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Die
Erfindung betrifft ein Abschneideventil, insbesondere für eine Servoventilbaugruppe
mit hydraulischer Reaktion, mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz und
eine erste Druckkammer aufweist, einem im Ventilgehäuse beweglichen
Ventilkörper,
der bei in der ersten Druckkammer vorhandenem Hydraulikdruck vom
Ventilsitz weg beaufschlagt ist, einer Ventilfeder, die den Ventilkörper gegen
den Ventilsitz beaufschlagen kann, und einem Widerlager für die Ventilfeder.
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Derartige
Abschneideventile sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden
beispielsweise in Servoventilbaugruppen mit hydraulischer Reaktion
eingesetzt. Diese Servoventilbaugruppen weisen einen hydraulischen
Reaktionsraum auf, dessen Innendruck beispielsweise abhängig von
der Fahrzeuggeschwindigkeit steuerbar ist. Tendenziell liegt der
Innendruck bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. beim Parkieren)
sehr niedrig, etwa im Bereich des Atmosphärendrucks, um eine große hydraulische
Lenkunterstützung
zu erreichen, wohingegen bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten (z.
B. Autobahnfahrt) ein großer
Innendruck eingestellt wird, um eine relativ kleine hydraulische
Lenkunterstützung
zu erreichen. In der Regel steht der hydraulische Reaktionsraum
mit einem Abschneideventil in Verbindung, wobei das Abschneideventil
sicherstellt, daß der
Innendruck im hydraulischen Reaktionsraum einen vorbestimmten Maximalwert
nicht überschreitet
und somit eine hydraulische Mindest-Lenkunterstützung gewährleistet ist. Vorzugsweise
ist in das Abschneideventil eine permanente Drossel integriert, über die
ein im hydraulischen Reaktionsraum vorhandener Druck unabhängig von
einer Ventilstellung des Abschneideventils abgebaut werden kann.
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Ein
Fluidfluß durch
den hydraulischen Reaktionsraum und das Abschneideventil ist bei
Servoventilbaugruppen mit hydraulischer Reaktion zum Erreichen der
gewünschten
Ventilkennlinie des Servoventils zwar notwendig, stellt hydraulisch
gesehen jedoch einen Strömungsverlust
für die
eigentliche Lenkunterstützung
dar. Um diesen Strömungsverlust zu
minimieren, muß insbesondere
der Querschnitt der permanenten Drossel im Abschneideventil verkleinert
werden. Aufgrund eines verkleinerten Drosselquerschnitts kann das
Hydraulikfluid jedoch nicht mehr so schnell aus dem hydraulischen
Reaktionsraum abfließen,
was in einigen Lenksituationen zu einem unerwünschter Druckaufbau im hydraulischen Reaktionsraum
führt.
Wenn beispielsweise beim Parkieren ein den Reaktionsraum begrenzender
Reaktionskolben in Richtung zum Reaktionsraum verschoben wird und
das im Reaktionsraum befindliche Hydraulikfluid nicht schnell genug über die
Drossel im Abschneideventil abgeführt werden kann, so findet im
Reaktionsraum ein Druckaufbau statt, aus dem ein unerwünschter
Abfall der hydraulischen Lenkunterstützung beim Parkieren resultiert.
Bei kaltem Hydraulikfluid ist die Situation besonders kritisch,
da das Hydraulikfluid dann zäher
und dickflüssiger
wird, was insbesondere bei kleinen Drosselquerschnitten einen großen Einfluß auf den
Drosseldurchfluß hat.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Abschneideventil, insbesondere für eine Servoventilbaugruppe
mit hydraulischer Reaktion zu schaffen, dessen Durchflußquerschnitt
in einem weitgehend drucklosen Zustand des Abschneideventils ausreicht,
um einen unerwünschten
Druckaufbau am Abschneideventil zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Abschneideventil der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem das Widerlager für
die Ventilfeder als im Ventilgehäuse
bewegbarer Lagerkolben ausgebildet ist. Durch dieses bewegliche
Widerlager kann die Ventilfeder so entlastet werden, daß sie den
Ventilkörper
nicht mehr gegen den Ventilsitz beaufschlagt, wodurch das Abschneideventil
eine Öffnungsstellung mit
großem
Durchflußquerschnitt
einnimmt.
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In
einer Ausführungsform
weist das Ventilgehäuse
einen ersten Anschlag und einen zweiten Anschlag für den Lagerkolben
auf, wobei sich der Lagerkolben zwischen den beiden Anschlägen bewegen
kann. Mit diesen beiden Anschlägen
ist auf einfache Art und Weise einerseits die maximale Ventilkörperbewegung
bei entlasteter Ventilfeder und andererseits die Ventilfedervorspannung
einstellbar.
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Vorzugsweise
ist die Ventilfeder in einer ersten Lagerkolbenendposition entspannt,
und der Ventilkörper
ist vom Ventilsitz beabstandet. Das Abschneideventil befindet sich
in dieser ersten Lagerkolbenendposition somit in einer Öffnungsstellung, die
einen gewünschten
Fluiddurchfluß ermöglicht.
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In
einer zweiten Lagerkolbenendposition ist die Ventilfeder bevorzugt
vorgespannt und der Ventilkörper
gegen den Ventilsitz beaufschlagt. In dieser zweiten Lagerkolbenendposition übernimmt
das Ventil die Funktion eines herkömmlichen Abschneideventils,
da der Ventilkörper
von einer vorgespannten Ventilfeder gegen den Ventilsitz beaufschlagt
ist. Das Abschneideventil befindet sich also in einer Schließstellung
und nimmt erst dann seine Öffnungsstellung ein,
wenn ein entgegen der Federkraft gerichteter Druck die Federvorspannung übersteigt.
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Der
Lagerkolben definiert in einer weiteren Ausführungsform mit dem Ventilgehäuse eine
zweite Druckkammer. Somit läßt sich
die Lagerkolbenposition sehr leicht durch eine geeignete Druckbeaufschlagung
der zweiten Druckkammer festlegen.
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In
dieser Ausführungsform
kann der Lagerkolben bei in der zweiten Druckkammer vorhandenem
Hydraulikdruck in Richtung zum Ventilkörper beaufschlagt sein. Folglich
ist bei ausreichendem Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer
eine herkömmliche
Abschneideventilfunktion gewährleistet.
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Besonders
bevorzugt weisen die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer
im wesentlichen den gleichen Hydraulikdruck auf, wobei eine druckbeaufschlagte
Fläche
des Ventilkörpers kleiner
als eine druckbeaufschlagte Fläche
des Lagerkolbens ist. Die auf den Lagerkolben wirkende, resultierende
Kraft ist demzufolge stets größer als
die auf den Ventilkörper
wirkende, resultierende Kraft. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einem
Druckanstieg zuerst der Lagerkolben eine definierte Position, z.
B. eine Lagerkolbenendposition an einem Anschlag des Ventilgehäuses einnimmt
und erst danach eine weitere Ventilfunktion durch den Ventilkörper ausführbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Abschneideventil einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß auf, wobei
der Fluideinlaß und
der Fluidauslaß unabhängig von
der Position des Ventilkörpers über eine
Drossel in Strömungsverbindung
stehen. Diese Drossel erlaubt auch in einer Ventilschließstellung,
d. h. unterhalb des durch das Abschneideventil eingestellten Maximaldrucks,
einen geringen Fluidfluß,
so daß ein
allmählicher
Druckabbau bis hin zum Atmosphärendruck
möglich
ist.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Servoventilbaugruppe mit hydraulischer
Reaktion, die ein Servoventil, einen hydraulischen Reaktionsraum
und ein erfindungsgemäßes Abschneideventil
aufweist, wobei der hydraulische Reaktionsraum mit der ersten Druckkammer
und der zweiten Druckkammer des Abschneideventils verbunden ist.
Durch einen Lenkradeinschlag bei weitgehend drucklosem Reaktionsraum
(beispielsweise beim Parkieren) kann ein den Reaktionsraum begrenzender
Reaktionskolben in Richtung zum Reaktionsraum beaufschlagt werden. In
diesem Fall muß überschüssiges Hydraulikfluid
im Reaktionsraum entweder schnell abgeführt werden, um eine Bewegung
des Reaktionskolbens zu ermöglichen,
oder es findet ein unerwünschter
Druckaufbau im hydraulischen Reaktionsraum statt. Bei der Servoventilbaugruppe
mit erfindungsgemäßem Abschneideventil
reicht der Durchflußquerschnitt
des Abschneideventils aus, um beim Parkieren einen unerwünschten
Druckaufbau im Reaktionsraum zu verhindern, so daß die hydraulische
Lenkunterstützung nicht
beeinflußt
wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Abschneideventil;
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2a bis c Längsschnitte durch das erfindungsgemäße Abschneideventil
nach 1 in unterschiedlichen Ventilstellungen; und
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3 einen
hydraulischen Schaltplanausschnitt für eine Servoventilbaugruppe
mit hydraulischer Reaktion und erfindungsgemäßem Abschneideventil.
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Die 1 zeigt
ein Abschneideventil 10 mit einem Ventilgehäuse 12,
das einen Ventilsitz 14 und eine erste Druckkammer 16 aufweist.
Im Ventilgehäuse 12 ist
ein entlang einer Ventilachse A beweglicher Ventilkörper 18 angeordnet,
der bei in der ersten Druckkammer 16 vorhandenem Hydraulikdruck
vom Ventilsitz 14 weg beaufschlagt ist. Darüber hinaus
ist im Ventilgehäuse 12 eine
Ventilfeder 20 vorgesehen, die mit einem ersten axialen
Federende 22 am Ventilkörper 18 und
mit einem entgegengesetzten, zweiten axialen Federende 24 an
einem Widerlager für die
Ventilfeder 20 angreift, wobei das Widerlager als im Ventilgehäuse 12 bewegbarer
Lagerkolben 26 ausgebildet ist.
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Das
Ventilgehäuse 12 weist
einen ersten Anschlag 28 und einen zweiten Anschlag 30 für den Lagerkolben 26 auf,
wobei der erste Anschlag 28 ein Ventilboden 32 des
Abschneideventils 10 und der zweite Anschlag 30 ein
umlaufender Vorsprung 34 in einer Umfangswand 36 des
Ventilgehäuses 12 ist. Der
Lagerkolben 26 kann sich zwischen den Anschlägen 28, 30 bewegen
und definiert mit dem Ventilgehäuse 12 eine
zweite Druckkammer 38, die über eine Öffnung 40 im Ventilboden 32 Hydraulikfluid
aufnehmen oder abgeben kann. Bei in der zweiten Druckkammer 38 vorhandenem
Hydraulikdruck ist der Lagerkolben 26 in Richtung zum Ventilkörper 18 beaufschlagt.
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Das
Ventilgehäuse 12 des
Abschneideventils 10 weist ferner einen Fluideinlaß 42 und
einen Fluidauslaß 44 auf,
wobei der Fluideinlaß 42 und
der Fluidauslaß 44 unabhängig von
der Position des Ventilkörpers 18 über eine
Drossel 46 in Strömungsverbindung
stehen. Im Ausführungsbeispiel
nach 1 ist die Drossel 46 in den Ventilkörper 18 integriert.
In anderen Ausführungsvarianten
kann die Drossel 46 jedoch auch im Ventilgehäuse 12 vorgesehen
sein.
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Die
Drossel 46 ermöglicht
in einer Schließstellung
des Abschneideventils 10 einen Druckabbau am Fluideinlaß 42,
weist jedoch nur einen minimalen Durchflußquerschnitt auf, um einen
Dauerdurchfluß im
Abschneideventil 10 so weit wie möglich zu reduzieren. Für den Fall,
daß bei
zunächst
weitgehend drucklosem Fluideinlaß 42 ein Fluidvolumen
zuströmt,
wird dieses infolge der Minimierung des Drosselquerschnitts entsprechend
langsamer abgeführt, so
daß es
insbesondere bei kaltem, zähem
Hydraulikfluid zu einem unerwünschten
Druckaufbau am Fluideinlaß 42 kommen
kann. Um dies zu verhindern, nimmt das Abschneideventil 10 bei
im wesentlichen drucklosem Fluideinlaß seine Öffnungsstellung ein (vgl. 2a) und stellt damit einen ausreichend
großen
Gesamtabströmquerschnitt
zur Verfügung, über den
das zuströmende
Fluidvolumen rasch abgeführt werden
kann.
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Die 2a bis c zeigen das Abschneideventil 10 gemäß 1 in
drei verschiedenen Ventilstellungen.
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In
der 2a ist die zweite Druckkammer 38 drucklos,
so daß der
Lagerkolben 26 in einer ersten Lagerkolbenendposition am
ersten Anschlag 28 des Ventilgehäuses 12 anliegt. Die
Ventilfeder 20 ist entspannt und nimmt im wesentlichen
ihre entspannte Ausgangslänge
ein. Ausgehend von dem als Federwiderlager wirkenden Lagerkolben 26 ist
die Ventilfeder 20 in dieser Ventilstellung zu kurz, als
daß sie
den Ventilkörper 18 gegen
den Ventilsitz 14 beaufschlagen könnte. Der Ventilkörper 18 ist
daher vom Ventilsitz 14 beabstandet, so daß über den
Fluideinlaß 42 zuströmendes Hydraulikfluid
nicht nur über
die Drossel 46, sondern auch über einen Ringspalt zwischen Ventilsitz 14 und
Ventilkörper 18 abströmen kann. Der
Gesamtdurchflußquerschnitt
des Abschnei deventils 10 ist daher in dieser Ventilstellung
so groß, daß sich am
Fluideinlaß 42 kein
unerwünschter Druck
aufbauen kann.
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In
der 2b ist die zweite Druckkammer 38 druckbeaufschlagt,
so daß der
Lagerkolben 26 eine zweite Lagerkolbenendposition einnimmt,
in der er am zweiten Anschlag 30 im wesentlichen dicht
anliegt. Mit dieser Bewegung des Lagerkolbens 26 aus seiner
ersten Lagerkolbenendposition in seine zweite Lagerkolbenendposition
wird auch der Ventilkörper 18 über die
Ventilfeder 20 in Richtung zum Ventilsitz 14 bewegt,
bis der Ventilkörper 18 am
Ventilsitz 14 anliegt. Da der Abstand des Ventilkörpers 18 zum Ventilsitz 14 geringer
als der Abstand zwischen der ersten und zweiten Lagerkolbenendposition
ist, wird die Ventilfeder 20 um die Differenzstrecke zusammengedrückt und
somit vorgespannt.
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Solange
der Druck in den Druckkammern 16, 38 unterhalb
einer durch das Abschneideventil 10 vorbestimmbaren Druckschwelle
liegt, nimmt das Abschneideventil 10 diese Ventilstellung
nach 2b insbesondere auch für den Fall
an, daß die
erste Druckkammer 16 über
den Fluideinlaß 42 und
die zweite Druckkammer 38 über die Öffnung 40 im Ventilboden 32 mit
dem gleichen Druck beaufschlagt sind. Da die druckbeaufschlagte
Fläche
des Lagerkolbens 26 nämlich
größer als
die druckbeaufschlagte Fläche
des Ventilkörpers 18 ist,
ist auch die resultierende Kraft auf den Lagerkolben 26 in
Richtung zum Ventilkörper 18 größer als
die resultierende Kraft auf den Ventilkörper 18 in Richtung
zum Lagerkolben 26.
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Folglich
wird sich bei steigendem, aber identischem Druck in den Druckkammern 16, 38 zunächst der
Lagerkolben 26 in seine zweite Lagerkolbenendposition am
zweiten Anschlag 30 bewegen, in der er den Ventilkörper 18 über die
Ventilfeder 20 gegen den Ventilsitz 14 beaufschlagt.
Durch einen weiteren Druckanstieg in der zweiten Druckkammer 38 erhöht sich
die resultierende Kraft auf den Lagerkolben 26, der somit
stärker
an den als Vorsprung 34 ausgebildeten zweiten Anschlag 30 gedrückt wird.
An der Lagerkolbenposition ändert
sich nichts. In der ersten Druckkammer 16 führt ein
Druckanstieg zu einer erhöhten
resultierenden Kraft auf den Ventilkörper 18 in Richtung
zum Lagerkolben 26. Ab der vorbestimmbaren Druckschwelle übersteigt
diese resultierende Kraft die Federkraft der Ventilfeder 20,
welche den Ventilkörper 18 gegen
den Ventilsitz 14 beaufschlagt. Ab diesem Druck bewegt
sich der Ventilkörper 18 daher
in Richtung zum Lagerkolben 26 und entfernt sich vom Ventilsitz 14,
so daß das
Abschneideventil 10 eine Öffnungsstellung gemäß 2c einnimmt.
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Die
Ventilstellungen gemäß den 2b und 2c mit
einer Lagerkolbenposition am zweiten Anschlag 30 und einer
Druckentlastung bei Überschreiten
der vorbestimmbaren Druckschwelle entsprechen den Ventilstellungen
herkömmlicher
Abschneideventile. Bemerkenswert ist die Zusatzfunktion des Abschneideventils 10 gemäß 2a, bei der im weitgehend drucklosen Ventilzustand
ein Fluidfluß vom Fluideinlaß 42 zum
Fluidauslaß 44 nicht
nur über
die Drossel 46, sondern auch zwischen dem Ventilsitz 14 und
dem Ventilkörper 18 erfolgen
kann.
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Die 3 zeigt
einen hydraulischen Schaltplan für
eine Servoventilbaugruppe 48 mit hydraulischer Reaktion,
wobei sich die Darstellung auf einen Schaltungsausschnitt zur Drucksteuerung
in einem hydraulischer Reaktionsraum 50 beschränkt. Die Servoventilbaugruppe 48 umfaßt im wesentlichen das
Abschneideventil 10, ein Proportionalmagnetventil 52 und
ein Servoventil 54 mit dem hydraulischen Reaktionsraum 50,
wobei das Servoventil 54 in der 3 nur schematisch
und im Verhältnis
zum Abschneideventil 10 stark verkleinert eingezeichnet ist.
Die Schaltung des Servoventils 54 zur hydraulischen Lenkunterstützung einer
Fahrzeuglenkung, insbesondere einer Zahnstangenlenkung, ist nicht dargestellt,
da sie aus dem Stand der Technik bekannt und für die Erfindung unwesentlich
ist. Obwohl in 3 drei separate Ventile zu sehen
sind, bilden das Abschneideventil 10, das Servoventil 54 und
das Proportionalmagnetventil 52 vorzugsweise eine Ventilbaugruppe
mit einem gemeinsamen Baugruppengehäuse.
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Der
hydraulische Reaktionsraum 50 steht einerseits mit einer
Pumpe 56 in Verbindung, wobei der Fluidzufluß und damit
der Druck im Reaktionsraum 50 durch das Proportionalmagnetventil 52 gesteuert wird,
welches zwischen den Reaktionsraum 50 und die Pumpe 56 geschaltet
ist. Darüber
hinaus steht der hydraulische Reaktionsraum 50 über das
Abschneideventil 10 mit einem Reservoir 58 in
Verbindung. Ferner ist in 3 eine zusätzliche
Hydraulikleitung 60 vorgesehen, die stromabwärts des
Proportionalmagnetventils 52 abzweigt und die zweite Druckkammer 38 mit
Hydraulikfluid versorgt. Im vorliegenden Fall sind die Drücke in der
ersten Druckkammer 16, in der zweiten Druckkammer 38 und
im hydraulischen Reaktionsraum 50 im wesentlichen identisch,
so daß das
Abschneideventil 10 die Schaltstellungen gemäß den 2a bis c einnehmen kann.
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Falls,
z. B. bei höheren
Fahrzeuggeschwindigkeiten, eine reduzierte hydraulische Lenkunterstützung gewünscht ist,
gibt das Proportionalmagnetventil 52 einen Strömungsquerschnitt
frei, der größer als
der Gesamtabströmquerschnitt
des Abschneideventils 10 ist. Folglich baut sich in den
Druckkammern 16, 38 rasch ein Druck auf, der das
Abschneideventil 10 aus seiner geöffneten Ventilstellung gemäß 2a in seine geschlossene Ventilstellung
gemäß 2b bewegt. Bei Überschreiten einer durch das
Abschneideventil 10 einstellbaren Druckschwelle erfüllt das
Ventil 10 seine Abschneidefunktion und nimmt seine geöffnete Ventilstellung
gemäß 2c an.
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Besonders
vorteilhaft ist das Abschneideventils 10 und die in 3 dargestellte
Schaltung beispielsweise beim Einparken eines Fahrzeugs. Da die
hydraulische Lenkunterstützung
in diesem Fall besonders groß sein
soll, ist das Proportionalmagnetventil 52 geschlossen und
der hydraulische Reaktionsraum 50 im wesentlichen drucklos.
Dementsprechend sind auch die erste Druckkammer 16 und
die zweite Druckkammer 38 des Abschneideventils 10 im
wesentlichen drucklos, so daß das
Abschneideventil 10 eine Ventilstellung gemäß 2a einnimmt. Bei einem Lenkradeinschlag
während
des Parkierens kann ein in 3 schematisch
dargestellter Reaktionskolben 62 der Servoventilbaugruppe 48 in Richtung
zum hydraulischen Reaktionsraum 50 beaufschlagt werden,
so daß sich
im fluidgefüllten
Reaktionsraum 50 ein Hydraulikdruck aufbauen würde, falls
das vom Reaktionskolben 62 verdrängte, überschüssige Hydraulikfluid nicht
schnell genug über das
Abschneideventil 10 ins Reservoir 58 abgeführt werden
könnte.
In der geöffneten
Ventilstellung gemäß 2a ist der Durchflußquerschnitt des Abschneideventils 10 allerdings
so groß,
daß infolge
einer Reaktionskolbenverschiebung kein Druckaufbau im hydraulischen
Reaktionsraum 50 möglich
ist.
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Im
Gegensatz dazu müßte bei
einem herkömmlichen
Abschneideventil das gesamte Hydraulikfluid über die Drossel 46 abgeführt werden,
welche zur Minimierung von Strömungsverlusten
einen sehr geringen Querschnitt aufweist. Insbesondere bei kaltem
und damit zähem,
dickflüssigem
Hydraulikfluid ist ein Fluidfluß durch
die enge Drossel 46 so stark eingeschränkt, daß das durch die Bewegung des
Reaktionskolbens 62 verdrängte Hydraulikfluid nicht schnell
genug abgeführt
werden kann. Damit entsteht im hydraulischen Reaktionsraum 50 ein
unerwünschter
Druckaufbau, welcher letztlich für
einen Fahrer als verringerte hydraulische Lenkunterstützung beim
Parkieren spürbar
ist.