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Die Erfindung betrifft einen Modulator, der dazu vorgesehen ist, einen
bestimmten Durchfluß von unter Druck stehendem Fluid aus dem
Fluidversorgungskreis eines Hydraulikmotors abzuzweigen. Sie betrifft auch einen
Servolenkkreis für ein Kraftfahrzeug, bei dem die Servounterstützung von der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt und der Kreis einen solchen Modulator verwendet.
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Aus dem Patent US-A-4 561 521 ist ein Servolenkkreis des oben genannten Typs
bekannt, in dem ein Modulator dazu verwendet wird, bei einer großen
Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen Teil des unter Druck stehenden
Servounterstützungsfluids zum Vorratsbehälter von unter niedrigem Druck stehendem Fluid
abzuzweigen, um die Servounterstützung bei großer Geschwindigkeit zu
begrenzen. Dieser Modulator ist durch einen einfachen, elektrisch gesteuerten
Kolben gebildet, der eine Fluidentleerungsöffnung in Richtung des
Vorratsbehälters für unter niedrigem Druck stehendes Fluid verschließt oder nicht.
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Ein solcher Modulator bedingt eine kräftige Betätigungsvorrichtung, da eine
der Flächen des Kolbens permanent von unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt
wird.
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Außerdem ist bekannt, daß es beim servounterstützten Lenken wünschenswert ist,
den abgezweigten Fluiddurchfluß bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit
zum Aufrechterhalten der Servounterstützungs-Charakteristiken konstant zu
halten, ungeachtet der Veränderungen des Drucks, die in der Versorgungspumpe
oder im abgezweigten Kreis stromabwärts vom Modulator entstehen können. Der in
dem oben genannten Dokument beschriebene Modulator gewährleistet aber keine
Regelung des Durchflusses.
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Das Dokument EP-A-0 396 433 (Stand der Technik gemäß Artikel 54 (3) des
Europäischen Patentübereinkommens) beschreibt einen Modulator, der dazu
vorgesehen ist, einen bestimmten Durchfluß von unter hohem Druck stehendem
Fluid aus dem Versorgungskreis eines Hydraulikmotors abzuzweigen, und der
zwischen einem Fluideingang und einem Fluidausgang enthält: ein
Steuerelektroventil und einen Durchflußregler, der durch eine Bohrung gebildet ist, in der
eine Gleithülse eine Eingangskammer und eine Regelkammer abgrenzt, in deren
Wand der Fluidausgang ausgebildet ist, und eine Feder, die in der Regelkammer
angeordnet ist und der Verschiebung der Gleithülse entgegenwirkt, deren
Schürze den Fluidausgang verschließen kann.
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Die Erfindung unterscheidet sich von diesem Modulator darin, daß das
Elektroventil ein progressiv wirkendes Elektroventil ist, dessen Verschlußelement
eine Verbindung zwischen dem Fluideingang und der Eingangskammer des Reglers
in Abhängigkeit von dem an das Elektroventil angelegten Signal mehr oder
weniger verschließen kann, wobei die Feder sich auf einem Kolben abstützt, der
die Regelkammer verschließt und hinter dem eine mit dem Fluideingang
verbundene Reaktionskammer ausgebildet ist, und wobei die Gleithülse von einer
Drosselstelle durchbrochen ist.
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Auf diese Weise erhält man durch die einfache Betätigung eines Elektroventils
einen Modulator mit einer Regelung des Durchflusses, was die Einheit einfach,
funktionssicher und preisgünstig macht.
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Dieser Modulator kann auch eine Ausgangshilfsöffnung enthalten, die in der
Bohrung gegenüber der Schürze der Gleithülse so ausgebildet ist, daß die
Hilfsöffnung normalerweise verschlossen ist und dann geöffnet ist, wenn das
Verschlußelement des Elektroventils völlig geöffnet ist und der Druck in der
Eingangskammer gleich dem in der Reaktionskammer ist.
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Die Erfindung betrifft auch einen Servolenkkreis für ein Kraftfahrzeug, bei
dem die Servounterstützung von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt, mit
einer Quelle von unter hohem Druck stehender Flüssigkeit, einer
Servounterstützungsvorrichtung, einer Erfassungsvorrichtung für die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs, einer Steuereinheit für die Servounterstützung, und einem
Modulator, wie er oben beschrieben wurde, wobei die Steuereinheit dem
Elektroventil ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiges Signal liefert.
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Die Erfindung wird besser verstanden, und ihre weiteren Ziele, Vorteile und
Merkmale ergeben sich deutlicher aus der folgenden, nicht einschränkend
gegebenen Beschreibung, der zwei Zeichnungsblätter beigefügt sind. Darin
zeigen:
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- Fig. 1 schematisch einen Modulator gemäß der vorliegenden Erfindung,
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- Fig. 2 schematisch im Schnitt eine Ausführungsform eines solchen Modulators,
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- Fig. 3 schematisch einen Servolenkkreis, der einen solchen Modulator
enthält, und
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- Fig. 4 schematisch einen Modulator für einen Servolenkkreis, wobei der
Modulator ein Zusatzventil für hohe Geschwindigkeiten enthält.
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Mit Bezug auf die Figuren ist der Modulator gemäß der Erfindung in Fig. 1
dargestellt. Dieser Modulator enthält ein Steuerelektroventil 70 zum Abzweigen
eines Fluiddurchflusses aus dem nicht dargestellten Versorgungskreis eines
Hydraulikmotors. Das abgezweigte Fluid dringt mit dem Druck P&sub1; durch den
Eingang 56 in das Elektroventil ein, dessen Verschlußelement eine Verbindung
zwischen dem Eingang 56 und der Eingangskammer 108 des zugeordneten Reglers in
Abhängigkeit von einem an die Spule des Elektroventils angelegten Signal mehr
oder weniger verschließt. Die Kraft des Elektroventils auf das
Verschlußelement bestimmt den Druck P&sub2; in der Eingangskammer 108. Der Regler ist durch
eine in einem Körper angeordnete Bohrung gebildet. In dieser Bohrung gleitet
eine mit einer Schürze versehene Gleithülse 112, die von einer Drosselstelle
114 durchbrochen und durch einer Feder 116 beaufschlagt ist, die in einer
Regelkammer 117 angeordnet ist, deren eine Wand eine Öffnung 118 enthält, die
einen Fluidausgang bildet und von der Schürze der Gleithülse 112 mehr oder
weniger verschlossen sein kann.
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Diese Regelkammer 117 ist an ihrem anderen Ende durch das Ende eines Kolbens
132 verschlossen, auf dem sich die Feder 116 abstützt. Der Fluideingang 56
steht mit einer Reaktionskammer 128 in Verbindung, in die das andere Ende des
Kolbens 132 hineinragt.
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Der Fachmann erkennt leicht, daß man durch eine Veränderung des an das
Elektroventil angelegten Signals eine entsprechende Veränderung des Drucks P&sub2;
in der Eingangskammer 108 des Reglers und daher des in der Regelkammer 117
herrschenden Drucks P&sub3; erhält. Der Kolben 132 verändert unter der Wirkung des
Unterschieds zwischen dem in der Reaktionskammer 128 herrschenden Druck P&sub1;
und dem in der Regelkammer 117 herrschenden Druck P&sub3; die auf die Feder 116
aufgebrachte Vorspannung.
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Daraus folgt ein linearer Zusammenhang zwischen dem an die Spule des
Elektroventils 70 angelegten Signal und dem geregelten Fluiddurchfluß durch den
Modulator gemäß der Erfindung.
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Man erkennt, daß eine geschickte Wahl des Durchmessers des Kolbens 132
ausreicht, um den gewünschten linearen Zusammenhang zu erhalten.
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Fig. 2 stellt eine Ausführungsform des in Fig. 1 schematisch dargestellten
Modulators dar. In dieser Fig. 2 ist der gezeigte Modulator aus einem
Eingangskörper 50, einem Elektroventil 52 und einem Ausgangskörper 54
zusammengesetzt.
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Der Eingangskörper 50 enthält einen Eingang 56 für unter dem Druck P&sub1;
stehendes Fluid, der über die Kammer 58 und das mit einer Drosselstelle
versehene Rohr 60 mit der Reaktionskammer 128 im Ausgangskörper 54 in
Verbindung steht.
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Das Elektroventil 52 enthält eine Bohrung 67, in der eine hohle Stange 68
gleitet, die eine Verschlußkugel 70 trägt, deren Sitz auf einem mit einer
Bohrung versehenen Stopfen 74 ausgebildet ist, der wiederum mit dem
Fluideingang 56 verbunden ist.
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Das Elektroventil enthält auch eine Spule 92 und einen Magnetkern 104, der in
einer Bohrung 102 gleitet. Durch den Magnetkern 104 ist eine axiale Öffnung
106 geführt, die eine Kammer 108 bildet, in der eine Feder 110 angeordnet ist
und die z. B. die oben genannte Eingangskammer darstellt.
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In der Bohrung 102 gleitet auch eine Durchflußregelhülse 112, die von einer
Drosselstelle 114 durchbohrt ist und von einer Feder 116 beaufschlagt wird,
die in der in der Bohrung 102 ausgebildeten Regelkammer 117 in der Weise
angeordnet ist, daß die Gleithülse 112 der entgegengesetzten Wirkung der
beiden Federn 110 und 116 unterworfen ist. Die Feder 116 stützt sich mit ihrem
der Gleithülse 112 entgegengesetztem Ende auf dem Kragen eines Kolbens 132 ab,
der in einer in dem Ausgangskörper 54 ausgeführten Bohrung 130 gleitet. Die
Bohrung 102 enthält mindestens eine Öffnung 118, die durch den unteren Rand
der Schürze der Gleithülse 102 verschlossen werden kann und mit einer
Ausgangsöffnung 138 in Verbindung steht.
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Der Kolben 132 empfängt auf seiner oberen Fläche, zusätzlich zur Abstützung
der Feder 116, den in der Regelkammer 117 herrschenden Druck P&sub3; und auf seiner
unteren Fläche den Eingangsfluiddruck P&sub1; des Modulators, der in der
Reaktionskammer 128 herrscht, die über das Rohr 60 und die Kammer 58 mit dem
Fluideingang 56 in Verbindung steht.
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Der Durchflußmodulator arbeitet in der folgenden Weise: in Abhängigkeit von
dem an die Spule 92 des Elektroventils angelegten Signal wird mittels des
Kerns 104 und der hohlen Stange 68 die Kraft auf die Kugel 70 und damit der in
der Kammer 86 herrschende Druck P&sub2; gesteuert, der sich über die hohle Stange
68 und die Leitung 106 bis zur Eingangskammer 108 ausbreitet.
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Der durch die Drosselstelle 114 der Gleithülse 112 strömende Fluiddurchfluß
bewirkt einen Lastabfall und in der Regelkammer 117 einen Druck P&sub3;, der
kleiner ist als der Druck P&sub2;. Dieser Durchfluß kann dann über die Öffnung 118
die Ausgangsöffnung 138 erreichen.
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Die Gleithülse 112 des Durchflußreglers, die auf ihrer oberen Fläche den Druck
P&sub2; plus die im wesentlichen konstante Kraft der Feder 110 empfängt, und auf
ihrer unteren Fläche den Ausgangsdruck P&sub3; plus die Kraft der Feder 116, die
wiederum mittels des Kolbens 132 der Differenzkraft aus den Drücken P&sub1; und P&sub3;
unterworfen ist, verschließt mehr oder weniger die Öffnung 118 und
gewährleistet einen konstanten Durchfluß, dessen Größe daher von dem an die Spule 92
angelegten Signal abhängt.
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In dem Modulator von Fig. 2 ist außerdem eine Hilfsöffnung 120 vorgesehen, die
in der Wand der Regelkammer 117 im rechten Winkel zur Schürze der Gleithülse
112 ausgebildet ist. Diese Hilfsöffnung 120 ist also normalerweise
verschlossen. Die Gleithülse verschließt jedoch bei völliger Freigabe des
Verschlußelements des Elektroventils 70 die Ausgangsöffnung 118 und öffnet die
Hilfsöffnung
120, die mit dem Fluidausgang 138 in Verbindung steht. Die
Hilfsbohrung 120 ist so positioniert, daß sie sich im Falle des elektrischen
Versagens der Spule 92 des Elektroventils nicht öffnen kann. Dieses Versagen
entspricht einer völligen Öffnung des Verschlußelements 70, wodurch der Druck
P&sub2; im wesentlichen gleich dem Fluideingangsdruck P&sub1; wird.
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Ein solcher Modulator kann vorteilhaft in dem in Fig. 3 dargestellten
Servolenkkreis eingesetzt werden. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel handelt
es sich um einen Kreis mit einem Zweikreisventil, der eine Veränderung der
Servounterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erlaubt. Er
enthält eine Pumpe 2, die aus einem Vorratsbehälter 4 unter niedrigem Druck
stehendes Fluid ansaugt, welches sie unter hohem Druck über die Leitung 8 zu
einem ersten Kreis des Ventils 6 und über die Leitung 10 zum Modulator 22
fördert. Der erste Kreis des Ventils 6 führt das Fluid zum Vorratsbehälter 4
über die Leitung 12 zurück und versorgt über die Leitungen 14 und 16 den
Servounterstützungszylinder 13, der mit den nicht dargestellten Rädern
verbunden ist. Ein zweiter Kreis erhält einen durch den Modulator abgezweigten
Durchfluß über die Leitung 18 und führt das Fluid über die Leitung 12 zum
Vorratsbehälter zurück.
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Die Steuereinheit 24 steuert den Modulator 22 und erhält Informationen, wie
die Fahrzeuggeschwindigkeit, durch (nicht dargestellte) Erfassungsmittel.
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In an und für sich bekannter Weise zweigt der Modulator bei geringer
Geschwindigkeit nur sehr wenig Fluid ab, was eine maximale Servounterstützung durch
den Zylinder 13 gewährleistet. Bei großer Geschwindigkeit dagegen zweigt der
Modulator einen sehr großen Fluiddurchfluß ab und der Zylinder 13 wird
praktisch nicht mehr versorgt.
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Jedoch kann mittels des zweiten Kreises bei großer Geschwindigkeit eine große
Bewegung des Lenkrads durch eine Drosselung des abgezweigten Durchflusses
unterstützt und folglich der Druck im ersten Kreis erhöht werden.
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Um bei erhöhter Geschwindigkeit ein Maximum von unter Druck stehendem Fluid
abzuzweigen, kann dem Modulator eine Kurzschluß-Hilfsvorrichtung beigefügt
werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Z. B. ist eine Hilfsbohrung 200 im Körper
des Modulators vorgesehen. In dieser Hilfsbohrung 200 gleitet ein Kolben 210,
der eine vordere Kammer 220 und eine hintere Kammer 230 abgrenzt. Die vordere
Kammer 220 ist mit dem Fluideingang 56 verbunden, während die hintere Kammer
230 mit der Eingangskammer 108 des Reglers verbunden ist. Eine in der hinteren
Kammer 230 angeordnete Feder 240 hält den Kolben 210 im Gleichgewicht. Dieser
ist mit einem Stößel 250 versehen, der ein Ventil 260 mit zwei bestimmten
Zuständen steuert. In der Ruhestellung der Vorrichtung ist das
Verschlußelement des Ventils 260 geschlossen, und es erlaubt keine Verbindung zwischen
dem Fluideingang 56 des Modulators und dem Vorratsbehälter 4. Wenn der
Unterschied zwischen dem in der vorderen Kammer 220 und der hinteren Kammer 230
herrschenden Druck eine bestimmte Schwelle überschreitet, z. B. bei einer
erhöhten Geschwindigkeit des Fahrzeugs, öffnet sich das Verschlußelement des
Ventils 260 und das Fluid in der Eingangsöffnung 56 wird direkt zum
Vorratsbehälter 4 geleitet. Die Servolenkunterstützung des Fahrzeugs ist dann stark
vermindert.