SE463255B - Kuggstaangs-servostyrning med tryckledningen ansluten till styrmotorn och daerifraan till styrventilen - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 40 463 255 för servostyrningar med en ej utbaïanserad servomotor, i synner- het med ett ytförhåiiande av 1:2, som ej är förknippad med nack- deïarna vid de kända utförandena.

Ett ytter1igare ändamå1 med uppfinningen är, att utforma återföringskamrarna så att de från utsidan medeist en styranord- ning är föränderiiga med avseende på sin verkan.

Dessa ändamåi uppnås genom de i patentkravets 1 nande dei angivna särdragen. Ytteriigare fördeiaktiga utförings- känneteck- former vid uppfinningen anges i underkraven.

Uppfinningen förklaras närmare i det föijande i ansiutning ti11 ett på bifogade ritning visat utföringsexempei, varvid FIG 1 schematiskt i11ustrerar styrningen med ett snitt genom styrventiien, FIG 2 i11ustrerar styrningen med ett iängsgående snitt genom styrhuset.

Den hydrauiiska styrningen består huvudsakiigen av en styr- växeï 1 med en servomotor 2, som via en styrventii 3 matas med tryckmedium från en behåïlare 5 medeïst en servopump 4.

Styrväxein 1 innefattar ett medeist en styrratt 6 drivbart kuggdrev 7, som står i ingrepp med en kuggstång 8. Kuggstången 8 utgör en de1 av en i en servokoïv 10 ingående koivstång 9. Koiv- stången 9 är via ett stångsystem 11 förbunden med de icke visade, för styrning avsedda fordonshjuien.

Servokoiven 10 uppvisar på koivstångssidan en iiten koivyta 12, som begränsar ett 1itet cyiinderrum 13 i servomotorns 2 cy- 1inder 14. På sin motsatta sida uppvisar servokoiven 10 en stor koivyta 15, som begränsar ett stort cyiinderrum 16.

Ti11oppet från servopumpen 4 ti11 styrventiien 3 äger rum via en tryckiedning 17 direkt in i det 1i11a cy1inderrummet 13 och därifrån via en kanai 18 in i ett vridbart ventiihus 19 hos styrventiien 3. Återmatningen av tryckmediet från styrventiien 3 ti11 behâiiaren 5 äger rum via en returiedning 20.

Två ventiikoivar 21 och 22 är axieiit förskjutbart anordnade i två inti11 varandra beiägna ventiiborrningar 23 resp 24 i ven- tiïhuset 19. Ventiikoïvarna 21 och 22 hå11es medeist fjädrar 25 resp 26 i aniiggning mot en manövervippa 27, som via en styraxe1 28 är ste1t förbunden med styrratten 6. Ventiihuset 19 är steit förbundet med kuggdrevet 7. 10 15 20 25 30 35 40 465 255 Var och en av ventilkolvarna 21, 22 uppvisar ett huvudstyr- spår 29, 30 och ett hjälpstyrspâr 31, 32. En styrkant hos vart och ett av styrspåren 29, 30 bildar tillsammans med en styrkant hos ett ringformigt spår 34, 36 i ventilhuset 19 en huvudstyr- öppning (styrkantpar) 37 resp 38. Mellan vardera en styrkant hos hjälpstyrspåren 32, 33 och en i ventilhuset 19 anordnad styrkant bildas en hjälpstyröppning (styrkantpar) 38 resp 39. Sistnämnda styrkanter hos ventilhuset kan därvid åstadkommas exempelvis ge- nom utskärning av vardera en koaxiellt med ventilborrningen 23, 24 anordnad cylindrisk försänkning i ventilhuset 19 av ifrågava- rande ventilborrning 23 resp 24, eller genom utskärning av en mellan ventilborrningarna 23 och 24 belägen cylindrisk försänkning av de båda ventilborrningarna 23, 24.

I styrventilens neutralläge är alla styröppningar 36 - 39 öppna. Huvudstyröppningarna 36 och 37 öppnas vid manövrering av vippan 27 genom formsamverkan resp påverkas i stängningsriktningen medelst fjädrarna 25, 26. I motsats därtill är hjälpstyröppningar- na 38, 39 inställbara i stängningsriktningen genom formsamverkan via vippan 27 och inställbara i öppningsriktningen under inverkan av kraften från fjädrarna 25, 26.

Från spåren 32 och 33 leder återföringskanaler 40 resp 41, företrädesvis anordnade i ventilkolvarna 21 resp 22, till de vid ändarna av ventilkolvarna anordnade återföringskamrarna 42, 43.

I styrventilens 3 neutralläge sker genomströmningen av tryckme- dium i styrventilen från kanalen 18 via ringspåret 34, styröpp- ningen 36, styrspåret 30 i ventilkolven 21 och en förbindelseka- nal 44 i styrspåret 31 hos ventilkolven 22. Återströmningen ledes via styröppningen 37, ringspåret 35 och âterföringsledningen 20 till behållaren 5. En ledning 45 förbinder förbindningskanalen 44 med servomotorns 2 stora cylinderrum 16.

Försörjningen av återföringskamrarna 42 och 43 med tryckme- dium sker från servopumpen 4 via en återföringsledning 46 och två grenledningar 47 och 48 till återföringsspåren 32 resp 33. I var och en av grenledningarna 47 och 48 är anordnad en strypning 49 resp 50 och i återföringsledningen 46 är en ytterligare strypning 51 anordnad. Strypningen 51 är valfritt föränderlig. Ändringen av dess inställning kan därvid åstadkommas för hand, elektriskt eller på hydraulisk väg. 10 15 20 25 30 35 40 463 255 Mellan strypningarna 49 och 50 och den ytterligare stryp- ningen 51 kan en tryckreduceringsventil 52 inkopplas. Reduce- ringsventilen 52 har till ändamål att begränsa trycket i åter- föringsrummet 42 resp 43 till ett maximalt värde, varigenom på känt sätt uppnås en "avskärningseffekt“. Tillförseln av tryck- medium från servopumpen 4 till styrventilen 3 sker utan att yt- terligare rörliga tätningar erfordras. Endast vid tillförsel av tryckmedium till det stora cylinderrummet 16 erfordras en vrid- tätning 53 vid lagringsstället för kuggdrevet. Två ytterligare tätningsringar 54 och 55 erfordras för matning av återförings- kamrarna 42 och 43 från återföringsledningen 46. En kolvstångs- tätning 56 är anordnad vid kolvstångens 9 utträde ur cylindern 14.

För manövrering av ventilkolvarna 21 och 22 uppvisar manö- vervippan 27 två anslagsytor 57 och 58, som bildar en trubbig vinkel med varandra. Vinkeln har därvid en sådan storlek att, då vippan svängts, ifrågavarande anslagsyta bildar rät vinkel med axeln för den manövrerade ventilkolven, när den andra ventil- kolven befinner sig i en sådan position, i vilken det styrkant- par som styr arbetsflödet just inträder i sitt stängningsområde.

Manövervippan 27 är vid sina ändar försedd med utsprång 59 och 60, som till följd av samverkan med motsvarande anslagsytor 61 och 62 hos ventilhuset 19 har till uppgift att åstadkomma ett positivt medbringningsingrepp mellan styraxeln 28 och kuggdrevet 7.

Funktion I neutralläge för styrventilen måste tryckmedium först ström- ma genom den öppnade styröppningen 36 och därefter genom den öpp- nade styröppningen 37. Då samma tryckförlust uppstår vid båda styröppningarna erhålles ett dubbelt så högt tryck i det lilla cylinderrummet 13 som i det stora cylinderrummet 16. Kolvstången 9 (se FIG 1) är alltså ej belastad med någon resulterande kraft.

Vid vridning av vippan 27 medsols stänges styröppningen 36 och styröppningen 39. Därigenom uppbygges i det lilla cylinderrum- met 13 ett tryck, som bringar servokolven 10 att förskjutas åt höger, varvid tryckmedium avledes från det stora cylinderrummet 16 via ledningen 45 och den öppna styröppningen 37 till behålla- ren 5. Trycket i servopumpen 4 ökar ju större motståndet är vid ^ 10 15 20 25 30 35 40 463 255 kolvstângen 9. Det i det lilla cylinderrummet 13 rådande trycket fortplantar sig via strypstället 51 också till strypställena 49 och 50. Därvid är, till följd av att styröppningen 39 är stängd och styröppningen 38 öppen, en strömning till behållaren 5 möj- lig endast via strypstället 49, under det att strypstället 50 arbetar utan flöde. Ett "returflöde“ strömmar således från ser- vopumpen 4 via strypstället 51 och strypstället 49 till behålla- ren. Den vänstra återföringskammaren 42 är alltså förbunden med behållaren 5, dvs den är tryckavlastad. Den högra återförings- kammaren 43 utsättes för det mellan de båda strypställena 51 och 49 rådande trycket, eftersom strypstället 50 på grund av frånva- ron av flöde är utan verkan.

Om strypstället 51 väljes så, att det har samma tvärsnitt som strypstället 49, uppstår vid båda strypställena samma tryck- fall, eftersom båda strypställena genomströmmas av samma flöde.

I detta speciella fall råder alltså i återföringskammaren 43 hälften så högt tryck som i det lilla cylinderrummet 13. Detta tryck verkar på ventilkolvens 22 undersida och pressar denna upp- åt mot vippan 27, där den alstrar ett moment, som motverkar den inledda vridningsrörelsen.

Storleken av återföringsmomentet beror ej endast av trycket i servopumpen utan också av tvärsnittet hos strypstället 51. Om detta exempelvis stänges helt, så skulle trycket i återföringskam- maren 43 och därmed återföringsmomentet bli lika med noll. Om strypstället 51 öppnas helt, så skulle trycket i återföringskam- maren 43 bli lika med trycket i det lilla cylinderrummet 13, var- vid återföringsmomentet beroende på servotrycket skulle uppnå sitt högsta värde.

Om vippan 27 rör sig motsols, tillslutes styröppningarna 36 och 37 och såväl det lilla cylinderrummet 13 som det stora cylin- derrummet 16 utsättes för tryck, varigenom servokolven 10 på känt sätt (jämför DE-PS 10 84 589) förskjutes åt vänster. Vid ett yt- förhållande hos den lilla kolvytan till den stora kolvytan av 1:2 erfordras för en bestämd förskjutningskraft av servokolven 10 i båda riktningarna samma tryck hos servopumpen 4. Eftersom återfö- ringskamrarna 42 och 43 matas direkt från servopumpen via de ovan beskrivna strypställena, och ej som exempelvis enligt DE-OS 21 65 724, från servomotorns kamrar, kan de verksamma återföringstvärsnitten 10 15 20 25 30 35 40 463 255 och därmed de båda Ventilkolvarna 21 och 22 vara lika stora.

I det följande beskrives de med styrningen enligt uppfinningen uppnådda fördelarna: 1. Återförings- och styrfunktionerna är förenade på vardera en kolv (ingen särskild återföringskolv erfordras).

Storleken av återföringen är valfritt föränderlig genom di- mensionering av strypstället 51 under bibehållande av den öv- riga ventilgeometrin. (För anpassning av styrningen till oli- ka fordon erfordras endast en ändring av strypstället 51 och i nödfall en ändring av fjädern i reducerventilen 52.) Återföringsfaktorns storlek kan också förändras under färd, exempelvis på elektrisk, hydraulisk eller mekanisk väg, ge- nom påverkan av tvärsnittet hos strypningen 51.

Eftersom de båda ventilkolvarna är identiska och mycket korta, möjliggöres en minimal hylsdiameter för det vridbara ventil- huset 19. - Ventilkolvarna är så korta, eftersom det endast föreligger ett huvudstyrkantpar som styr arbetsflödet, och tillhörande återföringsstyröppning, till följd av det mindre styrflödet, behöver vara utformad exempelvis endast för en del av ventilborrningarnas omkrets. Ventilkolvarna är lika i diameter, eftersom båda påverkas av servotrycket, under det att exempelvis enligt DE-OS 21 65 724 en kolv påverkas av ett tryck från den stora servomotorsidan, som är endast hälften så stort, och därför måste uppvisa den dubbla tvärsnittsytan.

De korta Ventilkolvarna har ytterligare den fördelen, att ventilkolvarnas anslagsytor mot vippan 27 och dess vridnings- axel ligger praktiskt taget i samma plan. Vid beröringspunk- terna mellan kolvar och vippa uppträder därför vid vippans små svängningsrörelser endast försumbart små tvärrörelser.

Därigenom kan man utelämna de enligt DE-OS 21 65 724 erforder- liga styrstiften. För att ytterligare öka denna effekt, förläg- ges de båda anslagsytorna 57 och 58 ej i ett och samma plan, utan bildar en trubbig vinkel med varandra. Denna vinkel väl- jes så, att anslagsytan för ifrågavarande, medelst återförings- trycket pâverkade kolv, i regleringspunkten står i rät vinkel i förhållande till kolvens axel.

Servopumpen 4 matar direkt in i den yttre änden av det lilla cylinderrummet (jämför FIG 2). Tryckmediet strömmar därigenom w: 10 20 25 30 463 255 förbi en del av kuggstången 8 och kuggdrevet 7 in i ventil- huset 19. Därigenom erhâlles en likformig och snabb uppvärm- ning av hela styrningen och i synnerhet av kolvstângstät- ningen 56. Vid konventionella hydrauliska styrningar förelig- ger i neutralläge en tryckmedieström endast inne i styrven- tilen, varigenom, vid låga yttertemperaturer och i synnerhet när styrningen utsättes för fartvinden, tryckmediet i cylin- derkamrarna blir trögflytande och tätningarna osmidiga och sålunda styrningens känslighet kan komma att inskränkas i väsentlig grad.

En ytterligare fördel uppnås vid följande fall av störning: Efter färd genom kurvan kan styrventilen komma att bli ur- kopplad, då den t ex till följd av en med fluiden följande spånpartikel klämts fast och inte ens genom användning av större kraftinsats på styrratten kan återföras till neutral- läget. Vid DE-OS 21 65 724 kan detta t ex uppträda när styr- kolven vid en vridning åt höger förskjutes nedåt och därige- nom servomotorn omställes för en rörelse åt vänster. Om där- vid ett spån fastnar vid den övre styrkanten vid A1 vid den öppnade spalten, och styrratten vid kurvans slut vrides åt vänster, kan servokolven inte ens med nog så stor kraftinsats förskjutas i riktning uppåt, dvs fordonet rör sig vidare i en kurva. Detta fel utgör en absolut säkerhetsrisk. Ventilkol- ven har ingen tvångsstyrning. Vid styrningen enligt uppfin- ningen kan detta fall ej uppträda, eftersom styröppningarna 36 och 37 visserligen stänges medelst fjäderkraft, men fort- farande kan öppnas via styrratten 6 genom formbunden anligg- ning mot vippan 27.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 463 255 PATENTKRAV
1. l. Kuggstângs-servostyrning, särskilt för fordon, med en i ett styrhus anordnad kuggstâng (8), vid vars ena ände en kolv (l0) är anordnad och vars andra ände uppbär en kolv- stäng (9) som skjuter ut ur styrhuset genom en kolvstângs- tätning (56) och uppvisar en sådan tvärsnittsyta att styr- motorn erhåller ett förhållande mellan kolvytorna av nära l:2, med en tryckmediepump (4), vars tryckledning (l7) är ansluten till styrhuset, och med en styrventil, vars ven- tilhus (l9) är vridbart anordnat i styrhuset och vridfast uppbär ett med kuggstàngen (8) ingripande kuggdrev (7) och medelst vilken endast trycket i styrmotorns kolvstângsfria arbetsrum (l6) styres, k ä n n e t e c k n a d av att tryckledningen (l7) är ansluten till det tryckrum (l3) i motorn (2) som innehåller kolvstången (9), varvid styrven- tilens tryckmedieförsörjning äger rum via en från detta arbetsrum (l3) utgående kanal (l8).
2. 2. Kuggstângs-servostyrning enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a d av att tryckledningen (l7) mynnar i närheten av kolvstângstätningen (56) i styrmotorns (2) arbetsrum (l3).
3. 3. Kuggstångs-servostyrning enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att en mot drevet vänd frontyta av ventilhuset (19) bildar en del av den väggyta, som om- sluter styrmotorns (9) pà kolvstångssidan belägna arbetsrum (l3), varvid kanalen mynnar i denna frontyta. fn'