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EP1415095B1 - Steuereinrichtung für die kontinuierliche bewegung eines hydraulischen stellmotors - Google Patents

Steuereinrichtung für die kontinuierliche bewegung eines hydraulischen stellmotors Download PDF

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Publication number
EP1415095B1
EP1415095B1 EP01974163A EP01974163A EP1415095B1 EP 1415095 B1 EP1415095 B1 EP 1415095B1 EP 01974163 A EP01974163 A EP 01974163A EP 01974163 A EP01974163 A EP 01974163A EP 1415095 B1 EP1415095 B1 EP 1415095B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
restrictor
bore
control device
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01974163A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1415095A1 (de
Inventor
JÖrg Linser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Lenksysteme GmbH filed Critical ZF Lenksysteme GmbH
Publication of EP1415095A1 publication Critical patent/EP1415095A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1415095B1 publication Critical patent/EP1415095B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/006—Hydraulic "Wheatstone bridge" circuits, i.e. with four nodes, P-A-T-B, and on-off or proportional valves in each link
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0405—Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
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    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0433—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being pressure control valves
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    • F15B2211/30—Directional control
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    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/30575—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve in a Wheatstone Bridge arrangement (also half bridges)
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    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/35—Directional control combined with flow control
    • F15B2211/351—Flow control by regulating means in feed line, i.e. meter-in control
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    • F15B2211/35—Directional control combined with flow control
    • F15B2211/353—Flow control by regulating means in return line, i.e. meter-out control

Definitions

  • the invention relates to a control device according to the preamble of Patent claim 1.
  • Proportional valve arrangements as used for example as servo valve arrangements for Actuation of a hydraulic servomotor, e.g. in the form of a working cylinder 27 (FIG 1) can be composed of individual modules D1 to D4. These modules then form in the form of pilot-operated and pressure-proportional controlled Closing valves, the four controllable throttle devices D1, D2, D3, D4 one in Figure 1 illustrated hydraulic bridge circuit.
  • Figure 1 shows the switching principle of such a servo valve assembly in the so-called Open Center Execution (open center execution) in Neutral position in which all four throttling devices are open, so that one of a Pump P from a tank T funded fluid almost unhindered over the Throttle devices can flow back to the tank T.
  • Open Center Execution open center execution
  • From the points A and B lead lines LA and LB to work spaces a and b of the working cylinder 27, the are separated by a working piston AK.
  • the neutral position shown is the pressure in both working spaces a, b the same size, so that the working piston AK in Rest stays.
  • To the movement of To be able to control the working piston is basically enough to connect in series two throttle devices D1 and D4, one of which must be controllable; there may be provided for the working piston, a spring which urges him in one direction, or the working space b may be at an otherwise controlled or constant pressure be kept, the amount of which between the pump pressure and the pressure of the tank (which is usually the atmospheric pressure) is.
  • the invention relates to a control device with at least one controllable module (eg D1) or else with a pair of modules (eg D1 with D3).
  • a controllable module eg D1
  • a pair of modules eg D1 with D3
  • such a module D1 is basically one in a valve block (Housing G) introduced housing bore 1, in which a piston 3 axially back and can be moved.
  • a sealing element 4 on the piston circumference separates pressure chambers 2 and 5 from each other and at the same time acts as a low-friction guidance of the piston 3 in the Housing bore 1.
  • a throttle needle 9 is moved by a force in a throttle opening 8.
  • This throttle opening 8 is located in a captured disc 6, which also in a Housing G or in a lid D can be integrated and together with the Piston 3 and the housing bore 1 forms the pressure chamber 5.
  • the axial force at the Throttle needle 9 may be mechanical, electromotive, electromagnetic, hydraulic or be applied pneumatically.
  • the insertion of the throttle needle 9 in the Throttle opening 8 reduces the flow area for through a Vorordelelbohrung 12 via a channel 10 in a tank T flowing fluid flow.
  • a higher pressure builds up in the pressure chamber 5
  • the piston 3 is moved in the direction of the annular gap 17. This reduces the width of the annular gap 17, the connection from the inlet channel 14 to the outlet channel 13 manufactures.
  • the fluid pressure in the inflow passage 14 increases to.
  • the fluid pressure in the space 5 is proportional to the actuating force on the throttle needle 9.
  • This Fluid pressure is in turn proportional to the fluid pressure in the inlet channel 14, whereby Overall, a proportionality between the force acting on the throttle needle 9 actuating force and adjusts the fluid pressure generated in the inlet channel 14.
  • a hydraulic bridge circuit as in the case of Servo valves
  • they can designed almost identical and shared by the throttle unit of a module D1, consisting of throttle needle 9 and throttle opening 8, are controlled.
  • a hydraulic connection between on the one hand the pressure chamber 5 of a provided with a throttle unit module D1 and on the other hand the corresponding pressure chamber (53 in Figure 4) of one or more others Modules, which are then executed without throttle unit and without Vorordelbohrung 12 and be controlled.
  • the hydraulic connection may preferably take the form of a be executed internal housing channel (1_3 in Figure 4).
  • FIG. 4 shows the diagram of a servo valve arrangement designed in this way.
  • Figure 4 goes from the state shown in Figure 3, in which D1 and D3 are open, while D2 and D4 are closed so that the pump pressure (pressure at the outlet of the Pump P) via the opened throttle device D1 in the direction of the arrow in Working space a of the working cylinder 27 acts on the working piston AK.
  • both throttle pins 9 and 92 When used in a closed center (closed center) system, both throttle pins 9 and 92 maintain the associated throttle openings 8, 82 in the neutral state closed. If the working piston AK is to be moved to the right, for example, then the throttle needle 9 is moved to the left to open the throttle opening. In an open-center system, only one (active) of the throttle needles 9, 92 more or less pushed by a force in its throttle opening 8, 82, while on the other (passive) throttle needle no force acts, so that this throttle needle outside their throttle opening remains. Depending on the direction in which the working piston AK is to be moved, the throttle needles exchange their active or passive role.
  • the throttle device D1 (and D3) is passive, the pressure conditions (taking into account the different sized pressurized areas on both sides of the piston 3) ensure that the annular gap 17 is wide open.
  • Da D4 (and D2) (unlike in the neutral position of Figure 1) is almost closed, prevails at point A, a pressure above the pressure in the tank T, and via the line LA is in the Working space a pressure exerted in the direction of arrow on the working piston AK.
  • D2 has almost been closed in the following way: First, the throttle opening 82 of D2 was even more open so that fluid could flow relatively unobstructed from the pump P via the inlet channel 142 through a Vorordelelbohrung 122 in the piston 32 and via the throttle opening 82 and the channel 2_T to the tank T. Then, the throttle opening 82 was closed more tightly by sliding the throttle needle 92 to the left. As a result, a higher pressure has built up in the pressure chamber 52, which resulted in a displacement of the piston 32 to the left.
  • the advantage of the modules implemented according to the description lies in their simple nature and cost-reducing construction. As opposed to the usual on the perimeter sealing longitudinal slide and rotary valve sleeve units sealed here end cash becomes, eliminates the tainted with tolerances and thus production-consuming Fit between slide and bore. This is associated with a waiver special materials and their expensive processing in terms of surface and Heat treatment.
  • the described module has pistons and housing a light metal alloy proved sufficient even for high fluid pressures.
  • the spring elements 11 shown in Figure 2; which is also sunk by a large one (eg built-in) spring element 11a (shown at D4 in Figure 4) can be replaced in the neutral position, the task, the piston 3 in the direction of the annular gap 17 press that by throttling the fluid flow in the annular gap 17 a predeterminable Pressure difference arises when the throttle effect occurs at the choke unit, consisting of throttle needle 9 and throttle opening 8, a compressive force on the end face 16 ( Figure 2) allows the piston 3, which overcomes the friction of the sealing element 4. This friction is additionally by the spring force of the spring element 11th overcome.
  • the throttle opening 8 is located in a disc 6. the rear end of the Pressure chamber 5 forms.
  • the flowing through the throttle opening 8 in the space 7 fluid is passed through line 10 in Figure 2 (or 1_T in Figure 4) into the tank T of the system recycled.
  • control device with the features of claim 1 is a high leakage fluid flow avoided and thereby the work of the Working piston of a controlled working cylinder increased.
  • a high leakage fluid flow can be avoided when the piston 3 is designed so that in its end face 16 (Figure 2) the pilot hole 12 opens and their local bore opening by the abutment of the end face 16 against the stop surface 60 of the disc 6 (or at another corresponding stop surface for the piston 3) is closed when the piston 3 is pressed by pressurizing its end face 15 against the stop surface 60 of the disc 6 (or against another corresponding stop surface for the piston 3).
  • Figure 4 in the module D1.
  • the pilot bores 12, 122 need not be in the controllable throttle devices D1, D2 can be arranged, but instead can be in the co-controlled Throttle devices D3, D4 are: compare there the reference numerals 123 and 124th If in such a modified arrangement according to Figure 4, the throttle device D2 from opened in the closed state is to be controlled first Pilot fluid flow from the pump P via the inlet channel 14, the discharge channel 13, the Pilot bore 124 in the piston of the throttle device D4, the connecting channel 2_4, the pressure chamber 52, the throttle opening 82, the connecting channel 2_T to the tank T. flow.
  • the pressure in Pressure chamber 52 rise and move the piston 32 in the closing direction. simultaneously increases the pressure in the pressure chamber 54 of D4, so that the piston of D4 in Closing direction moves.
  • the control device according to the invention is particularly suitable for hydraulic auxiliary or power steering systems in open-center execution, because they have there the problem of unwanted leakage at fully opened annular gap 17 triggers; but she is also for suitable for use in a closed-center system.

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Description

a)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
b)
Proportionalventil-Anordnungen, wie sie beispielsweise als Servoventil-Anordnungen zur Betätigung eines hydraulischen Stellmotors z.B. in Form eines Arbeitszylinders 27 (Figur 1) eingesetzt werden, können aus einzelnen Modulen D1 bis D4 zusammengesetzt sein. Diese Module bilden dann in Form von vorgesteuerten und druckproportional gesteuerten Schließventilen die vier steuerbaren Drosseleinrichtungen D1, D2, D3, D4 einer in Figur 1 dargestellten hydraulischen Brückenschaltung.
Figur 1 zeigt das Schaltprinzip einer solchen Servoventil-Anordnung in der so genannten Open-Center-Ausführung (Ausführung nach dem Prinzip der offenen Mitte) in Neutralstellung, bei der alle vier Drosseleinrichtungen offen sind, so dass ein von einer Pumpe P aus einem Tank T gefördertes Fluid nahezu ungehindert über die Drosseleinrichtungen zu dem Tank T zurück fließen kann. Von den Punkten A und B führen Leitungen LA bzw. LB zu Arbeitsräumen a bzw. b des Arbeitszylinders 27, die durch einen Arbeitskolben AK voneinander getrennt sind. In der gezeigten Neutralstellung ist der Druck in beiden Arbeitsräumen a, b gleich groß, so dass der Arbeitskolben AK in Ruhe bleibt.
Nicht alle Module D1 bis D4 müssen steuerbar sein. Um die Bewegung des Arbeitskolbens steuern zu können, genügt im Grunde genommen eine Reihenschaltung von zwei Drosseleinrichtungen D1 und D4, von denen eine steuerbar sein muss; dabei kann für den Arbeitskolben eine Feder vorgesehen sein, die ihn in eine Richtung drängt, oder der Arbeitsraum b kann auf einem anderweitig gesteuerten oder konstanten Druck gehalten sein, dessen Betrag zwischen dem Pumpendruck und dem Druck des Tanks (das ist meist der Atmosphärendruck) liegt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung mit wenigstens einem steuerbaren Modul (z. B. D1) oder auch mit einem Paar von Modulen (z. B. D1 mit D3). Um das Verständnis für die Aufgabe der Erfindung zu erleichtern und um zu einer knappen Darstellung zu kommen, wird nun die bisher übliche Funktionsweise der Figuren 2 bis 4 beschrieben, ohne jedoch zunächst auf erfindungsgemäße Merkmale einzugehen.
Gemäß Figur 2 besteht ein solcher Modul D1 grundsätzlich aus einer in einen Ventilblock (Gehäuse G) eingebrachten Gehäusebohrung 1, in der ein Kolben 3 axial hin- und herbewegt werden kann. Ein Dichtelement 4 auf dem Kolbenumfang trennt Druckräume 2 und 5 voneinander und wirkt gleichzeitig als reibungsarme Führung des Kolbens 3 in der Gehäusebohrung 1. Soll der durch Pfeile angedeutete Fluidstrom von einem Zulaufkanal 14 über einen Ringspalt 17 zu einem Ablaufkanal 13 vermindert oder ganz unterbrochen werden, wird eine Drosselnadel 9 durch eine Stellkraft in eine Drosselöffnung 8 bewegt. Diese Drosselöffnung 8 befindet sich in einer festgehaltenen Scheibe 6, die auch in ein Gehäuse G oder in einen Deckel D integriert sein kann und die zusammen mit dem Kolben 3 und der Gehäusebohrung 1 den Druckraum 5 bildet. Die axiale Stellkraft an der Drosselnadel 9 kann mechanisch, elektromotorisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch aufgebracht werden. Das Einschieben der Drosselnadel 9 in die Drosselöffnung 8 verringert den Durchlaufquerschnitt für den durch eine Vordrosselbohrung 12 über einen Kanal 10 in einen Tank T strömenden Fluidstrom. Durch diese Drosselung des Fluidstroms baut sich im Druckraum 5 ein höherer Druck auf Infolge des damit entstandenen Ungleichgewichts zwischen einerseits den Kräften, die auf die linke Seite des Kolbens 3 wirken, und andererseits den Kräften, die auf die rechte Seite des Kolbens 3 wirken, wird der Kolben 3 in Richtung auf den Ringspalt 17 bewegt. Dadurch verringert sich die Weite des Ringspalts 17, der die Verbindung vom Zulaufkanal 14 zum Ablaufkanal 13 herstellt. Infolgedessen nimmt der Fluiddruck im Zulaufkanal 14 zu. Der Fluiddruck im Raum 5 ist der Stellkraft an der Drosselnadel 9 proportional. Dieser Fluiddruck ist wiederum dem Fluiddruck im Zulaufkanal 14 proportional, wodurch sich insgesamt eine Proportionalität zwischen der an der Drosselnadel 9 wirkenden Stellkraft und dem im Zulaufkanal 14 erzeugten Fluiddruck einstellt.
Wenn für die Funkion beispielsweise einer hydraulischen Brückenschaltung, wie sie bei Servoventilen üblich ist, zwei solcher Module D1, D3 von insgesamt vier Modulen zeitgleich dieselbe Schließfunktion ausführen sollen, vgl. hierzu Figur 3, so können diese nahezu baugleich ausgeführt und gemeinsam von der Drosseleinheit eines Moduls D1, bestehend aus Drosselnadel 9 und Drosselöffnung 8, gesteuert werden. Für diese gemeinsame Steuerung wird eine hydraulische Verbindung vorgesehen zwischen einerseits dem Druckraum 5 eines mit einer Drosseleinheit versehenen Moduls D1 und andererseits dem entsprechenden Druckraum (53 in Figur 4) eines oder mehrerer anderer Module, die dann ohne Drosseleinheit und ohne Vordrosselbohrung 12 ausgeführt sind und mitgesteuert werden. Die hydraulische Verbindung kann vorzugsweise in Form eines internen Gehäusekanals (1_3 in Figur 4) ausgeführt sein.
Figur 4 zeigt das Schema einer derart ausgeführten Servoventil-Anordnung. Figur 4 geht von dem in Figur 3 wiedergegebenen Zustand aus, bei dem D1 und D3 offen sind, während D2 und D4 geschlossen sind, so dass der Pumpendruck (Druck am Ausgang der Pumpe P) über die geöffnete Drosseleinrichtung D1 in Richtung des Pfeiles im Arbeitsraum a des Arbeitszylinders 27 auf den Arbeitskolben AK wirkt.
Bei Verwendung in einem Closed-Center-System (System mit geschlossener Mitte) halten beide Drosselnadeln 9 und 92 im Neutralzustand die zugehörigen Drosselöffnungen 8, 82 geschlossen. Soll der Arbeitskolben AK beispielsweise nach rechts bewegt werden, dann wird die Drosselnadel 9 nach links bewegt, um die Drosselöffnung zu öffnen.
Bei einem Open-Center-System wird immer nur eine (aktive) der Drosselnadeln 9, 92 durch eine Stellkraft mehr oder weniger in ihre Drosselöffnung 8, 82 geschoben, während auf die andere (passive) Drosselnadel keine Stellkraft wirkt, so dass diese Drosselnadel außerhalb ihrer Drosselöffnung bleibt. Je nachdem in welche Richtung der Arbeitskolben AK verschoben werden soll, vertauschen die Drosselnadeln ihre aktive bzw. passive Rolle.
In Figur 4 ist die Drosseleinrichtung D1 (und D3) passiv, wobei die Druckverhältnisse (unter Berücksichtigung der unterschiedlich großen druckbeaufschlagten Flächen auf beiden Seiten des Kolbens 3) dafür sorgen, dass der Ringspalt 17 weit geöffnet ist. Da D4 (und D2) (anders als in der Neutralstellung nach Figur 1) nahezu geschlossen ist, herrscht am Punkt A ein Druck oberhalb des Druckes im Tank T, und über die Leitung LA wird im Arbeitsraum a Druck in Pfeilrichtung auf den Arbeitskolben AK ausgeübt.
Wie ist es nun dazu gekommen, dass D4 nahezu geschlossen ist? Das beruht darauf, dass auch D2 nahezu geschlossen ist und D4 von D2 mitgesteuert ist, indem nämlich der Druckraum 52 von D2 über einen Kanal 2_4 mit dem Druckraum 54 von D4 verbunden ist, so dass in beiden Druckräumen der gleiche Druck herrscht.
D2 ist auf folgende Weise nahezu geschlossen worden:
Zunächst war die Drosselöffnung 82 von D2 noch stärker geöffnet, so dass Fluid relativ unbehindert von der Pumpe P über den Zulaufkanal 142 durch eine Vordrosselbohrung 122 im Kolben 32 und über die Drosselöffnung 82 und den Kanal 2_T zum Tank T fließen konnte. Dann wurde die Drosselöffnung 82 durch Verschieben der Drosselnadel 92 nach links stärker verschlossen. Dadurch hat sich im Druckraum 52 ein höherer Druck aufgebaut, was eine Verschiebung des Kolbens 32 nach links zur Folge hatte. Dadurch ist für das von der Pumpe kommende Fluid der Weg vom Zulaufkanal 142 zum Ablaufkanal 132 (und damit zum Punkt B und zur Drosseleinrichtung D3 und zum Tank T) nahezu verschlossen worden, und der Druck am Punkt B nahezu auf den Druck im Tank T verringert worden.
Der Vorteil der nach der Beschreibung ausgeführten Module besteht in ihrem einfachen und kostenverringernden Aufbau. Da im Gegensatz zu den üblichen am Umfang dichtenden Längsschieber- und Drehschieber-Hülse-Einheiten hier stimseitig abgedichtet wird, entfällt die mit engen Toleranzen behaftete und damit fertigungsaufwendige Passung zwischen Schieber und Bohrung. Damit verbunden ist auch ein Verzicht auf besondere Werkstoffe und deren teure Bearbeitung hinsichtlich Oberflächen- und Wärmebehandlung. Beim beschriebenen Modul haben sich Kolben und Gehäuse aus einer Leichtmetalllegierung auch für hohe Fluiddrücke als ausreichend erwiesen.
Die in Figur 2 dargestellten Federelemente 11; die auch durch ein großes (z. B. versenkt eingebautes) Federelement 11a (bei D4 in Figur 4 gezeigt) ersetzt werden können, haben in der Neutralstellung die Aufgabe, den Kolben 3 so in Richtung auf den Ringspalt 17 zu drücken, daß durch Drosselung des Fluidstroms im Ringspalt 17 eine vorbestimmbare Druckdifferenz entsteht, die bei Eintreten des Drosseleffekts an der Drosseleinheit, bestehend aus Drosselnadel 9 und Drosselöffnung 8, eine Druckkraft auf der Stirnfläche 16 (Figur 2) des Kolbens 3 ermöglicht, die die Reibung des Dichtelements 4 überwindet. Diese Reibung wird zusätzlich noch durch die Federkraft des Federelements 11 überwunden.
Die Drosselöffnung 8 befindet sich in einer Scheibe 6. die den hinteren Abschluß des Druckraumes 5 bildet. Das durch die Drosselöffnung 8 in den Raum 7 strömende Fluid wird durch die Leitung 10 in Figur 2 (bzw. 1_T in Figur 4) in den Tank T des Systems zurückgeführt.
Bei Verwendung des in Figur 4 dargestellten, aber noch nicht durch die Erfindung weitergebildeten Systems (oder auch nur des in Figur 2 dargestellten, aber noch nicht durch die Erfindung weitergebildeten Moduls, das mit einer Drossel in Serie geschaltet ist) in Open-Center-Technik wird der hohe Fluiddruck im Zulaufraum 23 einen sehr hohen Leckfluidstrom durch die Vordrosselbohrung 12, die Drosselöffnung 8 und den Kanal 1_T in Richtung Tank bewirken, was einer starken Verminderung der Bewegungsleistung des Arbeitskolbens AK des Arbeitszylinders 27 entspricht.
c1) Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Steuereinrichtung so zu gestalten, dass die Bewegungsleistung des Arbeitskolbens eines gesteuerten Arbeitszylinders erhöht wird.
c2) Lösung
Durch die Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird ein hoher Leckfluidstrom vermieden und dadurch die Arbeitsleistung des Arbeitskolbens eines gesteuerten Arbeitszylinders erhöht.
d) Kurzbeschreibung der Abbildungen
  • Figur 1 zeigt das oben bereits beschriebene Schaltprinzip einer Servoventil-Anordnung in der so genannten Open-Center-Ausführung (Ausführung nach dem Prinzip der offenen Mitte) in Neutralstellung,
  • Figur 2 zeigt eine oben bereits beschriebene schematische Darstellung von einem der in Figur 1 verwendeten Module.
  • Figur 3 zeigt erneut das Schaltprinzip nach Figur 1, jedoch in einer oben bereits beschriebenem Arbeitsstellung.
  • Figur 4 zeigt das Schema einer Servoventil-Anordnung entsprechend dem in Figur 3 wiedergegebenen Zustand und mit den Merkmalen der Erfindung.
    • e) Ausführungsbeispiel
    Entsprechend der Erfindung kann ein hoher Leckfluidstrom vermieden werden, wenn der Kolben 3 so ausgeführt ist, dass in seiner Stirnseite 16 (Figur 2) die Vorsteuerbohrung 12 mündet und deren dortige Bohrungsöffnung durch die Anlage der Stirnseite 16 an die Anschlagfläche 60 der Scheibe 6 (oder an einer sonstigen entsprechenden Anschlagfläche für den Kolben 3) verschlossen wird, wenn der Kolben 3 durch Druckbeaufschlagung seiner Stirnfläche 15 gegen die Anschlagfläche 60 der Scheibe 6 (bzw. gegen eine sonstige entsprechende Anschlagfläche für den Kolben 3) gedrückt wird. Diese Situation ist in Figur 4 bei dem Modul D1 dargestellt.
    Die Vorsteuerbohrungen 12, 122 müssen nicht in den steuerbaren Drosseleinrichtungen D1, D2 angeordnet sein, sondern können sich statt dessen in den mitgesteuerten Drosseleinrichtungen D3, D4 befinden: vergleiche dort die Bezugszeichen 123 und 124. Wenn in einer derart modifizierten Anordnung nach Figur 4 die Drosseleinrichtung D2 vom geöffneten in den geschlossenen Zustand gesteuert werden soll, wird zunächst ein Vorsteuer-Fluidstrom von der Pumpe P über den Zulaufkanal 14, den Ablaufkanal 13, die Vorsteuerbohrung 124 im Kolben der Drosseleinrichtung D4, den Verbindungskanal 2_4, den Druckraum 52, die Drosselöffnung 82, den Verbindungskanal 2_T zum Tank T fließen. Beim Einschieben der Drosselnadel 92 in die Drosselöffnung 82 wird der Druck im Druckraum 52 ansteigen und den Kolben 32 in Schließrichtung bewegen. Gleichzeitig erhöht sich der Druck im Druckraum 54 von D4, so dass sich auch der Kolben von D4 in Schließrichtung bewegt.
    f) Gewerbliche Anwendbarkeit
    Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eignet sich besonders für hydraulische Hilfs- oder Fremdkraftlenkungen in Open-Center-Ausführung, weil sie dort das Problem der unerwünschten Leckage bei vollständig geöffnetem Ringspalt 17 löst; sie ist aber auch für den Einsatz in einem Closed-Center-System geeignet.

    Claims (8)

    1. Steuereinrichtung für die kontinuierliche Bewegung eines hydraulischen Stellmotors (27)
      mit folgenden Merkmalen:
      a) in einem hydraulischen Strömungspfad zwischen einer Pumpe (P) und einem Tank (T) sind in Serie zwei Drosseleinrichtungen (D1, D4) vorgesehen, zwischen denen eine hydraulische Leitung (LA) abzweigt, die zu dem Arbeitsraum (a) des Stellmotors führt;
      b) eine der Drosseleinrichtungen besteht aus einer steuerbaren Drossel (D1) mit einem Kolben (3) in einer Gehäusebohrung (1), der auf einer Seite einen Ventilteller trägt, der einen Ringspalt (17) zwischen einem Zuflusskanal (14) und einem Abflusskanal (13) begrenzt,
      c) der Druckabfall am Ringspalt (17) ist mittels einer axial in eine Drosselöffnung (8) bewegbaren Drosselnadel (9) kontinuierlich steuerbar, welche auf der anderen Seite des Kolbens (12) in einem hydraulischen Steuerpfad angeordnet ist,
      d) der Steuerpfad erstreckt sich vom Zuflusskanal (14) über die Drosselöffnung (8) zum Tank (T), wobei er durch eine Vorsteuerbohrung (12) im Kolben (3) und durch einen Druckraum (5) geführt ist, der zwischen Kolben (3) und Drosselöffnung (8) angeordnet ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Vorsteuerbohrung (12) an der an den Ringspalt (17) grenzenden Seite des Kolbens (3) im Bereich des Zuflusskanals (14) so angeordnet ist, dass es selbst bei geschlossenem Ringspalt (17) geöffnet bleibt, und
      dass das andere Ende der Vorsteuerbohrung (12) auf der anderen Seite des Kolbens (3) dort angeordnet ist, wo der Kolben (3) bei vollständigem Öffnen der steuerbaren Drossel (D1) gegen eine Anschlagfläche (60) stößt und dabei dieses andere Ende der Vorsteuerbohrung (12) selbsttätig schließt.
    2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
      dass zwei baugleiche Paare von Drosseleinrichtungen vorgesehen sind, jedes Paar bestehend aus zwei Drosseleinrichtungen, insgesamt also vier Drosseleinrichtungen (D1, D2, D3, D4), die jeweils axial bewegliche Kolben (3, 32, 33, ...) aufweisen,
      wobei jeweils eine Drosseleinrichtung (D1 bzw. D2) eines Paares (D1, D3 bzw. D2, D4) mittels einer Drosselnadel (9, 92) in einer Drosselöffnung (8; 82) steuerbar ist und ihr Kolben (3, 32) mit einer Anschlagfläche (60, 61) in einer Gehäusebohrung (1) einen Druckraum (5) bildet
      und wobei der Kolben (33) einer zweiten zu dem Paar von Drosseleinrichtungen gehörenden Drosseleinrichtung (D3) mit ihrem Gehäuse (G) einen weiteren Druckraum (53) bildet, der mit dem Druckraum (5) der ersten Drosseleinrichtung (D1) dieses Paares über eine Leitung (1_3) in hydraulischer Verbindung steht,
      und dass jeweils eine Drosseleinrichtung (D1 oder D3 bzw. D2 oder D4) jedes Paares (D1, D3 bzw. D2, D4) eine von Stirnfläche zu Stirnfläche des Kolbens (3) führende Vordrosselbohrung (12) aufweist, die so angeordnet ist, daß ihre einem Zuflusskanal (14) zuwandte Bohrungsöffnung in jeder Kolbenstellung geöffnet ist, während ihre andere Bohrungsöffnung bei gegen die Anschlagfläche (60) bewegtem Kolben (3) geschlossen ist.
    3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (60) Teil eines Deckels (D) für die Gehäusebohrung (1) ist.
    4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (60) Teil einer Scheibe (6) ist, in welcher sich die Drosselöffnung (8) befindet.
    5. Steuereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (5, 52, 53, ...), der zwischen Kolben (3, 32, 33, ...) und Anschlagfläche (60) angeordnet ist, eine Feder (11) enthält, durch welche der Kolben (3, 32, 33, ...) in die Schließstellung der steuerbaren Drossel (D1, D2, D3, ..) gedrängt wird.
    6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) an seinem Umfang mit größtem Durchmesser ein Dichtelement (4) trägt, das gleichzeitig als Lagerung des Kolbens in der Gehäusebohrung (1) wirksam ist.
    7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselnadel (9) durch eine von außen aufbringbare Stellkraft in die Drosselöffnung (8) bewegbar ist.
    8. Steuereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung nach dem Prinzip der offenen Mitte arbeitet.
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