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Die
Erfindung betrifft ein Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion,
mit einem Gehäuse,
einer Eingangswelle, die im Gehäuse
angeordnet ist, und einem Reaktionsraum, der an einer Seite von
einem Reaktionskolben verschlossen ist, wobei wenigstens ein Abschneideventil
vorgesehen ist, das den maximalen Druck im Reaktionsraum begrenzt.
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Die
grundsätzliche
Funktionsweise eines Servolenkventils, welches insbesondere in Servolenksystemen
für Zahnstangenlenkungen
zum Einsatz kommt, ist aus dem Stand der Technik gut bekannt, beispielsweise
aus der deutschen Patentschrift 42 01 311 C1.
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Insbesondere
ist in dieser Schrift bereits ein Servolenkventil mit hydraulischer
Reaktion beschrieben, welches auch aus der gattungsgemäßen
DE 102 03 384 A1 bekannt
ist. Bei Lenkgetrieben mit hydraulischer Reaktion fließt abhängig von
der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Teil des Volumenstroms beispielsweise über ein
Magnetventil zu einem Reaktionsraum. Abhängig von einem Öffnungsquerschnitt des
Magnetventils, der Verdrehung des Servolenkventils und dem Öffnungsquerschnitt
einer Blende im Rücklauf
baut sich ein Druck im Reaktionsraum auf bzw. ab und beeinflußt das aufzubringende
Drehmoment am Lenkrad, wobei das Lenkrad mit der Eingangswelle des
Servolenkventils verbunden ist. Ein Abschneideventil begrenzt den
Druck in der Reaktionskammer auf etwa 3 bis 7 bar. Derzeit wird
zur Aufnahme des Abschneideventils am Gehäuse des Servolenkventils ein
zylinderförmiges
Element angegossen und maschinell bearbeitet (vgl.
1). In der Regel werden dafür aufwendige
Winkelbohrer zur Herstellung von Verbindungsbohrungen zwischen Reaktionsraum
und Abschneideventil sowie zwischen Abschneideventil und Rücklauf benötigt. Des
weiteren sind Dichtelemente notwendig, um sowohl eine interne Leckage,
d.h. eine Leckage innerhalb des Servolenkventils, als auch eine
externe Leckage, d.h. eine Leckage von Hydraulikfluid nach außerhalb
des Servolenkventilgehäuses,
zu verhindern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, den Herstellungsaufwand für ein Servolenkventil mit hydraulischer
Reaktion und integriertem Abschneideventil zu reduzieren und gleichzeitig
ein insgesamt kompakteres Servolenkventil zu schaffen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist das wenigstens eine Abschneideventil erfindungsgemäß innerhalb
des Servolenkventilgehäuses
angeordnet. Innerhalb des Gehäuses
bedeutet dabei, daß sich
das Abschneideventil tatsächlich
im Inneren des Gehäuses
und nicht in angegossenen Elementen einer Gehäusewandung oder in der Gehäusewandung
selbst befindet. Somit kann insbesondere auf das an die Gehäusewandung
angegossene, zylinderförmige Element
zur Aufnahme des Abschneideventils verzichtet werden. Dies führt einerseits
zu einem verringerten Gewicht des Servolenkventils und andererseits
zu einer kompakteren Bauweise, die bei dem beengten Lenkgetriebebauraum
im Fahrzeug besonders vorteilhaft ist. Aufgrund der geschützten Anordnung
des Abschneideventils im Inneren des Servolenkventilgehäuses ergeben
sich zwei weitere Vorteile der Erfindung. Zum einen tritt das Problem
der externen Leckage im Zusammenhang mit dem Abschneideventil überhaupt
nicht mehr auf; zum anderen sind Einsparungen bei der Herstellung
des Abschneideventils möglich,
da das Abschneideventil nicht mehr aus korrosionsbeständigem Material
gefertigt oder gesondert gegen Korrosion geschützt werden muß.
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Vorzugsweise
ist parallel mit dem Abschneideventil eine Abströmöffnung mit definiertem Querschnitt
vorgesehen. Diese strömungstechnische
Parallelschaltung des Abschneideventils und der Abströmöffnung ist
für die
Drucksteuerung im Reaktionsraum besonders vorteilhaft. Unterhalb
des Maximaldrucks, der vom Abschneideventil bestimmt wird, sorgt
die Abströmöffnung je
nach Größe des Strömungsquerschnitts
eines Reaktionsraumzulaufs für einen
Druckaufbau oder Druckabbau im Reaktionsraum.
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In
einer Ausführungsform
ist das Abschneideventil in der Eingangswelle angeordnet, vorzugsweise
eingepreßt.
Durch einen Preßsitz
des Ventils können
weitere Kosten eingespart werden, da keine gesonderten Dichtelemente
zur Vermeidung interner Leckage nötig sind. Außerdem ist
das Abschneideventil durch die Wandung des Servolenkventilgehäuses geschützt, so
daß bei
der Montage des Servolenkventils keine Beschädigungen am Abschneideventil
oder an den Dichtelementen des Abschneideventils auftreten können, welche
zu Fehlfunktionen oder Leckagen führen würden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist das Abschneideventil im Reaktionskolben angeordnet, vorzugsweise
in den Reaktionskolben eingepreßt. Neben
der Eingangswelle des Servolenkventils ist der Reaktionskolben ein
weiteres Bauteil, welches auf der einen Seite mit dem Druck im Reaktionsraum und
auf der anderen Seite mit einem Rücklaufdruck beaufschlagt ist.
Dementsprechend ist auch im Reaktionskolben eine Integration des
Abschneideventils sehr einfach und mit den oben genannten Vorteilen möglich.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
daß das
Abschneideventil in einer Steuerhülse des Servolenkventils angeordnet,
vorzugsweise eingepreßt
ist. Auch in dieser Anordnung läßt sich
der Maximaldruck im Reaktionsraum über das Abschneideventil einfach und
vorteilhaft begrenzen, obwohl das Abschneideventil nicht unmittelbar
an den Reaktionsraum angrenzt. In dieser Ausführungsvariante steht das Abschneideventil über eine Öffnung mit
einem Hohlraum im Inneren der Eingangswelle und über eine Eingangswellenbohrung
mit dem Reaktionsraum in Strömungsverbindung.
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Die
Abströmöffnung kann
als separate Bohrung in der Eingangswelle ausgebildet sein. Dies
bietet den Vorteil, daß das
Servolenkventil lediglich durch eine Variation des Bohrdurchmessers
der Abströmöffnung sehr
einfach an besondere Bedingungen einer Servolenkventilbaureihe anpaßbar ist, ohne
daß unterschiedliche
Abschneideventile eingesetzt werden müssen. Dies gilt allerdings
nur für
Ausführungsformen,
bei denen das Abschneideventil nicht in der Steuerhülse angeordnet
ist. Ist das Abschneideventil in der Steuerhülse vorgesehen, so ist die
Abströmöffnung nicht
in der Eingangswelle, sondern entsprechend als separate Bohrung
in der Steuerhülse
ausgebildet.
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In
weiteren Ausführungsformen
ist die Abströmöffnung im
Abschneideventil ausgebildet, vorzugsweise in einem Ventilsitz oder
einem Ventilkörper
des Abschneideventils. Somit kann die Druckabstimmung für den Reaktionsraum
des Servolenkventils durch ein separates, vorgefertigtes Einbauteil, nämlich dem
Abschneideventil mit integrierter Abströmöffnung, vorgenommen werden.
Der Bearbeitungsaufwand am Servolenkventil selbst (Eingangswelle,
Steuerhülse
oder Reaktionskolben) ist minimal. Es ist lediglich eine Öffnung vorzusehen,
in die das Abschneideventil eingesetzt bzw. eingepreßt wird.
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Alternativ
kann die Abströmöffnung in
einer Dichtung des Reaktionskolbens ausgebildet sein. Diese Ausbildung
der Abströmöffnungen
stellt eine besonders kostengünstige
Ausführungsvariante
dar, weil die Ausbildung von Abströmöffnungen in einer Dichtung,
z.B. die Ausbildung von Nuten in einem Dichtring, weniger aufwendig
ist als die Herstellung von Bohrungen in der Eingangswelle bzw.
der Steuerhülse
oder von Öffnungen
im Abschneideventil. Die Abströmöffnungen
in der Dichtung des Reaktionskolbens sind so ausgeführt, daß der Reaktionsraum über diese
Abströmöffnungen
mit einem Rücklauf des
Druckfluids in Strömungsverbindung
steht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Servolenkventils ist das Abschneideventil ein mehrstufiges Druckbegrenzungsventil.
Durch ein solches Abschneideventil kann, in Abhängigkeit vom Druck im Reaktionsraum,
ein Fluidstrom aus dem Reaktionsraum besser eingestellt werden.
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Dieser
Vorteil ergibt sich auch bei einer alternativen Ausführungsform,
in der zwei (einstufige) Abschneideventile strömungstechnisch parallelgeschaltet
sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Servolenkventil mit hydraulischer Reaktion gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Servolenkventil;
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3 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß einer
ersten Ausführungsform
nach 2;
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4 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Dichtrings für einen Reaktionskolben des
erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß der zweiten
Ausführungsform
nach 4;
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6 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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7 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß einer
vierten Ausführungsform;
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8 einen
Längsschnitt
durch das erfindungsgemäße Servolenkventil
gemäß einer
fünften Ausführungsform;
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9 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß der fünften Ausführungsform
nach 8;
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10 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß einer sechsten
Ausführungsform;
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11 ein
Längsschnittdetail
des erfindungsgemäßen Servolenkventils
gemäß einer
siebten Ausführungsform;
und
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12 einen
Längsschnitt
durch das Servolenkventil nach 11 mit
Druck/Durchfluß-Diagrammen
der Abschneideventile.
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Die 1 zeigt
ein bekanntes Servolenkventil 10' mit hydraulischer Reaktion, mit
einem Gehäuse 12', einer Eingangswelle 14', die im Gehäuse 12' angeordnet
ist, und einem Reaktionsraum 18', der an einer Seite von einem
Reaktionskolben 20' verschlossen
ist. Des weiteren ist ein Abschneideventil 22' vorgesehen,
das den maximalen Druck im Reaktionsraum 18' begrenzt. An das Gehäuse 12' des Servolenkventils 10' ist ein zylinderförmiges Element 2' zur Aufnahme
des Abschneideventils 22' angegossen.
Das Abschneideventil 22' steht über eine
erste Bohrung 4' mit
dem Reaktionsraum 18' und über eine zweite
Bohrung 6' und
einen Rücklauf
mit einem drucklosen Fluidreservoir in Strömungsverbindung.
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Die 2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Servolenkventil 10 mit
hydraulischer Reaktion, mit einem Gehäuse 12, einer Eingangswelle 14,
die wenigstens teilweise im Gehäuse 12 angeordnet
ist, einer Ausgangswelle 16, einer Steuerhülse 17 und
einem Reaktionsraum 18, der an einer Seite von einem Reaktionskolben 20 verschlossen
ist. Zusätzlich
ist ein Abschneideventil 22 vorgesehen, das den maximalen Druck
im Reaktionsraum 18 begrenzt, wobei das Abschneideventil 22 innerhalb
des Gehäuses 12 angeordnet
ist. Die Anordnung des Abschneideventils 22 innerhalb des
Gehäuses 12 ist
im Sinne dieser Schrift so zu verstehen, daß sich das Abschneideventil 22 tatsächlich im
Inneren des Gehäuses 12 befindet, d.h.
in dem von einer Gehäusewandung
umgebenen Raum und nicht in der Gehäusewandung selbst.
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Das
Abschneideventil 22 ist in der Regel ein miniaturisiertes
Druckbegrenzungsventil, welches wie im Stand der Technik aus korrosionsbeständigen Materialien
(z.B. Messinglegierungen) hergestellt sein kann. Dadurch, daß das Abschneideventil 22 jedoch
geschützt
im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet
ist, muß das
Abschneideventil 22 nicht aus korrosionsbeständigem Material
gefertigt oder besonders gegen Korrosion geschützt werden.
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In
der 2 ist das Abschneideventil 22 in der
Eingangswelle 14 angeordnet. Vorzugsweise ist das Abschneideventil 22 in
die Eingangswelle 14 eingepreßt, so daß aufgrund des Preßsitzes
keine Dichtelemente zwischen dem Abschneideventil 22 und der
Eingangswelle 14 vorgesehen werden müssen. Im vorliegenden Beispiel
verläuft
im Inneren der hohlen Eingangswelle 14 entlang einer Achse
A ein Torsionsstab 24. Der Torsionsstab 24 füllt die
hohle Eingangswelle 14 jedoch nicht ganz aus, so daß ein ringförmiger Hohlraum 26 verbleibt,
der über
einen Rücklauf
mit einem drucklosen Reservoir (nicht gezeigt) in Verbindung steht.
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Die 3 zeigt
einen vergrößerten Detailausschnitt
des erfindungsgemäßen Servolenkventils 10 im
Bereich des Abschneideventils 22 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Der
Reaktionsraum 18 steht über
das Abschneideventil 22 mit dem Hohlraum 26 in
Verbindung, wobei das Abschneideventil 22 bis zu einem vorbestimmten
Druck im Reaktionsraum 18 einen Durchfluß verhindert
und bei Übersteigen
dieses Drucks einen Abfluß von
Druckfluid aus dem Reaktionsraum 18 in den Hohlraum 26 ermöglicht.
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Darüber hinaus
steht der Reaktionsraum 18 auch über eine Abströmöffnung 28 mit
definiertem Querschnitt mit dem Hohlraum 26 in Strömungsverbindung.
Die Abströmöffnung 28 ist
im vorliegenden Beispiel als Bohrung in der Eingangswelle 14 ausgeführt. Über den
Querschnitt dieser Abströmöffnung 28,
die Position der Eingangswelle 14 zur Steuerhülse 17 und
den Öffnungsquerschnitt
einer Zuleitung (nicht gezeigt) zum Reaktionsraum 18 kann
der Druckaufbau oder Druckabbau im Reaktionsraum für den Fall
gesteuert werden, daß der
Druck unter dem vorbestimmten Wert liegt, d.h. das Abschneideventil 22 geschlossen
ist.
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In
einer zweiten Ausführungsform
gemäß 4 ist
die Abströmöffnung 28 in
einer Dichtung 30 des Reaktionskolbens 20 und
nicht, wie in der ersten Ausführungsform
als Bohrung in der Eingangswelle 14 ausgebildet. Die Lage
der als Dichtring ausgebildeten Dichtung 30 ist in 4 zu
sehen, wobei die Abströmöffnung 28 der
Dichtung 30 nicht zu erkennen ist.
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Aus
diesem Grund ist die Dichtung 30 in 5 separat
in perspektivischer Ansicht dargestellt. In der 5 wird
die Abströmöffnung 28 durch
zwei Nuten 32 gebildet, die sich auf einer axialen Stirnseite
der Dichtung 30 in radialer Richtung erstrecken. Alternativ
können
sich diese Nuten 32 auch auf der Innen- oder Außenseite des Dichtrings in
axialer Richtung erstrecken. Maßgebend
für ihre
Wirkung als Abströmöffnung 28 ist
lediglich die Schaffung einer Strömungsverbindung zwischen dem
Reaktionsraum 18 und dem Rücklauf des Druckfluids.
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In
einer dritten Ausführungsform
des Servolenkventils 10 gemäß 6 ist die
Abströmöffnung 28 in
einem Ventilsitz 34 des Abschneideventils 22 ausgebildet.
In den Ventilsitz 34 ist hierfür eine Blende 36 mit
einer Blendenöffnung
integriert. Um die Blende 36 bzw. die Abströmöffnung 28 besser
erkennen zu können,
ist der Ausschnitt mit dem Abschneideventil 22 der 6 noch
einmal vergrößert dargestellt
(6, unten).
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Im
Unterschied zu den bisher gezeigten Ausführungsformen 1 bis 3 ist das
Abschneideventil 22 in einer vierten Ausführungsform
des Servolenkventils 10 gemäß 7 im Reaktionskolben 20 angeordnet. Auch
in diesem Fall ist das Abschneideventil 22 vorzugsweise
eingepreßt,
um auf weitere Dichtelemente verzichten zu können. Die prinzipielle Funktionsweise
bleibt gegenüber
den Ausführungsformen
1 bis 3 unverändert.
Das Abschneideventil 22 sorgt weiterhin für eine Verbindung
zwischen dem Reaktionsraum 18 und einem drucklosen Fluidreservoir.
In der 7 sind deutlich Leckagebohrungen 38 zu
erkennen, wobei diese Leckagebohrungen 38 auch im Stand
der Technik vorhanden sind. Sie dienen zur Rückführung des Leckagefluids, welches
bei der Verschiebung des Reaktionskolbens 20 auch dann
aus dem Reaktionsraum 18 austritt, wenn in der Dichtung 30 keine
Abströmöffnungen 28 vorgesehen
sind. Diese vorhandenen Leckagebohrungen 38 müssen unter
Umständen
etwas größer dimensioniert
werden und können
dann problemlos das durch die Abströmöffnungen 28 oder das
Abschneideventil 22 aus dem Reaktionsraum 18 abströmende Druckfluid
an ein druckloses Reservoir weiterleiten.
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Obwohl
die Abströmöffnung 28 in 7 als Blendenöffnung der
in das Abschneideventil 22 integrierten Blende 36 dargestellt
ist, kann die Abströmöffnung 28 auch
bei im Reaktionskolben 20 angeordnetem Abschneideventil 22 in
der Eingangswelle 14 oder in der Dichtung 30 ausgebildet
sein (vgl. 3 bis 5).
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Die 8 und 9 zeigen
eine fünfte
Ausführungsform
des Servolenkventils 10, wobei das Abschneideventil 22 in
die Steuerhülse 17 eingepreßt ist.
In axialer Richtung ist das Abschneideventil 22 im „unteren" Teil der Steuerhülse 17,
d.h. in einem Übergangsbereich
zwischen der Eingangswelle 14 und der Ausgangswelle 16 angeordnet.
Das Abschneideventil 22 steht, wie oben beschrieben, einerseits
mit dem drucklosen Reservoir (nicht gezeigt) und andererseits mit
dem Reaktionsraum 18 in Verbindung. Allerdings grenzt das
Abschneideventil 22 nicht unmittelbar an den Reaktionsraum 18 an,
sondern ist über eine Öffnung 40 mit
dem Hohlraum 26 und weiter über Eingangswellenbohrungen 42 mit
dem Reaktionsraum 18 verbunden. Entsprechend herrscht im Hohlraum 26 der
gleiche Druck wie im Reaktionsraum 18. Der Hohlraum 26 ist
also im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsformen nicht an das drucklose
Reservoir angeschlossen.
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Der Übergangsbereich
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ist in 9 vergrößert dargestellt.
Gegenüber
den 2 bis 7 ist das als Abschneideventil 22 eingesetzte
Druckbegrenzungsventil leicht verändert ausgeführt, es
begrenzt jedoch nach wie vor einen Maximaldruck im Reaktionsraum 18.
Ferner ist deutlich zu sehen, daß die Abströmöffnung 28 als separate
Bohrung in der Steuerhülse 17 ausgebildet
ist. Die Abströmöffnung 28 stellt
wie in den bisher beschriebenen Ausführungsformen eine Verbindung zwischen
dem Reaktionsraum 18 und dem Rücklauf bzw. dem drucklosen Reservoir
her.
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Eine
sechste Ausführungsform
des Servolenkventils 10 gemäß der 10 unterscheidet
sich lediglich durch die Anordnung der Abströmöffnung 28 von der
fünften
Ausführungsform
gemäß 9.
Die Abströmöffnung 28 ist
hier analog zu 6 in das Abschneideventil 22 integriert.
Aufgrund der veränderten
Bauart des Abschneideventils 22 ist die Abströmöffnung jedoch
nicht im Ventilsitz sondern im Ventilelement angeordnet.
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Selbstverständlich sind
auch Servolenkventilausführungen
denkbar, bei denen das Abschneideventil 22 entsprechend
den 8 bis 10 in die Steuerhülse eingepreßt ist und
die Abströmöffnung 28 entsprechend
den 4 und 5 in der Dichtung 30 des
Reaktionskolbens angeordnet ist.
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Die 11 zeigt
eine siebte Ausführungsform
des Servolenkventils 10, die sich von den oben beschriebenen
Ausführungen
dadurch unterscheidet, daß zwei
strömungstechnisch
parallel geschaltete Abschneideventile 22 vorgesehen sind.
Dies bedeutet, daß beide
Abschneideventile 22 einerseits mit dem Innendruck des
Reaktionsraums 18 beaufschlagt und andererseits mit dem
Rücklauf
bzw. dem drucklosen Reservoir verbunden sind.
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In
der 11 sind beispielhaft beide Abschneideventile 22 in
die Eingangswelle 14 eingepreßt, wobei in einem Abschneideventil 22 (rechtes Abschneideventil
in 11) die Abströmöffnung 28 vorgesehen
ist.
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Die
Vorteile dieser siebten Ausführungsform werden
anhand der 12 klar, in der mehrere Diagrammverläufe zu sehen
sind, wobei der am Abschneideventil 22 anstehende Druck
P des Reaktionsraums 18 über dem Durchfluß Q des
Abschneideventils 22 aufgetragen ist. Die angegebenen Zahlenwerte
sind lediglich beispielhaft und dienen der Veranschaulichung. Das
linke, in der 12 mit X gekennzeichnete Abschneideventil 22 öffnet bei
einem Druck P von 5 bar im Reaktionsraum 18 und weist keine
Abströmöffnung 28 auf.
Das rechte, in der 12 mit Y gekennzeichnete Abschneideventil 22 öffnet bei
einem Druck P von 2 bar im Reaktionsraum 18 und weist eine
Abströmöffnung 28 mit
einem definierten Querschnitt auf. Entsprechend ergeben sich die
abgebildeten Druck/Durchfluß-Diagramme (12,
oben links bzw. oben rechts). Die Ventilkurve in dem in 12 unten
rechts dargestellten Diagramm ist eine Überlagerung der Verläufe in den
beiden oberen Diagrammen und gibt den Fluidstrom aus dem Reaktionsraum 18 abhängig vom
Druck P im Reaktionsraum 18 an.
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Durch
die Parallelschaltung von zwei (oder mehr) Abschneideventilen 22 können folglich
die unterschiedlichsten Ventilkurven, insbesondere Hochgeschwindigkeitsventilkurven
eingestellt werden.