DE2306619A1

DE2306619A1 - Hydrostatischer zweikreisservomechanismus zur lenkung der richtung von fahrzeugen und mobilmaschinen

Info

Publication number: DE2306619A1
Application number: DE19732306619
Authority: DE
Inventors: Bohumil Dipl Ing Polacek
Original assignee: ZAWODY TASCHKEHO STROJARSTVA G
Current assignee: ZAWODY TASCHKEHO STROJARSTVA G
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1973-09-06
Also published as: GB1417460A; FR2173584A5; CS163900B1

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 Hannover2 3 qgg -j g VOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 11) 13 45 30 7*2.1973

Dr.J/A

Meine Akte: 2149

Zävody tazkeho strojarstva, generalne riaditelstvo, Martin - Tschechoslowakei

Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus zur Lenkung der Richtung von Fahrzeugen und Mobilmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrostatischen Zweikreisservomechanismus zur Lenkung der Sichtung von fahrzeugen und Mobilmaschinen, bestehend aus zwei relativ selbständigen Kreisen, einem Steuerkreis und einem Arbeitskreis, wobei bei normaler Funktion des Servomechanismus der Steuerkreis das signal oder den Befehl zur Lenkung überträgt und der Arbeitskreis die zur Lenkung benötigte Energie liefert. Bei einer Störung des Arbeitskreises ermöglicht der Steuerkreis die

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übertragung der manuellen Energie des Führers vom Lenkrad auf die gesteuerten Räder, wodurch er eine Notlenkung sichert.

Der Ii acht eil der bekannten hydrostatischen Zweikreisservomechanisiaen der Lenkung, der sogenannten hydrostatischen Servolenkungen, besteht in der Arbeitsbegrenzung der Notlenkung, die vor allem auf die kleinen Ausmaße des RückfiihrungsZylinders zurückzuführen ist, der üblicherweise nur für die übertragung der Lenkungsbefehle ausgelegt ist.

Es sind auch hydrostatische Zweikreisservomechanismen der Lenkung bekannt, deren ofceuerkreis mit einem, mehrstufigen Rückfuhrungszylinder versehen ist, der bei normaler Tätigkeit mit einem kleinen Hubvolumen und bei Notlenkung mit einem großen Hubvolumen arbeitet, wodurch die Übertragung einer größeren Menge der manuellen Energie vom Lenkrad auf die gesteuerten Räder ermöglicht \tfird. Ihr wachteil besteht in der größeren Kompliziertheit, den größeren Ausmaßen, dem großen Gewicht und in den dementsprechend höheren Ans chaff ungs—-kosten.

Die angeführten Kachteile der bekannten hydrostatischen Zweikreisservomechanismen zur Lenkung der Richtung von Fahrzeugen und Mobilmaschinen behebt der erfindungsgemäße hydrostatische Zweikreismechanismus dadurch, daß

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er beim Verlust der Verstärkungswirkung des Servomechanismus den Steuerkreis mit den Arbeitsräumen des Arbeitszylinder s des Servomechanismus verbindet. Hierdurch Wird die Übertragung der manuellen Energie des Führers vom Lenkrad auf den Lenkmechanismus mittels einer Dosierpumpe und eines Rückführungs- und •fc-rbeitszylinders ermöglicht. Der Bereich der Notlenkung wird hierdurch in Beziehung auf ihre Leistung wesentlich erweitert. Der Vorteil beruht auch darin, daß bei der Anwendung der Erfindung der Hückführungszylinder verhältnismäßig klein, und zwar nur proportional dem Bedarf der Übertragung des öi^als der Lenkung beim normalen Betrieb des Servomechanismus gewählt werden kann.

Das V/es en der Erfindung besteht darin, daß bei einer Störung des Arbeitskreises die Steuerleitungen mit den entsprechenden Ar.ceitsleitungen des ArbeitsZylinders oder der Arbeitszylinder durch das Notlenkungsventil oder durch den Steuerschieber des Arbeitskreises durchgeschaltet werden.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend i^ihand einiger alternativer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Es zeigen:

E¹Ig. 1 ein schema des Erfindungsgegenstandes mit einem liOtlenkungsventil,

iig. 2 bis 4 alternative Ausführungsbeispiele des Notlenkungsventils,

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Fig. 5 eine iConstrukfcionslösung des Notlenkungsventils in-doppelwirkender Ausführungsform,

Pig. 6 eine Konstruktionslösung des Kotlenkungsventils in einer einfachen Ausführungsform,

!"ig. 7 ein ochema einer weiteren alternativen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit einem bei der Kotlenkung die Steuerleitungen mit den Verbräuchsleitungen verbindenden Steuerventil.

Der erfindungsgemäße Servomechanismus in der Ausführungsform, gemäß Pig. 1 besteht aus einem Arbeitskreis 1 (durch dicke Linien eingezeichnet) und einem Steuerkreis 2 (durch dünne Linien eingezeichnet). Den Arbeitskreis 1 üblicher Ausführung bildet eine motorisch angetriebene, durch die Saugleitung 4- mit dem Behälter 5 und durch dieDruckleitung 6 mit demSteüerschieber 7 verbundene Pumpe 3· Der Steuerschieber 7 ist durch die Arbeitsleitungen 8, 9 mit dem Arbeitszylinder 10 durch die durchgehende Kolbenstange 11 und durch die Rückleitung 12· mit dem ^ehälter 5 verbunden. In der Druckleitung 6 ist ein Rückschlagventil 16 eingeschaltet, das den Fluß der Flüssigkeit aus dem Steuerschieber 7 in die Pumpe 3 verhindert. Der Arbeitszylinder LO ist durch seinen Körper mit dem Rahmen 13 des Fahrgestells und durch die Kolbenstange 11 mit einem zum Schwenken der gesteuerten Räder 15,15' dienenden Lenkmechanismus verbunden. Der ^teuerkreis 2 besteht aus einer durch das Lenkrad 19 angetriebenenDosierpumpe

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Das Lenkrad 19 ist; durch die Steuerleitungen 20, 21 mit dem Rückführungszylinder 22 und den Verstelleinrichtungen 24, 25 des oteuerschiebers 7 verbunden. Die Kolbenstange 23 des RückfuhrungsZylinders 22 ist mit dem Lenkmechanismus 14 verbunden. Die Steuerleitungen 20, 21 und damit auch der ganze Steuerkreis 2 sind mit der flüssigkeit über ein Paar kleine Rückschlagventile 27, 27' aus der Rückleitung 12, bzw. auf eine andere bekannte Weise gefüllt.

Zwischen den Steuerleitungen 20, 21 mit den Arbeitsleitungen 8, 9 ist ein doppeltwirkendes Kotlenkungsventil eingeschaltet, das von der linken Seite mit den Steuerleitungen 20,21 und von der rechten Seite mit der Druckleitung 6 verbunden ist.

In £"ig. 2 ist ein aus zwei einfachen Notlenkungsventilen 26',26" bestehendes Notlenkungsventil 26 dargestellt.

3 veranschaulicht ein als kleines Dreiwegeventil ausgeführtes „otlenkungsventil 26.

Pig. 4 zeigt zwei Rückschlagventile 28, 28* üblicher Ausführung in der Funktion des Ilotlenkungsventilß 26.

5 stellt eine Konstruktionslösung des Notlenkungs-

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Ventils 26 in doppeltwirkender, dem Symbol des Notlenkungsventils 26 in i^?ig. 1. entsprechender Ausführung dar. Das Ventil 26 besteht -aus dem Körper 30 -mit dem' Schlußdeckel 31» in- <iem der Stufenkolben 32 verschiebbar gelagert ist, auf den von rechts eineDruckfeder 33 mit dem Seiler 34 gestützt wird. Der Stufenkolben 32 besitzt die linke Stirn 35? die Kreisringstirn 36 und die rechte ü^irn 37 > wobei der Raum der linken Stirn 35, mit der Steuerleitung 21, der -Raum der -üreisringstirn 36 mit der Steuerleitung 20 und der ^aum der rechten Stirn 37 mit der Druckleitung 6 verbunden ist. Die zylindrischen Flächen des Stufenkolbens 32 verdecken in der eingezeichneten Ausgangsstellung die Verbindung zwischen den 3teuerleitungen 20,"21 und Arbeitsleitungen 8,9. Der Stufenkolben, 32 ist so ausgeführt, daß die Fläche der linken Stirn 35.und die Fläche der. Kreisringstirn 36 annähernd einander gleich sind.

In Pig. 6 ist eine Konstruktionslösung des I.otlenkungs— ventils 26' in einer einfachen, dem Symbol in Fig. 2 entsprechenden Ausführung des Ventils 26' dargestellt. Das Ventil besteht aus dem Körper 40, in dem ein kleiner durch die Feder -42 in den stutzen der feuerleitung 20 hineingedrückter Hohlkolben 41 verschiebbar lagert.

Die Arbeitsleitung 8 ist durch die zylindrische Fläche des kleinen Kolbens 41 abgeschlossen. Der Raum der Feder 42 ist mit der Druckleitung 6 verbunden.

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Das Ventil 26' ' ist von gleicher Konstruktion wie das Ventil 26', es ist jedoch zwischen die Steuerleitung und die Arbeitleitung 9 eingeschaltet.

Der hydrostatische Servomechanismus zur lenkung in der Ausführungsform der Pig. I und 5 arbeitet folgendermaßen:

B_ei einer Drehung des Lenkrades 19, z.B. nach rechts pumpt die Dosierpumpe 18 die Flüssigkeit aus der Steuer— leitung 21 in die Steuerleitung 20 um, wodurch zwischen ihnen ein Druckunterschied entsteht. Durch den Druckunterschied zwischen der linken Verstelleinrichtung und der rechten Verstelleinrichtung 25 verstellt sich der Steuerschieber 7 in die Stellung, in der er die Druckleitung 6 mit der Arbeitsleitung 8 und die Rückleitung 12 mit der Arbeitsleitung 9 durchschaltet, •^ie aus der Pumpe 3 durch die Arbeitleitung 8 in den Arbeitszylinder 10 geförderte Plüscigkeit verschiebt seinen Kolben mit der Kolbenstange 11 nach links, was mittels des Lenkmechanismus 14 in eine Schwenkung der gesteuerten Ruder 15, 15' nach rechts verwandelt wird. Gleichzeitig wird der Kolben mit der Kolbenstange 23 der Rückführungszylinder 22 durch den Lenkmechanismus 14 nach links verschoben, was an der Seite der Steuerleitung 20 eine Vergrößerung und an der Seite der S^euerleitung 21 eine Verkleinerung des Raumes und infolgedessen auch einen Druckausgleich zwischen den Steuerleitungen 20, 21 und die Verstellung des Steuerschiebers 7 in die Ausgangsstellung, d.h. Mittelstellung, und dadurch auch die Unterbrechung der Schwenkung der

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gesteuerten Räder 15-j 15* zur Folge hat. Bei der Linksdrehung des Lenkrades 19 ist die Tätigkeit des Servomechanismus analog wie bei der Kechtsdrehung.

Bei der normalen, d.h. bei der bereits beschriebenen Tätigkeit des Servomechanismus ist das Kotlenkungsventil 26 durch die Feder 33 und durch den -^ruck der aus der Druckleitung 6 geförderten Flüssigkeit in der eingezeichneten Stellung gehalten, bei der die Steuerleitung 20 -von der Arbeitsleitung 8 und die Steuerleitung 21 von der Arbeitleitung 9 abgeschaltet ist.

Bei einem z.B. durch das Versagen der motorisch angetriebenen Pumpe 3 hervorgerufenen Defekt des Servomechanismus tritt in 'der Druckleitung 6 ein Druckabfall ein und die Tätigkeit des Servomechanismus ist folgende: Durch den in einer der Steuerleitungen 20, 21 durch die Drehung des Lenkrades 19 mit der Dosierpumpe hervorgerufenen Druck verstellt sich das Ventil 26 in eine Stellung, bei der sich die oteuerleitungen 20, 21 mit den Arbeitsleitungen 8,9 durchschalten. Beim Ventil 26 in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verschiebt) sich der Stufenkolben 32 unter dem von der Steuerleitung

20 auf die Kreisringstirn 36, bzw. von der Steuerleitung

21 auf die linke Stirn 35 wirkenden Druck-gegen die schwache Feder 33 nach rechts. Hierdurch deckt die linke Stirn 35 die Verbindung der Steuerleitung 21 mit der Arbeitsleitung 9 auf und die Ereisringstim 36 deckt die Verbindung der Steuerleitung 20 mit der Arbeitslei—

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tung 8 auf. Wird das Lenkrad 19 ί z.B. nach rechts gedreht, liefert die Dosierpumpe 18 die Flüssigkeit
durch die oteuerleitung 20 in den rechtenRaum des
Rückführungszylinders 22 und über das "Ventil 26 durch dieArbeitsleitung 8 in den rechten Raum des ArbextsZylinders 10. Beide Zylinder 22 und 10 wirken übereinstimmend auf den Lenkmechanismus 14, der die gesteuerten Räder 15j 15' nach rechts schwenkt. Ein eventuelles Entweichen der Flüssigkeit über die beschädigte Pumpe 3
verhindert das Rückschlagventil 16 in der Druckleitung 6, das direkt in einem Block mit dem Steuerschieber
7" eingebaut werden kann. Die Flüssigkeit in den »^teuerleitungen 20,21 wird über die kleinen Rückschlagventile 27,27' nachgefüllt. Die Drehzahl des Steuerrades 19
erhöht sich bei der beschriebenen iiotlenkung proportional zu dem Hubvolumen des Arbeitszylinders 10. Die erhöhte Drehzahl des Lenkrades 19 ermöglicht es, die Widerstände der Lenkung durch Muskelkraft des Führers zu bewältigen. Auf diese V/eise wird der Notlenkungsbereich im Vergleich mit anderen Systemen der Servolenkung wesentlich erweitert.

Bei der alternativen Ausführungsform des Servomechanismus gemäß Fig. 2 und 6 bleiben die Ventile 26', 26"
durch den Oloruck von der Druckleitung 6 bei normalem Zustand des Servomechanismus geschlossen. Bei einem
Defekt des Servomechanismus tritt infolge des Druckabfalls in der Druckleitung 6 bei der Drehung des Lenkrades . 19 mit der Dosierpumpe 18 ein Druckanstieg in einer der Steuerleitungen 20,21 ein. Durch die öffnung eines der Ventile 26^|ä, 26" (durch decs Anheben des kleinen Hohl—

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kolbens 41 aus dem dattel gegen die Feder 42 in Fig. 6) wird die Verbindung einer der &teuerleitungen 20,21 mit einer der Arbeitsleitungen 8.9 hergestellt, während die zweite der Arbeiteleitungen 8,9 gleich wie bei der normalen Tätigkeit des Servemechanismus mit der Rückleitung 12 mittels des Steuerschiebers 7 ^¹¹ Verbindung bleibt. Die Tätigkeit der Notlenkung ist sonst dieselbe, wie sie bei der Ausführungsform gemäß 1 und 5 beschrieben wurde.

Die alternative Ausfuhrungsform des Servomechanismus gemäß Pig. 4 arbeitet analog wie die Ausführungen orm gemäß i?ig. 2 und 6. Die Federn der Rückschlagventile 28, 28" müssen jedoch ein wenig stärker ausgelegt werden als es bei den üblichen Rückschlagventilen der Fall ist, damit die Rückschlagventile beim normalen Zustand des Servomechanismus durch den Druck in den Steuerleitungen 20,21 nicht angehoben werden.

Bei der alternativen Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3 bleibt das Dreiwegeventil 29 bei normalem Zustand des Servomechanismus in der Mittelstellung "0", weil zu dessen Verstellung beträchtlich höhere Drücke (propotional defc Kräften an dem Lenkrad) in den Steuerleitungen 20,21. als zur Verstellung des eigentlichen Steuerschiebers 7 des Servomechanismus notwendig sind. Bei einem Defekt des Servomechanismus, bei dem der Führer mit beträchtlich höheren Kräften auf das Lenkrad wirken musß, wird durch den erhöhten Druck in den Steuerleitungen 20,21 das Dreiwegeventil 29 infiie

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Endstellungen ρ oder 1 verstellt, wodurch, eine derArbeitsleitungen 8,9 de mit <ier betreffenden Steuerleitung 20,21 durchgeschaltet wird, -während die andere der Arbeitsleitungen 8,9 mit der Rückleitung 12 verbunden wird. Diese Ausführungsform ermöglicht die Notlenkung nicht nur bei einem Defekt der Pumpe 3 oder einem Ausfall des Motors", sondern auch bei einer Verklemmung des ScLiebers des Steuerventils 7·

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7» wenn der Servomechanismus sich im normalen Zustand befindet, erfolgt durch die Wirkung der Steuerdrücke in den *->teuerleitungen 20,21 die Verstellung des Steuerventils 47 nur arischen den Stellungen ρ,ο,Ι weil zur Verstellung in die ■andstellungen p· und 1" höhere Steuerdrücke, d.h. höhere Kräfte an dem Lenkrad 19» notwendig sind. Bei dieser Lage tritt die normale Tätigkeit des Servomechanismus ein, wie sie in i'ig. 1 beschrieben wurde.

Bei einem Defekt des Servomechanismus kommt es infolge der erhöhten Kraft an dem Lenkrad 19 zur Erhöhung des Druckes in einer der Steuerleitungen 20,21 und hierdurch auch zur Verstellung des Steuerventils 4-7 in eine der Entstellungen p',l^l;. Bei der Drehung .des Lenkrades 19, z.B. nach rechts, verstellt sich das Steuerventil 47 unter der Wirkung des Druckes von der Steuerleitung 20 in der Verstelleinrichtung 24 in die rechte Endstellung p¹, in der die Verbindung der Steuerleitung 20 mit der

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Arbeitsleitung 8 hergestellt wird. Die Dosierpumpe 18 liefert dabei die flüssigkeit in die rechten Räume des Rückführungszylinders 22 und des Arbeitszylinders 10, die gemeinsam mittels des Lenkmechanisinus 14 die gesteuerten Räder 15,15' nach rechts schwenken. Wird das Lenkrad 19 nach links gedreht, verstellt sich das . Steuerventil 47 in die linke Endstellung 1" und die gesteuerten Räder werden nach links geschwenkt.

Um zu verhindern, daß. sich das Steuerventil 47 beim normalen Zustand des Servomechanismus in die Endsteilungen p^r, 1" verstellt, sind seine Verstelleinrichtungen 24,25 so ausgeführt, daß bei der Verstellung aus der Stellung ρ in die Stellung p¹ oder aus der Stellung 1 in die Stellung I¹ die Verstellungskraft an dem Lenkrad erheblich wächst.

Außer" den veranschaulichten Ausführungsformen kann die Erfindung, sowohl im Ganzen, als auch in den Einzelheiten in vielen anderen Ausführungsformen ausgeführt werden. So kann z.B. das Kotlenkungsveritil 26 beliebiger Ausführungsform in Bezug auf seine kleinen Ausmaße in den Körper des Steuerschiebers 7 eingebaut werden und mit ihm einen kompakten Block bilden oder es kann als ein selbständiger an dem Scheuerschieber 7 anmontierter Körper·ausgeführt werden.

Der Gegenstand der Erfindung erleichtert erheblich die

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Übertragung der manuell eiiEnergie aui' die gesteuerten Räder und erv/eitert hierdurch 'den Yerwendungsoereich der x.otlenkung. Durch die "Verwendung der Erfindung kann die liotlenkung der Haschinen mit höheren Achsen— drücken auch in den !Fällen verläßlich erfolgen, in denen dies bisher unmöglich war, weil sie durch die ■^raft des ijHinrers auf das Lenkrad nicht bewältigt werden konnte.

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Claims

1.j Hydrostatischer ^weikreisservomechanismus zur Len- \y kung der Richtung von Fahrzeugen und Hobilraaschinen mit einem Arbeitskreis mit einer Pumpe und einem durch. Arbeitsleitungen mit einem Arbeitszylinder oder Zylindern verbundenen Steuerschieber und. einem durch Steuerleitungen mit einem Rüclcfiihrungszylinder und Verstelleinrichtungen des Steuerschiebers des Arbeitskreis verbundenem Steuerkreis mit einer Dosierpumpe,
daäurch gekennzeichnet,

daß bei einer Störung des Arbeitskreis (1) die S-fceuerle'itungen (20,21) mit den entsprechenden Arbeitsleitungen (8,9) des Arbeitszylinders (10) oder der Zylinder (10) durch ein Κotlenkungsventil (26) oder ein steuerventil (47) des Arbeitskreises (1) durchgeschaltet werden.

2. Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Notlenkungsventil (26) aus einem Körper (30) besteht, in dem ein Stufenkolben (32) ange-■ ordnet ist, dessen linke 3-^ im. (35) mit der einen 3-fceuerleitung (21), Kreisringstirn (36) mit der anderen oteuerleitüng (20) und die rechte S-j-irn (37) mit der Druckleitung (6) der Pumpe (3) verbunden ist, wobei die Arbeitsleitungen (8,9) in der. Aus—

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gangsstellung verdeckt und in der verstellten «Stellung durch die zylindrischen Fluchen des Stufenkolbens' (32) aufgedeckt sind.

3. Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1,2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche der linken Stirn (35) der Oberfläche der ^reisringstirn (36) annähernd gleicht.

4. Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Kotlenkungsventil (26) aus zwei einfachen Ventilen (26',26") besteht, von denen jedes aus einem Körper (40) mit einem kleinen Hohlkolben (4-1) besteht, der mit seinem kegelförmigen Ende (43) die Verbindung zwischen dem ,Stutzen der Steuerleitung (20) und der Arboitsleitung (8), bzw. die Verbindung zwischen dem Stutzen der Steuerleitung (21) und der Arbeitsleitung (9) abschließt, wobei der gegenüberliegende Haum des kleinen Hohlkolbens (41) mit der Druckleitung (6) der Pumpe (3) verbunden ist.

5. iiyurostötischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1,

dauurch gekennzeichnet,

daß das Motlenkungsventil (26) aus zwei zwischen den ,.,beue..'leitungen (20,21) und Arbeitsleitungen (8,9) ei j. j 1 ;e.j c halt et en Rückschlagventilen (28,28") besteht.

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Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Notlenkungsventil (26) als Dreiwegeventil

(29) ausgeführt ist, das in seiner Mittelstellung

(O) die Steuerleitungen (20,21). und -^rbeitsleitungen (8,9) trennt, während.es in den ündstellungen (p,l) je eine der Steuerleitungen (20,21) mit einer der Arbeitsleitungen (8,9) verbindet.

7. Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Steuerventil (4-7) des Arbeitskreises (1) in der rechten4ndsteilung (p"^ die Steuerleitung (20) mit der Arbeitsleitung (8) durchschaltet und in der linken Endstellung (I¹) die Steuerleitung mit der Arbeitsleitung (9) durchschaltet.

8. Hydrostatischer Zweikreisservomechanismus nach Anspruch 1· bis 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventil (26) und der Steuerschieber (7) des Arbeitskreises (1) eine Montageeinheit bilden.

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