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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verhindern von kavitationsartigen
Vorgängen
in einem Hydraulikkreislauf insbesondere stromab eines hydraulischen
Widerstands oder dgl., wobei im Hydraulikkreislauf intensive Schwankungen
des Volumenstroms und/oder Druckes durch eine im wesentlichen schlagartige
Veränderung
des hydraulischen Widerstands und/oder durch von außen in den
Hydraulikkreislauf eingeleitete Lastkraftstöße auftreten können, und
wobei zum Herabsetzen der Kavitationsneigung stromab des hydraulischen
Widerstands eine Drosselstelle vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung
ein mit einer derartigen Vorrichtung ausgestattetes hydraulisches
Lenkunterstützungssystem für ein Kraftfahrzeug.
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Hydraulische
Fahrzeug-Lenksysteme mit einem Lenkgestänge und einem das Lenkgestänge betätigenden
Aktuator, dem unter Druck stehendes Hydraulikfluid zuführbar und
von dem das Hydraulikfluid durch eine Rücklaufleitung abführbar ist,
sind beispielsweise als Zahnstangenhydrolenkung gestaltet und umfassen
eine Pumpe, mittels der zum Aktuator bzw. Hydraulikzylinder der
Zahnstangenhydrolenkung ein Hydraulikfluid unter Druck gefördert werden kann.
Auf diese Weise kann der Fahrer des Fahrzeugs beim Lenken unterstützt werden.
Die Pumpe ist mittels einer Zuflussleitung mit der Zahnstangenhydrolenkung
verbunden und es ist ferner eine Rücklaufleitung vorgesehen, mittels
der Hydraulikfluid von der Zahnstangenhydrolenkung in einen Vorratsbehälter zurückgefördert werden
kann.
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Bei
derartigen Lenksystemen können
Fahrzeug-Achsschwingungen, die beim Überfahren von Bodenunebenheiten
im eingelenkten Zustand entstehen können, zu schnellen Bewegungen
der Zahnstange der Zahnstangenhydrolenkung führen. Durch diese Bewegungen
sowie die damit verbundenen Lastschwingungen werden hohe Volumenstromspitzen
im hydraulischen Lenksystem hervorgerufen. Hingegen fördert die
Pumpe einen konstanten Volumenstrom in das Lenksystem, so dass sich
anschließend
an die Volumenstromspitzen Volumenstromsenken ergeben. In der Rücklaufleitung
des hydraulischen Lenksystems können
diese Volumenstromsenken zu sehr starken Druckabsenkungen bis unter den
Umgebungsdruck führen.
Dies kann unter Umständen
dazu führen,
dass der Volumenstrom abreißt und
aufgrund der Masseneigenschaften des Fluids eine "Zugspannung" in der strömenden Fluidsäule auftritt.
Aufgrund der Druckabsenkung entstehen dann in der Rücklaufleitung
Kavitationsblasen, in denen Hydraulikfluid verdampft. Diese Kavitationsblasen
kollabieren mit hoher Geschwindigkeit und erzeugen dabei hochfrequente
Druckspitzen. Diese Druckspitzen führen zu einer Körperschallanregung der
das Hydraulikfluid leitenden Bauteile, was im Fahrzeug ein akustisches
Qualitätsproblem
darstellt. Dieses Akustikphänomen
tritt je nach Eigenfrequenz der gesamten Achskinematik des Lenksystems mehrmals
hintereinander mit einer Frequenz von ca. 10 bis 20 Hz auf. Die
einzelnen Ereignisse folgen also in kurzen Abständen aufeinander und erzeugen somit
ein klapperndes Geräusch.
Vom Fahrer des zugehörigen
Fahrzeugs werden solche Geräusche
als störend
empfunden. Bei bekannten Lenksystemen begegnet man diesem Problem
durch ein Aufstauen des Hydraulikfluids in der Rücklaufleitung mit Hilfe einer
Blende, welche in der Rücklaufleitung
angeordnet ist. Damit ergibt sich in der Rücklaufleitung ein erhöhter Druck,
mit dem ein Entstehen von Kavitationen verhindert wird. Zugleich
ergibt sich aber auch ein unerwünschter
Druckverlust, durch welchen die Leistungsaufnahme des Lenksystems
erhöht
wird. Darüber
hinaus ist eine höhere
Kühlleistung
in extremen Fahrsituationen mit hoher thermischer Belastung erforderlich.
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Die
geschilderte Problematik ist jedoch nicht nur in hydraulischen Lenkunterstützungssystemen für Kraftfahrzeuge
zu beobachten, sondern allgemein bzw. generell in Hydraulikreisläufen insbesondere stromab
eines hydraulischen Widerstands, wenn im Hydraulikkreislauf intensive
Schwankungen des Volumenstroms und/oder Druckes durch eine im wesentlichen
schlagartige Veränderung
des hydraulischen Widerstands auftreten. Bei einem hydraulischen
Lenkunterstützungssystem
wird der genannte hydraulische Widerstand im übrigen durch das übliche Lenkventil
gebildet, während
die im vorhergehenden Absatz erläuterte
Problematik insbesondere auf die Einleitung von Lastkraftstößen von
außen
in den Hydraulik-Lenkzylinder (weiter oben auch Aktuator genannt)
zurückzuführen ist,
und zwar insbesondere beim Überfahren
von Bodenunebenheiten, die über
das Lenkgestänge
sowie den Aktuator die genannten hohen Volumenstromspitzen im hydraulischen
Lenksystem verursachen. Grundsätzlich
können
derartige Volumenspitzen aber auch durch den hydraulischen Widerstand,
d.h. das Lenkventil, hervorgerufen werden, und zwar in Verbindung
mit schlagartigen Änderungen
der Widerstandsgröße bzw.
der Position des Lenkventils.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, für ein hydraulisches Lenksystem
eine Abhilfemaßnahme für die geschilderte
Problematik aufzuzeigen bzw. generell oder allgemein gesprochen
eine verbesserte Vorrichtung zum Verhindern von kavitationsartigen Vorgängen in
einem Hydraulikkreislauf gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die (stromab des
hydraulischen Widerstands bereits vorgesehene) Drosselstelle in ihrer
Wirkung, d.h. Intensität,
veränderbar
ist und derart ausgebildet ist, dass sich mit zunehmendem Volumenstrom
und/oder Druck die Drosselwirkung selbsttätig binnen kürzester
Zeit verstärkt,
wohingegen mit danach abnehmendem Volumenstrom und/oder Druck die
Drosselwirkung selbsttätig
in einer demgegenüber
längeren
Zeitspanne herabgesetzt wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
sind Inhalt der Unteransprüche.
Dabei sei zunächst
ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass der Begriff „kürzeste Zeit" nicht dahingehend
beschränkend
zu verstehen ist, dass es sich hierbei um Zeiten im Millisekunden-Bereich
handeln muss, sondern lediglich dazu dient, einen Unterschied zur
demgegenüber
längerer
Zeitspanne herauszustellen.
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Vorgeschlagen
wird, die Drosselstelle, welche eine Druckerhöhung stromauf derselben verursachen
und somit Kavitations-Tendenzen verhindern soll, variabel zu gestalten,
derart, dass eine erhebliche und somit unter energetischer Betrachtungsweise
ungünstige
Drosselwirkung nur dann auftritt, wenn Kavitations-Vorgänge aufgrund
einer (praktisch schlagartigen) Volumenstromzunahme oder Drucksteigerung
im Hydraulikkreislauf zu befürchten
sind. Dabei kann – wie
eingangs bereits geschildert – eine Volumenstromzunahme
oder Drucksteigerung nicht nur durch im wesentlichen schlagartige
Veränderung eines
stromauf der besagten Drosselstelle vorgesehenen hydraulischen Widerstandes,
sondern auch durch in den Hydraulikkreislauf und dabei insbesondere über den
bzw. einen hydraulischen Aktuator eingeleitete Lastkraftstöße hervorgerufen
sein. Diese Phänomene
können
allgemein als Störung
bezeichnet werden. Wenn nach Auftreten einer solchen Störung diese
wieder abklingt, so soll im Hinblick auf eine günstige Energiebilanz die genannte
Drosselwirkung wieder herabgesetzt werden. Dies soll jedoch erfindungsgemäß zeitverzögert erfolgen,
d.h. dass mit abnehmendem Volumenstrom und/oder Druck im Hydraulikkreislauf
die Drosselwirkung selbsttätig
in einer längeren
Zeitspanne als derjenigen der Verstärkung der Drosselwirkung herabgesetzt
wird. Hierdurch wird vermieden, dass sich quasi gleichfrequent mit
einer pulsierenden Störung
die Drosselwirkung ebenso pulsierend verändert, was unter ungünstigen
Umständen
sogar zu noch ungünstigeren
Auswirkungen führen
könnte
als wenn überhaupt
keine Drosselstelle vorhanden wäre.
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Grundsätzlich gibt
es verschiedene Möglichkeiten,
wie eine derartige Veränderungscharakteristik hinsichtlich
ihrer Intensität
oder Wirkung an einer Drosselstelle realisiert werden kann. Neben
einer geeigneten elektronischen Ansteuerung eines Stellmotors für die in
ihrer Drosselwirkung veränderbare Drosselstelle
bzw. für
ein hierin vorgesehenes verstellbares Drosselelement kann an einem
die Drosselwirkung verändernden
Stellelement auch ein bei Herabsetzung der Drosselwirkung zur Wirkung
kommendes Verzögerungsglied
(in allgemeiner Form) angreifen. Dabei kann das Drosselelement alleine durch
stromauf desselben ansteigenden Druck im Sinne einer Erhöhung der
Drosselwirkung verstellt werden, während bei einer Rückverstellung
das sog. Verzögerungsglied
zur Wirkung kommt. Dieses kann bspw. an ein linear verstellbares
Drosselelement angekoppelt und in Form eines gegenüber einem
Zylinder verschiebbaren Kolbens ausgebildet sein, der bei einer
Verstärkung
der Drosselwirkung im wesentlich ungehindert ein Fluid in einen
Arbeitsraum des Zylinder ansaugen kann, hingegen bei einer Herabsetzung
der Drosselwirkung dieses Fluid stark gedrosselt aus diesem Arbeitsraum
verdrängen
muss. Als Konsequenz erfolgt die Verschiebebewegung bei Herabsetzung
der Drosselwirkung langsamer als diejenige bei Verstärkung der
Drosselwirkung. In einer alternativen Ausführungsform ist auch die umgekehrte Verschiebung
von Hydraulikmedium im Verzögerungsglied
möglich,
derart, dass der besagte Kolben bei einer Verstärkung der Drosselwirkung im
wesentlich ungehindert ein Fluid aus einem Arbeitsraum seines Zylinder
verdrängt,
hingegen bei einer Herabsetzung der Drosselwirkung dieses Fluid
nur mehr oder weniger stark gedrosselt in den Arbeitsraum nachsaugen
kann.
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Eine
einfache Gestaltung eines Drosselelements oder sog. Stellelements
zur Erzielung einer veränderbaren
Drosselwirkung liegt vor, wenn ein gegenüber einem Steuerquerschnitt
in einem vom Hydraulikfluid durchströmten Gehäuse verschiebbarer sog. Drosselkolben
vorgesehen ist, der vom Hydraulikfluid bei zunehmendem Druck und/oder
Volumenstrom in einer den Steuerquerschnitt verringernden Weise
beaufschlagt wird. Die Rückverstellung
in die Position mit geringer (oder nahezu keiner) Drosselwirkung
kann dann vorzugsweise durch ein vorgespanntes Federelement erfolgen,
wobei diese Vorspannung im Rahmen der Bewegung des Drosselkolbens
zur Erhöhung
der Drosselwirkung erzeugt wurde. Zwei Varianten einer derart ausgebildeten Vorrichtung
mit einem Verzögerungsglied
wie weiter oben beschrieben werden an späterer Stelle als erstes und
zweites Ausführungsbeispiel
weiter erläutert. Im
Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei die Kraft des
genannten Federelements einstellbar und somit ohne Veränderung
der Position des Drosselkolbens veränderbar sein, so dass hierüber eine
Einflussnahme auf die Größe der Zeitverzögerung,
welche zwischen einer Erhöhung
und einer Verringerung der Drosselwirkung vorliegt, vorgenommen werden
kann.
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Nach
einer alternativen Gestaltung (als drittes Ausführungsbeispiel) können ein
erstes unter Einwirkung von zunehmendem Fluid-Volumenstrom und/oder
Fluid-Druck in Verbindung mit einem ersten Steuerquerschnitt wirksam
werdendes Drosselglied sowie ein zweites gegenüber dem ersten Drosselglied
bewegbares Drosselglied vorgesehen sein, wobei letzteres bei durch
das erste Drosselglied im wesentlichen geschlossenem ersten Steuerquerschnitt durch
den stromauf des ersten Steuerquerschnitts ansteigenden Fluid-Druck
in eine Position verlagert wird, in der ein zweiter, zwischen dem
ersten und dem zweiten Drosselglied vorgesehener zunächst geschlossener
(zweiter) Steuerquerschnitt geöffnet wird,
so dass über
diesen zweiten Steuerquerschnitt vor dem ersten Drosselglied aufgestautes
Hydraulikfluid abströmen
kann. Dieses naturgemäß zeitverzögert erfolgende
Abströmen
bewirkt dann, dass das erste Drosselglied (vorzugsweise durch Federkraft) wieder
in seine den ersten Steuerquerschnitt freigebende Ausgangsposition
gelangt und damit oder zeitverschoben hierzu auch das zweite Drosselglied
in seine Ausgangsposition, nämlich
in eine den zweiten Steuerquerschnitt im wesentlichen sperrende
Position gelangen kann, vorzugsweise ebenfalls unter Federkrafteinfluss.
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Ein
Ausführungsbeispiel
für die
letztgenannte dritte Ausführungsform
wird an späterer
Stelle anhand der beigefügten
Figurenfolge 3a–3d näher erläutert; zunächst erfolgt
jedoch eine Erläuterung
eines bevorzugten Anwendungsfalls einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem hydraulischen Lenkunterstützungssystem gemäß 1 sowie
der weiter oben genannten ersten und zweiten Ausführungsbeispiele
gemäß 2a, 2b, 2c.
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In 1 ist
ein hydraulisches Lenksystem 10 veranschaulicht, welches
für ein
weiter nicht dargestelltes Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Das Lenksystem 10 weist
als wesentliche Elemente insbesondere ein Lenkgestänge 12 auf,
welches mittels eines Aktuators 12a hydraulisch betätigbar ist,
sowie eine Hydraulikdruck bereitstellende Pumpe 14. In
das hydraulische Lenksystem 10 ist ein Lenkventil 16 integriert,
mittels dem wahlweise eine Strömung
von unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Pumpe 14 zum
Lenkgestänge 12 und/oder
durch eine Rücklaufleitung 18 gemäß Pfeilrichtung
zu einem Vorratsbehälter 20 geschaltet
werden kann. In der Rücklaufleitung 18 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eingesetzt,
die eine in ihrer Wirkung veränderbare Drosselstelle
darstellt und derart ausgebildet ist, dass sich mit zunehmendem
Fluid-Volumenstrom und/oder Fluid-Druck im Hydrauliksystem (bzw.
genauer in der Rücklaufleitung 18 stromauf
dieser Vorrichtung 1) deren Drosselwirkung selbsttätig binnen kürzester
Zeit verstärkt,
wohingegen mit danach abnehmendem Volumenstrom und/oder Druck die Drosselwirkung
selbsttätig
in einer demgegenüber längeren Zeitspanne
wieder herabgesetzt wird.
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In 2a ist
teilweise in Form eines hydraulischen Prinzipschaltbildes eine erste
Ausführungsform
für die
besagte Vorrichtung 1 (aus 1) dargestellt,
welche in 2b (als erstes Ausführungsbeispiel)
geringfügig
konkreter und in 2c hiervon abgewandelt, jedoch
nach dem gleichen Grundprinzip arbeitend als zweites Ausführungsbeispiel
dargestellt ist.
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Zunächst auf 2a Bezug
nehmend ist mit der Bezugsziffer 2a die Zufuhr oder der
Zufluss von Hydraulikfluid in die Vorrichtung 1 und mit
der Bezugsziffer 2b die Abfuhr oder der Abfluss von Hydraulikfluid
aus der Vorrichtung 1 gekennzeichnet. In der zugehörigen Hauptleitung 2 ist
ein Schieber 3 integriert, der entweder eine erste, im
wesentlichen drosselfreie Durchgangsposition 3a oder eine
zweite stark drosselnde Durchgangsposition 3b aufweist.
In der figürlich
dargestellten ersten Position 3a wird der Schieber 3 durch
eine Druckfeder 4 gehalten, solange der an den beiden Stirnseiten
des Schiebers 3 über
Steuerleitungen 5a, 5b anliegende Fluid-Druck gleich
groß ist.
Dabei greift die Steuerleitung 5b den Fluid-Druck im Zufluss 2a stromauf
einer Fest-Blende 6 und die Steuerleitung 5a den
Fluid-Druck im Zufluss 2a stromab dieser Fest-Blende 6 ab.
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An
der der Druckfeder 4 gegenüberliegenden Stirnseite des
Schiebers 3 greift ferner ein in seiner Gesamtheit mit
der Bezugsziffer 7 gekennzeichnetes Verzögerungsglied
an. Dieses Verzögerungsglied 7 besteht
aus einem mit dem Schieber 3 mechanisch verbundenen Kolben 7a,
der in einem Zylinder 7b geführt ist und in diesem einen
Arbeitsraum 7c begrenzt. In diesen Arbeitsraum 7c kann
der Kolben 7a dann, wenn der Schieber 3 in seine
Position 3b gefahren wird, über ein in dieser Richtung
offenes Rückschlagventil 7d Hydraulikfluid
bspw. aus dem Abfluss 2b im wesentlichen ungedrosselt ansaugen. Wird
hingegen der Schieber 3 aus der Position 3b in die
figürlich
dargestellte Position 3a verfahren, so muss hierbei der
Kolben 7a das im Arbeitsraum 7c befindliche Hydraulikfluid
aus dem Zylinder 7b verdrängen, was jedoch, da in dieser
Richtung das Rückschlagventil 7d sperrt,
nur über
eine zu diesem parallel geschaltete Drossel 7e erfolgen
kann. Mit dieser Kombination aus der Drossel 7e und dem
hierzu parallel geschalteten Rückschlagventil 7d kann somit
eine Verlagerung des Kolbens 7a aus der Position 3a in
die Position 3b wesentlichen schneller und kurzfristiger
erfolgen als die umgekehrte und folglich demgegenüber zeitverzögerte Verlagerung
aus der Position 3b in die Position 3a.
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Die
Wirkungsweise dieser Vorrichtung 1 ist somit wie folgt:
Üblicherweise
ist der Schieber 3 in der figürlich dargestellten Position 3a gehalten,
so dass diese Vorrichtung 1 dem in der Hauptleitung 2 (=
Rücklaufleitung 18 aus 1)
im wesentlichen konstant strömenden
Hydraulik-Fluid keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Mit
einer im wesentlichen schlagartigen Vergrößerung des Volumenstromes und/oder
Druckes des Hydraulik-Fluids im Zufluss 2a stellt sich
an der Fest-Blende 6 eine erhebliche Druckdifferenz ein,
die bewirkt, dass aufgrund des daraus resultierenden Druckunterschiedes
in bzw. zwischen den Steuerleitungen 5a und 5b der
Schieber 3 durch diese Druckdifferenz in die Position 3b verlagert
wird. Dies erfolgt – wie
bereits geschildert wurde – binnen
einer relativ kurzen Zeitspanne. Wenn die Volumenstrom- und oder
Druckspitze stromauf der Fest-Blende 6 nicht mehr vorliegt,
wird die Druckunterschied zwischen den Steuerleitungen 5a und 5b reduziert,
wonach der Schieber 3 durch die Kraft der Druckfeder 4 wieder
in die figürlich
dargestellte Position 3a bewegt wird. Dies erfolgt jedoch unter
Einwirkung des bereits erläuterten
Verzögerungsgliedes 7 erheblich
langsamer, so dass die Reduzierung der Drosselwirkung in der Vorrichtung 1 eine
längere
Zeitspanne in Anspruch nimmt.
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2b zeigt
ebenfalls stark abstrahiert eine mögliche Ausführungsform, die nach der Prinzipdarstellung
gemäß 2a arbeitet,
wobei gleiche Bezugsziffern für
gleiche Elemente stehen. Anstelle des Schiebers 3 in 2a ist
hier ein in einem geeignet gestalteten Gehäuse 8 linear gemäß Pfeilrichtung 11 verlagerbarer
sog. Drosselkolben 3' vorgesehen. Dieser
Drosselkolben 3' ist
in 2b in der nicht drosselnden Position 3a aus 2a dargestellt,
wobei durch den Ringspalt 3a' zwischen
der rechten Stirnseite des Drosselkolbens 3' und dem Gehäuse 8 hindurch das über den
Zufluss 2a in das Gehäuse 8 eingeleitete
Hydraulik-Fluid im wesentlichen ungehindert hindurchströmen kann,
um danach über
den Abfluss 2b aus dem Gehäuse 8 abgeführt zu werden. Wird
jedoch der Drosselkolben 3' aufgrund
einer erheblichen Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen 5b und 5a,
die sich bei schlagartiger Volumenstromerhöhung im Zufluss 2a aufgrund
der Fest- Blende 6 (oder
dgl.) einstellt, nach rechts verschoben, so wird hierdurch der Ringspalt 3a' zunehmend verringert
und schließlich
verschlossen, wonach Hydraulik-Fluid nur mehr über eine im Drosselkolben 3' vorgesehene
und mit einer Drossel 3b' versehene
Drosselleitung 9 vom Zufluss 2a zum Abfluss 2b gelangen
kann. Dann befindet sich der Drosselkolben 3' in einer Position, die der Position 3b aus 2b entspricht.
Eine Rückverlagerung
des Drosselkolbens 3' aus
dieser Position 3b in die figürlich dargestellte Position 3a erfolgt
mit Abbau der Druckdifferenz in den Steuerleitungen 5a, 5b abermals
unter Einwirkung einer Druckfeder 4, wobei diese Rückverlagerung
unter Einwirkung eines Verzögerungsgliedes 7,
das analog demjenigen aus 2a gestaltet
ist, zeitlich verzögert
erfolgt. Wie ersichtlich, ist auch hier der Drosselkolben 3' geeignet mit
einem in einem Zylinder 7b geführten Kolben 7a mechanisch verbunden.
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2c zeigt
ein weiteres, zweites nach dem anhand von 2a erläuterten
Grundprinzip arbeitendes Ausführungsbeispiel.
Auch hier sind wieder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet. Innerhalb eines den Zufluss 2a sowie den Abfluss 2b aufweisenden
Ventilgehäuses 21 ist
ein den Abfluss 2b bildender, hohlzylindrischer sog. Abfluss-Stutzen 22 vorgesehen,
in dessen Wand hier vier Durchbrüche 24 vorgesehen
sind, durch die Hydraulikfluid, das über den Zufluss 2a in
das Ventilgehäuse 21 gelangt,
in den Innenraum des Abfluss-Stutzens 22 und somit zum
Abfluss 2b gelangen kann. Auf dem Abfluss-Stutzen 22 ist
ein hohlzylindrischer. Kolben 23 gemäß Pfeilrichtung 11 verschiebbar
geführt,
derart, dass dieser Kolben 23 mit seiner Kolbenwand die
(vier) Durchbrüche 24 entweder
völlig
freihalten oder annähernd
vollständig
abdecken und somit nahezu vollständig
verschließen kann.
Dieser Kolben 23 wirkt somit analog dem Drosselkolben 3' aus 2b.
Dabei wird der Kolben 23 durch eine Druckfeder 4,
die zwischen dem linksseitigen, den Kolben 23 auch führenden
Ende des Abfluss-Stutzens 22 und der Innenseite der Stirnwand des
Kolbens 23 eingespannt ist, in der die Durchbrüche 24 freigebenden
Position gehalten.
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Im
Innenraum 23a des hohlzylindrischen Kolbens 23 ist
ein des weiteren vom zum Kolben-Innenraum 23a hin geschlossenen
Abflussstutzen 22 begrenzter Arbeitsraum 25 gebildet,
der die Funktion des in 2a mit
der Bezugsziffer 7c gekennzeichneten Arbeitsraums übernimmt,
wie im weiteren noch näher
erläutert
wird. Ebenso fungiert der Kolben 23 nicht nur analog dem
Drosselkolben 3' aus 2b, sondern
zusätzlich
analog dem ein Bestandteil des sog. Verzögerungsglieds 7 aus 2a bildenden Kolben 7a aus 2a,
wie im weiteren noch ersichtlich wird. Über zwei in der Wand des Kolbens 23 vorgesehene,
hier einander diametral gegenüberliegende
sog. Ausgleichsbohrungen 26a, 26b steht der Arbeitsraum 25 (bzw. 7c)
in hydraulischer Verbindung mit dem Innenraum 21a des Ventilgehäuses 21.
Eine der beiden Ausgleichsbohrungen, nämlich die in 2c obere
Ausgleichsbohrung 26a ist von einem außenseitig an der Kolbenwand
befestigten sog. Ventilplättchen 27 verschließbar. Dieses
Ventilplättchen 27 übernimmt – wie noch
ersichtlich wird – die Funktion
des Rückschlagventils 7d in 2a.
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Wie
ersichtlich ist der Kolben 23 derart im Innenraum 21a des
Ventilgehäuses 21 gelagert,
dass er mit seiner Stirnseite dem Zufluss 2a zugewandt nahe
der Mündung
des Zuflusses 2a im Innenraum 21a liegt. Eine
schlagartige Druck- und oder Volumenstromerhöhung des über den Zufluss 2a herangeführten Hydraulikmediums
bewirkt somit, dass der Kolben 23 ausgehend von seiner
figürlich
dargestellten Position unter diesem Druckeinfluss bzw. aufgrund
des Volumenstrom-Impulses nach rechts verschoben wird und dabei
die Durchbrüche 24 teilweise verschließt. Hiermit
erfolgt also die gewünschte
Verstärkung
der Drosselwirkung. Mit dieser Verschiebebewegung wird gleichzeitig
Hydraulikmedium, welches sich zunächst im Arbeitsraum 25 (bzw. 7c)
befand, über
die Ausgleichsbohrungen 26a, 26b nach außen in den
Innenraum 21a des Ventilgehäuses 21 verdrängt, wobei
hier das Ventilplättchen 27 kein nennenswertes
Hindernis darstellt. Wenn anschließend hieran der Druck oder
Volumenstrom im Zufluss 2a abnimmt, wird der Kolben 23 durch
die Kraft der Druckfeder 4 wieder nach links in die figürlich dargestellte
Position verschoben und die Drosselwirkung an den Durchbrüchen 24 somit
deutlich verringert. Jedoch erfolgt diese Verschiebebewegung des
Kolbens 23 nach links (und somit die Verringerung der Drosselwirkung)
erheblich langsamer als die zuvor erfolgte Verschiebung des Kolbens 23 nach
rechts (sowie die damit verbundene Verstärkung der Drosselwirkung).
Ursächlich
hierfür
ist, dass mit der Verschiebebewegung nach links der Arbeitsraum 25 (bzw. 7c)
wieder mit Hydraulikmedium befüllt
werden muss, was nun jedoch nur über
eine der beiden Ausgleichsbohrungen, nämlich über die untere Ausgleichsbohrung 26b erfolgen
kann, da die obere Ausgleichsbohrung 26a hierbei vom Ventilplättchen 27 verschlossen
wird. Im Sinne einer vorteilhaften Funktionsvereinigung ist bei
diesem Ausführungsbeispiel nach 2c somit
das sog. Verzögerungsglied 7 aus 2a, 2b in
den Kolben 23, der gleichzeitig die Funktion des Drosselkolbens 3' aus 2b sowie diejenige
des Kolbens 7a aus 2a übernimmt,
integriert.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
nach 2c ist ferner im Kolben 23 eine Schraube 28 vorgesehen,
mit Hilfe derer der maximale Kolbenweg, d.h. der maximale Verschiebeweg
des Kolbens 23 ausgehend aus der figürlich dargestellten Position nach
rechts begrenzbar ist. Diese Schraube 28 kommt mit ihrem
freien Ende nämlich
in derjenigen Position des Kolbens 23, in der dieser die
Durchbrüche 24 nahezu
vollständig überdeckt,
zum Anschlag an das freie Ende des Abflussstutzens 22.
Indem die Schraube 28 unterschiedlich weit in den Kolben 23 hineingeschraubt
ist, ist dieser Anschlag für
den Kolben 23 und somit die erzielbare Verstärkung der Drosselwirkung
gezielt veränderbar.
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Andersartig
als die soweit erläuterten
Ausführungsbeispiele
arbeitet das im weiteren anhand der Figurenfolge 3a–3d erläuterte dritte
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigt 3a eine
räumliche
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 (vgl. 1),
wobei ein die dargestellten Elemente dieser Vorrichtung 1 umhüllendes Gehäuse, welches
selbstverständlich auch
zur Vorrichtung 1 gehört,
ebenso weggelassen ist wie Details zum Zufluss 2a in das
sowie zum Abfluss 2b aus dem Gehäuse. In den 3b bis 3d sind
unterschiedliche Zustände
oder Positionen dargestellt, die sich ergeben, wenn ausgehend von
einer geringen Drosselwirkung der Vorrichtung 1 diese Drosselwirkung
zunächst
vergrößert und
danach zeitverzögert
wieder verringert wird.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß 3a ff.
besteht aus einem ersten Drosselglied 31, das (bezüglich einer
Zylinderachse 30) zylindrisch hülsenförmig ausgebildet ist und gegenüber einem
in einem umgebenden, nicht dargestellten Gehäuse fest angebrachten Führungsglied 33 längsverschiebbar
ist und mit einer auf seiner Außenwand
vorgesehenen Hauptsteuerkante 31a in Zusammenwirken mit
einem im besagten Gehäuse
vorgesehenen (ebenfalls nicht dargestellten) Steuersteg einen folglich
ebenfalls nicht sichtbaren ersten Steuerquerschnitt bestimmt. Die linksseitige
nicht sichtbare Stirnseite des Drosselgliedes 31 ist geschlossen,
so dass von links gemäß Pfeil 2a in
das nicht dargestellte, unter anderem das Drosselglied 31 unter
Abstand umhüllende
Gehäuse einströmendes Hydraulikfluid
das Drosselglied 31 umströmen muss, was solange möglich ist,
als sich dieses Drosselglied 31 gegenüber dem Führungsglied 33 in
der in 3b dargestellten Position befindet.
In diesem Zustand kann das Hydraulikfluid dann unter außenseitigem
Umströmen
der Hauptsteuerkante 31a sowie durch Umströmen des
Führungsgliedes 33 (wozu
zwischen dessen Außenbereich und
der Innenwand des Gehäuses
geeignete Überströmstellen
vorgesehen sind) zum Abfluss 2b aus dem Gehäuse gelangen.
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Neben
dem ersten Drosselglied 31 ist ein zweites Drosselglied 32 vorhanden,
das gegenüber dem
ersten Drosselglied 31 beweglich, konkret in Richtung der
Zylinderachse 30 längsverschiebbar
ist, wobei auch das zweite Drosselglied 32 zylindrisch hülsenförmig ausgebildet
und abschnittsweise innerhalb des ersten Drosselglieds 31 geführt ist,
so dass das zweite Drosselglied 32 grundsätzlich gegenüber dem
ersten Drosselglied 31 auch um die gemeinsame Zylinderachse 30 verdrehbar
wäre. Jedoch
weist das zweite Drosselglied 32 wie ersichtlich außenseitig
von seiner rechtsseitigen Stirnseite nach links, d.h. zum ersten
Drosselglied 31 hin abragende an ihren freien Enden abgeschrägte Zahnflanken 32a auf, mit
denen dieses zweite Drosselglied 32 in entsprechenden Führungsnuten
in der Innenwand des Führungsglieds 33 geführt und
somit an einer Drehbewegung gehindert ist, jedenfalls solange, als
sich die Zahnflanken 32a des zweiten Drosselglieds 32 in
diesen entsprechenden Führungsnuten
befinden, so wie dies im Zustand bzw. in der Position nach 3b der Fall
ist.
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In
den genannten Führungsnuten
des Führungsglieds 33 ist
im übrigen
auch das erste Drosselglied 31 mit an dessen rechtsseitigem
Ende vorgesehenen Zahnflanken 31b, deren Enden komplementär zu den
Zahnflanken 32a abgeschrägt sind, geführt und
somit gegen Verdrehen gesichert, und zwar unabhängig von den möglichen
Positionen des ersten Drosselglieds 31 relativ zum Führungsglied 33.
Im Zustand nach 3b und im Zustand nach 3c ist
das zweite Drosselglied 32 dabei mit seinen Zahnflanken 32a auf
den Zahnflanken 31b in Richtung der gemeinsamen Zylinderachse
betrachtet abgestützt. Im übrigen sind
die Führungsnuten
im Führungsglied 33 an
dessen rechtsseitigem, den Zahnflanken 32a des zweiten
Drosselglied 32 zugewandten Ende in Umfangsrichtung betrachtet
ebenfalls durch Zahnflanken 33a des Führungsglieds 33 begrenzt,
wobei diese Zahnflanken 33a ebenso komplementär zu den Zahnflanken 32a des
zweiten Drosselglieds 32 abgeschrägt sind, wie die Zahnflanken 31b des
ersten Drosselglieds 31. Dabei kann sich das zweite Drosselglied 32 mit
seinen Zahnflanken 32a auch auf den Zahnflanken 33a des
Führungsglieds 33 abstützen, wie
die 3c, 3d zeigen und wie an späterer Stelle
noch näher
erläutert
wird.
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Linksseitig
der sog. Hauptsteuerkante 31a und somit auf deren dem Zufluss 2a zugewandten Seite
sind in der Wand des ersten Drosselglieds 31 mehrere Durchtrittsöffnungen 34a vorgesehen.
Auch in der Wand des zweiten Drosselglieds 32 sind an dessen
linksseitigem Ende mehrere Durchtrittsöffnungen 34b vorgesehen,
die im Zustand nach den 3c, 3d zumindest
teilweise mit den Durchtrittsöffnungen 34a im
ersten Drosselglied 31 zur Deckung kommen, während im
Zustand nach 3b keine Überdeckung dieser Durchtrittsöffnungen 34a, 34b vorliegt.
Diese Durchtrittsöffnungen 34a, 34b bilden
somit einen zweiten Steuerquerschnitt, der beim Zustand nach 3c öffnet und
der sich beim Zustand nach 3d kurz
vor dem Schließzustand
befindet. Im geöffneten
Zustand dieses zweiten Steuerschnitts kann Hydraulik-Fluid, das über den
Zulauf 2a in das bereits genannte (nicht dargestellte)
Gehäuse eingetreten
ist, durch die Durchtrittsöffnungen 34a und 34b hindurch
in den Innenraum des zumindest rechtsseitig offenen hülsenförmigen zweiten
Drosselglieds 32 gelangen und somit aus dessen rechtsseitiger Öffnung 32b zum
Abfluss 2b hin abströmen.
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Der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt ist/sind in den 3a–3d nicht
nur das umgebende Gehäuse,
sondern auch Federelemente, mit denen sowohl das erste Drosselglied 31 als
auch das zweite Drosselglied 32 in den Figurendarstellungen nach
links gedrückt
werden. Vom Zufluss 2a, d.h. von links her kommendes Hydraulik-Fluid
versucht hingegen, die Drosselglieder 31, 32 gegen
die Kraft des oder der Federelemente, dessen/deren Vorspannkraft
im übrigen
einstellbar, d.h. veränderbar
sein kann, entsprechend der Durchströmrichtung nach rechts in Richtung
zum Abfluss 2b zu bewegen.
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Damit
ist die Funktionsweise dieser Vorrichtung 1 gemäß der Figurenfolge 3a–3d wie
folgt:
Üblicherweise
befinden sich das erste Drosselglied 31 und das zweite
Drosselglied 32 in der in 3b figürlich dargestellten
Position relativ zum Führungsglied 33,
wobei das zweite Drosselglied 32 mit seinen Zahnsegmenten 32a wie
bereits erwähnt
auf den Zahnsegmenten 31b des ersten Drosselglieds 31 aufsitzt.
Ein Umströmen
der beiden Drosselglieder 31, 32 sowie des Führungsglieds 33 mit über den
Zulauf 2a herangeführten
und im wesentlichen konstant strömenden
Hydraulik-Fluid innerhalb des nicht dargestellten Gehäuses ist
somit wie bereits erwähnt möglich, wobei
diesem Fluidstrom kein nennenswerten Widerstand entgegengesetzt
wird.
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Mit
einer im wesentlichen schlagartigen Vergrößerung des Volumenstromes und
aufgrund des Durchflusswiderstands des ersten, durch die Hauptsteuerkante 31a gebildeten
Steuerquerschnitts folglich ansteigendem Druck des Hydraulik-Fluids
im Zufluss 2a wird das erste Drosselglied 31 und
zusammen mit diesem das zweite Drosselglied 32 in Strömungsrichtung
(in den Figurendarstellungen nach rechts) verschoben, bis die Hauptsteuerkante 31a des
ersten Drosselglieds 31 im Zusammenwirken mit dem bereits
genannten Steuersteg des Gehäuses den
genannten ersten Steuerquerschnitt verschließt. Dies führt zu einem weiteren Druckaufbau
stromauf des ersten Drosselglieds 31, wodurch dieses zusammen
mit dem zweiten Drosselglied 32 weiter in Strömungsrichtung
nach rechts verschoben wird, was möglich ist, da die Hauptsteuerkante 31a am
genannten Steuersteg nicht anschlägt, sondern passgenau innerhalb
diesem weiterbewegt werden kann. Dies erfolgt solange, bis die Zahnsegmente 32a des
zweiten Drosselglieds 32 aus ihren Führungsnuten im Führungsglied 33 rechtsseitig
hinausgeschoben werden. Hierdurch wird unter Einwirken der Kraft
eines bereits genannten Federelements (nicht gezeigt) und aufgrund
der abgeschrägten
Zahnflanken 33a des Führungsglieds 33 das
zweite Drosselglied 32, dessen Zahnflanken 32a sich
dann auf den Zahnflanken 33a abstützen, wie in 3c dargestellt
gegenüber dem
Führungsglied 33 und
insbesondere auch gegenüber
dem ersten Drosselglied 31 geringfügig verdreht. Mit dieser Verdrehbewegung
wird der bereits genannte zweite Steuerquerschnitt, der durch die beiden
bereits erläuterten
Durchtrittsöffnungen 34a, 34b im
ersten Drosselglied 31 bzw. im zweiten Drosselglied 32 gebildet
wird, geöffnet.
Hierdurch kann vor den Drosselgliedern 31, 32 aufgestautes
Hydraulik-Fluid abgeführt
werden, jedoch aufgrund der Dimensionierung dieses zweiten Steuerquerschnitts
erheblich langsamer als das Schließen dieser Drosselglieder bzw.
genauer des Drosselglieds 31 erfolgt, so dass der Druckabbau gegenüber dem
Schließen nennenswert
zeitverzögert
erfolgt. Mit diesem zeitverzögerten
Druckabbau wird das erste Drosselglied 31 unter Federkrafteinfluss
wieder nach links gegen Strömungsrichtung
bewegt, wodurch der erste Steuerquerschnitt geöffnet wird. Gleichzeitig wird
das zweite Drosselglied 32 noch geringfügig weiterverdreht (vgl. Zustand
gemäß 3d im
Vergleich zu demjenigen nach 3c), wobei
der zweite Steuerquerschnitt dann wieder geschlossen wird, zumindest
dann, wenn die Zahnflanken 32a des zweiten Drosselgliedes 32 wieder
in die Führungsnuten
des Führungsgliedes 33 eintauchen
können,
so dass letztlich der Ausgangszustand nach 3b wieder hergestellt
wird.
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Zusammenfassend
sind bei diesem dritten Ausführungsbeispiel
somit ein erstes unter Einwirkung von zunehmendem Volumenstrom und/oder Druck
in Verbindung mit einem ersten Steuerquerschnitt wirksam werdendes
Drosselglied 31 sowie ein zweites gegenüber dem ersten Drosselglied 31 bewegbares
zweites Drosselglied 32 vorgesehen, wobei das zweite Drosselglied 32 bei
durch das erste Drosselglied 31 im wesentlichen geschlossenem
ersten Steuerquerschnitt durch den stromauf des ersten Steuerquerschnitts
ansteigenden Druck in eine Position verlagert wird, in der ein zweiter,
zwischen dem ersten und dem zweiten Drosselglied vorgesehener zunächst geschlossener
Steuerquerschnitt geöffnet wird,
so dass über
diesen zweiten Steuerquerschnitt vor dem ersten Drosselglied 31 aufgestautes
Hydraulikmedium abströmen
kann. Danach gelangt das erste Drosselglied 31 wieder in
seine den ersten Steuerquerschnitt freigebende Ausgangsposition und
das zweite Drosselglied 32 in eine den zweiten Steuerquerschnitt
im wesentlichen sperrende Position.
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Dabei
ist das erste Drosselglied 31 zylindrisch hülsenförmig ausgebildet
und gegenüber
einem in einem umgebenden Gehäuse
vorgesehenem Führungsglied 33 längsverschiebbar
und bestimmt mit einer auf seiner Außenwand vorgesehenen Hauptsteuerkante 31a in
Zusammenwirken mit einem im Gehäuse
vorgesehenen Steuersteg den ersten Steuerquerschnitt, während das
zweite Drosselglied 32 innerhalb des ersten Drosselglieds 31 längsverschiebbar
und verdrehbar geführt
ist, wobei jedoch das zweite Drosselglied 32 durch am Führungsglied 33 vorgesehene
Zahnflanken 33a bzw. zwischen diesen liegende Führungsnuten
im Zusammenwirken mit (Gegen-)Zahnflanken 32a des zweiten
Drosselglieds 32 solange an einer Verdrehung gehindert wird,
bis der zweite Steuerquerschnitt für eine gewisse Zeitspanne freigegeben
ist, wonach das zweite Drosselglied 32 sich mit den freien
abgeschrägten Enden
seiner (Gegen-)Zahnflanken 32a auf den freien komplementär und im
Drehsinn des zweiten Drosselglieds 32 abgeschrägten Enden
der Zahnflanken 33a des Führungsglieds 33 abstützend soweit
verdreht wird, bis die (Gegen-)Zahnflanken 32a des zweiten
Drosselglieds 32 zwischen die Zahnflanken 33a des
Führungsglieds 33 in
die dort gebildeten Führungsnuten
gelangen, wonach das zweite Drosselglied 32 relativ zum
Führungsglied 33 und
zum ersten Drosselglied 31 unter Federkrafteinfluss in seine
den zweiten Steuerquerschnitt im wesentlichen sperrende Position
gelangt.
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Die
vorstehend beschrieben Ausführungsbeispiele
stellen lediglich bevorzugte mögliche
Ausführungsformen
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Verhindern von kavitationsartigen Vorgängen in einem Hydraulikkreislauf,
insbesondere in einem hydraulischen Servolenksystem eines Kraftfahrzeugs,
dar, welche dadurch gekennzeichnet ist, das bei schlagartiger Volumenstrom-
oder Druckzunahme schnell eine starke Drosselwirkung aufgebaut wird,
die demgegenüber
deutlich zeitverzögert
nach Druckabbau wieder im wesentlichen aufgehoben wird. Dabei können eine
Vielzahl von Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen
gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.