DE2262575C3 - Hydraulische Druckmittelsteueranlage zur Wegesteuerung eines doppeltwirkenden Servomotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Druckmittelsteueranlage zur Wegesteuerung eines doppeltwirkenden Servomotors gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, nach Patent 22 42 021.

In den Ausführungsbeispielen des Hauptpatents ist eine Druckmittelsteueranlage mit einem Servomotor mit gleichgroßen Wirkflächen dargestellt, der von einem einzigen Steuerkolben in Art einer Vierkanten-Steuerung gesteuert ist Unter bestimmten Betriebsbe* «o dingungen treten hierbei in nachteiliger Weise beim Einsetzen der hydraulischen Servounterstützung Stöße und Schwingungen sowie Kavitation und Luftausscheidung und damit verbundene Geräuschbildung ein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine aus der Hauptanmeldung ohne weiteres herleitbare Druckmittelsteueranlage mit »Vierkanten-Steuerung«, aber zwei Steuerkolben so auszubilden, daß beim Einsetzen der hydraulischen ServounterstQtzung eine Geräuschbildung sowie Stöße und Schwingungen und weiterhin Luftausscheidungen und Kavitation weitgehend vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung liegt darin, daß es nunmehr möglich ist, in den Arbeitsräumen des Servomotors einen Überdurck von beispielsweise 3 bis 5 bar einzustellen.

Dieser Überdruck gewährleistet zum einen eine gewisse hydraulische Einspannung des Steuerkolbens, wodurch Geräuschbildung sowie unerwünschte Stöße und Schwingungen verhindert sind. Zum anderen ist der Überdruck aber so gering, daß auch nur geringe Dichtungsreibungen auftreten. Es ergibt sich dadurch der zusätzliche Vorteil, daß sich bei nicht beaufschlagtem Krafteingangsglied der Servomotor leicht durch äußere Kräfte bewegen läßt. Bei einer Anwendung für eine Servolenkung für Fahrzeuge bedeutet dies, daß die gelenkten Räder selbsttätig in die Geradeausstellung zurückkehren können. Natürlich ist auch eine rein mechanische Kraftübertragung zwischen dem Krafteingangsglied und dem Kraftausgangsglied möglich. Es ist bemerkenswert, daß bei diesen Betriebszuständen in beiden Arbeitsräumen des Servomotors ein Überdruck erhalten bleibt. Zwar sind auch schon in Ausführungsbetspielen des Hauptpatents gegensinnig wirkende Federn in den Kraftfluß zwischen Krafteingangsglied und einem Ventilglied bzw. zwei Ventilgliedern eingebaut, jedoch konnten diese Federn nicht die Drücke in den zugehörigen Reaktionsräumen beeinflussen und folglich auch nicht einen vorbestimmten Überdruck auf die Reaktionsflächen des oder der Ventilglieder hervorrufen.

Der Grund liegt darin, daß die Federn entweder nur auf einen Steuerkolben einwirkten oder aber zwischen einer Drehmomentwaage und einem Betätigungshebel angebracht waren und somit nicht direkt auf die von der Drehmomentwaage verstellbaren Kolben einwirken konnten.

Für andere Aufgabenstellungen ist es bereits bekannt, zwischen einem Krafteingangsglied und Steuerkolben Federn anzuordnen. Gemäß der DE-OS 2 19 395 wirkt eine Betätigungsstange über Schraubenfedern auf einen Steuerkolben. Die Schraubenfedern stützen sich jedoch an Anschlägen auf der Betätigungsstange ab, wirken gegeneinander und zentrieren in einer Neutralstellung den Steuerkolben relativ zur Betätigungsstange. Sie ermöglichen außerdem eine druckabhängige Relativverschiebung des Steuerkolbens zu der ihn durchdringenden Betätigungsstange in Abhängigkeit von der Höhe zusätzlich angelegter Steuerdrücke. Ein Vordruck in den Arbeitsräunnen des Servomotors kann auf diese Weise nicht erreicht werden.

Aus der DE-OS 16 00 876 ist weiterhin ein einzelner Steuerkolben bekannt, der über eine zwischengeschaltete Feder betätigt wird und in seiner Neutralstellung bereits einen Vordruck in seinem Reaktionsraum besitzt. Bei Betätigung des Steuerkolbens stellen sich verschiedene Druckniveaus ein, die dazu benutzt werden, einen federzentrierten Hauptsteuerkolben druckabhängig in eine definierte Stellung zu verschieben. Bei dieser Anordnung handelt es sich um ein als Verstärker dienendes Servoventil. Es ist nicht möglich, die Vordrücke in den Arbeitsräumen des eigentlichen Servomotors aufrechtzuerhalten.

Auch beim Gegenstand des DE-Gbm 17 73 287 handelt es sich um die Betätigung eines Hauptsteuerventils, welches in Abhängigkeit vom Betätigungsweg an einem Vorsteuerventil aus seiner Neulralstellung gegen die Kraft von Zentrierfedern hydraulisch ausgeienkt wird. Auch bei dieser Ausführung wirken Schruubenfedern zwischen einem Krafteingangsglied und Steuerkolben, jedoch wird in der Neutralstellung abgesehen von der anders gearteten Aufgabenstellung, auch kein vorbestimmter Überdruck in den Reaktionsräumen der Steuerkolben erzielt Ein Druckaufbau findet erst nach einem bestimmten Steuerweg stau, so daß auch hier kein Hinweis auf die der Erfindung zugninde liegende Aufgabe und ihre Lösung entnommen werden konnte. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Druckmittelsteueranlage, bei der als Verbindungsmittel ein Torsionsstab dient, in einem Schnitt längs ihrer Achse und parallel zu den Steuerkolben,

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie C-D von Fig. 1,

Fig.3 eine Druckmittelsteueranlage, welche als Verbindungsmittel ein vorgespanntes, ringförmiges Federelement benutzt, in einem Sennin längs der Achse und parallel zu den Steuerkolben, und

Fig.4 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie E-Fvon F ig. 3.

Eine als Krafteingangsglied 1 dienende Welle ist auf nicht näher dargestellte Weise beispielsweise mit einem Lenkrad verbunden. Diese Welle ist in einem als Kraftausgangsglied dienenden Ventilkörper 2 gelagert und mit diesem über einen als elastisch nachgiebiges Verbindungsmittel dienenden Torsionsstab 3 verbunden. !In dem Ventilkörper 2 sind quer und außermittig zu seiner Achse Bohrungen 4 und 5 angebracht, in denen Steuerkolben 6 und 7 gleitbar angeordnet sind, welche in Verbindung mit Nuten und Bohrungen im Ventilkörper 2 Steuerventile 8 und 9 bilden. Die Betätigung der Steuerkolben 6 und 7 erfolgt über Stößel 10 und 11, welche sich an Stellschrauben 12 und 13 abstützen, die in einem als Betätigungsmittel dienenden Hebel 14 angebracht sind. Der Hebel 14 ist fest mit dem Krafleingangsglied 1 verbunden. Zwischen dem Hebel 14 und den Steuerkolben 6 und 7 wirken weiterhin Federn 15 und 16. Der Ventilkörper 2 ist in einem Anschlußkörper 17 gelagert und wirkt mit diesem in Art eines Drehverteilers zusammen. Das bedeutet, daß Anschlüsse für eine Druckquelle, eine Rückteufleitung so und Arbeitsräume eines nicht näher dargestellten Servomotors durch Ringnuten und Quer- sowie Längsbohrungen im Anschlußkörper 17 und im Ventilkörper 2 mit entsprechenden Steuernuten oder Steuerbonrungen an den Steuerventilen 8 und 9 in J5 Verbindung stehen. Der Einfachheit halber und zum besseren Verständnis werden diese Anschlüsse direkt an den Steuerkolben 6 und 7 im Ventilkörper 2 bezeichnet.

In einer Neutralsteliung des Steuerkolbens 6 verschließt dieser mit einer seiner Schultern einen Anschluß A, welcher mit einem Arbeitsraum des Servomotors verbunden ist. Wenn der Steuerkolben 6 weiter in die Bohrung 4 hineingeschoben wird, wird eine Verbindung vom Anschluß A zu einem Anschluß Pi hergestellt, der mit einer nicht dargestellten Druckquel-Ie verbunden ist. Bpi einer entgegengesetzten Bewegung erfolgt eine Verbindung des Anschlusses A mit einem Anschluß Ti, weither mit einer Rücklaufleitung in Verbindung steht. Der Steuerkolben 7 verschließt in einer Neutralstellung einen Anschluß B. Wenn der Steuerkolben 7 weiter in die Bohrung 5 hineingeschoben wird, wird eine Verbindung zwischen diesem Anschluß Sund einem Anschluß Pi hergestellt, welcher ebenfalls mit der genannten Druckquelle verbunden ist. Wenn der Steuerkolben 7 hingegen entgegengesetzt in der Bohrung 5 bewegt wird, entsteht eine Verbindung zwischen dem Anschluß B und einem Anschluß T₂, welcher ebenfalls mit der Rücklaufleitung verbunden ist. Durch Kanäle 18 innerhalb der Steuerkolben 6 und 7 werden jene die Steuerkolben 7 und 6 stirnseitig begrenzenden Reaktionsräume 19 und 20 jeweils mit den Anschlüssen A bzw. B verbunden. Es ist hier zu bemerken, daß in der gezeigten Neutralstellung der Steuerkolben 6 und 7 die Stößel 10 und 11 keinen Kontakt mit ihnen haben, so daß erst nach einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem Hebel 14 und einem der Steuerkolben 6 oder 7 eine starre Kopplung entsteht. Die Größe der Relativbewegung kann dabei mit den Stellschrauben 1? und 13 in gewissen Grenzen variiert werden.

Zur Erklärung der Wirkungsweise sei angenommen, daß der nicht näher dargestellte Servomotor durch äußere Kräfte, beispielsweise durch eine Rückstellbewegunp von gelenkten Räder so bewegt wird, daß im Reaktionsraum 19 ein geringfügiger Druckanstieg entsteht. Dieser Druckanstieg reicht dann aus, um den Steuerkolben 6 aus seiner Neutralstellung gegen die Kraft der schwachen Feder 15 so zu verschieben, daß eine Verbindung zwischen den Anschlüssen A und T\ hergestellt wird. Das Druckmittel kann dann vom Anschluß A über den Anschluß T\ in die Rücklaufleitung abfließen. Eine Relativbewegung zwischen dem Hebel 14 und dem Ventilkörper 2 ist dabei nicht notwendig. In umgekehrter Weise wird in dem anderen Arbeitsraum des Servomotors ein geringfügiger Druckabfall eintreten. Dieser Druckabfall pflanzt sich bis in den Reaktionsraum 20 fort, so daß die der Feder 16 das Gleichgewicht haltende Druckkraft auf den Steuerkolben 7 geringer wird. Das bedeutet, daß die Feder 16 den Steuerkolben 7 etwas in die Bohrung 5 hineinbewegt, so daß eine Verbindung zwischen den Anschlüssen B und P 2 hergestellt wird. Druckmittel kann dann in den sich vergrößernden Arbeitsraum des Servomotors vom Anschluß Pi über den Anschluß B nacnslrömen. Auch diese Bewegung des Steuerkolbens 7 kann ohne eine Relativbewegung zwischen dem Hebel 14 und dem Ventilgehäuse 2 erfolgen, so daß ersichtlich ist, daß die Steuerkolben 6 und 7 Bewegungen unabhängig von Bewegungen des Hebels 14 ausführen können. Ahnliche Verhältnisse ergeben sich in jenem Bereich der Lenkung, wo nur geringe Lenkkräfte zu überwinden sind, se daß die über den Torsionsstab 3 übertragenen Kräfte ohne nennenswerte Servounterstünzung ausreichen. Erst wenn diese Kräfte größer werden, tritt eine Relativbewegung zwischen dem Hebel 14 und dem Ventilkörper 2 ein. Die Folge ist, daß schließlich einer der Stößel 10 oder U in mechanischen Kontakt mit seinem zugehörigen Steuerkolben tritt Von diesem Zeitpunkt ab arbeitet die Druckmittelstemeranlage in herkömmlicher Weise.

In den F i g. 3 und 4 sind gleiche Teils m»r, den gleichen Bezugszahlen belegt, während funktionell gleichwertige Teile mit einem Strich versehene BezugszaJtilen erhalten haben. Der Hauptunterschied gegenüber der Ausbildung nach den F i g. 1 und 2 liegt darin, daB anstelle des dortigen Torsionsstabes 3 nunmehr als elastisch

nachgiebiges Kupplungsmittel zwischen einem Krafteingangsglied I' und einem Ventilgehäuse 2' ein ringförmiges, vorgespanntes Federelement 3' verwendet wird. So weit die Funktion der Sleuerkolben 6 und 7 sowie der Federn 15 und 16 betroffen ist, besteht kein Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den F i g. I und 2.

Unterschiedlich zu den gebrachten Ausführungsbeispielen können die Steuerkolben auch koaxial in einer gemeinsamen Bohrung oder in fluchtenden Bohrungen angeordnet sein. In einem solchen Fall kann die Bewegung der Steuerkolben auch durch eine translatorische Relativbewegung /wischen einem Krafteingangsglied und einem Kraftatisgangsglied hervorgerufen werden. Die erst nach der vorgegebenen Relativbewegung eintretende starre Kopplung zwischen dem Krafteingangsglied und einem Steucrkolben kann ebenfalls auf andere Weise ohne die Verwendung von Stößeln erzielt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Krafteingangsglied nach Überwindung eines gewissen Federweges direkt auf die Steilerkolben wirken zu lassen. Schließlich ist es auch möglich, die Vorspannung einer Feder veränderbar zu machen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydraulische Druckmittelsteueranlage zur Wegesteuerung eines doppeltwirkenden Servomotors mit gleichgroßen Wirkflächen, insbesondere für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einer Steuerventileinrichtung, welche in ihrer Neutralstellung die Arbeitsräume des Servomotors gegenüber einer Druckquelle und einem Ablauf sowie die Druckquelle gegenüber dem Ablauf verschließt und zwei _t0 Steuerkolben als Ventilglieder umfaßt, von denen jeweils ein Steuerkolben einem Arbeitsraum des Servomotors zugeordnet ist, und ferner mit Mitteln zum manuellen Betätigen der Steuerkolben in Abhängigkeit von einer Relativbewegung zwischen einem Krafteingangsglied und einem Kraftausgangsglied, welches mit dem arbeitsaktiven Teil des Servomotors, z. B. mit dessen Arbeitskolben verbunden ist, wobei die Verschiebung des arbeitsaktiven Teils auf die Steuerventileinrichtung mechanisch rückgeführt isi und die Steuerkolben mit vom Druck in den Arbeitsräumen des Servomotors beaufschlagten Reaktionsflächen versehen sind, derart, daß jedem Arbeitsraum eine solche Reaktionsfläche zugeordnet ist, und außerdem mit elastisch nachgiebigen Verbindungsmitteln zwischen Krafteingangsglied und Kraftausgangsglied zur Erzielung eines nicht verstärkten Ausgangskrartanteils, wobei die Steuerkolben gegenüber dem Krafteingangsglied so angeordnet sind, daß ausgehend von der bei Nichtbetätigung vorhandenen arbeitsunwirksamen Stellung des K.rsfteingangsgliedes und der Steuerkolben eine starre Kopplung zwischen dem Krafteingangsglied und jeweils einem der Steuerkolben erst nach einer vorgegebenen Relativbewegung des Krafteingangsgliedes gegenüber <~em Steuerkolben stattfindet, und wobei zwischen den Steuerkolben und dem Krafteingangsglied in bezug auf das Krafteingangsglied gegensinnig wirkende Federn angeordnet sind, nach Patent 22 42 021, d a d u r c h ^₀ gekennzeichnet, daß die Federn (15, 16) so angeordnet und vorgespannt sind, daß sie bereits bei nichtbetätigtem Krafteingangsglied (1) einen vorbestimmten Überdruck auf die Reaktionsflächen der Steuerkolben (6, 7) hervorrufen. ,