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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidsteuergeräte zur Verwendung
in Fahrzeuglenksystemen, und genauer auf solche Steuergeräte, die zusammen
mit Lenkzylindern mit ungleichen Flächen zu verwenden sind. Ein
derartiges Steuergerät
ist in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert und beispielsweise
aus US-A-4 505 110 bekannt.
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Konventionellerweise
haben viele Fahrzeuge, die vollfluidgekoppelte Lenksysteme verwenden, ein
Paar Lenkzylinder eingeschlossen, die derart angeordnet sind, dass
für jede
Lenkrichtung Fluid zu dem Kopfende eines Zylinders und zu dem Stößelende
des anderen Zylinders geführt
werden würde,
d.h. dass das gleiche Verhältnis
von Lenkbewegung zu Fluidströmung
für jede
Lenkrichtung vorliegen würde. Unglücklicherweise
fällt eine
derartige Anordnung aufgrund der beiden Zylinder und der gesamten
zugeordneten Rohrleitungsanordnung kostspielig aus. Bei einigen
Fahrzeugen ist die Verwendung eines einzelnen Lenkzylinders möglich, die
dann jedoch vom Typ mit Doppelstößelende
ist, so dass inhärent das
gleiche Verhältnis
von Lenkbewegung zu Fluidströmung
für jede
Lenkrichtung vorliegt.
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In
US-A-4 505 110 ist ein hydraulisches Lenksteuersystem offenbart,
das für
eine Verwendung mit einem bidirektionalen Differentialservermotor
mit einem Kolbenstößel ausgelegt
ist, welcher sich nur von einer Seite des Motors aus erstreckt.
Ein belastetes Rückschlagventil,
das in einer Leitung angeordnet ist, die aus den zu dem Servermotor
führenden
Leitungen ausgewählt
ist, gleicht diejenigen Drücke
aus, die relativ niedrig über
Atmosphärendruckpegel
mitunter in derjenigen Leitung vorliegen, die von dem Offenmittelstellungsdurchlass
der Steuerungseinheit zu dem Ablassbehälter führt, wenn sich die Steuerungseinheit
in der Neutralstellung befindet.
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Inzwischen
liegt eine Anzahl von Fahrzeugen vor, die vollfluidgekoppelte Lenksysteme
einschließlich
Fluidsteuergeräte
von demjenigen Typ verwenden, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht,
und wobei die Verwendung nur eines einzigen Lenkzylinders als erwünscht erachtet
wird, der nur über
einen einzelnen Stößel verfügt und deshalb als
ein Lenkzylinder mit "ungleichen
Flächen" bezeichnet wird.
Eine Lenksteuereinheit mit einer Strömungsverstärkung für ungleiche Kolbenflächen ist beispielsweise
aus EP-A-0 775 623 bekannt. Ein Zylinder mit ungleichen Flächen ist
ein Zylinder mit nur einem einzelnen sich derart von dem Zylinder
aus erstreckenden Stößel, dass
der Zylinder über
ein "Stößelende" mit einer jeweiligen
Querschnittsfläche
verfügt,
die dem Fluiddruck ausgesetzt ist ("Strömungsfläche"), und dass er ein "Kopfende" mit einer relativ größeren Querschnittsfläche ("Strömungsfläche") aufweist. In vielen
Fahrzeuganwendungen ist die Verwendung eines einzelnen Zylinders
mit ungleichen Flächen
erwünscht,
da die Verbindungsanordnung und die gesamte Installation vereinfacht
wird und somit kostengünstiger
als sogar im Falle eines Zylinders mit Doppelstößelende ausfällt.
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Ein
anderes Thema besteht darin, dass viele Fahrzeughersteller die Verwendung
von Fluidsteuergeräten
mit einem "Lastreaktionsmerkmal" bevorzugen, d.h.
einem Merkmal, bei dem, wenn sich das Fluidsteuergerät in der
Neutralstellung befindet, die Steuerfluidanschlüsse (d.h. die mit dem Lenkzylinder verbundenen
Anschlüsse)
mit den gegenüberliegenden
Seiten des Fluiddosierers (der typischerweise ein Gerotorradsatz
ist) in Fluidverbindung stehen. Somit wird jede auf die gelenkten
Räder auferlegte externe
Last eine Reaktionslast auf den Fluiddosierer ausüben, die
der Fahrzeugführer
wiederum durch das Lenkrad spüren
kann.
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Obgleich
die Lastreaktion als ein sehr erwünschtes Merkmal erachtet wird,
bestanden mindestens bei einer gewissen Anzahl an Fahrzeuganwendungen
vor dem Vorliegen dieser Erfindung viele Anlässe, bei denen die Fahrzeughersteller
davon in Kenntnis gesetzt wurden, dass ihre Lenksysteme nicht zugleich
einen lastreaktiven und einen einzelnen Lenkzylinder mit ungleichen
Flächen
haben könnten.
Ein Hauptgrund hierfür
bestand darin, dass die Lastreaktionsströmung zu und von dem Zylinder mit
ungleicher Fläche
von und zu dem Kopfende des Zylinders höher ausfiel als von und zu
dem Stößelende
des Zylinders. Infolgedessen würde,
wenn der Zylinder mit den entgegengesetzten Seiten des Fluiddosierers
in Verbindung stehen würde,
eine Druckverstärkung
auftreten, wenn sich das Kopfende zusammenzieht, und es würde eine
Kavitation stattfinden, wenn sich das Stößelende zusammenzieht. In jedem
Fall wäre
die Leistungsfähigkeit
des Steuergeräts
inakzeptabel. Während
eine Druckverstärkung zu
platzenden Schläuchen
und anderen mit dem Druck in Beziehung stehenden Problemen führen könnte, könnte eine
Kavitation aufgrund von Hohlräumen
in der Fluid-"Kolonne" einen potentiellen
Verlust der Lenksteuerung bewirken.
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Ein
zusätzlicher
Nachteil der beim Stand der Technik vorliegenden Kombination von
Lastreaktion und Zylindern mit ungleichen Flächen besteht darin, dass es
keine Stellung des Zylinders gibt, die einer Neutralstellung des
Fahrzeugs entspricht. Die ungleiche Fläche des Kopfendes und Stößelendes
sowie die auf den einwirkenden Stößel ausgeglichenen Kräfte bedeuten,
dass der Druck in dem Stößelende höher als
in dem Kopfende ist, was bei der Abwesenheit einer Lenkeingabe zu
einer Strömung
von dem Stößelende
zu dem Kopfende führt.
Diese Strömung bewirkt
eine kontinuierliche Fahrzeugtrift und eine Drehung des Lenkrads,
wobei dieser Zustand für
den Fahrzeugführer
inakzeptabel 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 Fluidsteuergeräts zur Verwendung mit einem
Lenkzylinder mit ungleichen Flächen,
wobei das Steuergerät
vom Lastreaktionstyp ist und die Druckverstärkungs- und Kavitationsprobleme
von Steuergeräten
beim Stand der Technik überwinden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Fluidsteuergeräts, das die oben genannte Aufgabe lösen kann
und zugleich das Auftreten einer unerwünschten Fahrzeugtrift und Lenkraddrehung
verhindern kann.
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Die
obige und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung
eines verbesserten Fluidsteuergeräts gelöst, das zur Steuerung der Fluidströmung von
einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid zu einer fluiddruckbetätigten Vorrichtung
mit ungleicher Fläche
betätigt
werden kann. Das Steuergerät
weist eine Gehäuseanordnung
auf, die einen Einlassanschluss zur Verbindung mit der Quelle, einen
Rücklaufanschluss
zur Verbindung mit einem Systemspeicherbehälter sowie erste und zweite
Steuerfluidanschlüsse
zur Verbindung mit der Vorrichtung mit ungleicher Fläche ausbildet.
Eine Ventilanordnung ist in der Gehäuseanordnung angeordnet und
legt eine Neutralstellung sowie mindestens eine Arbeitsstellung
fest, bei der die Gehäuseanordnung
und die Ventilanordnung zur Ausbildung eines Hauptfluidweges zusammenwirken,
der eine Fluidverbindung von dem Einlassanschluss zu dem ersten
Steuerfluidanschluss und von dem zweiten Steuerfluidanschluss zu
dem Rücklaufanschluss
herstellt und wobei der Hauptfluidweg einen Fluiddosierer beinhaltet.
In der Neutralstellung wirken die Gehäuseanordnung und die Ventilanordnung
zur Ausbildung eines Lastreaktionsfluidweges zusammen, der eine Fluidverbindung
zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerfluidanschluss durch den
Fluiddosierer ermöglicht.
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Das
verbesserte Fluidsteuergerät
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung eine Anordnung
umfasst, welche zur Ermöglichung einer
Fluidverbindung zwischen dem Lastreaktionsfluidweg und dem Rücklaufanschluss
betätigt
werden kann, wenn sich die Ventilanordnung in der Neutralstellung
befindet. Wenn infolgedessen eine Last ausgeübt wird, die dazu tendiert,
die Vorrichtung mit ungleicher Fläche in ersten Richtung zu bewegen,
kann Fluid von dem Lastreaktionsfluidweg zu dem Rücklaufanschluss
fließen.
Wenn eine Last ausgeübt
wird, die dazu tendiert, die Vorrichtung mit ungleicher Fläche in einer
zweiten Richtung zu bewegen, wird es ermöglicht, dass Fluid von dem
Rücklaufanschluss zu
dem Lastreaktionsfluidweg fließt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Hydraulikschema eines hydrostatischen Servolenksystems einschließlich eines Lenkzylinders
mit ungleichen Flächen.
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2 ist
ein axialer Querschnitt eines Fluidsteuergeräts des Typs, auf den sich die
vorliegende Erfindung bezieht.
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3 ist
eine planare Ansicht der Spulenventils des in 2 dargestellten
Fluidsteuergeräts, jedoch
in einem größeren Maßstab als
in 2.
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4 ist
eine planare Ansicht des Hülsenventils
des in 2 gezeigten Fluidsteuergeräts im gleichen Maßstab wie
in 3.
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5 ist
eine sehr vergrößerte fragmentarische Überlagerungsansicht
der Ventilanordnung der in den 3 und 4 dargestellten
Ventilanordnung, wobei sich die Ventilanordnung in ihrer neutralen
Lastreaktionsstellung befindet.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche die Erfindung nicht einzugrenzen
beabsichtigen, ist 1 ein Hydraulikschema eines
hydrostatischen Fahrzeuglenksystems, das ein gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestelltes Fluidsteuergerät aufweist.
Das System umfasst eine Fluidpumpe 11, die hier einer erleichterten
Illustration halber als eine Pumpe mit fester Verdrängung dargestellt
ist und deren Einlass mit einem Systemspeicherbehälter 13 in Verbindung
steht. Der Ausgang der Pumpe 11 wird zu dem hydrostatischen
Lenksystem und genauer zu einem Fluidsteuergerät 15 geleitet.
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Immer
noch auf 1 Bezug nehmend umfasst das
Fluidsteuergerät 15 einen
Einlassanschluss 17, einen Rücklaufanschluss 19 und
zwei Steuer-(Zylinder)-Fluidanschlüsse 21 und 23,
die mit den entgegengesetzten Enden eines Lenkzylinders 25 verbunden
sind. Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Lenkzylinder 25 ein
Zylinder mit ungleichen Flächen,
d.h. ein Zylinder, der ein "Stößelende" mit einer Querschnittsfläche (Strömungsfläche) A sowie
ein "Kopfende" mit einer Querschnittsfläche (Strömungsfläche) B hat,
wobei die Fläche
B etwas größer als
die Fläche
A ist.
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Das
Fluidsteuergerät 15,
das ausführlicher
in Zusammenhang mit 2 beschrieben werden wird, kann
von dem allgemeinen Typ sein, der in US-A-Re. 25 126 und in US-A-5
638 864 illustriert und beschrieben ist, wobei beide Patente auf
den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen sind. Im Einzelnen
umfasst das Steuergerät 15 eine
allgemein mit 27 bezeichnete Ventilanordnung, die von ihrer
schematisch in 1 dargestellten Neutralstellung
zu entweder einer Rechtsdrehstellung R oder zu einer Linksdrehstellung
L hin bewegbar ist. Wenn sich die Ventilanordnung 27 in
einer der beiden Drehstellungen befindet, strömt das unter Druck stehende
und durch die Ventilanordnung 27 fließende Fluid ebenfalls durch
einen Fluiddosierer 29, dessen eine Funktion im Messen
(Dosieren) der geeigneten Fluidmenge besteht, die zu dem geeigneten
Steueranschluss 21 oder 23 übertragen werden soll. Wie
(in 1) lediglich schematisch dargestellt umfasst der
Fluiddosierer 29 sich ausdehnende Fluidvolumenkammern 29E und
sich zusammenziehende Fluidvolumenkammern 29C. Wie für den Fachmann
wohlbekannt besteht die andere Funktion des Fluiddosierers 29 darin,
der Ventilanordnung 27 eine Nachlaufbewegung zu verleihen,
so dass die Ventilanordnung 27 zu ihrer Neutralstellung
zurückgeführt wird,
nachdem die erwünschte
Fluidmenge an den Lenkzylinder 25 übertragen worden ist. In 1 wird
diese Nachlaufbewegung mittels einer mechanischen Nachlaufverbindung
bewerkstelligt, die schematisch bei 31 dargestellt ist.
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Wie
schematisch in 1 gezeigt bildet die Ventilanordnung 27 immer
dann eine Vielzahl von variablen Öffnungen aus, wenn die Ventilanordnung von
ihrer Neutralstellung aus zu einer ihrer Arbeitsstellungen, d.h.
entweder der Rechtsdrehstellung R oder der Linksdrehstellung L,
bewegt wird. Diese variablen Öffnungen
werden ausführlicher
im Zusammenhang mit der ausführlichen
Beschreibung der 3 bis 5 beschrieben
werden.
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Fluidsteuergerät 15
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Nun
auf 2 Bezug nehmend wird die Konstruktion des Fluidsteuergeräts ausführlicher
beschrieben werden. Das Steuergerät 15 weist mehrere
Abschnitte einschließlich
eines Gehäuseabschnitts 33,
einer Anschlussplatte 35, eines den Fluiddosierer 29 aufweisenden
Abschnitts und einer Endplatte 37 auf. Diese Abschnitte
werden durch eine Vielzahl von Bolzen 39 in einem festen
abdichtendem Eingriff gehalten, wobei die Bolzen mit dem Gehäuseabschnitt 33 in
Gewindeeingriff stehen. Der Gehäuseabschnitt 33 legt
den Einlassanschluss 17, den Rücklaufanschluss 19 und
die Steueranschlüsse 21 und 23 fest.
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Innerhalb
einer durch den Gehäuseabschnitt 33 ausgebildeten
Ventilbohrung 41 ist die Ventilanordnung 27 drehbar
angeordnet. Die Ventilanordnung 27 weist ein drehbares
Hauptventilorgan 43 (das im Folgenden auch als die "Spule" bezeichnet wird)
und ein damit zusammenwirkendes, relativ drehbares Nach laufventilorgan 45 auf
(das hier auch als die "Hülse" bezeichnet wird).
An dem vorderen Ende der Spule ist ein Bereich mit einem verringerten Durchmesser
vorgesehen, der einen Satz Innenkeilzähne 47 ausbildet,
welche eine direkte mechanische Verbindung zwischen der Spule 43 und
einem (nicht dargestellten) Lenkrad bereitstellen. Die Spule 43 und
die Hülse 45 werden
im Folgenden ausführlicher
beschrieben werden.
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Der
Fluiddosierer 29 kann von einem beim Stand der Technik
wohlbekannten Typ sein und umfasst einen innenverzahnten Ring 49 sowie
einen außenverzahnten
Stern 51. Der Stern 51 bildet einen Satz Innenkeilzähne 53 aus,
und damit in verzahntem Eingriff stehend ist ein Satz Außenkeilzähne 55 vorgesehen,
der an dem hinteren Ende einer Antriebswelle 57 ausgebildet
ist. Die Welle 57 weist ein vorderes Gabelende auf, das
eine Antriebsverbindung zwischen der Welle 57 und der Hülse 45 dadurch
ermöglicht,
dass ein Stift 59 durch ein Paar Stiftöffnungen 61 in der
Spule 43 verläuft.
Somit fließt unter
Druck stehendes Fluid, das durch die Ventilanordnung 27 strömt, in Ansprechen
auf die Drehung des Lenkrads und die Spule 43, durch den
Fluiddosierer 29 und bewirkt eine Umlauf- und Drehbewegung
des Sterns 51 innerhalb des Rings 49. Eine derartige
Bewegung des Sterns 51 bewirkt wiederum eine Nachlaufbewegung
der Hülse 45 durch
die Antriebswelle 57 und den Stift 59 (die beide
die Nachlaufverbindung 31 der 1 bilden).
Diese Bewegung hält
eine bestimmte Relativverlagerung zwischen der Spule 43 und
der Hülse 45 für eine gegebene
konstante Drehrate des Lenkrads aufrecht. Eine Mehrzahl von Blattfedern 63 erstreckt
sich durch eine Öffnung
in der Hülse 45,
wodurch die Hülse 45 relativ
zu der Spule 43 zu ihrer Neutralstellung hin vorgespannt
wird.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass der Gehäuseabschnitt 33 vier
die Hülse 45 umgebende
ringförmige
Kammern ausbildet, um eine Fluidverbindung zwischen der Außenfläche der
Hülse 45 und
den verschiedenen Anschlüssen 17, 19, 21 und 23 herzustellen.
Die verschiedenen ringförmigen
Kammern sind dabei durch das Bezugszeichen des jeweiligen Anschlusses,
gefolgt von dem Buchstaben "c" gekennzeichnet.
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Die
verzahnte Interaktion des Sterns 51, der in dem Ring 49 umläuft und
sich dreht, bildet die sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden
Fluidvolumenkammern 29E bzw. 29C aus, und benachbart
zu jeder Kammer bildet die Anschlussplatte 35 einen (in 2 nicht
dargestellten) Fluidanschluss aus, was für den Fachmann wohlbekannt
ist. Der Gehäuseabschnitt 33 stellt
eine Vielzahl von (in 2 ebenfalls nicht dargestellten)
Axialbohrungen bereit, die jeweils an einem Ende mit einem der Fluidanschlüsse in der
Anschlussplatte 35 und an ihrem anderen Ende mit der Ventilbohrung 41 in
offener Verbindung stehen.
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Ventilanordnung 27
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Nun
hauptsächlich
auf die 3 und 4 Bezug
nehmend werden die Spule 43 und die Hülse 45 ausführlicher
beschrieben werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass in 3 die
Außenfläche der Spule 43 illustriert
ist, während
in 4 diejenigen Anschlüsse dargestellt sind, die an
der Innenfläche wie
an der Außenfläche der
Hülse 45 im
allgemeinen gleich sind. Die Spule 43 bildet eine ringförmige Nut 65 und
in Verbindung damit stehend eine Mehrzahl von axialen Schlitzen 67 aus.
In Umfangsrichtung von jedem der Axialschlitze 67 aus versetzt
ist ein längerer
Axialschlitz 69 angeordnet, und in Umfangsrichtung zu jedem
der Axialschlitze 67 ausgerichtet ist eine noch längerer Axialschlitz 71 vorgesehen, dessen
Funktion nachfolgend beschrieben werden wird. Es sei darauf hingewiesen,
dass aufgrund des Umstandes, dass das Fluidsteuergerät von 2 vom
Lastreaktionstyp ist, jeder der Axialschlitze 69 tatsächlich ein
Paar paralleler Axialschlitze ist. Auf der rechten Seite der ringförmigen Nut 65 bildet
die Spule 43 eine Vielzahl von Offenmittelstellungsaxialschlitzen 73 aus,
wobei jeder dieser Schlitze zu seinem rechten Ende hin in offener
Verbindung mit dem Inneren der Spule 43 steht. Die weiteren
strukturellen Einzelheiten der Spule 43, die zwar wohlbekannt,
für die
vorliegende Erfindung jedoch nicht relevant sind, werden nicht beschrieben
werden.
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Zu
dem linken Ende in 4 hin bildet die Hülse 45 eine
Mehrzahl von Tankanschlüssen 75 aus,
die mit dem Rücklaufanschluss 19 auf
eine beim Stand der Technik wohlbekannte Weise in Verbindung stehen.
Zu dem rechten Ende hin bildet die Hülse 45 eine Mehrzahl
von Druckanschlüssen 77 aus, die
mit der ringförmigen
Kammer 17c in Verbindung stehen. Auf der linken Seite der
Anschlüsse 77 ist eine
Mehrzahl von Dosiereranschlüssen 79 vorgesehen,
die eine Verbindung zwischen der Ventilanordnung 27 und
den sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Volumenkammern, 29E bzw. 29C des
Fluiddosierers 29 herstellen. In der vorliegenden Ausführungsform
und lediglich beispielshalber weist der Stern 51 sechs
(N) Außenzähne und
der Ring 49 sieben (N + 1) Innenzähne auf, sodass zwölf (2N)
Dosiereranschlüsse 79 vorliegen.
Links von den Dosiereranschlüssen 79 ist
eine Mehrzahl von Zylinderanschlüssen 81 angeordnet,
die mit der ringförmigen Kammer 23c in
Verbindung stehen, und noch weiter links ist eine Mehrzahl von Zylinderanschlüssen 83 vorgesehen,
die mit der ringförmigen
Kammer 21c in Verbindung steht. Weiterhin bildet die Hülse 45 eine Mehrzahl
von Offenmittelstellungslöchern 85 aus,
die wie die Druckanschlüsse 77 mit
dem Einlassanschluss 17 durch die ringförmige Kammer 17c in
Verbindung stehen, wobei die Funktion der Offenmittelstellungslöcher 85 nachfolgend
beschrieben werden wird.
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Betrieb der Ventilanordnung 27
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Es
wird davon ausgegangen, dass sich der bisher beschriebene grundlegende
Betrieb des Steuergeräts 15 und
der Ventilanordnung 27 angesichts der oben angeführten Patentschriften
unmittelbar versteht. Allerdings wird der Betrieb des Steuergeräts und der
Ventilanordnung hier knapp erläutert werden,
und zwar teilweise um die in den 2, 3 und 4 illustrierte
Struktur mit dem Schema von 1 in Verbindung
zu setzen. Der Betrieb der Ventilanordnung wird in Zusammenhang
mit den 3–5 beschrieben
werden, wobei in 5 (relativ zu den 2–4)
eine vergrößerte fragmentarische Überlagerungsansicht
der Spule 43 (gestrichelte Linien) und der Hülse 45 dargestellt
sind (durchgezogene Linien) wobei jedoch, solange dies nicht anders
angegeben ist, nur die an der Innenfläche der Hülse vorhandenen Merkmale dargestellt sind.
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Wenn
sich die Ventilanordnung 27 in der Neutralstellung befindet
(keine Drehung des Lenkrads), wird Einlassfluid von dem Einlassanschluss 17 in
die ringförmige
Kammer 17c übertragen.
Die Druckanschlüsse 77 stehen
mit der ringförmigen Kammer 17c in
offener Verbindung, jedoch liegt kein Durchfluss durch die Druckanschlüsse 77 vor,
da in der Neutralstellung unter Druck stehendes Fluid in den Anschlüssen 77 in
keinem der Schlitze bzw. in keiner der Nute, die durch die Spule 43 ausgebildet sind,
einen Druck aufbauen kann. Stattdessen fließt Einlassfluid von der ringförmigen Kammer 17c durch die
Offenmittelstellungslöcher 85 auf
eine dem Fachmann wohlbekannte Weise durch die Axialschlitze 73,
und erreicht schließlich
den Systemspeicherbehälter 13.
Der Lastreaktionszustand, der auftritt wenn sich die Ventilanordnung
in der Neutralstellung befindet, wird nachfolgend beschrieben werden.
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Nun
auf 1 im Zusammenhang mit den 3 und 4 Bezug
nehmend wird, wenn das Lenkrad in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (eine
Linksdrehbedingung) gedreht wird, die Spule 43 von ihrer
Neutralstellung aus relativ zu der Hülse 45 verlagert,
wobei sich die Offenmittelstellungslöcher 85 aus einer
Fluidverbindung mit den Offenmittelstellungsschlitzen 73 heraus
bewegen und wobei Fluid durch die Druckanschlüsse 77 und in die
Axialschlitze 67 und somit in jeden der Dosiereranschlüsse 79 zu
fließen
beginnt. In einem Offenmittelstellungssteuergerät weist die kumulative Fläche der Druckanschlüsse 77 eine
Hauptstromsteueröffnung auf
die in 1 schematisch bei 86 dargestellt ist und
welche auch als die Al-Öffnung
bezeichnet wird. Zur gleichen Zeit beginnt jeder der Axialschlitze 67 mit
einem der Dosiereranschlüsse 79 in
Verbindung zu treten, wobei die Überlappungsfläche dazwischen eine
variable Öffnung
und die Gesamtheit dieser Öffnungen
eine variable Stromsteueröffnung
ausbildet (die A2-Öffnung).
Jeder andere Dosiereranschluss 79 steht mit einem Axialschlitz 67 in
Verbindung, und die alternierenden Dosiereranschlüsse 79 stehen nun
mit den längeren
Axialschlitzen 69 in Verbindung. Die Überlappungsfläche zwischen
jedem dieser Dosiereranschlüsse 79 und
den jeweiligen Axialschlitzen 69 bildet eine variable Öffnung aus,
und die Gesamtheit dieser Öffnungen
bildet eine variable Stromsteueröffnung
aus (die A3-Öffnung).
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Befinden
sich die Spule 43 und die Hülse 45 in der in 1 als
L dargestellten Position, beginnt jeder der Schlitze 69 mit
einem benachbarten Schlitz der Zylinderanschlüsse 83 eine Verbindung
herzustellen, wobei die Überlappung
dazwischen eine variable Öffnung
ausbildet und die Gesamtheit dieser individuellen Öffnungen
eine variable Stromsteueröffnung 91 ausbildet
(die A4-Öffnung).
Wie für
den Fachmann wohlbekannt stehen die Zylinderanschlüsse 83 mittels
der ringförmigen
Kammer 21c mit dem Zylinderanschluss 21 und anschließend mit
dem Stößelende
A des Zylinders 25 in Verbindung. Von dem Kopfende B des
Zylinders 25 zurücklaufendes Fluid
tritt in den Zylinderanschluss 23 ein und fließt danach
durch die ringförmige
Kammer 23c und anschließend durch die Zylinderanschlüsse 81,
die inzwischen mit den Axialschlitzen 71 in Fluidverbindung
stehen. Die Überlappungsfläche der
Anschlüsse 81 und
der Schlitze 71 bildet eine variable Öffnung aus und die Gesamtheit
dieser individuellen variablen Öffnungen
bildet eine variable Stromsteueröffnung 93 aus
(die A5-Öffnung).
Somit umfasst der gerade beschriebene Strömungsweg durch die variablen
Stromsteueröffnungen
A1, A2, A3, A4 und A5 den "Hauptfluidweg" in der Linksdrehbedingung.
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Lastreaktion
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Nun
hauptsächlich
auf 5, jedoch auch im Zusammenhang mit 1 Bezug
nehmend, wird das Lastreaktionsmerkmal des Steuergeräts 15 beschrieben
werden. Befindet sich die Ventilanordnung 27 in der Neutralstellung
von 5, steht der obere Axialschlitz 69 mit
seinem benachbarten Dosiereranschluss 79 und mit dem Zylinderanschluss 83 in
Fluidverbindung, der wiederum mit dem Steueranschluss 21 in
Verbindung steht. Zur gleichen Zeit steht der untere Axialschlitz 69 mit
seinem benachbarten Dosiereranschluss 79 und mit dem Zylinderanschluss 81 in
Fluidverbindung, der wiederum mit dem Steueranschluss 23 in
Verbindung steht. Der sich ergebende Strömungsweg zwischen den Anschlüssen 21 und 23,
durch den Anschluss 81, den Schlitz 69, den Anschluss 79,
den Dosierer 29, den anderen Anschluss 79, den
anderen Schlitz 69, und durch den Anschluss 83 bildet
den Lastreaktionsfluidweg aus, der in 1 mit LR
bezeichnet ist. Wenn sich die Ventilanordnung 27 in der
Neutralstellung befindet, drängt
somit eine externe Last auf den Lenkzylinder 25 das Fluid
zu einer Bewegung durch den Last reaktionsfluidweg LR in der einen
oder anderen Richtung, was von der Richtung der aufgebrachten Last
abhängig
ist.
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Wenn
die aufgebrachte Last beispielsweise dazu tendiert, den Stößel auf
die linke Seite von 1 hin zu bewegen, zieht sich
die dem Stößelende
zugeordnete Kammer A zusammen, wodurch Fluid von dem Anschluss 21 durch
den Weg LR und aus dem Anschluss 23 heraus zu der dem Kopfende
zugeordneten Kammer B gedrängt
wird. Jedoch reicht wie weiter oben erwähnt die aus der dem Stößelende zugeordneten
Kammer heraus gedrängte
Fluidmenge nicht aus, die dem Kopfende zugeordnete Kammer aufzufüllen, weshalb
eine Kavitation auftritt. Wenn die auferlegte Last andererseits
dazu tendiert, den Stößel in 1 nach
rechts zu bewegen, zieht sich die dem Kopfende zugeordnete Kammer
B zusammen, wodurch Fluid aus dem Anschluss 23 heraus durch
den Weg LR und aus dem Anschluss 21 zu der dem Stößelende
zugeordneten Kammer A gedrängt
wird. Allerdings ist wie ebenfalls weiter oben erwähnt die
Fluidmenge, die aus der dem Kopfende zugeordneten Kammer heraus
gedrängt
wird, für
die dem Stößelende
zugeordnete Kammer zu viel, weshalb eine Druckverstärkung auftritt.
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Gemäß eines
wichtigen Aspekts der Erfindung wird, wenn das Steuergerät 15 in
dem Lastreaktionsmodus betrieben wird, ein zusätzlicher Fluidweg bereitgestellt,
wobei der Lastreaktionsfluidweg LR mit einer Quelle von Niederdruckfluid
verbunden wird, die typischerweise der Rücklaufanschluss 19 oder
mindestens der Gehäuseablaufbereich
des Steuergeräts
wäre. Zur
Bewerkstelligung dieses zusätzlichen
Fluidweges wird die Außenfläche der
Hülse 45 mit
einer ringförmigen
Nut versehen, deren Bedeutung nachstehend erläutert werden wird. Weiterhin
wird die Hülse 45 mit
zwei Bohrungen 97 und 99 versehen. Vorzugsweise
liegen zwei Sätze
der Bohrungen 97 und 99 vor, die diametral zueinander
angeordnet sind, und somit stellt die ringförmige Nut 95 eine
offene Verbindung unter den Bohrungen her.
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Die
Bohrung 97 steht mit dem unteren Axialschlitz 69 mindestens
teilweise in Verbindung, und daher steht sie auch mit dem Lastreaktionsfluidweg LR
in Verbindung. Die Bohrung 99 steht wiederum mit dem Axialschlitz 71 in
einer mindestens partiellen Verbindung, der, wenn sich die Ventilanordnung
in ihrer Neutralstellung befindet, in einer weiten offenen Fluidverbindung
mit dem Tankanschluss 75 und somit mit einer Quelle von
Niederdruckfluid wie z.B. dem Speicherbehälter 13 durch den
Rücklaufanschluss 19 in
Verbindung. In 1 sind die durch die Überlappung
zwischen den Bohrungen 97 und 99 und den Schlitzen 69 bzw. 71 ausgebildeten Öffnungen
mit dem Bezugszeichen der Bohrungen versehen. Wenn eine Last auf
den Lenkzylinder 25 ausgeübt wird, was die Tendenz erzeugt
den Stößel in 1 nach
links zu bewegen, wird Fluid von der dem Stößelende zugeordneten Kammer
A durch den Anschluss 21 und anschließend durch den Lastreaktionsfluidweg
LR zu der dem Kopfende zugeordneten Kammer B gedrängt. Allerdings
führt die
Tendenz zur Erzeugung eines Vakuums in der Kammer B, da diese größer ist,
dazu, dass Fluid aus dem Speicherbehälter 13, durch den
Anschluss 75, anschließend durch
den Axialschlitz 71, die Bohrung 99, die Nut 95 und
durch die Bohrung 97 in den Schlitz 69 hinein und
aus dem Zylinderanschluss 81 heraus zu dem Steueranschluss 23 gezogen
wird, um jegliche Kavitation in der Kammer B zu verhindern.
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Wenn
eine Last auf den Lenkzylinder 25 ausgeübt wird, was die Tendenz erzeugt,
den Stößel in 1 nach
rechts zu bewegen, wird Fluid von der dem Kopfende zugeordneten
Kammer B durch den Anschluss 23 und anschließend durch
den Lastreaktionsfluidweg LR zu der dem Stößelende zugeordneten Kammer
A gedrängt.
Jedoch führt
die Tendenz zu einer Druckverstärkung
in der Kammer A, weil diese kleiner ist, dazu, dass das Fluid in
dem Lastreaktionsfluidweg LR durch die Bohrung 97 heraus
fließt, durch
die Nut 95 und die Bohrung 99 strömt, in den Schlitz 71 hinein
und aus dem Tankanschluss 75 heraus zu dem Speicherbehälter 13 fließt, um jegliche Druckverstärkung in
der Kammer A zu verhindern.
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Für den Fachmann
sollte sich anhand dieser Beschreibung verstehen, dass die Größen der
Bohrungen 97 und 99 in Relation zu den Größen der
anderen Anschlüsse
und Schlitze in gewissem Umfang von dem Verhältnis der dem Stößelende
zugeordneten Kammer A zu der dem Kopfende zugeordneten Kammer B
abhängt.
Je näher
die Flächen
A und B beispielsweise beieinander liegen, umso kleiner können die
Bohrungen und Öffnungen 97 und 99 ausfallen.
Umgekehrt dazu sollten bei einer umso größeren Differenz zwischen den
Flächen
A und B die Bohrungen und Öffnungen 97 und 99 umso
größer ausfallen. Dabei
wird von der Fähigkeit
des Fachmanns ausgegangen, die Größen der Bohrungen 97 und 99 geeignet
auszuwählen.
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Sobald
das Lenkrad gedreht und die Spule 43 relativ zu der Hülse 45 verlagert
wird, wird die Verbindung der Bohrung 97 und des Schlitzes 69 zu
Null hin verringert, oder die Verbindung der Bohrung 99 und
des Schlitzes 71 wird auf einen Wert von Null zu Null hin
verringert. In jeder Betriebsrichtung wäre es typisch, dass der Lastreaktionsfluidweg
LR innerhalb von einigen Grad an Drehung zwischen der Spule und
der Hülse
ausläuft,
wobei der zusätzliche
Fluidweg zu oder von dem Speicherbehälter gemäß dieser Erfindung ebenfalls
eingestellt wird.
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Die
Erfindung ist in der obigen Beschreibung ausführlich erörtert worden, und es wird davon
ausgegangen, dass sich für
den Fachmann verschiedene Abänderungen
und Modifikationen der Erfindung ergeben. Es ist beabsichtigt, dass
sämtliche
derartigen Abänderungen
und Modifikationen in der Erfindung eingeschlossen sind, solange
sie in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.