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Die
Erfindung betrifft eine Baugruppe, die eine Welle und ein hülsenförmiges
Dichtelement mit einer ersten innenseitig umlaufenden Dichtlippe
und einer zweiten innenseitig umlaufenden Dichtlippe umfaßt,
wobei die Dichtlippen im wesentlichen dicht an der Welle anliegen,
und wobei die Welle von der ersten Dichtlippe radial stärker
beaufschlagt ist als von der zweiten Dichtlippe.
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Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Servoventil mit hydraulischer
Reaktion, das einen als Druckkammer ausgebildeten hydraulischen
Reaktionsraum, eine Ventilwelle und ein Dichtelement umfaßt.
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Die
grundsätzliche Funktionsweise eines Servoventils, 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 Servoventil 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
und dem Öffnungsquerschnitt einer Blende im Rücklauf
baut sich ein Druck im Reaktionsraum auf bzw. ab und beeinflußt
die Kennlinie des Servoventils. Ein Abschneideventil begrenzt den Druck
in der Reaktionskammer auf etwa 3 bis 7 bar. Zur Aufnahme des Abschneideventils
ist beispielsweise am Gehäuse des Servoventils ein zylinderförmiges
Element angegossen, oder das Abschneideventil ist alternativ in
der Ventilwelle, in einem Reaktionskolben oder in einer Steuerhülse
des Servoventils angeordnet, vorzugsweise in diese Bauteile eingepreßt.
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Da
die Herstellung und Montage des Abschneideventils einen nicht zu
vernachlässigenden Kostenfaktor darstellt, gibt es Bestrebungen,
den Aufwand für eine Begrenzung des Drucks in der Reaktionskammer
zu senken.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Realisierung einer Druckbegrenzungsfunktion
für druckbeaufschlagte Baugruppen mit einfachen Mitteln,
konkreter die Schaffung eines Servoventil mit hydraulischer Reaktion,
bei dem der Druck in der Reaktionskammer mit besonders geringem
Herstellungs- und Montageaufwand auf einen vorbestimmbaren Wert
begrenzt werden kann.
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Im
allgemeinen wird die Aufgabe durch eine Baugruppe der eingangs genannten
Art gelöst, bei der die Welle wenigstens abschnittsweise
eine Hohlwelle ist, die zwischen einer ersten Kontaktfläche
mit der ersten Dichtlippe und einer zweiten Kontaktfläche mit
der zweiten Dichtlippe eine radiale Bohrung aufweist. Infolge der
unterschiedlich starken, radialen Beaufschlagung der Dichtlippen
gegen die Welle, löst sich die zweite Dichtlippe ab einer
vorbestimmbaren Beanspruchung von der Welle und ermöglicht
eine Verbindung zur radialen Bohrung in der Welle. Die radial stärker
beaufschlagte erste Dichtlippe gewährleistet dabei nach
wie vor einen zuverlässigen und dichten Ringkontakt zwischen
dem Dichtelement und der Welle. Falls die radiale Bohrung mit einem
im wesentlichen drucklosen Gas- oder Fluidreservoir in Verbindung
steht, kann die Beanspruchung der zweiten Dichtlippe, beispielsweise
infolge eines Gas- oder Fluiddrucks, über die radiale Bohrung
in der Welle abgebaut werden, so daß auch die (elastische) zweite
Dichtlippe wieder dichtend an der Welle anliegt.
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In
einer Ausführungsform weist das Dichtelement eine erste,
der ersten Dichtlippe zugeordnete Ringfeder und eine zweite, der
zweiten Dichtlippe zugeordnete Ringfeder auf, wobei die Ringfedern
die Dichtlippen radial gegen die Welle beaufschlagen. Die Kraft,
mit der die Dichtlippen radial gegen die Welle beaufschlagt werden,
ist somit über die entsprechenden Ringfedern einfach und
präzise einstellbar.
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Die
Welle und das Dichtelement mit seinen beiden Dichtlippen können
einen Ringraum definieren, der über die radiale Bohrung
mit einem Hohlraum im Inneren der Welle in Verbindung steht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform trennt die erste Dichtlippe
den Ringraum von einer Umgebung, und die zweite Dichtlippe trennt
den Ringraum von einer Druckkammer. Dabei gewährleistet
die radial stärker beaufschlagte, erste Dichtlippe die
Dichtigkeit zwischen dem Ringraum und der Umgebung, wohingegen die
radial schwächer beaufschlagte, zweite Dichtlippe zwar
bis zu einer vorgegebenen Beanspruchung die Druckkammer vom Ringraum trennt,
bei Überschreitung der vorgegebenen Beanspruchung jedoch
eine Verbindung zwischen Ringraum und Druckkammer herstellt, so
daß über die radiale Bohrung in der Welle eine
Druckentlastung der Druckkammer stattfinden kann.
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Besonders
bevorzugt weist das Dichtelement bei in der Druckkammer auftretendem
Druck eine Druckbeaufschlagungsfläche auf, deren resultierende
Kraft die zweite Dichtlippe von der Welle weg beaufschlagt. Die
aus dem Druck auf die Druckbeaufschlagungsfläche resultierende
Kraft wirkt einer Anpreßkraft des Dichtelements, mit der
die zweite Dichtlippe radial gegen die Welle beaufschlagt ist, entgegen. Über
die Anpreßkraft der zweiten Dichtlippe und die Ausgestaltung
der Druckbeaufschlagungsfläche kann somit derjenige Druckkammer-Innendruck,
ab dem der Ringraum mit der Druckkammer in Verbindung stehen soll,
präzise eingestellt werden.
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Vorzugsweise
ist die zweite Dichtlippe ab diesem vorbestimmbaren Druck in der
Druckkammer wenigstens abschnittsweise von der Welle beabstandet,
so daß die Druckkammer mit dem Ringraum und der radialen
Bohrung in Strömungsverbindung steht. Der Druck in der
Druckkammer kann dann über die radiale Bohrung wieder bis
auf den vorbestimmbaren Druck abgesenkt werden, bei dem die zweite
Dichtlippe wieder dichtend an der Welle anliegt und die Druckkammer
vom Ringraum getrennt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist das hülsenförmige
Dichtelement zum Schutz der ersten Dichtlippe eine innenseitig umlaufende
Staublippe auf, wobei die erste Dichtlippe in axialer Richtung zwischen
der Staublippe und der zweiten Dichtlippe liegt. Die Staublippe
bietet den Vorteil, daß die für die Dichtigkeit
verantwortliche erste Dichtlippe vor unerwünschten Umwelteinflüssen,
wie beispielsweise einer Verschmutzung, verschont bleibt, was sich
vorteilhaft auf die Dichtigkeit und Lebensdauer des Dichtelements
auswirkt.
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Im
konkreten Anwendungsfall eines Servoventils mit hydraulischer Reaktion
wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Servoventil
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Ventilwelle
eine radiale Bohrung aufweist, die Teil einer Rücklaufleitung für
Hydraulikfluid ist, wobei das Dichtelement eine erste innenseitig
umlaufende, gegen die Ventilwelle beaufschlagte Dichtlippe und eine
zweite innenseitig umlaufende, gegen die Ventilwelle beaufschlagte Dichtlippe
sowie eine Druckbeaufschlagungsfläche aufweist, deren resultierende
Kraft die zweite Dichtlippe radial von der Ventilwelle weg beaufschlagt,
so daß die zweite Dichtlippe, ab einem vorbestimmbaren
Druck im hydraulischen Reaktionsraum, wenigstens abschnittsweise
von der Ventilwelle beabstandet ist, und der Reaktionsraum über
die Rücklaufleitung mit einem Fluidreservoir in Verbindung
steht. Das sowieso notwendige Dichtelement zur Abdichtung zwischen
der Ventilwelle und dem Reaktionsraum erfüllt dabei neben
seiner eigentlichen Dichtungsfunktion gleichzeitig eine Druckbegrenzungsfunktion
für den Reaktionsraum. Auf ein separat zu fertigendes und
am Servoventil zu montierendes Abschneideventil kann somit verzichtet
werden. Demgegenüber steht lediglich ein geringer Mehraufwand beim
Herstellen des Dichtelements, welches mit einer zweiten Dichtlippe
ausgeführt sein muß.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt
ist.
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Die
einzige Figur zeigt dabei einen Längsschnitt durch eine
erfindungsgemäße Baugruppe, genauer durch einen
Teil eines erfindungsgemäßen Servoventils mit
hydraulischer Reaktion.
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In
der Figur ist ein Servoventil 10 mit hydraulischer Reaktion
dargestellt, das eine (Ventil-)Welle 12, ein Dichtelement 14,
ein Gehäuse 16 und ein hydraulisches Reaktionsmodul 18 umfaßt,
wobei diese Bauteile einen als Druckkammer 20 ausgebildeten, hydraulischen
Reaktionsraum definieren.
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Die
Ventilwelle 12 ist als Hohlwelle ausgeführt und
weist zwei radiale Bohrungen 22 auf, die in einen Hohlraum 21 im
Inneren der Ventilwelle 12 münden, der mit einem
Fluidreservoir 23 in Verbindung steht.
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Das
Dichtelement 14 ist hülsenförmig ausgebildet
und zwischen der Ventilwelle 12 und dem Gehäuse 16 angeordnet,
wobei das Dichtelement 14 außenseitig umlaufend
und im wesentlichen dicht am Gehäuse 16 anliegt.
Innenseitig weist das Dichtelement 14 eine erste umlaufende
Dichtlippe 24 und eine zweite umlaufende Dichtlippe 26 auf,
wobei die Dichtlippen 24, 26 im wesentlichen dicht
an der Ventilwelle 12 anliegen.
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Das
Dichtelement 14 weist eine erste, der ersten Dichtlippe 24 zugeordnete
Ringfeder 28 und eine zweite, der zweiten Dichtlippe 26 zugeordnete Ringfeder 30 auf,
wobei die Ringfedern 28, 30 die Dichtlippen 24, 26 radial
gegen die Welle 12 beaufschlagen, so daß die Ventilwelle 12 mit
der ersten Dichtlippe 24 eine erste Kontaktfläche 32 und
mit der zweiten Dichtlippe 26 eine zweite Kontaktfläche 34 ausbildet.
Die radialen Bohrungen 22 befinden sich in axialer Richtung
gesehen zwischen der ersten Kontaktfläche 32 und
der zweiten Kontaktfläche 34. Da die radialen
Bohrungen 22 über den Hohlraum 21 im Inneren
der Ventilwelle 12 mit dem im wesentlichen drucklosen Fluidreservoir 23 in
Verbindung stehen, ist auch ein von der Ventilwelle 12 und
dem Dichtelement 14 definierter, umlaufender Ringraum 36 im
wesentlichen drucklos. Die erste Dichtlippe 24 trennt den
Ringraum 36 von einer Umgebung 38 des Servoventils 10,
wobei die erste Ringfeder 28 so ausgewählt ist,
daß sie die erste Dichtlippe 24 mit einer vorbestimmten
Kraft radial gegen die Ventilwelle 12 beaufschlagt. Dadurch
kann eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Ventilwelle 12 und
dem Dichtelement 14 bis zu einer ersten vorbestimmbaren
Druckbelastung des Dichtelements 14 (vorzugsweise etwa 30
bar) sichergestellt werden. Die zweite Dichtlippe 26 trennt
den Ringraum 36 von der Druckkammer 20 und wird
von der zweiten Ringfeder 30 radial gegen die Ventilwelle 12 beaufschlagt.
Die Geometrie des Dichtelements 14 und die Federstärke
der zweiten Ringfeder 30 sind dabei so gewählt,
daß die zweite Dichtlippe 26 bis zu einer zweiten
vorbestimmbaren Druckbelastung eine zuverlässige Abdichtung
zwischen der Ventilwelle 12 und dem Dichtelement 14 sicherstellt.
Die zweite vorbestimmbare Druckbelastung liegt vorzugsweise bei
etwa 5 bar. Die angegebenen Werte für die erste und zweite
vorbestimmbare Druckbelastung sind selbstverständlich nur
beispielhaft und können beliebig verändert werden,
wobei allerdings die erste vorbestimmbare Druckbelastung der ersten
Dichtlippe 24 vorzugsweise größer, wenigstens
aber genauso groß wie die zweite vorbestimmbare Druckbelastung
der zweiten Dichtlippe 26 ist.
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Auf
derjenigen Seite des Dichtelements 14, die der Druckkammer 20 zugewandt
ist, bildet das Dichtelement 14 eine Druckbeaufschlagungsfläche 40 aus,
die in ihrer Form einer Kegelstumpf-Mantelfläche entspricht.
Bei in der Druckkammer 20 auftretendem Druck entsteht im
Bereich der zweiten Dichtlippe 26 und der zweiten Ringfeder 30 eine
resultierende Kraft, die bezüglich einer Längsachse
A radial nach außen gerichtet ist. Diese resultierende
Kraft wirkt entgegen der Federkraft der zweiten Ringfeder 30 und
nimmt mit steigendem Druck in der Druckkammer 20 zu. Ab
einem vorbestimmbaren Druck in der Druckkammer 20 löst
sich die zweite Dichtlippe 26 von der Ventilwelle 12,
so daß die zweite Dichtlippe 26 wenigstens abschnittsweise
von der Ventilwelle 12 beabstandet ist, und die Druckkammer 20 über den
Ringraum 36, die radialen Bohrungen 22 und den
Hohlraum 21 im Inneren der Ventilwelle 12 mit dem
im wesentlichen drucklosen Fluidreservoir 23 in Strömungsverbindung
steht. In der Regel fällt dadurch der Druck im Inneren
der Druckkammer 20 ab, so daß auch die radial
nach außen gerichtete, resultierende Kraft geringer wird.
Bei Unterschreitung des vorbestimmbaren Drucks in der Druckkammer 20 fällt der
Betrag der radial gerichteten, resultierenden Kraft unter den Betrag
der Federkraft der zweiten Ringfeder 30, so daß die
elastische zweite Dichtlippe 26 wieder umlaufend und dichtend
an der Ventilwelle 12 anliegt und keine Druckentlastung über
die radialen Bohrungen 22 mehr stattfindet.
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Die
Funktion des Dichtelements 14 ist damit im Bereich seiner
zweiten Dichtlippe 26 analog zur Funktion eines Druckbegrenzungsventils
zu sehen.
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In
der Figur weist die Ventilwelle 12 zusätzlich
zu den radialen Bohrungen 22 eine radiale Drosselbohrung 42 auf, über
die der als Druckkammer 20 ausgebildete hydraulische Reaktionsraum
in ständiger Verbindung mit dem Fluidreservoir 23 steht.
Wird der Druckkammer 20 kein Druckmedium, beispielsweise
Hydraulikfluid, mehr zugeführt, ermöglicht die Drosselbohrung 42 ein
Absinken des Drucks in der Druckkammer 20 auf das im wesentlichen
drucklose Niveau des Fluidreservoirs 23. Über
den Drosselquerschnitt der Drosselbohrung 42 wird dabei
die Zeitdauer eingestellt, in der diese Druckanpassung stattfinden
soll.
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An
dem der Umgebung 38 des Servoventils 10 zugewandten
axialen Ende des Dichtelements 14 läßt
sich in der Figur eine Staublippe 44 erkennen, welche die
erste Dichtlippe 24 vor Verschmutzung schützt.
Verunreinigungen und Ablagerungen im Bereich der Dichtlippen 24, 26,
könnten die Dichtigkeit beeinträchtigen und würden
die Lebensdauer des Dichtelements 14 herabsetzen. Da die
Staublippe 44 nicht zur Abdichtung, sondern im wesentlichen
zum Schutz der ersten Dichtlippe 24 vorgesehen ist, liegt die
Staublippe 44 zwar im wesentlichen dicht an der Ventilwelle 12 an,
ist aber in radialer Richtung kaum gegen die Ventilwelle 12 beaufschlagt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4201311
C1 [0003]
- - DE 10203384 A1 [0004]