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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Stromsteuergerät
bzw. einen Durchflussmengenregler einer Servolenkvorrichtung, das
bzw. der zur Verwendung in Fahrzeugen und dergleichen geeignet ist.
Konkreter betrifft die vorliegende Erfindung ein Stromsteuergerät einer
Servolenkvorrichtung, das Energie sparen kann, indem die Stromrate
verringert wird, die von einer Pumpe einem Steuerventil bei niedrigem
Lastdruck zugeführt
wird.
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Hintergrund der Erfindung:
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Stromsteuergeräte von Servolenkvorrichtungen
wurden vorgeschlagen zur Energieeinsparung bei einem Kraftfahrzeugmotor
durch verringern der von einer Pumpe bei einem niedrigem Lastdruck
einem Steuerventil zugeführten
Stromrate, wenn ein Lenkrad nicht gedreht wird. Beispiele des Stromsteuergeräts sind
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 6-8840, dem US-Patent Nr. 5,439,070 und dem offengelegten deutschen
Patent Nr. 43 19 495 A1 dargestellt. Das obige Stromsteuergerät enthält ein auf
Lastdruck ansprechendes Ventil (im folgenden als ansprechendes Ventil
bezeichnet) mit einer variablen Mündung bzw. Öffnung, die auf den Lastdruck
anspricht. Das Stromsteuergerät
kann den Energieverbrauch reduzieren, weil die variable Öffnung Druck
in einer Federkammer des Stromsteuerventils zur Niederdruckseite
hin entlastet, um die Stromrate zu reduzieren, die einem Steuerventil
zugeführt
wird, wenn der Lastdruck verhältnismäßig niedrig
ist.
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Das Stromsteuergerät zur Energieeinsparung
ist jedoch mit gewissen Nachteilen verbunden. Ein normales Pumpgehäuse kann
nämlich
für die Pumpe
mit dem ansprechenden Ventil zur Energieeinsparung nicht verwendet
werden, da das Pumpgehäuse
zur Energieeinsparung neben einer das Stromsteuerventil zum Steuern
eines Arbeitsfluids zur Versorgung eines Steuerventils aufnehmenden normalen
Bohrung eine das ansprechende Ventil zum Verrin gern der dem Steuerventil
zugeführten Stromrate
aufnehmende spezielle Bohrung benötigt. Da das Pumpgehäuse zur
Energieeinsparung vom normalen Pumpgehäuse verschieden ist, sind als Folge
die Kosten des Stromsteuergeräts
zur Energieeinsparung verhältnismäßig hoch.
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Aus JP-A-06278622 ist ebenfalls ein
weiteres Stromsteuergerät
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bekannt.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Stromsteuergerät zu schaffen, dessen Pumpgehäuse aus
einem normalen Pumpgehäuse
als einem gemeinsamen Gehäuse
für eine
normale Pumpe ohne das ansprechende Ventil und eine Pumpe mit ihm
aufgebaut sein kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um
das oben erwähnte
Problem zu lösen.
Kurz gesagt umfaßt
das Stromsteuergerät
einer Servolenkvorrichtung ein Steuerventil, eine Pumpe, einen Kraftzylinder,
eine Dosieröffnung,
ein Stromsteuerventil, eine ventilaufnehmende Bohrung, ein Anschlußstück und ein
auf Lastdrück
ansprechendes Ventil.
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Das Steuerventil hat variable Drosseln,
die auf mit der Pumpe, beiden Fluidkammern des Kraftzylinders und
dem Reservoir verbundenen Wegen angeordnet sind. Die Dosieröffnung ist
in einem Zufuhrkanal angeordnet, der dem Steuerventil von der Pumpe
abgegebenes Arbeitsfluid zuführt.
Das Stromsteuerventil weist die Dosieröffnung, eine mit dem Zufuhrkanal
stromabwärts
der Dosieröffnung verbundene
Federkammer und einen Umgehungsspulenkörper auf, der durch eine Feder
in der Federkammer gedrängt
wird, um eine Öffnung
eines Umgehungskanals gemäß der Druckdifferenz über die Dosieröffnung zu
regulieren. Die ventilaufnehmende Bohrung nimmt den Umgehungsspulenkörper in
einem Gehäuse
der Pumpe verschiebbar auf. Das in der ventilaufnehmenden Bohrung
angeordnete Anschlußstück weist
an seinem ersten Ende die Dosieröffnung
und an einem zweiten Ende eine Auslaßöffnung bzw. einen Auslaßanschluß auf, der
durch die Dosieröffnung
durchgelassenes Arbeitsfluid leitet. Das auf Lastdruck ansprechende
Ventil, das im Anschlußstück aufgenommen
ist, hat eine variable Mündung
bzw. Öffnung.
Das auf Lastdruck ansprechende Ventil verbindet die Federkammer
mit dem Reservoir, wenn ein durch Betätigung eines Lenkrades erzeugter
Lastdruck verhältnismäßig niedrig
ist, und das auf Lastdruck ansprechende Ventil trennt die Verbindung
zwischen der Federkammer und dem Reservoir als Antwort auf ein Ansteigen
des Lastdrucks.
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Bei der obigen Konfiguration wird,
falls der Lastdruck verhältnismäßig niedrig
ist, wenn das Lenkrad in seiner Neutralstellung ist, und die variable Öffnung des
auf Lastdruck ansprechenden, im Anschlußstück aufgenommenen Ventils offen
ist, dann der Druck in der Federkammer durch Entlasten des Drucks
von der Federkammer zum Reservoir über die variable Öffnung reduziert.
Daher wird das Arbeitsfluid von der Pumpe zum Reservoir sehr viel mehr
umgeleitet, wodurch die Stromrate des dem Steuerventil zugeführten Arbeitsfluids
verringert wird. Als Folge wird der Energieverbrauch der Pumpe reduziert.
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Wenn das Lenkrad gedreht wird, nimmt
der Druck im Zufuhrkanal stromaufwärts des Steuerventils (im folgenden
als Lastdruck bezeichnet) allmählich
zu, und die Öffnungsfläche der
variablen Öffnung wird
durch die Betätigung
des auf Lastdruck ansprechenden Ventils allmählich vermindert.
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Während
der Lastdruck weiter ansteigt, wird die Öffnungsfläche der variablen Öffnung vollständig geschlossen.
Daher wird die dem Steuerventil zugeführte Stromrate erhöht, so daß die Hilfskraft
der Servolenkvorrichtung erzeugt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
BEILIGENDEN ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Gesamtaufbau eines Stromsteuergeräts einer Servolenkvorrichtung
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Teils 8, die Einzelheiten des Stromsteuergeräts in 1 zeigt.
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3 ist
eine partielle, stark vergrößerte Ansicht
von 2.
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4 ist
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Lastdruck
und einer Stromrate eines einem Steuerventil zugeführten Arbeitsfluids
darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Verweis auf die beiliegenden
Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist
ein Gesamtaufbau einer hydraulischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Sie besteht hauptsächlich
aus einer von einem nicht dargestellten Fahrzeugmotor angetriebenen
Pumpe 10, einem Reservoir 11, einem Kraftzylinder 12,
um die Betätigung
des Lenkrads zu unterstützen,
einem Drehschieberventil 13, um die Stromrate des von der
Pumpe 10 abgegebenen Arbeitsfluids zum Kraftzylinder 12 gemäß einer
Drehung eines Lenkrades zu steuern.
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Wie in 2 gezeigt
ist, ist eine ventilaufnehmende Bohrung 16 in einem Pumpgehäuse 15 der
Pumpe 10 ausgebildet. Ein Anschlußstück 17 ist in ein Ende
der ventilaufnehmenden Bohrung 16 mit einer Dichtung geschraubt,
und im anderen Ende ist ein Anschlagkappe 18 eingesetzt.
Ein Zufuhrkanal 19 und ein Umgehungskanal 20 sind
getrennt ausgebildet, um die ventilaufnehmende Bohrung 16 in
ihrer axialen Richtung zu verbinden. Der Zufuhrkanal 19 ist
mit einem Austrittsanschluß der
Pumpe 10 verbunden. Der Umgehungskanal 20 ist
mit einem Sauganschluß der
Pumpe 10 verbunden.
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In je einem Ende des Anschlußstückes 17 ist ein
Auslaßanschluß 21 bzw.
eine Dosieröffnung 22 ausgebildet.
Der Auslaßanschluß 21 ist
mit einem Einlaßanschluß des Steuerventils 13 verbunden.
Die Dosieröffnung 22 ist
mit Zufuhrkanal 19 verbunden. Im Anschlußstück 17 ist
eine gestufte Bohrung 23 zwischen dem Auslaßanschluß 21 und
der Dosieröffnung 22 ausgebildet.
Wie in 3 gezeigt ist,
enthält die
gestufte Bohrung 23 eine Bohrung mit gleichem Durchmesser
mit einem Durchmesser D1, eine Bohrung mit mittlerem Durchmesser
mit einem Durchmesser D2 und eine Bohrung mit großem Durchmesser
mit einem Durchmesser D3, in dieser Reihenfolge von der Dosieröffnung 22 (D1 < D2 < D3). In der gestuften
Bohrung 23 ist innerhalb eines gewissen Distanzhubes ein
auf Lastdruck ansprechendes Ventil 24 (im folgenden als
ansprechendes Ventil 24 bezeichnet) verschiebbar aufgenommen.
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Ein Umgehungsspulenkörper 30 ist
in der ventilaufnehmenden Bohrung 16 verschiebbar aufgenommen,
um die Stromrate des Arbeitsfluids zu steuern, das dem Steuerventil 13 zugeführt wird. Eine
Federkammer 32 ist zwischen einem Ende des Umgehungsspulenkörpers 30 und
der Anschlagkappe 18 in der ventilaufnehmenden Bohrung 16 ausgebildet.
Die Federkammer 32 enthält
eine Feder 33, die den Umgehungsspulenkörper 30 in Richtung
auf das Anschlußstück 17 drängt, um
eine Öffnungsfläche des
Umgehungskanals 20 zu schließen, wodurch die Verbindung
zwischen dem Zufuhrkanal 19 und dem Umgehungskanal 20 reguliert
wird.
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Im Pumpgehäuse 15 ist ein Verbindungskanal 34 zwischen
der Federkammer 32 und dem Auslaßanschluß 21 ausgebildet,
die durch eine in das Anschlußstück 17 gebohrte
Steueröffnung 35 miteinander
verbunden werden sollen. Im oben erwähnten Aufbau wirkt ein Differenzdruck über die
Dosieröffnung 22 auf
beide gegenüberliegende
Enden des Umgehungsspulenkörpers 30,
während
der Druck vor der Dosieröffnung 22 auf
das linke Ende wirkt und der durch sie geleitete Druck auf das rechte
Ende wirkt. Der Umgehungsspulenkörper 30 stellt
eine Öffnungsfläche des
Umgehungskanals 20 ein, um den Differenzdruck über die
Dosieröffnung 22 konstant
zu halten. Die Dosieröffnung 22,
der Umgehungsspulenkörper 30 und
die Feder 33 bilden ein Stromsteuerventil 36.
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Im in das Anschlußstück 17 aufgenommenen
ansprechenden Ventil 24 ist eine Durchgangsbohrung 41 ausgebildet,
um eine Verbindung zwischen der Dosieröffnung 22 und dem
Auslaßanschluß 21 herzustellen.
Das ansprechende Ventil 24 enthält einen Abschnitt 42 mit
kleinem Durchmesser, wobei ein kleiner Durchmesser an einem Ende
zur Dosieröffnung 22 hin
ausgebildet ist, und einen Abschnitt 43 mit großem Durchmesser,
wobei ein größerer Durchmesser
am anderen Ende in Richtung auf den Auslaßanschluß 21 ausgebildet ist.
Ein Abschnitt 44 mit mittlerem Durchmesser ist bei der
Mitte des ansprechenden Ventils 24 ausgebildet und weist eine
mittlere Größe des Durchmessers
zwischen dem Abschnitt 42 mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt 43 mit
großem
Durchmesser auf. Die Bohrung mit kleinem Durchmesser und die Bohrung
mit großem
Durchmesser der gestuften Bohrung 23 nehmen den Abschnitt 42 mit
kleinem Durchmesser bzw. den Ab schnitt 43 mit großem Durchmesser
verschiebbar auf. Daher kann sich eine Schulter des Abschnitts 44 mit
mittlerem Durchmesser bewegen und eine Schulter der Bohrung mit
mittleren Durchmesser berühren,
die eine variable Öffnung 45 zwischen
den Schultern bildet.
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Im Anschlußstück 17 ist ein Druckeinleitungsanschluß 46 ausgebildet,
wo er dem Abschnitt 44 mit mittlerem Durchmesser des ansprechenden Ventils 24 zugewandt
und mit dem Verbindungskanal 34 verbunden ist. Im Anschlußstück 17 ist
auch ein Druckaustrittsanschluß 47 ausgebildet,
wo er dem Abschnitt 42 mit kleinem Durchmesser des ansprechenden
Ventils 24 zugewandet und mit dem Reservoir 11 verbunden
ist. Daher können
der Druckeinleitungsanschluß 46 und
der Druckaustrittsanschluß 47 über die
variable Öffnung 45 miteinander
kommunizieren.
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Eine Feder 48 zwischen dem
ansprechenden Ventil 24 und dem Anschlußstück 17 drängt das ansprechende
Ventil 24 in Richtung auf den Abschnitt 43 mit
großem
Durchmesser. Unter normalen Umständen,
wie in 3 gezeigt ist,
ist, da das ansprechende Ventil 24 an seinem Gleitende
durch die Feder 48 gehalten wird, die variable Öffnung 45 ganz
offen, und der Druckeinleitungsanschluß 46 und der Druckaustrittsanschluß 47 halten
die Verbindung miteinander aufrecht.
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In diesem Zustand wird das Arbeitsfluid,
das durch die Dosieröffnung 22 durchgeströmt ist, über die
Steueröffnung 35 und
den Verbindungskanal 34 der Federkammer 32 zugeführt. Gleichzeitig
wird das Arbeitsfluid durch den Druckeinleitungsanschluß 46 und
Druckaustrittsanschluß 47 zum
Reservoir 11 abgeleitet. Daher wird auf das ansprechende
Ventil 24 durch zwei entgegengesetzt gerichtete hydraulische Antriebskräfte eingewirkt.
Eine ist eine durch einen Druck Pb des Arbeitsfluids vor der Steueröffnung 35 bewirkte,
rechts gerichtete hydraulische Antriebskraft, die andere ist eine
durch einen Druck Pa des durch die Steueröffnung 35 durchgeströmten Arbeitsfluids
hervorgerufene, links gerichtete hydraulische Antriebskraft.
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Eine druckaufnehmende Fläche A1,
auf die durch die rechts gerichtete hydraulische Antriebskraft eingewirkt
wird, um das ansprechende Ventil 24 nach rechts zu bewegen,
und eine druck aufnehmende Fläche
A2, auf die durch die links gerichtete hydraulische Antriebskraft
eingewirkt wird, um es nach links zu bewegen, können hier durch die folgenden
Formeln ausgedrückt
werden: A1 = (π/4) × (D32 – D12)
A2 = (π/4) × (D32 – D22)
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Daher ist eine Formel für eine Kraft
F1, die das ansprechende Ventil 24 nach rechts drängt, F1
= A1 × Pb
und für
eine Kraft F2, die es nach links drängt, F2 = A2 × Pa + Fs.
Fs stellt hier die Federkraft der Feder 48 dar.
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Unter der Bedingung, daß der Lastdruck
verhältnismäßig niedrig
ist, wird, da eine Differenz der hydraulischen Antriebskräfte, die
auf die beiden Enden des ansprechenden Ventils 24 einwirken,
klein ist und eine Kraft der Feder 48 nach links gerichtet
wirkt, die folgende Beziehung aufgestellt. F1
(= A1 × Pb) < F2 (= A2 × Pa + Fs)
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Unter der Bedingung jedoch, daß der Lastdruck
zunimmt, ändert
sich die obige Beziehung in F1 > F2,
da die Differenz der hydraulischen Antriebskräfte vergrößert wird. Daher wird das ansprechende Ventil 24 gegen
die Federkraft der Feder 48 nach rechts bewegt, wodurch
die Öffnungsfläche der
variablen Öffnung 45 verringert
wird.
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1 zeigt
eine schematische Veranschaulichung des gut bekannten Steuerventils.
Das Steuerventil 13 enthält vier variable Drosseln V1,
V2, V3 und V4 vom in Mittelstellung offenen Typ (engl. center-open
type), die in den mit der Pumpe 10, beiden Fluidkammern
des Kraftzylinders bzw. dem Reservoir 11 verbundenen Fluidwegen
angeordnet sind.
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Ziffer 50 in 1 bezeichnet ein in den
Umgehungsspulenkörper 30 eingebautes Überdruckventil.
Das Überdruckventil 50 entlastet
den Druck in der Federkammer 32 zum Umgehungskanal 20, wenn
der Druck in der Federkammer 32 einen voreingestellten
Druck übersteigt.
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Nun wird die Funktionsweise des Stromsteuergeräts wie oben
konstruiert beschrieben. Wenn die Pumpe 10 durch den Fahrzeugmotor
angetrieben wird, wird das Arbeitsfluid vom Austrittsan schluß der Pumpe 10 dem
Zufuhrkanal 19 zugeführt.
Das an den Zufuhrkanal 19 abgegebene Arbeitsfluid wird dann
vom Auslaßanschluß 21 des
Anschlußstücks 17 durch
die Dosieröffnung 22 dem
Steuerventil 13 zugeführt.
Zur gleichen Zeit wird das Arbeitsfluid, das durch die Dosieröffnung 22 geströmt ist,
von der Steueröffnung 35 durch
den Verbindungskanal 34 in die Federkammer 32 und
den Druckeinleitungsanschluß 46 eingeführt. Daher
wirkt der Differenzdruck über
die Dosieröffnung 22 auf
beide gegenüberliegenden
Enden des Umgehungsspulenkörpers 30. Die
Arbeitsfläche
des Umgehungskanals 20 wird so eingestellt, daß der Differenzdruck
konstant gehalten wird, wodurch die von der Pumpe 10 dem
Steuerventil 13 zugeführte
Stromrate konstant gehalten wird.
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Wenn das nicht dargestellte Lenkrad
in seinem neutralen Zustand ist, wird das dem Steuerventil 13 zugeführte Arbeitsfluid
von den variablen Drosseln V1 und V2 durch die variablen Drosseln
V3 und V4 zum Reservoir 11 gleichmäßig abgeleitet. Daher wird
der Druck in jeder Kammer des Kraftzylinders 12 gleich
niedrig gehalten. Da der Lastdruck in diesem Zustand verhältnismäßig niedrig
ist, ist die Differenz der auf die beiden Enden des ansprechenden
Ventils 24 wirkenden hydraulischen Antriebskräfte klein.
Daher wird das ansprechende Ventil 24 durch die Feder 48 an
seinem linken Gleitende an einer Seite des Abschnitts 43 mit
großem
Durchmesser gehalten. In diesem Zustand ist die variable Öffnung 45 komplett offen,
und der Druckeinleitungsanschluß 46 und
der Druckaustrittsanschluß 47 bleiben
miteinander verbunden, wobei der Druck in der Federkammer 32 über die
variable Öffnung 45 zur
Niederdruckseite des Reservoirs 11 entlastet wird. Da der
Druck in der Federkammer 32 durch die Steuerfluidrate (engl.
pilot fluid rate) verringert wird, die von der Federkammer 32 zur
Niederdruckseite abgegeben wird, wird daher der Umgehungsspulenkörper 30 nach
rechts verschoben, so daß der
Umgehungskanal 20 viel weiter geöffnet wird. Dementsprechend
wird das von der Pumpe 10 abgegebene Arbeitsfluid größtenteils zum
Sauganschluß der
Pumpe 10 umgeleitet. Bei diesem Betrieb ist die Stromrate
des dem Steuerventil 13 zugeführten Arbeitsfluids auf die
niedrigste Stromrate Q1 reduziert, wie in C von 4 dargestellt ist. Daher wird die von
der Pumpe 10 verbrauchte Energie reduziert.
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Wird demgegenüber das Lenkrad 13 gedreht,
wird ein Paar variabler Drosseln V1, V3 und V2, V4 allmählich geöffnet, und
das andere Paar schließt
gleichzeitig gemäß dessen
Drehrichtung, wodurch der Lastdruck erhöht wird. Dies bewirkt, daß der Differenzdruck
zwischen den beiden Kammern des Kraftzylinders 12 eine
Hilfskraft der Servolenkvorrichtung erzeugt.
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Wenn der Lastdruck auf einen Druck
P1 ansteigt, wird die Differenz der hydraulischen Antriebskräfte zwischen
beiden Enden des ansprechenden Ventils 24 gemäß der Differenz
der beiden druckaufnehmenden Flächen
A1 und A2 erhöht.
Wenn dann die Differenz der hydraulischen Antriebskräfte die Kraft
der Feder 48 übertrifft,
wird das ansprechende Ventil 24 gegen die Feder 48 nach
rechts bewegt, wodurch die Öffnungsfläche der
variablen Öffnung 45 zwischen
dem Druckeinleitungsanschluß 46 und dem
Druckaustrittsanschluß 47 verringert
wird, um schließlich
die Öffnungsfläche zu schließen. Da
die Steuerstromrate, die von der Federkammer 32 zur Niederdruckseite
abgegeben wird, auf Null verringert wird, nimmt daher der Druck
in der Federkammer 32 so zu, daß der Umgehungsspulenkörper 30 bewegt wird,
um den Umgehungskanal 20 zu schließen. Als Folge nimmt die Stromrate
des dem Steuerventil 13 zugeführten Arbeitsfluids auf die
maximale Rate Q2 zu, wie in D von 4 gezeigt
ist, um eine ausreichende Hilfskraft der Servolenkvorrichtung zu
erzeugen.
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Da das Stromsteuergerät das im
Anschlußstück 17 aufgenommene,
auf Lastdruck ansprechende Ventil 24 enthält, ist
es in der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, das
Stromsteuergerät
zur Energieeinsparung ohne wesentliche Verbesserung bzw. Veränderung
eines normalen Pumpgehäuses vorzusehen.
Das normale Pumpgehäuse
kann nämlich
als ihr gemeinsames Gehäuse
für die
Pumpe mit dem auf Lastdruck ansprechende Ventil 24 zur
Energieeinsparung verwendet werden, wobei lediglich der Druckeinleitungsanschluß 46 und
der Druckaustrittanschluß 47 zusätzlich ausgebildet
sind.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform kann
ferner, da das ansprechende Ventil 24 die verschiedenen
druckaufnehmenden Flächen
zwischen seinen beiden gegenüberliegenden
Enden aufweist, für
die Feder 48 eine Feder mit einer kleinen Federkonstante
verwendet werden, selbst wenn das auf Lastdruck ansprechende Ventil 24 innerhalb
einer kurzen Distanz gesteuert wird, und daher kann die Dispersion
der axialen Position der Feder 48 reduziert werden. Als
Folge kann die Stromrate genau gesteuert werden.
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Industrielle Anwendbarkeit:
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Da das Stromsteuergerät gemäß der vorliegenden
Erfindung das im Anschlußstück aufgenommene,
auf Lastdruck ansprechende Ventil aufweist, wird, wie oben beschrieben
wurde, die Energieeinsparung, die durch Verringern der von der Pumpe
bei niedrigem Lastdruck dem Steuerventil zugeführten Stromrate bewirkt wird,
ohne wesentlichen Veränderung
eines normalen Pumpgehäuses
erreicht.