DE19526754A1 - Sicherheitsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung und ein dafür geeignetes Proportionalventil zur wechselweisen An­ steuerung von n Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

Derartige Sicherheitsschaltungen werden häufig verwendet, um Fehler bei der elektrischen, hydraulischen oder mechani­ schen Ansteuerung von Getriebeelementen eines Hydrauliksystems zu verhindern, wobei durch die Sicherheitsschaltung gewährleistet werden soll, daß die einzelnen Stellelemente oder Verbraucher des Hydrauliksystems nur wechselweise an­ gesteuert werden.

So werden beispielsweise bei Lastschaltgetrieben Stellele­ mente, wie Synchron-Kupplungen, Reiblast-Kupplungen und Reiblast-Bremsen hydraulisch betätigt. Die Schaltlogik für die einzelnen Gänge und die Schaltreihenfolgen unterliegen vorgegebenen Schemata, deren Vorgabe zwingend eingehalten werden muß. Bei gleichzeitiger Zuschaltung mehrerer nicht kombinierbarer Stellelemente kann es zu einer Blockade des Getriebes und zu dessen Zerstörung kommen. Darüberhinaus kann ein instabiler Betriebszustand erreicht werden, indem durch unvorhergesehene Ansteuerung von Verbrauchern eine erhebliche Gefahr für die Bedienperson entsteht. Derartige Lastschaltgetriebe werden beispielsweise bei schweren land­ wirtschaftlichen Fahrzeugen eingesetzt.

Bei Werkzeugmaschinen, Handhabungsautomaten, wie beispiels­ weise Montagerobotern usw. sind bestimmte Arbeitsabläufe vorprogrammiert, wobei gemäß der Programmfolge einzelne Stellelemente angesteuert werden. Auch bei derartigen Ein­ richtungen müssen Vorkehrungen getroffen werden, um das gleichzeitige Ansteuern der einzelnen Stellelemente und da­ mit eine Beschädigung der Einrichtung und Gefährdung drit­ ter Personen zu verhindern.

Zur Lösung der vorgenannten Probleme sind eine Reihe von Konstruktionen bekannt.

Beispielsweise werden bei landwirtschaftlichen Nutzfahrzeu­ gen Lastschaltgetriebe mit zwei Anfahrkupplungen verwendet. Um sicherzustellen, daß beide Anfahrkupplungen nicht gleichzeitig zugeschaltet werden können, werden diese über ein mechanisches Ventil dosiert und durch ein elektrisches Schaltventil ausgewählt. Bleibt im Fall eines Defektes des elektrischen Schaltventils dessen Steuerschieber stecken, so ist ein Wechsel der Anfahrkupplung nicht möglich, und das Getriebe kann nur mit demjenigen Gang betrieben werden, der durch das blockierte Schaltventil vorgegeben ist. Auf der anderen Seite kann jedoch auch durch Zwischenschaltung des elektrischen Schaltventils kein Betriebszustand eintre­ ten, bei dem gleichzeitig beide Anfahrkupplungen zugeschal­ tet werden.

Um zwischen den einzelnen Schaltstufen eines Lastschaltge­ triebes einen weichen Übergang zu erreichen, werden die Hy­ drauliksysteme der Lastschaltgetriebe oftmals mit komplexen hydraulischen Modulationsschaltungen ausgeführt, wobei Hy­ draulikelemente vorgesehen sind, die einerseits dem Schalt­ vorgang und andererseits der Modulation beim Wechsel zwi­ schen den Schaltstufen zugeordnet sind.

Eine derartige Schaltung ist abschnittsweise in Fig. 1 dar­ gestellt. Demgemäß hat das dargestellte Lastschaltgetriebe zwei Getriebebereiche 2, 4, wobei über den Getriebebereich 2 eine High/Low-Umschaltung erfolgt, um beispielsweise zwi­ schen einem Schnellfahrbereich und einem Langsamfahrbereich eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges zu wählen. Der Getriebebereich 4 ist in Fig. 1 nur abschnittsweise darge­ stellt und enthält eine Vielzahl von hintereinander ge­ schalteten Getriebeelementen 6, 8, 10 etc., die wechsel­ weise zuschaltbar sind.

Mit der bekannten Sicherheitsschaltung soll sichergestellt werden, daß nicht mehrere der Getriebeelemente 6, 8, 10 etc. des Getriebebereichs 4 oder die Getriebeelemente 12, 14 des Getriebebereichs 2 gleichzeitig zugeschaltet werden.

Die Versorgung der Getriebeelemente (Kupplungen, Bremsen etc.) mit Hydraulikfluid erfolgt über eine Pumpe 16 und ei­ ne Pumpenleitung 17, von der Zweigleitungen hin zu den ein­ zelnen Getriebebereichen 2, 4 geführt sind.

Da diese hinsichtlich der Modulationsschaltung und der Schalteinrichtung praktisch identisch ausgeführt sind, sol­ len hier lediglich die Schaltelemente des Getriebebereichs 2 erläutert werden. Dabei wird jedoch auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet, da die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist.

Die Ansteuerung der Getriebeelemente 12, 14 erfolgt über zwei hintereinandergeschaltete Umschaltventile 18, 20, die jeweils über ein Schaltventil 22 bzw. 24 vorgesteuert wer­ den. Das dem Getriebeelement 14 zugeordnete Umschaltventil 20 wird über das Umschaltventil 18 gespeist, das dem Ge­ triebeelement 12 des Getriebebereichs 2 zugeordnet ist. Das heißt, das Getriebeelement 14 wird nur dann mit Hydraulik­ fluid von der Pumpe 16 versorgt, wenn das Umschaltventil 18 in seiner gezeigten Ausgangsposition verbleibt und das Um­ schaltventil 20 durch entsprechenden Betätigung des Schalt­ ventils 24 aus seiner gezeigten Ausgangsstellung in seine zweite Schaltstellung bewegt wird, so daß das Hydraulik­ fluid über die Pumpenleitung 17, das Umschaltventil 18, das Umschaltventil 20 hin zum Getriebeelement 14 geführt wird. Für den Fall, daß das Schaltventil 22 aus seiner Ausgangs­ position in seine zweite Schaltposition gebracht wird, schaltet auch das Umschaltventil 18 um, so daß das Ge­ triebeelement 12 über die Pumpenleitung 17 mit Hydraulik­ fluid versorgt wird. Gleichzeitig wird das Getriebeelement 14 - unabhängig von der Stellung des Umschaltventils 20 - mit dem Tank T verbunden, so daß ein gleichzeitiger Ein­ griff der Getriebeelemente 12 und 14 verhindert ist.

Die Schaltventile 22 und 24 sind elektromagnetisch betätigt und an eine Zentralsteuerung (nicht gezeigt) angeschlossen, über die die Auswahl der einzelnen Getriebeelemente er­ folgt.

Beim bekannten Ausführungsbeispiel ist eine Lösung mit ei­ ner Vorsteuerung der Umschaltventile 18, 20 über die Schaltventile 22 bzw. 24 gewählt, da große Getriebe in der Regel erhebliche Ölmengen benötigen, so daß eine vorgesteu­ erte Lösung bei kleinerem Bauraum einfacher zu handhaben ist.

Um zu verhindern, daß bei den Schaltvorgängen, d. h. beim Wechsel der Getriebeelemente schlagartige Belastungen im Hydrauliksystem auftreten, ist den Umschalt-/Schaltventilen 18 bis 24 eine Modulationseinheit 26 vorgeschaltet, die ih­ rerseits wiederum aus zwei - hier nicht näher beschriebenen - Ventilanordnungen besteht.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist jedem Getriebebereich 2, 4 eine Modulationseinheit 26 zugeordnet, während jedem Ge­ triebeelement 6 bis 10 etc. jeweils eine Kombination aus Umschaltventil und Schaltventil zugeordnet ist. Der schal­ tungstechnische Aufwand für derartige Lastschaltgetriebe ist sehr groß, da die Modulationseinheiten 26 sehr kompli­ ziert aufgebaut sind und jedem Getriebeelement eine Kombi­ nation aus einem Umschaltventil und einem Schaltventil zu­ geordnet werden muß.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung und ein Proportionalventil für eine derartige Sicherheitsschaltung zu schaffen, mit denen bei minimalem schaltungstechnischem Aufwand eine zuverlässige wechselweise Ansteuerung zumindest zweier Verbraucher er­ möglicht ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Sicherheitsschaltung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Proportionalventils durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 9 gelöst.

Durch die Maßnahme, den (n-1) Verbrauchern jeweils ein Pro­ portionalventil mit einer Schaltventilfunktion zuzuordnen, so daß das Proportionalventil praktisch mit einem Propor­ tionalausgang und einem Schaltausgang ausgeführt ist, kann einer der Verbraucher - beispielsweise eines Getriebebe­ reichs - über den Schaltausgang mit Hydraulikfluid versorgt werden. Bei entsprechender Ansteuerung des Proportionalven­ tils wird der Schaltausgang abgesperrt, während durch all­ mähliches Aufsteuern des Proportionalausgangs der oder die weiteren Verbraucher des Hydrauliksystems oder die diesen zugeordneten Ventilanordnungen mit Hydraulikfluid versorg­ bar sind. Dies bedeutet, daß das Proportionalventil sowohl die Modulation des Schaltvorgangs als auch die wahlweise Ansteuerung der Verbraucher übernehmen kann, so daß die komplexe Ventilanordnung gemäß Fig. 1 der Sicherheitsschal­ tung durch eine vergleichsweise einfach aufgebaute Ventil­ anordnung ersetzt werden kann.

Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Proportionalventils läßt sich der schaltungstechnische Aufwand der Sicherheits­ schaltung ganz erheblich reduzieren, da in einem einzigen Ventil die Funktion mehrerer Ventile bekannter Sicherheits­ schaltungen vereint sind. Für den Fall, daß die gesamte Si­ cherheitsschaltung zu einem Gesamtventil zusammengefaßt wird, kann somit dessen Bauraum auf ein Minimum reduziert werden, da die Einzelelemente lediglich noch relativ kom­ pakte Einheiten sind.

Der schaltungstechnische Aufwand läßt sich weiter verrin­ gern, wenn das Proportionalventil elektromagnetisch über einen oder mehrere Proportionalmagneten angesteuert wird, so daß durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalma­ gneten über eine zentrale Steuereinheit nacheinander die Schaltstellung des Steuerschiebers und der Stellbereich des Proportionalventils durchfahren werden können.

Die Betriebssicherheit der Schaltung läßt sich weiter erhö­ hen, indem der Steuerschieber des erfindungsgemäßen Propor­ tionalventils über eine Ventilfeder in seine Schaltstellung vorgespannt ist, so daß beispielsweise bei defektem Propor­ tionalmagnet eine definierte Schaltstellung vorgegeben ist.

Eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit besteht darin, das Proportionalventil als Druckreduzierventil (DRE) auszu­ führen, indem ein Steuerdruck am Schaltanschluß abgegriffen wird und dieser entgegen dem Proportionalmagnet auf den Steuerschieber wirkt.

Der Übergang vom Schaltbereich des Proportionalventils hin zum Proportionalbereich läßt sich optimieren, indem das Proportionalventil mit einer positiven Überdeckung ausge­ führt ist, so daß im Übergangsbereich zwischen Schaltbe­ reich und Proportionalbereich sowohl der Schaltanschluß als auch der Proportionalanschluß mit Bezug zu einem Druckan­ schluß des Proportionalventils abgesperrt sind.

Der schaltungstechnische Aufwand läßt sich weiter verrin­ gern, wenn bei einer Schaltung mit n Verbrauchern, dem letzten Verbraucher in der Reihe anstelle des vorbeschrie­ benen erfindungsgemäßen Proportionalventils ein Druckredu­ zierventil zugeordnet wird, an dessen Ausgang der n-te Ver­ braucher angeschlossen ist. Da der n-te Verbraucher das letzte Glied in der Kette ist, braucht das zugeordnete Ven­ til keinen Schaltausgang.

Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung zur Ansteuerung von n Verbrauchern werden lediglich nur zwei Grundventiltypen (1. erfindungsgemäßes Proportional­ ventil, 2. Druckreduzierventil) verwendet, so daß das Sy­ stem in Baukastenform auf einfache Weise an unterschiedli­ che Anforderungen anpaßbar ist.

Aufgrund der beiden einfach aufgebauten Grundventiltypen wird der Schaltplan des Gesamtventils erheblich verein­ facht, so daß auch eine einfache Kanalkonstruktion des kom­ pletten Steuerventilgehäuses ermöglicht wird.

Die Ansteuerung der Verbraucher läßt sich weiter optimie­ ren, indem sowohl das erfindungsgemäße Proportionalventil als auch das dem n-ten Verbraucher zugeordnete Druckredu­ zierventil elektromagnetisch betätigbar sind und beiden Ventilanordnungen eine gemeinsame Steuereinheit zugeordnet wird. Durch die zentrale Steuereinheit ist die Modulation sehr einfach einstellbar und auch an verschiedene Betriebs­ zustände anpaßbar. Der Entwicklungsaufwand für das eigent­ lichen Hydrauliksystem ist vergleichsweise gering, da die Modulation ausschließlich auf die elektrischen Komponenten verlagert ist.

Besonders gut geeignet für die erfindungsgemäße Sicher­ heitsschaltung sind Proportionalventile, bei denen die Pro­ portionalfunktion erst dann aufgenommen wird, nachdem der Steuerschieber aus seiner Schaltstellung in die Mittel­ stellung gebracht wurde.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Ausführungsbeispiele erläu­ tert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Schaltplans einer bekannten Sicherheitsschaltung;

Fig. 2 ein Schaltsymbol eines erfindungsgemäßen Proportio­ nalventils;

Fig. 3 eine Kennlinie des Proportionalventils aus Fig. 2 und

Fig. 4 eine Sicherheitsschaltung mit dem Proportionalven­ til aus Fig. 2.

In Fig. 2 ist das Schaltsymbol eines erfindungsgemäßen Pro­ portionalventils 30 dargestellt. Demgemäß ist dieses als 4-Wegeventil ausgeführt, und hat einen Druckanschluß P, einen Tankanschluß T, einen ersten Anschluß A und einen zweiten Anschluß B. Wie im weiteren noch ausgeführt wird, ist das erfindungsgemäße Proportionalventil ein kombiniertes Schalt-/Proportionalventil, wobei der erste Anschluß A im folgenden als Proportionalanschluß A bezeichnet wird, und der zweite Anschluß B als Schaltanschluß B bezeichnet wer­ den, da die Ansteuerung des Proportionalanschlusses A mit­ tels der Proportionalfunktion und die Ansteuerung des Schaltanschlusses B mittels der Schaltfunktion des Propor­ tionalventils 30 erfolgt.

Mehrere Ausführungsbeispiele eines derartigen Proportional­ ventils sind in der Patentanmeldung P 44 20 164.8 der An­ melderin gezeigt. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird hinsichtlich des konkreten Aufbaus auf die Offenbarung dieser Anmeldung verwiesen, die zur Offenbarung der vorlie­ genden Anmeldung zu zählen ist.

Die Betätigung eines Steuerschiebers 32 des Proportional­ ventils 30 erfolgt über einen Proportionalmagneten 34, wo­ bei in der Regel Gleichstrom-Hubmagnete verwendet werden, bei denen proportional zum elektrischen Strom als Eingangs­ größe eine Kraft oder ein Weg als Ausgangsgröße erzeugt wird.

An der vom Proportionalmagnet 34 entfernten Stirnseite des Steuerschiebers 32 ist eine Ventilfeder 36 vorgesehen, über die der Steuerschieber 32 in seine in Fig. 2 gezeigte Aus­ gangsstellung (c) vorgespannt ist.

Der Druck im Bereich des Proportionalanschlusses A ist über ein Steuerdruckleitung 38 zu der mit der Ventilfeder 36 be­ aufschlagten Stirnseite des Steuerschiebers 32 geführt, so daß das Proportionalventil 30 praktisch als Druckbegren­ zungsventil mit Bezug auf den Druck im Proportionalanschluß A wirkt.

In seiner in Fig. 2 dargestellten Grundstellung ist über den Ventilschieber 32 der Tankanschluß T mit dem Proportio­ nalanschluß A und der Druckanschluß P mit dem Schaltan­ schluß B verbunden. Demzufolge wird das Hydraulikfluid in der Schaltstellung (c) des Proportionalventils 30 zu dem am Schaltanschluß B angeschlossenen Verbraucher geführt, wäh­ rend der an dem Proportionalanschluß A angeschlossene Ver­ braucher mit dem Tank verbunden ist.

Mit steigendem Strom am Proportionalmagneten 34 wird der Steuerschieber 32 in seine Mittelstellung (b) umgeschaltet, in der der Druckanschluß P abgeschlossen ist und Proportio­ nalanschluß A und Schaltanschluß B mit dem Tankanschluß T verbunden sind. Dies bedeutet, daß weder dem am Proportio­ nalanschluß A noch am Schaltanschluß B angeschlossenen Ver­ brauch Hydraulikfluid zuführbar ist, sondern daß das Hy­ draulikfluid in der Zuleitung zu den Verbrauchern in den Tank entspannt wird.

Bei weiterer Erregung des Proportionalmagneten 34 gelangt der Steuerschieber 32 in den Proportionalbereich, so daß eine beliebige Zwischenstellung zwischen der Mittelstellung (b) und der - in Fig. 2 linken - Endstellung (a) einstell­ bar ist und somit die Verbindung vom Druckanschluß P zum Proportionalanschluß A in Abhängigkeit vom Strom am Propor­ tionalmagneten 34 aufgesteuert wird, während die Verbindung des Steueranschlusses B zum Tank T erhalten bleibt.

Demzufolge wird mit ansteigendem Strom am Proportionalma­ genten 34 der Druck im Bereich des Proportionalausgangs A kontinuierlich auf einen vorbestimmten Wert ansteigen.

Durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagneten 34 läßt sich somit ein vorbestimmter Druck am Proportionalan­ schluß A einstellen. Der Druck am Schaltanschluß B in der Schaltstellung (c) entspricht etwa dem Druck am Druckan­ schluß P oder ist aufgrund der Drosselwirkung im Ventil et­ was geringer.

Wie bereits erwähnt, wird der Druck am Proportionalanschluß A über die Steuerdruckleitung 38 zur Federseite des Steuer­ schiebers 32 geführt, so daß der entsprechende Steuerdruck gegen den Proportionalmagneten 34 wirkt. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzdruckes im Proportionalanschluß A überwiegt die durch den Steuerdruck und die Ventilfeder 36 aufgebrachte Kraft die vom Proportionalmagneten 34 aufge­ brachte Kraft, so daß der Steuerschieber 32 aus seiner Pro­ portionalstellung (zwischen der Endstellung (a) und der Mittelstellung (b)) hin zu seiner Ausgangsstellung (c) zu­ rückbewegt wird, so daß auch der Proportionalanschluß A wieder mit dem Tank T verbunden und der Druck am Proportio­ nalanschluß A gesenkt wird. Auf diese Weise läßt sich der Fluiddruck am Proportionalanschluß A auf einen Maximalwert begrenzen, so daß das Proportionalventil 30 als Druckbe­ grenzungsventil für den Druck im Proportionalanschluß A wirkt.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Ventilfeder 36 im Prinzip nur dazu vorgesehen, um den Ventilschieber bei Stromausfall etc. in seine gezeigte Grundstellung (c) zurückzubewegen. Die eigentliche Stellbewegung des Steuer­ schiebers 32 wird im wesentlichen durch die Kraft des Pro­ portionalmagneten 34 und den Steuerdruck in den Steuer­ druckleitung 38 beeinflußt.

Es handelt sich somit um ein kombiniertes Schalt- /Proportionalventil, wobei die Stellungen (a) und (b) den Stellbereich des Proportionalteils der Ventilanordnung und die Schaltstellungen (c) und die Mittelstellung (b) die Schaltstellungen des Schaltteils der Ventilanordnung dar­ stellen. Da beide Funktionen durch einen gemeinsamen Steu­ erschieber 32 in einem gemeinsamen kompakten Ventilgehäuse wahrgenommen werden, läßt sich der Bauraum für eine erfin­ dungsgemäße Sicherheitsschaltung auf ein Minimum reduzie­ ren.

In Fig. 3 ist eine Kennlinie des erfindungsgemäßen Propor­ tionalventils 30 dargestellt, wobei der Druckverlauf am Proportionalanschluß A und am Schaltanschluß B in Abhängig­ keit von der Stromstärke I am Proportionalmagneten 34 dar­ gestellt ist.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist der Steuerschieber 32 aufgrund der Vorspannung über die Ventilfeder 36 zunächst in seine Ausgangsstellung (c) vorgespannt, so daß der Druck am Proportionalanschluß A gleich Null ist, während der Druck am Schaltanschluß B etwa gleich oder geringfügig niedriger als der Druck am Druckanschluß P ist. Mit anstei­ gender Stromstärke verbleibt das Proportionalventil 30 zu­ nächst in seiner Schaltstellung (c), so daß die Druckver­ hältnisse unverändert bleiben, d. h. am Schaltanschluß B liegt der Druck P_B an, während der Druck am Proportionalan­ schluß A Null ist.

Nach Überschreiben einer vorgegebenen Schwellstromstärke wird das Proportionalventil - oder genauer gesagt, dessen Steuerschieber - in die Mittelstellung (b) bewegt, in der sowohl der Proportionalanschluß A als auch der Schaltan­ schluß B mit dem Tankanschluß T verbunden sind, so daß der Druck P_A unverändert bleibt, während der Druck P_B auf Null absinkt.

Der Steuerschieber 32 hat nun denjenigen Bereich erreicht, in dem die proportionale Aufsteuerung des Proportionalan­ schlusses A erfolgt. Wie bereits eingangs erwähnt, wird der Proportionalbereich erst nach einer Stromstärke ΔX er­ reicht, so daß sichergestellt ist, daß der Druck am Propor­ tionalanschluß A erst dann ansteigen kann, wenn der Druck am Schaltanschluß B auf Null abgesunken ist. D.h., die Aus­ legung des erfindungsgemäßen Proportionalventil 30 ent­ spricht etwa demjenigen einer Ventilanordnung mit positiver Überdeckung, wobei während des "Schaltvorgangs" alle Ar­ beitsanschlüsse des Ventils geschlossen sind.

Nach Durchfahren der Stromstärke ΔX steigt der Druck P_A am Proportionalanschluß A etwa proportional zur Stromstärke I an, so daß ein beliebiger Druck zwischen Null und etwa dem Eingangsdruck einstellbar ist.

Aus Fig. 3 geht deutlich hervor, daß durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagnetens 34 die Modulation des Druckes P_A in beliebiger Weise einstellbar ist.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Sicherheits­ schaltung dargestellt, wobei ein Teil eines Schaltplans ei­ nes hydraulischen Schleppergetriebes dargestellt ist. Die­ ses hydraulische Lastschaltgetriebe hat wiederum zwei Ge­ triebebereiche 40, 42, wobei über den Getriebebereich 40 eine High-Low-Schaltung erfolgt, während im Getriebebereich 42 vier Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang geschaltet wer­ den. Die Getriebebereiche 40, 42 werden über eine Drucklei­ tung 44 und eine Pumpe 46 mit Hydraulikfluid versorgt, wo­ bei von der Druckleitung 44 Zweigleitungen 47, 48 abzwei­ gen, die beispielsweise zu einem Drehmomentwandler 49 oder zu einer Kupplung 50 geführt sind. Dabei ist dem Drehmo­ mentwandler 47 ein Druckbegrenzungsventil 52 und der Kupp­ lung 50 ein elektromagnetisch betätigtes Druckreduzierven­ til 54 zugeordnet. Dadurch wird der Drehmomentwandler 49 nur bei Überschreiten eines Grenzdrucks am Druckbegren­ zungsventil 52 angesteuert, während der Druck an der Kupp­ lung 50 über das Druckreduzierventil 54 auf einen vorein­ stellbaren Maximalwert begrenzt ist.

Die Getriebebereiche 40, 42 sind praktisch parallel zur Kupplung 50 geschaltet, wobei die Druckleitung 44 zum Druckanschluß P eines ersten erfindungsgemäßen Proportio­ nalventils 56 geführt ist.

Der Tankanschluß T ist über eine Verbindungsleitung mit ei­ nem Tank verbunden, während der Proportionalanschluß A mit dem Getriebeelement für die große Übersetzung (HIGH) und der Schaltanschluß B über eine Anschlußleitung mit der niedrigen Übersetzung (LOW) verbunden ist. Zwischen dem Ge­ triebeelement LOW und dem Schaltanschluß B ist ein elek­ trisch betätigtes erstes Druckreduzierventil DRE 60 ge­ schaltet, so daß der Druck am Getriebeelement LOW auf einen Maximalwert begrenzt ist. Die Ansteuerung des DRE 60 er­ folgt über einen Proportionalmagneten, wobei bei Über­ schreiten eines vorbestimmten Maximaldrucks am Getriebeele­ ment LOW eine Verbindung zum Tank aufgesteuert wird.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist somit in der gezeigten Grundposition das Getriebeelement HIGH mit dem Tank verbunden, während das Getriebeelement LOW bei entsprechender Ansteuerung über das erste DRE 60 und das erste Proportionalventil 56 und die Druckleitungen 44 mit der Pumpe 46 verbundbar ist, um so das Getriebeelement LOW mit Hydraulikfluid zu versorgen.

Beim Umschalten des ersten Proportionalventils 56 in seine Mittelstellung werden zunächst beide Arbeitsanschlüsse A und B mit dem Tank verbunden, während der Druckanschluß P abgesperrt ist. Bei einer weiteren Strombeaufschlagung des Proportionalmagnets wird der Steuerschieber des ersten Pro­ portionalventils 56 in seinen Proportionalbereich verscho­ ben, so daß der Proportionalanschluß A langsam aufgesteuert wird, um das Getriebeelement HIGH mit Hydraulikfluid zu versorgen und ein weiches Umschalten von LOW auf HIGH ge­ währleistet ist.

Auf gleiche Weise läßt sich selbstverständlich die Rückum­ schaltung von HIGH auf LOW durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagneten modulieren, so daß schlagartige Schaltvorgänge ausgeschlossen sind.

Während beim Getriebebereich 40 lediglich zwei Getriebeele­ mente (HIGH, LOW) anzusteuern sind, sind beim Getriebebe­ reich 42 insgesamt fünf Getriebeelemente (First, Reverse, Second, Fourth, Third) anzusteuern, wobei jedoch der Aufbau der Schaltung im Prinzip derjenigen des Getriebebereichs 40 entspricht.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist jedem der Getriebeelemente First (erster Gang), Reverse (Rückwärtsgang), Second (zweiter Gang) und Fourth (vierter Gang) ein erfindungsge­ mäßes Proportionalventil zugeordnet, so daß die Sicher­ heitsschaltung noch ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Proportionalventil 62, 64, 66, 68 aufweist.

Die Proportionalventile 62 bis 68 sind dabei in Reihe hin­ tereinander geschaltet, wobei der Schaltausgang B des strom­ aufwärtigen Proportionalventils jeweils mit dem Druckan­ schluß P des benachbarten stromabwärtigen Proportionalven­ tils verbunden ist. Der Tankanschluß T ist jeweils mit dem Tank verbunden während die Proportionalanschlüsse A der Ventile mit den Getriebeelementen First, Reverse, Second bzw. Fourth verbunden sind.

Das letzte Getriebeelement (THIRD) des Getriebebereichs 42 wird über ein zweites elektrisch betätigbares Druckredu­ zierventil 70 angesteuert, so daß die Verschaltung der Ge­ triebeelemente Fourth und Third des Getriebebereichs 42 der Verschaltung der Getriebeelemente HIGH und LOW des Getrie­ bebereichs 40 entspricht.

Aus der Fig. 4 ist entnehmbar, daß bei der erfindungsgemä­ ßen Sicherheitsschaltung jedem Getriebebereich mit n Ge­ triebeelementen, wobei n größer als 1 ist, dem ersten bis (n-1)-ten Getriebeelementen jeweils ein erfindungsgemäßes Proportionalventil zugeordnet ist, während dem n-ten Ge­ triebeelement nur noch ein handelsübliches Druckreduzier­ ventil zugeordnet werden muß. D.h., die Sicherheitsschal­ tung enthält im wesentlichen zwei Grundventile, durch deren entsprechende Variation eine beliebige Anzahl von Getriebe­ elementen ansteuerbar ist.

In der gezeigten Ausgangsposition der Sicherheitsschaltung wird im Getriebebereich 42 der dritte Gang (Third) ange­ steuert, wobei die Proportionalventile 62 bis 68 vom Hy­ draulikfluid 44 in ihrer Schaltstellung (c) durchströmt werden. Zur Ansteuerung des dritten Ganges muß selbstver­ ständlich noch das zweite DRE 70 über dessen Proportional­ magneten angesteuert werden, um einen Durchgang des Hydrau­ likfluids hin zum Getriebeelement Third zu gewährleisten. Für den Fall, daß das zweite Druckreduzierventil 70 nicht entsprechend angesteuert wird, ist keines der Getriebeele­ mente des zweiten Getriebebereiches 42 angesteuert.

An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, daß die Proportio­ nalmagneten der Druckreduzierventile 60, 70 und 54 sowie der erfindungsgemäßen Proportionalventile 56, 62, 64, 66 und 68 an eine gemeinsame Steuereinheit angeschlossen sind, so daß eine aufeinander abgestimmte Ansteuerung der einzel­ nen Hydraulikkomponenten gewährleistet ist.

Sobald eines der Proportionalventile 62 bis 68 des zweiten Getriebebereiches 42 in seine Mittelstellung (b) oder in den Proportionalbereich hineinbewegt wird, ist die Verbin­ dung zu den sich daran anschließenden Proportionalventilen unterbrochen, so daß deren Getriebeelemente mit dem Tank T verbunden werden, während dasjenige Getriebeelement, das dem sich im Proportionalbereich befindlichen Proportional­ ventils zugeordnet ist, über die Pumpe 46 und die Drucklei­ tung 44 mit Hydraulikfluid versorgt wird. Diese Versorgung ist jedoch nur dann möglich, wenn die sich stromaufwärts befindlichen Proportionalventile in ihre gezeigte Grundpo­ sition vorgespannt sind, in der jeweils eine Durchströmung vom Anschluß P zum Anschluß B ermöglicht ist.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß allenfalls eines der Getriebeelemente eines Getriebebereichs mit Hydraulik­ fluid versorgt werden kann, während die anderen Getriebe­ elemente mit dem Tank verbunden und somit nicht ansteuerbar sind.

Ein versehentliches Zuschalten zweier Getriebeelemente ei­ nes Getriebebereichs ist somit ausgeschlossen.

Aus den vorstehenden Ausführungen wird klar, daß die erfin­ dungsgemäße Sicherheitsschaltung auf einfache Weise in ei­ nem Gesamtventil zusammengefaßt werden kann, wobei im we­ sentlichen nur zwei Ventiltypen (erfindungsgemäßes Propor­ tionalventil und DRE) verwendet werden müssen. Der verein­ fachte Aufbau der Sicherheitsschaltung ermöglicht eine ein­ fache Kanalkonstruktion des kompletten Gesamtventilgehäu­ ses. Des weiteren wird aufgrund der gegenüber dem Stand der Technik verringerten Ventilanzahl der Bauraum verringert und die Kosten der gesamten Ventilanordnung minimiert.

Da die Modulation in erster Linie über die gemeinsame Steu­ ereinheit erfolgt, ist keine hydraulische Abstimmung der Modulation erforderlich, so daß der Entwicklungsaufwand für den Hydraulikteil vergleichsweise gering ist. Desweiteren ist über die zentrale Steuereinheit die Modulation einfa­ cher an verschiedene Betriebszustände anpaßbar.

Bei ersten Testversuchen der erfindungsgemäßen Sicherheits­ schaltung hat es sich gezeigt, daß sich bei erheblich ver­ ringerten schaltungstechnischen Aufwand der gleich hohe Si­ cherheitsstand wie bei dem eingangs beschriebenen bekannten Schaltungen erreichen läßt.

Selbstverständlich ist die Verwendung nicht auf derart kom­ plexe Getriebeschaltungen beschränkt, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, sondern das erfindungsgemäße Proportio­ nalventil gemäß Fig. 2 kann auch beispielsweise bei einer Zapfwellenschaltung eines Traktors verwendet werden, wobei beispielsweise am Schaltanschluß B ein Bremszylinder ange­ schlossen ist, während der Proportionalanschluß A mit dem Kupplungszylinder eines an die Zapfwelle angeschlossenen Einzelgeräts verbunden ist.

Anstelle der Steuerdruckleitungen 38 zur Federseite des Steuerschiebers 32 kann die Druckbegrenzungsfunktion auch auf elektrische Weise durch Auswertung des Ausgangssignals eines Druckaufnehmers und entsprechende Ansteuerung des Permanentmagnetens erfolgen. Gleiches gilt für die Ansteue­ rung der DRE 60, 70.

Offenbart ist eine Sicherheitsschaltung zum wechselweisen Ansteuern von Verbrauchern, beispielsweise von Getriebeele­ menten eines Lastschaltgetriebes und ein Proportionalventil für eine derartige Sicherheitsschaltung, wobei das Propor­ tionalventil vorzugsweise elektrisch verstellbar ausgeführt ist. Das Proportionalventil hat einen Schaltausgang, an dem einer der Verbraucher angeschlossen ist, während ein Pro­ portionalausgang des Proportionalventils zu einem weiterem Verbraucher geführt ist. Durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalmagneten läßt sich ein weiches Umschalten von einem Verbraucher zum anderen Verbraucher bewirken, oh­ ne daß eine eigene hydraulische Vorrichtung für die Modula­ tion des Umschaltvorgangs erforderlich ist.

Claims (9)

1. Sicherheitsschaltung zur wechselweisen Ansteuerung von n Verbrauchern (HIGH, LOW, First, Reverse, Second, Fourth, Third) (n < 1), wobei jedem Verbraucher jeweils eine Ventilanordnung (56, 62, 64, 66, 68; 60, 70) zugeordnet ist, über die ein Druckfluid wahlweise entweder dem zu­ geordneten Verbraucher zuführbar ist oder hin zum näch­ sten Verbraucher oder der diesem zugeordneten Ventilan­ ordnung (60, 64, 66, 68, 70) führbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem 1. bis (n-1)-ten Verbraucher jeweils zugeordnete Ventilanordnung ein Proportionalven­ til (56, 62 bis 68) ist, mit einem Druckanschluß (P), einem Tankanschluß (T), einem ersten Arbeitsanschluß (A) und einem zweiten Arbeitsanschluß (B), wobei ein Steuer­ schieber (32) durch geeignete Ansteuerung aus einer Mit­ telstellung (b), in der ein Druckanschluß (P) abgesperrt ist und Arbeitsanschlüsse (A) und (B) mit dem Tankan­ schluß (T) verbunden sind, in eine Endstellung (a) be­ wegbar ist, so daß die Verbindung zwischen dem Druckan­ schluß (P) und dem ersten Arbeitsanschluß (A) proportio­ nal aufsteuerbar ist und der nächste Verbraucher oder die diesem zugeordnete Ventilanordnung mit Druckfluid versorgbar ist während der zugeordnete Verbraucher mit einem Tank verbunden ist, wobei dem Steuerschieber (32) eine Schaltfunktion zugeordnet ist, so daß in einer Schaltstellung (c) des Steuerschiebers (32) der Druckan­ schluß (P) mit dem zugeordneten Verbraucher und der Tankanschluß (P) mit dem nächsten Verbraucher oder der diesem zugeordneten Ventilanordnung (60, 64, 66, 68, 70) verbindbar sind.

2. Sicherheitsschaltung nach Patentanspruch 1, gekennzeich­ net durch einen Proportionalmagneten (34) über den durch Änderung der Stromstärke nacheinander die Schaltstellung (c), die Mittelstellung (b) und die Endstellung (a) des Steuerschiebers (32) des Proportionalventils durchfahr­ bar sind.

3. Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Pa­ tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer­ schieber (32) des Proportionalventils über eine Ventil­ feder (36) in seine Schaltstellung (c) vorgespannt ist.

4. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Proportionalmagnet (34) gegen einen Steuerdruck wirkt, der über eine Steuerdruckleitung (38) vom ersten Anschluß (A) abgegriffen wird.

5. Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Pa­ tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Um­ schalten des Steuerschiebers (32) eines Proportionalven­ tils von seiner Schaltposition (c) zur Mittelstellung (b) erst ein vorbestimmter Stellbereich (X) durchfahren werden muß, bevor die proportionale Ansteuerung des nächsten Verbrauchers erfolgt.

6. Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Pa­ tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem n-ten Verbraucher (LOW, Third) ein Druckreduzierventil (60, 70) zugeordnet ist, an dessen Ausgang der n-te Verbrau­ cher (LOW, Third) angeschlossen ist.

7. Sicherheitsschaltung nach Patentanspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckreduzierventil (60, 70) und die Proportionalventile (54, 62 bis 68) elektromagne­ tisch betätigbar und an eine gemeinsame Steuereinheit angeschlossen sind.

8. Sicherheitsschaltung nach einem der vorhergehenden Pa­ tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt­ ausgang (B) der Proportionalventile (56, 62 bis 68) mit dem Druckanschluß (P) der jeweils nachfolgenden Ventil­ anordnung verbunden ist.

9. Proportionalventil, insbesondere für eine Sicherheits­ schaltung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Druckanschluß (P), einem Tankanschluß (T), ei­ nem ersten Arbeitsanschluß (A) und einem zweiten Ar­ beitsanschluß (B), wobei ein Steuerschieber (32) durch geeignete Ansteuerung aus einer Mittelstellung (b), in der der Druckanschluß (P) abgesperrt ist und die Ar­ beitsanschlüsse (A) und (B) mit dem Tankanschluß (T) verbunden sind, in eine Endstellung (a) bewegbar ist, so daß die Verbindung zwischen dem Druckanschluß (P) und dem ersten Arbeitsanschluß (A) proportional aufsteuerbar ist und ein erster Verbraucher mit Druckfluid versorgbar ist während ein zweiter Verbraucher mit einem Tank ver­ bunden ist, wobei dem Steuerschieber (32) eine Schalt­ funktion zugeordnet ist, so daß in einer Schaltstellung (c) des Steuerschiebers (32) der Druckanschluß (P) mit dem zweiten Verbraucher und der Tankanschluß (P) mit dem ersten Verbraucher verbindbar sind und wobei nach dem Umschalten des Steuerschiebers (32) von seiner Schaltpo­ sition (c) zur Mittelstellung (b) erst ein vorbestimmter Stellbereich (X) durchfahren werden muß, bevor die pro­ portionale Ansteuerung des zweiten Verbrauchers erfolgt.