DE2946274B1

DE2946274B1 - Hydraulische Steuervorrichtung,insbesondere Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE2946274B1
Application number: DE2946274A
Authority: DE
Inventors: Erik Augustenborg Kyster; Svend Erik Nordborg Thomsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1979-11-16
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2946274C2; DD154385A5; FR2470883A1; DK149990C; JPS5686206A; DK149990B; FR2470883B1; IT8068751A0; GB2063192A; IT1129859B; DK480980A; GB2063192B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere Lenkvorrichtung, mit einer Steuerventilvorrichtung, die über einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluß mit je einem Druckraum einer Kolben-Zylinder-Anordnung und über einen Tankanschluß mit einem Tank verbunden ist sowie einen Ventilschieber aufweist, der durch Neutralstellungsfedern und stirnseitig durch den Druck in zwei Steuerdruckräumen belastet ist, welche mit je einem Anschluß einer durch ein Handbetätigungsorgan verstellbaren Steuerpumpe und über eine Rückschlagventilanordnung mit einer Hauptpumpe verbunden sind.

ίο Bei einer bekannten Steuervorrichtung dieser Art (FR-PS 14 65 422, Fig.4) hat der Ventilschieber zwei Bunde, die in der Neutralstellung die beiden Arbeitsanschlüsse verschließen und bei einer Verschiebung jeweils den einen Arbeitsanschluß mit einem Steuerdruckraum und den anderen Arbeitsanschluß mit dem Tankanschluß verbinden. Die Hauptpumpe ist über je ein Rückschlagventil direkt mit beiden Steuerdruckräumen und in der Neutralstellung über einen Kurzschlußpfad mit dem Tankanschluß verbunden. Bei einer Verstellung des Handbetätigungsorgans wird der Druck in den beiden Steuerdruckräumen verändert, so daß sich der Ventilschieber aus seiner Neutralstellung verlagert. Es fließt dann Druckmittel von der Hauptpumpe über ein Rückschlagventil, die Steuerpumpe und einen Steuerdruckraum in den einen Druckraum der Kolben-Zylinder-Anordnung, während der andere Druckraum mit dem Tank verbunden ist. Beide Druckräume der Kolben-Zylinder-Anordnung haben die gleiche Wirkfläche. Hierbei ist es nachteilig, daß das Handbetätigungsorgan zunächst einen gewissen Totweg zurücklegen muß, ehe die Kolben-Zylinder-Anordnung bewegt werden kann, weil zunächst der Ventilschieber um ein gewisses Stück verschoben werden muß, ehe der eine Arbeitsanschluß mit Druckflüssigkeit versorgt werden kann.

Es ist ferner ein pneumatischer Drosselverstärker bekannt (DE-PS 21 16 197), bei dem mit Hilfe eines Doppelventilkörpers, der von einem Steuerdruck gegen die Kraft einer Feder verlagerbar ist, zwei gegensinnig

•to verstellbare Drosseln gebildet werden, die zwischen einem Zuluft-Anschluß und einem mit der Atmosphäre verbundenen Anschluß angeordnet sind. Dies ergibt einen Druckteiler, so daß zwischen den beiden Drosseln ein vom Steuerdruck abhängiger Ausgangsdruck abnehmbar ist. Als Anwendungsgebiete sind pneumatische Steuersysteme und Rechner angegeben.

Sodann ist eine hydraulische Steuervorrichtung bekannt (AT- PS 3 06 473), bei der eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Differentialkolben verwendet ist.

Zur Steuerventilvorrichtung gehört eine Membran, deren außerhalb einer Einspannung angeordneter Rand einen Ringraum in zwei Steuerdruckräume unterteilt, in denen mit Hilfe einer Vorsteuervorrichtung unterschiedliche Drücke erzeugt werden können. Der Mittelteil der Membran bildet zusammen mit zwei Ausströmöffnungen zwei gegensinnig verstellbare Drosseln, von denen die eine den Druckraum kleinerer Wirkfläche der Kolben-Zylinder-Anordnung mit dem anderen Druckraum und die zweite Drossel den letztgenannten Druckraum mit dem Tank verbindet. Der Arbeitsdruck wird dem erstgenannten Druckraum direkt zugeführt. Hierbei benötigt man eine verhältnismäßig hohe Energie im Vorsteuerkreis, um eine sichere Verstellung der Membran zu erreichen. Eine bei Lenkeinrichtungen erwünschte Rückwirkung von den Kolben belastenden äußeren Kräften auf die Vorsteuervorrichtung ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

hydraulische Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der eine Verstellung des Handbetätigungsorgans sofort zu einer Verstellung der Kolben-Zylinder-Anordnung führt, also keine tote Zone im Bereich der Neutralstellung vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Differentialkolben aufweist, daß der zum Druckraum kleinerer Wirkfläche führende erste Arbeitsanschluß dauernd mit dem ersten Steuerdruckraum verbunden und vom ι ο Tankanschluß getrennt ist und daß zwei durch den Ventilschieber gegensinnig verstellbare Drosseln vorgesehen sind, von denen die eine Drossel den zweiten Steuerdruckraum mit dem zweiten Arbeitsanschluß und die andere Drossel den zweiten Arbeitsanschluß mit dem Tankanschluß verbindet.

Bei dieser Konstruktion bilden die beiden gegensinnig verstellbaren Drosseln einen Druckteiler. Der zwischen den beiden Drosseln abgenommene Druck erzeugt im Druckraum größerer Wirkfläche der Kolben-Zylinder-Anordnung eine Kraft, die mit einer Kraft verglichen wird, welche durch den nicht reduzierten Druck im Druckraum kleinerer Wirkfläche erzeugt wird. Mit Hilfe der durch das Handbetätigungsorgan verstellbaren Steuerpumpe ergeben sich Druckunterschiede in den beiden Steuerdruckräumen, aufgrund deren sich der Ventilschieber verlagert. Diese Verlagerung führt sofort zu einer Druckänderung zwischen den beiden Drosseln und damit zu einer Verschiebung des Kolbens in der einen oder anderen Richtung. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß äußere Kräfte, die auf den Kolben wirken, zu einer Verstellung des Ventilschiebers derart führen, daß die äußere Kraft durch hydraulische Kräfte kompensiert wird. Außerdem ist das Auftreten dieser äußeren Kraft über die Steuerpumpe am Handbetätigungsorgan merkbar, so daß auch von Hand gegengesteuert werden kann.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß zur Bildung beider Drosseln eine mit dem zweiten Arbeitsanschluß verbundene Ringnut im Gehäuse der Steuerventilvorrichtung mit einem Bund am Ventilschieber zusammenwirkt, der eine geringere axiale Länge als die Ringnut besitzt. Es genügt daher ein sehr einfach ausgebildeter Ventilschieber in einem sehr einfach gestalteten Gehäuse, um das gewünschte Ziel zu erreichen.

Es empfiehlt sich, eine druckgeregelte Hauptpumpe zu verwenden. Damit ist sichergestellt, daß immer vom gleichen Druckniveau ausgegangen wird, was die Auslegung der beiden Drosseln im Vergleich zu den so Wirkflächen der beiden Druckräume der Kolben-Zylinder-Anordnung erleichtert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die Rückschlagventilanordnung aus einem einzigen Rückschlagventil besteht und daß die Hauptpumpe jeweils über das Rückschlagventil mit dem zweiten Steuerdruckraum und parallel zum zweiten Steuerdruckraum über die Steuerpumpe mit dem ersten Steuerdruckraum verbunden ist. Dies ergibt einen einfacheren Aufbau als bei der üblichen Verwendung zweier Rückschlagventile, beeinträchtigt aber nicht die Funktionsweise.

Außerdem kann das Rückschlagventil federbelastet sein. Damit ist gewährleistet, daß nicht schon geringfügige Schwingungen in der Druckmittelsäule oder Erschütterungen, wie sie bei einem Fahrzeug auftreten, zu Fehlfunktionen führen.

Vorzugsweise sind beide Steuerdruckräume über je ein zu ihnen hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Tank verbunden. Dies erlaubt beim Ausfall der Hauptpumpe einen Notbetrieb allein mit Hilfe der Steuerpumpe.

Für den Notbetrieb ist es ferner günstig, wenn der Tankanschluß der Steuerventilvorrichtung über ein federbelastetes, zur Steuerventilvorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Tank verbunden ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine hydraulische Steuervorrichtung gemäß der Erfindung in einem Schaltbild.

Eine Kolben-Zylinder-Anordnung 1 weist einen Zylinder 2 und einen einseitig mit einer Kolbenstange 3 verbundenen Differentialkolben 4 auf, der über ein Gestänge 5 ein zu lenkendes Rad 6 verschwenkt. Im Zylinder ergibt sich ein erster Druckraum 7 kleinerer Wirkfläche Fi und ein zweiter Druckraum 8 größerer Wirkfläche F2.

Eine Steuerventilvorrichtung 9 weist ein Gehäuse 10 mit einer Bohrung 11 und einen Ventilschieber 12 auf. Im Gehäuse befindet sich eine Ringnut 13, die mit einem ersten Arbeitsanschluß 14 in Verbindung steht, welcher zum Druckraum 7 führt. Eine zweite Ringnut 15 steht mit einem zweiten Arbeitsanschluß 16 in Verbindung, der zum Druckraum 8 führt. Ferner ist ein Tankanschluß 17 vorhanden, der zum Tank 18 führt. An den Enden sind zwei Steuerdruckräume 19 und 20 vorgesehen. Im Steuerdruckraum 19 befindet sich eine Neutralstellungsfeder 21, die auf eine durchbrochene Scheibe 22 wirkt. Letztere stützt sich entweder an einer Stufe 23 des Gehäuses oder an einer Stirnseite des Ventilschiebers 12 ab. In dem Steuerdruckraum 20 befindet sich eine Neutralstellungsfeder 24, die sich auf eine durchbrochene Scheibe 25 stützt. Letztere liegt entweder an einer Stufe 26 des Gehäuses oder an der anderen Stirnfläche des Ventilschiebers 12 an. Ein erster Bund 27 am Ventilschieber 12 trennt den Steuerdruckraum 19 von dem mit dem Tankanschluß 17 verbundenen Raum. Mit dem Arbeitsanschluß 16 bildet ein zweiter Bund 28. der eine geringere axiale Länge als die Ringnut 15 hat, zwei Drosseln 29 und 30, welche bei einer Verlagerung des Ventilschiebers 12 sich gegensinnig ändern.

Eine Steuerpumpe 31 ist über ein Handbetätigungsorgan 32 verstellbar. Die beiden Seiten der Steuerpumpe 31 sind mit Anschlußleitungen 33 bzw. 34 verbunden, welche zu den Steuerdruckräumen 19 bzw. 20 führen. Die Anschlußleitung 34 ist außerdem über ein federbelastetes Rückschlagventil 36 mit der Druckseite einer Hauptpumpe 38 verbunden, welche eine Druckregelvorrichtung 39 zum Konstanthalten des Ausgangsdrucks besitzt. Zwei Saugpfade 40, 40' mit je einem Rückschlagventil 41, 41' führen von den Anschlußleitungen 33 bzw. 34 zum Tank 18. Dem Tankanschluß 17 ist ein Rückschlagventil 42 zugeordnet, das so stark durch eine Feder belastet ist, daß im Notbetrieb der Ventilschieber 12 mittels des von der Steuerpumpe 31 erzeugten Drucks nach links verschoben werden kann, ohne daß das Rückschlagventil 42 öffnet.

Mit dieser Steuervorrichtung ergeben sich die folgenden Betriebsweisen:

In der veranschaulichten Neutralstellung erzeugt die Hauptpumpe 38 einen Druck P₀. Der Druck Pi im Steuerdruckraum 19 und der Druck P₂ im Steuerdruckraum 20 ist annähernd gleich P₀. Der Druck P\ herrscht auch im Druckraum 7. Im Druckraum 8 dagegen ergibt

sich ein Druck P₃, weil über die beiden Drosseln 29 und 30 dauernd ein kleiner Druckmittelstrom fließt, der zu einer Druckteilung am Arbeitsanschluß 16 führt. Das Verhältnis der Drosselwiderstände in der Neutralstellung ist so gewählt, daß in der Neutralstellung gilt

P, χ F₁ = P₃ χ F₂.

Infolge dieses Kraftgleichgewichts bleibt der Kolben 4 stehen.

Bei einer Drehung des Handbetätigungsorgans 32 nach links erhöht sich P geringfügig. Dementsprechend verschiebt sich der Ventilschieber 12 nach rechts. Der Widerstand der Drossel 29 steigt, während derjenige der Drossel 30 abnimmt. Infolgedessen sinkt der reduzierte Druck P₃. Daher bewegt sich der Kolben 4 nach rechts. Druckflüssigkeit wird von der Hauptpumpe 38 über das Rückschlagventil 36, die Steuerpumpe 31 und den Steuerdruckraum 19 in den Druckraum 7 geliefert, während gleichzeitig Druckflüssigkeit aus dem Druckraum 8 über die Drossel 30 zum Tank 18 abfließen kann.

Wird das Handbetätigungsorgan 32 nach rechts gedreht, verschiebt sich der Ventilschieber 12 nach links. Infolgedessen erhöht sich der Druck P₃ zwischen den Drosseln 29 und 30. Der Kolben 4 wird nach links gedrückt. Hierbei strömt Druckflüssigkeit von der Hauptpumpe 38 über das Rückschlagventil 36 und den Steuerdruckraum 20 zum Druckraum 8. Die gleichzeitig aus dem Druckraum 7 verdrängte Druckflüssigkeit gelangt über die Steuerpumpe 31 ebenfalls in den Druckraum 8.

Wenn die Hauptpumpe 38 ausfällt, kann mit Hilfe der Steuerpumpe 31 ein Notbetrieb aufrechterhalten werden. Soll der Kolben 4 nach links verschoben werden, kann die zusätzlich benötigte Druckflüssigkeit über die Saugleitung 40', das Rückschlagventil 4Γ sowie die Steuerpumpe 31 zum Druckraum 8 gefördert werden. Bei einer gewünschten Verschiebung des Kolbens 4 nach rechts kann die benötigte Druckflüssigkeit über die Saugleitung 40, das Rückschlagventil 41 sowie die Steuerpumpe 31 zum Druckraum 7 gefördert werden, wobei die aus dem Druckraum 8 abgegebene Flüssigkeit über das Rückschlagventil 42 zum Tank 18 strömen kann.

Wenn eine äußere Kraft in Richtung des Pfeiles Xauf den Kolben 4 wirkt, während das Betätigungsorgan 32 ^r> festgehalten wird, verschiebt sich der Kolben 4 geringfügig nach links, wobei infolge der Druckerhöhung im Steuerdruckraum 19 der Ventilschieber 12 nach rechts bewegt wird. Hierdurch erhöht sich der Widerstand der Drossel 29, was zu einer Reduzierung

ίο des Drucks P₃ führt. Dies entspricht einer Kompensation der von außen wirkenden Kraft. Gleichzeitig macht sich die Druckerhöhung von P\ durch einen entsprechenden Impuls an der Steuerpumpe 31 bemerkbar, so daß der Benutzer einen leichten Schlag am Betätigungs-

n organ 32 erfährt und gegensteuern kann. Wirkt die Kraft entgegen der Richtung des Pfeiles X, so ergeben sich ähnliche Verhältnisse, jedoch mit der Maßgabe, daß sich der Ventilschieber 12 nach links verschiebt und dadurch der Druck Pi erhöht und auf diese Weise die äußere Kraft kompensiert wird.

Wenn beim Auftreten der äußeren Kraft das Betätigungsorgan 32 nicht festgehalten wird, dreht es sich nach Maßgabe der Verschiebung des Kolbens 4. Es besteht auch die Möglichkeit, beim Auftreten der

2", äußeren Kraft die Verlagerung des Kolbens durch Aufbringen eines Bremsmomentes am Handbetätigungsorgan 32 zu bremsen. Wenn die äußere Kraft nicht sehr groß ist, bestehen auch keine Bedenken, die hiervon ausgelöste Verstellung des Kolbens durch eine

so gleichwirkende Verstellung des Betätigungsorgans zu unterstützen.

Die Druckseite 37 der Hauptpumpe kann über ein dem Rückschlagventil 36 gleichartiges weiteres Rückschlagventil auch direkt mit der Anschlußleitung 33 verbunden werden. Ferner können hierbei die Rückschlagventile 41, 41' auch zu einem einzigen, nur die Hauptpumpe 38 überbrückenden Rückschlagventil zusammengefaßt werden, wenn im Notsteuerbetrieb die zum Öffnen des Rückschlagventils 36 bzw. des gleichartigen weiteren Rückschlagventils notwendigen Kräfte in Kauf genommen werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere Lenkvorrichtung, mit einer Steuerventilvorrichtung, die über einen ersten und einen zweiten Arbeitsanschluß mit je einem Druckraum einer Kolben-Zylinder-Anordnung und über einen Tankanschluß mit einem Tank verbunden ist sowie einen Ventilschieber aufweist, der durch Neutralstellungsfedern und stirnseitig durch den Druck in zwei Steuerdruckräumen belastet ist, welche mit je einem Anschluß einer durch ein Handbetätigungsorgan verstellbaren Steuerpumpe und über eine Rückschlagventilanordnung mit einer Hauptpumpe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung (1) einen Differentialkolben (4) aufweist, daß der zum Druckraum (7) kleinerer Wirkfläche führende erste Arbeitsanschluß (14) dauernd mit dem ersten Steuerdruckraum (19) verbunden und vom Tankanschluß (17) getrennt ist und daß zwei durch den Ventilschieber (12) gegensinnig verstellbare Drosseln (29, 30) vorgesehen sind, von denen die eine Drossel (29) den zweiten Steuerdruckraum (20) mit dem zweiten Arbeitsanschluß (16) und die andere Drossel (30) den zweiten Arbeitsanschluß (16) mit dem Tankanschluß

(17) verbindet.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung beider Drosseln (29, 30) eine mit dem zweiten Arbeitsanschluß (16) verbundene Ringnut (15) im Gehäuse (10) der Steuerventilvorrichtung (9) mit einem Bund (28) am Ventilschieber (12) zusammenwirkt, der eine geringere axiale Länge als die Ringnut besitzt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckgeregelte Hauptpumpe (38) verwendet ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventilanordnung aus einem einzigen Rückschlagventil (36) besteht und daß die Hauptpumpe (38) jeweils über das Rückschlagventil (36) mit dem zweiten Steuerdruckraum (20) und parallel zum zweiten Steuerdruckraum über die Steuerpumpe (31) mit dem ersten Steuerdruckraum (19) verbunden ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (36) federbelastet ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerdruckräume (19, 20) über je ein zu ihnen hin öffnendes Rückschlagventil (41, 4Γ) mit dem Tank

(18) verbunden sind.

7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankanschluß der Steuerventilvorrichtung (9) über ein federbelastetes, zur Steuerventilvorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil (42) mit dem Tank (18) verbunden ist.