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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidsteuergeräte des Typs,
der zur Steuerung des Fluidstroms von einer Quelle von unter Druck
stehendem Fluid zu einer fluiddruckbetätigten Vorrichtung wie z.B.
einem Lenkzylinder zum Lenken eines Fahrzeugs verwendet wird. Genauer
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein derartiges Fluidsteuergerät mit mindestens
zwei unterschiedlichen Betriebsmodi bezüglich der Beziehung zwischen
dem manuellen Eingang in das Fluidsteuergerät und der Rate an aus dem Steuergerät austretendem
Fluidstrom. Ein Fluidsteuergerät
gemäß des Oberbegriffs
von Anspruch 1 ist aus
NL 6 608
408 bekannt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Fluidsteuergeräten vieler
verschiedener Typen und mit verschiedenen Konstruktionen und Anwendungen
verwendet werden kann, erweist sie sich als besonders vorteilhaft,
wenn sie zusammen mit einem vollfluid-verbundenen Lenksteuergerät zur Verwendung
in einem hauptsächlich
nicht für
den Straßenverkehr
intendierten Fahrzeug benutzt wird, weshalb sie in Verbindung damit
beschrieben werden wird.
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Ein
konventionelles Fluidsteuergerät
des Typs, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, beinhaltet
ein Gehäuse,
das verschiedene Fluidanschlüsse
ausbildet und weiterhin ein Fluiddosiergerät, eine einen Hauptfluidweg
ausbildende Ventilanordnung und eine Anordnung zum Verleihen einer Nachlaufbewegung
der Ventilanordnung in Ansprechen auf den durch das Fluiddosiergerät fließenden Fluidstrom
beinhaltet. Der Durchfluss durch die Steuerventilanordnung ist direkt
proportional zu den Flächen
der variablen Stromsteueröffnungen
in dem Hauptfluidweg. Wie für
den Fachmann wohlbekannt ist wiederum die Fläche jeder Stromsteueröffnung typischerweise
proportional zu der Rate, mit der das Lenkrad gedreht wird.
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Eine
typische Anwendung für
ein vollfluid-verbundenes Lenksteuergerät des Typs, auf den sich die
vorliegende Erfindung bezieht, wäre
z.B. ein an einer Einsatzstelle verwendetes Fahrzeug, wobei dieses
Fahrzeug in einem von zwei Betriebsmodi verwendet werden würde. Zum
einen kann dieses Fahrzeug in einem "Straßenmodus" betrieben werden, d.h. es wird mit
normalen Fahrgeschwindigkeiten auf der Straße gefahren, um an eine Arbeitseinsatzstelle zu
gelangen. Zum anderen kann das Fahrzeug in einem "Arbeits"-Modus an der Einsatzstelle
betrieben werden und wird dazu benutzt, Arbeitsvorgänge wie z.B.
Erdbewegungen usw. durchzuführen,
wobei das Fahrzeug mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit bewegt
wird.
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Diese
eben beschriebenen Straßen-
und Arbeits-Betriebsmodi stellen sehr unterschiedliche Anforderungen
an die Lenkung dar, wie sich inzwischen für den Fachmann versteht. Beim
Führen
des Fahrzeugs auf der Straße
wäre eine
relativ niedrige Verstärkungsrate
erwünscht,
während
bei einem Betrieb im Arbeitsmodus eine relativ hohe Verstärkungsrate wünschenswert
wäre. Wie
hier verwendet bezieht sich der Begriff "Verstärkungsrate" auf die Veränderungsrate der Stellung der
gelenkten Räder
für eine gegebene
Menge an Lenkeingabe (die z.B., ohne sich jedoch darauf zu beschränken, die
Drehung eines Fahrzeuglenkrades sein kann). Mit einem konventionellen
vollfluid-verbundenen Lenksteuergerät ist die Verstärkungsrate
jedoch tatsächlich
konstant und infolgedessen ist das Ausmaß an Lenkbewegung, das der
Fahrzeugführer
im normalen Straßenverkehr
aufbringen muss, typischerweise akzeptabel, jedoch können die
an der Einsatzstelle notwendigen Mengen an Lenkbewegung über den
Verlauf eines typischen Arbeitstags hinweg zu einer übermäßigen Ermüdung des
Fahrzeugführers
führen.
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Ein
Ansatz zur Bereitstellung eines Lenksystems, das dem Fahrzeugführer unterschiedliche Straßen- und
Arbeits-Betriebsmodi ermöglicht,
bestand darin, für
den Fahrzeugführer
ein Lenkrad bereitzustellen, wenn das Fahrzeug im Straßenmodus bewegt
werden muss, und weiterhin ein Joystick vorzusehen, wenn das Fahrzeug
im Arbeitsmodus betrieben wird. Das Lenkrad vermittelt dem Fahrzeugführer in
etwa das gleiche Gefühl
wie beim Steuern eines Automobils, was im Straßenmodus erwünscht ist,
und der Joystick kann zur Ermöglichung
relativ großer
Lenkveränderungen
mit einer relativ kleinen Eingabe des Fahrzeugführers (d.h. eine große Verstärkungsrate)
verwendet werden, was für
den Einsatz im Arbeitsmodus erwünscht
ist.
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Unglücklicherweise
trägt die
Bereitstellung eines Lenkrad-/Joystick-Systems wesentlich zu den gesamten
Kosten und der Komplexität
des Systems hinsichtlich der beteiligten Hardware bei und führt darüber hinaus
selbst zu einer wesentlichen Komplexität und hohen Kosten, da derjenige
Anteil des Systems, der durch das Lenkrad betrieben wird, mit demjenigen
Systemanteil koordiniert werden muss, der durch den Joystick betrieben
wird.
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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 in einem
Fahrzeuglenksystem, das sowohl einen Straßen- wie einen Arbeits-Betriebsmodus
bereitstellen kann, aber die beim Stand der Technik bestehenden und
oben beschriebenen Nachteile überwindet.
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Eine
spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines derart verbesserten Fluidsteuergeräts, das
die oben angeführte
Aufgabe bewerkstelligen kann und bei dem lediglich eine einzige
Lenkeingabevorrichtung erforderlich ist, wodurch der beim Stand
der Technik bestehende Nachteil des Bedarfs nach einer Koordination von
zwei unterschiedlichen Lenkeingängen
beseitigt wird.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Lenksystems für
ein Fahrzeug, wobei sowohl der Straßenmodus wie der Arbeitsmodus
in einem einzigen Fluidsteuergerät
bewerkstelligt werden kann, wodurch die beim Stand der Technik bestehenden
Nachteile einer übermäßigen und
komplizierten Hardware beseitigt werden.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Fluidsteuergeräts zur Verwendung in einem Fahrzeuglenksystem,
das die Menge an von dem Fahrzeugführer zu erbringender Lenkbewegung
bei einem Betrieb in dem Arbeitsmodus in großem Umfang reduziert.
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Die
obige und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung
eines verbesserten Fluidsteuergeräts gelöst, das betätigbar ist, um den Fluidstrom
von einer Quelle von unter Druck stehendem Fluid zu einer fluiddruckbetätigten Vorrichtung
zu steuern. Das Steuergerät
beinhaltet eine Gehäuseanordnung,
die einen Einlassanschluss zur Verbindung mit der Fluidquelle ausbildet,
sowie erste und zweite Steuerfluidanschlüsse für eine Verbindung mit der fluiddruckbetätigten Vorrichtung.
Eine Steuerventilanordnung ist in der Gehäuseanordnung vorgesehen und
legt eine Neutralstellung sowie mindestens eine Arbeitsstellung
fest, bei der die Gehäuseanordnung
und die Steuerventilanordnung zusammenwirken, um einen Hauptfluidweg
auszubilden, der für
eine Fluidverbindung von dem Einlassanschluss zu dem ersten Steuerfluidanschluss
sorgt, und sie beinhaltet eine fluidbetätigte Anordnung zum Übermitteln
einer Nachlaufbewegung zu der Steuerventilanordnung, die im Allgemeinen
proportional zu dem Volumen an durch den Hauptfluidweg fließenden Fluidstrom
ist, wenn sich die Steuerventilanordnung in der Arbeitsstellung
befindet. Die fluidbetätigte
Anordnung beinhaltet ein drehbares Dosierbauteil, das die Nachlaufbewegung
bereitstellt.
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Das
verbesserte Fluidsteuergerät
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wahlventilanordnung in einer
Serienstrombeziehung in dem Hauptfluidweg zwischen dem Fluideinlassanschluss
und der fluidbetätigten
Anordnung angeordnet und betätigbar
ist, um in einer ersten Stellung einen normalen Durchfluss durch
den Hauptfluidweg zu ermöglichen. Weiterhin
ist die Wahlventilanordnung betätigbar,
um eine zweite Stellung einzunehmen, bei der der Fluidstrom durch
die fluidbetätigte
Anordnung blockiert wird, während
die fluidbetätigte
Anordnung umgangen wird, wodurch ein Durchfluss durch den Hauptfluidweg
ermöglicht,
jedoch eine Nachlaufbewegung zu der Steuerventilanordnung vermieden
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein etwas vereinfachtes Hydraulikschema eines hydrostatischen Servolenksystems einschließlich eines
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Fluidsteuergeräts.
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2 ist
ein fragmentarischer axialer Querschnitt eines Abschnitts des in 1 schematisch dargestellten
Fluidsteuergeräts.
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3 ist
ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 von 2 in Querrichtung
und in einem kleineren Maßstab
als in 2.
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4 ist
ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 von 2 in Querrichtung
und in einem etwas kleineren Maßstab
als in 3.
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5 ist
ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 von 2 in Querrichtung
und im gleichen Maßstab
wie in 4.
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6 ist
ein Graph des Durchflusses als ein Prozentsatz des maximal möglichen
Durchflusses versus der Lenkraddrehung (in Grad) zur Erreichung des
jeweiligen Durchflusses in einer Sekunde, wobei die beiden Betriebsmodi
der vorliegenden Erfindung miteinander verglichen werden.
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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 etwas vereinfachtes Hydraulikschema
eines hydrostatischen Fahrzeugservolenksystems einschließlich eines
Fluidsteuergeräts,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Das System beinhaltet eine Fluidpumpe 11,
die hier als eine Konstantpumpe dargestellt ist, wobei ihr Einlass
mit einem Systemreservoir 13 verbunden ist. Der Ausgang
der Pumpe 11 wird zu einem Einlassanschluss 15 eines
allgemein als 17 gekennzeichneten Fluidsteuergeräts übertragen.
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Immer
noch auf 1 Bezug nehmend steuert das
Fluidsteuergerät 17 den
Fluidstrom von der Pumpe 11 zu einem Lenkzylinder 19 oder
zu einer anderen geeigneten fluiddruckbetätigten Lenkungsstellorganeinheit
bzw. -vorrichtung. Das Fluidsteuergerät 17 beinhaltet zwei
Steuer-(Zylinder)-Fluidanschlüsse 21 und 23,
die mit den gegenüberliegenden Enden
des Lenkzylinders 19 verbunden sind. Ebenfalls weist das
Fluidsteuergerät 17 einen
Rücklaufanschluss 25 auf,
der Fluid zu dem Reservoir 13 zurückführt.
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Das
Fluidsteuergerät 17 ist
vorzugsweise gemäß den US-Patentschriften
4 759 182 und 5 080 135, die beide auf den Anmelder der vorliegenden
Erfindung übertragen
sind und hier als Referenz dienen, aufgebaut. Gemäß eines
wichtigen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Fluidsteuergerät 17 nur
durch eine einzige Lenkeingabe, die in 1 schematisch
als ein konventionelles Lenkrad 27 dargestellt ist, betätigt, obwohl
es sich für
den Fachmann versteht, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung
eines Lenkrades begrenzt ist, sondern dass die Lenkeingabevorrichtung
auch verschiedene andere Formen annehmen könnte, die alle im Rahmen der vorliegenden
Erfindung liegen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die wünschenswerte
Verwendung einer einzigen Lenkeingabevorrichtung, wodurch die Komplexität und die
Kosten im Zusammenhang mit mehreren Lenkeingabevorrichtungen vermieden wird/werden.
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Nun
auf 2 in Zusammenhang mit 1 Bezug
nehmend beinhaltet das Fluidsteuergerät 17 ein Ventilgehäuse 29 und
darin ist die Steuerventilanordnung angeordnet. In der vorliegenden
Ausführungsform
und lediglich beispielshalber beinhaltet die Steuerventilanordnung
ein Hauptventilorgan 31, das im folgenden auch als das "Spulenventil" bezeichnet wird,
sowie ein Nachlaufventilorgan 33, das im folgenden auch
als das "Hülsenventil" bezeichnet wird. Das
Ventilgehäuse 29 bildet
eine Mehrzahl von Dosierdurchlässen 35 aus,
deren Funktion dem Fachmann wohlbekannt ist und die nachfolgend
kurz beschrieben werden wird. Benachbart zu dem Ventilgehäuse 29 ist
eine Anschlussplatte 37 angeordnet, die eine Mehrzahl von
Anschlüssen 39 ausbildet,
wobei jeweils ein Anschluss 39 an dem Ende der Dosierdurchlässe 35 vorgesehen
ist und mit ihnen in offener Verbindung steht. Vorzugsweise integrieren
das Spulenventil 31 und das Hülsenventil 33 das "Weitwinkel"-Merkmal der oben
angeführten
Patentschrift US-A-5
080 135. Unter einem weitem Winkel wird hier verstanden, dass die
verschiedenen durch das Spulenventil und das Hülsenventil ausgebildeten Stromsteueröffnungen
ihre maximalen Öffnungsflächen solange
nicht erreichen, bis die relative Verlagerung (Ablenkung) zwischen
dem Spulenventil und dem Hülsenventil
in der Größenordnung
von etwa 35 bis 45 oder 50 Grad im Vergleich zu der in vielen Fluidsteuergeräten vorliegenden
konventionellen maximalen Ablenkung von 10 bis 20 Grad liegt.
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Hinter
der Anschlussplatte 37 ist ein allgemein mit 41 gekennzeichneter
Wahlventilabschnitt angeordnet, der nachfolgend ausführlicher
beschrieben werden wird. Der Wahlventilabschnitt 41 ist
in 1 schematisch als ein pilotdruckbetätigtes Zweistellungs-Dreiwege-Stromsteuerventil
dargestellt.
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Hinter
dem Wahlventilabschnitt 41 (in 2 auf der
linken Seite) ist ein allgemein mit 43 bezeichnetes Fluiddosiergerät vorgesehen
(das in 1 ebenfalls schematisch dargestellt
ist). Wie beim Stand der Technik wohlbekannt beinhaltet das Fluiddosiergerät 43 ein
innen verzahntes Ringbauteil 45, und innerhalb des Ringbauteils 45 ist
exzentrisch ein außen
verzahntes Sternbauteil 47 vorgesehen. Die Innen- und Außenzähne des
Ringbauteils 45 bzw. des Sternbauteils 47 wirken
zusammen, um eine Mehrzahl von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden
Fluidvolumenkammern 49 auszubilden (die am deutlichsten
in 5 sichtbar sind). Wenn, was beim Stand der Technik
ebenfalls wohlbekannt ist, nicht dosiertes Fluid zu den sich ausdehnenden
Volumenkammern übertragen
wird, umläuft der
Stern 47 den Ring 45 und dreht sich in ihm, und infolge
dieser Umlauf- und Drehbewegung wird anschließend dosiertes Fluid von den
sich zusammenziehenden Volumenkammern übertragen. Auf diese Weise
misst das Fluiddosiergerät 43 das
hindurch fließende
Fluid (oder "dosiert
es"), und zusätzlich stellt
es eine Ausgangsbewegung bereit (d.h. die Umlauf- und Drehbewegung
des Sterns 47), die proportional zu dem durch das Fluiddosiergerät 43 fließenden Fluidstrom
ist.
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Wie
für den
Fachmann auf dem Gebiet von Fluidsteuergeräten wohlbekannt ist, wird die
Ausgangsbewegung des Sterns 47 durch eine Antriebswelle 51 kommuniziert
und auf eine Weise in eine Nachlaufbewegung übertragen, die hier zwar nicht dargestellt
wird, jedoch in den oben erwähnten
Patentschriften gezeigt ist. Diese Nachlaufbewegung wird zu dem
Nachlaufventilorgan 33 übertragen,
wodurch bei der Vervollständigung
eines Lenkvorgangs eine Tendenz zur Rückführung des Ventilorgans 33 in eine
Neutralstellung relativ zu dem Hauptventilorgan 31 erzeugt
wird. Diese obige Beschreibung stellt einen Teil des Betriebs dar,
wenn das Fluidsteuergerät 17 in
seinem normalen Straßenmodus
betrieben wird, der auftritt, wenn sich der Wahlventilabschnitt 41 in
dem in 1 schematisch als "R" dargestellten Zustand
befindet.
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Das
Fluiddosiergerät 43 und
der Wahlventilabschnitt 41 werden auf konventionelle Weise
in einem festen Dichteingriff mit dem Ventilgehäuse 29 und der Anschlussplatte 37 gehalten,
und zwar mittels einer Mehrzahl von Bolzen B, wobei in 2 nur einer,
in den Querschnitten der 3, 4 und 5 in
Querrichtung jedoch alle Bolzen dargestellt sind.
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Nun
erneut hauptsächlich
auf 1 Bezug nehmend verlagert, wenn das Fluidsteuergerät 17 in dem
normalen Straßenmodus
betrieben wird, eine durch den Fahrzeugführer bewirkte Drehung des Lenkrades 27 das
Spulenventil 31 relativ zu dem Hülsenventil 33. Diese
Verlagerung des Spulenventils 31 relativ zu dem Hülsenventil 33 öffnet einen
allgemein als 53 bezeichneten Hauptfluidweg, der für eine Übertragung
von dem Einlassanschluss 15 durch das Fluiddosiergerät 43 zu
dem Steuerfluidanschluss 21 sorgt. Der Hauptfluidweg 53 beinhaltet
eine Reihe von Stromsteueröffnungen,
und in der vorliegenden Ausführungsform
sind einige dieser Öffnungen
feststehende Öffnungen
und einige andere sind variable Öffnungen
(d.h. der Strömungsquerschnitt
wird durch die Öffnung
proportional zu der relativen Verlagerung der Spule 31 und
der Hülse 33 variiert).
Da diese Öffnungen
beim Stand der Technik wohlbekannt sind und selbst kein wesentliches
Merkmal der Erfindung darstellen, werden sie nachfolgend nicht ausführlich beschrieben
werden. Diese Stromsteueröffnungen sind
konventioneller Weise als A1, A2, A3, A4 und A5 bezeichnet. Es sei
darauf hingewiesen, dass in 1 die A5-Öffnung tatsächlich keinen
Teil dessen bildet, was als der Hauptfluidweg 53 bezeichnet
wurde, sondern sie ist stattdessen ein Teil des Rücklaufpfades, der
zwischen dem Steuerfluidanschluss 23 an der "Rücklauf"-Seite des Lenkzylinders 19 und
dem Rücklaufanschluss 25 eine
Verbindung herstellt. Die hier und in den beiliegenden Ansprüchen erfolgten Bezüge auf den "Hauptfluidweg" verstehen sich insofern,
als dass darunter sowohl der in 1 als 53 bezeichnete
Pfad wie der Pfad 53 zusammen mit dem Rücklaufpfad von dem Anschluss 23 zu
dem Rücklaufanschluss 25 eingeschlossen
sind.
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Gemäß eines
wichtigen Merkmals der vorliegenden Ausführungsform ist das Fluidsteuergerät 17 vorzugsweise
von demjenigen Typ, der parallel zu dem Hauptfluidweg 53 einen
Verstärkungsfluidweg 55 einschließlich einer
variablen Verstärkungsöffnung 57 aufweist.
Wie für
den Fachmann wohlbekannt werden sowohl der Verstärkungsfluidweg 55 wie
die variable Verstärkungsöffnung 57 gemäß der oben
erwähnten
Patentschrift US-A-4 759 182 hauptsächlich durch das Spulenventil 31 und
das Hülsenventil 33 ausgebildet.
Obgleich für
die vorliegende Erfindung nicht wesentlich steht der Verstärkungsfluidweg 55 mit
dem Hauptfluidweg 53 unmittelbar stromab von der Hauptstromsteueröffnung A1
in Verbindung (d.h. er empfängt
Fluid von diesem), und der Weg 55 steht mit dem Hauptfluidweg 53 unmittelbar stromauf
von der Stromsteueröffnung
A4 in Verbindung (d.h. das Fluid strömt zu der Öffnung). Der Hauptzweck des
Verstärkungsfluidweges 55 besteht in
einer "Verstärkung" des Durchflusses
durch das Fluiddosiergerät 43,
d.h. in der Übertragung
eines größeren gesamten
Stroms zu dem Lenkzylinder 19, als dies die Größe des Fluiddosiergeräts 43 selbst
erlauben würde.
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Nun
hauptsächlich
auf die 2, 3 und 4 Bezug
nehmend, beinhaltet der Wahlventilabschnitt 41 ein Wahlventilgehäuse 61 und
an jedem axialen Ende des Gehäuse 61 eine
Distanzplatte 63. Die benachbart zu der Anschlussplatte 37 angeordnete
Distanzplatte 63 wird im folgenden als die vordere Distanzplatte
bezeichnet, während
die benachbart zu dem Fluiddosiergerät 43 vorgesehene Distanzplatte 63 als
die hintere Distanzplatte bezeichnet wird. Vorzugsweise sind die
beiden Distanzplatten 63 im Wesentlichen identisch, wodurch
die für
das Steuergerät
notwendige gesamte Stückzahl
reduziert und dessen Aufbau vereinfacht wird. Wie sich für den Fachmann
auf dem Gebiet von Fluidsteuergeräten versteht, würde jeder
der Dosierdurchlässe 35 und der
Anschlüsse 39 in
einem konventionellen Fluidsteuergerät zu der jeweiligen Fluidvolumenkammer 49 ausgerichtet
werden. Der Wahlventilabschnitt 41 wird sowohl physikalisch
wie hinsichtlich der Fluidstrombeziehung zwischen der Anschlussplatte 37 und
dem Fluiddosiergerät 43 angeordnet.
Somit besteht die Funktion der Distanzplatten 63 in einem "Transport" von Fluid von den
Dosierdurchlässen 35 und
Anschlüssen 37 radial
nach innen zu der Wahlventilanordnung (die nachfolgend beschrieben
werden wird), und danach von der Wahlventilanordnung radial nach
außen
zu den Volumenkammern 49.
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Nun
hauptsächlich
auf 4 Bezug nehmend bildet jede Distanzplatte eine
Mehrzahl von durchgehenden Bohrungen 65 aus, und mit jeder Bohrung 65 steht
eine angewinkelte Ausnehmung 67 in Verbindung, die in einer
axialen Endfläche 69 der Distanzplatte 63 ausgebildet
ist. Das radial außen
liegende Ende jeder Ausnehmung 67 der vorderen Distanzplatte 63 steht
mit ihrem jeweiligen Anschluss 39 in Verbindung, während das
radial außen
liegende Ende jeder Ausnehmung 67 der hinteren Distanzplatte 63 mit
ihrer jeweiligen Volumenkammer 49 in Verbindung steht.
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Nun
hauptsächlich
auf 3 Bezug nehmend, in der die Antriebswelle 51 von
der Ansicht entfernt wurde, bildet das Wahlventilgehäuse 61 eine generell
zylindrische Ventilkammer 71 aus, und innerhalb der Kammer 71 ist
ein drehbares, generell zylindrisches Wahlventil 73 vorgesehen.
Die von dem Wahlventil 73 durchgeführte Ventilwirkung wird nachstehend
ausführlich
beschrieben werden. Ebenfalls bildet das Wahlventilgehäuse 61 eine
Querbohrung 75 aus, wobei das linke Ende der Bohrung 75 mit
einer Armatur 77 und das rechte Ende der Bohrung 75 mit
einer Armatur 79 versehen ist. Wie sich für den Fachmann
auf dem Gebiet von hydraulischen Steuerungen (Pilotsteuerungen)
versteht, sind die Armaturen 77 und 79 in dem
Schema der 1 als diejenige hydraulische
Anordnung dargestellt, durch die das Wahlventil 73 zwischen
seinen beiden in 1 dargestellten unterschiedlichen
Arbeitsstellungen verstellt oder verschoben wird, was im folgenden
ausführlicher
beschrieben werden wird. Innerhalb der Querbohrung 75 sind
zwei Pilotkolben 81 und 83 angeordnet und axial
zwischen den Kolben 81 und 83 ist ein Hebelbauteil 85 vorgesehen,
das innerhalb einer in dem Wahlventil 73 ausgebildeten
Bohrung 87 aufgenommen ist (siehe 2).
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Wenn
daher ein Pilotdruck durch die Armatur 77 übertragen
und von der Armatur 79 abgelassen wird, verschiebt sich
der Pilotkolben 81 nach rechts in die in der 3 dargestellte
Position. Wenn nachfolgend der Pilotdruck in der Armatur 77 abgelassen und
ein Pilotdruck durch die Armatur 79 übertragen wird, wird der Pilotkolben 83 von
der in 3 dargestellten Position vorgespannt, wodurch
das Wahlventil 73 um etwa 20 Grad von der in 3 dargestellten Position
aus gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird.
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Nun
hauptsächlich
auf die 2 und 3 Bezug
nehmend bildet das Wahlventil 73 eine Mehrzahl von axialen
Bohrungen 91 aus, wobei die Anzahl an axialen Bohrungen 91 gleich
zu der Anzahl an Volumenkammern 49 und ebenfalls gleich
zu der Anzahl an durchgehenden Bohrungen 65 und Ausnehmungen 67 in
jeder Distanzplatte 63 ist. Benachbart zu jeder axialen
Bohrung 91 angeordnet bildet die vordere Endfläche des
Wahlventils 73 eine flache radiale Ausnehmung 93 aus.
Befindet sich das Wahlventil 73 in der in 3 dargestellten
Drehstellung, steht jede Ausnehmung 93 mit einer flachen
radialen Ausnehmung 95 in Verbindung, die in einer vorderen axialen
Stirnseite des Wahlventilgehäuses 61 ausgebildet
ist. Die radialen Ausnehmungen 95 stehen jeweils mit einer
ringförmigen
Kammer 97, deren Funktion nachfolgend beschrieben werden
wird, in einer offenen Verbindung.
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Betrieb
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Wenn
es der Fahrzeugführer
wünscht,
dass das Fahrzeug in dem normalen Straßenmodus gesteuert werden kann,
ist eine Durchleitung von Pilotdruck durch die Armatur 79 notwendig,
wodurch das Wahlventil 73 von der in 3 gezeigten
Stellung in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird,
sodass jede axiale Bohrung 91 gegen den Uhrzeigersinn zu
der Stellung bewegt wird, die in 3 von dem
radial innen liegenden Ende der benachbarten Ausnehmung 93 belegt
wird. Die gerade beschriebene Stellung des Wahlventils 73 entspricht der
in 1 schematisch dargestellten und als "R" bezeichneten Stellung. Durch einen
Vergleich der verschobenen Stellung des Wahlventils 73 mit
der oben mit Bezug auf 4 beschriebenen Stellung ist ersichtlich,
dass in dem normalen Straßenmodus jede
durchgehende Bohrung 65 in der vorderen Distanzplatte 63 mit
seiner jeweiligen axialen Bohrung 91 in Verbindung steht.
Zur gleichen Zeit steht jede Bohrung 91 ebenfalls mit seiner
jeweiligen durchgehenden Bohrung 65 in der hinteren Distanzplatte 63 in
Verbindung.
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Daher
wird, wenn das Wahlventil 73 von der in 3 gezeigten
Stellung zu dem normalen Straßenmodus
verschoben ist, nicht dosiertes Fluid durch die axialen Bohrungen 91 durch
einige bestimmte Dosierdurchlässe 35 zu
den sich ausdehnenden Volumenkammern 49 übertragen,
während zugleich
dosiertes Fluid von den sich zusammenziehenden Volumenkammern 49 durch
die jeweiligen axialen Bohrungen 91 und zu den anderen
Dosierdurchlässen 35 übertragen
wird. Es sollte sich verstehen, dass in dem Straßenmodus der Betrieb des Fluidsteuergeräts 17 der
vorliegenden Erfindung der gleiche ist, wie wenn der gesamte Wahlventilabschnitt 41 entfernt
wäre, und
das Fluiddosiergerät 43 würde unmittelbar
benachbart zu der Anschlussplatte 37 angeordnet werden.
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Wie
sich für
den Fachmann versteht bezieht sich in dem normalen Lenkmodus "R" der Ablenkungswinkel auf die Verlagerung
zwischen dem Spulenventil 31 und dem Hülsenventil 33, der
wiederum eine Funktion der Drehrate des Lenkrades 27 ist.
Wie am einfachsten in 1 ersichtlich strömt in dem normalen
Straßen-Betriebsmodus
Fluid durch den Hauptfluidweg 53 auf die gleiche Weise,
wie dies bei jedem konventionellen Fluidsteuergerät der Fall
ist. Zur gleichen Zeit liegt ein durch den Verstärkungsströmungsweg 55 fließender Strom
vor, sodass der gesamte zu dem Lenkzylinder 19 fließende Strom
die Summe aus den Strömen
in den Strömungswegen 53 und 55 ist,
was beim Stand der Technik von Fluidsteuergeräten bereits wohlbekannt ist.
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Wenn
der Fahrzeugführer
das Fahrzeug in dem Arbeitsmodus lenken möchte, ist eine Übertragung
von Pilotdruck durch die Armatur 77 notwendig, um das Wahlventil 73 in
einer Richtung im Uhrzeigersinn von der zuvor beschriebenen Stellung
zurück
zu der in 3 dargestellten Arbeitsmodus-Stellung
zu drehen, d.h. zu der in 1 als "W" bezeichnete Stellung. Befindet sich
das Wahlventil 73 in der Arbeitsmodus-Stellung, steht jede
der durchgehenden Bohrungen 65 in der vorderen Distanzplatte 63 mit
ihrer jeweiligen radialen Ausnehmung 93 in offener Verbindung,
und jede Ausnehmung 93 steht wiederum durch ihre jeweilige
radiale Ausnehmung 95 mit der ringförmigen Kammer 97 in
Verbindung. Es sei darauf hingewiesen, dass in 1 die
ringförmige
Kammer 97 schematisch als ein Umgehungspfad um das Fluiddosiergerät 43 herum
dargestellt ist.
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Befindet
sich das Wahlventil 73 in der Arbeitsmodus-Stellung "W" der 3, wird
jede axiale Bohrung 91 aus einer Verbindung mit ihren jeweiligen durchgehenden
Bohrungen 65 in sowohl den vorderen wie den hinteren Distanzplatten 63 heraus
gebracht, sodass in den axialen Bohrungen 91 befindliches
Fluid dort einfach eingefangen wird. Zugleich ist bei jeder der
durchgehenden Bohrungen 65 in der hinteren Distanzplatte 63 der
Durchfluss durch die benachbarte axiale Endfläche des Wahlventils 73 blockiert.
Während
das Fluidsteuergerät
in dem Arbeitsmodus betrieben wird, wird Fluid in jeder der Volumenkammern 49 sowie
Fluid in jeder der Ausnehmungen 67 in der hinteren Distanzplatte 63 eingefangen.
Infolgedessen tritt das Sternbauteil 47 nicht in seine
normale Umlauf- und Drehbewegung ein, sondern wird stattdessen de
facto "Fluid-gesperrt" und verbleibt ruhend.
Somit liegt keine Nachlaufbewegung vor, die von dem Sternbauteil 47 durch
die Antriebswelle 51 zu dem Nachlaufventilorgan 33 übertragen
wird.
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Somit
wird, wenn das Fluidsteuergerät 17 in dem
Arbeitsmodus "W" betrieben wird,
die Größe von jeder
der Stromsteueröffnungen
A1 bis A5 einzig durch den Ablenkungswinkel des Lenkrades 27 von seiner
Neutralstellung aus bestimmt. Für
den Fachmann versteht sich, dass das Drehmoment, das für eine Drehung
des Lenkrads 27 in dem Modus "R" oder
dem Modus "W" notwendig ist, jeweils
das Gleiche ist, aber bei einem Betrieb in dem Arbeitsmodus ist
eine viel geringere Bewegung des Lenkrades notwendig, wie durch
den Graph von 6 illustriert, da keine Nachlaufbewegung
zurück
zu dem Nachlaufventilorgan 33 vorliegt. Stattdessen wird
die Einheit auf eine Weise betrieben, die als ein "Jerk-steer"-Steuergerät ohne ein
Fluiddosiergerät bekannt
ist und wobei eine Drehung des Lenkrades lediglich die Ventilöffnungen
A1 bis A5 öffnet.
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Lediglich
beispielshalber und nun auch auf 6 Bezug
nehmend führt
in der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung, wenn sich das Fluidsteuergerät in dem Arbeitsmodus "W" befindet, eine Verlagerung des Lenkrades
von etwa 50° zu
etwa der gleichen Durchflussrate (100 Prozent des maximalen Durchflusses
in 6) zu dem Lenkzylinder 19, die auftritt,
wenn das Fluidsteuergerät
in dem Straßenmodus
betrieben wird, und das Lenkrad wird bei etwa 120 U/min gedreht,
um das Spulenventil 31 bei einer Ablenkung von 50 Grad
relativ zu dem Hülsenventil 33 zu
halten. Somit muss der Fahrzeugführer
mit einem typischen Fluidsteuergerät vom Stand der Technik mit
etwa vier Drehungen (von Anschlag zu Anschlag) das Lenkrad zweimal
(d.h. um 720 Grad) von der zentralen (neutralen) Stellung aus und
jeweils mit einer hohen Drehrate (120 U/min) drehen, wenn eine größere Lenkkorrektur
an einer Einsatzstelle erwünscht
ist. Mit der Anordnung der vorliegenden Erfindung dreht der Fahrzeugführer das
Lenkrad jedoch lediglich um einen Winkel, der der erwünschten Ablenkung
von Spule und Hülse
entspricht (z.B. 50 Grad), und er hält das Lenkrad in dieser Position
fest, bis sich die erwünschte
Bewegung des Lenkzylinders 19 vollzogen hat. Anschließend gibt
er das Lenkrad frei, damit es unter dem Einfluss der in den oben
erwähnten
Patentschriften dargestellten Rückstellfedern
zu seiner Neutralstellung zurückkehren
kann.
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Wie
sich für
den Fachmann versteht ist in jedem Betriebsmodus das zur Drehung
des Lenkrades erforderliche Drehmoment das Gleiche, da das für eine Drehung
des Lenkrades notwendige Drehmoment eine Funktion der Federrate
der Rückstellfedern
ist. Allerdings erfordert mit der Erfindung ein Betrieb in dem Arbeitsmodus "W" eine viel geringere Bewegung der Arme
des Fahrzeugführers
(geringere Drehung des Lenkrades), als dies bei einem Fluidsteuergerät vom Stand
der Technik (in 6 durch den Straßenmodus "R" dargestellt) erforderlich ist, was
zu einer wesentlich verringerten Anstrengung des Fahrzeugführers und
damit zu einer erhöhten Betriebseffizienz
führt.
Die Abnahme in der Anstrengung des Fahrzeugführers ist am einfachsten in 6 ersichtlich,
bei der ein Graph des Durchflusses (als ein Prozentsatz des maximalen
Durchflusses) gegenüber
der Lenkraddrehung (in Grad) in einer Sekunde dargestellt ist, um
den korrespondierenden Durchfluss zu bewerkstelligen. Die Bedeutung
des Graphen von 6 besteht darin, dass er bildlich
die verringerte Anstrengung des Fahrzeugführers bei einem Betrieb in
dem Arbeitsmodus "W" im Vergleich zu
dem Straßenmodus "R" darstellt. In dem Graph von 6 ist
die Fläche
unterhalb jedes der beiden Graphen repräsentativ für die Lenkanstrengung, die der
Fahrzeugführer
erbringen muss, um in einer Sekunde den jeweiligen Durchfluss zu
bewerkstelligen.
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Die
Erfindung ist in der obigen Spezifikation ausführlich beschrieben worden und
es wird davon ausgegangen, dass sich für den Fachmann anhand dieser
Spezifikation verschiedene Abänderungen und
Modifikationen der Erifindung ergeben. Es ist beabsichtigt, dass
all diese Abänderungen
und Modifikationen in der Erfindung eingeschlossen sind, solange
sie in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.