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Die
Erfindung betrifft ein Servoventil für eine hydraulische
Servolenkung, mit einer Ventilwelle, die um eine Ventilachse drehbar
ist, einer Ventilhülse, die mit der Ventilwelle zusammenwirkt
und relativ zur Ventilwelle verdreht werden kann, sowie einem Verschlußelement
für einen Ventilrücklauf, das bewegbar ist zwischen
einer ersten Endstellung, in der es einen Durchflußquerschnitt
des Ventilrücklaufs wenigstens teilweise verschließt,
und einer zweiten Endstellung, in der es den Durchflußquerschnitt
des Ventilrücklaufs im wesentlichen freigibt.
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Ein
Servoventil ist zentraler Bestandteil einer hydraulischen Servolenkung,
durch die eine Lenkunterstützungskraft für den
Fahrer eines Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Ein Beispiel
für eine solche Servolenkung findet sich in der
US 4,819,545 . Die mit einem
Lenkrad verbundene Ventilwelle und die mit einem Lenkgetriebe verbundene
Ventilhülse sind dabei jeweils mit Steuernuten versehen,
mittels denen ein Hydraulikstrom durch das Servoventil gesteuert
werden kann. In einem Ausgangszustand, in welchem sich die Ventilwelle
und die Ventilhülse relativ zueinander in der hydraulischen
Mittenposition befinden, wird dem Servoventil über einen
Ventilzulauf ein von einer Pumpe bereitgestellter Hydraulikstrom
zugeführt und gleichmäßig auf zwei Ausgänge
des Servoventils verteilt. Wenn die Ventilwelle relativ zur Ventilhülse
in einer Richtung verdreht ist, wird einer der Ausgänge
mit einem größeren Anteil des Hydraulikstroms
versorgt. Der Hydraulikstrom kann beispielsweise zu einer Seite
eines Hydraulikzylinders geführt werden, so daß eine
Lenkunterstützungskraft in einer ersten Richtung erzeugt
wird. Wenn die Ventilwelle relativ zur Ventilhülse in der
entgegengesetzten Richtung verdreht ist, wird auch die Lenkunterstützungskraft
in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Zum Servoventil zurückströmendes
Fluid aus dem Hydraulikzylinder wird über einen Ventilrücklauf
einem Fluidreservoir zugeführt.
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Aus
dem Stand der Technik sind bereits Servoventile bekannt, die eine
Vorrichtung zur Regulierung des Rücklaufdrucks aufweisen,
um das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der Servolenkung
zu verringern bzw. zu verhindern.
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Die
JP 58-202165 A beschreibt
beispielsweise ein Servoventil, bei dem eine Rücklauföffnung
in der hydraulischen Mittenposition des Servoventils weitgehend
freigegeben ist. Mit zunehmender Ventilverdrehung verringert sich
der Durchflußquerschnitt dieser Öffnung, so daß der
Rücklaufdruck ansteigt. Die Vorrichtung zur Regulierung
des Rücklaufdrucks wirkt in dieser Schrift stets entgegen
einer Verdrehung des Servoventils aus seiner hydraulischen Mittenposition,
was zu einer Überlagerung mit der Wirkung einer Zentriervorrichtung
(beispielsweise eines Torsionsstabs) führt. Eine solche Überlagerung
ist in der Regel unerwünscht, da sie eine exakte Einstellung
oder Steuerung der Mittenzentrierung des Servoventils erschwert.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Servoventils für
hydraulische Servolenkungen, das die hydraulische Stabilität
eines Lenkgetriebes verbessert und die Kavitationsgefahr in der
hydraulischen Servolenkung minimiert.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein Servoventil der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem das Verschlußelement durch den an einem Ventilzulauf
anliegenden Zulaufdruck eines Hydraulikfluids in Richtung einer
der Endstellungen beaufschlagt ist. Da die Bewegung des Verschlußelements in
diesem Fall vom Hydraulikdruck am Ventilzulauf und nicht unmittelbar
von der Verdrehung der Ventilwelle relativ zur Ventilhülse
abhängt, ist eine Rückwirkung des Verschlußelements
auf eine Mittenzentrierung des Servoventils ausgeschlossen. Die
Stärke der Mittenzentrierung kann daher ohne unerwünschte
Beeinflussung durch das Verschlußelement mittels einer
Zentriervorrichtung eingestellt werden. Darüber hinaus
führt ein erhöhter Rücklaufdruck zu einem verbesserten
Dämpfungsverhalten der Servolenkung, was sich vorteilhaft
auf die hydraulische Stabilität des Lenkgetriebes auswirkt.
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In
einer Ausführungsform weist das Verschlußelement
eine Drosselöffnung auf, die einen Mindestdurchflußquerschnitt
des Ventilrücklaufs festlegt. Durch die Drosselöffnung
wird ein vollständiger Verschluß des Ventilrücklaufs
und damit ein übermäßiger Anstieg des
Rücklaufdrucks verhindert.
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Vorzugsweise
beaufschlagt der Zulaufdruck das Verschlußelement in Richtung
seiner ersten Endstellung. Mit steigendem Zulaufdruck und damit
einhergehender, zunehmender Kavitationsgefahr im Servoventil wird
das Verschlußelement also stärker in diejenige
Endstellung beaufschlagt, in der das Verschlußelement den
Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs wenigstens
teilweise verschließt. Durch eine Verringerung des Durchflußquerschnitts
erhöht sich der Rücklaufdruck, was der zunehmenden
Kavitationsgefahr entgegenwirkt und das Auftreten von Kavitationserscheinungen
weitgehend verhindert.
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In
einer weiteren Ausführungsform greift am Verschlußelement
ein Federelement an, welches das Verschlußelement in Richtung
seiner zweiten Endstellung beaufschlagt. Da das Federelement der
resultierenden Kraft aus dem Zulaufdruck des Hydraulikfluids entgegenwirkt,
läßt sich über die Federhärte sehr
einfach die Bewegung des Verschlußelements in Abhängigkeit
vom Zulaufdruck einstellen.
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Das
Federelement greift bevorzugt an einem Widerlager an, welches sich
in axialer Richtung an der Ventilwelle abstützt. Dadurch
kann mit geringem Aufwand eine Federkraft erzeugt werden, die das Verschlußelement
relativ zur Ventilwelle beaufschlagt.
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Das
Widerlager kann dabei in der ersten Endstellung des Verschlußelements
einen Anschlag für das Verschlußelement bilden.
In der zweiten Endstellung des Verschlußelements bildet
vorzugsweise die Ventilhülse einen Anschlag für
das Verschlußelement. Durch die sowieso vorhandenen Bauelemente Widerlager
und Ventilhülse ist eine besonders einfache Festlegung
definierter Endstellungen möglich, zwischen denen das Verschlußelement
bewegbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist das Verschlußelement
als Verschlußhülse ausgebildet, welche die Ventilwelle
umschließt und sich zwischen die Ventilwelle und die Ventilhülse
erstreckt. Die Ventilwelle bildet damit eine Führung für
das Verschlußelement, so daß neben den Endstellungen
des Verschlußelements auch dessen Bewegung mit geringem
Aufwand klar definierbar ist. Folglich läßt sich der
Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs und damit
auch der Rücklaufdruck präzise und stufenlos in Abhängigkeit
vom Zulaufdruck regulieren.
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Bei
einer hülsenförmigen Ausführung ist das Verschlußelement
vorzugsweise in axialer Richtung bewegbar, wobei eine Stirnfläche
des hülsenförmigen Verschlußelements
durch den Zulaufdruck beaufschlagt ist.
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Beispielsweise
können die Ventilwelle, die Ventilhülse und das
Verschlußelement eine Ringkammer ausbilden, die mit dem
Ventilzulauf in Verbindung steht. Für eine axiale Bewegung
des hülsenförmigen Verschlußelements
ist die Ausbildung einer solchen Ringkammer besonders vorteilhaft,
da das Verschlußelement in diesem Fall über seine
Stirnfläche gleichmäßig in axialer Richtung
beaufschlagt wird. Ein Beeinträchtigung der Bewegung des
Verschlußelements, z. B. durch Verkanten, ist somit weitgehend
ausgeschlossen.
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Vorzugsweise
ist in dieser Ausführungsform ein Dichtelement zur Abdichtung
der Ringkammer vorgesehen, wobei das Dichtelement besonders bevorzugt
in einer innenseitig umlaufenden Nut der Ventilhülse aufgenommen
ist. Das Dichtelement gewährleistet ein problemloses Gleiten
des Verschlußelements zwischen seinen Endstellungen bei
gleichzeitiger Minimierung der Leckage. Mittels einer innenseitig
umlaufenden Nut in der Ventilhülse ist die Positionierung
und Fixierung des Dichtelements zwischen Ventilhülse und
Verschlußelement mit geringem Aufwand möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann auch in einer Ausnehmung
der Ventilwelle ein Dichtelement vorgesehen sein, das für
eine Abdichtung zwischen der Ventilwelle und dem Verschlußelement
sorgt.
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In
einer weiteren Ausführungsform des Servoventils ist das
Verschlußelement mit der Ventilhülse identisch.
Dies bedeutet, daß die Ventilhülse relativ zur
Ventilwelle in axialer Richtung beweglich ist, wobei die maximale
Relativbewegung weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als
1 mm beträgt.
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Die
Ventilhülse kann in dieser Ausführungsform von
einem Federelement in Richtung ihrer zweiten Endstellung beaufschlagt
sein, wobei das Federelement an einem Widerlager angreift, welches
sich in axialer Richtung an der Ventilwelle abstützt. Durch dieses
Widerlager und das Federelement wird mit geringem Aufwand eine Federkraft
erzeugt, welche die Ventilhülse relativ zur Ventilwelle
beaufschlagt. Das Federelement wirkt der resultierenden Kraft aus
einem Zulaufdruck des Hydraulikfluids entgegen, so daß sich über
die Federhärte sehr einfach die Bewegung der Ventilhülse
in Abhängigkeit vom Zulaufdruck einstellen läßt.
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Vorzugsweise
definieren die Ventilhülse und das Widerlager dabei einen
Ringspalt, der den Durchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs
beeinflussen kann. Verglichen mit herkömmlichen Bauweisen ist
die Anzahl zusätzlich benötigter Bauteile bei
dieser Ausbildung des Servoventils besonders gering. Es sind lediglich
das Widerlager und das Federelement notwendig, um den gewünschten
Rücklaufdruck über eine einfache Axialverschiebung
der Ventilhülse einzustellen.
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Im
Widerlager und/oder in der Ventilhülse ist bevorzugt wenigstens
eine Kerbe vorgesehen, die in der ersten Endstellung der Ventilhülse
einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs
festlegt. Durch diese Kerbe wird ein vollständiger Verschluß des
Ventilrücklaufs und damit ein übermäßiger
Anstieg des Rücklaufdrucks verhindert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Servoventils;
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2 ein
Detail des erfindungsgemäßen Servoventils nach 1 in
einer perspektivischen Schnittansicht;
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3 einen
schematischen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße
Servoventil nach 1 bei geringem Zulaufdruck;
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4 einen
schematischen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße
Servoventil nach 1 bei hohem Zulaufdruck;
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5 einen
schematischen Detailschnitt durch eine erste alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Servoventils;
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6 einen
schematischen Detailschnitt durch eine zweite alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Servoventils bei geringem
Zulaufdruck; und
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7 einen
schematischen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße
Servoventil nach 6 bei hohem Zulaufdruck.
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Die
1 zeigt
ein Servoventil
10 mit einer Ventilwelle
12 und
einer Ventilhülse
14, die mit der Ventilwelle
12 zusammenwirkt.
Die Ventilwelle
12 ist drehfest mit einem (nicht gezeigten)
Lenkrad gekoppelt und um eine Ventilachse X drehbar, während
die Ventilhülse
14 mit einem Lenkgetriebe, beispielsweise
mit einer mit einem Ritzel versehenen Ausgangswelle
15 des
Lenkgetriebes, verbunden ist und relativ zur Ventilwelle
12 verdreht
werden kann. Bei dem hier betrachteten Servoventil
10 handelt
es sich um ein hydraulisches Servoventil, dessen grundsätzlicher
Aufbau aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
US-Patentschrift 4,819,545 bekannt ist.
Auf dieses Dokument wird ausdrücklich in vollem Umfang
Bezug genommen.
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Die
Besonderheit des Servoventils 10 ist eine in 1 hervorgehobene
Baugruppe 16 (vgl. strichpunktierte Umrahmung), die abhängig
von einem Zulaufdruck P1 des Servoventils 10 einen
Durchflußquerschnitt A eines Ventilrücklaufs und
damit einen Rücklaufdruck P2 (vgl. 3 und 4)
einstellt. Die Baugruppe 16 umfaßt ein Verschlußelement 18, ein
Federelement 20 sowie ein Widerlager 22, welches
im vorliegenden Fall aus einem Sicherungsring 24 und einer
Widerlagerhülse 26 besteht. Die Baugruppe 16 umfaßt
ferner zwei Dichtelemente 28, welche in den 2 bis 4 gut
zu erkennen sind.
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Die 2 zeigt
einen Detailausschnitt des Servoventils 10 gemäß 1 in
einer Schnittansicht. Dabei wird deutlich, daß die Ventilwelle 12 und
die Ausgangswelle 15 wenigstens abschnittsweise als Hohlwelle
ausgebildet sind und in ihrem Inneren einen Torsionsstab 30 aufnehmen,
der als Zentriervorrichtung dient und die Ventilwelle 12 relativ
zur Ventilhülse 14 in eine hydraulische Mittenposition
des Servoventils 10 beaufschlagt. Der verbleibende Raum
zwischen der Ventilwelle 12 und dem Torsionsstab 30 wird
als Rücklaufkanal 31 für Hydraulikfluid genutzt.
Die Ventilwelle 12 und die Ventilhülse 14 weisen
zusammenwirkende Steuernuten auf, durch die der Hydraulikfluß im
Servoventil 10 bestimmt wird. In der 2 ist
eine erste Steuernut 32 in der Ventilwelle 12 dargestellt,
welche mit einem als Ventilhülsenbohrung ausgebildeten
Ventilzulauf 34 in Verbindung steht. Ferner ist eine zweite
Steuernut 36 in der Ventilwelle 12 dargestellt,
welche über eine Ventilwellenbohrung 38 und den
Rücklaufkanal 31 mit einem als Radialbohrung 40 und
Ringnut 41 ausgebildeten Ventilrücklauf 42 in
Verbindung steht.
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Auf
einer der Ausgangswelle 15 entgegengesetzten Seite der
Ventilhülse 14 ist die Baugruppe 16 angeordnet.
Die im übrigen weitgehend dicht an die Ventilwelle 12 angrenzende
Ventilhülse 14 weist in diesem Bereich einen radialen
Absatz 43 auf, so daß sich das Verschlußelement 18 zwischen
die Ventilwelle 12 und die Ventilhülse 14 erstrecken
kann. Das Verschlußelement 18 ist dabei als Verschlußhülse
ausgebildet und umschließt die Ventilwelle 12. Eine
der Ausgangswelle 15 zugewandte Stirnfläche des
hülsenförmigen Verschlußelements 18 definiert mit
der Ventilwelle 12 und der Ventilhülse 14 eine Ringkammer 44,
die über die erste Steuernut 32 mit dem Ventilzulauf 34 in
Verbindung steht. Um den Ventilzulauf 34 mit der Ringkammer 44 zu
verbinden, erstreckt sich die erste Steuernut 32 (Zulaufnut)
axial weiter in Richtung zum Verschlußelement 18 als
die zweite Steuernut 36 (Rücklaufnut), wie in
den 2 bis 4 gut zu erkennen ist. Das hülsenförmige Verschlußelement 18 ist
in axialer Richtung bewegbar und wird über seine die Ringkammer 44 definierende
Stirnfläche durch einen am Ventilzulauf 34 anliegenden
Zulaufdruck P1 eines Hydraulikfluids von der
Ventilhülse 14 weg beaufschlagt. In der entgegengesetzten
Richtung, also zur Ventilhülse 14 hin, wird das
Verschlußelement 18 vom Federelement 20 beaufschlagt.
Das Federelement 20 ist im vorliegenden Beispiel als Wellfeder
ausgebildet, die an einer der Ausgangswelle 15 abgewandten
Stirnfläche des hülsenförmigen Verschlußelements 18 angreift
und sich am Widerlager 22 axial abstützt. Das
Widerlager 22 besteht in 2 aus dem
Sicherungsring 24, der in axialer Richtung fest mit der
Ventilwelle 12 verbunden ist, und der Widerlagerhülse 26,
an der das Federelement 20 angreift. Die Widerlagerhülse 26 weist zudem
einen axialen Fortsatz 46 auf, der in einer ersten Endstellung
des Verschlußelements 18 als Anschlag für
das Verschlußelement 18 dient.
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Das
hülsenförmige Verschlußelement 18 ist zwischen
der Ventilhülse 14 und dem Federelement 20 radial
verbreitert, so daß sich eine größere
Angriffsfläche für das Federelement 20 und
eine axiale Anlagefläche ergibt, die in einer zweiten Endstellung des
Verschlußelements an einer axialen Stirnfläche der
Ventilhülse 14 anliegt. Mit anderen Worten bildet die
Ventilhülse 14 in der zweiten Endstellung des
Verschlußelements 18 einen Anschlag für
das Verschlußelement 18.
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Um
eine unerwünschte Leckage von Hydraulikfluid aus der Ringkammer 44 zu
minimieren, sind die Dichtelemente 28 vorgesehen. Diese
Dichtelemente 28 sind als Dichtringe ausgebildet und in
einer umlaufenden Nut 48 der Ventilhülse 14 aufgenommen.
Sie sind in radialer Richtung zwischen der Ventilhülse 14 und
dem Verschlußelement 18 elastisch komprimiert
und beaufschlagen das Verschlußelement 18 gegen
die Ventilwelle 12, so daß auch die Verbindung
zwischen dem Verschlußelement 18 und der Ventilwelle 12 weitgehend
dicht ist. Die Materialien der beteiligten Bauteile sind dabei so
gewählt, daß die Reibwerte zwischen dem Verschlußelement 18 und
der Ventilwelle 12 bzw. den Dichtelementen 28 so
gering sind, daß sie eine Bewegung des Verschlußelements 18 in
axialer Richtung und in Umfangsrichtung nur unwesentlich behindern.
Alternativ oder zusätzlich können derartige Dichtelemente 28 auch
auf der Innenseite des Verschlußelements 18 in einer
Nut der Ventilwelle 12 aufgenommen sein (nicht gezeigt).
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Die
Funktionsweise der Baugruppe 16 im Betrieb des Servoventils 10 wird
nun anhand der 3 und 4 genauer
beschrieben:
Das Verschlußelement 18 wird
durch das Federelement 20 stets mit einer konstanten, vorgegebenen Federkraft
in seine zweite Endstellung beaufschlagt, in der es an der Ventilhülse 14 anliegt
und den Durchflußquerschnitt A des Ventil rücklaufs 42 im
wesentlichen freigibt (3). Entgegen der Federkraft
wirkt eine Kraft, die aus dem Zulaufdruck P1 des
Hydraulikfluids am Ventilzulauf 34 resultiert. Das Hydraulikfluid
wird nämlich durch die axial verlängerte, erste Steuernut 32 in
die Ringkammer 44 eingeleitet, so daß es an der
Stirnfläche des Verschlußelements 18 angreift.
Folglich wird das Verschlußelement 18 durch den
am Ventilzulauf 34 anliegenden Zulaufdruck P1 des
Hydraulikfluids in Richtung seiner ersten Endstellung beaufschlagt,
in der das Widerlager 22, genauer der axiale Fortsatz 46 der
Widerlagerhülse 26 einen Anschlag für
das Verschlußelement 18 bildet (4).
Eine Bewegung des Verschlußelements 18 in diese
erste Endstellung ist allerdings erst dann möglich, wenn
die resultierende Kraft aus dem Zulaufdruck P1 des
Hydraulikfluids die Federkraft des Federelements 20 überschreitet.
Ein solcher Druckanstieg tritt beispielsweise dann auf, wenn das Servoventil 10 aus
seiner hydraulischen Mittenposition heraus verdreht wird.
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Als
Folge der axialen Bewegung des Verschlußelements 18 aus
seiner zweiten Endstellung in seine erste Endstellung verringert
sich der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 (vgl. 3 und 4).
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Während
das Verschlußelement 18 in seiner zweiten Endstellung
gemäß 3 einen Ringspalt freigibt, über
den Hydraulikfluid aus der Ringnut 41 des Ventilrücklaufs 42 austreten
kann, ist dieser Ringspalt in der ersten Endstellung des Verschlußelements 18 gemäß 4 verschlossen.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, daß das Federelement 20 so
ausgeführt ist, daß es einen Hydraulikstrom in
der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 nur unwesentlich
behindert. Im vorliegenden Beispiel liegt das als Wellfeder ausgebildete
Federelement 20 nur abschnittsweise am Verschlußelement 18 an
und wird in der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 vom
Hydraulikfluid umströmt.
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In
der Regel ist der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 in
der zweiten Endstellung des Verschlußelements 18 so
gewählt, daß der Rücklaufdruck P2 im wesentlichen dem Druck in einem Fluidreservoir,
also beispielsweise dem Atmosphärendruck entspricht. Das
Verschlußelement 18 hat dann keine Drosselfunktion
und das Hydraulikfluid kann im wesentlichen ungehindert zum Fluidreservoir
abströmen. Durch die Verengung des Ringspalts bei der Bewegung
des Verschlußelements 18 in seine erste Endstellung
verringert sich der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 stetig,
bis der Ringspalt in der ersten Endstellung des Verschlußelements 18 im wesentlichen
geschlossen ist. Das Verschlußelement 18 wirkt
folglich wie eine Drossel, so daß der Rücklaufdruck
P2 stromaufwärts des Verschlußelements 18 ansteigt.
Durch den erhöhten Rücklaufdruck P2 verbessert
sich zum einen die Dämpfung der Servolenkung und zum anderen
wird stromaufwärts des Verschlußelements 18,
also insbesondere auch im Servoventil 10, das Auftreten
von Kavitationserscheinungen weitgehend verhindert. Üblicherweise
reicht zur Minimierung bzw. Verhinderung der Kavitationserscheinungen
bereits ein Rücklaufdruck von wenigen bar aus. Um daher
einen übermäßigen Druckanstieg zu verhindern,
weist das Verschlußelement 18 eine Drosselöffnung 50 auf,
die einen Mindestdurchflußquerschnitt des Ventilrücklaufs 42 festlegt.
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Durch
diese Funktionsweise der Baugruppe 16 kann mit geringem
Aufwand ein Auftreten von Kavitationserscheinungen im Servoventil 10 zuverlässig verhindert
oder minimiert werden. Der zusätzliche axiale Bauraumbedarf
für die Baugruppe 16 ist minimal und kann eventuell
an anderer Stelle kompensiert werden, so daß sich an den äußeren
Abmessungen im Vergleich zu herkömmlichen Servoventilen wenig
oder gar nichts ändert. Auch müssen an den herkömmlichen
Servoventilbauteilen kaum Änderungen vorgenommen werden,
so daß eine Umstellung der Produktion problemlos möglich
ist. Im vorliegenden Beispiel sind lediglich die erste Steuernut 32 in der
Ventilwelle 12 sowie das dem Verschlußelement 18 zugewandte
axiale Ende der Ventilhülse 14 baulich anzupassen.
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Ein
weiterer Vorteil des beschriebenen Servoventils 10 ist
die Tatsache, daß die Erhöhung des Rücklaufdrucks
P2 zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen
lediglich dann erfolgt, wenn auch eine Kavitationsgefährdung
gegeben ist. Beispielsweise ist bei geringem bis mittlerem Zulaufdruck
P1, wie er insbesondere in einer hydraulischen
Mittenstellung des Servoventils 10 herrscht, die Kavitationsgefahr gering,
so daß der Rücklaufdruck P2 nicht
angehoben werden muß (3). Mit
steigendem Druck P1 am Ventilzulauf 34,
wie er beispielsweise bei einer Verdrehung des Servoventils 10 aus
der hydraulischen Mittenposition heraus stattfindet, steigt die
Kavitationsgefahr deutlich an. Daher wird in solchen Situationen
der Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 durch
das Verschlußelement 18 wenigstens teilweise verschlossen
und damit der Rücklaufdruck P2 angehoben,
um das Auftreten von Kavitation zu verhindern.
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Die 5 zeigt
einen Detailschnitt durch das Servoventil 10 gemäß einer
alternativen Ausführungsform. Da diese alternative Ausführungsform des
Servoventils 10 hinsichtlich ihrer prinzipiellen Konstruktion
und allgemeinen Funktionsweise im wesentlichen der Ausführungsform
gemäß den 1 bis 4 entspricht, wird
diesbezüglich auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen
und im folgenden lediglich auf die Unterschiede der Ausführungsformen
eingegangen.
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Ein
wesentlicher Unterschied ist die veränderte Position der
Baugruppe 16. Während die Baugruppe 16 zur
Einstellung des Durchflußquerschnitts A in der Ausführungsform
gemäß 5 an einem axialen Ende der
Ventilhülse 14 angeordnet ist, das an die Ausgangswelle 15 angrenzt,
ist diese Baugruppe 16 in der Ausführungsform
gemäß den 1 bis 4 am
entgegengesetzten axialen Ende der Ventilhülse 14 angeordnet.
Funktionsänderungen ergeben sich dadurch nicht.
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Außerdem
ist das in den 1 bis 4 als Wellfeder
ausgebildete Federelement 20 in der Ausführungsform
gemäß 5 als Schraubenfeder ausgeführt,
und die Dichtelemente 28 sind nicht in der Ventilhülse 14,
sondern in umlaufenden Nuten der Ventilwelle 12 vorgesehen.
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Die 6 und 7 zeigen
Detailschnitte einer weiteren alternativen Ausführungsform
des Servoventils 10. Da die prinzipielle Funktionsweise weitgehend
der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 entspricht,
wird wiederum auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen
und im folgenden nur auf die Unterschiede der Ausführungsformen
eingegangen. Einander entsprechende Bauteile sind dabei mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Das
Verschlußelement 18 ist in dieser Ausführungsform
mit der Ventilhülse 14 identisch. Dies bedeutet,
daß im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
kein separates Verschlußelement 18 vorgesehen
ist, sondern daß die Ventilhülse 14 selbst
zwischen der ersten Endstellung (7) und der
zweiten Endstellung (6) relativ zur Ventilwelle 12 bzw.
zur Ausgangswelle 15 axial bewegbar ist. Die Bewegung der
Ventilhülse 14 zwischen den Endstellungen liegt
dabei in der Größenordnung von 1 mm, vorzugsweise
unter 1 mm. Entsprechend muß bei der Ventilkonstruktion
darauf geachtet werden, daß eine Relativbewegung zwischen der
Ventilhülse 14 und der Ventilwelle 12 bzw.
der axial unverschieblich zur Ventilwelle 12 gehaltenen Ausgangswelle 15 möglich
ist. So sind die Ventilhülse 14 und die Ausgangswelle 15 gemäß den 6 und 7 beispielsweise
durch einen Bolzen 52 verbunden, der in Öffnungen 54, 56 in
der Ventilhülse 14 bzw. der Ausgangswelle 15 eingreift.
Im vorliegenden Fall ist wenigstens eine der Öffnungen 54, 56 mit
axialem Spiel ausgeführt, so daß eine Relativbewegung zwischen
der Ventilhülse 14 und der Ausgangswelle 15 möglich
ist.
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Die
als Verschlußelement 18 ausgebildete Ventilhülse 14 wird
analog zu den oben beschriebenen Ausführungsformen vom
Federelement 20 in Richtung der zweiten Endstellung beaufschlagt,
was in 6 durch einen Pfeil 58 angedeutet ist.
Das axiale Spiel in den Öffnungen 54, 56 erlaubt
eine gewisse axiale Bewegung der Ventilhülse 14 in
Richtung zur Ausgangswelle 15, bevor der Bolzen 52 einen Anschlag
für die Ventilhülse 14 bildet und damit
die zweite Endstellung definiert.
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Wie
in den vorhergehenden Ausführungsformen greift das Federelement 20 am
Widerlager 22 an, welches sich in axialer Richtung an der
Ventilwelle 12 abstützt. Im Unterschied zu den
vorhergehenden Ausführungsformen bilden das Widerlager 22 und
die Ventilhülse 14 jedoch einen Ringspalt 60 aus, der
abschnittsweise den Durchflußquerschnitt A des Ventilrücklaufs 42 definiert.
In der zweiten Endstellung der Ventilhülse 14 erreicht
dieser Ringspalt 60 seine maximale Spaltbreite, so daß der
Durchflußquerschnitt A im wesentlichen freigegeben ist.
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Mit
zunehmendem Zulaufdruck P1 des Hydraulikfluids
am Ventilzulauf 34 steigt auch der Druck in der Ringkammer 44 und
damit die resultierende Kraft auf einen Stirnflächenabschnitt
der Ventilhülse 14, konkret auf den radialen Absatz 43 der
Ventilhülse 14. Diese resultierende Kraft ist
entgegen der Federkraft des Federelements 20 in Richtung
zum Widerlager 22 gerichtet, was in 7 durch
einen Pfeil 62 angedeutet ist. Das axiale Spiel in den Öffnungen 54, 56 erlaubt
eine axiale Bewegung der Ventilhülse 14 in Richtung
zum Widerlager 22, wobei sich die Spaltbreite des Ringspalts 60 verringert,
bis die Ventilhülse 14 in ihrer ersten Endstellung
schließlich am Widerlager 22 anliegt (7).
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Vorzugsweise
ist im Widerlager 22 und/oder in der Ventilhülse 14 wenigstens
eine Kerbe 62 vorgesehen, die in der ersten Endstellung
der Ventilhülse 14 einen Mindestdurchflußquerschnitt
des Ventilrücklaufs 42 festlegt und damit einen übermäßigen Anstieg
des Rücklaufdrucks P2 verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4819545 [0002, 0028]
- - JP 58-202165 A [0004]