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Die Erfindung betrifft eine Regelventileinheit für eine Verstellvorrichtung einer hydrostatischen Kolbenmaschine.
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Zur Verstellung des Fördervolumens einer hydrostatischen Kolbenmaschine ist es oft erforderlich, in einer Verstellvorrichtung zwei in entgegengesetzter Richtung auf einen Verstellkolben wirkende Stelldrücke einzustellen. Aus der
DE 195 40 654 C1 ist hierzu ein Regelventil bekannt, bei dem ein Ventilkolben als Ventilelement längs verschieblich in einem Ventilgehäuse angeordnet ist. Der Ventilkolben ist an seinen entgegengesetzt orientierten Stirnflächen jeweils mit einer Kraft beaufschlagbar. Durch eine axiale Bewegung des Ventilkolbens in eine Richtung wird ein Eingangsdruckanschluss mit einem ersten Ausgang verbunden. Gleichzeitig wird ein zweiter Ausgang mit einem Tankanschluss verbunden. Bei einer Bewegung in der entgegengesetzten Richtung wird der zweite Ausgangsanschluss mit dem Eingangsanschluss verbunden und gleichzeitig der erste Ausgangsanschluss mit dem Tankanschluss verbunden. Auf diese Weise lassen sich die beiden in entgegengesetzter Richtung wirkenden und mit jeweils einem Ausgangsanschluss verbundenen Stelldruckkammern auf eine nach Richtung und Höhe einstellbare Kraftdifferenz einstellen. Die daraus resultierende Stellbewegung des Stellkolbens wird als Rückführkraft über ein Rückführelement auf den Ventilkolben mechanisch zurückgekoppelt. Die Stellbewegung wird durch das Rückführelement übertragen und lenkt einen von zwei Schenkeln aus. Die beiden Schenkel sind über eine Feder miteinander verbunden, wobei sich der jeweils nicht ausgelenkte Schenkel an einem Mitnahmestift des Ventilkolbens abstützt. Auf diese Weise wird die Stellbewegung durch Spannen der die beiden Schenkel verbindenden Feder auf den Ventilkolben so übertragen, dass die resultierende Kraft der Auslenkung des Ventilkolbens entgegenwirkt.
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Die beschriebene Verstellvorrichtung hat den Nachteil, dass ein erheblicher mechanischer Aufwand erforderlich ist. Aufgrund des einteiligen Ventilkolbens ist es zudem erforderlich, dass in dem Ventilgehäuse eine sehr exakt ausgeführte Bohrung zur Aufnahme des Ventilkolbens eingebracht ist. Dabei ist die einteilige Ausführung des Ventilkolbens erforderlich, um bei einer Verstellung des Stellkolbens in beide Richtungen jeweils eine Gegenkraft für das Rückführelement aufbringen zu können. Zudem sind erhebliche Genauigkeitsanforderungen an die axiale Lage der einzelnen Steuerkanten zu stellen, da jeweils eine gekoppelte Bewegung der beiden den unterschiedlichen Stelldruckkammern zugeordneten Steuerkanten erfolgt.
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Die
US 5,385,171 A beschreibt mit einem beweglichen Ventilelement bestehend aus einem ersten Ventilkolben und einem zweiten Ventilkolben. Beide Ventilkolben sind mittels einer Feder aufeinander wirkend in das Regelventil eingebracht. Das Ventilelement ist längsverschieblich im Ventilgehäuse angeordnet. Somit umfasst dieses Dokument alle Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Die
DE 25 29 311 C2 beschreibt, dass eine Regelventileinheit mit einem Ventilgehäuse und zwei längsverschieblich angeordneten Ventilelementen zu verwenden ist, um ungewollte Bewegungen eines in die Regelventileinheit angeschlossenen Verbrauchers zu verhindern. Dazu ist ein Kolbenschieber vorgesehen, der im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist. Von seinen Enden aus erstrecken sich Blindbohrungen bis zu einer Mittelwand, die zwei Kammern bilden. In den Kammern ist jeweils ein Druckausgleichskolben angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelventileinheit für eine hydrostatische Kolbenmaschine zu schaffen, die eine sichere Funktion hat und einfach herzustellen ist.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Regelventileinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Regelventileinheit weist bevorzugt ein Ventilgehäuse mit einem darin längs verschieblich angeordneten Ventilelement auf. Das Ventilelement ist aus einer Neutralposition heraus in beide Richtungen verstellbar, wodurch ein erster oder ein zweiter Ausgangsanschluss zunehmend mit einem Eingangsanschluss verbindbar ist. Gleichzeit mit dem zunehmenden Verbinden des ersten oder des zweiten Ausgangsanschlusses mit dem Eingangsanschluss wird der jeweils andere Ausgangsanschluss zunehmend mit einem Tankvolumen verbunden. Erfindungsgemäß ist in der Regelventileinheit das Ventilelement aus einem ersten Ventilkolben und einem zweiten Ventilkolben aufgebaut, wobei die beiden Ventilkolben über ein elastisches Element aufeinander wirken. Damit lässt sich eine gekoppelte Verstellung des gesamten Ventilelements erreichen, ohne dass eine starre Anbindung der Positionen der jeweiligen Steuerkanten erforderlich ist. Insbesondere ist es möglich, einen der Ventilkolben in eine Position zu bringen, bei der dessen Ausgangsanschluss über eine große durchströmbare Fläche mit dem Tankanschluss verbunden ist. Durch das elastische Element bleibt gleichzeitig der andere Ventilkolben beliebig einstellbar. Das elastische Element ermöglicht daher die relative Bewegung der beiden Ventilkolben zueinander, wobei dennoch eine Koppelung der beiden Ventilkolben miteinander erhalten bleibt.
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Weiterhin ist es durch die elastische Koppelung des ersten Ventilkolbens und des zweiten Ventilkolbens möglich, dass Steuerverhalten durch die auf die jeweiligen Ventilkolben wirkenden axialen Kräfte zu beeinflussen. So ist es beispielsweise möglich, auf den einen Ventilkolben eine zunehmende Kraft auszuüben. Diese Kraft wird auf den zweiten Ventilkolben übertragen, der beispielsweise ebenfalls noch mit einer entgegengesetzten axialen Kraft beaufschlagt ist. Während der erste Ventilkolben bereits verstellt wird, kann nach und nach an dem zweiten Ventilkolben die axiale Kraft sukzessive reduziert werden. Mit einer solchen, gesteuerten Beaufschlagung der beiden Ventilkolben mit jeweils einer eigenen Stellkraft lässt sich z. B. in vorteilhafter Weise ein Stellkolben zu jedem Zeitpunkt hydraulisch einspannen. Das elastische Element wird hierzu komprimiert, so dass die Öffnung an einer Steuerkante eines Ventilkolbens unabhängig von der Öffnung an einer Steuerkante des anderen Ventilkolbens bewirkt werden kann.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Regelventileinheit ausgeführt.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, zur Regelung eine auf eine Stirnfläche jedes Ventilkolbens wirkende hydraulische Kraft vorzusehen, die durch den an dem jeweiligen Ausgangsanschluss wirkenden Druck erzeugt wird. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, die hydraulische Kraft an einer an einem Fortsatz mit reduziertem Durchmesser ausgebildeten Stirnfläche des Ventilkolbens angreifen zu lassen. Dies geschieht besonders vorteilhaft durch eine Hülse, in die die beiden Fortsätze der Ventilkolben eingreifen. Die Hülse weist für jeden Fortsatz eine separate Regeldruckkammer auf, in der der Druck des entsprechenden Ausgangsanschlusses auf die Stirnfläche des Fortsatzes wirkt. Besonders vorteilhaft ist es, die Hülse längs verschieblich auf den beiden Fortsätzen anzuordnen und so eine Relativbewegung zwischen den Fortsätzen und der Hülse zu ermöglichen.
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Die Zuführung des jeweils an dem Ausgangsanschluss herrschenden Drucks erfolgt vorzugsweise durch in den jeweiligen Ventilkolben ausgebildete Druckmittelkanäle.
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Besonders bevorzugt ist es, die beiden Ventilkolben in identischer Geometrie auszuführen und in dem Ventilgehäuse entgegengesetzt zueinander anzuordnen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelventileinheit ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Verstellvorrichtung für eine hydrostatische Kolbenmaschine;
- 2 einen ersten Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Regelventileinheit;
- 3 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der hydrostatischen Kolbenmaschine der 2 mit einer fixierten Hülse;
- 4 einen zweiten Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Regelventileinheit;
- 5 einen vierten Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Regelventileinheit;
- 6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ventilkolbens der erfindungsgemäßen Regelventileinheit; und
- 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ventilkolbens der erfindungsgemäßen Regelventileinheit.
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In der 1 ist zum leichteren Verständnis der erfindungsgemäßen Regelventileinheit eine schematische Darstellung einer Verstellvorrichtung einer hydrostatischen Kolbenmaschine dargestellt. Die hydrostatische Kolbenmaschine ist in der 1 als verstellbare Hydropumpe 1 ausgeführt, die über eine Triebwelle 2 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Die Hydropumpe 1 ist zur Förderung in eine erste Arbeitsleitung 25 oder eine zweite Arbeitsleitung 26 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Regelventileinheit kann ebenso bei einer als Hydromotor ausgebildeten Kolbenmaschine eingesetzt werden.
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Zur Verstellung des Fördervolumens der Hydropumpe 1 ist eine Verstellvorrichtung 3 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 3 umfasst einen doppelt wirkenden Zylinder 4, in dem ein Stellkolben 5 angeordnet ist. Der Stellkolben 5 teilt den Zylinder 4 in eine erste Stelldruckkammer 6 und eine zweite Stelldruckkammer 7, wobei der Stellkolben 5 in beiden Stelldruckkammern 6, 7 mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar ist. Über eine Kolbenstange 8 wird die Stellbewegung des Stellkolbens 5 auf einen Verstellmechanismus der Hydropumpe 1 übertragen.
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Zum Einstellen des in der ersten Stelldruckkammer 6 bzw. der zweiten Stelldruckkammer 7 wirkenden Stelldrucks ist eine Regelventileinheit 9 vorgesehen. Die Regelventileinheit 9 ist über eine erste Stelldruckleitung 10 und eine zweite Stelldruckleitung 11 mit der ersten Stelldruckkammer 6 bzw. der zweiten Stelldruckkammer 7 verbunden. Mittels der Regelventileinheit 9 ist die erste Stelldruckleitung 10 und die zweite Stelldruckleitung 11 jeweils mit einem Speisedruckkanal 12 oder einer Entspannungsleitung 13 verbindbar.
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In einer ersten Endposition eines Ventilelements der Regelventileinheit 9 ist somit beispielsweise die erste Stelldruckleitung 10 mit dem Speisedruckkanal 12 verbunden, während die zweite Stelldruckleitung 11 über die Entspannungsleitung 13 in das Tankvolumen 14 entspannt wird. Die Kraft zur Verstellung der Regelventileinheit 9 in Richtung der in der 1 dargestellten ersten Endposition wird durch einen ersten Proportionalmagneten 15 erzeugt, der auf das Ventilelement der Regelventileinheit 9 eine axiale Kraft ausübt. Bei der Beaufschlagung der ersten Stelldruckkammer 6 mit dem Speisedruck und einer gleichzeitigen Entspannung der zweiten Stelldruckkammer 7 führt der Stellkolben 5 in der 1 eine Bewegung nach rechts aus.
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Um eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung zu bewirken, wird ein dem ersten Proportionalmagnet 15 entgegengerichteter zweiter Proportionalmagnet 16 mit einem Stellsignal beaufschlagt. In Folge der zunehmenden Kraft durch den zweiten Proportionalmagneten 16 wird das Ventilelement der Regelventileinheit 9 in Richtung einer zweiten Endposition verstellt, so dass zunehmend die zweite Stelldruckleitung 11 mit dem Speisedruckkanal 12 und die erste Stelldruckleitung 10 mit der Entspannungsleitung 13 verbunden wird. In Folge dessen kehrt sich das Druckgefälle zwischen der ersten Stelldruckkammer 6 und der zweiten Stelldruckkammer 7 um, und der Stellkolben 5 wird in die entgegengesetzte Richtung, im dargestellten Ausführungsbeispiel nach links, ausgelenkt.
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Die Stellsignale für den Proportionalmagneten 15, 16 werden durch eine elektronische Steuereinheit 17 zu bestimmt. Die elektronische Steuereinheit 17 ist hierzu über eine erste Steuerleitung 18 und eine zweite Steuerleitung 19 mit dem ersten Proportionalmagnet 15 und dem zweiten Proportionalmagneten 16 verbunden. Als Eingangsgrößen für die elektronische Steuereinheit 17 dient beispielsweise eine Fahrhebelvorgabe, die über eine Signaleingangsleitung 20 an das elektronische Steuergerät 17 übermittelt wird. Zusätzlich wird zur Bestimmung des einzustellenden Schwenkwinkels der Hydropumpe 1 die Position des Stellkolbens 5 erfasst. Hierzu ist an der Kolbenstange 8 des Stellkolbens 5 ein Positionsgeber 22 angeordnet, dessen Signal über eine erste Signalleitung 21 an das elektronische Steuergerät 17 übermittelt wird. Weiterhin kann beispielsweise ein Temperatursensor 24 an der Hydropumpeneinheit vorgesehen werden, der eine gemessene Temperatur in Form eines elektrischen Signals über eine zweite Signalleitung 23 an die elektronische Steuereinheit 17 übermittelt.
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An Stelle der Proportionalmagneten 15, 16 können auch andere Mittel zum Erzeugen der Stellkräfte vorgesehen werden. Z.B. können hydraulische Kräfte auf Stirnflächen des Ventilelements wirken, die vorzugsweise durch von einem Vorsteuerventil einstellbare Stelldrücke festgelegt werden.
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In der 1 ist die erfindungsgemäße Aufteilung der Regelventileinheit 9 in ein erstes Druckreduzierventil 9a und ein zweites Druckreduzierventil 9b gezeigt. Die Druckventile weisen jeweils einen Ausgangsanschluss und einen Eingangsanschluss auf. Dabei entspricht der gemeinsame Eingangsanschluss in dem dargestellten Ausführungsbeispiel den Speisedruckkanal 12 und der erste bzw. zweite Ausgangsanschluss der ersten bzw. zweiten Stelldruckleitung 10 bzw. 11. Die Ausgangsanschlüsse der Druckreduzierventile 9a, 9b werden auch als Ablaufseite bezeichnet. Jedes Druckreduzierventil 9a, 9b ist zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition stufenlos verstellbar. In der ersten Endposition ist der Eingangsanschluss mit dem jeweiligen Ausgangsanschluss verbunden. In der zweiten Endposition ist dagegen der jeweilige Ausgangsanschluss mit der gemeinsamen Entspannungsleitung 13 verbunden.
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Die beiden Druckreduzierventile 9a und 9b sind über eine Feder 27 miteinander gekoppelt, so dass zwischen den Ventilkolben der Druckreduzierventile 9a, 9b Schubkräfte übertragbar sind. Anstelle der Feder 27 kann auch ein anderes elastisches Element zur Koppelung der beiden Druckreduzierventile 9a und 9b eingesetzt werden. In der 1 ist eine erste Endposition der Regelventileinheit 9 dargestellt. In dieser ersten Endposition wird durch das erste Druckreduzierventil 9a der Speisedruckkanal 12 mit der ersten Stelldruckleitung 10 verbunden. Hierzu wird, wie dies unter Bezugnahme auf weiteren 2 bis 5 noch erläutert wird, ein Ventilkolben des ersten Druckreduzierventils 9a mit einer Kraft durch den ersten Proportionalmagneten 15 beaufschlagt und in Richtung auf das zweite Druckreduzierventil 9b hin bewegt. Dadurch wird der Ventilkolben in Richtung seiner ersten Endposition verstellt, in der er den Speisedruckkanal 12 mit der ersten Stelldruckleitung 10 verbindet. Der in der ersten Stelldruckleitung 10 herrschende Druck wird über einen Stelldruckkanal 10' auf eine erste Messfläche 29a gegeben, wo er an dem Ventilkolben entgegengesetzt zu der Kraft des Proportionalmagneten 15 angreift.
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Die Feder 27, die an dem Ventilkolben eine Anlagefläche als Federteller hat, wird durch die Bewegung des Ventilkolbens in Richtung auf das zweite Druckreduzierventil 9b verschoben und beaufschlagt den dortigen Ventilkolben mit einer Kraft. Befindet sich das zweite Druckreduzierventil 9b im Falle eines stromlosen Proportionalmagneten 16 bereits in seiner in der 1 gezeigten zweiten Endposition, so ist eine weitere Bewegung des Ventilkolbens in Richtung dieser Endlage nicht möglich. Durch die Bewegung des Ventilkolbens des ersten Druckreduzierventils 9a wird dementsprechend die Feder 27 komprimiert.
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Auch an dem zweiten Druckreduzierventil 9b wird eine Gleichgewichtsposition durch den Ventilkolben eingenommen, der sich aufgrund der Kraft der Feder 27, der entgegengerichteten Kraft des zweiten Proportionalmagneten 26 sowie einer hydraulischen Kraft, die auf eine zweite Messfläche 29b des zweiten Druckreduzierventils 9b wirkt, einstellt. Zur Erzeugung der hydraulischen Kraft an der zweiten Messfläche 29b des zweiten Druckreduzierventils 9b wird der Druck der zweiten Stelldruckleitung 11 über einen zweiten Stelldruckkanal 11' der zweiten Messfläche 29b zugeführt. In der zweiten Endposition des zweiten Druckreduzierventils 9b ist die zweite Stelldruckleitung 11 mit der Entspannungsleitung 13 verbunden und entspannt so die zweite Stelldruckkammer 7 in das Tankvolumen 14.
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In der 2 ist eine erfindungsgemäße Regelventileinheit 9 als Teilschnitt dargestellt. Die Regelventileinheit 9 wird über einen Speisedruckkanal 12 als gemeinsamen Eingangsanschluss, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Nut in einer Seitenwand der Regelventileinheit 9 eingearbeitet ist, mit einem Speisedruck beaufschlagt. Dem ersten Druckreduzierventil 9a bzw. dem zweiten Druckreduzierventil 9b wird der Speisedruck über einen ersten Speisedruckkanalabschnitt 12a bzw. einen zweiten Speisedruckkanalabschnitt 12b zugeführt. Der Aufbau und die Funktion der beiden Druckreduzierventile 9a, 9b wird nachfolgend anhand des in der 2 links dargestellten ersten Druckreduzierventils 9a erläutert. Die Bezugszeichen der Elemente des ersten Druckredzierventils 9a sind mit dem Buchstabenzusatz „a“ gekennzeichnet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf eine separate Erläuterung des zweiten, gleich aufgebauten Druckreduzierventils 9b verzichtet. Die entsprechenden Bezugszeichen des zweiten Druckreduzierventils 9b sind jeweils mit dem Buchstabenzusatz „b“ gekennzeichnet.
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Mit dem ersten Speisedruckkanalabschnitt 12a in Verbindung steht ein erster Ringraum 31a, der um einen im Durchmesser verringerten Bereich des ersten Ventilkolbens 32a ausgebildet ist. Der erste Ventilkolben 32a ist in einer als durchgehende Bohrung 33 ausgeführten Ausnehmung des Ventilgehäuses 34 der Regelventileinheit 9 angeordnet. Der zweite Ventilkolben 32a ist in entgegengesetzter Richtung in der Bohrung 33 angeordnet.
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Die Bohrung 33 weist einen radial erweiterten Bereich auf, der einen zweiten Ringraum 35a um den ersten Ventilkolben 32a ausbildet. Ein weiterer radial erweiterter Bereich der Bohrung 33 bildet einen dritten Ringraum 36 aus, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für beide Druckreduzierventile 9a, 9b gemeinsam ausgeführt ist und mit der Entspannungsleitung 13 in nicht dargestellter Weise verbunden ist.
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In axialer Richtung wird der erste Ringraum 31a durch einen ersten Abschnitt 37a begrenzt, der an dem ersten Ventilkolben 32a ausgebildet ist. Beabstandet zu dem ersten Abschnitt 37a des ersten Ventilkolbens 32a ist an dem ersten Ventilkolben 32a ein zweiter Abschnitt 38a ausgebildet. Zwischen den Abschnitten 37a und 38a ist ein weiterer, in seiner radialen Ausdehnung reduzierter Bereich an dem ersten Ventilkolben 32a ausgebildet. Der Abstand der an voneinander abgewandten Umfangskanten der beiden Abschnitte 37a, 38a an ausgebildeten Steuerkanten ist geringer als die axiale Erstreckung des zweiten Ringraums 35a. In Abhängigkeit von der axialen Position des ersten Ventilkolbens 32a wirken der erste Abschnitt 37a bzw. der zweite Abschnitt 38a dichtend mit der Bohrung 33 zusammen. In der in der 2 dargestellten ersten Endposition des ersten Ventilkolbens 32a wirkt der erste Abschnitt 37a dichtend mit der Bohrung 33 zusammen, so dass eine Verbindung zwischen dem ersten Ringraum 31a und dem zweiten Ringraum 35a unterbrochen ist. Im Gegensatz dazu befindet sich die zweite radiale Erweiterung 38a in dem Bereich des zweiten Ringraums 35a, so dass eine durchströmbare Verbindung zwischen dem zweiten Ringraum 35a und dem dritten Ringraum 36 besteht.
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Der zweite Ringraum 35a ist mit der in der 2 nicht dargestellten ersten Stelldruckleitung 10 verbunden. In der dargestellten ersten Endposition des ersten Druckreduzierventils 9a ist daher die Verbindung zwischen dem Speisedruckkanal 12 und der ersten Stelldruckleitung 10 unterbrochen, wohingegen das Druckmittel aus der ersten Stelldruckkammer 6 über die erste Stelldruckleitung 10, den ersten Ringraum 35a und den dritten Ringraum 36 in die Entspannungsleitung 13 und in das Tankvolumen 14 abströmen kann.
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Auf seiner in Richtung des dritten Ringraums 36 gewandten Seite weist der erste Ventilkolben 32a einen ersten Fortsatz 39a auf. Der erste Fortsatz 39a ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet, wobei das freie Ende eine Phase aufweisen kann, und ragt ein Stück weit in eine Hülse 40 hinein. Die Hülse 40 ist in gleicher Weise über einen zweiten Fortsatz 39b des zweiten Ventilkolbens 32b geschoben, wobei von dem Fortsatz 39a und der Hülse 40 bzw. dem Fortsatz 39b und der Hülse 40 das Innenvolumen der Hülse 40 zu einem ersten Regeldruckraum 42a bzw. einem zweiten Regeldruckraum 42b geschlossen wird. In der Hülse 40 ist hierzu eine Trennwand 41 angeordnet.
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An der Stirnfläche des ersten Fortsatzes 39a ist die erste Messfläche 29a ausgebildet, auf die über einen Stelldruckkanal 10', der in der 2 nur teilweise erkennbar ist, der in dem zweiten Ringraum 35a herrschende Druck wirkt. Auf die Stirnfläche des ersten Fortsatzes 39a wirkt somit der ablaufseitige Druck des ersten Druckredzierventils 9a. Ein Druckanstieg in der ersten Stelldruckkammer 6 bewirkt somit eine Kraft, die den ersten Ventilkolben 32 entgegen der von dem ersten Proportionalmagneten 15 erzeugten Stellkraft beaufschlagt. Der ablaufseitige Druck wird damit auf einem durch die Kraft des ersten Proportionalmagneten 15 vorgegebenen Wert geregelt.
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Der erste Proportionalmagnet 15 ist vorzugsweise über eine erste Gewindeverbindung 43a in das Ventilgehäuse 34 eingeschraubt und wirkt über einen Stößel auf eine erste Stirnfläche 44a, die an dem zur Außenseite des Ventilgehäuses 34 hin gerichteten Ende des ersten Ventilkolbens 32a ausgebildet ist. Wird dem ersten Proportionalmagneten 15 über eine nicht dargestellte Signalleitung ein Stellsignal zugeführt, so erzeugt der Proportionalmagnet 15 auf die Stirnfläche 44a des ersten Ventilkolbens 32a eine Stellkraft, die den ersten Ventilkolben 32a in der 2 nach rechts verschiebt. Damit werden der erste Abschnitt 37a und der zweite Abschnitt 38a nach rechts verschoben, bis der zweite Abschnitt 38a dichtend mit der Bohrung 33 zusammenwirkt und so die Verbindung zwischen dem zweiten Ringraum 35a und dem dritten Ringraum 36 unterbricht.
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Gleichzeitig wird der erste Abschnitt 37a in den Bereich des zweiten Ringraums 35a hinein verschoben, so dass die entsprechende Steuerkante eine durchströmbare Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 37a und der Bohrung 33 frei gibt. Der in dem ersten Speisedruckkanalabschnitt 12a herrschende Druck wirkt somit zunehmend auch in dem zweiten Ringraum 35a, so dass Druckmittel in die erste Stelldruckkammer 6 strömt. Der steigende Druck in dem zweiten Ringraum 35a wird über den ersten Stelldruckkanal 10' dem ersten Regeldruckraum 42a in der verschiebbaren Hülse 40 zugeführt und wirkt dort auf die erste Messfläche 3 9a. Durch den steigenden Druck wird eine hydraulische Kraft erzeugt, die der Stellkraft des ersten Proportionalmagneten 15 entgegenwirkt. Der erste Ventilkolben 32a nimmt somit eine Gleichgewichtsposition ein, in der die hydraulische Kraft an der ersten Messfläche 29a gemeinsam mit der Kraft der Feder 27 die Stellkraft des Proportionalmagneten 15 kompensiert.
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Durch den steigenden Druck in dem ersten Regeldruckraum 42 werden die Hülse 40 und die Feder 27 in der 2 nach rechts verschoben. Eine Verschiebung der Hülse 40 ist möglich, da die axiale Erstreckung der Hülse 40 kleiner ist als der Abstand der entsprechenden Anlageflächen 45a, 45b an dem ersten Ventilkolben bzw. dem zweiten Ventilkolben 32a, 32b. Die Anlageflächen 45a, 45b sind an einem an dem Ventilkolben 32a, 32b ausgebildeten Bund vorgesehen. Die Länge der Hülse 40 ist vorzugsweise so bemessen, dass beide Ventilkolben 32a und 32b durch eine Kraft der Proportionalmagnete 15, 16 in ihre jeweilige erste Endposition gebracht werden können, in der die jeweiligen Speisedruckkanalabschnitte 12a, 12 mit dem zweiten Ringraum 35a des ersten Druckreduzierventils 9a bzw. mit dem zweiten Ringraum 35b des zweiten Druckreduzierventils 9b verbunden sind. Die Verschiebung der Hülse 40 und der Feder 27 erfolgt so lange, bis durch den zweiten Ventilkolben 32b eine entsprechende Gegenkraft aufgebracht wird.
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Bei einer Auslenkung des ersten Ventilkolbens 32a durch eine Stellkraft des ersten Proportionalmagneten 15b wird die über die Hülse 40 geschobene Feder 27, die auf der Hülse 40 frei beweglich ist, mit einer in Richtung des zweiten Ventilkolbens 32b gerichteten Kraft beaufschlagt. Bei dem in der 2 ausgeführten Ausführungsbeispiel stützt sich die Feder 27 an dem zweiten Abschnitt 38a des ersten Ventilkolbens 32a sowie dem zweiten Abschnitt 38b des zweiten Ventilkolbens 32b ab. Eine Bewegung des ersten Ventilkolbens 32a in Richtung auf den zweiten Ventilkolben 32b hin erzeugt damit auf den zweiten Ventilkolben 32b eine axiale Kraft, die den zweiten Ventilkolben 32b in Richtung des zweiten Proportionalmagneten 16 beaufschlagt. Sofern die durch die Kraft der Feder 27 gemeinsam mit der hydraulischen Kraft an der Stirnfläche des Fortsatzes 39b erzeugte axiale Kraft auf den zweiten Ventilkolben 32b die Stellkraft des zweiten Proportionalmagneten 16 übersteigt, wird der zweite Ventilkolben 32b in seine in der 2 dargestellte zweite Endposition gebracht und dort gehalten.
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Um ein verzögertes Entspannen der zweiten Stelldruckkammer 7 zu ermöglichen, kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass zunächst durch den zweiten Proportionalmagneten 16 eine Stellkraft auf den zweiten Ventilkolben 32b erzeugt wird, so dass eine Verbindung zwischen dem dritten Ringraum 36 und dem zweiten Ringraum 35b des zweiten Druckreduzierventils 9b noch unterbrochen ist, während über das erste Druckreduzierventil 9a bereits ein Druck in der ersten Stelldruckkammer 6 aufgebaut wird. Dies hat den Vorteil, dass der Stellkolben 5 zu jedem Zeitpunkt einer Verstellung hydraulisch eingespannt ist.
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Ist ein ausreichend hoher Druck in der Stelldruckkammer 6 erzeugt, so wird das Signal für den zweiten Proportionalmagneten 16 reduziert, so dass durch die Kraft der Feder 27 der zweite Ventilkolben 32b in Richtung der in der 2 dargestellten Endposition verschoben und damit die zweite Stelldruckkammer 7 zunehmend entspannt wird.
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Die vorstehenden Ausführungen gelten analog für eine Auslenkung der Regelventileinheit 9 in entgegengesetzter Richtung.
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In der 2 ist die Regelventileinheit 9 in ihrer Ruheposition dargestellt, in der beide Proportionalmagnete 15, 16 ein verschwindendes Stellsignal erhalten. Die Länge der Feder 27 ist so bemessen, dass sie bei nicht bestromten Proportionalmagneten 15, 16 den ersten Ventilkolben 32a und den zweiten Ventilkolben 32b mit einer Kraft beaufschlagt, so dass die beiden Ventilkolben 32a, 32b in die in der 2 dargestellte zweite Endposition der Druckreduzierventile 9a, 9b zurückkehren. Damit wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt die Ventilkolben 32a, 32b in einer definierten Position sind. Insbesondere ist es nicht erforderlich, in den Regeldruckkammern 42a, 42b einen Druck erzeugen zu müssen, um die Ventilkolben 32a, 32b in Anlage mit den Stößeln der Proportionalmagneten 15, 16 zu halten.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 2 ist die Hülse 40 frei beweglich auf den Fortsätzen 39a, 39b angeordnet. Ebenso ist es möglich, die Hülse 40 in dem dritten Ringraum 36 fixiert anzuordnen, wie es in der 3 gezeigt ist. Eine Hülse 40, die in dem dritten Ringraum 36 fest angeordnet ist, hat den Vorteil, dass bei einem Druckanstieg in einer der Regeldruckkammern 42a, 42b nicht zunächst das sich vergrößernde Volumen in der Regeldruckkammer 42a bzw. 42b aufgefüllt werden muss. Dies führt zu einem schnellern Ansprechen der Druckreduzierventile 9a, 9b. Die Fixierung der Hülse 40 kann beispielsweise durch eine Klemmschraube 65 erfolgen. Die Feder 27 kann mit einer Steigung gewählt werden, die ihre axiale Verschiebung dennoch erlaubt.
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Der jeweils erste Ringraum 31a, 31b des ersten Druckreduzierventils 9a und des zweiten Druckreduzierventils 9b ist in Richtung des Proportionalmagneten 15 bzw. des Proportionalmagneten 16 durch einen dichtend mit der Bohrung 33 zusammenwirkenden Bereich begrenzt. Entlang dieser Dichtung bildet sich ein geringer Leckagestrom aus, da die ersten Ringräume 31a, 31b jeweils mit dem Speisedruck beaufschlagt ist. Zum Abführen des Leckagefluids ist jeweils ein Leckölkanalabschnitt 46a, 46b vorgesehen, der in eine Leckölbohrung 46 ausmündet. Die Leckölbohrung 46 ist mit der Entspannungsleitung 13 verbunden, so dass das anfallende Leckagefluid in Richtung des Tankvolumens 14 abfließen kann. Die Leckölbohrung 46 ist von einer Seite in das Ventilgehäuse 34 als Sackbohrung eingebracht und wird durch einen Stopfen 47 verschlossen.
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Wie es bereits erläutert wurde, ist der Speisedruckkanal 12 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Regelventileinheit 9 als Nut in einer Seitenwand des Ventilgehäuses 34 eingebracht. Die Nut wird durch Anlage an einen Gehäuseabschnitt einer nicht dargestellten Verstellvorrichtung verschlossen. Um das Ventilgehäuse 34 in einer definierten Position relativ zu dem Gehäuseabschnitt der Verstellvorrichtung zu halten, sind in dem Ventilgehäuse 34 Passstifte 48a, 48b vorgesehen. Zur Fixierung sind Gewinde 49a, 49b angeordnet, mit denen die Regelventileinheit 9 an der Verstellvorrichtung 3 verschraubt wird.
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In der 4 ist eine zweite Ansicht der erfindungsgemäßen Regelventileinheit 9 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass aus einer Anlagefläche 66 des Ventilgehäuses 34 ein Rückführhebel 50 herausragt, an dessen von dem Ventilgehäuse 34 abgewandten Ende ein Mitnahmekopf 51 ausgebildet ist. Mit dem Mitnahmekopf 51 greift der Rückführhebel 50 in den Stellkolben 5 der Verstellvorrichtung 3 ein. Der Rückführhebel 50 ist mit einer Welle 52 fest verbunden, wobei die Welle 52 drehbar in dem Ventilgehäuse 34 gelagert ist. Bei einer Stellbewegung des Stellkolbens 5 wird über den Rückführhebel 50 die lineare Stellbewegung des Stellkolbens 5 in eine Drehbewegung der Welle 52 umgesetzt. Die jeweilige Winkelstellung der Welle 52, die einem bestimmten eingestellten Fördervolumen entspricht, kann beispielsweise elektronisch erfasst werden und in die Ermittlung der Stellsignale für die Proportionalmagneten 15, 16 einfließen.
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Die 5 zeigt die erfindungsgemäße Regelventileinheit 9 in einem Schnitt durch das Ventilgehäuse 34. Es ist zu erkennen, dass die zweiten Ringräume 35a, 35b über Bohrungen durch das Ventilgehäuse 34 mit der ersten Stelldruckleitung 10 bzw. der zweiten Stelldruckleitung 11 verbunden sind. Die nach außen offenen Bohrungen in dem Gehäuse 34 werden durch Stopfen 54, 55 verschlossen. Weiterhin ist eine Durchführung 53 zu erkennen, die zum Herausführen des Rückführhebels 50 aus dem Ventilgehäuse 34 dient. Die ovale Durchführung 53 erstreckt sich in der 5 senkrecht zu der Zeichenebene und ist mit dem dritten Ringraum 36 verbunden. Über die Durchführung 53 kann somit der dritte Ringraum 36 mit dem Tankvolumen 14 verbunden sein.
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In der 6 ist eine vergrößerte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Ventilkolbens 32a, 32b dargestellt. Da die Ventilkolben 32a, 32b identisch ausgeführt sind, wird nachfolgend auf eine Verwendung der Buchstabenzusätze verzichtet. An einem ersten Ende 56 des Ventilkolbens 32 ist die Anlagefläche 44 ausgebildet. Im Bereich des ersten Endes 56 korrespondiert der Durchmesser des Ventilkolbens 32 mit der Bohrung 33 des Ventilgehäuses 34, so dass eine Dichtwirkung erzielt wird. Ebenso korrespondiert der Durchmesser des ersten Abschnitts 37 sowie des zweiten Abschnitts 38 mit dem Durchmesser der Bohrung 33. Zwischen dem ersten Ende 56 und dem ersten Abschnitt 37 ist ein in seiner radialen Ausdehnung reduzierter Bereich 57 ausgebildet, so dass eine umlaufende Nut um den Ventilkolben 32 entsteht, die gemeinsam mit der Bohrung 33 den ersten Ringraum 31 ausbildet.
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Ebenso ist ein zweiter in seiner radialen Ausdehnung reduzierter Bereich zwischen dem ersten Abschnitt 37 und dem zweiten Abschnitt 38 ausgebildet. Auf der von dem ersten Ende 56 abgewandten Seite ist im Anschluss an den zweiten Abschnitt 38 der Fortsatz 39 ausgebildet. Der Fortsatz 39 ist in seinem Durchmesser gegenüber dem reduzierten Bereich 57 weiter reduziert und seine Stirnfläche ist als Messfläche 42 ausgebildet, die bei Beaufschlagen mit dem ablaufseitigen Druck eine der Stellkraft des Magneten entgegengerichtete Kraft erzeugt, die in der Größe im Bereich der durch den Magneten erzeugbaren Kraft liegt. Mittels des Durchmessers des Fortsatzes 39 lässt sich damit die auf den Ventilkolben 32 wirkende hydraulische Kraft an die verwendeten Proportionalmagnete anpassen. An den voneinander abgewandten Kanten des ersten Abschnitts 37 und des zweiten Abschnitts 38 sind eine erste Steuerkante 58 und eine zweite Steuerkante 59 ausgebildet. An der ersten und der zweiten Steuerkante 58, 59 werden bei Verschieben des Ventilkolbens 32 in der Bohrung 33 die durchströmbaren Verbindungen zwischen den ersten Ringräumen 31a, 31b und den zweiten Ringräumen 35a, 35b bzw. den zweiten Ringräumen 35a, 35b und dem dritten Ringraum 36 erzeugt.
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In der geschnittenen Darstellung des Ventilkolbens 32 ist der Stelldruckkanal 10' bzw. 11' erkennbar. Der Stelldruckkanal 10' bzw. 11' besteht aus einer Querbohrung 62, die in dem Bereich zwischen dem ersten Abschnitt 37 und dem zweiten Abschnitt 38 angeordnet ist. Die Querbohrung 62 steht damit immer in Verbindung mit dem zweiten Ringraum 35 und führt den ablaufseitigen Druck des Reduzierventils 9a bzw. 9b. Um den in der Querbohrung 32 geführten Druck der Messfläche 42 zuzuführen, ist in axialer Richtung in dem Fortsatz 39 eine Längsbohrung 63 ausgebildet, die in dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines Ventilkolbens 32 in der 6 über eine Drosselstelle 64 in die Querbohrung 62 ausmündet. Durch die Drosselstelle 64, die als Bohrungsabschnitt mit reduziertem Durchmesser ausgeführt ist, wird die Neigung des Druckredzierventils 9a, 9b zum Schwingen reduziert. In der Drosselstelle 64 erfolgt hierzu bei dem Druckausgleich bzw. dem Volumenaugleich der Regeldruckkammer 42 eine Dämpfung.
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In der 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ventilkolbens 32 dargestellt, bei dem auf die Drosselstelle 64 verzichtet wird. Zusätzlich ist an dem Ventilkolben 32 der 7 die Anlagefläche 45 zu erkennen, an der sich die Hülse 40 abstützt. Die Anlagefläche 45 wird durch einen Absatz beim Übergang von dem Fortsatz 39 zu dem zweiten Abschnitt 38 ausgebildet. Das erste Ende 56, der erste Abschnitt 37 sowie der zweite Abschnitt 38 werden vorzugsweise durch eine spanende Bearbeitung erzeugt, in dem durch Drehen der reduzierten Durchmesser im Bereich 57 sowie dem Bereich zwischen den Abschnitten 37 und 38 umlaufende Nuten eingebracht werden. Der Bereich zwischen den Abschnitten 37 und 38 sowie der radial reduzierte Bereich 57 und der Bund 60, an dem die Anlagefläche 45 ausgebildet ist, weisen dabei vorzugsweise einen identischen Durchmesser auf.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombinierbar.
