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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidsteuergeräte zur Verwendung
in hydrostatischen Fahrzeugservolenksystemen und genauer auf derartige
Steuergeräte,
die zusammen mit fluiddruckbetätigten
Lenkstellgliedern von demjenigen Typ verwendet werden, bei welchem
wahrscheinlich eine nennenswerte Leckage von dem Einlassanschluss zu
dem Auslassanschluss des Stellgliedes auftritt.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung in einem hydrostatischen Servolenksystem
benutzt werden kann, bei dem das Lenkstellglied ein linearer Zylinder (entweder
mit einfachem oder mit doppeltem Stangenende) ist, erweist sie sich
bei der Verwendung in einem System als besonders vorteilhaft, in
dem das Lenkstellglied ein Drehmotor ist, weshalb sie in Zusammenhang
damit beschrieben werden wird. Beispiele von Drehmotoren, die als
das Lenkstellglied benutzt werden könnten, beinhalten einen Getriebemotor,
einen Schaufelmotor, oder möglicherweise
einen Gerotormotor vom Typ mit feststehender Achse. Für den Fachmann
versteht sich, dass die Erfindung besonders vorteilhaft ist, wenn
sie mit einem derartigen Motor als das Lenkstellglied verwendet
wird, wobei die Gründe
hierfür
nachfolgend deutlich werden.
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In
einem typischen hydrostatischen Servolenksystem bildet das Lenkstellglied
einen Einlass und einen Auslass, die mit den Steuerfluidanschlüssen eines
typischerweise auch als eine Lenksteuereinheit (SCU) bezeichneten
Fluidsteuergeräts
verbunden sind. Das Lenkstellglied empfängt an seinem Einlass ein Strom
von dosiertem, unter Druck stehendem Fluid von der SCU, was zu einer
Ausgangsbewegung führt,
die wiederum eine geeignete Bewegung der gelenkten Räder bewirkt.
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Wenn
das Lenkstellglied ein Drehmotor ist, besteht die Wahrscheinlichkeit,
dass eine nennenswerte Menge an interner Leckage zwischen dem Einlass
und dem Auslass auftreten kann, welche die rotierende Gruppe umgeht.
Die Leckagemenge, die während
normaler Lenkvorgänge
auftritt oder auftreten kann, stellt bezüglich der gesamten Leistung
des Lenksystems kein signifikantes Problem dar.
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Allerdings
hat sich gezeigt, dass immer dann ein Problem in Betriebsverhalten
auftreten kann, wenn eines der gelenkten Räder des Fahrzeugs mit einem
Gegenstand wie z.B. einer Bordkante in Berührung kommt oder wenn aus einem
anderen Grund das System effektvoll "gegen die Anschläge" gelenkt wird. Immer dann, wenn der
Umstand eines Lenkens gegen die Anschläge auftritt, so dass kein Drehausgang
von der rotierenden Gruppe des Motors vorliegt, leckt eine wesentliche
Menge des zu dem Motoreinlass übertragenen
Fluids intern des Motors unter Umgehung der rotierenden Gruppe und
zu dem Auslassanschluss fließt.
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Eine
Folge einer derartigen internen Leckage in dem Lenkstellglied besteht
darin, dass die SCU damit fortfährt,
dosiertes unter Druck stehendes Fluid zu dem Einlass des Stellgliedes
zu übertragen.
Somit kann der Bediener das Lenkrad immer noch drehen, obwohl keine
zusätzliche
Drehbewegung zu den gelenkten Rädern übertragen
wird. Eine derartige anhaltende Fähigkeit zum Drehen des Lenkrades
ohne irgendeine entsprechende Veränderung der Stellung der gelenkten
Räder stellt
sich für
den Fahrzeugführer
als Lenkrad-"Schlupf" dar, der als eine
sehr unerwünschte
Eigenschaft eines Lenksystems erachtet wird. Typischerweise spezifizieren
die Fahrzeughersteller einen maximal zulässigen Lenkradschlupf, der im
allgemeinen mit Bezug auf die maximal zulässige Anzahl an Drehungen des
Lenkrades über
einen vorgegebenen Zeitraum hinweg angegeben wird. Eine typische
Spezifizierung für
einen Lenkradschlupf läge
beispielsweise irgendwo in dem Bereich von etwa zwei bis zu etwa
fünf Umdrehungen
pro Minute.
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Wie
für den
Fachmann auf dem Gebiet von Fluidsteuergeräten wohlbekannt ist beinhaltet
ein typisches Fluidsteuergerät
des Typs, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht und der
in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert und in US-A-4 759 182
dargestellt ist, eine bestimmte Art von Steuerventilanordnung, die
eine Neutralstellung (ohne Vorliegen einer Lenkeingabe), eine Normalarbeitsstellung
(beim Auftreten normaler Lenkvorgänge) sowie eine Stellung maximaler
Verlagerung festlegt, d.h. die maximale Öffnung (d.h. den Strömungsquerschnitt)
der Ventilanordnung. Immer dann wenn sich das Lenksystem in einer
Lenksituation gegen die Anschläge
befindet, wird die Steuerventilanordnung typischerweise zu der Stellung
maximaler Verlagerung verlagert. Die konventionelle neutrale Rückstellfeder, die
in den meisten derartigen Fluidsteuergeräten vorgesehen ist, tendiert
dazu, die Ventilanordnung in die Neutralstellung zurückzuführen, jedoch
befindet sie sich dann in einem vollständig abgelenktem Zustand, wenn
die Ventilanordnung in der Stellung maximaler Verlagerung ist.
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Fluidsteuergeräte des Typs,
für die
die vorliegende Erfindung benutzbar ist, beinhalten typischerweise
eine gewisse Art an fluidbetätigter
Anordnung, um der Steuerventilanordnung eine Nachlaufbewegung zu
verleihen, wodurch der Ventilanordnung die Tendenz vermittelt wird,
von ihrer Normalarbeitsstellung zu ihrer Neutralstellung zurückzukehren.
In den von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung hergestellten
und vertriebenen Fluidsteuergeräten
ist die fluidbetätigte
Anordnung eine Fluiddosiervorrichtung, die einen Gerotorzahnradsatz
aufweist. Der Gerotorzahnradsatz beinhaltet einen innenverzahnten
Ring und einen außenverzahnten
Stern, der exzentrisch innerhalb des Rings angeordnet ist. Eine
Möglichkeit für das oben
erläuterte
Problem des scheinbaren Schlupfs besteht in einer Erhöhung des
Spalts der Zahnspitzen in dem Gerotorzahnradsatz, wodurch ein gewisser
Strom durch die Fluiddosiervorrichtung zu dem Steuerfluidanschluss übertragen
wird, um die Leckage innerhalb des Stellgliedes auszugleichen. Es
hat sich gezeigt, dass unglücklicherweise
ein derart erhöhter
Spalt der Zahnspitzen innerhalb der Gerotorzahnräder eine als "Durchleitung" bekannte Betriebsbedingung
ermöglicht,
bei der ein Fluidstrom durch die Fluiddosiervorrichtung sogar während Zeiträumen vorhanden
ist, wenn dies nicht erwünscht
ist.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
eines verbesserten hydrostatischen Servolenksystems des oben beschriebenen
Typs, das bei der oben erläuterten
Situation den scheinbaren Radschlupf des Fluidsteuergeräts überwindet.
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Eine
spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines verbesserten Fluidsteuergeräts zur Verwendung in einem derartigen
System, in dem das Fluidsteuergerät die an dem Lenkstellglied
auftretende Leckage auf effektive Weise kompensieren kann.
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Die
obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung
eines Fluidsteuergeräts
gelöst,
das betätigbar
ist, um den Fluidstrom von einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid
zu einer fluiddruckbetätigten
Vorrichtung zu steuern, die einen Einlass und einen Auslass aufweist
und dazwischen einen Fluidleckageweg ausbildet. Das Fluidsteuergerät ist von
demjenigen Typ, der ein Gehäuse
aufweist, das einen Einlassanschluss zur Verbindung mit der Quelle
von unter Druck stehendem Fluid, einen Rücklaufanschluss zur Verbindung
mit einem Systemreservoir sowie einen Steueranschluss zur Verbindung
mit dem Einlass der fluiddruckbetätigten Vorrichtung ausbildet.
Das Steuergerät
beinhaltet eine in dem Gehäuse
angeordnete Ventilanordnung und legt eine Neutralstellung, eine Normalarbeitsstellung
und eine Stellung maximaler Verlagerung fest. Das Gehäuse und
die Ventilanordnung wirken zur Ausbildung eines Hauptfluidweges zusammen,
der eine Fluidverbindung zwischen dem Einlassanschluss und dem Steueranschluss
bereitstellt, wenn sich die Ventilanordnung in der Normalarbeitsstellung
befindet. Das Steuergerät
beinhaltet eine fluidbetätigte
Vorrichtung zur Verleihung einer Nachlaufbewegung für die Ventilanordnung,
welche die Tendenz hat, dass die Ventilanordnung von ihrer Normalarbeitsstellung
in die Neutralstellung zurückkehrt,
und wobei die Nachlaufbewegung proportional zu dem Fluidvolumen
ist, das durch den Hauptfluidweg strömt. Der Hauptfluidweg beinhaltet
eine erste variable Stromsteueröffnung
mit einem minimalen Strömungsquerschnitt,
wenn sich die Ventilanordnung in der Neutralstellung befindet, und
einem sich vergrößernden
Strömungsquerschnitt,
wenn die Ventilanordnung durch die Normalarbeitsstellung zu der Stellung
maximaler Verlagerung verlagert wird.
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Das
verbesserte Fluidsteuergerät
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung einen Fluidableitungsdurchlass
ausbildet, der einen stromaufwärtigen
Bereich aufweist, welcher mit dem Hauptfluidweg an einer stromauf
der ersten variablen Stromsteueröffnung
liegenden Stelle in Fluidverbindung steht, und der einen stromabwärtigen Bereich beinhaltet,
der mit dem Hauptfluidweg stromab der fluidbetätigten Vorrichtung in Fluidverbindung
steht. Der Fluidableitungsdurchlass weist eine variable Ableitungsöffnung mit
einem Strömungsquerschnitt
von im wesentlichen Null auf, wenn sich die Ventilanordnung in der
Neutralstellung und in der Normalarbeitsstellung befindet. Die variable
Ableitungsöffnung
beginnt sich zu öffnen,
wenn sich die Ventilanordnung an die Stellung maximaler Verlagerung
annähert.
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Somit
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung immer dann, wenn das Lenksystem gegen die Anschläge gelenkt
wird und sich die Ventilanordnung in der Stellung maximaler Verlagerung
befindet, eine kleine Menge an Fluid durch den Fluidableitungsdurchlass
des Fluidsteuergeräts übertragen,
um die Menge an zu erwartender Leckage durch das Lenkstellglied
auszugleichen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Hydraulikschema eines hydrostatischen Servolenksystems einschließlich eines Fluidsteuergeräts von dem
Typ, mit dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
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2 ist
ein hoch vergrößertes Hydraulikschema
des Fluidsteuergeräts
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein axialer Querschnitt eines Fluidsteuergeräts des Typs, auf den sich die
vorliegende Erfindung bezieht.
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4 ist
eine ebene Ansicht des Spulenventils des schematisch in 2 dargestellten
Fluidsteuergeräts
einschließlich
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine ebene Ansicht des Hülsenventils
des schematisch in 2 dargestellten Fluidsteuergeräts, das
als Teil der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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6 ist
eine vergrößerte fragmentarische Überlagerungsansicht
der in den 4 und 5 dargestellten
Ventilanordnung, wobei sich die Ventilanordnung in ihrer Neutralstellung
befindet.
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7 ist
eine vergrößerte fragmentarische Überlagerungsansicht
der Ventilanordnung ähnlich zu 6,
wobei sich die Ventilanordnung jedoch in ihrer Normalarbeitsstellung
bei einer Rechtsdrehung befindet.
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8 ist
eine vergrößerte fragmentarische Überlagerungsansicht
der in 6 dargestellten Ventilanordnung, wobei sich die
Ventilanordnung in ihrer Stellung maximaler Verlagerung und immer noch
bei einer Rechtsdrehung befindet und wodurch der Betrieb der vorliegenden
Erfindung illustriert wird.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Nun
auf die Zeichnungen, welche die Erfindung nicht einzugrenzen beabsichtigen,
Bezug nehmend, ist 1 ein Hydraulikschema eines
hydrostatischen Fahrzeugservolenksystems, das ein Fluidsteuergerät des Typs
beinhaltet, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht. Das
System beinhaltet eine allgemein mit 11 bezeichnete Quelle
von unter Druck stehendem Fluid, die in der vorliegenden Ausführungsform
und lediglich beispielshalber eine Fluidpumpe 13 sowie
ein Durchflusssteuerungs-Lasterfassungsprioritätsventil 15 beinhaltet.
Zwecks einer vereinfachten Darstellung ist die Fluidpumpe 13 hier als
eine Pumpe mit fester Verdrängung
dargestellt, deren Einlass mit einem Systemreservoir 17 verbunden
ist.
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Wie
für den
Fachmann wohlbekannt beinhaltet die Quelle 11 aufgrund
des Vorliegens des Prioritätsventils 15 zwei
Fluidauslässe,
namentlich einen Prioritätsauslass 19 und
einen Überschussstromauslass 21.
Der Einfachheit halber ist der Überschussstromauslass 21 als
mit einem Hilfslastkreis verbunden dargestellt, der durch eine variable Öffnung 23 schematisch
repräsentiert
ist. Der Prioritätsauslass 19 ist
mittels einer Leitung 25 mit einem allgemein mit 27 gekennzeichneten
Fluidsteuergerät
verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Bezugszeichen "27" im folgenden mit
Bezug auf das Fluidsteuergerät verwendet
wird, obgleich die schematische Darstellung in 1 und
der axiale Querschnitt in 3 die vorliegende
Erfindung eigentlich nicht illustrieren.
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Immer
noch hauptsächlich
auf 1 Bezug nehmend beinhaltet das Fluidsteuergerät 27 ein
Gehäuse 29 (siehe 3),
das einen Einlassanschluss 31 ausbildet, welcher mit der
Leitung 25 verbunden ist. Ebenfalls bildet das Gehäuse 29 einen
Rücklaufanschluss 33 aus,
der durch eine Leitung 35 mit dem Systemreservoir 17 verbunden
ist. Weiterhin liegt das Gehäuse 29 einen
(nur in 1 dargestellten) Lastsignalanschluss 37 fest,
von dem ein Lastsignal 39 auf eine Weise zu dem Prioritätsventil 15 übertragen wird,
die dem Fachmann wohlbekannt ist.
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Ebenfalls
bildet das Gehäuse 29 des
Fluidsteuergeräts 27 zwei
Steuer-(Motor)-Fluidanschlüsse 41 und 43 aus,
die mit den gegenüberliegenden Anschlüssen eines
Lenkstellgliedes verbunden sind, das hier so dargestellt ist, dass
es einen fluiddruckbetätigten
Drehmotor 45 beinhaltet. Unter der Annahme, dass eine Rechtsdrehung
vorliegt, wird der Steueranschluss 41 mit einem Motoreinlass 47 verbunden,
während
ein Motorauslass 49 mit dem anderen Steueranschluss 43 verbunden
wird. Der Ausgang des Drehmotors 45 ist in 1 schematisch
als eine Welle 51 dargestellt, die Drehmoment (Lenkausgangsbewegung)
zu einem allgemein mit 53 bezeichneten Getriebezug überträgt, durch
den die Drehung der Welle 51 in eine mit höherem Drehmoment
versehene Drehung einer Stützstruktur 55 für ein gelenktes Rad übersetzt
wird. Drehbar mit der Stützstruktur 55 verbunden
und dadurch angetrieben liegt ein gelenktes Rad 57 vor,
wobei sich versteht, dass in einer typischen Fahrzeuginstallation
zwei gelenkte Räder 57 vorhanden
wären,
so dass die mit dem gelenkten Rad 57 verbundene Struktur,
die in 1 dargestellt ist, verdoppelt werden müsste. In
einigen Fahrzeuganwendungen können
auch bis zu vier gelenkte Räder
vorliegen, wobei die vorliegende Erfindung für solche Anwendungen gleichermaßen adaptierbar
ist.
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Nun
auf 2 in Zusammenhang mit 1 Bezug
nehmend ist ersichtlich, dass das Fluidsteuergerät 27 eine im allgemeinen
mit 61 bezeichnete Steuerventilanordnung beinhaltet, deren
allgemeine Funktion in der Steuerung des von dem Einlassanschluss 31 zu
dem Steueranschluss 41 fließenden Fluidstroms besteht
(unter der Annahme einer Rechtsdrehung), und zur gleichen Zeit in
der Steuerung des Durchflusses an Rücklauffluid von dem gegenüberliegenden
Steueranschluss 43 zu dem Rücklaufanschluss 33.
Eine derartige Steuerung des Fluidstroms innerhalb des Fluidsteuergeräts 27 wird
in Ansprechen auf die Drehung eines Lenkrades durch den Fahrzeugführer bewerkstelligt,
die den 1 und 2 schematisch
als ein Eingang 63 dargestellt ist.
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Das
Fluidsteuergerät
27 kann
von dem allgemeinen Typ sein, der in der auf den Anmelder der vorliegenden
Erfindung übertragenen
Patentschrift
US 5 638 864 illustriert
und beschrieben ist, die hier als Referenz dient. Im einzelnen beinhaltet
das Fluidsteuergerät
27 die
Steuerventilanordnung
61, die von ihrer Neutralstellung
("N" in
2)
zu entweder einer Rechtsdrehungsstellung ("R" in
2)
oder zu einer Linksdrehungsstellung ("L" in
2)
beweglich ist. Für
den Fachmann versteht sich, dass die Normalarbeitsstellungen der
Steuerventilanordnung
61 diejenige Stellungen sind, die
unmittelbar benachbart an jeder Seite der Neutralstellung N in
2 angeordnet sind.
Befindet sich die Ventilanordnung
61 in einer der beiden
Drehstellungen (R oder L), strömt
das unter Druck stehende Fluid, das durch die Ventilanordnung
61 fließt, ebenfalls
durch eine Fluiddosiervorrichtung
65, deren Funktion im
Bemessen (Dosieren) der geeigneten Fluidmenge besteht, die zu dem
jeweiligen Steueranschluss
41 oder
43 übertragen werden
soll. Wie sich für
den Fachmann versteht, besteht die andere Funktion der Fluiddosiervorrichtung
65 im
Verleihen einer Nachlaufbewegung zu der Ventilanordnung
61 auf
eine solche Weise, dass die Ventilanordnung in ihre Neutralstellung
N zurückgestellt wird,
nachdem die erwünschte
Fluidmenge zu dem Lenkstellglied übertragen worden ist. Wie in
den
1 und
2 dargestellt wird eine derartige Nachlaufbewegung
mittels einer mechanischen Nachlaufverbindung von der Fluiddosiervorrichtung
65 zu
der Ventilanordnung
61 bewerkstelligt, wobei die mechanische
Nachlaufverbindung schematisch bei
67 dargestellt ist.
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Wie
ebenfalls schematisch in den 1 und 2 dargestellt
bildet die Steuerventilanordnung 61 immer dann eine Mehrzahl
an variablen Öffnungen aus,
wenn die Ventilanordnung von ihrer Neutralstellung N zu einer ihrer
Normalarbeitsstellungen R oder L bewegt wird. Diese variablen Öffnungen
werden nachfolgend in Zusammenhang mit der Beschreibung der 6 bis 8 ausführlicher
erläutert
werden. Ebenfalls sind in 2 schematisch
zwei zusätzliche
Stellungen der Ventilanordnung 61 dargestellt, die in 1 nicht
gezeigt sind und die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung illustrieren.
Benachbart zu der Normalarbeitsstellung liegt bei einer Rechtsdrehung
R die Rechtsdrehstellung maximaler Verlagerung ("R-M")
und ähnlich
dazu liegt benachbart zu der Normalarbeitsstellung bei einer Linksdrehung
L die Linksdrehstellung maximaler Verlagerung ("L-M").
Diese Stellungen der Ventilanordnung werden ebenfalls ausführlich in
Zusammenhang mit der Beschreibung der 8 erläutert werden.
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Fluidsteuergerät 27
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Nun
hauptsächlich
auf 3 Bezug nehmend wird der Aufbau des Fluidsteuergeräts 27 ausführlich beschrieben
werden. Das Steuergerät
weist verschiedene Abschnitte einschließlich des Gehäuseabschnitts 29,
einer Anschlussplatte 69, eines die Fluiddosiervorrichtung 65 aufweisenden
Abschnitts sowie einer Endkappe 71 auf. Diese Abschnitte
werden durch eine Mehrzahl von Bolzen 73 in einem festen
Dichteingriff gehalten, wobei in 3 nur einer dieser
Bolzen dargestellt ist und wobei die Bolzen mit dem Gehäuse 29 in
einem Gewindeeingriff stehen. Das Gehäuse 29 bildet den
Einlassanschluss 31, den Rücklaufanschluss 33 und
die Steueranschlüsse 41 und 43 aus.
Ebenfalls legt das Gehäuse 29 den
Lastsignalanschluss 37 fest, der in 3 nicht
dargestellt ist.
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Innerhalb
einer durch das Gehäuse 29 ausgebildeten
Ventilbohrung 75 ist die Ventilanordnung 61 drehbar
angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform und lediglich beispielshalber
weist die Ventilanordnung 61 ein drehbares Hauptventilorgan 77 (das
im folgenden auch als die "Spule" bezeichnet wird)
sowie ein damit zusammenwirkendes und relativ dazu drehbares Nachlaufventilorgan 79 auf
(das im folgenden auch als die "Hülse" bezeichnet wird). An
dem vorderen Ende der Spule 77 liegt ein Bereich mit einem
verringerten Durchmesser vor, der einen Satz Innenkeilzähne 81 ausbildet,
welche für
eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Spule 77 und
dem Lenkrad 63 sorgen. Die Spule 77 und die Hülse 79 werden
nachfolgend ausführlicher
beschrieben werden.
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Die
Fluiddosiervorrichtung 65 kann von dem beim Stand der Technik
wohlbekannten Typ sein, die hier lediglich beispielshalber einen
innenverzahnten Ring 83 und einen außenverzahnten Stern 85 aufweist.
Der Stern 85 bildet einen Satz an Innenkeilzähnen 87 aus
und in Keilzahneingriff mit ihnen ist ein Satz an Außenkeilzähnen 89 vorgesehen,
die an dem rückwärtigen Ende
einer Hauptantriebswelle 91 ausgebildet sind. Die Welle 91 weist
ein gabelförmiges
vorderes Ende auf, das mittels eines Stifts 93, der durch
zwei Stiftöffnungen 95 in
der Spule 77 verläuft,
eine Antriebsverbindung zwischen der Welle 91 und der Hülse 77 ermöglicht.
Somit strömt
unter Druck stehendes Fluid, das in Ansprechen auf die Drehung des
Lenkrades 63 und der Spule 77 durch die Ventilanordnung 61 fließt, durch
die Fluiddosiervorrichtung 65 und bewirkt eine Umlauf-
und Drehbewegung des Sterns 85 innerhalb des Rings 83.
Eine derartige Bewegung des Sterns 85 führt wiederum mittels der Antriebswelle 91 und
des Stifts 93 (die zusammen die Nachlaufverbindung 67 der 1 und 2 ausbilden)
zu einer Nachlaufbewegung der Hülse 79.
Diese Bewegung des Sterns 85 hält eine entsprechende relative
Verlagerung zwischen der Spule 77 und der Hülse 79 für eine gegebene
konstante Drehrate des Lenkrades aufrecht. Eine Mehrzahl von Blattfedern 97 erstreckt
sich durch eine Öffnung
in der Hülse 79 und
spannt die Hülse 79 auf eine
konventionelle und beim Stand der Technik wohlbekannte Weise zu
ihrer Neutralstellung relativ zu der Spule 77 hin vor.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass das Gehäuse 29 vier
ringförmige
Kammern ausbildet, welche die Hülse 79 umgeben,
um eine Fluidverbindung zwischen der Außenfläche der Hülse 79 und den verschiedenen
Anschlüssen 31, 33, 41 und 43 herzustellen.
Die verschiedenen ringförmigen
Kammern sind durch die Bezugszeichen des jeweiligen Anschlusses
zusammen mit dem Buchstaben "c" gekennzeichnet.
Für den
Fachmann versteht sich die Interaktion der ringförmigen Kammern 31c, 33c, 41c und 43c mit
der Ventilanordnung 61.
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Die
verzahnte Interaktion des Sterns 85, der in dem Ring 83 umläuft und
sich dreht, bildet eine Mehrzahl von expandierenden und sich zusammenziehenden
Fluidvolumenkammern aus, und benachbart zu jeder Kammer legt die
Anschlussplatte 69 einen (in 3 nicht
dargestellten) Fluidanschluss fest, wobei benachbart dazu das Gehäuse 29 eine Mehrzahl
von (in 3 ebenfalls nicht dargestellten) Axialbohrungen
bereitstellt, die jeweils an einem Ende mit den Fluidanschlüssen in
der Anschlussplatte 69 und an ihrem anderen Ende mit der
Ventilbohrung 75 in offener Verbindung stehen.
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Ventilanordnung 61
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Nun
hauptsächlich
auf die 4 und 5 Bezug
nehmend werden nun die Spule 77 und die Hülse 79 ausführlicher
beschrieben werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass in 4 die
Außenfläche der
Spule 77 illustriert ist, während in 5 sowohl
die Außenfläche der
Hülse 79 wie
verschiedene an der Innenfläche
der Hülse 79 vorgesehene
Ausgestaltungen illustriert sind, die somit in einer Ventilbeziehung
mit den an der Außenfläche der
Spule 77 angeordneten Ausgestaltungen stehen. Für den Fachmann
sollte sich verstehen, dass sowohl die Spule 77 wie die
Hülse 79 eine
Anzahl an Merkmalen oder Elementen konventioneller Bauweise aufweisen,
die jedoch im Betrieb der Erfindung nicht direkt beteiligt sind,
in den 4 und 5 keine Bezugszeichen tragen
und die im folgenden auch nicht beschrieben werden.
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Die
Spule 77 bildet eine ringförmige Nut 101 und
in Verbindung damit eine Mehrzahl von Axialschlitzen 103 aus.
In Umfangsrichtung von jedem der Axialschlitze 103 aus
verlagert ist ein längerer
Axialschlitz 105 vorgesehen und in Umfangsrichtung zu jedem
der Axialschlitze 103 ausgerichtet ist ein noch längerer Axialschlitz 107 angeordnet,
dessen Funktion nachfolgend beschrieben werden wird. Auf der rechten
Seite der ringförmigen
Nut 101 bildet die Spule 77 eine Mehrzahl von
Axialschlitzen 109 für
offene Mittelstellung aus, die jeweils benachbart dazu über einen
Schlitz 111 verfügen,
der zu seinem rechten Ende hin mit dem Inneren der Spule 77 in
offener Verbindung steht.
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Die
Hülse 79 bildet
eine Mehrzahl Druckanschlüsse 113 aus,
die mit der ringförmigen
Kammer 31c in Verbindung stehen, und somit empfangen die Druckanschlüsse 113 unter
Druck stehendes, nichtdosiertes Fluid von der Quelle 11.
Auf der linken Seite der Anschlüsse 113 liegt
eine Mehrzahl an Dosieranschlüssen 115 vor,
die zwischen der Ventilanordnung 61 und den expandierenden
und sich zusammenziehenden Fluidvolumenkammern der Fluiddosiervorrichtung 65 durch
die von dem Gehäuse 29 ausgebildeten
Axialbohrungen eine Übertragung
auf eine Weise herstellen, die dem Fachmann wohlbekannt ist. In
der vorliegenden Ausführungsform
und lediglich beispielshalber hat der Stern 85 sechs Außenzähne und
der Ring 83 hat sieben Innenzähne, so dass 12 der
Dosieranschlüsse 115 vorliegen.
An der linken Seite der Dosieranschlüsse 115 ist eine Mehrzahl
von Zylinderanschlüssen 117 angeordnet,
die mit der ringförmigen
Kammer 41c in Verbindung stehen, und noch weiter links
ist eine Mehrzahl von Zylinderanschlüssen 119 angeordnet,
die mit der ringförmigen
Kammer 43c in Verbindung stehen.
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Betrieb der Ventilanordnung 61
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Es
wird davon ausgegangen, dass der grundlegende Betrieb des Steuergeräts 27 und
der Ventilanordnung 61, der bislang beschrieben wurde und
insgesamt auf konventionelle Weise erfolgt, bezüglich der oben erwähnten Patentschrift
unmittelbar verständlich
sein sollte. Allerdings wird der Betrieb der Ventilanordnung 61 knapp
beschrieben werden, und zwar teilweise deshalb, um die in den 3–8 beschriebene Struktur
mit den Schemata der 1 und 2 in Beziehung
zu setzen. Der Betrieb der Ventilanordnung 61 wird in Zusammenhang
mit den 6–8 beschrieben
werden, die (relativ zu den 4 und 5)
vergrößert dargestellt
und fragmentarische Überlagerungsansichten
der Spule 77 (mit Ausnahme, wenn diese durch eine Öffnung in
der Hülse 79 sichtbar
ist) sowie der Hülse 79 sind
(die jedoch nur die an der Innenfläche der Hülse angeordneten Ausgestaltungen
darstellen).
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Nun
hauptsächlich
auf 6 Bezug nehmend wird, wenn sich die Ventilanordnung 61 in
der Neutralstellung N befindet (d.h. wenn keine Drehung des Lenkrades
auftritt), Einlassfluid von dem Einlassanschluss 31 in
die ringförmige
Kammer 31c übertragen.
Die Druckanschlüsse 113 stehen
mit der ringförmigen
Kammer 31c in offener Verbindung, jedoch findet kein Durchfluss
durch den Druckanschluss 113 statt, da in der in 6 dargestellten
Neutralstellung die Anschlüsse 113 vor
einer Verbindung mit irgendeinem der durch die Spule 77 ausgebildeten Schlitze
oder Nuten blockiert werden, d.h. dass die Anschlüsse 113 durch
die zylindrische Außenfläche der
Spule 77 blockiert werden.
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Nun
hauptsächlich
auf 7 Bezug nehmend wird, wenn das Lenkrad von dem
Fahrzeugführer
im Uhrzeigersinn gedreht wird (eine Rechtsdrehstellung), die Spule 77 von
ihrer Neutralstellung relativ zu der Hülse 79 verlagert.
Innerhalb jedes Paars der Druckanschlüsse 113 beginnt sich
einer der Anschlüsse 113 an
einen der Axialschlitze 103 anzunähern, um diesen schließlich zu überlappen,
während sich
der andere Anschluss 113 von seinem jeweiligen Axialschlitz 103 weg
bewegt. Die Überlappungsflächen der
Druckanschlüsse 113 und
der Axialschlitze 103 bilden eine variable Stromsteueröffnung,
wobei der Verbund dieser einzelnen variablen Öffnungen eine variable Hauptstromsteueröffnung A1
darstellt (siehe 2). Zur gleichen Zeit beginnt
jeder der Axialschlitze 103 mit einem der Dosieranschlüsse 115 in Verbindung
zu treten, wobei die Fläche
der dazwischen liegenden Überlappung
eine variable Öffnung ausbildet,
und der Verbund dieser Öffnungen
stellt eine variable Stromsteueröffnung
A2 dar, wie für
den Fachmann wohlbekannt, in den Schemata der 1 und 2 jedoch
nicht dargestellt. Jeder andere Dosieranschluss 115 steht
mit einem der Axialschlitze 103 in Verbindung, während die
alternierenden Dosieranschlüsse 115 nun
mit den längeren
Axialschlitzen 105 in Verbindung stehen. Die Überlappungsfläche zwischen
jeder dieser abwechselnden Dosieranschlüsse 115 und den entsprechenden
Axialschlitzen 105 bildet eine variable Öffnung aus,
und der Verbund dieser Öffnungen
stellt eine variable Stromsteueröffnung
A3 dar, die in den Schemata der 1 und 2 ebenfalls
nicht gezeigt ist. Wie für
den Fachmann wohlbekannt ist dasjenige Fluid, das durch die A2-Öffnung und
von dort zu den expandierenden Volumenkammern der Fluiddosiervorrichtung 65 fließt, unter
Druck gesetztes nicht-dosiertes Fluid, während dasjenige Fluid, das
von den sich zusammenziehenden Volumenkammern der Fluiddosiervorrichtung 65 durch
die A3-Öffnung
fließt,
unter Druck gesetztes dosiertes Fluid ist.
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Befinden
sich die Spule 77 und die Hülse 79 in der in 7 gezeigten
relativen Stellung, d.h. in der Normalarbeitsstellung R, beginnt
jeder der längeren
Axialschlitze 105 mit einem der benachbarten Zylinderanschlüsse 117 in
Verbindung zu treten, wobei die Überlappung
dazwischen eine variable Öffnung ausbildet,
und der Verbund dieser einzelnen Öffnungen stellt eine variable
Stromsteueröffnung
A4 dar. Wie für
den Fachmann wohlbekannt stehen die Zylinderanschlüsse 117 durch
die ringförmige
Kammer 41c mit dem Steuerfluidanschluss 41 und
demjenigen Bereich in Verbindung, der bei einer Rechtsdrehstellung
der Einlass 47 des Drehmotors 45 ist. Fluid, das
von demjenigen Bereich zurückläuft, der
nun der Auslass 49 des Drehmotors 45 ist, tritt
in den Steuerfluidanschluss 43 ein und fließt anschlie ßend durch die
ringförmige
Kammer 43c und danach durch die Zylinderanschlüsse 119,
die nun mit den Axialschlitzen 107 in Fluidverbindung stehen.
Die Überlappung der
Anschlüsse 119 und
der Axialschlitze 107 bildet eine variable Öffnung aus
und der Verbund dieser einzelnen variablen Öffnungen stellt eine variable Stromsteueröffnung A5
dar. Somit macht der gerade erläuterte
Durchflusspfad durch die variablen Stromsteueröffnungen A1, A2, die Fluiddosiervorrichtung 65,
die variablen Stromsteueröffnungen
A3, A4, den Fluidmotor 45, und durch die variable Stromsteueröffnung A5
den "Hauptfluidweg" in der Rechtsdrehstellung
aus. Es sei darauf hingewiesen, dass die Architektur der Ventilanordnung
einiger Fluidsteuergeräte die
variablen Stromsteueröffnungen
A2 und A3 nicht erforderlich macht oder vorsieht (d.h. die an den
Einlass- bzw. Auslassseiten der Fluiddosiervorrichtung 65 befindlichen Öffnungen).
Wahlweise sind in einigen Steuergerätarchitekturen die A2- und
A3-Öffnungen
feststehende anstatt variable Öffnungen.
Für die vorliegende
Erfindung ist es lediglich erforderlich, dass eine Stromsteueröffnung (z.B.
die A1-Öffnung) zwischen
dem Einlassanschluss 31 und der Fluiddosiervorrichtung 65 besteht
und dass eine weitere Stromsteueröffnung (z.B. die A4-Öffnung)
zwischen der Fluiddosiervorrichtung 65 und dem Steuer-(Motor)-Fluidanschluss 41 oder 43 vorhanden
ist.
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Nun
hauptsächlich
auf 8 in Zusammenhang mit 4 Bezug
nehmend ist von den sechs längeren
Axialschlitzen 105 mindestens einer mit einer sich axial
erstreckenden Vertiefung 121 versehen, und in der vorliegenden
Ausführungsform
und lediglich beispielshalber liegen drei der Vertiefungen 121 vor.
In der vorliegenden Ausführungsform
und wiederum lediglich beispielshalber weist die Ventilanordnung 61 eine
maximale Ablenkung (Verlagerung) von etwa 10 Grad auf. Wenn sich
die Ventilanordnung 61 an die Stellung maximaler Verlagerung
annähert
(R-M in 2), d.h. dann wenn die relative Verlagerung
der Spule und der Hülse
etwa 9 Grad beträgt
(die in 8 gezeigte Stellung), haben
die verschiedenen Stromsteueröffnungen
A1 bis A5 daher ihren maximalen Strömungsquerschnitt erreicht oder
nahezu erreicht. Zwecks der weiteren Illustration und Beschreibung
werden die Druckanschlüsse mit 113-R und 113-L bezeichnet.
Der Druckanschluss 113-R ist derjenige Anschluss, der den
Axialschlitz 103 überlappt,
um die A1-Öffnung
bei einer Rechtsdrehstellung auszubilden, während der Druckanschluss 113-L derjenige
Anschluss ist, der sich von seinem entsprechenden Axialschlitz 103 weg
bewegt, aber der seinen entsprechenden Axialschlitz 103 überlappen
würde,
um bei einer Linksdrehstellung die A1-Öffnung
auszubilden.
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Wie
in 8 ersichtlich ist beginnt, wenn sich die relative
Position der Spule 77 und der Hülse 79 an die Stellung
maximaler Verlagerung annähert (R-M
in 2), der Druckanschluss 113-L die jeweilige
sich axial erstreckende Vertiefung 121 zu überlappen,
wobei die Überlappungsfläche dazwischen eine
variable Öffnung
ausbildet, und der Verbund der drei Überlappungen (da drei Vertiefungen 121 vorhanden
sind) bildet eine variable Ableitungsöffnung AB aus. An den drei
Stellen an der Spule 77, wo der Axialschlitz 105 eine
der sich axial erstreckenden Vertiefungen 121 aufweist,
beinhaltet somit die Übertragung
von unter Druck stehendem nicht-dosiertem Fluid durch den Druckanschluss 113 und
danach durch die Vertiefung 121 und in den Axialschlitz 105 eine
Fluidableitung, und diese drei Stellen bilden kumulativ einen Fluidableitungsdurchlass
aus. Wie am besten schematisch in 2 dargestellt
weist der Fluidableitungsdurchlass einschließlich der variablen Ableitungsöffnung AB
einen stromaufwärtigen
Bereich auf, der mit dem Hauptfluidweg an einer Stelle in Verbindung
steht, die stromauf von der ersten variablen Fluidsteueröffnung A1
liegt, sowie einen stromabwärtigen
Bereich, der mit dem Hauptfluidweg an einer Stelle in Verbindung
steht, die stromab von der Fluiddosiervorrichtung 65, jedoch
(vorzugsweise) stromauf von der variablen Stromsteueröffnung A4 liegt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 2 in den R-M-
und L-M-Stellungen die Stromsteueröffnung A4 zwecks einer vereinfachten
Darstellung schematisch als eine feststehende Öffnung gezeigt ist.
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Im
Betrieb und wie für
den Fachmann wohlbekannt treten die meisten Lenkvorgänge auf,
wenn sich die Ventilanordnung 61 in der Normalarbeitsstellung
befindet, die in 7 repräsentativ dargestellt ist, d.h.
dass die Spule 77 relativ zu der Hülse 79 um eine Verlagerung
in dem Bereich von etwa 2 Grad bis zu etwa 8,5 oder 9 Grad verlagert
ist. Es treten nur sehr wenig Lenkvorgänge auf, während sich die Ventilanordnung
in der Stellung maximaler Verlagerung von 8 befindet,
in der mit einer maximal möglichen
Ablenkung von 10 Grad die Ventilanordnung um mindestens 8,5 oder
9 Grad verlagert ist. Immer dann wenn die gelenkten Räder 57 eien
Bordsteinkante, eine Straßenriefe
oder ein gewisses anderes Hindernis berühren, das eine weitere Bewegung
der gelenkten Räder
verhindert, bzw. bei einem Lenken gegen die Anschläge bewirkt,
wie im Abschnitt "Hintergrund der
Erfindung" erläutert, es
die durch die gelenkten Räder
auf den Drehmotor 45 ausgeübte Drehmomentlast, dass die
Ventilanordnung 61 des Fluidsteuergeräts 27 zu der in 8 illustrierten
Stellung maximaler Verlagerung (R-M) verlagert wird. Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" ebenfalls erläutert ist
es dann, wann immer sich das Lenksystem in dem oben beschriebenen
Zustand befindet, typisch, das ein ziemlich nennenswerter interner
Leckagepfad zwischen dem Einlass und dem Auslass des Drehmotors 45 vorhanden
ist. Allerdings wird dank der vorliegenden Erfindung eine ausreichende
Fluidmenge durch den Fluidableitungsdurchlass und durch die variable
Ableitungsöffnung
AB übertragen, die
sich mit demjenigen Fluid vereint, das durch den Hauptfluidweg des
Fluidsteuergeräts 27 strömt, wobei
diese Kombination aus Hauptwegfluid und Ableitungsfluid zusammen
zu dem Steueranschluss 43 und von dort zu dem Einlass des
Drehmotors 45 fließt.
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Die
Erfindung ist in der obigen Spezifikation ausführlich beschrieben worden,
und es wird davon ausgegangen, dass sich für den Fachmann anhand dieser
Spezifikation verschiedene Abänderungen und
Modifizierungen der Erfindung ergeben. Es ist beabsichtigt, dass
alle derartigen Abänderungen
und Modifizierungen in der Erfindung eingeschlossen sind, sofern
sie in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.