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Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für hydrostatische
Kolbenmaschinen, insbesondere Hydromotoren von Fahrantrieben.
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Eine Verstellvorrichtung, bei der
sich durch eine Stellkolbenbewegung ein Schwenkwinkel einer hydrostatischen
Kolbenmaschine einstellen läßt, wobei
die Stellbewegung des Stellkolbens auf ein Regelventil rückgekoppelt
ist, ist aus der
DE 195 40 654 C1 bekannt.
Durch die Rückkopplung
der Stellbewegung des Stellkolbens wird dabei eine Einstellung eines
Schwenkwinkels, der proportional zu einer Steuergröße ist,
ermöglicht.
Ruf die beiden entgegengesetzt orientierten Kolbenflächen des
Stellkolbens wirkt in der Stelldruckkammer jeweils ein Stelldruck, der
durch ein Regelventil eingestellt wird. In Abhängigkeit von einer axialen
Position eines Regelkolbens werden die beiden Stelldruckkammern
mit einem entsprechenden Stelldruck beaufschlagt. Der Regelkolben
ist zur Auslenkung aus seiner Mittellage an seinen beiden Stirnseiten
jeweils mit einem Steuerdruck beaufschlagbar.
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Über
einen Stellhebel und zwei mit einer Feder gekoppelten Schenkeln
ist eine der Auslenkungen des Stellkolbens aus seiner Mittellage
proportionale Kraft auf den Regelkolben rückkoppelbar. Die Rückkopplung
erfolgt dabei so, daß auf
den Regelkolben eine Kraft ausgeübt
wird, welche dem an jeweils einem Ende des Regelkolbens anliegenden Steuerdruck
entgegengerichtet ist.
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Bei der beschriebenen Stellvorrichtung
ist von Nachteil, daß bei
einem Verfahrweg des Stellkolbens von einer Endposition zur anderen
Endposition die Mittelposition überfahren
werden muß,
wobei in diesem Fall eine Übergabe
der Rückkopplung
von einem Schenkel auf den anderen Schenkel erfolgt. Da eine spielfreie
Ausführung
des Stellhebels, der beiden Schenkel sowie der entsprechenden Mitnehmer nicht
möglich
ist, führt
dies zwangsläufig
zu einer unharmonischen Schwenkwinkelverstellung.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung,
eine Verstellvorrichtung mit einer harmonischen Verstellung des
Schwenkwinkels über
den gesamten Schwenkwinkelbereich zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3 gelöst.
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Erfindungsgemäß befindet sich in der Ruheposition
der Verstellvorrichtung gemäß Anspruch
1 der Stellkolben in einer bestimmten Endposition, während sich
der Regelkolben des Regelventils in seiner Neutralstellung befindet.
In dieser Ruheposition ist der Regelkolben frei von Kräften. Da
eine Auslenkung des Stellkolbens aus seiner Endposition nur in einer
Richtung möglich
ist, wird auch über
den gesamten Verfahrweg bis hin zu seiner zweiten Endposition nur
eine Regelkraft auf den Regelkolben erzeugt, welche in einer Richtung
orientiert ist. Durch den entfallenden Richtungswechsel der Regelkraft auf
den Regelkolben wird die unharmonische Schwenkwinkelverstellung
im Bereich der Mittellage verhindert.
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Alternativ kann gemäß Anspruch
3 auch in der mittigen Ruheposition der Verstellvorrichtung die Rückführungskraft
ungleich Null sein. Dabei befindet sich der Regelkolben in der mittigen
Ruheposition nicht in seiner Neutralstellung, wenn auf den Regelkolben
keine Steuerkraft übertragen
wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
in Ruheposition;
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2 eine
schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
in seiner zweiten Endposition;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
in Ruheposition;
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4 ein
Teilschnitt entlang der Linie A-A der 1;
und
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5 eine
vergrößerte Darstellung
im Ausschnitt V der 2.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 dargestellt.
Zum Regeln eines Schwenkwinkels einer nicht dargestellten hydrostatischen
Kolbenmaschine wird ein Stellkolben 2 in einer Stelldruckkammer 3 sowie
einer zweiten Stelldruckkammer 4 mit einem Stelldruck beaufschlagt.
Die in der ersten und zweiten Stelldruckkammer 3 und 4 wirkenden
Stelldrücke wirken
auf die entgegengesetzt orientierten Kolbenflächen des Stellkolbens 2,
an dem bei einer Druckdifferenz eine resultierende Kraft angreift.
Zur Einstellung der Druckdifferenz in den beiden Stelldruckkammern 3 und 4 ist
ein Stelldruckregelventil 5 vorgesehen. Das Stelldruckregelventil 5 weist
einen Regelkolben 6 auf, der in einer Bohrung eines Gehäuses 7 axial
verschieblich angeordnet ist. Weiterhin sind in dem Gehäuse 7 eine
erste Speisedruckbohrung 8 sowie eine zweite Speisedruckbohrung 9 eingebracht.
Die erste Speisedruckbohrung 8 und zweite Speisedruckbohrung 9 sind
mit einer Speisedruckleitung 14 verbunden, die beispielsweise
an einer Hilfsdruckquelle angeschlossen sein kann.
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Zum Einstellen der Stelldrücke in der
ersten Stelldruckkammer 3 und der zweiten Stelldruckkammer 4 ist
die Speisedruckleitung 14 bzw. die erste Speisedruckbohrung 8 oder
die zweite Speisedruckbohrung 9 mit einer ersten Stelldruckleitung 12 oder einen
zweiten Stelldruckleitung 13 verbindbar. Hierzu ist die
erste Stelldruckleitung 12 an einem ersten Stelldruckkanal 10 angeschlossen,
der seitens des Regelkolbens 6 in eine erste Nut 15 mündet. Ebenso ist
die zweite Stelldruckleitung 13 über einen zweiten Stelldruckkanal 11 mit
einer zweiten Nut 16 verbunden. Im Bereich der ersten bzw.
zweiten Nut 15 bzw. 16 weist der Regelkolben 6 einen
ersten Regelkolbenabschnitt 17 bzw. einen zweiten Regelkolbenabschnitt 18 auf.
Die beiden Regelkolbenabschnitte 17 bzw. 18 weisen
eine erste Stelldrucksteuerkante 19 bzw. eine zweite Stelldrucksteuerkante 20 auf,
die an den entgegengesetzt orientierten Enden des jeweiligen Regelkolbenabschnitts 17 bzw. 18 angeordnet sind.
Die erste Stelldrucksteuerkante 19 und die zweite Stelldrucksteuerkante 20 bilden
mit der jeweiligen ersten Nut 15 bzw. zweiten Nut 16 eine
in Abhängigkeit
von der axialen Position des Regelkolbens 6 variable Drosselstelle
aus. Durch die gemeinsame Bewegung der beiden Steuerkanten 19 bzw. 20 wird
dabei jeweils eine Drossel geöffnet
und gleichzeitig die andere Drossel geschlossen.
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Je nach Bewegungsrichtung der Regelkolbens 6 wird
damit der erste Stelldruckkanal 10 über die erste Nut 15 mit
einer ersten Speisedrucknut 21 verbunden und damit die
erste Stelldruckkammer 3 mit dem Druck aus der Speisedruckleitung 14 bedrückt. Analog
wird der zweite Stelldruckkanal 11 über die zweite Nut 16 mit
einer zweiten Speisedrucknut 22 verbunden, wenn der Regelkolben 6 in die
entgegengesetzte Richtung ausgelenkt wird.
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Auf der von der ersten Stelldrucksteuerkante 19 abgewandten
Seite des ersten Regelkolbenabschnitts 17 ist eine erste
Entspannungssteuerkante 23 angeordnet. Ebenso ist an dem zweiten
Regelkolbenabschnitt 18 eine zweite Entspannungssteuerkante 24 angeordnet.
In Abhängigkeit
von der axial Position des Regelkolbens 6 wird über die
beiden Entspannungssteuerkanten 23 bzw. 24 die
jeweilige Stelldruckkammer 3 bzw. 4 über die
erste Nut 15 bzw. die zweite Nut 16 in ein Tankvolumen 25 entspannt.
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Ebenfalls mit dem Tankvolumen 25 verbunden
sind über
die Volumenausgleichskanäle 26 und 26' die
rückwärtigen Regelkolbenräume 27 und 27'. Die
geringfügigen
Volumenschwankungen, die in den rückwärtigen Regelkolbenräumen 27 und 27' durch eine
axiale Bewegung des Regelkolbens 6 entstehen, werden damit
ausgeglichen. Außerdem
wird ein Teil der Regelkolbenleckage über die Volumenausgleichskanäle 26 und 26' ins
Tankvolumen 25 abgeführt.
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Um den Stellkolben 2 in
seine in der 2 dargestellte
zweite Endposition zu verstellen, ist ein Proportionalmagnet 28 vorgesehen,
welcher an dem Gehäuse 7 des
Regelventils 5 angeordnet ist. Der Proportionalmagnet 28 weist
einen Stößel 29 auf, wobei
der Stößel 29 auf
eine Stirnfläche 30 des
Regelkolbens 6 wirkt. Damit ist auf den Regelkolben 6 in axialer
Richtung eine Steuerkraft übertragbar,
welche durch den Proportionalmagneten 28 in Abhängigkeit von
einem Steuersignal erzeugt wird, das dem Proportionalmagneten 28 über einen
elektrischen Anschluß 41 zugeführt wird.
Wird dem Proportionalmagneten 28 über den elektrischen Anschluß 41 ein
solches Steuersignal zugeführt,
so erzeugt er eine Kraft, die den Regelkolben 6 verschiebt.
Dabei wird durch die axiale Bewegung des Regelkolbens 6 an
der ersten Stelldrucksteuerkante 19 ein durchströmbarer Spalt
erzeugt. Das über
die Speisedruckleitung 14 und die erste Speisedruckbohrung 8 zugeführte Druckmittel
kann über
den ersten Stelldruckkanal 10 in die erste Stelldruckkammer 3 gelangen.
Der somit in der ersten Stelldruckkammer 3 erhöhte Druck
bewirkt eine Verstellung des Stellkolbens 2 entgegen der
Kraft einer Rückstellfeder 40 in
Richtung seiner zweiten Endposition.
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Gleichzeitig mit dem Öffnen der
Drosselstelle an der ersten Stelldrucksteuerkante 19 wird
im zweiten Regelkolbenabschnitt 18 die Drosselstelle der zweiten
Entlastungssteuerkante 24 geöffnet. Der zweite Stelldruckraum 4 wird über die
zweite Stelldruckleitung 13 sowie den zweiten Stelldruckkanal 11 in
das Tankvolumen 25 entspannt.
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Zur Rückkopplung der Stellbewegung
des Stellkolbens 2 ist in dem Stellkolben 2 eine
Mitnehmerausnehmung 33 vorgesehen, in welcher ein Mitnehmerkopf 32 angeordnet
ist, der mit dem Stellhebel 31 verbunden ist. Der Stellhebel 31 ist
auf einem Lagerbolzen 34 drehbar gelagert, so daß die Stellbewegung
des Stellkolbens 2 zu einer Drehung des Stellhebels 31 führt. Ebenfalls
auf dem Lagerbolzen 34 drehbar gelagert sind ein erster
Schenkel 35 sowie ein zweiter Schenkel 36. Der
erste Schenkel 35 sowie der zweite Schenkel 36 sind über eine
Zugfeder 37 miteinander verbunden, so daß eine Auslenkung
eines der beiden Schenkel relativ zu dem anderen zu einer Spannung
der Zugfeder 37 führt.
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An dem zu dem Mitnehmerkopf 32 des
Stellhebels 31 entgegengesetzten Ende des Stellhebels 31 ist
ein Mitnahmestift 38 angeordnet. Bei einer Bewegung des
Stellkolbens 2 und einer damit verbundenen Drehbewegung
des Stellhebels 31 bewegt sich der Mitnahmestift 38 gegenläufig zu
der Stellkolbenbewegung. Der Mitnahmestift 38 liegt an
dem zweiten Schenkel 36 an, so daß durch die Drehbewegung des
Stellhebels 31 der zweite Schenkel 36 relativ
zu dem ersten Schenkel 35 ausgelenkt wird und die Feder 37 gespannt
wird.
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In 2 ist
der Stellkolben 2 in seiner zweiten Endposition gezeigt,
wobei, wie beschrieben, der zweite Schenkel 36 gegenüber dem
ersten Schenkel 35 ausgelenkt ist, so daß die Zugfeder 37 maximal gespannt
ist. Durch die Spannung der Zugfeder wird auf den ersten Schenkel 35 eine
Kraft erzeugt, mit welcher der erste Schenkel 35 der Bewegung
des zweiten Schenkels 36 zu folgen versucht. Der erste Schenkel 35 befindet
sich jedoch in Anlage mit einem Anlagestift 39, der an
dem Regelkolben 6 angeordnet ist. Dadurch wird die Kraft
der Zugfeder 37 von dem ersten Schenkel 35 auf
den Anlagestift 39 übertragen und
der Regelkolben 6 erfährt
eine Rückführungskraft,
die der Steuerkraft des Proportionalmagneten 28 entgegengerichtet
ist.
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Diese Rückführungskraft ist um so größer, je weiter
der Stellkolben 2 in Richtung seiner zweiten Endposition
ausgelenkt ist. Die von dem ersten Schenkel 35 mittels
des Anlagestifts 39 auf den Regelkolben 6 übertragene
Rückführungskraft
bewegt den Regelkolben 6 so lange entgegen der durch den Proportionalmagneten 28 erzeugten
Steuerkraft, bis ein Kräftegleichgewicht
aus der Rückführungskraft und
der Steuerkraft erreicht ist. Bei eingestelltem Kräftegleichgewicht
an dem Regelkolben 6 befindet sich der Regelkolben 6 wieder
in seiner Neutralposition, in der die an den Stelldrucksteuerkanten 19 bzw. 20 ausgebildeten
Drosseln geschlossen sind.
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Um eine Rückstellbewegung des Stellkolbens 2 in
Richtung seiner ersten Endposition zu erzeugen, wird das auslenkende
Steuersignal, welches über
den elektrischen Anschluß 41 dem
Proportionalmagneten 28 zugeführt ist, zurückgenommen.
Der Regelkolben 6 befindet sich nicht mehr im Kräftegleichgewicht
und wird durch die überwiegende Rückführungskraft
in der Darstellung der 2 nach rechts
ausgelenkt. Umgekehrt zu dem vorher beschriebenen Stellvorgang des
Stellkolbens 2 in Richtung seiner zweiten Endposition wird
nunmehr an der zweiten Stelldrucksteuerkante 20 ein durchströmbarer Spalt
erzeugt und entsprechend an der ersten Entspannungsteuerkante 23 des
ersten Regelkolbenabschnitts 17 ein ebenfalls durchströmbarer Spalt.
Damit wird im umgekehrten Fall zur Stellbewegung nunmehr die zweite
Steuerdruckkammer 4 mit dem Druckmittel aus der Speisedruckleitung 14 bedrückt, die
erste Steuerdruckkammer 3 hingegen entspannt. Der Stellkolben 2 folgt
dem veränderten Druckverhältnis und
bewegt sich in Richtung seiner ersten Endposition.
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Durch die Auswahl der Ruheposition
des Stellkolbens 2 in seiner ersten Endposition bei Verschwinden
der Steuerkraft wird über
den gesamten Regelbereich bzw. den Stellbereich des Stellkolbens 2 eine
Regelkraft auf den Regelkolben 6 erzeugt, die in eine Richtung
wirkt. Frei von einer Regelkraft ist der Regelkolben 6 nur,
wenn der Stellkolben 2 sich in seiner ersten Endposition
befindet. Eine Übergabe und
ein damit verbundener Richtungswechsel der Kraft zwischen den beiden
Schenkeln 35 und 36 ist nicht erforderlich, so
daß die
Regelkennlinie harmonisch ist. Die der Auslenkung des Stellkolbens 2 proportionale
Regelkraft erzeugt dabei gleichermaßen eine Stellkolbenbewegung 2,
die proportional zu der an dem Proportionalmagneten 28 angelegten
Steuersignal ist.
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Durch die asymmetrische Auslegung
ist es weiterhin möglich,
den Proportionalmagneten 28 in seinem proportionalen Regelbereich über den
gesamten Verstellweg des Stellkolbens 2 zu betreiben. Die
bei Verwendung zweier auf die entgegengesetzten Enden des Regelkolbens 6 wirkenden
Proportionalmagnete verursachen Unregelmäßigkeiten in der Kennlinie
durch die Rampe, auf der der Proportionalmagnet aus seiner stromlosen
Ausgangslage in seinem proportionalen Regelbereich gebracht werden muß.
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In 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
dargestellt. Anstelle der Zugfeder 37 ist hier eine Ausübung mit
einer Druckfeder 42 dargestellt, wobei sich die Druckfeder 42 zwischen
einem ersten Federlager 43 und einem zweiten Federlager 44 abstützt. Das
zweite Federlager 44 ist Teil einer Hülse, welche auf einem Gleitzylinder 45 verschiebbar
angeordnet ist. Das Federlager 44 ist mit dem zweiten Schenkel 36 in
einem Auge 48 des Schenkels 36 drehbar verbunden.
Das erste Federlager 43 ist mit dem Gleitzylinder 45 über einen
Haltestift 46 verbunden. In dem Hülsenbereich des zweiten Federlagers 44 sind
nicht dargestellte Schlitze angebracht, in denen der Haltesplint 46 eine
Längsverschiebung
ausführen
kann, so daß das
erste Federlager 44 außen
auf der Hülse längsverschiebbar
ist. Der Gleitzylinder 45 ist in einem Auge 49 des
ersten Schenkels 35 ebenfalls drehbar gelagert. Eine relative
Auslenkung des zweiten Schenkels 36 zu dem ersten Schenkel 35 führt damit
zu einer Kompression der Druckfeder 42. Die Funktion einer
solchen Anordnung unterscheidet sich von den zu 2 erläuterten
Arbeitsweise nur dadurch, daß die
Rückführungskraft über eine
Kompression der Druckfeder 42 erzeugt wird.
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Weiterhin ist in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
anstelle des Proportionalmagneten 28 ein Steuerdruckanschluß 47 vorgesehen. Über den
Steuerdruckanschluß 47 wird
auf die Stirnfläche 30 des
Regelkolbens 6 eine Steuerkraft gegeben, wobei die Steuerkraft
auf bekannte Weise erzeugt wird, beispielsweise aus einer Hilfsdruckquelle.
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In 4 ist
ein Teilschnitt entlang der Linie A-A der 1 dargestellt. Der Stellhebel 31,
der Schenkel 35 sowie der zweite Schenkel 36 sind
auf einem gemeinsamen Lagerbolzen 34 drehbar gelagert.
Der Lagerbolzen 34 ist mehrstufig ausgeführt, und
in dem Gehäuse 7 in
einer ersten sowie einer zweiten Bohrung 48 bzw. 49 fixiert.
An dem von dem Mitnehmerkopf 32 abgewandten Ende des Stellhebels 31 ist
in einer Bohrung der Mitnahmestift 38 angeordnet. In dem
Regelkolben 6 ist ebenfalls in einer Bohrung der Anlagestift 39 angeordnet.
Der Mitnahmestift 38 und der Anlagestift 39 sind
mit einer Preßpassung
in ihren Bohrungen fixiert. Wie bereits beschrieben, wirkt der Mitnahmestift 38 auf
den zweiten Schenkel 36, der Anlagestift 39 dagegen
auf den ersten Schenkel 35, der in der 4 aufgrund der Lage der Schnittlinie
nur im Bereich des Lagerbolzens 34 dargestellt ist. Wie
in der 4 durch die Darstellung des
ersten Schenkels 35 und des zweiten Schenkels 36 im
Bereich des Lagerbolzens 34 zu erkennen, sind die Schenkel 35 und 36 im
Bereich der Lagerung auf dem Lagerbolzen 34 in axialer
Richtung abgeflacht.
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In 5 ist
eine vergrößerte Ansicht
im Ausschnitt V der 1 dargestellt.
Der Ausschnitt zeigt einen Teil des ersten Schenkels 35 sowie
des Regelkolbens 6 mit dem darin angeordneten Anlagestift 39. Im
Bereich des Anlagestifts 39 weist der erste Schenkel 35 eine
Abflachung 50 auf. Die Abflachung 50 ist dabei
so orientiert, daß die
Längsachse
des Regelkolbens 6 mit der abgeflachten Stelle 50 einen
rechten Winkel einschließt.
Damit wird verhindert, daß die Einleitung
der Rückführungskraft
auf den Regelkolben 6 von dessen Mittelachse und damit
seiner Bewegungsrichtung abweicht. Die dargestellte rechtwinklige
Anordnung zwischen der abgeflachten Stelle 50 und der Achse
des Regelkolbens 6 gilt exakt nur in der Ruheposition der
Verstellvorrichtung 1, in der der Regelkolben in seiner
Neutralstellung ist und der Stellkolben 2 sich in seiner
ersten Endposition befindet. Die Verstellwege des Regelkolbens 6 sind
jedoch klein, so daß näherungsweise
der rechte Winkel erhalten bleibt.
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Alternativ kann die Rückführungskraft
in der dann mittigen Ruheposition der Verstellvorrichtung
1 auch
ungleich Null sein, selbst wenn der Speisedruck p
sp gleich
Null ist. Die mittige Ruheposition wird dann durch zwei auf jeweils
einer Seite des Stellkolbens
2 angeordnete Druckfedern
40 wie
bei der
DE 195 40 654
C1 gewährleistet.
Dabei befindet sich in der mittigen Ruheposition der Regelkolben
6 dann
nicht in seiner Neutralstellung, wenn von dem Proportionalmagneten
28 oder
durch den Steuerdruck p
steuer keine Steuerkraft
auf den Regelkolben
6 übertragen
wird.