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Endlagenschaltvorrichtung, insbesondere für hydraulische Lenkkreise
Die Erfindung bezieht sich auf eine Endlagenschaltvorrichtung mit einem Fühlglied,
das bei Erreichen der Endlage eines Arbeitselements betätigt wird, und mit einem
Schaltglied, das in -Abhängigkeit vom Fühlglied die LeistungszuSuhr zum Arbeitselement
abschaltet, insbesondere für hydraulische Lenklireise.
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Bei einer bekannten Endlagenschaltvorrichtung (DT-AS 1 124 776) ist
ein Fuhlglied-Stößel vorgesehen, der von einem mit einem hydraulischen Arbeitsmotor
gekuppelten Bügel axial verschiebbar ist. Konzentrisch um den Fühlglied-Stößel ist
eine als Ventilschieber ausgebildete Schaltglied-Hülse angeordnet.
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Wenn der Füllglied-Stößel um etwa einen Millimeter verschoben ist,
wird ein hydraulischer Pfad freigegeben, der eine Stirnseite der Schaltglied-Hülse
unter Druck setzt und diese in eine Sperrstellung verschiebt. Hierdurch wird die
Druckmittelzufuhr zum hydraulischen Motor unterbrochen und dieser kommt in der durch
die Schaltvorrichtung definierten Endlage zur Ruhe. Es besteht daher keine Gefahr,
daß die vom Motor bewegten Maschinenteile, Werkstücke o. dgl. an einen mechanischen
Anschlag gepreßt werden oder einen anderen Schaden erleiden.
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Schwierigkeiten ergeben sich aber bei Arbeitselementen, die mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit verstellbar sind und verhältnismäßig große Massen bewegen, wie dies
beispielsweise bei einem hydraulischen Lenkkreis der Fall ist, wo die Geschwindigkeit
des Arbeitsmotors proportional der Geschwindigkeit ist, mit der das Lenkhandrad
gedreht wird.
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Bei hoher Geschwindigkeit ergeben sich nämlich wegen der Trägheit
der bewegten Massen bei plötzlicher Abschaltung hohe Drücke, die auf einen unzulässig
hohen Wert steigen können. Eine Begrenzung des Druckes kann durch ein zusätzliches
Uberdruckventil erreicht werden, was jedoch zufolge hat, daß der Arbeitsmotor sich
weiter als erwünscht bewegt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Endlagenschaltvorrichtung
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die Abweichung der tatsächlich
erreichten Endlage von der gewünschten Endlage trotz unterschiedlicher Geschwindigkeiten
des Arbeitselements gering ist, und gleichzeitig der Spitzendruck im System einen
vorgesehenen Wert nicht übersteigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fühlglied
gegenüber der gewünschten Endlage um einen mindestens dem Anhalteweg bei maximaler
Geschwindigkeit des Arbeitselements entsprechenden Abstand versetzt ist und mit
dem Schaltglied über eine Kupplung verbunden ist, die das Ansprechen des Schaltgliedes
mit abnehmender Geschwindigkeit des Arbeitselements verzögert.
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Mit dieser Konstruktion kann sichergestellt werden, daß das Arbeitselement
auch bei maximaler Geschwindigkeit die gewünschte Endlage erreicht. Zwar wird das
Fuhlglied nunmehr bei geringeren Geschwindigkeiten zu frUh betätigt. Die verzögert
arbeitende Kupplung stellt aber sicher, daß trotz des kürzeren Anhalteweges etwa
die gewünschte Endstellung erreicht wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fuhlglied mit einer
der Geschwindigkeit des Arbeitselements proportionalen Geschwindigkeit betätigbar,
das Schaltglied ist gegen die Kraft einer Stützfeder verstellbar und die Kupplung
weist eine zwischen Fühlglied und Schaltglied angeordnete Druckfeder, die im Ruhezustand
schwächer als die Stützfeder ist, und eine mit einem Fluid gefüllte Kammer veränderlichen
Volumens auf, die eine Austrittsleitung mit einem Drosselorgan hat.
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Durch das Fühlglied wird die Kammer mit der dem Arbeitselement proportionalen
Geschwindigkeit zusammengedrückt. Infolgedessen versucht das eingeschlossene Fluid
über das Drosselorgan zu entweichen. Hierbei baut sich in der Kammer ein von der
Geschwindigkeit des Fuhlgliedes abhängiger Druck auf, der umso größer ist je größer
die Geschwindigkeit des Füllt gliedes. Die von diesem Druck auf das Schaltglied
ausgeübte Kraft überlagert sich der Kraft der Druckfeder, die mit zunehmender Zusammenpressung
zunimmt. Sobald die Gesamtkraft die Kraft der Stützfeder übersteigt, verschiebt
sich das Schaltglied. Da bei kleineren Geschwindigkeiten eine stärkere Zusammenpressung
der Druckfeder erforderlich ist als bei größeren Geschwindigkeiten, ergibt sich
die gewünschte Verzögerung beim Ansprechen der Kupplung. Wenn das Arbeitselement
aus der Endlage herausbewegt wird, kehren Fühlglied und Schaltglied unter dem Einfluß
der sie belastenden Federn in ihre Ruhestellung zurück.
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Bei einer sehr einfachen Konstruktion sind in einer Bohrung axial
hintereinander ein Fühlglied-Stößel, die Kammer mit der Druckfeder, ein Schaltglied-Stößel
und die Stützfeder angeordnet. Dles ergibt sowohl einen platzsparenden Aufbau als
auch eine billige Herstellung.
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Als Drosselorgan genügt ein einfacher Drosselkanal. Man kann aber
auch ein von außen verstellbares Drosselorgan vorsehen, um eine Anpassung an verschiedene
Betriebs- oder Einbauverhältnisse vornehmen zu können.
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Zazeckmaßigerfeise ist das Fluid eine hydraulische Flüssigkeit und
die Austrittsleitung mit einem Tar=anschlußstutzen verinden. Da bei einem hydraulisch
betätigten Arbeitsmotor ohnehin hydraulische Flüssigkeit zur Verfügung steht, erfordert
dies keinen wesentlichen Mehrauflfand. Wenn Fühlglied und Schaltglied in die Ruhestellung
zurückkehren, füllt sich die Kammer mit aus dem Tank angesaugter Flüssigkeit auf.
Hierbei empfiehlt es sich, das Drosselorgan durch ein Rückschlagventil zu überbrücken,
damit der Ansaugvorgang nicht durch den Drosselwiderstand behindert wird.
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Hierbei schadet es nichts, wenn auch der die Stützfeder aufnehmende
Teil der Bohrung sich mit hydraulischer Flüssigkeit füllt. Man kann dann diesen
Teil der Bohrung einfach über einen Kanal mit dem Tankanschlußstutzen verbinden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schaltglied-Stößel
unmittelbar ein Ventilschieber sein, der den hydraulischen Teil des Arbeitselements
steuert.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Schaltglied-Stößel stirnseitig
aus der Bohrung herausgeführt und betätigt einen dort angeordneten elektrischen
Kontakt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispias näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild mit einer
erfindungsgemäßen Endlagenschaltvorrichtung, Fig. 2 ein Weg-Geschwindigkeits-Diagramm
und Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung.
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In Fig. 1 fördert eine Pumpe 1 aus einem Tank 2 Öl über ein Rückschlagventil
3 zu einem Steuergerät 4, das mit Hilfe eines Lenkrades 5 verstellbar ist, In der
Ruhestellung gelangt das Drucköl über einen Neutr<lstellungspfad 6 in den Tank
zurück. Ein Überdruckventil 7 stellt sicher, daß der Druck im Steuergerät 4 einen
vorgegebenen Grenzdruck nicht überschreitet. Je nach Drehung des Lenkhandrades 5
kann die Druckflüssigkeit über eine Leitung 8 oder 9 zu einem Arbeitselement 10
beispielsweise in der Form eines Axialmotors geleitet werden. Der Kolben 11 des
Motors hat eine Kolbenstange 12, mit der beispielsweise die Räder eines zu lenkenden
Fahrzeuges verstellt werden. Die Kolbenstange 12 oder ein anderes damit verbundenes
Bauteil trifft ein erhebliches Stück vor Erreichen der gewünschten Endlage auf ein
Fühlglied 13 einer Endlagenschaltvorrichtung 14, die je nach der Geschwindigkeit
des Arbeitselements 10 sofort oder verzögert anspricht, wie es nachstehendnoch erläutert
wird. Beim Ansprechen öffnet die Schaltvorrichtung einen das Steuergerät 4 und das
Arbeitselement 10 umgebenden lCurzschlußpfad 15, 16, so daß dem Arbeitselement 10
keine Druckflüssigkeit mehr zugeführt wird. Eine ähnliche Endlagenschaltsorrichtung
ist auch für die andere Bewegungsvorrichtung mrgesehenF aber der Übersichtlichkeit
halber nicht eingezeichnet.
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Fig. 2 zeigt in einem Diagramm über der Geschwindigkeit v des Kolbens
11 die Ansprechcharakteristik P der erfindungsgemäßen Endlagenschaltvorrichtung.
Auf dem Weg s des Kolbens ist die gewünschte Endlage a eingezeichnet, die kurz vor
einem mechanischen Anschlag b, z. B. der oberen Stirnseite des Kolbens 11 des Arbeitsmotors,
liegt. Der Punkt c gibt an, wann die Kolbenstange 12 mit dem Fühlglied 13 in Berührung
tritt.
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Die Differenz a - c entspricht dem Anhalteweg wmax der bewegten Teile
bei maximaler Geschwindigkeit. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist auch der Anhalteweg
w kleiner. Infolgedessen tritt zwischen der Berührung des Fühlgliedes 13 im Punkt
c und dem Ansprechen der Endlagenschaltvorrichtung auf einem Punkt der Linie P bei
Geschwindigkeiten, die geringer als die maximale sind, eine Verzögerung ein.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist ein Gehäuse 17 mit zwei stirnseitigen
Deckeln 18 und 19 sowie einer Längsbohrung 20 vorgesehen. In dieser Längsbohrung
sind axial hintereinander ein Fühlglied-Stößel 13, eine Druckfeder 21 in einer Kammer
22, ein Schaltglied-StöBel 23 und eine Stützfeder 24 in einer Kammer 25 vorgesehen.
Der Schaltglied-Stößel 23 hat eine Ringnut 26, die bei einer axialen Verschiebung
nach rechts zwei R'llgnuten 27 und 28 im Gehäuse 17 miteinander verbindet. Die Ringnut
27 ist mit einem Anschlußstutzen 29, an welchen die Kurzschlußleitung 15 anschließt,
die Ringnut 28 mit einem Stutzen 3D, an welchen die Kurzschlußleitung 16 anschließt,
verbunden. Von der Kammer 22 geht eine Austrittsleitung 31 ab, in die ein von außen
verstellbares Drosselorgan 32 eingeschaltet ist. Sie fuhrt zu einem Anschlußstutzen
33, der mit dem Tas 2 verbunden ist. Ein Rückschlagventil 34 überbrückt das Drosselorgan
32. Ein Kanal 35 verbindet die Kammer 25 mit dem Tankanschlußstutzen 33.
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Wenn der Fühlglied-Stößel 13 ganz langsam in die Kammer 22 gedrückt
wird, kann die verdrängte Flüssigkeit über das Drosselorgan 32 in den Tank 2 abfließen.
Erst wenn die Druckfeder 21 genügend stark zusammengedrückt ist, um die Kraft der
Stützfeder 24 zu überwinden, wird der Schaltglied-Stößel 23 nach rechts verschoben,
um den Kurzschlußpfad 15, 16 zu öffnen.
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Dies entspricht einem Ansprechen des Schaltglied-Stößels 23 im Punkt
a des Diagramms der Fig. 2.
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Wenn der Fühlglied-Stößel 13 schneller bewegt wird, kann die verdrängte
Flüssigkeit nur teilweise über das Drosselorgan 32 abfließen. In der Kammer 22 baut
sich daher ein Druck auf, der sich der Kraft der Druckfeder 21 überlagert. Diese
braucht daher weniger stark zusammengedrückt zu werden, um die Kraft der Stützfeder
24 zu überwinden. Dies entspricht irgendeinem Punkt auf der Linie P im Diagramm
der Fig. 2.
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Wenn der Fühlglied-Stößel 13 mit maximaler Geschwindigkeit verstellt
wird, kann fast überhaupt keine Flüssigkeit mehr über das Drosselorgan 32 abfließen.
Der Schaltglied-Stößel 23 wird daher praktisch unmittelbar hydraulisch vom Fühlglied-Stößel
13 verstellt. Die Endlagenschaltvorrichtung spricht daher etwa im Punkt c des Diagramms
der Fig. 2 an.
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Wenn das Arbeitselement in entgegengesetzter Richtung aus der Endlage
entfernt wird, drückt die Stützfeder 24 den Schaltglied-Stößel 23 und dieser die
Druckfeder 21 und den Fühlglied-Stößel 13 in die Ausgangslage zurück. Die sich dabei
vergrößernde Kammer 25 nimmt über die Leitung'35, die sich vergrößernde Kammer 22
über das Rückschlagventil 34 und das Drosselorgan 32 Druckmittel aus dem Tank 2
auf.
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In der Ausführungsform der Fig. 3 ist der Schaltglied-Stößel 23 als
Ventilschieber ausgebildet. Er kann aber auch, wie es gestrichelt gezeichnet ist,
durch den Deckel 19 hindurchgreifen und den Kontakt 36 eines dort angeordneten elektrischen
Schalters 37 betätigen. Dieser Schalter kann ein Magnetventil im hydraulischen Kreis
betätigen oder bei Ven¢endung eines elektrisch angetriebenen Arbeitselements die
Stromzufuhr zu diesem unterbrechen.