DE2257217C3 - Schaltvorrichtung zum Anhalten des arbeitsaktiven Teils eines druckmittelbetätigten Servomotors in einer vorgegebenen Endlage, insbesondere für hydraulische Lenkkreise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichlung zum Anhalten des arbeitsaktiven Teils eines druckmittelbetätigten Servomotors in einer vorgegebenen Endlage, mit einem vom arbeitsaktiven Teil betätigten Endlagen-Fühlglied und mit einem in Abhängigkeit vom Fühlglied verschiebbaren, die Druckmittelzufuhr zum Servomotor abschaltenden Schaltgüed, wobei das Fühlglied vom arbeitsaktiven Teil des Servomotors über einen Abschnitt des Anhalteweges betätigbar ist, insbesondere für hydraulische Lenkkreise.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DT-AS 124 776) ist ein Fühlgliedstößel vorgesehen, der von einem mit einem hydraulischen Servomotor gekuppeilen Bügel axial verschiebbar ist. Konzentrisch um den Fühlgliedstößel ist eine als Ventilschieber ausgebildete Schaltgliedhülse angeordnet Wenn der Fühlgliedstößel um etwa einen Millimeter gegen die Kraft einer einen etwas größeren Weg zulassenden Feder verschoben ist, wird ein hydraulischer Pfad freigegeben, der eine Stirnseite der Schaltgliedhülse 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 in Ruhe. Es besteht daher keine Gefahr, daß die vom Servomotor bewegten Maschinenteile, Werkstücke od. dgl., an einen mechanischen Anschlag gepreßt werden und dabei Schaden erleiden.

Schwierigkeiten ergeben sich aber bei arbeitsaktiven Elementen, 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 Stellmotors proportional derjenigen Geschwindigkeit ist, mit der das Lenkrad gedreht wird. 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 Überdruckventil erreicht werden, was jedoch zur Folge hat, daß der Servomotor sich weiter als erwünscht bewegt

Es liegt daher die Aufgabe vor, eine Schaltvorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Abweichung der tatsächlich erreichten Endlage von der gewünschten Endlage trotz unterschiedlicher Geschwindigkeiten des arbeitsaktiven Teils gering ist und gleichzeitig der Spitzendruck im System einen vorgesehenen Wert nicht übersteigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fühlglied vom arbeitsaktiven Teil des Servomotors über mindestens eine seinem Anhalteweg bei maximaler Geschwindigkeit entsprechende Länge betätigbar ist und mit dem Schaltglied über eine Verzögerungseinrichtung verbunden ist, die das Ansprechen des Schaltgliedes um so stärker verzögert, je kleiner die Geschwindigkeit des arbeitsaktiven Teils des Servomotors ist.

Mit dieser Konstruktion kann rich'jrgestellt werden, daß das arbeitsaktive Teil unabhängig von der Geschwindigkeit in der gewünschten Endlage zur Ruhe kommt. Bei maximaler Geschwindigkeit des arbeitsaktiven Teils spricht das Schaltgüed sofort nach Betätigen des Fühlglieds an, und es steht ein maximaler Anhalteweg zur Verfügung. Um bei geringeren Geschwindigkeiten und dem entsprechend kürzeren Anhalteweg etwa die gleiche Endlage zu erreichen, erfolgt das Ansprechen des Schaltgliedes gegenüber der Betätigung des Fühlgliedes mit einer von der Geschwindigkeit abhängigen zeitlichen Verzögerung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Verzögerungseinrichtung eine zwischen Fühlglied und Schaltgüed angeordnete Druckfeder, eine mit einem Fluid gefüllte Kompressionskammer und eine Austrittsdrossel aufweist. Wenn in üblicher Weise das Fühlglied mit einer der Geschwindigkeit des Arbeitselements proportionalen Geschwindigkeit betätigt wird und das Schaltgüed gegen die Kraft einer Stützfeder verstellbar ist, wird das Fluid in der Kompressionskammer mit der dem arbeitsaktiven Teil proportionalen Geschwindigkeit zusammengedrückt. Infolgedessen versucht das eingeschlossene Fluid über die Austrittsdrossel zu entweichen. Hierbei baut sich in

der Kompressionskammer ein von der Geschwindigkeit des Fühlgliedes abhängiger Druck auf, der um so größer ist, je größer die Geschwindigkeit des Fühlgliedes ist. Die von diesem Druck auf das Schaltglied ausgeübte Kraft überlagert sich der Kraft der Druckfeder, die mit zunehmender Zusammenpressung zuniinmt. 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 hinsichtlich des Ansprechens der Schaltvorrichtung. Wenn das arbeitsaktive Teil des Servomotors aus der Endlage herausbewegt wird, kehren Fühlglied und Schaltglied unter dem Einfluß der sie belastenden Fedem in ihre Ruhestellung zurück.

Bei einer sehr einfachen Konstruktion, bei der das Schaltglied durch eine Stützfeder abgestützt und in einer Bohrung angeordnet ist, sind das als Stößel ausgebildete Fühlglied, die Kompressionskammer mit der Druckfeder, das ebenfalls als Stößel ausgebildete Schaltglied und seine Stützfeder in der Bohrung axial hintereinander angeordnet. Dies ergibt sowohl einen platzsparenden Aufbau als auch eine billige Herstellung.

Als Austrittsdrossel genügt ein fester Drosselkanal. Man kann aber auch eine von außen verstellbare Austrittsdrossel vorsehen, um eine Anpassung an verschiedene Betriebs- oder Einbauverhältnisse vornehmen zu können.

Zweckmäßigerweise ist bei Verwendung eines hydraulischen Fluids die Austrittsdrossel durch ein zur Kompressionskammer hin öffnendes Rückschlagventil überbrückt. Ein hydraulisches Fluid steht bei einem hydraulisch betätigten Servomotor ohnehin zur Verfügung. Wenn Fühlglied und Schaltglied in die Ruhestellung zurückkehren, füllt sich die Kompressionskammer mit aus dem Tank angesaugter Flüssigkeit rasch auf, da dieser Ansaugvorgang durch die genannte Überbrükkung nicht durch den Drosselwiderstand behindert wird.

Das Schaltglied kann in bekannter Weise ein Ventilschieber sein, der den hydraulischen Teil des Servomotors steuert. Bri einer anderen Ausführungsform ist das Schaltglied stirnseitig aus der Bohrung herausgeführt und betätigt einen dort angeordneten elektrischen Kontakt.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäUen Schaltvorrichtung wird nachstehend ar. Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i ν,. 1 ein Schaltbild der Anlage mit der Schaltvorrichtung,

F i g. 2 ein Weg-Geschwindigkeits-Diagramm und

F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Schaltvorrichtung.

In F i g. 1 fördert eine Pumpe 1 aus einem Tank 2 öl über ein Rückschlagventil 3 zu einem ein Wegeventil bildendes Steuergerät 4, das mit Hilfe eines Lenkrades 5 verstellbar ist. In der Ruhestellung gelangt das Drucköl über einen Neutralstellungspfad 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 Lenkrades 5 kann die Druckflüssigkeit über eine Leitung 8 oder 9 zu einem Servomotor 10 beispielsweise in der Form eines Axialmotors geleitet werden. Der arbeitsaktive Teil 11 des Servomotors, hier der Kolben, hat eine Kolbenstange 12, mit der beispielsweise die Räder eines zu lenkenden Fahrzeuges verstellt werden. Die Kolbenstange 12 oder ein anderes damit verbundenes 3auteil trifft ein erhebliches Stück vor Erreichen der gewünschten Endlage auf ein Fühlglied 13 einer Schaltvorrichtung 14, die je nach der Geschwindigkeit des Servomotors 10 sofort oder verzögert anspricht, wie es nachstehend noch erläutert wird. Beim Ansprechen öffnet die Vorrichtung 14 einen das Steuergerät 4 und den Servomotor 10 umgebenden Kurzschlußpfad 15, 16, so daß dem Servomotor 10 keine Druckflüssigkeit mehr zugeführt wird. Eine ähnliche Vorrichtung 14 ist auch für die Endlage in der anderen Bewegungsrichtung vorgesehen, aber der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm über der Geschwindigkeit ν des den arbeitsaktiven Teil 11 bildenden Kolbens die Ansprechcharakteristik P der Schaltvorrichtung 14. Auf dem Weg S des Kolbens ist mit dem Punkt a die gewünschte Endlage eingezeichnet, die kurz vor einem mechanischen Anschlag b, z. B. der oberen Stirnseite des Kolbens des Servomotors liegt. Der Punkt c gibt an, wann die Kolbenstange 12 mit dem Fühlglied 13 in Berührung tritt. Die Differenz a bis c entspricht dem Anhalteweg wm»% der bewegten Teile bei maximaler Geschwindigkeit. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist auch der Anhalteweg w kleiner. Infolgedessen ergibt sich zwischen der Berührung des Fühlgliedes 13 im Punkt cund dem Ansprechen der Schaltvorrichtung auf einem Punkt der Linie P bei Geschwindigkeiten, die geringer als die maximale sind, eine zeitliche Verzögerung.

Bei der Ausführungsform der F i g. 3 ist ein Gehäuse 17 mit zwei stirnseitigen Deckeln 18 und 19 sowie einer Bohrung 20 vorgesehen. In dieser Bohrung sind axial hintereinander ein Stößel als Fühlglied 13, eine Druckfeder 21 an einer Kompressionskammer 22, ein Stößel als Schaltglied 23 und eine Stützfeder 24 in einer Kammer 25 vorgesehen. Das Schaltglied 23 hat eine Ringnut 26, die bei einer axialen Verschiebung nach rechts zwei Ringnuten 27 und 28 im Gehäuse 17 miteinander verbindet. Die Ringnut 27 ist mit einem Anschlußstutzen 29, an welchen der Kurzschlußpfadzweig 15 anschließt, die Ringnut 28 mit einem Stutzen 30, an welchen der Kurzschlußpfadzweig 16 anschließt, verbunden. Von der Kompressionskammer 22 geht eine Leitung 31 ab, in die eine von außen verstellbare Austrittsdrossel 32 eingeschaltet ist. Die Leitung führt zu einem Anschlußstutzen 33, der mit dem Tank 2 verbunden ist. Ein zur Kompressionskammer 22 hin öffnendes Rückschlagventil 34 überbrückt die Austrittsdrossel 32. Ein Kanal 35 verbindet die Kammer 25 mit dem Tankanschlußstutzen 33.

Die Druckfeder 21, die Kompressionskammer 22 sowie die Austrittsdrossel 32 bilden somit eine Verzögerungseinrichtung hinsichtlich des Ansprechens der Schaltvorrichtung 14.

Wenn das Fühlglied 13 ganz langsam in die Kompressionskammer 22 gedruckt wird, kann die verdrängte Flüssigkeit über die Austrittsdrossel 32 in den Tank 2 abfließen. Erst wenn die Druckfeder 21 genügend stark zusammengedrückt ist, um die Kraft der Stützfeder 24 zu überwinden, wird das Schaltglied 23 nach rechts verschoben, um den Kurzschlußpfad 15, 16 zu öffnen. Dies entspricht einem Ansprechen des Schaltglieds 23 praktisch erst im Punkt a des Diagramms der F i g. 2.

Wenn das Fühlglied 13 schneller bewegt wird, kann die verdrängte Flüssigkeit nur teilweise über die Austrittsdrossel 32 abfließen. In der Kompressionikammer

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 Pirn Diagramm der F i g. 2.

Wenn das Fühlglied 13 mit maximaler Geschwindigkeit verstellt wird, kann fast überhaupt keine Flüssigkeit mehr über die Austrittsdrossel 32 abfließen. Das Schaltglied 23 wird daher praktisch unmittelbar hydraulisch vom Fühlglied 13 verstellt. Die Schaltvorrichtung spricht daher schon etwa im Punkt c des Diagramms der F i g. 2 an.

Wenn der arbeitsaktive Teil 11 des Servomotors 10 in entgegengesetzter Richtung aus der Endlage entfern! wird, drückt die Stützfeder 24 das Schaltglied 23 und dieses die Druckfeder 21 und das Fühlglied 13 in die Ausgangslage zurück. Die sich dabei vergrößernde Kammer 25 nimmt über den Kanal 35, die sich vergrö-Bernde Kompressionskammer 22 über das Rückschlagventil 34 und die Austrittsdrossel 32 Druckmittel aus dem Tank 2 auf.

In der Ausführungsform der F i g. 3 ist das Schaltglied 23 als Ventilschieber ausgebildet. Es kann aber

ίο auch, wie es gestrichelt gezeichnet ist, durch den Dekkel 19 hindurchgreifen und den Kontakt 36 eines dort angeordneten elektrischen Schalters 37 betätigen. Dieser Schalter kann ein Magnetventil im hydraulischen Kreis betätigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung zum Anhalten des arbeitsaktiven Teils eines druckmittelbetätigten Servomotors in einer vorgegebenen Endlage, mit einem vom arfeeitsaktiven Teil betätigten Endlagen-Fühlgiied und •lit einem in Abhängigkeit vom Fühlglied vertchiebbaren, die Druckmittelzufuhr zum Servomotor abschaltenden Schaltglied, wobei das Fühlglied vom arbeitsaktiven Teil des Servomotors über «inen Abschnitt des Anhalteweges betätigbar ist, insbesondere für hydraulische Lenkkreise, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlglied (13) vom arbeitsaktiven Teil (11) des Servomotors (10) über mindestens eine seinem Anhalteweg bei maximaler Geschwindigkeit entsprechenden Länge betätigbar ist und mit dem Schaltglied (23) über eine Verzögerungseinrichtung (21, 22, 32) verbunden ist, die das Ansprechen des Schaltgliedes (23) um so stärker verzögert, je kleiner die Geschwindigkeit des arbeitsaktiven Teils (U) des Servomotors (10) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (21, 22, 23) eine zwischen Fühlglied (13) und Schaltgüed (23) angeordnete Druckfeder (21), eine mit einem Fluid gefüllte Kompressionskammer (22) und eine Austrittsdrossel (32) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Schaltgüed durch eine Stütr.feder abgestützt und in einer Bohrung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Stößel ausgebildete Fühlglied (13), die Kompressionskammer (22) mit der Druckfeder (21), das ebenfalls als Stößel ausgebildete Schaltglied (23) und seine Stützfeder (24) in der Bohrung (20) axial hintereinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdrossel (32) von außen verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines hydraulischen Fluids die Austrittsdrossel (32) durch ein zur Kompressionskammer (22) hin Öffnendes Rückschlagventil (34) überbrückt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (23) stirnseitig aus der Bohrung (20) herausgeführt ist und einen außen angeordneten elektrischen Kontakt (36) betätigt. so