DE2932847C2 - Hydraulische Steuervorrichtung für einen Servomotor, insbesondere für Fahrzeuglenkungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische

Steuervorrichtung für einen Servomotor, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Steuervorrichtung dieser Art (DE-OS 27 38 463, DE-OS 27 28 004) wird eine Mengen-

einstellvorrichtung mit einer von einer Pumpe gespeisten Einstelldrussel mit nachgeschaltetem Meßmotor benutzt. Die Drossel wird mittels eines von einem Einstellorgan betätigten ersten Teils geöffnet und mittels eines vom Meßmotor nachgeführten zweiten

Teils geschlossen. In Abhängigkeit vom Druckabfall an der Drossel wird ein vorgeschaltetes, lastabhängig betätigtes (load sensing) Prioritätsventil so verstellt, daß jeweils die für die Lenkung benötigte Druckflüssigkeit abgenommen und der Rest für einen weiteren Verbraucher zur Verfügung steht. In jeder der Stcucrleitungen der Mengeneinstellvorrichtung ist ein Steuerventil angeordnet. Jedem Steuerventil ist im Arbeitskreis ein Arbeitsventil zugeordnet. Als Druckregler dient eine beide Zweige des Arbeitskreises richtungsabhängig speisende Druckwaage. Dies erfordert für die Druckregelung, die Steuer- und Arbeitsventile insgesamt fünf Schieber, was einen erheblichen Aufwand nicht nur an beweglichen Bauteilen sondern auch an Verbindungsleitungen und Steuerdruckleitungen erfordert.

Bekannt ist es ferner (US-PS 35 61 488), Steuerventil und Arbeitsventil in der Weise zu vereinigen, daß auf einem gemeinsamen Umfang Arbeitsventil-Steueröffnungen und Steuerventil-Steueröffnungen vorgesehen sind, die mit einer Ringnut zusammenwirken und jeweils proportionale Durchtrittsquerschnitte freigeben. Zwischen Pumpe und Arbeitsventil ist ein Druckreduzierventil geschaltet, das einen konstanten Druckabfall hervorruft. Zwischen Pumpe und Steuerventil ist ein Einstellschieber geschaltet, mit dessen Hilfe von einem Eingangssignal abhängige Drosselquerschnitte einstellbar sind. Der gemeinsame Schieber wird einerseits vom konstanten Druck hinter dem Druckreduzierventil und andererseits vom Steuerdruck beaufschlagt. Hiermit ist keine mengenproportionale Regelung möglich, insbesondere weil es mit Hilfe des Einstellschiebers nicht möglich ist, eine abgemessene Steuermenge abzugeben. Es ist bei hydraulischen Steuervorrichtungen mit

Verstärkung auch schon bekannt (DE-PS 12 71553), dem Servomotor ein Richtungsventil zuzuordnen, damit die für Steuerventil, Arbeitsventil und Druckregler erforderlichen Elemente nur einmal vorgesehen werden müssen. Im bekannten Fall dient zur Mengeneinstellung eine Steuerpumpe. Zwei getrennte, aber gemeinsam betätigte Schieber bilden das Steuerventil und das Arbeitsventil. Der Druckregler wird mit Hilfe eines Vergleichsschiebers und eines Nebenschlußventils verwirklicht Auch hierbei ist ein erheblicher Aufwand an Schiebern und Verbindungsleitungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei der eine Steuermenge eingestellt und proportional verstärkt werden kann, anzugeben, bei der der Aufwand für Druckregler, Arbeitsventil und Steuerventil einschließlich der erforderlichen Verbindungs und Steuerdruckleitungen herabgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Konstruktion genügt ein einziger Schieber, um die Funktion des Druckreglers, des Arbeitsventils und des Steuerventils zu übernehmen. Die Verbindung zwischen Druckregler und Arbeitsventil kann im Innern des Schiebers erfolgen. Diese Kombination ist möglich, weil zwar zwischen Druckregler und Arbeitsventil, die von derselben Druckflüssigkeitsmenge durchflossen werden, ein konstantes Druck-Teilerverhältnis herrscht, mit Hilfe des lastabhängig betätigten Ventils aber der Gesamt-Druckabfall im Arbeits- und Steuerkreis geändert wird, so daß sich für jeden Steuerdruck eins definierte Gleichgewichtslage des Schiebers ergibt. Da andererseits die Durchtrittsquerschnitte im Arbeitsventil und im Steuerventil einander proportional und der Druckabfall an ihnen gleich ist, erreicht man die gewünschte Verstärkung.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 sorgt die Axialbohrung für eine sehr einfache Verbindung zwischen Druckregler und Arbeitsventil einerseits und der vom Folgedruck beaufschlagten Stirnfläche des Schiebers andererseits.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 können zwecks Erzielung einer großen Verstärkung relativ große Arbeitsventil-Steueröffnungen benutzt werden, ohne daß dadurch die Druckregle^-Steueröffnungen zu groß werden müßten. Wenn von gleich großen Steueröffnungen ausgegangen wird, erreicht man den gewünschten Effekt beispielsweise dadurch, daß beim Druckregler und beirr Steuerventil eine gleich große Anzahl von Steueröffnungen und beim Arbeitsventil eine doppelt so große Anzahl von Steueröffnungen angewendet werden.

Anspruch 4 ergibt den Vorteil, daß infolge der Verwendung de;» Richtungsventils eine einzige Schieber-Baueinheit für beide Durchflußrichtungen ausreicht. Außerdem müssen für die rücklaufende Druckflüssigkeit keine besonderen Maßnahmen getroffen werden. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung.

Mit Hilfe der Umschaltvorrichtung gemäß An-Spruch 5 gelingt es, die Mengeneinstellvorriehtung dem Steuerventil vorzuschalten, so daß in der Mengeneinstellvorriehtung mit vergleichsweise niedrigen Drücken gearbeitet werden kann.

Es ist auch nicht notwendig, eine gesonderte UmschaltvorrichtUiig vorzusehen. Vielmehr kann diese gemäß Anspruch 6 vom Richtungsventil gebildet sein. In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn gemäß Anspruch 7 die jeweils den geringeren Druck führende Steuerleitung vom Richtungsventil gesperrt ist. Wenn das Richtungsventil in einer Endlage klemmen sollte und die Mengeneinstellvorrichtung in entgegengesetzter Richtung betätigt wird, führt dies zu einem Druckanstieg in der zugehörigen Betätigungsdruckkammer des Richtungsventils, so daß sich schließlich der blockierte Schieber löst. In der Zwischenzeit ist darüber hinaus verhindert, daß dem Steuerventil eine Steuermenge zugeführt wird, so daß nicht etwa der Servomotor mit voller Kraft in der falschen Richtung weiterverstellt wird.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform, F i g. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform und

F i g. 3 das Schaltbild einer dritten Ausführungsform-Gemäß F i g. 1 ist eine hydraulische Steuervorrichtung 1 für eine Fahrzeuglenkui,-^ vorgesehen. Durch Verstellen eines Lenkhandrads 2 w.rd der Kolben 3 eines Servomotors 4 zur Verstellung der zu lenkenden Räder betätigt. Außerdem kann über eine Leitung 5 noch ein weiterer Verbraucher angeschlossen werden. Eine Pumpe 6 saugt Druckmittel aus einem behälter 7 an und fördert es zu einem lastabhängig betätigbarem Prioritätsventil 8. Dieses hat einen Ausgang 9 zur Speisung des Servomotors 4 und einen Ausgang 10 zur Speisung des zusätzlichen Verbrauchers. Der Schieber 11 des Prioritätsventils 8 wird an einem Stirnende über eine Steuerdruckleitung 12 vom Druck vor einer verstellbaren Drossel 13 in einer Mengeneinstellvorrichtung 14 und andererseits über eine Steuerdruckleitung 15 vom Druck hinter dieser Drossel 13 und einer Feder 16 beaufschlagt. Demzufolge wird in Abhängigkeit von der Anforderung der Mengeneinstellvorrichtung 14 Druckflüssigkeit über den Ausgang 9 abgegeben, während der Rest über den Ausgang 10 zum zusätzlichen Verbraucher gelangt.

Die Steuereinrichtung umfaßt einen Arbeitskreis 17 und einen Steuerkreis 18. Im Arbeitskreis ist hintereinander ein Rückschalgventil 19, ein Druckregler 20 und ein Arbeitsventil 21 vorgesehen. Im Steuerkreis ist die Mengeneinstellvorrichtung 14 mit der verstellbaren Drossel 13 und einem Meßmotor 22 vorgesehen, über die je nach Drehrichtung des Lenkhandrads 2 eine von zwei Steuerleitungen 23 bzw. 24 mit Druckflüssigkeit versorgt wird. Diese gelangt über Betätigungsdruckkammern 25 bzw. 26 eines Richtungsventils 27 und eine Umschaltvorrichf.ung 28, die jeweils aus einer Ringnut 29 mit Steuerkante 30 am Schieber 31 des Richtungsventils bzw. aus Ringnut 32 und Steuerkante 33 besteht. Demzufolge ist der Vereinigungspunkt 34 des Steuerkreises jeweils mit der den höheren Druck führenden Steuerleitung 23 bzw. 24 verbunden. £s folgt ein Steuerventil 35. Steuerkreis und Arbeitskreis haben einen gemeinsamen Ausgang 36, der mit den beiden Eingängen 37 und 38 des Richiungsventils verbunden ist, das ferner einen Ausgang 39 besitzt, der über eine Rücklaufleitung 40 zum Behälter 7 führt. An das Richtungsventil schließen zwei Moterleitungen 41 und 41' an, so daß der Servomotor jeweils über die Motorleitung Druckflüssigkeit zugeführt erhält, während die andere Motorleitung mit dem Behälter 7 verbunden ist. Angedeutet sind ferner zwei Nachfüllventile 42 und 43, die die Motorleitungen 41 bzw. 4Γ mit der Rücklaufleitung 40 verbinden, und zwei Schockven-

tile 44 und 45, die es erlauben, Überdrücke im Servomotor abzubauen, wenn dieser von außen mit Stoßen belastet wird. In den Betätigungsdruckkammern 25 und 26 ist ferner je eine Neutralstellungsfeder 46 bzw. 47 angeordnet. s

Der Druckregler 20, das Arbeitsventil 21 und das Steuerventil 35 sind in einer Schieber-Baueinheit 48 zusammengefaßt. Diese weist eine Bohrung 49 mit einer ersten Ringnut 50, die mit einer Arbeitsleitung 51 verbunden ist, und mit einer zweiten Ringnut 52, die mit to dem Ausgang 36 verbunden ist. auf. Ein Schieber 53 besitzt Druckregler-.Steueröffnungen 54. die mit der ersten Ringnut 50 zusammenwirken, und auf dem gleichen Umfang Arbeitsvcntil-Steueröffnungen 55 und Steuerventil-Steueröffnungen 56, die mit der /weiten ti Ringnut 52 zusammenwirken. Auf der einen Seite der letztgenannten Steueröffnungcn ist eine Steuerventil-Verteilernut 57 und auf der anderen Seite eine Arbeitsventil-Verteilernut 58 vorgesehen. Beide stehen über Schrägbohrungen 59 bzw. 60 und Radialkanälcn 61 :n bzw. 62 mit den Steueröffnungen 56 und 55 in Verbindung. Die Stcuervcntil-Verteilcrnut 57 steht über eine Leitung 69 mit dem Vereinigungspunkt 34 in Verbindung. Eine Steuerdruckleitung 63 führt zum Betätigungsdruckraum 64 an der einen Stirnseite des 2ϊ Schiebers 53. Eine Axialbohrung 65 steht über Radialkanäle 66 mit der Arbeitsventil-Verteilernut 58 und über Radialkanäle 67 mit den Druckregler-Steueröffnungen 54 in Verbindung. Gleichzeitig wird eine Verbindung zum Betätigungsdruckraum 68 an der J" anderen Stirnseite des Schiebers 53 hergestellt.

Wenn im Betrieb das Lenkhandrad 2 derart gedreht wird, daß Druck auf der Steuerleitung 23 entsteht, wird der Schieber 31 des Riehlungsventils 27 in die in F ι g. I veranschaulichte rechte Endlage gedrückt. Gleichzeitig ü wirkt der Steuerdruck im Bctätigungsdrtickraum 64 auf den Schieber 53. Dieser wird nach links geschoben, wodurch sich sämtliche Steueröffnungcn 54, 55 und 56 öffnen. Außerdem führt der Druckabfall an der Drossel 13 der in der Neutralstellung jeglichen Durchtritt 4i sperrenden Mengeneinstcllvorrichtung zu einer difinicrten Lage des Prioritätsventils 8. was einen bestimmten Druckabfall im Arbeits- und Steuerkreis ergibt. Der Schieber 53 nimmt eine Gleichgewichtslage ein. bei der der Folgedruck in der Betätigungsdruckkammer 68. also -»5 der Druck zwischen dem Druckregler 20 und dem Arbeitsventil 21. gleich dem Steuerdruck ist. Über den gemeinsamen Ausgang 36 und das Richtungsventil 27 wird nunmehr der linken Seite gemäß F i g. 1 des Servomotors 4 Druckflüssigkeit zugeführt, die sich aus so der von der Mengeneinstellvorrichtung 14 bestimmten Steuermenge und einer proportionalen Menge, welche über den Arbeitskreis 17 zugeführt wird, zusammensetzt. Das Mengenverhältnis ergibt sich aus den Querschnittsbemessungen der Arbeitsventil-Steueröff nungen 55 und der Sleuerventil-Steueröffnungen 56. Das Teilerverhältnis zwischen dem Druckabfall am Druckregler 20 und dem Druckabfall am Arbeitsventil 21 läßt sich durch entsprechende Bemessung der Druckregler-Steueröffnungen 54 und der Arbeitsventil-Stcueröffnungen 55 wählen.

Die Ausführungsform der Fig. 2 entspricht derjenigen der F i g. 1 weitgehend. Für identische Teile werden daher auch identische Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich ist lediglich, daß die Umschaltung der Steucrlcilungen \2~\ und 124 mittels eines gesonderten Umschiilivcntils 69«/ erfolgt und zu dem Betätigungsdruckräumen 25 und 26 des Kichtungsvcmils 27 Steuerdriickleilungen 70 und 71 führen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 werden wiederum für dieselben Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. I und 2 verwendet. Unterschiedlich ist hierbei, daß die beiden Steuerleitiingen 223 und 224 über je ein Rückschlagventil 72 und 73 direkt in die Arbcitsleittingen 240 und 241 münden und daß die Schieber-Baueinheit 248 in Strömungsrichtung vor der Mengeneinstellvorrichtung 214 im Steuerkreis 218 und vor dem Rückschlagventil 219 im Steuerkreis 217 angeordnet ist. Demzufolge ist auch das Arbeitsventil 221 vor dem Druckregler 220 gelegen. Auch das Steuerventil 235 ist der Mengeneinstellvorrichtung 214 vorgeschaltet. Die Betriebsweise ist ähnlich wie in den Fig. 1 tind 2. Lediglich der Druck in der Mengeneinstellvorrichtung 214 liegt auf einem höheren Niveau.

In dieser Figur ist auch eingetragen, daß der eine Teil 74 der Drossel vom Lenkhandrad 2 verstellt wird und daß der andere Teil 75 der Drossel vom Meßmotor 22 nachgeführt wird. Darüber hinaus ist die Mengenein-Stellvorrichtung von einem Rückschlagventil 76 überbrückt, das ein eventuelles Nachsaugen auf der Druckseite erlaubt.

In allen Ausführungsbeispielen ist ein Schieber 53 verwendet worden, bei dem die Steueröffnungen 54, 55 und 56 als Mündungen von Radialbohrungen ausgeführt sind. Sie haben sämtlich den gleichen Querschnitt. Es sind jeweils zwei Druckregler-Steueröffnungen 54. vier Arbeitsventil-Steueröffnungen 55 und zwei Steuerventil-Steueröffnungen 56 vorhanden. Dies führt dazu, daß der Druckabfall an den Druckregler-Steueröffnungen zweimal se groß ist. wie derjenige an den Arbeits- und Steuerventil-Steueröffnungen und daß die über den Arbeitskreis fließende Druckmittelmenge viermal so groß ist wie die Steuermenge. Die Zahlenverhältnisse können auch anders sein. Statt runder Steueröffnungen können auch Vertiefungen mit beliebiger anderer Querschnittsform am Umfang des Schiebers 53 ausgeformt sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Hydraulische Steuervorrichtung für einen Servomotor, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, mit einem zwei Steuerleitungen aufweisenden Steuerkreis, der in Reihe eine richtungsabhängig arbeitende Mengeneinstellvorrichtung und ein Steuerventil aufweist, mit einem Arbeitskreis, der in Reihe einen Druckregler und ein Arbeitsventil aufweist, wobei der Druckregler den Druck zwischen sich und dem Arbeitsventil (Folgedruck) auf den Druck zwischen Mengeneinstellvorrichtung und Steuerventil (Steuerdruck) einstellt und wobei die Eingänge von Steuer- und Arbeitskreis über ein lastabhängig betätigtes Ventil an einer Pumpe angeschlossen und deren Ausgänge zur gemeinsamen Speisung des Servomotors verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (20, 220), das Arbeitsventil (21, 221) und das Steuerventil (35, 235) zu einer Schieber-Baueinheit (48, 248) vereinigt sind, bei der die Stirnfläche an dem einen Schieberende dem Steuerdruck und die Stirnfläche an dem anderen Schieberende dem Folgedruck ausgesetzt ist sowie eine dem Arbeitskreis (17, 217) angehörende erste Ringnut (50) mit Druckregler-Steueröffnungen (54) und eine dem Arbeits- und Steuerkreis (17, 18; 217, 218) gemeinsam angehörende zweite Ringnut (52) mit auf dem gleichen Umfang liegenden Arbeitsventil-Steueröffnungen (55) und Steuerventil-Steueröffnungen (56) zusammenwirkt, wobei die Arbeitsventil-Steueröffnungen über Druckmittelkanäle (60, 65, 66) mit den Druckregler-Steueröffnungn (54) verbunden sind und wobei die Arb«:itsventil- und Sieuerventil-Steueröffnungcn (55 und 5*"·) eine solche Form haben, daß die Summen der jeweils von der zweiten Ringnut (52) freigegebenen Steueröffnungsquerschnitte von Arbeitsventil (21, 221) und Steuerventil (35,235) zueinander proportional sind.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (53) der Schieber-Baueinheit (48) auf der dem Druckregler (21) zugewandten Seite der Arbeitsventil-Steueröffr.üngen (55) und der Steuerventil-Steueröffnungen (56) eine Arbeitsventil-Verteilernut (58) und auf der anderen Seite eine Steuerventil-Verteilernut (57) aufweist, die beide über Schrägbohrungen (59, 60) mit zu den genannten Steueröffnungen führenden Radialkanälen (61, 62) verbunden sind und daß eine bis zur Stirnseite am druckreglerseittgen Schieberende reichende Axialbohrung (65) vorgesehen ist, von der zu den Druckregler-Steueröffnungen (54) führende Radialkanäle (67) und zu den Arbeitsventil· Vcrleilernut führende Radialkanäle (66) ausgehen.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsventil-Steueröffnungen (55) insgesamt einen größeren Durchtrittsquerschnitt freigeben als die Druckregler-Steueröffnungen (54).

4. Steuervorrichtung mit einem dem Servomotor zugeordneten Richtungsventil nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der druckseitige Eingang (37, 38) des Richtungsventils (27) mit dem gemeinsamen Ausgang (36) von Arbeits- und Steuerkreis (17, 18; 217, 218), der abflußseitige Ausgang (39) des Richtungsventils mit dem Behälter (7) und die Betätigungsdruckkammern (25, 26) des Richtungsventils je mit einer Steuerlei-

tung (23, 24; 223, 224) verbunden sind und daß Arbeitsventil (21, 221) und Steuerventil (35, 235) in einem richtungsunabhängig durchflossenen Teil des Arbeits- bzw, Steuerkreises (17, 18; 217, 218) angeordnet sind.

5. Steuervorrichtung, bei der das Steuerventil der Mengeneinstellvorrichtung und das Arbeitsventil dem Druckregler nachgeschaltet ist, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da3 die den höheren Druck führende Steuerleitung (23, 24) mittels einer Umschaltvorrichtung (28, 69) mit dem Steuerventil (35,235) verbindbar ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (28) vom Richtungsventil (27) gebildet ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils den geringeren Druck führende Steuerleitung (23, 24) vom Richtungsventil (27) gesperrt ist.