DE2924196C2

DE2924196C2 - Hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere für Fahrzeuglenkungen

Info

Publication number: DE2924196C2
Application number: DE19792924196
Authority: DE
Inventors: Erik Augustenborg Kyster; Svend Erik Nordborg Thomsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DK247880A; DE2924196A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, naen dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Steuervorrichtung dieser Art (»Ölhydraulik und Pneumatik« 18 (1974) Nr. 8, Seiten 612 bis 616) erlaubt es, mit einem verhältnismäßig geringen Kraftaufwand, z. B. durch ein Lenkhandrad, die Steuerpumpe zu verstellen. Diese Verstellung führt zu einer Verlagerung des Richtungsventils, so daß die Hauptpumpe den die Last betätigenden Servomotor in der einen oder anderen Richtung zu verstellen vermag. Diese Verstellung führt zu einer Verlagerung des Stellungsmelders, der zu einer Rückführbewegung des Ventilstellgliedes führt. Hierbei ist die Steuerpumpe als Rotationspumpe ausgebildet. Der Stellungsmelder weist einen in einem Zylinder gleitenden Kolben auf. Die an beiden Enden herausgeführte Kolbenstange ist mit einem Lenkgestänge verbunden, an dem auch die Kolbenstange des Servomotors angreift. Störend hierbei ist es, daß sich keine eindeutige Zuordnung zwischen der Stellung des Betätigungsorgans und der Stellung des Servomotors ergibt.

Es ist ferner eine hydraulische Steuervorrichtung bekannt (FR-PS 13 32 126), bei der das Richtungsventil von einem mechanischen Vergleicher mit einem Zahnrad gesteuert wird, das einerseits über eine vom Betätigungsorgan mechanisch angetriebene Zahnstan-

ge und andererseits von einer Rückführ-Zahnstange verstellbar ist. Letztere ist zwischen den Enden eines Doppelkolbens ausgebildet Die Kolbenenden sind unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung in Zylindern verschiebbar. Die so gebildeten Druckräume sind je für sich mit einem der beiden Druckräume eines ähnlich ausgebildeten Stellungsmelde 5 verbunden. Eine Anzeigevorrichtung meldet, wenn in einem der beiden voneinander getrennten hydraulischen Übertragungskreise die Menge der Übertragungsflüssigkeit zu üark abgenommen hat Auch hierbei sind demnach Ungenauigkeite;, :n Kauf zu nehmen.

Bei einer Vorrichtung zur hydraulischen Fernbetätigung von kurzhubigen Ventilen (DE-OS 20 08 038) ist eine erste HydrauHkkammer mit einem manuell betätigbaren Stellglied und einer diese Kammer statisch abdichtenden Rollmembran vorgesehen. Eine hiermit über eine Flüssigkeitssäule verbundene zweite Hydraulikkammer weist ein auf das Ventil einwirkendes zweites Stellglied auf, das als Metallsockel an einer gummielastisehen Scheibe ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die Stellung des Betätigungsorgans und die Stellung des Servomotors 2ί einander eindeutig zugeordnet sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Ausgestaltung bildet der Steuerkreis nicht mehr ein einziges Druckmittelsystem, bei dem Druckflüssigkeit von den einen Druckräumen des Stellungsmelders und des Ventilstellgliedes über die Steuerpi.'mpe zu den anderen Druckräumen gelangen kann. Vielmehr gibt es im Steuerkreis zwei abgeschlossene, hydraulisch getrennte Druckmittelsysteme, in denen je « ein Druckraum von Steuerpumpe, Stellungsmelder und Ventilstellglied zusammengefaßt sind. Da zu jedem Druckmittelsystem drei Druckräume gehören, ist die jeweilige Verlagerung des Ventilstellgliedes sowohl von der Verlagerung der Steuerpumpe als auch von der Verlagerung des Stellungsmelders abhängig, d. h. in den Druckmittelsystemen wird nicht nur eine Lageübertragung, sondern auch ein Stellungsvergleich zwischen Steuerpumpe und Stellungsmelder durchgeführt. Die Menge der in den beiden Druckmittelsystemen befindli- Ai chen Hydraulikflüssigkeit ist genau definiert. Denn wegen der Verwendung der membranartigen Dichtungen treten keine Leckverluste auf. Dadurch daß auch die Steuerpumpe nicht als Rotationsmaschine, sondern als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet wird, können auch hier die sicher dichtenden membranartigen Dichtungen angewendet werden. Wenn auf diese Weise im Steuerkreis eindeutige Verhältnisse herrschen, ist es unerheblich, ob im Arbeitskreis unvermeidbare Leckverluste auftreten. Wenn man von Sonderfällen absieht, sind die membranartigen Dichtungen auch nur schwach belastet, nämlich durch den vom Betätigungsorgan aufgebrachten Steuerdruck haben also selbst bei schwacher Auslegung eine lange Lebensdauer.

Als membranartige Dichtungen kommen insbesondere Rollmembranen, die einen großen Hub erlauben, in Betracht. Ein anderer Typ solcher membranartiger Dichtungen wird durch Balgen, wie Wellrohr- oder Faltenbalge, gebildet.

Die Zahl der erforderlichen membranartigen Dichtungen kann mit Hilfe der Ansprüche 2, 4 und 6 klein gehalten werden. Weil keine Kolbenstange durch den Druckraum hindurchgeführt wird, kommt man pro Druckraum mit einer membranartigen Dichtung aus. Wendet man dieses Prinzip bei Steuerpumpe, Stellungsmelder und Ventilstellglied an, benötigt man nur sechs membranartige Dichtungen.

Der Vorschlag des Ansprachs 3 führt zu eine¹· Kraftverstärkung bei der Betätigung der Steuerpumpe. Gemäß Anspruch 5 können Servomotor und Stellungsmelder miteinander kombiniert werden, so daß sich eine bauliche Vereinfachung und Platzersparnis ergibt.

Anspruch 7 führt zu einer sehr gedrungenen Kombination, bei der Steuerpumpe und Richtungsventil mit zugehörigem Stellglied zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Darüber hinaus ist die Kolbenfläche bei der Steuerpumpe größer als beim Ventilstellglied. Daher ergibt bereits eine kleine Verstellung der Steuerpumpe eine verhältnismäßig große Öffnung des Richtungsventils.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführiingsforrn, bei der Servomotor und Stellungsmelder kombiniert sind;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, bei der Servomotor und Stellungsmelder voneinander getrennt sind; Fig. 3 eil drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerpumpenbewegung hydraulisch unterstützt ist und Fig.4 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerpumpe und das Richtungsventil miteinander kombiniere sind.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 gibt es einen Hauptkreis 1 und einen Steuerkreis 2. Im Hauptkreis fördert eine Pumpe 3 aus einem Tank 4 Druckflüssigkeit über ein Richtungsventil 5 entweder in der veranschaulichten Neutralsteüung direkt zurück in den Tank 4 oder in einer Arbeitsstellung in einen Druckraum 6 oder 7 eines Servomoiors 8, während der jeweils andere Druckraum mit dem Tank verbunden ist. Der Druckraum 6 ist von festen Wänden 9 und einer Kolbenscheibe 10, der Druckraum 7 von festen Wänden 1I und einer Kolbenscheibe 12 begrenzt. An der dazwischen befindlichen Kolbenstange 13 sind über ein Gestänge 14 ein oder mehrere zu lenkende Räder 15 angelenkt. Der Steuerkreis 2 weist eine Steuerpumpe 16 auf, die zwei Druckräume 17 und 18 besitzt. Ein Doppelkolben 19 ist in Zylinderteilen 20, 21 verschiebbar. Er weist zwei Kolbenscheiben 22 und 23 und dazwischen eine KolbenstEinge 24 auf. Diese kann mittels eines Lenkhandrades 25 über ein Zahnrad 26 und eine Zahnstange 27 hin und her bewegt werden. Der Druckraum 17 ist durch feste Wände 28 begrenzt, der Druckraum 18 durch feste Wände 30 und eine an der anderen Stirnfläche des Doppelkolbens 19 anliegende Rollmembran 31.

Ein Stellungsmelder 32 weist zwei Druckräume 33 und 34 auf, zwischen denen sich ein Doppelkolben 35 erstreckt, zu dem auch die beiden Kolbenscheiben 10 und 12 sowie die Kolbenstange 13 gehören. Der Druckraurn 33 ist durch eine feste Wand 36 und eine an der einen Stirnseite des Doppelkolbens 35 anliegende Rollmembran 37 begrenzt, der Druckraum 34 durch eine feste Wand 38 und eine an der anderen Stirnseite des DoppDlkolbens 35 anliegende Rollmembran 39. Ein Ventilstellglied 40 weist zwei Druckräume 41 und 42 auf. Ein Doppelkolben 43 dieses Stellgliedes 40 dient gleichzeitig als Ventilschieber des Richtungsventils 5, der sich in einer festen Ventilhülse 44 verschieben läßt

Der Druckraum 41 ist durch eine feste Wand 45 und eine an der einen Stirnseite des Doppelkolbens 43 anliegende Rollmembran 46, der Druckraum 42 durch eine feste Wand 47 und eine an der anderen Stirnseite des Doppclkolbens 43 anliegende Rollmembran 48 begrenzt. In den Druckräumen wirkt noch je eine Druckfeder 49 bzw. 50. Eine Leitung 51 verbindet die Druckräume 17, 33 und 41, eine Leitung 52 die Druckräume 18,34 und 42.

Hiermit ergibt sich die folgende Betriebsweise: Wird das Lenkhandrad 25 im Uhrzeigersinn gedreht, verschiebt sich der Doppeikolben 19 der Steuerpumpe nach rechts. Aus dem Druckraum 18 wird Druckflüssigkeit verdrängt. Dies führt zu einer Verstellung des Doppelkolbens 43 nach links. Die dabei aus dem Druckraum 41 verdrängte Flüssigkeit wird vom Driickraurn 17 der Steuerpumpe aufgenommen. Durch die Verstellung des Richtungsventils 5 wird der Rückfluß zum Tank 4 unterbrochen und Druckflüssigkeit der Hauptpumpe 3 zum Druckraum 6 des Servomotors geleitet. Hierdurch wird das Lenkgestänge 14 nach links verschwenkt. Solange das Lenkhandrad 25 weiter verschwenkt wird, nimmt der Druckraum 17 die aus dem Druckraum 33 des Stellungsmelders 32 verdrängte Flüsisigkeit auf. Sobald das Lenkhandrad 25 angehalten wird, gelangt die aus dem Druckraum 33 verdrängte Flüssigkeit in den Druckraum 41 des Ventilstellgliedes 40, so daß das Richtungsventil 5 wieder in seine Neutralstellung zurückkehrt. Eine entsprechende Betriebsweise ergibt sich bei umgekehrter Drehrichtung des Lenkhandrades. Da im Steuerkreis 2 keine Verluste auftreten, ist die Stellung des Lenkhandrades 25 immer ein getreues Abbild der Stellung des Lenkgestänges 14.

Positive und negative Steuerkräfte werden automatisch kompensiert Wenn beispielsweise die Kolbenstange 13 durch äußere Kräfte nach links verschoben wird, wird Druckflüssigkeit aus dem Druckraum 33 verdrängt und vom Druckraum 41 aufgenommen, so daß sich das Richtungsventil 5 öffnet, um Druckflüssigkeit in den Druckraum 7 des Servomotors zu leiten, was eine der äußeren Kraft entsprechende Gegenkraft hervorruft. Auch wenn während einer Steuerbewegung äußere Kräfte in positiver oder negativer Richtung auftreten, werden diese ausgeglichen, weil sich das Richtungsventil 5 jeweils in einer diesen Kräften entgegenwirkenden Richtung verschiebt Bei Ausfall der Handpumpe ist auch eine manuelle Betätigung mittels Steuerpumpe und Stellungsmelder möglich.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 werden für dieselben Teile dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 und für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Der Servomotor 108 besitzt einen Kolben 110 zur Trennung der beiden Druckräume 106 und 107. Eine Kolbenstange 113 ist stirnseitig herausgeführt und wirkt mit einem Lenkgestänge 114 zusammen. Eine ortsfest gelagerte Schwenkachse 53 ist über ein Zahnrad 54 mit einer Zahnstange 55 am Kolben 135 des Stellungsmelders 132 verbunden.

Durch die Trennung von Servomotor 108 und Stellungsmelder 132 kann die Kolbenfläche beim Servomotor beliebig groß gewählt werden. Außerdem ergibt sich eine Obersetzung zwischen dem Hub des Servomotors und dem Hub des Stellungsmelders. Daher ergibt sich eine große Freizügigkeit in der Auslegung, wie es insbesondere bei der Steuerung von größeren Fahrzeugen von Interesse ist.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 werden für dieselben Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 und für entsprechende Teile um 200 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Als wesentlicher Unterschied ist anzusehen, daß auf den einander zugewandten Seiten der Kolbenscheiben 222 und 223 je ein Druckraum 56 bzw. 57 vorgesehen ist, der im übrigen von festen Wänden 58 bzw. 59 begrenzt ist. Der Druckraum 56 ist an den Ausgang 60 des Richtungsventils 205 angeschlossen, der zum Druckraum 6 des Servomotors 8 führt. Der Druckraum 57 ist an den Ausgang 61 des Richtungsventils 205 angeschlossen, der zu dem Druckraum 7 des Servomotors 8 führt. Außerdem sind diese Ausgänge noch mit Druckräumen 62 bzw. 63 im Richtungsventil 205 verbunden. Wenn der Doppelkolben 219 durch das Lenkhandrad 225 geringfügig nach links verschoben wird, erfolgt eine Verschiebung des Ventilschiebers 243 des Richtungsventils 205 nach rechts. Infolgedessen wird Druckflüssigkeit nicht nur dem Druckraum 7 des Servomotors 8, sondern auch dem Druckraum 57 der Steuerpumpe 216 zugeführt. Hierdurch wird die von der Hand aufzubringende Lenkkraft unterstützt. Damit das Steuerventil nicht sofort in die Endlage geführt wird, ist eine Abstützung durch denselben Pumpendruck im Druckraum 62 vorgesehen. Entsprechendes gilt bei einer Betätigung in entgegengesetzter Richtung.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4, die sich insbesondere für die Steuerung von kleineren Fahrzeugen eignet, werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 und für entsprechende Teile um 300 erhöhte Bezugszeichen benutzt In diesem Fall ist der Doppelkolben 319 der Steuerpumpe als Schieberhülse 344 des Richtungsventils 305 und als feste Wand 345 und 346 des Ventilstellgliedes 340 ausgebildet Der Doppelkolben 343 des Ventilstellgliedes 340 dient wiederum als Ventilschieber des Richtungsventils 305. Ein Kanal 64 durchsetzt den Doppelkolben 319 und verbindet den Druckraum 317 der Steuerpumpe mit dem Druckraum 341 des Ventilstellgliedes. Ein Kanal 65 durchsetzt auf der anderen Seite den Doppelkolben 319 und verbindet den Druckraum 318 der Steuerpumpe mit dem Ventilraum 342 des Ventilstellgliedes. Dies ergibt eine sehr gedrungene Bauform mit einem bei kleinen Bewegungen des Steuerpumpenkolbens bereits weit verlagerten Ventilschiebers 343.

In allen Fällen weist das Richtungsventil in der Neutralstellung einen Kurzschlußpfad zwischen Hauptpumpe 3 und Tank 4 auf. In bekannter Weise können aber auch andere Ventilkonstruktionen verwendet werden, z. B. solche, die in der Neutralstellung jeglichen Durchgang absperren. Selbstverständlich können die einzelnen Kolben auch mit durch die Druckräume nach außen geführten Kolbenstangen ausgestattet sein. Dann sind auch an der Durchtrittsstelle der Kolbenstange durch die feste Wand Rolknembran-Abdichtungen vorzusehen. In diesen Fällen kann man auch einen Kolben mit einer Rollmembran zum Abtrennen der beiden Druckräume von Steuerpumpe, Stellungsmelder oder Ventilstellglied verwenden.

Statt der veranschaulichten Rollenmembran können auch Wellrohr- oder Faltenbalge oder — bei kleinerem Hub — Flachmembranen verwendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere für Fahrzeug-Lenkungen, mit einem Hauptkreis, der eine mechanisch angetriebene Hauptpumpe, ein Richtungsventü, mindestens einen Servomotor zum Verstellen einer Last und einen Tank aufweist, und mit einem Steuerkreis, der eine mit einem Betätigungsorgan verbundene Steuerpumpe, einen als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildeten und mit dem Servomotor verbundenen Stellungsmelder sowie ein als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildetes und mit dem Richtungsventil verbundenes Ventilstellglied aufweist, wobei der eine Anschluß der Steuerpumpe mit dem einen Druckraum des Steillingsmelders und dem einen Druckraum des Ventilstellgliedes sowie der andere Anschluß der Steuerpumpe mit den beiden anderen Druckräumen des Stellungsmelder und des Ventilsteiigliedes verbanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerpumpe (16, 116, 216, 316) als Kolben-Zylinder-Anordnung mit zwei Druckräumen (17, 18; 117, 118; 217, 218; 317, 318) ausgebildet ist, daß der Steuerkreis (2) zwei abgeschlossene Druckmittelsysteme aufweist, die je einen Druckraum von Steuerpumpe (16; 116; 216; 316), Stellungsmelder (32; 132) und Ventilstellglied (40; 240; 340) aufweisen und daß sämtliche Druckräume (17,18,33,34,41,42:117,118,133,134:217,218,241, 242; 317,318, 341, 342) von Steuerpumpe, Stellungsmelder und Ventilstellglied durch am Zylinder befestigte und mit dem Kolben bewegliche membranartige Dichtungen (29, 31, 37, 39, 46, 48; 129, 131. 137, 139, 146, 148; 229, 231, 246, 248; 329, 331, 346,348) abgedichtet sind.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerpumpe (16; 116; 216; 316) einen Doppelkolben (19; 119; 219; 319) aufweist, an dessen beiden Enden je einer der beiden Druckräume (17, 18; 117, 113; 217, 218; 317, 318) vorgesehen ist und zwischen dessen Enden das Betätigungsorgan (25; 125; 325) angreift, und daß jeder Druckraum einen auch die Kolbenachse übergreifenden Querschnitt hat und lediglich auf seiner dem Kolbenende zugewandten Seite eine membranartige Dichtung (29, 31; 129, 131; 229, 231; 329,331) aufweist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (219) der Steuerpumpe (216) zwei Scheiben (222, 223) aufweist, auf deren einander abgewandten Seiten je die eine membranartige Dichtung (229, 231) angeordnet ist und die auf ihren einander zugewandten Seiten zusammen mit festen Wänden (58, 59) je einen Druckraum (56, 67) begrenzen, der mit demjenigen Ausgang (60, 61) des Richtungsventils (205) verbunden ist, der eine Unterstützung der vom Betätigungsorgan (25) hervorgerufenen Steuerpumpenbewegung bewirkt.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsmelder (32,132) einen Doppelkolben (35; 135) aufweist, an dessen beiden Enden je einer der beiden Druckräume (33, 34; 133, 134) vorgesehen ist und zwischen dessen Enden die Verbindung zum Servomotor (8; 108) angreift, und daß jeder Druckraum einen auch die Kolbenachse übergreifenden Querschnitt hat und lediglich auf seiner dem

Kolbenende zugewandten Seite eine membranartige Dichtung (37,39; 137,139) aufweist.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (35) des Stellungsmelders (32) zwei Scheiben (l0, 12) aufweist, auf deren einander abgewandten Seiten je die eine membranartige Dichtung (37,39) angeordnet ist und die auf ihren einander zugewandten Seiten zusammen mit festen Wänden (9,11) je einen Druckraum (6, 7) des Servomotors (8) begrenzen, und daß die Last (15) zwischen den Scheiben angreift.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilstellglied (40; 240; 340) einen Doppelkolben (43; 243; 343) aufweist, an dessen beiden Enden je einer der beiden Druckräume (41, 42; 241, 242; 341, 342) vorgesehen ist und der als Ventilschieber des Richtungsventils (5; 205; 305) ausgebildet ist, und daß jeder Druckraum einen auch die Kolbenachse übergreifenden Querschnitt hat und lediglich auf seiner dem Kolbenende zugewandten Seite eine membranartige Dichtung (46, 48; 146, 148; 246, 248; 346,348) aufweist.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (319) der Steuerpumpe (316) als Ventilhülse und der Kolben (343) des Ventilstellgliedes (340) als Ventilschieber des Richtungsventils (305) ausgebildet ist und je ein Verbindungskanal (64, 65) zwischen den benachbarten Druckräumen (317,341; 318,342) von Steuerpumpe und Ventilstellglied stirnseitig Wände des Steuerpumpenkolbens durchsetzt.
8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die membranartige Dichtung (29,31,37,39,46,48; 129,131, 137,139, 146, 148; 217, 218, 241, 242; 317, 318, 341, 342) eine Rollmembran ist.