DE3146302C1 - Hydraulische Steuervorrichtung fuer einen Servomotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung für einen Servomotor, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, mit einem Steuerkreis, der in Reihe eine Mengeneinstellvorrichtung und ein Steuerventil aufweist, mit einem Arbeitskreis, der in Reihe einen Druckregler und ein Arbeitsventil aufweist, und mit einem zumindest dem Eingang der Mengeneinstellvorrichtung vorgeschalteten Regelventil, das über Drucksignalkanäle mit den beiden Seiten einer Meßdrossel im Steuerkreis verbunden und in Abhängigkeit vom Druckabfall an dieser Meßdrossel gesteuert ist, wobei der Druckregler den Druck zwischen sich und dem Arbeitsventil (Folgedruck) auf den Druck zwischen der Mengeneinstellvorrichtung und dem Steuerventil (Steuerdruck) einstellt, wobei die Eingänge von Arbeitskreis und Steuerkreis an eine Pumpe mit konstanter Verdrängung angeschlossen und deren Ausgänge zur gemeinsamen Speisung des Servomotors verbunden sind und wobei insbesondere Druckregler, Steuerventil und Arbeitsventil zu einem eine gemeinsame Schieber-Baueinheit aufweisenden Verstärkerventil vereinigt sind, dem Servomotor ein Richtungsventil vorgeschaltet ist und das Reglerventil auch als Prioritätsventil dient.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 29 32 847) ist die Meßdrossel eine Blende im Innern der Mengeneinstellvorrichtung, die mit einem Meßmotor dieser Einrichtung in Reihe liegt und durch ein Lenkhandrad und den Meßmotor verstellbar ist. Die Mengeneinstellvorrichtung erlaubt eine richtungsabhängige Abgabe der eingestellten Steuermenge. In der Neutralstellung nimmt die Mengeneinstellvorrichtung kein Druckmittel vom Regelventil ab. Der Kolben dieses Regelventils geht in seine Endlage, in der das gesamte von der Pumpe geförderte Druckmittel über eine Abflußleitung abgeleitet und beispielsweise einem Zusatzverbraucher zugeführt wird.

Wenn bei dieser Steuervorrichtung die Mengeneinstellvorrichtung auf der Neutralstellung in eine Arbeitsstellung gedreht wird, dauert es eine gewisse Zeit, bis sich der Kolben des Regelventils aus seiner Ruhelage in die für den neuen Arbeitszustand erforderliche Lage verschoben hat. Dies ergibt eine häufig unerwünscht große Reaktionszeit Denn erst wenn der Kolben in seiner Arbeitslage ist, haben sich auch die für die Verstellung des Servomotors notwendigen Druck- und Mengenverhältnisse eingestellt Die Mengeneinstellvorrichtung, die in der Regel mit einem Lenkhandrad versehen ist, befindet sich in den meisten Fällen nicht in der Nähe des Regelventils. Daher sind die Drucksignalkanäle verhältnismäßig lang und verlaufen ungeschützt zwischen Mengeneinstellvorrichtung und Regelventil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der kürzere Reaktionszeiten zur vollständigen Erreichung des jeweiligen Arbeitszustands möglich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßdrossel als feste Drossel zwischen Regelventil und Mengeneinstellvorrichtung geschaltet ist, so daß das Regelventil dem Steuerkreis eine annähernd konstante Menge zuführt und daß die Mengeneinstellvorrichtung einen sich mit zunehmender Menge schließenden, zum Behälter führenden Kurzschlußpfad aufweist

Bei dieser Anordnung fließt auch in der Neutralstellung der Mengeneinstellvorrichtung eine bestimmte Druckmittelmenge über die feste Drossel zum Eingang der Mengeneinstellvorrichtung und dann weiter zum Behälter. Infolgedessen ist der Weg, den der Kolben des Regelventils zurückzulegen hat wenn die Mengeneinstellvorrichtung aus der Neutralstellung in eine Arbeitsstellung gesteuert wird, wesentlich kürzer als bei der bekannten Steuervorrichtung. Entsprechend kürzer ist

die Reaktionszeit. Hierbei wird der normale Betrieb des Steuerkreises nicht beeinträchtigt, denn die feste Drossel und der Drosselquerschnitt im Kurzschlußpfad bilden einen Druckteiler, wobei der Druck zwischen den beiden Drosseln als Steuerdruck wirksam wird und die konstante Menge abzüglich der über den Kurzschlußpfad abgeleiteten Menge als Steuermenge zur Verfügung steht.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß keine Drucksignalkanäle zwischen dem Regelventil und der Mengeneinstellvorrichtung vorgesehen werden müssen und insbesondere die feste Meßdrossel in der Nähe des Regelventils angeordnet werden kann. Dies ergibt kurze Kanäle mit entsprechend geringen Druckverlusten.

Des weiteren ist es empfehlenswert, daß die feste Meßdrossel mit dem Regelventil zu einer auch die Drucksignalkanäle aufweisenden Baueinheit zusammengefaßt ist.

Hiermit sind nicht nur die erwähnten kurzen Kanallängen gewährleistet. Vielmehr besteht auch keine Gefahr eines Bruches dieser Leitungen.

Diese Baueinheit kann auch den Druckregler, das Steuerventil, das Arbeitsventil und gegebenenfalls das Richtungsventil umfassen, so daß sich eine sehr kompakte Anordnung ergibt.

Während normalerweise auch der Arbeitskreis über das Regelventil gesteuert wird, kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die Pumpe den Arbeitskreis direkt speist. Entsprechend geringer sind die Drosselverluste am Regelventil.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die feste Meßdrossel und das Regelventil so aneinander angepaßt sind, daß die die Meßdrossel durchfließende Menge gleich der bei maximaler Steuergeschwindigkeit der Mengeneinstellvorrichtung erforderlichen Menge ist. Damit wird eine ausreichende, aber nicht zu große Menge für den Steuerkreis festgelegt.

In der Praxis hat es sich als günstig herausgestellt, daß die über die Meßdrossel geleitete Menge etwa 10 bis 15% der von der Pumpe abgegebenen Menge ist. Dies entspricht bei maximaler Aussteuerung des Servomotors einem Verstärkungsfaktor von 8.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Servomotors mit erfindungsgemäßer Steuervorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig.2 ein ausführlicheres Schaltbild einer ersten Ausführungsform und

Fig.3 einen Teilausschnitt eines Schaltbilds einer zweiten Ausführungsform.

Bei der Schaltung nach F i g. 1 wird ein Servomotor 1, dessen Kolben 2 über eine Kolbenstange 3 zu lenkende Räder verstellt, über eine Motorleitung 4 bzw. 5 mit Druckmittel versorgt, während die jeweils andere Motorleitung dem Abfluß dient

Eine hydraulische Baueinheit 6 weist einen Anschluß CL für die Motorleitung 4 und einen Anschluß CR für die Motorleitung 5 auf. Am Anschluß //P ist eine Pumpe 7 mit konstanter Verdrängung, am Anschluß HT ein Behälter 8 angeschlossen. Eine Verbraucherleitung 9 ist mit einem Zusatzanschluß Z verbunden. Diese Verbraucher erhält die Überschußmenge, die nicht für den Servomotor 1 benötigt wird. Eine Mengeneinstellvorrichtung 10 mit einem Lenkhandrad 11 ist an einer hierfür geeigneten Stelle eines zu lenkenden Fahrzeuges im Abstand von der Baueinheit 6 eingebaut. Vom Anschluß P führt eine Zuleitung 12 zum Anschluß P'der Mengeneinstelleinrichtung 10. Von deren Anschluß T' führt eine Ableitung 13 zum Anschluß Tder Baueinheit 6. Ein Anschluß Z/der Mengeneinstellvorrichtung 10 ist über eine Steuerleitung 14 mit dem Anschluß L der Baueinheit 6 und ein Anschluß R' der Mengeneinstellvorrichtung 10 über eine Steuerleitung 15 mit dem

ίο Anschluß Rder Baueinheit 6 verbunden.

Die Mengeneinstellvorrichtung 10 kann beispielsweise vom Typ Danfoss-Orbitrol sein, bei der der Anschluß P' über einen Meßmotor 16 wahlweise mit dem Anschluß L' oder R' verbunden werden kann. Ein Drosselquerschnitt 17 in einem der Anschlüsse /"und T' verbindenden Kurzschlußpfad 18 ist in der Neutralstellung voll geöffnet. Durch Verdrehen des Lenkhandrades

11 wird dieser Drosselquerschnitt 17 verkleinert. Der Meßmotor 16 bewirkt eine Nachführung derart, daß der Drosselquerschnitt 17 nach Durchlauf einer durch die Winkeldrehung des Lenkhandrades 11 vorgegebenen Menge wieder die volle Öffnungsstellung einnimmt. In Reihe mit dem Meßmotor 16 kann sich ein weiterer, sich gegensinnig zum Drosselquerschnitt 17 verändernder Drosselquerschnitt befinden.

Der Aufbau der Schaltung der F i g. 1 ergibt sich genauer aus F i g. 2. Hiernach ist ein Rückschlagventil 19, das zur Druckseite hin öffnet, zwischen die Zuleitung

12 und die Ableitung 13 geschaltet, und es bildet zusammen mit der Mengeneinstellvorrichtung 10 eine Piloteinheit 20.

In der Baueinheit 6 ist ein Regelventil 21 vorgesehen, das als Prioritätsventil wirkt und mit seinem Kolben 22 zwei Ventilquerschnitte 23 und 24 gegensinnig steuert.

In die Zuleitung 12 ist eine feste Meßdrossel 25 geschaltet. Der Druck auf der einen Seite dieser Meßdrossel 25 wird über einen Drucksignalkanal 26 in einen Druckraum 27 auf der einen Seite des Kolbens 22 des Regelventils 21 geleitet. Der Druck auf der anderen Seite der Meßdrossel 25 wird über einen Drucksignalkanal 28 mit einer festen Drossel 29 in einen Druckraum 30 auf der anderen Seite des Kolbens 22 geleitet. Dieser Druckraum 30 enthält ferner eine Ventilfeder 31. Ein Überdruckventil 32 sorgt dafür, daß der Druck der Zuleitung 12 nicht zu groß werden kann.

Auf diese Weise wird das Regelventil 21 so gesteuert, daß über die Zuleitung 12 eine konstante Druckmittelmenge fließt, unabhängig davon, ob die Mengeneinstellvorrichtung 10 sich in der Neutralstellung befindet (dann wird die gesamte Menge über den Drosselquerschnitt 17 zur Ableitung 13 geführt) oder ob bei Aussteuerung der Mengeneinstellvorrichtung 10 diese Menge oder ein Teil davon über den Meßmotor 16 in eine der Steuerleitungen 14 oder 15 geleitet wird. Ein zweiter Teil der von der Pumpe 7 geförderten Menge geht über eine mit einem Rückschlagventil 33 versehene Arbeitsleitung 34, wenn die Mengeneinstellvorrichtung 10 betätigt wird, wie nachstehend noch näher erläutert wird. Der Rest des von der Pumpe 7 geförderten Druckmittels geht über den Ventilquerschnitt 24 und die Verbraucherleitung 9 zu einem zusätzlichen Verbraucher.

Ein Richtungsventil 35 weist einen Schieber 36 auf, der die Arbeitsleitungen 4 und 5 entweder absperrt oder die eine über einen Ventilquerschnitt 37 mit dem Austritt 38 eines Verstärkerventils 39 und die andere über einen Ventilquerschnitt 40 mit einer zum Behälter 8 führenden Leitung 41 verbindet Der Schieber 36 ist auf

der einen Seite durch eine Feder 42 und dem in einem Raum 43 herrschenden Druck der Steuerleitung 14 belastet. Von der anderen Seite wirkt eine Feder 44 und der im Raum 45 herrschende Druck der Steuerleitung 15. Je nach dem, ob die Steuerleitung 14 oder 15 über den Meßmotor 16 mit Druckmittel versorgt wird, verschiebt sich der Schieber 36 nach rechts oder links. Dabei öffnet sich einer der beiden Ventilquerschnitte 46 bzw. 47, über den die in der Steuerleitung 14 bzw. 15 fließende Steuermenge in eine Leitung 48 abgegeben wird.

Das Verstärkerventil 39 besitzt einen Schieber 49, der eine erste Drosselstelle 50 bildet und auf der linken Seite vom Druck im Raum 51 hinter dieser Drosselstelle und auf der rechten Seite im Raum 52 vom Druck in der r, Leitung 48 beaufschlagt wird. Hierdurch ist sichergestellt, daß im Raum 51 derselbe Druck herrscht wie in der Leitung 48. Das Verstärkerventil bildet daher einen Druckregler 53. Der Raum 51 ist über Kanäle 54 mit Radialbohrungen 55, der Raum 52 über Kanäle 56 mit Radialbohrungen 57 verbunden. Die Radialbohrungen 55 und 57 wirken mit einer gemeinsamen Ringnut 58 zusammen. Sie ergeben daher ein Arbeitsventil 59 und ein Steuerventil 60, deren Querschnitte proportional geändert werden. Beispielsweise kann eine Bohrung 57 mit sieben Bohrungen 55 zusammenwirken.

Des weiteren sind in der Baueinheit 6 noch übliche Überdruckventile 61 und 62 vorhanden, die ansprechen, wenn in einer der Kammern des Servomotors Überdruck herrscht. Ferner sind Rückschlagventile 63 und 64 vorhanden, über die bei Bedarf Druckmittel angesaugt werden kann.

Bei dieser Anordnung bilden die Zuleitung 12, die Mengeneinstellvorrichtung 10, die Steuerleitungen 14 und 15, die Drosselquerschnitte 46 bzw. 47, die Leitung 48 und das Steuerventil 60 einen Steuerkreis 65, während die Leitung 34, das Druckregelventil 53 und das Arbeitsventil 59 einen Arbeitskreis 66 bilden. Die jeweils den Arbeitskreis 66 durchströmende Menge ist proportional der den Steuerkreis 65 durchströmenden Menge.

Es ergibt sich folgende Betriebsweise: In der Neutralstellung wird eine vorbestimmte Menge über die Zuleitung 12 und den Kurzschlußpfad 18 zum Behälter 8 geführt. Das Regelventil 12 stellt sich so ein, daß der Druckabfall an der Meßdrossel 25 den für diese Menge erforderlichen Wert hat. Der Kolben 22 ist daher aus seiner den Ventilquerschnitt 23 absperrenden Lage verschoben und befindet sich in einer vorbereitenden Arbeitsstellung. Wird das Lenkhandrad 11 in der einen Richtung gedreht, fließt eine der Drehgeschwindigkeit entsprechende Steuermenge über die Steuerleitung 14. Infolgedessen wird der Schieber 36 des Richtungsventils 35 nach rechts verschoben. Die Steuermenge gelangt über die Leitung 48 zum Steuerventil 60. Der vor diesem Steuerventil 60 herrschende Druck verschiebt den Schieber 49 des Verstärkerventils 39 nach links, so daß der Querschnitt der Drosselstelle 50 des Druckregelventils 53 geöffnet wird. Infolgedessen strömt eine Arbeitsmenge des Druckmittels über die Arbeitsleitung 34 zum Raum 51 und steht daher vor dem Arbeitsventil 59 mit demselben Druck an wie die Steuermenge vor dem Steuerventil 60. Da beide Mengen am Austritt 38 des Verstärkerventils 39 miteinander vereinigt sind, erleiden sie denselben Druckabfall. Da sich die Querschnitte von Arbeitsventil 59 und Steuerventil 60 proportional ändern, ist auch die Arbeitsmenge der Steuermenge proportional. Die so erzeugte verstärkte Menge fließt über das Richtungsventil 35 und die Motorleitung 4 zum Servomotor 1. Über die Motorleitung 5 fließt Niederdruckflüssigkeit direkt über die Leitung 41 zum Behälter 8. Dreht man das Lenkhandrad 11 in entgegengesetzter Richtung, wird die Steuerleitung 15 mit der Steuermenge beschickt, und der Servomotor 1 bewegt sich in entgegengesetzter Richtung.

Die Vorrichtung arbeitet auch, wenn die Pumpe 7 ausfällt. In diesem Fall wirkt der Meßmotor 16 als Pumpe. Es wird Druckflüssigkeit über das Rückschlagventil 19 angesaugt und in eine der Steuerleitungen 14 bzw. 15 gefördert. Von dort gelangt sie über das Richtungsventil 35, das Steuerventil 60 und die entsprechende Motorleitung zum Servomotor 1.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 besteht der Unterschied allein darin, daß das Regelventil 121 mit seinem Ventilquerschnitt 123 lediglich die Steuermenge zur festen Meßdrossel 25 in der Zuleitung 12 steuert, während die Arbeitsleitung 134 direkt mit der Pumpe 7 verbunden ist.

Da die beiden Drucksignalkanäle 26 und 28 in der Baueinheit 6 verlaufen, sind sie kurz, führen nur zu geringen Druckabfällen und können von außen nicht beschädigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Steuervorrichtung für einen Servomotor, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, mit einem Steuerkreis, der in Reihe eine Mengenein-Stellvorrichtung und ein Steuerventil aufweist, mit einem Arbeitskreis, der in Reihe einen Druckregler und ein Arbeitsventil aufweist, und mit einem zumindest dem Eingang der Mengeneinstellvorrichtung vorgeschalteten Regelventil, das über Druck- ι ο signalkanäle mit den beiden Seiten einer Meßdrossel im Steuerkreis verbunden und in Abhängigkeit vom Druckabfall an dieser Meßdrossel gesteuert ist, wobei der Druckregler den Druck zwischen sich und dem Arbeitsventil (Folgedruck) auf den Druck is zwischen der Mengeneinstellvorrichtung und dem Steuerventil (Steuerdruck) einstellt, wobei die Eingänge von Arbeitskreis und Steuerkreis an eine Pumpe mit konstanter Verdrängung angeschlossen und deren Ausgänge zur gemeinsamen Speisung des Servomotors verbunden sind und wobei insbesondere Druckregler, Steuerventil und Arbeitsventil zu einem eine gemeinsame Schieber-Baueinheit aufweisenden Verstärkerventil vereinigt sind, dem Servomotor ein Richtungsventil vorgeschaltet ist und das Regelventil auch als Prioritätsventil dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdrossel (25) als feste Drossel zwischen Regelventil (21) und Mengeneinstellvorrichtung (10) geschaltet ist, so daß das Regelventil dem Steuerkreis (65) eine annähernd konstante Menge zuführt, und daß die Mengeneinstellvorrichtung einen sich mit zunehmender Menge schließenden, zum Behälter (8) führenden Kurzschlußpfad (18) aufweist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Meßdrossel (25) mit dem Regelventil (21) zu einer auch die Drucksignalkanäle (26, 28) aufweisenden Baueinheit (6) zusammengefaßt ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (6) auch den Druckregler (53), das Steuerventil (60), das Arbeitsventil (59) und gegebenenfalls das Richtungsventil (35)umfaßt

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (7) den Arbeitskreis (66) direkt speist (Leitung 134).

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Meßdrossel (25) und das Regelventil (21) so aneinander angepaßt sind, daß die die Meßdrossel durchfließende Menge gleich der bei maximaler Steuergeschwindigkeit der Mengeneinstellvorrichtung (10) erforderlichen Menge ist

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Meßdrossel (25) geleitete Menge etwa 10 bis 15% der von der Pumpe (7) abgegebenen Menge ist