-
Hydraulisches Steuergerät für Lenkeinrichtungen o. dgl.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Steuergerät für Lenkeinrichtungen
o. dgl., mit einem Steuerventil, das durch ein Handbetätigungsorgan verstellt und
durch einen Meßmotor zurückgestellt wird, um drehrichtungsabhängig eine Pumpe über
den Meßmotor mit dem einen Arbeitsraum eines Servomotors und dessen anderen Arbeitsraum
mit dem Tank zu verbinden, und das einen mit dem Handbetätigungsorgan drehfest verbundenen
und in einer Gehäusebohrung angeordneten Drehschieber aufweist, der in einem Verteiler-Ringbereich
zwei Satz von Verteileröffnungen besitzt, die mit je mit einer Verdrängerkammer
des Meßmotors verbundenen Ventilöffnungen in der Gehäusebohrung zusammenwirken,
um Druckflüssigkeit den Verdrängerkammern in der richtigen Sequenz zuzuführen bzw.
von ihnen abzuftihren, wobei an der Dichtfläche zwischen Drehschieber und Gehäusebohrung
axial versetzt außer dem Verteiler-Ringbereich mit dem Pumpenanschluß, dem Tankanschluß
und zwei Servomotoranschlüssen verbundene Ringbereiche vorgesehen sind.
-
Bei einem bekannten Steuergerät dieser Art (DE-OS 27 02 692) weist
das Steuerventil eine irlrlere Drehschieberhülse auf, die mit dem Handbetätigungsorgan
verbunden ist, und eine äußere Drehschieberhülse, die iiber eine Gelenkwelle mit
dem Rotor
des als Kreiskolbenmaschjne ausgebildeten Meßmotors verbunden
ist und zusammen mit der inn@@en Drehschieberhülse die Schalt-und Richtungsfunktion
des Sveuerventils bewirkt. An der Dichtfläche zwischen äußerer Drehschieberhülse
und Gehäusebohrung folgen in Axialrichtung, beginnend in der Nähe des Handbetätigungsorgans,
aufeinander: Eine mit dein lankanschluß verbundene Ringnut, eine mit dem erzen Servomotoranschluß
verbundene Ringnut, eine mit dem zweiten Servoniotoranschluß verbundene Ringnut,
ein Verteiler-Ringbereich und eine mit dem Pumpenanschluß verbundene Ringnut. Darüber
hinaus sind zu beiden Seiten der Servomotor-Ringnuten insgesamt drei Hilfsringnuten
vorgesehen, die ebenfalls Pumpendruck führen. Diese Hilfsringnuten sollen bewirken,
daß die Leckverluste, welche die beireits volllArdeßmotor gemessene, aber noch echt
dem Servomotor zugeführte Druckflüssigkeit verfälschen, möglichst klein und für
beide Drehrichtungen annähernd gleich groß sind. Dies wird erreicht, indem sowohl
der Verteiler-Ringbereich als auch die druckseitige Servomotor-Ringnut jeweils zwischen
zwei Pumpendruck führenden Ringnuten liegen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach aufgebautes
Steuergerät der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die die ausgemessene
Flüssigkeit zwischen Meßmotor und Servomotor verfälschende Leckflüssigkeitsmenge
noch weiter verrirlger-t wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in axialer
Richtung der Tank-Ringbereich, der Pumpen-Ringbereich, der eine Servomotor-Ringbereich,
der Verteiler-Ringbereich, der andere Servomotor-Ringberech und ein weiterer Pumpen-Ringbereich
aufeinander folgen.
-
Bei dieser Konstruktion ist der Vert*iler-Ringbereich symmetrisch
zwischen den beiden Servomotor-Ringbereichen und den beiden Pumpen-Ringbereichen
angeordnet. Für jede Drehrichtung führen ein Servomotor-Ringbereich urid ein zugehöriger
Satz Ventilöffnungen die abgemessene Druckflüssigkeit , die einen nur geringfügig
kleineren Druck als der Pumpendruck hat. Auf der
einen Seite dieses
Kanalsystems befindet sich ein Pumpen-Ringbereich. Zur anderen Seite hin ist überwiegend
der Einfluß der anderen Verteileröffnungen, die ebenfalls Pumpendruck führen, wirksam.
Enl;sps echend klein ist die in die abgemessene Flüssigkeitsmenge einströmende Leckflüssigkeit.
Entsprechend genau ist die Übereinstim.mun~ zç;chen der Verstellung des Servomotors
und dem Nachlauf des Meßrnotors. Diese kleine Leckflüssigkeitsmenge ist wegen des
symmetrischen Aufbaus für beide Dre8- -richtungen gleich.
-
Mit besonderem Vorteil sind die Verteileröffnungen jedes Satzes mit
je einer Ringnut verbunden, die all der Oberfläche des Drehschiebers zwischen den
Verteileröffnungen und dem mit ihnen verbindbaren Servomotor-Ringbereich angeordnet
sind. Jeweils diejenige Ringnut, welche nicht d- r abgemessenen Flüssigkeit zugeordnet
ist, führt den Pumpendruck. Das die abgemessene Flüssigkeit führende Kanalsystem
ist daher zu beiden Seiten von einem Pumpendruck führenden Ringbereich abgegrenzt.
-
Günstig ist es, wenn der Drehschieber in Abhängigkeit von Handbetätigungsorgan
und Meßinotor aus einer Neutralstellung in beiden Richtungen axial verschiebbar
ist und wenn Steuerkanäle im Drehschieber vorgesehen sind, die bei Axialverschiebung
die Ringbereiche miteinander verbinden. Derartige Steuerventile sind an sich bekann-t
(DE-AS 12 40 417). Weil bei ihnen ein Leckpfad zwischen zwei Drehschlieberhülsen
entfällt, kann im vorliegenden Fall die Leckflüssigkeitseinströmung in die gemessene
Flüssigkeit noch weiter verringert werden. Darüber hinaus werden die Gesamt-Leckverluste
auch deshalb herabgesetzt, weil durch die Axialverschiebung jeweils ein größerer
Abstand zwischen den Pumpendruck führenden Verteileröffnungen und dem Tankdruck
führenden Servomotor-Ringbereich hervorgerufen wird.
-
Darüber hinaus läßt sich der Durchmesser des Drehschiebers verkleinern,
weil nur eine Drehschieberhülse unterzubringen ist, was wiederum zur Verringerung
der Leckölmenge beiträgt.
-
Mit besonderem Vorteil weisen der Tank-Ringbereich, der eine Pumpen-Ringbereich
und beide Servomotor-Ringbereiche Je eine
Ringnut in der Gehäusebohrung
auf und an der Drehschieberoberfläche sind zumindest bei den Pumpen- und Tankdruck
fUhrenden Steuerkanälen begrenzte Steueröffnungen zum Zusammenwirken mit diesen
Ringnuten vorgesehen. Durch diese begrenzten Steueröffnungen werden die Leckverluste
noch weiter herabgesezt.
-
Hierbei können zur Bildung von Steuerkanälen im Drehschil-.er Axialbohrungen
vorgesehen sein, die mit den Steueröffnungen bzw. Verteileröffnungen durch Radialbohrungen
verbunden sein.
-
Dies erleichtert die Herstellung.
-
Insbesondere empfiehlt es sich, daß ein erster Steuerkanal eine Steueröffnung,
die sich in der Neutralstellung auf einer Seite der Pumpen-Ringnut befindet, mit
dem einen Satz der Verteileröffnungen, ein zweiter Steuerkanal eine Steueröffnung,
die sich in der Neutralstellung auf der anderen Seite der Pumpen-Ringnut befindet,
mit dem anderen Satz der Verteileröffnungen und ein dritter Steuerkanal zwei Steueröffnungen,
die sich in der Neutralstellung auf einander abgewandten Seiten der beiden Servomotor-Ringnuten
befinden, mit einer mit der Tank-Ringnut korrespondierenden Steueröffnung verbindet.
Dies führt auf einfache Weise zu der gewünschten Leitungsverbindung.
-
Des weiteren können die Verteileröffnungen durch Teile von Nuten an
der Oberfläche des Drehschiebers gebildet sein, die sich von den Ventilöffnungen
abwechselnd in beiden Richtungen erstrecken, in der Neutralstellung bis nahe an
eine Servomotor-Ringnut reichen und satzweise untereinander durch die Ringnut in
der Oberfläche des Drehschiebers verbunden sein. Diese Nuten bilden daher gleichzeitig
Verteileröffnungen und Verbindungskanäle, was die Herstellung erleichtert.
-
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Meßmotor ein Axialkolben-Meßmotor
mit gehäusefesten Zylindern und rotierendem Bahnträger. Solche Axialkolben-Meßmotoren
sind an sich bekannt (DE-OS 28 12 906). Sie haben im vorliegenden Fall aber den
Vorteil, daß wegen des Fortfalls einer Gelenkwelle
o. dgl. der
Drehschieber einen sehr kleinen Durchmesser erhalten kann. Dies setzt die Reibung
und diejenige Fläche herab, über die Leckflüssigkeit übertreten kann.
-
Hierbei empfiehlt es sich, daß die Kolben eine zylindrische Dichtfläche
haben. Damit ist sichergestellt, daß auch im Meßmotor die Leckmenge sehr gering
ist.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß das Handbetätigungsorgan
fest mit dem Drehschieber verbunden und der Bahnträger als Ring ausgebildet und
auf dem Drehschieber um einen begrenzten Winkel verdrehbar gelagert ist.
-
Dies ergibt eine besonders einfache Bauform.
-
Hierbei kann der Bahnträger axial fest im Gehäuse gelagert sein, während
Bahnträger und Drehschieber über eine Schraubenführung miteinander verbunden sind.
Insbesondere kann die Schraubenführung einen mit dem Bahnträger fest verbundenen
Radialstift und von ihm durchsetzte Schrägschlitze im Drehschieber aufweisen. Hierdurch
ist auf einfache Weise die Größe der Axialverschiebung des Drehschiebers und die
Größe der Relativdrehung zwischen Drehschieber und Bahnträger festgelegt. Da der
Bahnträger axial abgestützt ist, bildet er gleichzeitig das Bezugselement, mit deren
Hilfe die Neutralstellung des Drehschiebers festgelegt werden kann.
-
Dies geschieht bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch,
daß der Drehschieber über eine Federn aufweisende Neutralstellungsanordnung am Bahnträger
abgestützt ist. Insbesondere kann die Neutralstellungsanordnung in einer Axialbohrung
des Drehschiebers angeordnet sein und sich am Radialstift abstützen. Sie nimmt daher
keinen zusätzlichen Platz ein.
-
Eine besonders reibungsarme Konstruktion ergibt sich, wenn die Neutralstellungsanordnung
eine in der Axialbohrung verschiebbare, vom Radialstift durchsetzte Trommel aufweist,
die
beidseitig von je einer weder belastet iut, ur daß sich jede
Feder über eine Stützscheibe je nach Belastungszustand an einer Stufe der Axialbohrung
oder dem Kopf einer mit der Trommel verbundenen Schraube abstützt. Denn hierbei
erfolgt während einer Drehung lediglich eine Reibung auf einer kleinen ringförmigen
Fläche zwischen Stützscheibe und Schraubenkopf.
-
Mit besonderem Vorteil ist eine Gehäusekammer, in der der Bahnträger
umläuft, mit dem Pumpenanschluß verbunden und jeder Kolben durch eine Feder belastet.
Auf diese Weise ist jeder Kolben praktisch vollständig entlastet und wird lediglich
durch seine Feder an die Bahn des Bahnträgers angedrückt. Entsprechend klein sind
die Leckverluste längs der Kolben. Auch die Abnutzung wegen der Reibung zwischen
Kolben und Bahn ist klein.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Gehäusekammer auch
den zweiten Pumpen-Ringbereich. Es braucht daher keine zusätzliche Ringnut o. dgl.
vorgesehen zu werden. Dies verkrzt auch die axiale Baulänge.
-
Zweckmäßigerweise ist der Gehäusekammer im Verbindungskanal zwischen
ihr und dem Pumpenanschluß ein durch eine Feder vorbelastetes Rückschlagventil vorgeschaltet.
Wenn diese Federkraft so bemessen ist, daf3 sie etwa dem Gesamtdrosselwiderstand
zwischen Pumpenanschluß und Verdrängerkammern entspricht, kann man einen sehr genauen
Druckausgleich zu beiden Seiten der Kolben erzielen.
-
Mit Vorteil liegen die Kolben mit einer Kugelfläche am Bahnträger
an. Beispielsweise kann in der Stirnfläche des Kolbens eine in einer Lagersonale
eingebördelte Kugel angeordnet sein.
-
Die Bahn des Bahnträgers sollte parabelförmig verlaufen. Dies ergibt
einen gleichmäßigen und pulsationsfreien Betrieb.
-
Ferner empfiehlt es sich, daß die Bahn am oberen und unteren Totpunkt
abgeflacht ist. Durch solche Abflachungen ergibt sich ein Stillstand der Kolben
im oberen und unteren Totpunkt und
damit eine bessere Trennung
zwischen der zufließenden und der abfließenden Druckflüssigkeit im Verteiler-Ringbereich.
-
Weitere Vorteile bringt es, wenn eine geradzahlige Anzahl von Kolben
mit einer kleineren geradzahligen Anzahl von Erhebungen auf der Bahn des Bahnträgers
zusammenwirkt. Hierdurch erreicht man einen guten Ausgleich der auf die Nockens&neibe
wirkenden Kräfte derart, daß radiale Restkomponenten klein sind oder völlig entfallen.
Man braucht daher keine andere radiale Abstützung als die normale Lagerung auf dem
Drehschieber.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Steuergerät, wobei der obere Kolben fortgelassen ist, Fig. 2 in einer Teilabwicklung
die einzelnen Ringbereiche bei nach links verschobenem Drehschieber, Fig. 3 in einer
Teilabwicklung die einzelnen Ringbereiche bei einer Verschiebung des Drehschiebers
nach rechts, Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie A - A der Fig. 1 und Fig.
5 einen Längsschnitt durch die Drehschieberhülse längs der Linie B - B der Fig.
1.
-
Das veranschaulichte Steuergerät 1 dient zum Verstellen eines Servomotors
2 in Abhängigkeit von einem Handbetätigungsorgan 3.
-
Das Steuergerät 1 enthält einen Meßmotor 4 und ein Steuerventil 5,
das drehrichtungsabhängig Druckflüsßigkeit von einer Pumpe 6 über den Meßmotor 4
in den einen Arbeitsraum, z. B, 7, des Servomotors 2 leitet und von dem anderen
Arbeitsraum, z. B. 8,
des Servomotors zum Tank 9 zurückleitet.
-
Das Steuergerät weist ein Gehäuse 10 mit einer Bohrung 11 auf, in
der ein Drehschieber 12 angeordnet ist. Am Bohrungsumfang sind von rechts nach links
axial mit Abstand aufeinander folgend angeordnet: Eine Tank-Ringnut 13, die mit
einem Anschluß 14 für eine Tankleitung 15 verbunden ist; eine Pumpen-Ringnut 16,
die mit einem Anschluß 17 für eine Pumpenleitung 18 verbunden ist; eine erste Servomotor-Ringnut
19, die mit einem Anschluß 20 für eine Servomotorleitung 21 verbunden ist; auf einer
Ringspur angeordnete Ventilöffnungen 22, die über Radialbohrungen 23 je mit einer
Verdrängerkammer 24 des Meßmotors 4 verbunden sind; eine zweite Servomotor-Ringnut
25, die mit einem Anschluß 26 für eine zweite Servomotorleitung 27 verbunden ist;
eine Gehäusekammer 28, die über eine Leitung 29 mit dem Pumpenanschluß 17 verbunden
ist und eill durch eine Feder belastetes Rückschlagventil (30) aufweist.
-
Der Drehschieber 12 ist in Fig. 1 in seiner Neutralstellung veranschaulicht.
In dieser Stellung verbindet ein Kurzschlußkanal 31 die Pumpen-Ringnut 16 mit der
Tank-Ringnut 13. Ein erster Steuerkanal 32 verbindet eine Steueröffnung 33 auf der
einen Seite der Pumpen-Ringnut 16 mit einer Verteileröffnung 34 eines ersten Satzes.
Ein zweiter Steuerkanal 35 verbindet eine Steueröffnung 36 auf der anderen Seite
der Pumpen-Ringnut 16 mit einer Verteileröffnung 37 eines zweiten Satzes. Ein dritter
Steuerkanal 38 verbindet zwei Steueröffnungen 39 und 40 auf einander abgewandten
Seiten der beiden Servomotor-Ringnuten 19 und 25 mit einer Steueröffnung 41 im Bereich
der Tank-Ringnut 13.
-
Alle drei Steuerkanäle sind, wie Fig. 4 zeigt, je dreifach vorhanden
und werden durch Axialbohrungen mit anschließenden Radialbohrungen gebildet. Die
Verteileröffnungen 34 werden durch eine Nut 42 gebildet, die sich bis nahe an die
Servomotor-Ringnut 19 erstreckt. Eine Ringnut 43 verbindet sämtliche Nuten 42. Die
Verteileröffnungen 37 werden durch Nuten 44 gebildet, die sich bis nahe der Servomotor-Ringnut
25 erstrecken.
-
Sie sind durch eine Ringnut 45 miteinander verbunden. Wie Fig. 4 zeigt,
gehören sechs Verteileröffnungen 34 zum ersten Satz und sechs Verteileröffnungen
37 zum zweiten Satz, wovon in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nur je eine Verteileröffnung
gezeigt ist. Diese zwölf Verteileröffnungen arbeiten mit acht Ventilöffnungen 22
zusammen.
-
Der Arbeitsmotor 4 weist acht Zylinder 46 auf, in denen zylindrische
Axialkolben 47 hin und her bewegbar sind. Sie stehen unter dem Einfluß einer schwachen
Feder 48. Das der Verdrängerkammer 24 abgewandte Ende des Kolbens 47 wird durch
eine Kugel 49 gebildet, die auf der Bahn 50 eines rotierenden Bahnträgers 51 aufsitzt.
Der Bahnträger weist einen äußeren Kranz 52 und eine innere Hülse 53 auf, mit der
er auf dem Drehschieber 12 gelagert ist. Zwei Axiallager 54 und 55 halten den Bahnträger
51 im Gehäuse axial fest. Ein Radialstift 56 durchsetzt den Bahnträger und einen
doppelten Schrägschlitz 57 im Drehschieber 12. Wird daher der Drehschieber 12 mit
Hilfe des daran befestigten Handbetätigungsorgans 3 relativ zum Bahnträger 51 verdreht,
verschiebt er sich gleichzeitig in axialer Richtung. Eine Relativdrehung in Richtung
des Pfeiles 58 führt zu einer Axialverschiebung in Richtung des Pfeiles 59.
-
In Fig. 5 ist eine Neutralstellungsanordnung 60 für den Drehschieber
12 veranschaulicht. In einer Axialbohrung 61 des Drehschiebers 60 befindet sich
eine Trommel 62, welche vom Radialstift 56 durchsetzt ist. Von beiden Seiten her
ist die Trommel durch eine Schraubenfeder 63 bzw. 64 belastet. Die Feder 63 stützt
sich an einem Paar von Stutzscheiben 65 und 66 ab, das sich je nach Belastung an
einer durch eine HU<se 67 gebildeten Stufe 68 der Axialbohrung 61 oder dem Kopf
69 einer mit der Trommel 62 verbundenen Schraube abstützt. Die Feder 64 wird an
einem Paar von Stützscheiben 70 und 71 abgestützt, das sich je nach Belastung an
einer Stufe 72 der Axialbohrung 61 oder dem Kopf 73 einer mit der Trommel 62 verbundenen
Schraube abstützt
Die Bahn 50 besteht aus Abschnitten einiii Parabel
7 , wobei im höchsten Bereich der Erhebungen 75 und im tiefsten Bereich der Täler
76 Abflachungen vorgesehen sind.
-
Im Betrieb wird beispielsweise das Handrad 3 in Richtung des Pfeiles
58 gedreht, so daß sich der Drehschieber nach links in die Stellung der Fig. 2 bewegt.
Hierdurch kommt der erste Steuerkanal 32 mit dem Pumpenanschluß 18 in Verbindung,
Die Verteileröffnungen 34 und die zugehörige Ringnut 43 führen Pumpendruck P. Die
Zahl der Verteileröffnungen 34 bzw. 37 entspricht der Zahl der Erhebungen der Bahn
50 und die Zahl der Ventilöffnungen 22 entspricht der Zahl der Verdrängerkammern
24.
-
ist Der Meßmotor 41 derart in den Flüssigkeitsstrom eingeschaltet,
daß er in der gleichen Richtung wie der Drehschieber 12 zu drehen beginnt. Es gelangt
daher gemessene Druckflüssigkeit mit einem Druck M, der nur geringfügig unter dem
Pumpendruck P liegt, in die Verteileröffnungen 37, die Ringnut 45 und in die Servomotor-Ringnut
25. Der Servomotor 2 verschiebt sich daher nach rechts. Die austretende Flüssigkeit
gelangt über den dritten Steuerkanal 38 zur Tank-Ringnut 13, weil dessen Steueröffnung
40 mit der Servomotor-Ringnut 19 in Verbindung gekommen ist. Der Meßmotor 4 läuft
solange, bis der Drehschieber 12 wieder seine Neutralstellung erreicht hat, in der
der Steuerkanal 32 von der Pumpen-Ringnut 16 abgetrennt ist.
-
Bei einer Drehung des Handbetätigungsorgans 3 in entgegengesetzter
Richtung wird die Steuerffnung 36 mit der Pumpen-Ringnut 16 und die Steueröffnung
39 mit der Servomotor-Ringnut 25 in Verbindung gebracht, während die Verteilerd££nungen
34 mit der Servomotor-Ringnut 19 in Verbindung kommen (Fig. 3).
-
Hierdurch bewegt sich der Servomotor 2 nach links. Damit die vom Meßmotor
4 gemessene Menge der Druckflüssigkeit möglichst exakt der dem Servomotor 2 zugeführten
Druckmittelmenge entspricht, sollten die Leckströme im schraffierten Bereich der
Fig, 2 und 3 möglichst klein sein. Dies ist dadurch gegeben, daß der schraffierte
Bereich mit dem Druck M beidseitig von
Bereichen abgegrenzt ist,
welche den geringfügig höheren Pumpendruck P führen. Die Verhältnisse sind nach
beiden Seiten hin gleich. Wegen des kleinen Umfangs des Drehschiebers 12 sind auch
die Flächen, über die ein Leckstrom fließen kann, klein.
-
Die einzige weitere Möglichkeit, an der Leckflüssigkeit überwechseln
kann, ist im Meßmotor vorgesehen. Hier ist aber durch die zylindrische Ausbildung
der Kolben und dadurch, daß zu beiden Seiten der Kolben annähernd der gleiche Druck
herrscht, ebenfalls keine Verfälschung der Meßflüssigkeitsmenge zu befürchten.
-
Leerseite