DE3018792C2 - Hydrostatische Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung, zum Antrieb in beiden Richtungen eines Servomotors mit Differentialkolben, der den Zylinder in eine erste Arbeitskammer größerer Druckfläche und eine zweite Arbeitskammer kleinerer Druckfläche unterteilt, mit einem Pumpenanschluß, einem Tankanschluß, einem ersten Motoranschluß für die erste Arbeitskammer und einem zweiten Motoranschluß für die zweite Arbeitskammer, mit einem Steuerorgan, wie Lenkhandrad, mit einem mit dem Servomotor in Reihe schaltbaren Meßmotor und mit einem Drosseln aufweisenden Steuerventil, das vom Steuerorgan verstellbar und vom Meßmotor rückstellbar ist und eine Neutralstellung sowie zwei Arbeitsstellungen hat, wobei in der einen Arbeitsstellung der erste Motoranschluß mit dem Tankanschluß und der zweite Motoranschluß mit dem Pumpenanschluß, in der anderen Arbeitsstellung beide Motoranschlüsse untereinander und mit dem Pumpenanschluß und in der Neutralstellung beide Motoran-Schlüsse über den Meßmotor miteinander verbunden sind, und wobei zwischen Pumpenanschluß und Tankanschluß eine in der Neutralstellung offene Drossel angeordnet ist, die gegensinnig zu mindestens einer anderen Drossel verstellbar ist.

Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art (DE-OS 25 13 877) muß der Differentialkolben ein Flächenverhältnis 1 :2 haben, damit bei einer Linksdrehung und einer Rechtsdrehung jeweils eine Umdrehung des Lenkhandrades derselben Verstellbewegung entspricht. Das Steuerventil ist 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. Dies ergibt einen toten Gang im Bereich der Neutralstellung. Das Steuerorgan muß jeweils um einen bestimmten Winkel aus der Neutraliagc 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 Bei einer Ausführungsform sind in der Neutralstellung beide Motoranschlüsse über den Meßmotor miteinander verbunden, so daß theoretisch bei Einwirken einer äußeren Kraft Druckmittel von der einen zur anderen Arbeitskammer über den Meßmotor fließen und sich dadurch eine Reaktionswirkung ergeben könnte; dies ist aber in der Praxis wegen der unterschiedlichen Mengen der einerseits zu verdrängenden und andererseits aufzunehmenden Druckflüssigkeit nicht möglich.

Es sind auch hydrostatische Steuereinrichtungen für Servomotoren, die mit einem Differentialkolben dargestellt sind, bekannt (DE-OS 27 49 352, DE-AS 22 40 012), bei denen zwischen Pumpenanschluß und Tankanschluß eine Drossel angeordnet ist, die in der Neutralstellung voll geöffnet ist und sich bei einer Verstellung des Steuerventils in die Arbeitsstellung schließt.

Ferner ist es bei Steuereinrichtungen für Servomotoren, deren Kolben gleich große Druckflächen besitzt, bekannt (DE-OS 29 42 993) zwischen Pumpenanschluß und Tankanschluß die Reihenschaltung zweier Drosseln vorzusehen, von denen die erste eine feste öffnung hat und die zweite in der Neutralstellung geöffnet ist und sich in den Arbeitsstellungen schließt Zwischen beiden Drosseln wird ein Druck abgegriffen, der zur Betätigung eines Steuerventils dient, das die hydrostatische Steuereinrichtung gegenüber einer weiteren Hilfsvorrichtung bei Bedarf bevorrechtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Steuereinrichtung mit Differentialkolben der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der das Verhältnis der Druckflächen des Differentialkolbens frei gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Pumpenanschluß und Tankanschluß zwei sich bei Verstellung gegenläufig ändernde Drosseln in Reihe liegen, daß der Anfangspunkt der Reihenschal-

tung dauernd über den Meßmotor mit dem zweiten Motoranschluß und der Verbindungspunkt zwischen den Drosseln dauernd mit dem ersten Motoranschluß verbunden ist und daß die Drosseln so bemessen sind, daß in der Neutralstellung das Verhältnis des Eingangsdrucks der Reihenschaltung zum Druck am Verbindungspunkt gleich dem Verhältnis der größeren Druckfläche des Servomotors zur kleineren Druckfläche ist.

Bei dieser Konstruktion stellt sich der Pumpendnck jeweils entsprechend der Belastung des Servomotors ein. Der Druck am Verbindungspunkt ist im Verhältnis der Drosselwiderstände kleiner.

Die Drosselwiderstände sind so gewählt, daß in der Neutralstellung ein Ks-aftgleichgewicht (größere Druckfläche χ kleinerer Druck = kleinere Druckfläche χ größerer Druck) herrscht, also der Servomotor stillsteht. Die Betriebsweise gilt für beliebige Verhältnisse der Druckflächen des Differentialkolbens. Es ist lediglich erforderlich, die Drosseln entsprechend anzupassen oder die Neutralstellung des Cteuerventils entsprechend zu verlagern. Da eine Verstellung des Steuerorgans sofort zu einer Änderung des Drucks am Verbindungspunkt und damit zu einer Änderung der am Differentialkolben angreifenden Kräfte führt, wird der Servomotor ohne jeglichen toten Gang verstellt. Da der Meßmotor nicht umgeschaltet zu werden braucht, ist auch der Aufbau des Steuerventils einfacher. Da der Meßmotor immer der Arbeitskammer mit der kleineren Druckfläche zugeordnet ist, wird auch nur der zu dieser Kammer hin oder von dieser Kammer weg strömende Druckmittelfluß gemessen, so daß es unerheblich ist, ein wie großer Anteil von der Pumpe in die Arbeitskammer größerer Druckfläche geliefert werden muß. Wenn auf den Servomotor eine äußere Kraft einwirkt, kann Druckmittel von der einen Arbeitskammer in die andere Arbeitskammer übertreten, wobei die jeweilige Überschußmenge größerer Druckfläche in der einen Betätigungsrichtung von der Pumpe über die erste Drossel zugeführt und in der anderen Betätigungsrichtung über die zweite Drossel zum Tank abgeführt werden kann. In beiden Fällen ergeben sich eindeutige Beaufschlagungen des Meßmotors, durch die das Steuerventil und damit die Drosseln derart verstellt werden, daß der äußeren Kraft ein höherer Druck entgegengesetzt wird. Gleichzeitig wird durch diese Verstellung des Steuerventils über die üblicherweise vorhandene Neutralstellungsfeder auch das Steuerorgan belastet, so daß der Lenker die äußere Kraftbelastung fühlt und durch entsprechende Betätigung des Steuerorgans sofort gegensteuern kann. Da der Servomotor bei einer Betätigung des Steuerorgans sofort anspricht und umgekehrt der Lenker bei einer unerwünschten Verstellung des Servomotors sofort reagiert, eignet sich die hydrostatische Steuereinrichtung auch zum Einbau in schneller fahrende Fahrzeuge. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der der Meßmotor vom Steuerorgan als Notfallpumpe mitnehmbar ist, empfiehlt es sich, daß zumindest die dem zweiten Motoranschluß zugewandte Seite des Meßmotors über ein zu ihm hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Tankanschluß verbunden ist. Dieses Rückschlagventil erlaubt es, daß die Notfallpumpe die zum Füllen der Arbeitskammer größerer Druckfläche erforderliche Überschußmenge ansaugen kann. Es kann aber auch auf der anderen Seite des Meßmotors ein solches Rückschlagventil vorgesehen sein, das es erlaubt, die SauEseite der Notfallpumpe unter Umgehung des Steuerventils mit dem Tank zu verbinden.

In weiterer Ausgestaltung kann dem Pumpenanschluß ein von ihm weg öffnendes Rückschlagventil nachgeschaltet sein. Die Sperrwirkung verbessert den Wirkungsgrad im Notfallbetrieb, wenn die ausgefallene Pumpe selbst nicht ganz dicht se'n sollte.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäSen Steuereinrichtung.

Eine Steuereinrichtung 1 weist einen Pumpenanschluß 2, einen Tankanschluß 3, einen ersten Motoranschluß 4 und einen zweiten Motoranschluß 5 auf. An den Pumpenanschluß 2 ist eine Verdrängerpumpe üblicher Bauart angeschlossen, die Druckflüssigkeit aus einem Tank 7 ansaugt. Dieser ist über eine Leitung 8 mit dem Tankanschluß 3 verbunden. Ein Servomotor 9 weist einen in einem Zylinder 10 verstellbaren Differentialkolben 11 mit einer Kolbenstange 12 auf, die beispielsweise die Räder eines zu lenkenden Fahrzeugs zu verstellen vermag. Der Kolben trennt eine mit dem ersten Motoranschuß 4 verbundene erste Arbeitskammer 13, welche der Stirnfläche 14 größerer Druckfläche F14 zugewandt ist, von einer mit dem zweiten Motoranschluß 5 verbundenen zweiten Arbeitskammer 15, welche der Stirnfläche 16 mit der kleineren Druckfläche F16 zugewandt ist.

Die Steuereinrichtung weist ein Steuerventil 17 auf, das durch eine Neutralstellungsfeder 18 in der Neutralstellung B gehalten, durch ein Steuerorgan 19 in der Form eines Lenkhandrades in eine der Arbeitsstellungen A oder C verstellbar und durch einen Meßmotor 20 wieder rückstellbar ist, was durch einen Vergleicher 21 angedeutet ist. In der Praxis kann beispielsweise das Steuerventil 17 zwei zueinander konzentrische Drehschieberhülsen aufweisen, von denen die eine mit dem Steuerorgan 19 und die andere mit dem Rotor des Meßmotcrs 20 verbunden ist, wie dies für andere Ventilfunktionen beispielsweise aus DE-PS 12 93 029 bekannt ist. Hierbei wird die Neutralstellungsfeder 18 durch beide Hülsen durchsetzende Blattfedern gebildet.

Das Steuerventil 17 weist eine Reihenschaltung aus

zwei Drosseln 22 und 23 auf, welche sich bei Verstellung gegenläufig ändern. Der Anfangspunkt 24 der Reihenschaltung steht einerseits über ein Rückschlagventil 28 mit dem Pumpenanschluß 2 und andererseits über den Meßmotor 20 mit dem zweiten Motoranschluß 5 in Verbindung. Das Ende der Reihenschaltung ist mit dem

so Tankanschluß 3 verbunden. Der Verbindungspunkt 25 zwischen den beiden Drosseln 22 und 23 führt zum ersten Motoranschluß 4.

Außerdem ist die eine Seite des Meßmotors 20 über ein Rückschlagventil 26 und die andere Seite über ein Rückschlagventil 27 mit dem Tank 7 verbunden.

Damit ergibt sich die folgende Betriebsweise. In der Neutralstellung B herrscht in der zweiten Arbeitskammer 15 der Druck P15, der dem Druck der Pumpe 6 und dem Druck am Anfangspunkt 24 entspricht; in der Arbeitskammer 13 herrscht der Druck P13, welcher dem Druck am Verbindungspunkt 25 entspricht. Die Drosseln 22 und 23 sind so ausgelegt, daß in der Neutralstellung B dieser Druck P13 einen solchen Wert hat, daß das Druckverhältnis /Ί5-.Ρ13 gleich dem Verhältnis der Druckflächen F14 : F16 ist. Daher bleibt der Differentialkolben 11 in Ruhe.

Wird das Steuerventil 17 durch Verdrehen des Steuerorgans 19 kontinuierlich in die Arbeitsstellung A

bewegt, so vergrößert sich der Widerstand der Drossel 22, während sich der Widerstand der Drossel 23 vermindert. Infolgedessen sinkt der Druck P13, weil der Druck P15 steigt, und der Differentialkolben Il bewegt sich nach rechts, weil die Kraft in der Arbeitskammer 15 größer geworden ist, als die Kraft in der Arbeitskammer 13. Wenn hierbei Widerstände zu überwinden sind, steigt der Druck der Pumpe 6 und damit der Druck P15 in der Arbeitskammer 15 entsprechend diesem Druck an, während sich der Druck P13 vermindert. In der Endlage der Arbeitsstellung A ist die Drossel 22 gesperrt und die Drossel 23 voll geöffnet, wie es schematisch veranschaulicht ist. Wird das Steuerventil 17 in entgegengesetzter Richtung verstellt, verkleinert sich der Widerstand der Drossel 22, während der Widerstand der Drossel 23 sich erhöht. Infolgedessen steigt der Druck P13 und der Difiereniialküiben 11 bewegt sich in der Zeichnung nach links. Auch hierbei kann der Druck der Pumpe 6 aufgrund einer entsprechenden Belastung des Servomotors 9 ansteigen, wodurch der Druck P13 entsprechend ansteigt. In der Endlage ist die Drossel 23 geschlossen und die Drossel 22 voll geöffnet, wie es schematisch angedeutet ist.

Wirkt eine äußere Kraft in der Zeichnung von rechts auf den Differentialkolben 11, so wird aus der Arbeitskammer 15 Druckflüssigkeil über den Meßmotor 20 und die Drossel 22 in den Arbeitsraum 13 gedrückt. Die fehlende Flüssigkeitsmenge kann vom Verbindungspunkt 25 nachgesaugt werden. Infolgedessen bewegt sich der Rotor des Meßmotors 20 und verstellt das Steuerventil 17 derart, daß der Druck /Ί3 sinkt und der Druck P15 steigt und daher der äußeren Kraft entgegengewirkt wird. Weil die Bewegung des Rotors über die Neutralstellungsfeder 18 auch am Steuerorgan 19 spürbar ist, kann der Lenker eines Fahrzeugs auch von Hand gegensteuern. Entsprechendes gilt, wenn die äußere Kraft in der Zeichnung von links auf den Differentialkolben 11 wirkt. Dieses Reaktions-Verhalten ist sowohl in der Neutralstellung B als auch in den Arbeitsstellungen A, C vorhanden.

Im Notbetrieb, wenn die Pumpe 6 ausgefallen ist, kann eine Verstellung mit Hilfe des nunmehr als Notpumpe arbeitenden Meßmotors 20 erfolgen, der mittels des Steuerorgans 19 antreibbar ist. 1st eine Verstellung des Servomotors U in der Zeichnung nach rechts gewünscht, so saugt der Meßmotor 20 Druckflüssigkeit über das Rückschlagventil 27 aus der Arbeitskammer 13 an und fördert es in die Arbeitskammer 15. Die Überschußflüssigkeit aus der Arbeitskammer 13 geht dabei in den Tank 7. Soll der Servomotor 11 in der Zeichnung nach links verschoben werden, saugt der Meßrnoior 20 Druckflüssigkeit aus Arbeitskammer 15 an und fördert es über die Drossel 22 in die Arbeitskammer 13. Die zusätzlich benötigte Flüssigkeit wird aus dem Tank 7 über das Rückschlagventil 26 gesaugt.

Insgesamt ergibt sich daher eine Steuereinrichtung, die äußerst genau arbeitet, weil jeglicher Totgang bei einer Verstellung aus der Neutralstellung heraus fehlt.

Dies in Verbindung mit der automatischen Reaktion auf äußere Kräfte führt zu einer äußerst guten Richtungs Stabilität. Rückschläge (kick back) und ein unerwünschter Mitlauf aufgrund äußerer Kräfte entfallen. Da der Meßmotor 20 fest eingebaut ist, ergeben sich keine mit Leckverlusten behangene Umschaltstellen, welche die Betriebsgenauigkeit beeinträchtigen und einen Schlupf zwischen der Verstellung des Steuerorgans 19 und der tatsächlichen Verstellung des Servomotors 11 hervorrufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung, zum Antrieb in beiden Richtungen eines Servomotors mit Differentialkolben, der den Zylinder in eine erste Arbeitskammer größerer Druckfläche und eine zweite Arbeitskammer kleinerer Druckfläche unterteilt, mit einem Pumpenanschluß, einem Tankanschluß, einem ersten Motoranschluß für die erste Arbeitskammer und einem zweiten Motoranschluß für die zweite Arbeitskammer, mit einem Steuerorgan, wie Lenkhandrad, mit einem mit dem Servomotor in Reihe schaltbaren Meßmotor und mit einem Drosseln aufweisenden Steuerventil, das vom Steuerorgan verstellbar und vom Meßmotor rückstellbar ist und eine Neutralstellung sowie zwei Arbeitssteüungen hat, wobei in der einen Arbeitsstellung der erste Motoranschluß mit dem Tankanschluß und der zweite Motoranschluß mit dem Pumpenanschluß, in der anderen Arbeitsstellung beide Motoranschlüsse untereinander und mit dem Pumpenanschluß und in der Neutralstellung beide Motoranschlüsse über den Meßmotor miteinander verbunden sind, und wobei zwischen Pumpenanschluß und Tankanschluß eine in der Neutralstellung offene Drossel angeordnet ist, die gegensinnig zu mindestens einer anderen Drossel verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pumpenanschluß (2) und Tankanschluß (3) zwei sich bei Verstellung gegenläufig ändernde Drosseln (22, 23) in Reihe liegen, daß der Anfangspunkt (24) der Reihenschaltung dauernd über den Meßmotor (20) mit dem zweiten Motoranschluß (5) und der Verbindungspunkt (25) zwischen den Drosseln (22, 23) dauernd mit dem ersten Motoranschluß (4) verbunden ist und daß die Drosseln (22, 23) so bemessen sind, daß in der Neutralstellung (A) das Verhältnis des Eingangsdrucks der Reihenschaltung zum Druck am Verbindungspunkt (25) gleich dem Verhältnis der größeren Druckfläche (F 14) des Servomotors (9) zur kleineren Druckfläche (F 16) ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Meßmotor vom Steuerorgan als Notfallpumpe mitnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem zweiten Motoranschluß (5) zugewandte Seite des Meßmotors (22) über ein zu ihm hin öffnendes Rückschlagventil (26) mit dem Tankanschluß (3) verbunden ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pumpenanschluß (2) ein von ihm weg öffnendes Rückschlagventil (28) nachgeschaltet ist.