DE3107915A1

DE3107915A1 - "hydraulische steuereinrichtung, insbesondere lenkeinrichtung"

Info

Publication number: DE3107915A1
Application number: DE19813107915
Authority: DE
Inventors: Erik 6440 Augustenborg Kyster; Svend Erik 6430 Nordborg Thomsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-11-04
Also published as: FR2500893B1; US4462209A; JPH035347B2; IT1154491B; JPS57164861A; GB2094247B; DK68282A; DK152450B; DK152450C; IT8267222A0; GB2094247A; FR2500893A1; DE3107915C2

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH

Patentanwalt β frankfurt/main ι, den 27. Februar 19t·

KÜHHORNSHOFWEG 10 „/„.

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 Λ./Kl

DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 2300308 /. TELEFON: 561078

fm- TP — TELEGRAMM: KNOPAT

TELEX: 411 877 KNOPA D

DA 569

DANFOSS A/S, 6430 Nordborg (Dänemark)

Hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung, mit einer eine Pumpe und ein Regelventil aufweisenden Druckmittelversorgungseinrichtung und mit einer Steuereinheit, die zwei in Abhängigkeit von einem Betätigungsorgan und einem Meßmotor gegen die Kraft einer Neutralstellungsfeder relativ zueinander verstellbare Ventilelemente aufweist, welche eine im Zulauf zu einem Servomotor angeordnete erste Drossel, eine im Rücklauf vom Servomotor angeordnete zweite Drossel und eine in einem vor der ersten Drossel und dem Meßmotor abgehenden, zum Tank führenden Nebenzweig angeordneten dritten Drossel aufweist, von denen in der Neutralstellung die erste und zweite Drossel geschlossen und die dritte geöffnet sind, wobei die dritte Drossel mit einer Drossel konstanten Querschnitts in Reihe liegt und das Regelventil in Abhängigkeit vom Druck vor und hinter der letztgenannten Drossel beaufschlagt wird.

Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art (US-PS 39 31 711) befindet sich die Drossel konstanten Querschnitts in der Steuereinheit. Sie wird dort durch einen Ringspalt wzwischen der Gehäusebohrung und einem axial verstellbaren Schieber gebildet. Sie ist der dritten Drossel vorgeschaltet. Zwischen beidoiDrosseln geht eine Steuerdruckleitung ab, die zusammen mit dem Pumpen-

druck auf das Regelventil derart wirkt, daß die Pumpen einen von der Belastung des Servomotors abhängigen Druck abgibt. Allerdings ist die Regelgenauigkeit aus verschiedenen Gründen beeinträchtigt. Da die Drossel konstanten Querschnitts aus zwei im Betrieb zueinander bewegten Teilen gebildet wird, sind Änderungen des Drosselwiderstandes nicht vermeidbar. Der Steuerdruck variiert ganz erheblich mit der Belastung des Servomotors; entsprechend unterschiedlich sind die Leckverluste, was sich bei der Differenzdrucksteuerung des Regelventils prozentual erheblich auswirkt. Ferner ist zu berücksichtigen, daß die Steuereinheit und die Versorgungseinrichtung über mehr oder weniger lange Leitungen miteinander verbunden sind und die hierdurch bedingte Verzögerung bei der Übertragung von Drucksignalen zeitliche Verschiebungen zwischen den Änderungen der am Regelventil angreifenden Drücke, also dem Pumpendruck und dem Steuerdruck, nach sich zieht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine höhere Genauigkeit bei der Betätigung des Regelventils zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drossel konstanten Querschnitts der dritten Drossel nachgeschaltet und als im Betrieb feste Drossel ausgebildet ist.

Da eine im Betrieb feste Drossel verwendet wird, ist ihr Drosselwiderstand keinen Schwankungen unterworfen. Da die feste Drossel der verstellbaren dritten Drossel nachgeschaltet ist und das Regelventil so arbeitet, daß der Druckabfall an dieser Drossel annähernd gleich bleibt, sind die am Regelventil auftretenden Drücke vergleichsweise klein und behalten annähernd ihre Größe; daher sind Fehler aufgrund von Leckverlusten oder gar stark unterschiedlicher Leckverluste, sehr gering. Durch die Nachschaltung der festen Drossel ist auch dafür gesorgt, daß die beiden an ihr abgreifbaren Drücke über im wesentlichen gleich

lange Leitungen und daher praktisch gleichzeitig auf das Regelventil wirken. All dies führt zu einer sehr hohen Regelgenauigkeit. Darüber hinaus wird der bauliche Aufwand verringert, weil der Einbau der festen Drossel nicht mit den zahlreichen anderen Funktionen der Steuereinheit ä)gestimmt werden muß, sondern an beliebiger Stelle des Nebenzweiges, auch außerhalb der Steuereinheit, erfolgen kann. Ferner ist eine im Betrieb feste Drossel leichter herzustellen als eine Drossel, deren Teile sich im Betrieb relativ zueinander bewegen. Da die Steuerdrücke auf niedrigem Niveau liegen, ist auch eine erhöhte Sicherheit gegeben, da kein Bruch der Steuerdruckleitungen zu befürchten ist. Die Nachschaltung der festen Drossel reduziert auch wegen des von ihr aufgebauten Gegendrucks die Geräuschbildung, die in manchen Stellungen der dritten Drossel auftreten kann.

Mit besonderem Vorteil ist die feste Drossel in der Druckmittelversorgungseinrichtung angeordnet. Zwischen dieser Drossel und dem Regelventil sind daher keine oder höchstens sehr kurze Verbindungsleitungen vorzusehen, so daß sich eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit ergibt.

Hierbei ist es günstig, wenn der Nebenzweig durch die Druckbeaufschlagungsräume des Regelventils führt. Da durch den Nebenzweig dauernd eine Druckmittelmenge strömt, gibt es keine Bereiche, in denen sich Luft abscheiden und die Genauigkeit der Regelung beeinträchtigen könnte.

Bewährt hat sich eine Konstruktion, bei der das Regelventil einen Axialschieber aufweist, dessen eine Stirnfläche vom Druck vor der festen Drossel und dessen andere Stirnfläche vom Druckj der festen Drossel und einer Ventilfeder belastet ist.

Hierbei ist es besonders empfehlenswert, wenn die feste Drossel in einer Axialbohrung des Axialschiebers angeordnet ist. Die beiden Druckbeaufschlagungsräume sind daher auf kürzestem Weg mit der festen Drossel verbunden. Auch ist die Bedingung erfüllt, daß

der Nebenzweig durch die Druckbeaufschlagungsräume führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollte ein Überdruckventil den druckseitigen Ausgang der Druckmittelversorgungseinrichtung mit der Abzweigleitung zwischen dritter Drossel und fester Drossel verbinden. Durch diese Anordnung des Überdruckventils wird der störende Überdruck in erster Linie dadurch abgebaut, daß der festen Drossel Druckmittel über das Überdruckventil zugeführt wird und hierdurch das Regelventil eine den Druck herabsetzende Stellung einnimmt.

Die über den Nebenzweig strömende Druckmittelmenge kann zusätzlich aisgenutzt werden, indem hinter der festen Drossel im Nebenzweig ein Zusatzverbraucher einschaltbar ist. Wenn dieser auch während des Betriebs des Servomotors in Tätigkeit gesetzt wird, wodurch allerdings die Regelgenauigkeit leidet, hat der Servo-motor automatisch die Priorität.

Bei Verwendung einer Pumpe mit konstanter Fördermenge kann das Regelventil zwei gegensinnig verstellbare Drosseln aufweisen, von denen die eine zur Steuereinheit und die andere zu einem Abflußzweig führt, in den ein weiterer Verbraucher einschaltbar ist. Auch hierbei hat der Servomotor Priorität. Gegebenenfalls kann sowohl im Nebenzweig der Zusatzverbraucher als auch im Abflußzweig ein weiterer Verbraucher einschaltbar sein. Günstig ist es hierbei auch, daß alle Verbraucher an der Druckmittelversorgungseinrichtung anschließbar sind, sich also eine zentrale Anbringung aller Verbindungen ergibt.

Bei einer Verstellung der Ventilelemente aus der Neutralstellung sollte die dritte Drossel bereits zu schließen beginnen, bevor die erste und zweite Drossel öffnen. Dies hat den Vorteil, daß mit Hilfe des Regelventils der Druck am Eingang der Steuereinheit erhöht wird, so daß beim Öffnen der ersten und zweiten Drossel ein ausreichender Betriebsdruck zur Verfügung steht.

Des weiteren ist es günstig, wenn bei einer Verstellung der Ventilelemente aus der Neutralstellung die zweite Drossel nach der ersten Drossel öffnet. Hierdurch kann zulaufseitig ein Druck aufgebaut werden, ehe die Rückflußseite öffnet, wodurch ein Mitlauf des Servomotors unter dem Einfluß äußerer Kräfte weitgehend vermieden wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 2 schematisch den mechanischen Aufbau einer Steuereinheit,

Fig. 3 schematjach in einem Schaltbild eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 4 in einem Diagramm den Pumpendruck über der relativen Verstellung der Ventilelemente und

Fig. 5 in einem Diagramm das Eingangsmoment über der relativen Stellung der Ventilelemente.

Die Steuereinrichtung nach Fig. 1 weist eine Druckmittelversorgungseinrichtung 1 und eine Steuereinheit 2 auf, mit deren Hilfe ein Servomotor 3 mit Druckmittel beschickt werden kann. Sein Arbeitsraum 4 ist über eine Leitung 5 mit dem Anschluß L, sein Arbeitsraum 6 über eine Leitung 7 mit dem Anschluß R der Steuereinheit 2 verbunden. Der druckseitige Anschluß A der Steuereinheit 2 steht über eine Leitung 8 mit dem Anschluß A' der Versorgungseinrichtung 1 in Verbindung. Der ablaufseitige Anschluß T steht über eine Leitung 9 mit einem Tank 10 in Verbindung. Außer-

, dem ist noch eine Verbindungsleitung 11 vorgesehen, die zu einer Abzweigleitung 12 gehört und den Anschluß B der Steuereinheit 2 mit dem Anschluß B' der Versorgungseinrichtung 1 verbindet.

: Die Steuereinheit 2 weist zwei Ventilelemente 13 und 14 auf, von denen das Ventilelement 13 mit einem Handbetätigungsorgan 13a und das Ventilelement 14 mit einem Meßmotor 15 drehbar verbunden ist. Die beiden Ventilelemente sind hier als Drehschieber veranschaulicht. Sie werden durch zwei sich radial erstreckende Blattfedern

16 in ihrer Neutralstellung gehalten und können sich relativ zueinander um einen Winkel a gegen die Kraft dieser Neutralstellungsfedern 16 drehen. Hierbei wird das Betätigungsorgan 15 von

ι Hand gedreht; der Meßmotor 15» der von dem zum Servomotor 3 fließenden Druckmittel durchströmt ist, dient als Nachführglied. Zwischen den beiden Ventilelementen 13 und 14 sind eine erste Drossel 17, eine zweite Drossel 18 und eine dritte Drossel 19 ausgebildet. In der Neutralstellung sind die Drosseln 17 und 18 geschlossen, während die Drossel 19 offensteht. Bei einer Verdrehung aus der Neutralstellung schlieft die Drossel 19 allmählich, während die Drosseln 17 und 18 öffnen. Hierbei ist der Meßmotor 15 mit der zulaufseitigen Drossel 17 in Reihe geschaltet. Fig, 1 zeigt daher die Arbeitsweise für eine Drehrichtung. In der entgegengesetzten Drehrichtung vertauschen die Drosseln

17 und 18 ihre Funktion und der Meßmotor 15 wird mit der Drossel

18 in Reihe geschaltet. Ein Rückschlagventil 20 dient bei Druckausfall dazu, daß mit Hilfe des Handbetätigungsorgans 15 ein Notsteuerbetrieb erfolgen kann.

Die Druckmittelversorgungseinrichtung 1 weist eine Pumpe 21 auf,_t deren Saugseite über einen Anschluß T' und eine Leitung 22 mit dem Tank 10 verbunden ist. Ferner ist ein Regelventil 23 vorgesehen, das in einer Gehäusebohrung 24 einen AxMschieber aufweist. Dieser besitzt eine Axialbohrung 26 mit einer festen Drossel 27. Diese Axialbohrung verbindet die beiden stirnseitigen Druckbelastungsräume 28 und 29 mit-einander. In dem letztgenannten Raum 29 ist noch eine Ventilfeder 30 vorgesehen. Über

- ίο -

eine Leitung 31 steht die Axialbohrung 26 mit dem Anschluß B¹ in Verbindung, so daß sich im Nebenzweig eine Bähenschaltung der dritten Drossel 19 und der festen Drossel 27 ergibt. Der Druckraum 29 ist über einen Anschluß C und eine Leitung 32 mit dem Tank 10 verbunden. In diese Leitung kann noch ein Verhaucher einschaltbar sein. Die Pumpe fördert eine konstante Menge. Der Axialschieber 25 bildet in Verbindung mit zwei Gehäuseringnuten zwei gegensinnig arbeitende Drosseln 34 und 35, von denen die erste über eine Bohrung 36 mit dem Anschluß A¹ und die zweite über eine Leitung 37 mit einem Anschluß D verbunden ist, der über eine Leitung 38, in welche auch ein Verbaucher 39 einschaltbar ist, mit dem Tank 10 verbunden ist. Die Leitungen 36 und sind mittels eines Überdruckventils 40 verbunden, das öffnet, wenn in der Leitung 36 ein vorgegebener Druckwert überschritten wird.

Diese Steuereinrichtung arbeitet in folgender Weise. Wenn die Steuereinheit 2 sich in der Neutraisstellung befindet, strömt von der Pumpe 21 geförderte Druckflüssigkeit über die Verbindungsleitung 8 zur Steuereinheit 2 und von dort über die voll geöffnete Drossel 19 und die feste Drossel 27 des Nebenzweiges 12 zum Tank 10. Der Druckabfall an der Drossel 27 ruft eine Kraft auf den Axialschieber 25 hervor, die gleich der Kraft der Ventilfeder 30 ist. Das Regelventil 23 nimmt daher eine Stellung ein, in der über die Drossel 34 gerade diejenige Druckflüssigkeitsmenge in den Nebenzweig 12 gefördert wird, die in der Lage ist, diese Ventilstellung aufrechtzuerhalten. Der Rest der Fördermenge geht über den Anschluß D zum Tank 10. Wenn nun eine Verstellung des Servomotors 3 gewünscht und demzufolge das Betätigungsorgan 13a gedreht wird, ergibt sich eine Drosselung der Drossel 19. Da über den Nebenzweig 12 eine geringere Druckflüssigkeitsmenge strömt, verschiebt sich der Axialschieber 25 nach links, so daß sich der Druck am Ausgang A^! erhöht, bis wieder eine Gleichgewichtsstellung erreicht ist. Inzwischen haben auch die Drosseln 17 und 18 geöffnet, so daß der Servomotor 3 nach rechts verschoben wird. Hierbei nimmt der Axial-

schieber 25 eine solche Stellung ein, daß der zur Speisung des Servomotors und des Nebenzweiges 12 erforderliche Druck aufgebracht wird. Dieses Prinzip funktioniert in beiden Drehrichtungen. Wenn der Druck in der Leitung 36 zu groß wird, öffnet das Überdruckventil 40, wodurch die dritte Drossel 19 überbrückt wird. Der Axialschieber 25 geht sofort nach rechts, wodurch der zu hohe Druck herabgesetzt wird.

Bei dieser Arbeitsweise ergibt sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem am Betätigungsorgan 1 3a auf gebrachten Eingangsmoment und dem am druckseitigen Anschluß A herrschenden Druck p. Gemäß Fig. 4 ist nämlich der Druck ρ eine eindeutige Funktion des relativen Drehwinkels a zwischen den beiden Ventilelementen 13 und 14. Zu einer bestimmten Winkelstellung ax gehört demnach ein bestimmter Punkt px. Des τβ-teren ist wegen der Neutralstellungsfeder 16 einem bestimmten Eingangsmoment M ein bestimmter relativer Drehwinkel zugeordnet. Dem Winkel ax entspricht daher ein Eingangsmoment Mx. Die Kombination der Fig. 4 und 5 ergibt daher einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Eingangsmoment M und Druck p. Da dieser Druck ρ durch die äußere Belastung vorgegeben ist, erhält die Bedienungsperson über das Betätigungsorgan 13a eine Information über die Grö3e der Belastung.

In Fig. 4 ist außerdem noch eingezeichnat, daß die zulaufseitige Drossel erst bei einem relativen Drehwinkel a17 öffnet und die rücklaufseitige Drossel 18 bei einem noch größeren Drehwinke:! a18. Damit ist sichergestellt, daß beim Öffnen der zulaufseitigen Drossel 17 bereits eine gewisse Druckerhöhung am Anschluß A erfolgt ist, so daß beim öffnen der Drossel 17 sofort ein ausreichender Arbeitsdruck zur Verfügung steht. Durch das verzögerte Öffnen der rücklaufseitigen Drossel 18 ist sichergestellt, daß ein Mitlauf des Servomotors 3 aufgrund ausserer Kräfte vermieden wird.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 und entsprechende Teile mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. In diesem Fall ist eine regelbare Pumpe 121 vorgesehen, welche ein Stellglied 141 besitzt, das durch eine Druckleitung 142 ansteuerbar ist. Das Regelventil 123 besitzt wiederum einen Axialschieber 125 mit einer Axialbohrung 126, die eine feste Drossel 127 aufweist und die beiden Druckräume 128 und 129 miteinander verbindet. Zwei gegensinnig arbeitende Drosseln 134 und 135 sind zwischen Pumpen 121 und Tank 10 in Reihe geschaltet. Zwischen beiden zweigt die Steuerdruckleitung 142 ab.

Auch bei dieser Konstruktion stellt sich das Regelventil 123 so ein, daß eine konstante Druckflüssigkeitsmenge über den Nebenzweig 112 zum Tank 10 hin fließt, was bedeutet, daß die Pumpe 121 so eingestellt wird, daß sie jeweils den erforderlichen Druck ρ am druckseitigen Anschluß A der Steuereinheit 2 zur Verfügung stellt.

Die Ventilelemente können eine Drehschieber- oder eine Axialschieberanordnung bilden. Sie können auf beliebige bekannte Art gesteuert und mit beliebig gestalteten bekannten Meßmotoren kombiniert werden.

Claims

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH

Patentanwalt β frankfurt/main ι, den 27. Februar 1961

KUH ORNSHOFWEG 10 if/Ri

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 34 25 605 Λ./Π..1.

DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 23O03O8 ^τ· EFON 56 10 78

TELEGRAMM KNOPAT TELEX 4118/7 KNOPA D

DA 569
DANFOSS A/S

Patentansprüche

1J Hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere Lenkeinrichtung, ^ mit einer eine Pumpe und ein Regelventil aufweisenden Druckmittelversorgungseinrichtung und mit einer Steuereinheit, die zwei in Abhängigkeit von einem Betätigungsorgan und einem Meßmotor gegen die Kraft einer Neutralstellungsfeder relativ zueinander verstellbare Ve_ntilelemente aufweist, welche eine im Zulauf zu einem Servomotor angeordnete erste Drossel, eine im Rücklauf vom Servomotor angeordnete zweite Drossel und eine in einem vor der ersten Drossel und dem Meßmotor abgehenden, zum Tank führenden Nebenzweig angeordneten dritten Drossel aufweist, von denen in der Neutralstellung die erste und zweite Drossel geschlossen und die dritte geöffnet sind, wobei die dritte Drossel mit einer Drosse]|konstanten Querschnitts in Reihe liegt und das Regelventil in Abhängigkeit vom Druck vor und hinter der letztgenannten Drossel beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel konstanten Querschnitts der dritten Drossel (19) nachgeschaltet und als im Betrieb feste Drossel (27, 127) ausgebildet ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Drossel (27, 127) in der Druckmittelversorgungseinrichtung (1, 101) angeordnet ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenzweig (12, 112) durch die Druckbeaufschlagungsräume (28, 29; 128, 129) des Regelventils (23; 123) führt.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (23, 123) einen Axialschieber (25, 125) aufweist, dessen eine Stirnfläche vom Druck vor der festen Drossel (27, 127) und dessen andere Stirnfläche vom Druck hinter der festen Drossel und einer Ventilfeder (30, 130) Mästet ist.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Drossel (27, 127) in einer Axialbohrung (26, 126) des Axialschiebers (25, 125) angeordnet ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (40) den druckseitigen Ausgang (A') der Druckmittelversorgungseinrichtung (1, 101) mit der Abzweigleitung (12, 112) zwischen dritter Drossel (19) und fester Drossel (27, 127) verbindet.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der festen Drossel (27) im Nebenzweig (12) ein Zusatzverbraucher (33) einschaltbar ist.
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Pumpe (21) mit konstanter Fördermenge das Regelventil (23) zwei gegensinnig verstellbare Drosseln (34, 35) aufweist, von denen die eine zur Steuereinheit (2) und die andere zu einem Abflußzweig (37) führt.
9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verstellung der Ventilelemente (13, 14) aus der Neutralstellung die dritte Drossel (19) bereits zu schließ€?n begrinnt, bevor die erste und zweite Drossel (17, 18) öffnen.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verstellung der Ventilelemente (13, 14) aus der Neutralstellung die zweite Drossel (18) nach der ersten Drossel (17) öffnet.