-
Die Erfindung betrifft ein Regelventil für einen von einer geschwindigkeitsabhängig
betriebenen Fahrzeugpumpe gelieferten hydraulischen Druckmittelstrom für ein Servolenksystem,
mit einem in einer Ventilgehäusebohrung verschiebbaren Steuerkolben für die Steuerung
einer Ablauföffnung, durch die ein mehr oder minder großer Teil des Druckmittelstroms
unter Umgehung des Verbrauchers abläuft, wobei der Steuerkolben durch eine an seiner
Rückseite angreifende Feder auf die Schließstellung vorgespannt und auf seiner Vorderseite
durch das zuströmende und auf seiner Rückseite durch das nach Durchtritt durch eine
im Ventilgehäuse vorgesehene Drosselöffnung zum Verbraucher strömende Druckmittel
beaufschlagt ist, so daß der auf den Steuerkolben wirkende Differenzdruck der Vorspannung
entgegenwirkt.
-
Ein Servolenksystem für Fahrzeuge wird in erster Linie bei geringer
Fahrzeuggeschwindigkeit oder auch im Stillstand des Fahrzeuges, insbesondere beim
Einparken, benötigt und beansprucht. Hier sind im größeren Maße Lenkbewegungen mit
einem hohen Kraftaufwand erforderlich, so daß bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit
und dementsprechend geringer Förderung der geschwindigkeitsabhängig betriebenen
Pumpe der größte hydraulische Druckmittelstrom für das Servolenksystem erforderlich
ist. Da jedoch mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit der von der Pumpe gelieferte
Druckmitteldurchsatz ansteigt, ergibt sich bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten
das Problem einer schädlichen inneren Erwärmung infolge starker Umwälzung des hydraulischen
Druckmittels.
-
Die vorbeschriebene Ausbildung, die aus der britischen Patentschrift
586 975 bekannt ist, führt infolge des Aufsteuerns der Ablauföffnung bei über einen
vorbestimmten Durchsatz ansteigender Pumpenfördermenge zu einem im wesentlichen
konstanten Druckmittelstrom zum Verbraucher hinter dem Regelventil. Dabei ist im
Gegensatz zur Ausbildung nach der deutschen Auslegeschrift 1079 974, bei
welcher die Drosselöffnung nicht im Ventilgehäuse, sondern im Steuerkolben vorgesehen
ist, die Anordnung bereits so getroffen, daß die bei erhöhter Pumpenleistung auftretende
Verlagerung des Steuerkolbens zu einer Verringerung des Durchtrittsquerschnitts
der in den Weg zum Verbraucher angeordneten Drosselöffnung führt. Allerdings wirkt
bei der bekannten Ausführung nicht der Druck hinter dieser Drosselöffnung auf die
Rückseite des Steuerkolbens, vielmehr steht dieses über eine Bohrung mit dem engsten
Querschnitt einer vom Druckmittelstrom zum Verbraucher durchströmten Venturidüse
vor der Drosselöffnung in Verbindung, so daß ein erhöhter Strom zum Verbraucher
zu einem Absinken des Drucks auf der Rückseite des Steuerkolbens und somit in erwünschter
Weise zu einem Aufsteuern der Ablauföffnung führt. Andererseits würde jedoch umgekehrt
ein Absinken des Druckmittelstroms zum Verbraucher, das bei sich verengender Drosselöffnung
infolge einer Verlagerung des Kolbenschiebers an sich denkbar wäre, zu einer Erhöhung
des Drucks auf der Rückseite des Steuerkolbens führen, wodurch die Ablauföffnung
unter Erhöhung des Druckmittelstroms zum Verbraucher zugesteuert wird. Infolge dieser
selbsttätigen Gegensteuerung kann somit zwar die bei erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit
von der Pumpe zusätzlich geförderte Druckmittelmenge dem Ablauf zugeführt und damit
der Druckmittelstrom zum Verbraucher im wesentlichen konstant gehalten werden, ein
Absinken des Druckmittelstroms zum Verbraucher bei erhöhter Fahrgeschwindigkeit,
wie es zur Vermeidung unnötiger Erwärmung und im Hinblick auf Energieeinsparungen
wünschenswert wäre, läßt sich jedoch mit der bekannten Ausbildung nicht erreichen.
-
Aus der französischen Patentschrift 1244 357 ist es bereits
bekannt, bei einer entsprechenden Ausführung mit einem eine Ablauföffnung steuernden
Steuerkolben die Ablaufströmung über die Mündungsöffnung einer zur Rückseite des
Steuerkolbens führenden Bohrung hinwegzuführen, so daß bei erhöhter Ablaufströmung
und dementsprechend verringertem statischem Druck im Bereich der Mündungsöffnung
auch der Druck auf der Rückseite des Steuerkolbens sinkt und dadurch die Ablauföffnung
zusätzlich aufgesteuert wird. Bei dieser bekannten Ausführung ist es jedoch von
Nachteil, daß im Hinblick auf den beschriebenen Effekt die Strömungsführung über
die Mündungsöffnung sowie deren Anordnung kritisch ist, daß sich bestenfalls bei
ansteigender Pumpenleistung nur eine geringfügige, nicht ins Gewicht fallende Verringerung
des dem Verbraucher zugeführten Druckmittelstroms ergibt und daß es Schwierigkeiten
bereitet, unterhalb eines bestimmten Betriebspunktes bzw. einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit
im wesentlichen keine und oberhalb des Betriebspunktes eine im wesentlichen sprunghafte
Verringerung des Druckmittelstroms zum Verbraucher zu erhalten, wie es für das Servolenksystem
am zweckmäßigsten ist.
-
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, das Regelventil
der eingangs genannten
Ausbildung mit_ einfachen Mitteln so zu verbessern,
daß oberhalb eines Betriebspunkts, der einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit
entspricht, ein wesentlicher Rückgang des Druckmittelstroms zum Verbraucher und
damit eine Einsparung an Energie erzielt und eine schädliche Erwärmung vermieden
wird.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem eingangs genannten
Regelventil aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerkolben ein in die Drosselöffnung
ragendes Bauteil vorgesehen ist, das so ausgebildet und mit dem Steuerkolben relativ
zur Drosselöffnung bewegbar ist, daß sich der freie Querschnitt der Drosselöffnung
bei einer Bewegung des Steuerkolbens entgegen der Vorspannkraft der Feder verkleinert.
-
Dabei wird durch die Verkleinerung der Drosselöffnung erreicht, daß
der Druckmittelstrom zum Verbraucher herabgesetzt und zugleich der Druck auf der
Rückseite des Steuerkolbens entsprechend verringert wird, so daß bei einem Ansteigen
der Pumpenleistung mit erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit die Ablauföffnung überproportional
aufgesteuert wird und der Druckmittelstrom zum Verbraucher im erheblichen Maße verringert
wird. Das in die Drosselöffnung ragende Bauteil läßt sich ohne weiteres so ausbilden,
daß die geschilderte Wirkung an dem gewünschten Betriebspunkt mehr oder weniger
abrupt einsetzt. Dementsprechend läßt sich die Strömungscharakteristik für den Druckmittelstrom
zum Verbraucher den als am günstigsten erkannten Verhältnissen leicht anpassen.
Es braucht daher bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten und dementsprechend hoher
Pumpenleistung kein vermeidbarer Energieaufwand und keine unnötige Erwärmung des
Systems in Kauf genommen zu werden.
-
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch die erzielbare Charakteristik des
Druckmittelstroms zum Verbraucher, F i g. 2 eine spezielle Ausführungsform des Regelventils.
-
Gemäß F i a. 1 steigt der Druckmittelstrom zum Verbraucher (Ordinate)
zunächst bis zum Punkt A , proportional zur Pumpendrehzahl (Abszisse) an. Im anschließenden
Drehzahlbereich bis zum Punkt B bleibt dann der Druckmittelstrom im wesentlichen
konstant, um dann im wesentlichen schlagartig auf den niedrigeren Wert Punkt C abzusinken.
Der vergleichsweise geringe Strömungsmitteldurchsatz zum Verbraucher, der für den
Bedarf des Servolenksystems bei der dem Punkt B zugeordneten Fahrzeuggeschwindigkeit
vollkommen ausreicht, bleibt im wesentlichen unverändert bis zur maximalen Pumpendrehzahl
bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend Punkt D erhalten. Innerhalb des durch
die Strecke C-D gekennzeichneten Bereichs wird Energie eingespart und damit einer
Erwärmung des Systems entgegengewirkt, da hier der Druckmittelstrom zum Verbraucher
gegenüber dem Strom innerhalb des B°-reichs A-D erheblich herabgesetzt ist.
-
Es sei bemerkt, daß die Darstellung schematisch ist und nur die prinzipiellen
Verhältnisse veranschaulichen, nicht dagegen den praktisch erzielbaren Kurvenverlauf
für den Druckmittelstrom zum Verbraucher geben will. So erfolgt bei der praktischen
Ausführung insbesondere die Verringerung des Durch-Satzes von Punkt B nach Punkt
C nicht so schlagartig wie dargestellt, sondern innerhalb eines mehr oder weniger
kleinen Drehzahlbereichs, je nach der speziellen Ausbildung des Regelventils.
-
Das Regelventil umfaßt ein Gehäuse 32, das mittels eines Dichtungsrings
21 abdichtend innerhalb eines Mantels 22 angeordnet ist, dessen durch das Regelventil
getrennte Unterseite und Oberseite mit der nicht dargestellten, geschwindigkeitsabhängig
betriebenen Fahrzeugpumpe bzw. mit dem den Verbraucher darstellenden Servolenksystem
in Verbindung stehen, das gleichfalls nicht eingezeichnet ist. Das Gehäuse 32 weist
einen an die Pumpe angeschlossenen Zulauf 30 sowie eine Ventilgehäusebohrung 31
auf, die als Sackloch mit einem Boden 33 ausgebildet ist. Am Boden 33 stützt sich
eine Schraubenfeder 34 ab, die zum Vorspannen eines in die Ventilgehäusebohrung
31 eingesetzten Steuerkolbens 38 dient und an dessen Rückseite 36 angreift. Der
Steuerkolben 38 weist an seinem Außenumfang eine Ringnut 39 auf, durch die ein sich
bis zur Rückseite 36 erstreckender Kolbensteg 37 abgegrenzt wird. Der Kolbenrückseite
36 liegt eine Kolbenvorderseite 40 gegenüber, die von den über den Zulauf
30 zuströmenden Druckmittel beaufschlagt wird.
-
In das offene Ende der Ventilgehäusebohrung 31 ist ein stopfenförmiger
Verschluß 41 eingesetzt, der eine zentrale Drosselöffnung 42 aufweist, über die
das Druckmittel vom in die Ventilgehäusebohrung 31 mündenden Zulauf 30 zum Verbraucher
strömt.
-
Im Gehäuse 32 ist ferner eine Ablauföffnung 47, die von der Ventilgehäusebohrung
31 ausgeht und zur Pumpe zurückführt und eine Fühlöffnung 48 vorgesehen.
-
Im Steuerkolben 38 ist eine von seiner Rückseite 36 ausgehende
zentrale Sackbohrung vorgesehen, die durch einen mit einer durchgehenden Bohrung
versehenen Stopfen 63 abgeschlossen ist. Der Stopfen 63 bildet einen Ventilsitz
62, an den eine Ventilkugel 61 mittels einer Feder 60 angedrückt ist, die sich am
Boden der Sackbohrung abstützt. Die zentrale Bohrung des Steuerkolbens 38 steht
über einer Radialbohrung 64 mit der Ringnut 39 und der Ablauföffnung 47 in
Verbindung. Das Ventil 60 bis 62 ist ein Sicherheitsventil, das sich bei einem Überdruck
auf der Rückseite 36 des Steuerkolbens öffnet.
-
In eine an der Vorderseite 40 des Steuerkolbens 38 vorgesehene
Bohrung 71 ist ein stangenförmiges Bauteil 72 mit Preßsitz eingesetzt, das
sich mit einem Abschnitt von kleinerem Durchmesser durch die Drosselöffnung 42 erstreckt,
so daß ein Ringspalt für den Durchtritt des Druckmittels gebildet ist. An den dünneren
Abschnitt des Bauteils 72 schließt ein sich kegelförmig erweiternder Abschnitt 73
an, der in einen Abschnitt von größerem Durchmesser übergeht. Das Regelventil wirkt
in folgender Weise: In der dargestellten Schließstellung des Ventils, in die der
Steuerkolben 38 durch die Feder 34 vorgespannt ist, wird die Ablauföffnung durch
den zwischen der Kolbenvorderseite 40 und der Ringnut 39 gebildeten Kolbensteg
vom Zulauf 30 abgesperrt. Jedoch steht die Ringnut 39 in Verbindung mit der Ablauföffnung
47.
-
Wenn über den Zulauf 30 Druckmittel zuströmt, bewegt sich der an seiner
Vorderseite 40 vom Druckmittel beaufschlagte Steuerkolben 38 entgegen der
Vorspannkraft der Feder 34 nach links, und das zulaufende Druckmittel strömt zunächst
ausschließlich
über die Drosselöffnung 42 und damit zum Verbraucher.
Hinter der Drosselöffnung 42 herrscht ein verminderter Druck, der über die
im Ventilgehäuse 32 vorgesehene Fühlöffnung 48 an der Rückseite
36
des Steuerkolbens 38 wirksam ist. Mit steigender Druckmittelzufuhr vergrößert
sich die entgegen der Wirkung der Feder 34 wirksame Druckdifferenz, die auf den
Steuerkolben 38 wirkt, so daß dieser sich zunehmend nach links verlagert.
Bei weiter zunehmender Druckmittelzufuhr wird der Punkt A in F i g. 1 erreicht,
an dem sich der Steuerkolben 38 soweit nach links verlagert hat, daß die
Ablauföffnung 47 aufgesteuert wird. Nunmehr wird im wesentlichen die bei steigender
Pumpenleistung zusätzliche Fördermenge über die Ablauföffnung 47 zur Pumpe
zurückgeführt, wobei die Strömung zum Verbraucher im wesentlichen unverändert bleibt,
bis der Punkt B erreicht wird. Dann hat sich nämlich das Bauteil 72
mit dem
Steuerkolben 38 soweit nach links verlagert, daß die Drosselöffnung42 eine Einschnürung
erfährt, so daß der Druckmittelstrom zum Verbraucher absinkt, wie es die Durchflußkurve
im Bereich D-C zeigt. Bei einer weiteren Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw.
der Pumpenleistung bleibt der Durchsatz zum Verbraucher im wesentlichen gleich,
wie es der Verlauf der Strecke C-D zeigt.