DE2330047A1

DE2330047A1 - Servoventilanordnung

Info

Publication number: DE2330047A1
Application number: DE19732330047
Authority: DE
Inventors: Jacques Remaud
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-06-13
Publication date: 1973-12-20
Also published as: FR2188074A1

Description

Patentanwälte

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96-20.888P(2O.889H) 13- 6. 1973

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT Billancourt (Frankreich)

und
AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris (Frankreich)

Servoventilanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Servoventilanordnung für einen Hydraulikkreis mit "offener Mitte" und einem Servomotor-Zylinder bzw. Stellmotor, in dem ein zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens trennender Kolben verschiebbar ist.

Die Versoventilanordnung gemäß der Erfindung mag zwar hinsichtlich ihres Verstärkungsfaktors, der Arbeitsweise und der Anwendungsmöglichkeiten stärker begrenzt sein als bestimmte bekannte Anordnungen dieser Art, sie gestattet es aber, im wesentlichen gleiche Funktionen zu

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erreichen, wobei ihre Kennwerte und Beschaffungskosten den Forderungen angepaßt sind, wie sie für weit verbreitete Anwendungsbereiche gestellt werden, insbesondere bei Servomechanismen für die Automobilindustrie.

In diesem Anwendungsbereich ist die Servoventilanordnung gemäß der Erfindung besonders geeignet für ihre Verwendung bei einer Servolenkung, und die Anordnung ergibt bei dieser Anwendung eine gewisse Anzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Servoanordnungen.

Die.erfindungsgemäße Servoventilanordnung macht es möglich, störende Reibungen der Lenksäule zu beseitigen, die bei den bekannten Servolenkungen die Rückführung der Lenkräder des Fahrzeuges in die Geradeausstellung erschweren. Die Tatsache, daß das Stellorgan gewöhnlich mit einem hydraulischen Steuerschieber verbunden ist, der seinerseits sehr aufwendig ausgebildet ist und sich dm Bereich des Lenkgetriebes befindet, durch ein elektrisches Stellorgan ersetzt werden kann, das in Verbindung mit der Lenksäule steht, gestattet das Vermeiden des oben erwähnten Nachteiles, und zwar ohne Gefahren durch Undichtigkeiten befürchten zu müssen.

Nach einer wesentlichen Eigenschaft der erfindungsgemäßen Anordnung gestattet diese ein Überwachen des Verhältnisses Drehmoment am Lenkrad zu Drehmoment an den Rädern auf wesentlich einfachere, elektrisch zu erzielende Weise als durch einen hydraulischen Steuerschieber, der eine gewisse hohe Genauigkeit bedingt.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung gestattet

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die Servoventilanordnung eine ständige Anpassung der Steuergröße in Abhängigkeit von unterschiedlichen Parametern, wie der Geschwindigkeit des Fahrzeuges; diese Anpassung ist in diesem Fall viel leichter zu erzielen, indem man auf die Spannung der elektrischen Speisung der Servoventilanordnung einwirkt, anstatt eine Überwachungsvorrichtung zusätzlich vorzusehen, die einen Durchsatz oder einen Druck des Arbeitsfluids verändert.

Die erfindungsgemäße Servoventilanordnung kann an irgendeiner beliebigen Stelle des Fahrzeugs eingebaut werden.

Gemäß der Erfindung ist die Servoventilanordnung für einen Hydraulikkreis mit "offener Mitte" und einem Servomotor-Zylinder, in dem ein zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens trennender Kolben verschiebbar ist, gekennzeichnet durch zwei über Elektromagneten gesteuerte hydraulische Druck-Potentiometer, einen durch das von den Potentiometern gelieferte Druckfluid selektiv gesteuerten Steuerschieber, der wahlweise je einen der beiden Arbeitsräume des Servomotorzylinders mit einer Druckfluidquelle und den anderen mit einer RUckleitung zum Fluidvorratsbehälter verbindet, und durch an je einen der beiden Arbeitsräume angeschlossene, ihrerseits in Abhängigkeit von den Steuerschieber-Steuerbrücken steuerbare Modulatoren-Druckvervielfacher oder Druckregelventile .

Weitere Merkmale und die Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ergeben, das in der einzigen Figur

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der Zeichnung veranschaulicht ist. Die Zeichnung stellt ein Schema einer erfindungsgemäßen Servoventilanordnung dar, wie sie bei einem Mechanismus für Servolenkung eines Automobils verwendbar ist»

Diese nur als Beispiel zu wertende Servoventilanordnung umfaßt einen Steuerschieber 1, dessen Besonderheit darin besteht, daß er nach dem Prinzip "alles oder nichts" steuert. Er hat eine Bohrung 2, in der verschiebbar ein Kolbenschieber 3 mit zwei Steuerbunden h und 4a verschiebbar geführt ist, der außerdem zwei Endkolben 5 und 5a hat, auf die sich die gegeneinander wirkenden Federn 61, 6ia abstützen, die bei Abwesenheit von auf den Schieber wirkendem Druckfluid diesen Schieber 3 in seiner mittleren Stellung halten»

In dem mittleren Abschnitt der Bohrung 2 des Steuerschiebers mündet eine Leitung ό, 6a, die an eine Druckfluidquelle P angeschlossen ist und in der sich eine Drossel 7 befindet. An der einen und anderen Seite des mittleren Abschnitts der Bohrung 2 hat der Steuerschieber je eine Kammer 8 und 8a, in welche je eine Leitung 9 und 9a mündet, die zu je einem Arbeitsraum 10, 10a eines Servomotorzylinders 11 führen, in dem sich ein Kolben 12 bewegt, dessen Kolbenstange 12a aus der Lenkungs-Zahnstange besteht und unmittelbar mit dem Lenkgestänge für die Räder eines Automobils gekuppelt ist.

Der zwischen den Kammern 8 und 8a und den Enden des Kolbenschiebers 3 gelegene Teil der Steuerschieberbohrung 2 ist über Rückleitungen 13» 13a mit einem (nicht dargestellten) Fluidvorratsbehälter verbunden.

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Der Steuerschieber 1 ist an seinen beiden Enden, die Druckräume 38» 38a bilden, an zwei hydraulische Druck-Potentiometer 14, ika angeschlossen, die je einen Elektromagneten 15, 15a mit linearer Charakteristik enthalten, dessen beweglicher Kern oder Anker 16, i6a starr mit einem Stößel 17, 17a mit flacher Stirnfläche verbunden ist, die sich mit einer Druckkraft proportional zur elektrischen, an die Magnetspule 18,' 18a angelegten Spannung proportionalen Kraft auf eine AusflußdUse 191 19a mit kalibrierter Öffnung aufdrückt.

Diese Aueflußdüse sitzt an einem der Enden einer Leitung 20, 20a, die mit der Speiseleitung 6 für die Zufuhr von Druckfluid ütJH&r eine zweite Düse oder Drossel

21, 21a verbunden ist, deren Querschnitt wesentlich kleiner ist als der der kalibrierten Öffnung der Düse 19» 19a. An die Leitungen 20, 20a der hydraulischen Druckpotentiometer 14, i4a sind zwischen den beiden Düsen bzw. der Drossel und der Auslaufdüse Anschlußleitungen

22, 22a angeschlossen, welche die beiden Potentiometer mit den beiden Enden des Steuerschiebers 1 und mit zwei "Modulatoren" 23, 23a verbinden. Diese Modulatoren stellen steuerbare Druckbegrenzungsventile dar, bei denen der gesteuerte Überdruck ein Vielfaches des Steuerdruckes ist.

Die Drosselstelle 7 in der Zufuhrleitung 6, 6a hält an den zweiten Düsen oder Drosseln 21, 21a einen Mindestdruck aufrecht, der genügt, bzw. notwendig ist, um eine Verschiebung des Kolbenschiebers 3 zu sichern, dessen Endkolben 5» 5a wahlweise dem Fluiddruck unterworfen werden, der von den Potentiometern 14, i4a abgegeben wird, an die der Steuerschieber über die Leitungen 22, 22a angeschlossen ist.

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Der durch die Drosseldüsen 21, 21a noch zugelassene Flüssigkeitsdurchsatz kommt über das hydraulische Druckpotentiometer, das sich dann im Ruhezustand befindet, und über eine Rückflußleitung Zk, 24a zum Vorratsbehälter zurück.

Die Modulatoren oder steuerbaren Druckbegrenzungsventile 231 23a umfassen je eine zylindrisches Gehäuse, in dem gegen die Wirkung einer Feder 31» 31a ein Kolben

25, 25a verschiebbar ist, der zwei Räume 26, 27 bzw» 26a, 27a begrenzt und der starr mit einer das Ventilglied bildenden Kegelspitze 28, 28a verbunden ist, die beim Aufsetzen auf ihren Sitz 29» 29a eine Öffnung einer Leitung 30, 30a verschließt, welche an die Leitung 9» 9a angeschlossen ist, und an einer der Kammern 10, 10a des Servomotors 11 endet.

Der Raum 271 27a des Modulators ist über eine Leitung 32, 32a mit der Rückleitung 13, 13a zum Fluidvorratsbehälter verbunden, während der Raum 26, 26a mit der Leitung 22, 22a der hydraulischen Druckpotentiometer verbunden ist, so daß dieser Raum mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird, der in den Leitungen 22, 22a herrscht und der auf den Kolbenschieber des Steuerschiebers 1 wirkt.

In den Modulatoren 23, 23a könnte der Kolben 25, 25a durch eine einfache Membran ersetzt werden, weil er nur einem geringen Steuerdruck ausgesetzt ist, der in dem Raum

26, 26a herrscht.

Die Spulen 18, i8a der Elektromagneten 15, 15a der hydraulischen Druckpotentiometer sind über Leitungen 33, 33a und die Massenverbindung 33b, 33b an ein Steuerorgan 3h

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in Form eines elektrischen Drehmomentsignalgebers angeschlossen, der nur schematisch dargestellt und an der Lenksäule 35 eines Lenkrades 36 des Automobils sitzt. Je nachdem, ob das am Lenkrad ausgeübte Drehmoment positiv oder negativ ist, werden die Spulen 18, 18a selektiv, d. h. wahlweise, mit elektrischem Strom gespeist; der Wert der Spannung dieses Stromes ist proportional zu der Größe des gewünschten bzw. ausgeübten Drehmoments oder er hängt von diesem Drehmoment gemäß einem vorherbestimmten Gesetz ab.

Für den Abgleich der beiden hydraulischen Druckpotentiometer 14, i4a kann man zwischen die Spulen 18, 18a der Elektromagneten einen Abgleichschiebewiderstand 37 einschalten, der gestrichelt in der Zeichnung dargestellt ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Abgleich nachzustellen, ohne daß die Kalibrierung der Düsen oder Drosseln kritisch ist.

Die Servoventilanordnung gemäß der Erfindung arbeitet in folgender Weise:

Für den Fall, daß kein Drehmoment am Lenkrad ausgeübt wird, sind die Elektromagneten 15i 15a nicht mit elektrischem Strom gespeist, und die Stößel 17, 17a sind nicht belastet, es wird kein Druck auf die Ausflußdüsen 19, 19a ausgeübt; das Druckfluid, das nach Passieren der inneren Drosseln 21, 21a von den Leitungen 20, 20a herkommt, kann durch die Ausflußdüsen 19t 19a frei austreten und über die Leitungen 2k, 2^a zu dem Fluidvorratsbehälter abfließen. Da der Fluiddruck, der vor der Drossel 7 herrscht, nur relativ gering ist, ergibt sich dabei ein kleiner Durchsatz durch die Drosseln 21, 21a. Die Fluid-

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drücke in den Leitungen 22, 22a sind unzureichend, um auf die Kolben 5» 5a des Kolbenschiebers 3 Verschiebungsdrücke auszuüben, der Kolben bleibt in seiner mittleren, durch die Federn 6, 6a bestimmten Stellung.

Das Druckfluid, das aus der Druckquelle P über die Leitung 6, 6a kommt, strömt durch die Drosselstelle 7 und gelangt in den zentralen Teil der Bohrung 2 des Steuerschiebers 1, wo sich die Strömung teilt, um in die Kammern 8 und 8a zu gelangen; das Fluid kommt über die Leitungen 13» 13a zum Vorratsbehälter zurück, weil der Kolbenschieber 3 in einer mittleren Stellung gehalten wird und die Bunde k, ka an der Stelle der Kammern 8 und 8a liegen, so daß sie das Hindurchfließen des Fluids gestatten. Diese Stellung ist in der Zeichnung veranschaulicht»

Die Arbeitsräume 10, 10a des Servomotorzylinders 11 sind an den Vorratsbehälter unter Druck über die Leitungen 30, 30a und 9» 9a, die Kammern k, ka und die Leitungen 13» 13a angeschlossen. Infolgedessen ergibt sich keine Wirkung auf den Kolben 12 des Servomotorzylinders 11 und auf die Fahrzeugräder-Lenkschenkel, die mit der Kolbenstange fest gekuppelt sind.

Wenn man am Lenkrad 36 ein positives Drehmoment ausübt, liefert das elektrische Steuerorgan Jk ein diesem Drehmoment proportionales Signal und leitet dieses an die Klemmen der Spule 18 des Elektromagneten 15 im hydraulischen Druckpotentiometer 14. Der Magnetkern 16 wird im Sinne des Pfeiles F bewegt, so daß der Stößel 17 mit einer dem aufgeprägten Signal entsprechenden Druck auf die Ausflußdüse 19 aufgepreßt wird. Das durch die Drossel 21 kommende Fluid bewirkt nun einen Druckanstieg des Fluids

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innerhalb der Leitung 22, dem Druckraum 38 des Steuerschiebers und dem Raum 26 des Modulators oder Druckbegrenzungsventils 23, bis dieser Druck am Austrittsquerschnitt der Düse 19 den Druck des Stößels 17 ausgleicht.

Das Druckfluid, das sich in dem Druckraum 38 befindet, schiebt den Kolbenschieber 3 nach links und bringt so über die Kammer 8a die Zuflußleitung 6a für das Druckfluid in Verbindung mit den Leitungen 9 und 30, dem Arbeitsraum 10 des Servomotors 11 und dem Sitz 29 des Überdruckventils 23·

Der Ventilgliedkegel 28 ist dann der Wirkung des Druckfluids unterworfen, er wird bei Erreichen eines "gesteuerten" Druckes am Ventilsitz 29 angehoben und gestattet dem Druckfluid, in den Raum 27 überzutreten und über die Leitungen 32 und 13 ^zum Vorratsbehälter abzufließen. Dabei ergibt eich, daß der Druck in dem Arbeitsraum 10 des Servomotorzylinders gleich dem Steuerdruck in dem Raum 26, multipliziert mit dem Verhältnis der Arbeitsfläche am Kolben 25 und am Ventilsitz 29 ist, und dieser Druck folgt sämtlichen entsprechenden V ear änderungen des Steuerdruckes, die durch eine Änderung in der Größe des elektrischen, durch Drehmomentausübung am Lenkrad hervorgerufenen Signals ergeben. Für ein gegebenes Signal arbeitet das Druckventil als Druckregler.

Andererseits schließt der Kolbenschieber 3 bei seiner Verschiebung die Leitung 13a durch den Bund \4a ab und öffnet die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 10a des Servomotorzylinders und der Rückflußleitung 13 über die Leitungen 3Oa, 9a und die Kammer 8; auf diese Weise kann

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Fluid, das sich in dem Arbeitsraum 10a befindet, zum Vorratsbehälter abfließen»

Dabei ist nun der Kolben 12 auf einer Seite dem Fluiddruck in dem Arbeitsraum 10 unterworfen, während der Arbeitsraum 10a mit dem Vorratsbehälter verbunden ist; daraus folgt eine Verschiebung des Kolbens im positiven Sinne entsprechend dem positiven Drehmoment, das an dem Lenkrad 36 ausgeübt wird«

In dem Fall, daß ein negatives Drehmoment am Lenkrad 36 wirkt, ergibt sich eine Funktionsweise der einzelnen Geräte, die symmetrisch zu der oben beschriebenen ist und nicht erläutert werden muß«

Die erste Stufe der erfindungsgemäßen Servoventilanordnung, die aus zwei hydraulischen Druckpotentiometern besteht, welche durch bekannte Elektromagneten gesteuert werden, läßt sich den üblichen, in der Automobilindustrie verwendeten Spannungen 6 oder maximal 12 Volt leicht anpassen; dies ergibt Spulen, die nur wenige Watt verbrauchen.

Bleibt man im Rahmen des ausgewählten Ausführungsbeispiels, das jedoch keine Begrenzung darstellt, so ergibt sich für eine solche Vorrichtung wie oben beschrieben, die einen Durchsatz von 7-8 Litern Druckfluid je Minute bei einem Druck in der Größenordnung von 80 bar hat, eine relativ schwache Kraft-Verstärkung in der Größenordnung von 200 - 400, die jedoch für die Anwendungen* dieser Art vollauf genügt.

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Selbstverständlich können unterschiedliche Abwandlungen bei den Geräten oder Anordnungen vorgenommen werden, wie sie soeben lediglich als Beispiel ohne Begrenzung der Erfindung beschrieben wurden.

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Claims

Patentansprüche

Μ. Jßervoventilanordnung für einen Hydraulikkreis mit "offener Mitte" und einem Servomotor-Zylinder, in dem ein zwei Arbeitsräume veränderlichen Volumens trennender Kolben verschiebbar ist, gekennzeichnet durch zwei über Elektromagneten (15> 15a) gesteuerte hydraulische Druck-Potentiometer (i4, i4a), einen durch das von den Potentiometern gelieferte Druckfluid selektiv gesteuerten Steuerschieber (1), der wahlweise je einen der beiden Arbeitsräume (10, 1Oa) des Servomotorzylinders (11) mit einer Druckfluidquelle (P) und den anderen mit einer Rückleitung (13» 13a) zum Fluidvorratsbehälter verbindet, und durch an je einen der beiden Arbeitsräume angeschlossene, ihrerseits in Abhängigkeit von den Steuerschieber-Steuerdrücken steuerbare Modulatoren-Druckvervielfacher oder Druckregelventile (23, 23a)»

2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (i) eine Bohrung (2) aufweist, in der ein Kolbenschieber (3) verschiebbar geführt ist, der an seinen beiden Endflächen der jeweiligen Wirkung des Steuerdruckes je eines der beiden hydraulischen Druckpotentiometer (i4, i4a) unterworfen ist, daß diese Bohrung (2) beiderseits ihres mittleren Abschnitts, in dem eine Leitung (6, 6a) für die Zufuhr des Druckfluids mündet, zwei Kammern (8, 8a) aufweist, die jeweils mit zwei Arbeitsräumen (1O, 10a) des Servomotorzylinders (11) verbunden sind, und daß eine Rückleitung (ΐ3ι 13a)» die zvua Fluidvorratsbehälter führt, in der Bohrung (2) zwischen jeder der Kammern (8, 8a) und dem Ende des Kolbenschiebers (3) mündet.

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3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes hydraulische Druckpotentiometer (i4, ika) einen Elektromagneten (15» 15a) aufweist, dessen beweglicher Anker (16, i6a) fest mit einem Stößel (17, 17a) verbunden ist, der mit einer zur Speisespannung der Elektromagnetspule proportionalen Kraft auf eine Ausflußdüee (19» 19a) mit kalibrierter Öffnung aufdrückbar ist, die am Ende einer Leitung (20, 2Oa) angeordnet ist, welche über eine zweite Düse odeF Drosselstelle (21, 21a) von wesentlich kleinerem Querschnitt als die Ausflußdüse an die Druckfluidquelle (p) angeschlossen ist, und daß diese Leitung in ihrem Abschnitt zwischen der Drosselstelle und der Ausflußdüse an je eine der Endkammern des Kolbenschiebers (3) des Steuerschiebers (1) und an "Modulatoren·¹ (23» 23a) für Druckvervielfachung angeschlossen sind, wobei die Ausflußdüse (i9t 19a) i-ⁿ einen geschlossenen Raum mündet, an den eine Leitung (24, 2^a) für den Rückfluß zum Fluidvorratsbehälter angeschlossen ist.

k. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "Modulatoren·¹ für die Multiplikation des Druckes aus zwei Druckregelventilen (23, 23a) bestehen, die aber druckseitig je an einen Arbeitsraum (1O, 10a) des Servomotorzylinders (11) angeschlossen sind und einen Raum aufweisen, in dem verschiebbar ein Kolben (25, 25a) gelagert ist, der zwei Räume (26, 27) und (26a, 27a) von veränderlichem Volumen trennt, von denen der eine (26, 26a) mit einem der hydraulischen Druckpotentiometer (i4, "\ka) und der andere (27, 27a) mit einem der Arbeitsräume (1O, 10a) des Servomotorzylinders (11) über eine Öffnung verbunden ist, die durch ein starr mit dem Kolben (25, 25a) verbundenes Ventilglied, etwa einem Kegel (28, 28a) abschließbar ist, mit dem Fluidvorratsbehälter verbunden ist.

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5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Arbeitsraum (10, 1Oa) des Servomotorzylinders (11), der wahlweise mit der Zuführleitung (6, 6a) über den Steuerschieber (i) mit Druckfluid gespeist wird, gleich dem Steuerdruck ist, der in einem der Räume (26, 26a) des Modulators (23, 23a), multipliziert mit dem Verhältnis der Druckoder Arbeitsflächen des Kolbens (25, 25a) und dem Sitzquerschnitt des Ventilgliedes (28, 28a) ist,

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und h, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (26, 27) und (26a, 27a) des Modulators (23, 23a) durch eine fest mit dem Abschlußventilglied verbundene Membran getrennt sind,

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 35 dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (18, 18a) der Elektromagneten (15» 15a) der hydraulischen Druckpotentiometer (i4, i4a) wahl- oder wechselweise mit elektrischem Strom gespeist sind, je nachdem, ob das Drehmoment am Lenkrad in dem einen oder anderen Sinne auf ein Elektro-Steuerorgan (36) wirkt, und daß der Wert der von diesem Organ abgegebenen Spannung des Stromes proportional zum Wert des Drehmomentes oder von diesem nach einem vorherbestimmten Gesetz abhängig ist.

8. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotorzylinder (11) eines der Antriebs- oder Betätigungsorgane einer Servolenkung für ein Automobil ist und das Steuerorgan von der Lenksäule (35) gesteuert ist, auf der das Lenkrad (36) sitzt.

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