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Hydrostatische Lenkeinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Lenkeinrichtung
mit einem richtungsabhäg betätigbaren Servomotor und einem Steuergerät, das Anschlüsse
für eine Pumpe, einen Tank und den Servomotor sowie eine Ventilanordnung aufweist,
die den Druckmittelfluß von der Pumpe zum Servomotor und von diesem zum Tank beeinflußt
und zwei relativ zueinander gegen die Kraft einer Neutralstellungsfeder bewegbare
Ventilteile aufweist, von denen das erste Ventil-teil von einem Lenkorgan verstellbar
und das zweite Ventilteil von einem zwischen Ventilanordnung und einera Servomotoranschluß
geschalteten Messmotor nachführbar ist.
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Bei einer bekannten Lenkeinrichtung dieser Art (DE-PS 12 93 029) besteht
das erste Ventilteil aus einer mit einem Lenkhandrad verbundenen inneren Drehschieberhülse
und das zweite Ventilteil aus einer äußeren Drehschieberhülse, die über eine Gelenkwelle
mit dem kreisenden und drehenden Rotor eines Messmotors verbunden ist. Hierbei bildet
die Ventilanordnung ein richtungsabhängig betätigbares Schaltventil, das in der
Neutralstellung den Zufluß von der Pumpe zum Servomotor und den Rückfluß vom Servomotor
zum Tank sperrt und bei Betätigung den Messmotor so umschaltet, daß er jeweils auf
der Zuflußseite des Servomotors angeordnet ist. Diese Konstruktion arbeitet mit
einem toten Gang im Bereich der Neutralstellung.
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Das Lenkorgan und das damit verbundene erste Ventilteil muß Jeweils
um einen bestimmten Winkel aus der Neutrallage heraus verdreht werden, bis eine
Verbindung zwischen Pumpe und Servomotor hergestellt ist, weil für eine ausreichende
Abdichtung in der Neutralstellung
ein gewisser Mindestweg erforderlich
ist. Wenn auf den Servomotor eine äußere Kraft einwirkt, ist dies für den Lenker
des Fahrzeugs nicht spürbar; er steuert daher erst gegen, wenn sich eine Abweichung
von der Fahrtrichtung bemerkbar macht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Lenkeinrichtung
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die ohne Totzone arbeitet und die Möglichkeit
bietet, daß der Lenker sofort beim Auftreten äußerer Kräfte am Servomotor gegensteuern
kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilanordnung
zwei Paare von Drosseln aufweist, die Jeweils in Reihenschaltung zwischen Pumpenanschluß
und Tankanschluß angeordnet sind und in der Neutrallage eine mittlere Öffnungsstellung
einnehmen, daß die erste Drossel jeweils eines Paares und die zweite Drossel des
jeweils anderen Paares gleichsinnig miteinander, aber gegensinnig zu den anderen
beiden Drosseln verstellbar sind und daß der Verbindungspunkt zwischen den Drosseln
des einen Paares über den Messmotor mit dem einen Servomotoranschluß und der Verbindungpunkt
zwischen den Drosseln des anderen Paares direkt mit dem anderen Servomotoranschluß
ständig verbunden ist.
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Bei dieser Konstruktion führt eine Verstellung des Lenkorgans zu einer
gegenläufigen Änderung der Druckverhältnisse an den Verbindungspunkten und daher
unmittelbar zu einer Druckmittelzufuhr zum Servomotor. Dieser wird daher ohne Jeglichen
toten Gang verstellt. Wenn eine äußere Kraft auf den Servomotor ein wirkt, ergibt
sich ein Druckmittelfluß durch den Mesamotor, der das zweite Ventilteil derart verstellt,
daß sich die Druckverhältnisse an den Verbindungspunkten automatisch so ändern,
daß der äußeren Kraft ein höherer Druck entgegengesetzt wird.
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Gleichzeitig wird durch diese Verstellung des zweiten Ventilteils
die Neutralstellungsfeder belastet, sodaß der Lenker die äußere Kraftbelastung fühlt
und durch entsprechende Betätigung des Lenkorgans
sofort gegensteuern
kann. Da der Servomotor bei einer Betätigung des Lenkorgans sofoert anspricht und
umgekehrt der Lenker bei einer unerwünschten Verstellung des Servomotors sofoert
reagieren kann, eignet sich die hydrostatische Lenkeinheit auch zum Einbau in schneller
fahrende Fahrzeuge.
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Wenn zwischen den beiden Arbeitsräumen des Servomotors sehr hohe Druckunterschiede
auftreten können, sei es weil der Servomotor eine große l.ast antreibt, sei es weil
auf den Servomotor große äußere Kräfte einwirken können, kann die von dem einen
in den anderen Arbeitsraum übertretende Leckmittelmenge so ansteigen, daß sie ni.cht
irehr vernachlässigt werden kann. Dies spielt eine Rolle, weil der Meßmotor fest
in einer der ziirn Servomotor fUhrenden Leitungen eingebaut ist. Wenn er sich auf
der Ablaufseite befindet, ist die Nachlaufbewegung 1 langsamer als wenn er sich
auf der Vorlaufseite befindet. Auch die auf das Lenkorgan übertragenen Impulse sind
bei. entgegengesetzt am Servomotor angreifenden äußeren Kräften unterschiedlihc
groß. Dieser Schwierigkeit kann dadurch begegnet werden, daß der Servomotor mit
zugeörigem Steuergerät zweifach vorhanden ist, daß die beweglichen Teile der Servomotoren
und die ersten Ventilteile der Steuergeräte miteinander gekuppelt sind, daß die
Meßmotoren in beiden Steuergeräten so geschaltet sind, daß immer der eine im Zulauf
und der andere im Ablauf des zugehörigen Servomotors liegt iind daß die beiden Arbeitsräume
eines Servomotors so ausgelegt sind, daß sich ihre Volumen um gleiche Beträge ändern.
Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß sich in beiden Betätigungsrichtungen gleiche
Verhältnisse ergeben, weil wegen der Kupplung der beiden ersten Ventilteile tlber
das Lenkorgan immer ein zuflußseitiger und ein abflußseitiger Meßmotor filr die
Nachlaufbewegung der zweiten Ventilteile verantwortlich ist.
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Wenn jedem Servomotor mit zugehörigem Steuergerät eine eigene Pumpe
zugeordnet ist, ergibt sich ein System mit zwei gehemmten Druckmittelkreisen. Dies
führt zu einer hohen Sicherheit, weil be Ausfall einer Komponente in einem Kreis
der andere Kreis noch voll wirksam ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden ersten Drosseln
mindestens eine gemeinsame, mit dem Pumpenanschluß verbundene Steueröffnung und
die beiden zweiten Drosseln mindestens eine gemeinsame, mit dem Tankanschluß verbundene
Steueröffnung auf und diese Steueröffnungen überdecken Jeweils einen Steg zwischen
zwei benachbarten, in Richtung der Relativbewegung versetzten, mit dem Messmotor
bzw. dem anderen Servomotoranschluß verbundenen Räume und einen Teil dieser Räume.
Dies ergibt eine besonders einfache Ausführungsform, weil eine Steueröffnung jeweils
zwei Drosseln gemeinsam ist und die Vergrößerung des Querschnitts der einen Drossel
zwangsweise zu einer Verkleinerung des Querschnitts der anderen Drossel führt.
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Konstruktiv läßt sich dies insbesondere dadurch erreichen, daß der
Ventilteil mindestens drei parallele, in Richtung der Relativbewegung versetzte
und quer hierzu verlaufende Nuten aufweist, die abwechselnd mit dem Messmotor bzw.
dem anderen Servomotoranschluß verbunden sind und daß mindestens eine Nut sowohl
von eine.
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Teil einer gemeinsamen Steueröffnung der ersten Drosseln als auch
von einem Teil einer gemeinsamen Steueröffnung der zweiten Drosseln überdeckt ist.
Hiermit läßt sich auf einfache Weise die gleichläufige und die gegenläufige Bewegung
der vier Drosseln erzielen.
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Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich unter Verwendung
eines Steuergeräts, bei dem in einer Gehäusebohrung die innere Hülse eines Drehschiebers
das erste Ventilteil und seine äußere Hülse das zweite Ventilteil bildet, indem
die innere Hülse an der Außenseite die parallelen Nuten, die äußere Hülse auf zwei
Umfangslinien die gemeinsamen Steueröffnungen der Drosseln bildende Durchbrüche
und die Gehäusebohrung längs der Umfang8-linie je eine mit dem Pumpenanschluß bzw.
dem Tankanschluß verbundene Ringnut aufweist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Lenkeinrichtung.
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß verwendbares Steuergerät
und Fig. 3 das Gerät der Fig. 1 mit einer schematischen Abwicki.ung der Ventilanordnung
in beiden Steuergeräten.
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In Fig. 1 sind zwei Serromotoren 1 und 2 verenschaulicht, deren Kolben
3 und 4 iiber eine gemeinsame Kolbenstange 5 verbunden sind Iind bei spielsweise
zu lenkende Ruder 6 und 7 verstellen können.
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Ferner sind zwei Steuergeräte 8 und 9 vorgesehen, die mit Hilfe eines
gemeinsamen Lenkorgans 10 steuerbar sind. Zu diesem Zweck sind die beiden Eingangswellen
11 und 12 über eine Kupplungsvorrichtung 13 miteinander und mit dem Lenkorgan 10
verbunden.
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Das Steuergerät 8 weist einen Pumpenanschluß P auf, der mit einer
Pumpe 14 verbunden ist, zwei Tankanschlüsse T, die mit einem Tank 15 verbunden sind,
einen .Servomotoranschluß L, der mit dem linken Arbeitsraum 16 des Servomotors 1
verbunden ist, und einen Servomotoranschluß R, der mit dem rechten Arbeitsraum 17
dieses Servomotors verbunden ist. In ähnlicher Weise gibt es im Steuergerät 9 einen
mit einer Pumpe 18 verbundenen Ptimpenanschluß P, mit einem Tank 19 verbundene Tankanschlüsse
T, einen mit dem linken Arbeitsraum 20 des ,ervomotors 2 verbundenen Servomotoranschluß
I, und einen mit dem rechten Arbeitsraum 21 verbundenen Servomotoranschluß R.
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Jedes Steuergerät weist vier Drosseln A - D auf, welche zwei zwischen
Pumpenanschluß P und Tankanschluß T liegende Reihenschaltungen bilden. Die Drosseln
A und D werden gleichsinnig, aber gegensinnig zu den Drosseln B und C verstellt.
Der Verbindungspunkt
22 zwischen den Drosseln A und B des Steuergeräts
ist über einen Messmotor 23 mit dem Servomotoranschluß L verbunden, der Verbindungspunkt
24 zwischen den Drosseln C und D direkt mit dem Servomotoranschluß R. Beim Steuergerät
9 dagegen ist der Verbindungspunkt 25 zwischen den Drosseln A und B direkt mit dem
Servomotoranschluß L und der Verbindungspunkt 26 zwischen den Drosseln C und D über
einen Messmotor 27 mit dem Servomotoranschluß R verbunden.
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In Fig. 2 ist das Steuergerät 8 im Längsschnitt veranschaulicht.
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Ein Gehäuse weist ein Mittelstück 28 mit einer Bohrung 29, eine stirnseitige
Lagerplatte 30, am anderen Ende eine Zwischenplatte 31, einen innen vereinten Zahnring
32 als Stator des Messmotors 23 und eine Deckplatte 33 auf, welche Teile durch Schrauben
34 miteinander zusammengehalten werden können. Die Eingangswelle 11 ist mit einer
inneren Hülse 35 einstückig ausgebildet. Zwischen ihr und der Gehäusebohrung 29
ist eine äußere Hülse 36 vorgesehen.
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Diese steht über einen Querstift 37 mit dem einen Kopf 38 einer Gelenkwelle
39 in Verbindung, dessen anderer Kopf 40 drehfest mit einem außenverzahnten Zahnrad
41 verbunden ist, welches den Rotor des Messmotors 23 bildet. Die innere Hülse 35
bildet einen ersten, mit dem Lenkorgan 10 verbundenen Ventilteil, die obere Hülse
36 einen mit dem Messmotor 23 verbundenen zweiten Ventilteil. Beide sind relativ
zueinander um einen bestimmten Betrag, der durch das Spiel der Stifte 37 in einer
Bohrung 42 der inneren Hülse 35 gebildet ist, gegen die Kraft einer Neutralstellungsfeder
43, die durch zwei, beide Hülsen durchaetzinde Blattfedern gebIldet ist, verdrehbar.
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Im Gehäuse sind mehrere Ringnuten vorgesehen. Eine Ringnut 44 ist
mit dem Servomotoranschluß R, eine Ringnut 45 mit dem Pumpenanschluß P, eine Ringnut
46 mit dem Tankanschluß T und eine Ringnut 47 mit dem Servomotoranschluß L verbunden.
Zwischen den Ringnuten 46 und 47 gehen Bohrungen 48 ab, die in Verbindung mit Bohrungen
49 in der äußeren Hülse 36 ein Verteilerventil bilden, das den Verdrängerkammern
des Messmotors 23 Druckflüssigkeit
zu und von diesen abführt.
In der äußeren Hülse 36 sind ferner zwei Reihen von durch Bohrungen gebildeten Steueröffnungen
50 und 51, sowie Bohrungen 52 vorgesehen, die mit weiteren Bohrungen 42 in der inneren
Hülse 35 ausgerichtet sind und auf diese Weise eine Verbindung zwischen der Ringnut
44 und dem Innenraum 53 der inneren Hülse 35 herstellen. In der inneren Hülse sind
abwechselnd achsparallele Nuten 54 und 55 vorgesehen. Die Nut 54 erstreckt sich
von der Bohrung 51 bis zur Bohrung 49 und geht hier in eine Ringnut 56 über. Die
Nut 55 erstreckt sich lediglich zwischen den Bohrungen 50 und 51, ist aber über
Durchbrüche 57 mit dem Innenraum 53 verbunden.
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Außerdem sind an der Außenseite der äußeren Hülse 36 Axialnuten 58
vorgesehen, welche die Bohrungen 49 mit der Ringnut 47 verbinden.
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Fig. 3 zeigt Abwicklungen der Ventilanordnungen der Steuergeräte 8
und 9 in Verbindung mit zugehörigen Bauteilen. Die in Fig. 2 für das Steuergerät
8 benutzten Bezugszeichen sind für das Steuergerät 9 mit einem Apostroph versehen.
Die voll ausgezogenen Linien zeichnen die Aussparungen in der äußeren Hülse 36,
die gestrichelten Linien die Aussparungen in der inneren Hülse 35. Man erkennt,
daß die Nuten 54 und 55 in gleichem Abstand aufeinander folgen und durch Stege 59
und 60 voneinander getrennt sind. Die Steueröffnungen 51 überdecken den Steg 59
und Teile der Nuten 54 und 55. Sie bilden daher die ersten Drosseln A und C. Die
Steueröffnungen 50 Uberecken den Steg 60 und Teile der Nuten 54 und 55. Sie bilden
daher de zweiten Drosseln B und D. Fur das Steuergerät 9 gilt dasselbe nur mit dem
Unterschied, daß die Steueröffnungen 50' fUr die Drosseln A und C gemeinsam sind
und die Steueröffnungen 51' für die Drosseln B und D.
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Zunächst sei die Arbeitsweise des Steuergeräts 8 betrachtet.
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In der Neutralstellung, die Jn Fig. 3 veranschaulicht ist, haben alle
Drosseln A - D den gleichen Drosse1widel-stand. . An den Verbindungspunkten 22 und
2 rrsch- der derselbe Druck.
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Der Servomotor 1 ist dementsprechend druckverriegelt. Wird nun die
innere Hülse 35 über die Eingangswelle 11 vom Lenkorgan 10 in Richtung des Pfeiles
X verdreht, so öffnen sich die Drosseln A und D, während sich die Drosseln B und
C schließen. Der Druck am Verbindungspunkt 22 steigt, der Druck am Verbindungspunkt
24 sinkt. Infolge dessen fließt Druckmittel über den Messmotor 23 zum Servomotor
1. Dies erfolgt ohne Verzögerung aufgrund einer Totzone. Die äußere Hülse 36 wird
duch den Messmotor 23 in Richtung des Pfeiles X nachgeführt, bis wieder die Neutralstellung
erreicht ist. Entsprechendes gilt, wenn das Lenkorgan 10 in entgegengesetzter Richtung
gedreht wird. Hierbei wird der Messmotor 23 von dem aus im Arbeitsraum 16 verdrängten
Druckmittel in entgegengesetzter Richtung gedreht. Wirkt nun auf den Servomotor
1 eine äußere Kraft in Richtung Y, so steigt der Druck im Arbeitsraum 16 gegenüber
dem Druck am Verbindungspunkt 22. Es wird daner Druckmittel über den Messmotor 23
zum Tank geleitet. Infolge dessen verdreht sich die äußere Hülse 36 entgegen der
Richtung X. Dies führt zu einer Querschnittsvergrößerung bei den Drosseln A und
D und zu einer Querschnittsverkleinerung bei den Drosseln B und C. Infolge dessen
steigt der Druck an dem Verbindungspunkt 22, während er am Verbindungspunkt 24 sinkt.
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Der äußeren Kraft wird daher bereits ein höherer Widerstand entgegengesetzt.
Gleichzeitig überträgt aber die verdrehte äußere Hülse 36 über die Neutralstellungsfeder
43 einen Impuls auf die innere Hülse 35, welche der Fahrer des Fahrzeugs am Lenkorgan
10 spürt. Er kann daher sofort in Gegenrichtung nachsteuern, wodurch der Druck am
Verbindungspunkt 22 noch weiter erhöht und der durch die äußere Kraft verursachte
Kursfehler korrigiert werden kann.
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Wirkt die äußere Kraft in entgegengesetzter Richtung, ergeben sich
ähnliche Verhältnisse, weil der Druck im Arbeitsraum 16 gegenüber dem Druck am Verbindungspunkt
22 sinkt und demnach der Messmotor 23 in Zuflußrichtung vom Druckmittel durchströmt
wird, wodurch die äußere Hülse 36 in der Weise verstellt wird, daß die Drosseln
B und C weiter öffnen, die Drosseln A und D
dagegen schließen,
so daß sich am Verbindungspunkt 24 ein höherer Druck aufbaut. Auch bei dieser Drehrichtung
erhält das Lenkorgan 10 einen Impuls.
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Wenn die vom Arbeitsraum 16 zum Arbeitsraum 17 oder umgekehrt übertretenden
Leckverluste nicht vernachlässigbar sind, kann mit Hilfe des Steuergeräts 9 erreicht
werden, daß das Abmessen der Druckflüssigkeit in jeder Betätigungsrichtung und bei
jeder beliebigen äußeren Krafteinwirkung in gleicchen Weise erfolgt, weil immer
ein Meßmotor im Zulauf und ein anderer Meßmotor im Ablauf angeordnet ist.
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Beim Ausfall einer Komponente in einem der beiden Kreise vermag der
andere Kreis einen kraftunterstützten Notsteuerbetrieb aufrecht zu erhalten. Wo
hierauf keinen Wert gelegt wird, kann auch mit einer gemeisamen Pumpe für beide
Kreise gearbeitet werden. Beim Ausfall beider Pumpen ist noch ein Notsteuerbetrieb
mit Handkraft möglich.
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L e e r s e i t e