DK161759B - Hydrostatisk styreindretning, isaer til motordrevne koeretoejer - Google Patents

Description

DK 161759 B

Den foreliggende opfindelse angår en hydrostatisk styreindretning, især til motordrevne køretøjer, og af den i indledningen til krav 1 nævnte art.

Hydrostatiske styreindretninger er hydrauliske styre-indretninger, ved hvilke der ikke er nogen mekanisk forbindelse fra rattet til de styrede hjul. Anvendelsen af en hydrostatisk styreindretning er kun tilladt på langsomtkøren-de køretøjer, såsom traktorer, mejetærskere, gaffeltrucks og lignende, hvis hastighed ikke er mere end 50 km/tim.

En sådan styreindretning er kendt fx fra tysk patentskrift nr. 26 33 011. Denne består af et som aksialglider udført og ved hjælp af en torsionsstav centreret styreelement og en håndpumpe, samt en af køretøjets motor drevet højtrykspumpe og i det mindste én styremotor. Oliestrømmen fra højtrykspumpen tildeles svarende til drejeretningen og drejehastigheden, som er påbegyndt på rattet, via styreelementet og håndpumpen til styremotoren. Fremstillingen af styreelementet med et antal styrenoter og boringer, samt • en kilefortanding er ganske kostbar. Ligeledes kræver den 2Q som rotorpumpe udformede håndpumpe med styreskive og kar-dandrivaksel en betydelig fremstillingsomkostning. Endvidere arbejder denne styreindretning med et relativt højt energitab, da højtrykspumpen for det meste leverer et overskud og fordi den samlede trykoliemængde også i neutralstil-lingen leveres tilbage via styreelementet til tanken.

Den opgave, som ligger til grund for opfindelsen er at tilvejebringe et i opbygning enkelt hydraulisk styreanlæg, som derfor er billigt at fremstille, og som med ringe energiforbrug kan overføre høje styrekræfter, samt ikke fordrer, at der mel-lem ratttet og de styrede køretøjshjul er en mekanisk forbindelse. Styreindretningen skal endvidere være således udformet, at den tager hensyn til nutidige behov for en bedre udnyttelse af højtrykspumpen ved at kunne tilsluttes en arbejdshydraulik.

Løsningen på denne opgave er angivet i den kendetegnende del af krav 1.

I henhold til den grundlæggende ejendommelighed iføl ge opfindelsen er det som drejeglider udførte styreelement umiddelbart ført i et hus og centreret ved hjælp af en til- 35 2

DK 161759 B

bageføringsindretning. Drejeglideren på drejegliderventilen indholder radiale styreboringer og udsparinger, som samvirker til styringen af trykolien med radiale styreboringer i huset. På denne måde opstår der en med de mindste mulige omkostninger fremstillelig drejegliderventil til regulerin- 5 gen og fordelingen af olietrykket til en styrecylinder.

Fordelagtige varianter og udførelsesformer ifølge opfindelsen fremgår af de ved hjælp af tegningen i det følgende beskrevne udførelseseksempler. På tegningen viseri

Fig. 1 et forenklet længdesnit gennem drejegliderventilen, fig. 2 et delsnit ifølge linien II-II på fig. 1, fig. 3 et snit langs linien III-III ifølge fig. 1, fig. 4 et delsnit langs linien IV-IV ifølge fig. 1 med tilhørende oliediagram, 15 fig. 5 styreindretningen ifølge fig. 4 med yderligere spærreventil, fig. 6 et deldiagram af en udførelsesform med en strøm-deleventil, og 2Q fig. 7 et deldiagram af en udførelsesform med en ind stillelig pumpe.

Styreindretningen ifølge fig. 1 viser en flange 1, et hus 2 og et dæksel 3, der er fast sammenskruet med hinanden. Inden i denne indretning er der lejret en med et ikke vist rat forbundet aksel 4. I huset 2 er der indpasset en drejeglider 5. Med akslen 4 er der fast forbundet en koblingsskive 6 og med drejeglideren 5 en koblingsskive 7. Indbygningsrummet for koblingsskiverne 6,7 er fyldt med en højviskos væske 9. Mellem koblingsskiverne befinder der sig en arbejdsspalte 9. Koblingsskiverne 6,7 kan derfor drejes vilkårligt i forhold til hinanden. Drejeglideren 5 er fjedrende centreret med hensyn til drejestillingen i huset 2.

Denne centrering sker ved hjælp af en tilbageføringsindretning, der består af en i drejeglideren 5 indsat, ved hjælp af centreringsfjedre 9,11,12,13 i forhold til huset 2 støttet tværstang 8 (fig. 3).

Ved drejning af akslen 4 overføres der ved hjælp af forskydningskræfter i den mellem de to koblingsskiver fore- 3

DK 161759 B

kommende højviskose væske et drejningsmoment fra koblingsskiven 6 til skiven 7 og dette drejningsmoment overføres også til drejeglideren 5. Virkemåden af denne indretning svarer til en i og for sig kendt viskosekobling, som også fx finder anvendelse i et akseldifferentiale. Retningen 5 af drejningsmomentet er afhængigt af omdrejningsretningen for akslen 4 eller rattet. Størrelsen af drejningsmomentet tiltager ved hjælp af en på grund af den relative hastighed mellem de to koblingsskiver 6,7 afhængige forskydningsspænding i den højviskose væske med stigende omdrejningstal for 1 0 akslen 4. Drejningsmomentforløbet i viskosekoblingen lader sig påvirke gennem viskositeten af væsken, samt størrelsen og antallet af koblingsskiver.

Da det via viskosekoblingen til drejeglideren 5 overførte drejningsmoment støttes mod centreringsfjedrene 10-13 1 5 i huset 2, bevæges drejeglideren i afhængighed af omdrejningsretningen og omdrejningshastigheden af akslen 4 i forhold til huset 2. For at gøre væskefriktionen mellem koblingsskiven 6 og flangen 1 respektive koblingsskiven 7 og huset 2 så lille som muligt er der foretaget udsparinger 20 14 respektive 15. Indbygningsrummet for viskosekoblingen står i forbindelse med indbygningsrummet for tilbageførings-indretningen 8,10-13 ved hjælp af en boring 16. Drejeglideren er således trykudlignet. Der kan derved spares et særskilt aksialleje.

25

Viskosekoblingen har den fordel, at den i forbindelse med den nye drejegliderventil alt efter styrehastigheden omsætter store drejningsveje på rattet til små styrebevægelser på drejeglideren. Viskosekoblingen har desuden en dæmpningsfunktion, idet forstyrrende trykstød holdes borte fra 30 rattet.

Ved drejegliderens 5 omkreds sker trykoliestyringen. Tætninger 17 og 18 adskiller trykolien fra væsken i viskosekoblingen. Kamrene 20 og 21 foran tætningerne 17,18 er af-^ lastet til en på fig. 1 ikke indtegnet olietank (fig. 4).

Yderligere enkeltheder ved drejegliderventilen 2,5 skal i det følgende beskrives nærmere med henvisning til fig. 4. Drejeglideren 5 har to hinanden krydsende styrebo-

DK 161759 B

4 ringer 23 og 24 og to udsparinger 25 og 26. Styreboringerne 23,24 og udsparingerne 25,26 samarbejder med radiale styreboringer 27,28,30,31,32 i huset 2. De nævnte styreboringer i drejeglideren 5 og huset 2 er således arrangeret, at dreje-glideren 5 hvad angår styretrykket er trykudlignet i radial c; retning. Til trykudligning er som antydet med en punkteret linie 34 et bundhul 28A forbundet med styreboringen 28. Ligeledes er som antydet ved hjælp af en punkteret linie 33 et bundhul 31A forbundet med styreboringen 31. En anden punkteret linie 35 henviser til en udligningsboring, ved hjælp 1 Ω af hvilken udsparingen 26 er sluttet til udsparingen 25. Trykudligningen på drejegliderventilen 2,5 kan således etableres på enkel måde.

Styreboringen 27 er ved hjælp af en trykledning 36 sluttet til en højtrykspumpe 37, der transporterer olien

1 R

fra olietanken 22. Styreboringen 32 står i forbindelse med en ventilindretning 40 ved hjælp af en styreledning 38. Pumpen 37 drives af køretøjets motor med variabelt omdrejningstal.

I den tegnede neutralstilling af drejeglideren 5 ? 0 er styreboringerne 23 og 32 med henblik på trykudligning via noterne 41,42 og de yderligere på fig. 2 viste mellemnoter 43 eller 44 sluttet til det med olietanken 22 forbundne kammer 21. Noterne 41,43 respektive 42,44 er som det ses af fig. 2 meget smalle, således at forbindelsen mellem O tr styreboringerne 27, henholdsvis 32 og olietanken 22 allerede ved små drejninger af drejeglideren 5 i forhold til huset bliver afbrudt. Styreboringerne 28 og 31 er sluttet til trykrummene 45, respektive 46 på en til køretøjets hjul koblet styremotor 47. Styreboringen 30 står ved hjælp af en re-30 turledning 48 i forbindelse med beholderen 22. Styreboringen 30 er i enhver driftsstilling af drejeglideren 5 sluttet til udsparingen 26. På fig. 1 er det vist, at den aksiale udstrækning af udsparingerne 25 og 26 er tilstrækkelig til at nå ind i de ringformede kamre 20 og 21. Herved er kamre- *3 cr ne 20,21 og udsparingerne 25,26 til stadighed forbundet med olietanken 22.

5

DK 161759 B

Ventilindretningen 40 er indbygget mellem trykledningen 36 og en tankledning 51. Ventilindretningen 40 indeholder et ved hjælp nf en fjeder belastet stempel 53. Stemplet 53 styrer en med tankledningen 51 forbundet ringnot 54 5 og er på dets ene endeflade udsat for leveringstrykket fra pumpen 37 og for fjedertrykket på fjedersiden på trykket i styreledningen 38. Ventilindretningen 40 sørger for at der kun stilles en til styrebelastningen svarende oliemængde til rådighed ved drejegliderventilen 5.

10

Virkemåden I den på fig. 4 viste neutralstilling af drejeglideren 5, altså når rattet ikke betjenes, har styreboringen 27 ingen forbindelse med de andre styreboringer. På grund af det 15 lille gennemløbstværsnit kan kun en relativt lille oliestrøm flyde bort til olietanken 22 via noten 41, mellemnoten 43 og kammeret 21 (fig. 1). Denne oliestrøm tjener til temperering af drejegliderventilen for at forhindre en fastklemning som følge af varmeudvidelse. Såfremt der ved ikke be-20 tjent styreventil ikke sker nogen større temperaturændringer i oliekredsløbet, fx på grund af andre forbrugere, kan noten 43 (fig. 1) bortfalde. I dette tilfælde er der ingen forbindelse mellem styreboret 27 og det til olietanken 22 tilsluttede kammer 21. Den til olietanken 22 flydende oliestrøm bli-25 ver så i neutralstilling af drejeglideren lig nul.

Styreboringen 32 er ligeledes via noten 42, mellemnoten 44 og kammeret 21 forbundet med olietanken og derfor aflastet. Dette betyder, at styreledningen 38 er trykløs. Stemplet 53 på ventilindretningen40 udsættes derfor for det 30 i trykledningen 36 herskende tryk, der forskyder stemplet mod kraften af fjederen 52. Der er således en forbindelse fra trykledningen 36 til ringnoten 54. Transportstrømmen fra pumpen 37 kan altså ved ikke betjent rat strømme næsten trykløst tilbage til olietanken 22.

35 De til styremotoren 47 førende styreboringer 28 og 31 er i neutralstillingen blokeret ved hjælp af drejegli-deren 5. Dette betyder en hydraulisk låsning af styremotoren 47.

DK 161759 B

6

Ved drejning af drejeglideren 5 i forhold til huset 2 i urvisernes retning opstår der en forbindelse mellem styreboringen 23 og styreboringen 27. Samtidig sker der en forbindelse mellem styreboringen 24 og styreboringen 28 og en anden forbindelse af udsparingen 26 med styreboringen 31.

^ Forbindelsen mellem styreboringen 32 via noten 42 og mellemnoten 44, samt forbindelsen af styreboringen 27 via noten 41 og mellemnoten 43 til olietanken 22 afbrydes derimod.

Så snart styreboringerne 27 og 32 i huset 2 er forbundet ved hjælp af styreboringen 23 i drejeglideren 5 er 1 0 der tilvejebragt en trykudligning mellem trykledningen 36 og styreledningen 38. Stemplet 53 i ventilindretningen 40 forskyder mod kraften af fjederen 52 i lukkeretningen. Lukkebevægelsen af stemplet 23 kommer først til stilstand, når der ved forbindelsesstedet mellem styreboringerne 27 og 15 23 er så stor en oliestrøm, at det opnåede trykfald svarer til kraften af fjederen 52 divideret med stemplets 53 tværsnitsflade. Trykfaldet ved forbindelses stedet mellem styreboringerne 27 og 23 opfyldes herved via styreboringerne 23 og 32, samt styreledningen 38. Da kvotienten af fjederkraf- 20 ten 52 divideret med tværsnittet af stemplet 53 ved mindre fjederkonstanter for fjederen 52 er næsten uafhængig af stemplets stilling, er størrelsen af oliestrømmen via forbindelsesstedet mellem styreboringerne 27 og 23 i det væsentlige afhængig af tværsnittet for dette forbindelsessted.

25

Tværsnittet af dette forbindelsessted tiltager med drejningsvejen mellem drejeglideren 5 og huset 2, dvs. at trykolie-strømmen fra styreboringen 27 til styreboringen 23 stiger med, drejegliderens 5 udsving.

Den via styreboringen 27 tilstrømmende trykolie når 30 via styreboringerne 23,24 og 28 ind i trykrummet 45 på styremotoren 47 og forskyder dennes stempel mod venstre. Den fra trykrummet 46 udpressede olie strømmer via styreboringen 31, udsparingen 26, styreboringen 30 og via returledningen 48 bort til olietanken 22.

Drejes drejeglideren 5 modsat urviserne ud fra neutralstillingen, opstår trykfaldet til styring af ventilindret- 35 7

DK 161759 B

ningen 40 mellem styreboringerne 27 og 24. Fra styreboringen 24 strømmer olien via styreboringerne 23 og 31 ind i trykrummet 46. Styremotorens 47 stempel bevæger sig altså mod venstre. Den fra trykrummet 45 udpressede olie strømmer via styreboringen 28, udsparingen 26, styreboringen 30 og via ^ returledningen 48 bort til olietanken 22.

Forarbejdningen af styreboringerne 28 og 31 for styremotoren 47 ind i huset 2 sker som vist på fig. 4 på fordelagtig måde symmetrisk i forhold til styreboringen 30. Ved samme funktion kan disse styremotorstyreboringer også være 1 Ω placeret symmetrisk i forhold til styreboringen 27. Den illustrerede udformning har dog den fordel, at den fra styremotoren 47 tilbagestrømmende olie i begge drejeretninger flyder tilbage via samme udsparing. Mellem udsparingerne 25 og 26 er det derfor tilstrækkeligt som antydet med en punk-

1 C

teret linie 35 at have en lille udligningsboring, gennem hvilken der kun strømme lækagestrømme.

Det er hensigtsmæssigt til begrænsning af trykket i trykledningen 36 at forsyne styreledningen 38 med en drøv-ling 56 og mellem drøvlingen og returledningen 48 at ind- 20 sætte en trykbegrænsningsventil 57. Stiger trykket i trykledningen 38 til trykbegrænsningsventilens åbningstryk, åbner stemplet 53 i ventilindretningen 40 ringnoten 54 som følge af trykfaldet bag drøvlingen 56. Trykbegrænsningsventilen 57 virker derfor som en forstyringsventil for ven-25 tilindretningen 40.

I den beskrevne styreindretning kan der forekomme følgende påvirkninger under funktionen. Virker der under betjeningen af rattet (fx når drejeglideren 5 drejes i urvisernes retning) samtidig en fra køretøjets hjul kommende ydre kraft

O Q

i bevægelsesretningen på styremotorstemplet mod højre, kan stemplet herved trækkes hurtigere af sted end svarende til drejehastigheden på rattet. Bevægelseshastigheden af stemplet er i dette tilfælde ikke afhængigt af størrelsen af den af styreboringerne 27,23 og 24 dannede drøvling. Medens olien nemlig på grund af den ydre kraft skubbes hurtigere ud af trykrummet 46 via styreboringen 31, udsparingen 26 og styreboringen 30 til olietanken 22, opstår der i trykrummet 45 35 8

DK 161759 B

kavitation. Disse forekomster kan ifølge fig. 5 undgås som følger: Den fra styremotoren 47 udpressede trykolieførende styreboring 30 står i forbindelse med en returkanal 58. I denne returkanal 58 er der indsat en spærreventil 60 med et ved hjælp af en fjeder 61 belastet stempel 62. Den mod- 5 sat fjederen 61 vendende endeflade af stemplet 62 påvirkes med trykket i styreledningen 38, medens endefladen med fjederen er forbundet med olietanken 22. Via en ringnot 63 og en tværboring 64 kan der tilvejebringes en forbindelse fra styreboringen 30 til returkanalen 58.

10 På grund af den ovenfor beskrevne, for tidligere for skydning af styremotorstemplet på grund af ydre hjulkræfter og den dermed sammenhængende kavitation, fx i trykrummet 45, opstår der i området ved styreboringerne 28, 24 og 23 et kraftigt trykfald. Dette virker via styreboringen 32 også ^ ind i styreledningen 38. Stemplet 62 forskydes derved på grund af kraften fra fjederen 61 ind i den viste spærrestilling, i hvilken der ikke kan flyde trykolie tilbage til olietanken 22. Denne spærrestilling indtager stemplet 62 altid, når stemplet på styremotoren 47 udfører en hurtigere 20 bevægelse, end den, der svarer til den via styreboringen 27 tilstrømmende trykolie. Trykket i styreledningen 38 bliver derved lig med eller mindre end trykket i returledningen 33, således at fjederen 61 kan forskyde stemplet 62 mod højre.

Stemplet 62 er derimod altid skubbet mod venstre mod 25 kraften fra fjederen 61, når trykket i styreledningen 38 og dermed også trykket i den til enhver tid aktive styreboring og på tilløbssiden af styremotoren er større end kvotienten af kraften fra fjederen 61 divideret med tværsnittet af stemplet 62. I dette tilfælde kan trykolien 30 strømme bort fra styreboringen 30 via ringnoten 63 og tværboringerne 64 til returledningen 48.

Spærreventilen 60 undgår altså en for hurtig forskydning af styremotoren 47 i forhold til drejebevægelsen på rattet og virker på samme måde i begge styreretninger.

Skal pumpen 37 ud over den beskrevne styreindretning også forsyne en anden forbruger (fx en løftehydraulik) er 35 9

DK 161759 B

det som vist på fig. 6 nødvendigt at erstatte ventilindretningen 40 ved hjælp af en strømdeleventil 65. Den i styreindretningen ikke nødvendige oliestrøm føres da ikke til olietanken 22, men via en ledning 36 til den anden forbruger.

5 Som det endvidere kan ses af fig. 7 kan styrelednin gen 38 også være tilsluttet til indstillingsindretningen på en indstillelig pumpe 37A. Den indstillelige pumpe 37A leverer da til enhver tid den til styreindretningen nødvendige oliestrøm.

Den beskrevne, hydrostatiske styreindretning betegnes også som et fremmedkraftstyreanlæg, da den til styrearbejdet nødvendige kraft udelukkende frembringes af en energiforsyning (pumpe). Kørerens muskelkraft tjener alene til indstilling af drejegliderventilen. Af denne grund er 1 5 køretøjet ved en driftsforstyrrelse i styreindretningen ikke mere manøvredygtigt. Anvendelsesområdet for sådanne styreindretninger er derfor fortrinsvis at finde ved lang-somtkørende arbejdsmaskiner med en maksimalhastighed på 30 km i timen.

20 25 30 35

Claims (7)

10 DK 161759 B

1. Hydrostatisk styreindretning, især til motordrevne 5 køretøjer, og med et ved hjlp af et rat betjent, fjedercentreret styreelement, som er tilsluttet til en pumpe og som styrer en med hjulene forbudnet styremotor i afhængighed af rattets omdrejningsretning og -hastighed, kendetegnet ved følgende træk: 10. i det fulde tværsnit af det som drejeglider (5) udformede styreelement er der forarbejdet to, hinanden krydsende, gennemgående styreboringer; - det drejeglideren (5) optagende hus (2) indeholder flere radiale styreboringer (27,28,31,32), som sammen med de 15 hinanden krydsende styreboringer (23,24) i drejeglideren (5) er måleblænde og fordeler for oliestrømmen til styremotoren (47); - en yderligere til en beholder (22) førende styreboring (30) i huset (2) er indrettet til ved hjælp af udspa- 20 ringer (25,26) i drejeglideren (5) at blive tilsluttet til de til styremotoren tilsluttede styreboringer (28,31), og - som tilbageføringsindretning er der i drejeglideren (5) indsat en tværgående stang (8), der støttes mod i huset (2) anbragte fjedre (10 til 13) samt 25. mellem rattet og drejegliderventilen (5,2) er der en "medbringer-spillerumsindretning".

2. Hydrostatisk styreindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de til styremotoren (47) førende styreboringer (28,31) er blokeret i neutralstilling af dre- 30 jeglideren (5).

3. Hydrostatisk styreindretning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de til styremotoren (47) førende styreboringer (28,31) er placeret symmetrisk i forhold til den til returledningen (48) førende styreboring (30).

4. Hydrostatisk styreindretning ifølge krav 1, ken detegnet ved, at "medbringer-spillerumsindretningen" er en viskosekobling (6,7,9).

5. Hydrostatisk styreindretning ifølge krav 4, k e n- DK 161759 B detegnet ved, at adskillelsen mellem den højviskose væske i viskosekoblingen (6,7,9) og trykolien i styreanlægget sker ved hjælp af tætninger (17,18) med samme diameter som drejeglideren (5).

6. Hydrostatisk styreindretning ifølge krav 1, ken detegnet ved, at rattet er forbundet med drejeglide-ren ved hjælp af en viskosekobling (6,7,9).

7. Hydrostatisk styreindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i neutralstilling til tempere-10 ring af drejegliderventilen (2,5) kan bortstrømme en lille oliestrøm via en not (41) i drejeglideren (5) til olietanken.