich die Vorspannung der Regelfeder 19, und der Steuerkolbon 3 bewegt sich nach rechts, wobei er die Verbindung A-T öffnet. Die Vorspannung der Regelfeder 36 dagegen wird erhöht, so täaffl sich der Steuerkolben 22 ebenfalls nach rechts bewegt und dabei eine Verbindung zwischen den Anschlüssen P. und B herstellt. Durch diese Verbindung wird der !Druck im Arbeitsraum 4 3 erniedrigt, während der Druck ims Arbeitsraum 42 ansteigt. Die Folge ist, daß sich der Eteuerkolben 38 aufgrund der entstehenden Drttickclifferenzen ebenfalls nach rechts bewegt. Die Höhe der ins den Arbeitsräumen

42 und 43 auftretenden Drücke ist dabei nur von den Vorspannungen der Regelfedern 3fe usnd 19 bestimmt» da diese Vorspannungen in ihrer Biöhe den Kräften entsprechen, welche sichaufc den Drucken; und wirksamen Flächen der Steuerkolben 3 und 22 ergeben. Es dürfte in diesem Zusammenhang klar Seim, daß die dargestellte Rückführung 41 nur die vorhandene Wirkverbindung zwischen der Kolbenstange 33 tand dem Gehäuse 4o darstellen soll . In der Praxis gibt es die ver- ■ schiedensten Methoden, um eine derartige Rückführung zu verwirklichen. Es dürfte ebenso klar sein, daß man anstelle eines ortsfesten Zylinders 37 auch den

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Kolben 3ό iiiit der KolLcnstanyo 3⁽J festlegen kann, wobei dann der zylinder 37 beweglich ware, und die Rückführung zwischen dem Zylinder 37 una dein Genäuse 4o wirken würde. Schließlich wird es praktischen Bedürfnissen entgegenkommen, wenn zwischen den Betatigungsglied und dem beweglichen Teil des Lervokolbens entweder von beginn an eine zusätzliche elastische mechanische Kopplung stattfindet, oder aber diese Kopplung wenigstens nach Zurücklegen eines bestinu;iten Federweges erreicht wird. Die Form der Druckregelventile ist ebenso in gewissen Grenzen frei wahlbar, wobei insbesondere die Form der üteuerkolben jener, weiter unten für Figur 2 beschriebenen, gleichen kann.

Die Druckmittel!olgesteuerung 44 nach Figur 2 besitzt ein Gehäuse 45, in welchem quer und außermittig zu seiner Achse Bohrungen 46 und 47 angebracht sind, in welchen .Steuerkolben 48 und 49 von Oruckregelventilen 5o und 51 gleitbar angeordnet sind. Die zugehörigen Anschlüsse sind mit den gleichen Llezugszeichen wie in Figur 1 belegt. IJs muß allerdings benerkt werden, daü die Anschlüsse sich normalerweise in einen nicht dargestellten Anschluükörper befinden, mit welchem das Gehäuse 4b in Art eines Drehverteilers zusammenwirkt, üaaurch ist es gewährleistet, daß das Gehäuse 45 in beliebige Stellungen gedreht werden kann und dennoch an den Anschlußkörper feste Leitungsverbindungen verlegt werden können. Von den Anschlüssen Λ und B gelien Leitungen 52 und 53 zu Anschlüssen Λ und hy eines Servomotors 54 aus. Dieser L>ervoiaotor 54 besitzt einen beweglichen Zylinder b'j, in welchem ein mit einer zv/eiseitigen ortsfesten Kolbenstange 56 fest verbundener Kolben 57 gleitbar angeordnet

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ist. Der Anschluß A. ist einein Arbeitsraum 5b innerhalb des Servomotors 54 zugeordnet, während der Λη-Schluß B^ in einen Arbeitsraum 59 mündet. Die Betätigung der Steuerkolben 48 und 4^CJ erfolgt von einem drehbarer. Betätigungsglied bo aus, welches beispielsweise mit einen Lenkrad verbunden sein könnte . In dem Betätigungsglied fao befinden sich Verstelleinrichtungen 61 und 62, welche über Federteller 63 und 64 auf Regelfedern 65 und 66 einwirken. Die Regelfedern 65 und 66 stützen sich über weitere Federteller 67 und 60 an Stößeln 69 und 7o ab, welche auf die Steuerkolben 4 8- und 4 9 einwirken. Innerhalb der Steuerkolben 48 und 49 verlaufen Steuerleitungen 71 und 72 zu sich an die Stirnflächen der Steuerkolben anschließenden Reaktionsräumen 73 und 74.

Die Funktion ist praktisch die gleiche wie schon für Figur 1 beschrieben. Demnach herrschen entsprechend der Darstellung in den Reaktionsräunen 73 und 74 bestimmte Drücke,- welche den Drücken in den Arbeitsräumen 5b und 5y und den Vorspannungen der Regelfedern 65 und 66 entsprechen. Diese Drücke sind so bemessen, daß sich an dem Kolben 57 ein hydrauliches Gleichgewicht ergibt. Wenn nunmehr das Betätigungsglieci bo im Uhrzeigersinn verdreht wird, erfolgt eine Erhöhung der Vorspannung der Regelfeder 6 5 verbunden mit einer Erniedrigung der Vorspannung der Regelfeder 66. Infolgedessen wird sich der Druck in Reaktionsraum 73~ bzw. im Arbeitsraum 5cierhöhen, während sich der Druck im Reaktionsraum 7

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bzw. ir.» Arbeitsraum 5^ erniedrigt. Die dadurch entstehende Druckdifferenz an den v/irksamen Flachen des Kolbens 57 verursacht eine Bewegung des Zylinders 55 nach links. Die Bewegung erfolgt solange, Ijxs der Ventilkörper 45 über die gestrichelte, symbolisch dargestellte Rückkoppe lung vom Zylinder 55 in eine Position gebracht wird, in welcher die £"> teuer kolben 48 und 4y wieder ihre N'eutralstellung einnehmen, d.h., in welcher alle Anschlüsse gesperrt sind. Erfolgt hingegen eine bewegung des Betätigungsgliedes üo gegen den Unrzeigorsinn, so wird die Regelfeder bb weiter gespannt, während die Regelfeder 65 entspannt wird. I.ntsprechenci den t'edervorspannungen ergibt sicii i;.i Reaktionsraum 74 bzw. im Arbeitsraum J¹J ein Druckanstieg, während der Druck im Reaktionsraum 73 uzw. im Arbeitsraum 56 absinkt. Die dadurch entstehende Druckuifferenz bewirkt eine Bewegung des Zylinders 55 nach rechts. Auch hier sorgt die Rückkoppelung zwischen dem Zylinder 55 und dem Ventilköfper 45 dafür, daü nach einem gewissen Hub der Ventilkörper 45 eine Stellung einnimmt, in welcher die Anschlüsse an den bteuerkolben 48 und 4S> gesperrt sind.

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. EB ist beispieleweise möglich, anstelle der dargestellten, doppeltwirkenden Zylinder jeweils zwei einfach wirkende Zylinder zu verwenüen. hs ist aber auch möglich, mehrere doppelt oder einfach wirkende Zylinder parallel zu schalten, wobei dannsicn entsprechende Arbeitsräume verbunden sein müssen. Weitere Variationen sind

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in Form der Steuerkolben sowie in der Art der Betätigung denkbar, ubwohl die Regelfedern als Schraubenfedern dargestellt sind, dürfte es klar sein, daß auch andere Arten von Federn zur Anwendung kommen können, So ist es zum Beispiel möglich, das Betätigungsglied von Figur 2 mit Blattfedern zu versehen oder als Blattfeder auszubilden.

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Claims

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Patentansprüche:

Druckiiiittelfolgesteuerung für Servolenkungen oder dergleichen mit zwei von einem gemeinsamen Betätigungsglied betätigten Steuerventilen zum wechselweisen Verbinden der Arbeitsräume eines hydraulischen Servomotors mit einer Druckquelle oder einem Ablauf sowie mit einer mechanischen Rückführung der Bewegung des Servomotors und einer Rückmeldung der in den Arbeitsräumen bestehenden Drücke an Betätigungsglied über von diesen Drücken beaufschlagte Ueaktionsflachen an den Steuergliedern der Steuerventile oder Reaktionsflächen an mit den Steuergliedern wirkungsmäßig verbundenen Reaktionsgliedern/dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (1,2; L>o,51) jeweils irom Druck eines Arbeitsraumes (42,43;58,b9) mit Hilfe der Reaktionsflächen gegen die Kraft einer Regelfeder (19 , 36;65 ,66) gesteuerte Druckregelventile jener Art sind, welche unterhalb eines bestimmten Druckes eine Verbindung (P - A, P. -B) von der Druckquelle (13) zum Arbeitsraum (42,43;bb,by) herstellen,diese Verbindung (P - A, P. - B) bei Überschreiten des Druckes zunehmend drosseln und schließlich sperren und bei weiterer Druckerhöhung eine Verbindung (A-T, B - Tj) vom Arbeitsraum (42,43;58,59) zum Ablauf (11,31) öffnen, wobei sich die Regelfedern (19, 36;65,66) an dem gemeinsamen Betätigungsglied (2o,6o) abstützen.
2. Druckmittelfolgesteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung mindestens einer Regelfeder (65,66) einstellbar ist.

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