DK151827B - Hydraulisk styreindretning - Google Patents

Description

i

DK 151827 B

Opfindelsen angår en hydraulisk styreindretning ifølge overbegrebet til krav 1.

Ved en kendt styreindretning af denne art (DE-OS 23 53 068), nemlig en styreindretning for køretøjer, er der i en husbo-5 ring anbragt to hylsterformede drejegliderventilelementer, som ved hjælp af et rat kan drejes en begrænset vinkel mod hinanden ud fra en neutralstilling mod kraften af tilbagestillingsfjedre. Drejegliderventilelementerne har styreåbninger, som danner flere drosler. Hertil hører en neutral-10 stillingsdrossel, som er åben i neutralstillingen, for at bortlede trykvæske fra pumpen direkte til beholderen, og som lukker efter en relativ forudbestemt drejevinkelbevægelse, mens samtidigt i fremløbet og tilbageløbet liggende drosler åbner for at lede trykvæske over en målemotor til styreind-15 retningens indstillingsmotor og fra denne tilbage til beholderen. Neutralstillingsdroslen består af fire drosselsteder af en første type og otte drosselsteder af en anden type, som alle er parallelkoblede. Den første type drosselsteder har styreåbninger, som er begrænset af i akseretningen for-20 løbende kanter. Ved den anden type består styreåbningerne i det ydre drejegliderventilhylster af større boringer og i omkredsretning forskudte mindre boringer. Styreåbningen i det indre drejegliderventilhylster har et første aksialnot-afsnit med de større boringers bredde og et andet aksialnot-25 afsnit med de mindre boringers bredde. Ved hjælp af de sidstnævnte drosselsteder skal hældningen af trykfaldets karakteristik udformes fladere. Dog har det vist sig, at der ved en sådan drossel, i det mindste når den befinder sig i nærheden af spærrestillingen, optræder betydelig støj. I 30 nogle tilfælde blev der endog observeret kavitationsfænome- ner.

Endvidere kendes en hydraulisk styreindretning (US-PS 3 908 376), ved hvilken en som radialkanal udformet styreåbning er forsynet med ydre kanter, til hvilke der på begge

DK 151827 B

2 sider slutter sig en drosselkanal, som befinder sig mellem det ydre hylsters cylindriske tætningsflade og en på den indre drejegliderventildels omkreds udformet begrænsningsflade, hvis forløb ikke er nærmere beskrevet. Styreåbningen in-5 klusiv de to begrænsningsfladeafsnit strækker sig over næsten 90° af den indre drejegliderventildels omkreds. Drosselkanalens bredde er flere gange større end dens dybde? men den bør ikke overskride den aksiale bredde af den som styreåbning tjenende radialkanal. Endvidere kan man af fremstil-10 lingsgrunde antage, at styreåbningen har cirkelrundt tværsnit og har ingen parallelle kanter. Også ved en sådan drossel optræder der, i det mindste når den befinder sig i nærheden af spærrestillingen, betydelig støj.

Formålet med opfindelsen er at angive en hydraulisk styre-15 indretning af den i indledningen beskrevne art, ved hvilken der over den samlede arbejdsvej undgås kraftigere støj.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved den kendetegnende del i krav 1.

Ved denne konstruktion gennemstrømmer væsken den flade dros-20 selkanal som forholdsvis tynd film, som over en stor overflade står i berøring med henholdsvis tætningsfladen og begrænsningsfladen. På grund af friktionen på disse overflader og friktionen mellem nabo-liggende væskelag i filmen bremses væsken alt i alt meget. Det er derfor tilstrækkeligt med 25 forholdsvis korte drosselkanaler for at bevirke en stærk drosling. Denne art drosling fører ikke til generende hastighedsforhøjelser? der optræder derfor hverken for kraftig støj eller kavitationsfænomener. Tilstedeværelsen af drosselkanalerne fører til drosselkarakteristikker, som ved valg 30 af længden og formen af begrænsningsfladerne kan tilpasses de foreliggende forhold, således at der kan gives afkald på styreåbninger i form af flerdobbelte boringer og lignendee For at opnå den tilstræbte støjsvaghed og kavitationsfrihed 3

DK 151827B

skal drosselkanalens dybde vælges meget lille. For alligevel at opretholde et tilstrækkelig stort kanaltværsnit skal dens bredde vælges tilsvarende stor. Ved at i det mindste den overvejende del af de parallelkoblede drosselsteder er for-5 synet med sådanne drosselkanaler, giver det trods den begrænsede plads på en drejegliderventil ingen vanskeligheder at give summen af bredderne af alle samtidigt virkende drosselkanaler en sådan størrelse, at den ønskede ringe kanaldybde kan opnås.

/ 10 Udformningen i kravene 2 og 3 fører til en usædvanlig høj værdi for summen af bredderne af alle samtidigt virkende drosselkanaler, således at kanaltværsnittet også er tilstrækkeligt for store gennemløbsmængder.

Ved den videre udformning i krav 4 fås en i begge drejeret-15 ninger virksom drossel.

I krav 5 udgør drosselkanalens største dybde fortrinsvis mindre end 0,1 mm. Den største dybde måles, når kanten i tværsnit danner en vinkel, på denne vinkels toppunkt og, når kanten i tværsnit er rund, på den mod begrænsningsfladen 20 vendte ende af rundingen.

Særlig gunstig er dimensioneringen af summen af bredderne ifølge krav 6.

Dimensioneringen af drosselkanalen i krav 7 og 8 tillader allerede ved en forholdsvis lille relativ drejning at opnå 25 en stor ændring af drosselmodstanden. Herved er forholdsvis små diametre tilstrækkelige.

Ved dimensioneringen af styreåbningernes bredde i krav 9 og 10 sætter drosselvirkningen allerede efter kort relativ drejning fuldstændigt ind. På den anden side er drosselka-30 rakteristikken i nærheden af nulpunktet imidlertid udformet (

DK 151827 B

4 flad. Denne form af karakteristikken gør det muligt at holde trykfaldet og dermed energitabene ved en styreindretning med "open-center" så lavt som muligt, også når den faktiske neutralstilling i drift ikke stemmer nøjagtigt overens med den 5 teoretiske neutralstilling.

Ved udformningen i krav 11 kan der indskæres forholdsvis smalle slidser fra endesiden.

Ved den videre udformning i krav 12 er den omkredsflade, som begrænsningsfladerne skal forsynes med, krummet konkavt.

10 Derfor kan værktøjer til fremstilling af begrænsningsfladerne let angribe.

Ved hjælp af slibningen ifølge krav 13 kan der fjernes forholdsvis små materialemængder, som det er ønsket for fremstillingen af den flade drosselkanal. Der er imidlertid også 15 andre muligheder, såsom en kemisk materialebortfjernelse eller en gnisterosionsproces.

Gunstigt for støj formindskelsen er også den videre udformning ifølge krav 14.

Drosselkanalens dybdeændringer bør være forholdsvis små, som 20 det bliver foreslået i krav 15.

Dette kan på meget enkel måde opnås ved, at der benyttes plane begrænsningsflader ifølge krav 16. En sådan plan flade kan fremstilles ved overslibning.

De kendetegnende dele i krav 17 og 18 fører til forskellige 25 karakteristikker, svarende til forskellige gennemløbsmængder, som ved et forudbestemt trykfald har omtrent samme hældning. Dette fører til et meget stabilt reguleringsforhold, som er uafhængigt af pumpens leveringsmængde, fx når denne drives af en køretøjsmotor.

DK 151827 B

5

Udformningen i krav 19 giver yderligere fordele, som forklares senere.

Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af foretrukne, på tegningen viste udførelseseksempler, der viser 5 i fig. 1 et tværsnit gennem en ved hjælp af en drejeglider-ventil med hylsterformede drejegliderventilelemen-ter udformet drossel af en styreindretning ifølge opfindelsen, 10 fig. 2 et delbillede af et afsnit af overfladen på enden af det indre drejegliderventilhylster, fig. 3 et forstørret deltværsnit gennem drejegliderventi-len i fig. 1, fig. 4 en skematisk fremstilling af en drosselkanal, 15 fig. 5 en skematisk fremstilling af en varieret drossel kanal , fig. en skematisk fremstilling af en yderligere dros selkanal , fig. 7 et delsnit gennem en drejegliderventil med skive- 20 formede gliderventilelementer, fig. 8 skematisk anbringelsen af droslen i fig. 1 i en styreindretning og fig. 9 en drosselkarakteristik, som svarer til drosselkanalen i fig. 6.

25 I fig. 1 er vist en indstillelig drossel 1, som er udformet

DK 151827 B

6 på en drejegliderventil, som har et ydre drejegliderventil-hylster 2 og et indre drejegliderventilhylster 3. Mellem de to befinder der sig en cylindrisk tætningsflade 4. I rummet 5 uden for drejegliderventilen hersker pumpetrykket Pi. I ' 5 det indre hulrum 6 hersker beholdertrykket P2.

Droslen 1 består af adskillige parallelkoblede, ens drosselsteder 7. Hvert af disse drosselsteder 7 har en første styreåbning 8 i det ydre drejegliderventilhylster 2 og en anden styreåbning 9 i det indre drejegliderventilhylster 3. Styre-10 åbningerne er udformet som fra hylstrenes endeflade 10 udgående slidser, som det er vist for styreåbningen 9 i fig. 2.

Hver styreåbning 8 har to kanter 11 og 12, og hver styreåbning 9 har to kanter 13 og 14 som begrænsning. Alle disse kanter forløber parallelt med hinanden. Kanterne kan i tvær-15 snit, som vist, være udført afvinklet, de kan imidlertid også være afrundede. Til hver kant 13 og 14 slutter en begrænsningsflade 15 og 16, som sammen med tætningsfladen 4 kan danne en drosselkanal 17. Hvert drosselsteds 7 drosselkanal 17 har en maksimal dybde t, som på tegningen er vist 20 stærkt overdrevet, en maksimal længde 1 og en bredde b.

Bredden b er stor i forhold til den maksimale dybde t; den udgør mindst tyve gange, for det meste mere end halvtreds gange og meget ofte ethundrede gange og mere den maksimale dybde t. Ved n parallelkoblede, ens drosselsteder er summen 25 B af bredderne b af alle drosselkanaler virksom, altså B = nb. Styreåbningens 8 bredde w-j og styreåbningens 9 bredde v*2 er ens. Dens bredde svarer til bredden b.

Ved et udførelseseksempel anvendtes følgende dimensioner: bredde wj = 0,6 mm 30 bredde W2 = 0,6 mm længde 1 = 1,5 mm bredde b = 10,0 mm

DK 151827 B

7 dybde t = 0,06 mm drosstlsteder n = 12 tætningsfladens 4 diameter d = 32 mm

Heraf beregnes en breddesum B af drosselkanalerne 17 på 5 120 mm, en omkreds af tætningsfladen 4 på 100 mm og en ar- bejdsvej a fra den åbne neutralstilling til lukkestillingen på 2,1 mm. Dermed fås, at breddesummen B er større end tætningsfladens 4 omkreds.

Ved de nedenstående fig. 4 - 7 er de tilsvarende dele forhø- 10 jet med henholdsvis 100, 200, 300 og 400 i forhold til udfø relsesformen i fig. 1-3. Også her er størrelsen af drosselkanalerne vist stærkt overdrevet.

I fig. 4 er vist, at drosselkanalen 117 er begrænset af en lige begrænsningsflade 115. Gliderventilelementet 102 er 15 drejet ud af neutralstillingen med vinklen 0. Ved denne drejning bliver tangentvinklen ©d, som i forlængelse af styreåbningens 108 kant 112 måles mellem tangenten på tætningsfladen 104'og tangenten på begrænsningsfladen 115, efterhånden større. Den aftager derfor hen imod styreåbningen 109.

20 Ved udførelsesformen i fig. 5 er der en begrænsningsflade 215 for drosselkanalen 217, ved hvilken tangentvinklen od forstørres i retning mod styreåbningen 209.

Pig. 6 viser en udførelsesform, ved hvilken begrænsningsfladen 329 består af to retliniede afsnit 315a og 315c og et 25 forbindelsesafsnit 315b. I afsnittene 315a og 315c aftager derfor tangentvinklen od i retning mod styreåbningen 309. I forbindelsesafsnittet 315b tiltager tangentvinklen od; det har form af et eksponentialafsnit, hvis afstand fra tætningsfladen 304 i drosselkanalens 317 længderetning forløber 30 omtrent ifølge en e-funktion.

DK 151827B

s

Ved udførelsesforraen i fig. 7 er der ikke anbragt hylsterformede gliderventilelementer. Tværtimod er drejegliderven-tilen udformet af to skiveformede gliderventilelementer 402 og 403. Styreåbningerne 408 og 409 forløber radialt. Tæt-5 ningsfladen 404 ligger på et plan. Begrænsningsfladen 415 for drosselkanalen 417 består igen af tre afsnit, hvorved det midterste forbindelsesafsnit 415b har en i retning mod styreåbningen 409 forstørrende tangentvinkel o£, mens de to endeafsnit 415a og 415c har en aftagende tangentvinkel 10 I fig. 8 er vist en styreindretning 18 for køretøjer, som er forsynet af en fx af køretøjsmotoren drevet fortrængningspumpe 19 og tjener til styring af en servomotor 20, hvis stempelstang 21 er forbundet med de hjul, der skal styres, i afhængighed af drejningen af et rat 22. I styreindretningen 15 18 findes den indstillelige drossel 1, som kan forbinde pum petilslutningen 23 direkte med en til beholderen 24 tilbageførende ledning 25, to i serie koblede tilløbsdrosler 26 og 27, mellem hvilke der befinder sig en målemotor 28, og en tilbageløbsdrossel 29. Droslerne 1, 26, 27 og 29 aktiveres 20 sammen af en indstillingsanordning 30, som indstilles i afhængighed af rattet 22 og af målemotoren 28. Kredsløbet er vist for en arbejdsretning af servomotoren 20. I modsat driftsretning ombyttes de til servomotoren 20 førende ar-bejdsledninger 31 og 32 med de tilhørende drosler ved en om-25 kobling inden for styreindretningen 18. I neutralstillingen er den indstillelige drossel 1 fuldstændig åben, således at pumpetryksiden er direkte forbundet med beholderen 24? tilløbsdroslerne 26 og 27 samt tilbageløbsdroslen 29 er lukkede. Ved en indstilling ud fra neutralstillingen lukker den 30 indstillelige drossel 1 efterhånden, mens tilløbsdroslerne 26 og 27 åbner. Tilbageløbsdroslen 29 åbner noget senere.

I fig. 9 er drosselkarakteristikken for udførelsesformen i fig. 6 vist. For fig. 7 gælder lignende. For en forudbestemt gennemløbsmængde er trykket Pi vist i afhængighed af den re-

DK 151827 B

9 lative drejevinkel Θ. Karakteristikker for andre gennemløbsmængder har et lignende forløb. Karakteristikken E har i neutralstillingen et fladt afsnit E-j, som fås ved, at styreåbningerne 308 og 309 ikke kun ligger over hinanden i neu-5 tralstillingen, men desuden også i stor udstrækning på dennes to sider, og der er derfor en ringe drosling til stede.

For indstillingen af trykket P1 er det derfor uskadeligt, når styreindretningens hvilestilling befinder sig lidt uden for den nøjagtige neutralstilling. Når begrænsningsfladen 10 overlapper kanten 312, ændres drosselkanalens 317 virksomme tværsnitsflade foreløbig kun lidt med drejevinklen. Af denne grund fås i karakteristikken et fladt område E2· Dette er lagt således, at det ved en styreindretning, ved hvilken fremløbsdroslen 26, 27 åbner ved en mindre vinkel @ end 15 tilbageløbsdroslen 29, ingen forstyrrende indflydelse har på trykforholdene ved en ubetydelig unøjagtighed i åbningstidspunktet for tilbageløbsdroslen 29. Karakteristikkens afsnit E3 tjener endelig det egentlige trykstyringsforløb. Ved anvendelse af et eksponentialfladeafsnit 315b får dette afsnit 20 E3 en mindre hældning. Derudover har karakteristikker for forskellige gennemløbsmængder for det samme tryk P-| omtrent samme hældning. Dette giver en stor stabilitet under reguleringsforløbet.

Claims (18)

1. Hydraulisk styreindretning med en indstillelig drossel (1)f ved hvilken to relativt til hinanden drejelige drejegliderventilelementer (2, 3; 102, 103; 202, 203; 302, 303; 402, 403), som danner en fælles tætningsflade 5 (4; 104; 204; 304; 404), har parallelkoblede drossel steder (7) dannende henholdsvis første (8; 108; 208; 308; 408) og anden (9; 109; 209; 309; 409) styreåbninger, som i det mindste på en side er begrænset af en på tværs af drejeretningen forløbende kant (11, 12, 13, 10 14), kendetegnet ved, at en begrænsnings flade (15, 16; 115; 215; 315; 415) slutter sig til kanten af den anden styreåbning (9; 109; 209; 309; 409) over i det mindste den største del af dennes bredde (b), at begrænsningsfladens afstand til tætningsfladen 15 (4; 104; 204; 304; 404) aftager i drejeretningen, såle des at der ved en relativ drejning mellem begrænsningsflade og tætningsflade fås en flad drosselkanal (17; 117; 217; 317; 417) med i forhold til sin dybde (t) stor bredde (b) og foranderlig længde (1), at den stør-20 ste dybde (t) af drosselkanalen (17) maksimalt udgør 0,2 mm, og at i det mindste den overvejende del af de parallelkoblede drosselsteder (7) er forsynet med sådanne drosselkanaler.

2. Styreindretning ifølge krav 1,kendetegnet 25. e d, at alle parallelkoblede drosselsteder (7) er ens udformet med drosselkanaler (17).

3. Styreindretning ifølge krav 2, kendetegnet ved, at mellem 0 og 13 ens drosselsteder (7) er parallelkoblede .

4. Styreindretning ifølge et af kravene 1-3, ved hvilken DK 151827 B styreåbningerne (8, 9; 108, 109; 208/ 209; 308/ 309; 408/ 409) er begrænset på begge sider af parallelle kanter (11, 12, 13, 14; 112; 312), kendetegnet v e d, at en begrænsningsflade (15, 16) slutter 5 sig til hver af de andre styreåbningers (9) to kanter (13, 14).

5. Styreindretning ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at drosselkanalens (17) største dybde (t) udgør mindre end 0,1 mm.

6. Styreindretning ifølge et af kravene 1-5, k e n d e - tegnet ved, at summen (B) af bredderne (b) af alle drosselkanaler (17) er større end omkredsen af den største cirkel, på hvilken en drosselkanal bevæger sig ved den relative drejning.

7. Styreindretning ifølge et af kravene 1-6, kende tegnet ved, at drosselkanalens (17) største længde (1) svarer til en centervinkel mellem 4° og 15°.

8. Styreindretning ifølge et af kravene 1-7, kendetegnet ved, at drosselkanalens (17) største 20 længde (1) ligger mellem 1,0 og 4,5 mm.

9. Styreindretning ifølge et af kravene 1-8, k e n d e -tegnet ved, at styreåbningernes (8, 9) bredde (w1, W2) svarer til en centervinkel på højst 5°.

10. Styreindretning ifølge et af kravene 1-9, kende- 25 tegnet ved, at styreåbningernes (8, 9) bredde (νη, W2) udgør ca. 0,6-1 mm.

11. Styreindretning med hylsterformede drejegliderventil-elementer (2, 3; 102, 103; 202, 203; 302, 303; 402, 403. ifølge et af kravene 1-10, kendetegnet DK 151827B ved, at alle styreåbninger (8, 9) er udformet som fra en endeflade udgående slidser.

12. Styreindretning med hylsterformede drejegliderventil-elementer (2, 3? 102, 103; 202, 203; 302, 303; 402, 5 403) ifølge et af kravene 1-11, kendetegnet ved, at begrænsningsfladerne (15, 16) er udformet på den ydre omkredsflade af det indre drejegliderventil-element (3).

13. Styreindretning ifølge et af kravene 1-12, kende- 10 tegnet ved, at begrænsningsfladerne (15, 16) er slebne.

14. Styreindretning ifølge et af kravene 1-13, kendetegnet ved, at drosselkanalens (17) dybde (t) forstørres i retning af trykfaldet.

15. Styreindretning ifølge et af kravene 1-14, kende tegnet ved, at den mellem de i forlængelse af den første styreåbnings (8) kanter (11, 12) på tætningsflade (4) og begrænsningsflade (15) anbragte tangenter målte tangentvinkel (©^:) højst udgør 10°.

16. Styreindretning ifølge krav 12 og 15, kendeteg net v e d, at begrænsningsfladen (115) er en plan flade.

17. Styreindretning ifølge krav 15, kendetegnet ved, at tangentvinklen (c*£) i det mindste over et af- 25 snit (315b) af begrænsningsfladen (315) tiltager i ret ning af den anden styreåbning (309). 1 Styreindretning ifølge krav 17, kendetegnet ved, at begrænsningsfladeafsnittet (315b; 415b) med tiltagende tangentvinkel er et eksponentialafsnit, hvis (3 DK 151827B afstand fra tætningsfladen (304? 404) i drosselkanalens (317? 417) længderetning forløber omtrent ifølge en e-funktion.

19. Styreindretning ifølge et af kravene 13-18, kende-5 tegnet ved, at et begrænsningsfladeafsnit (415b) med tiltagende tangentvinkel (c-d) er anbragt mellem to begrænsningsfladeafsnit (415a, 415c) med aftagende tangentvinkel.