DE19526754A1 - Sicherheitsschaltung - Google Patents
SicherheitsschaltungInfo
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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 PB 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 PA unverändert bleibt, während der Druck PB 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 PA 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 PA 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.
Priority Applications (2)
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DE1995126754 DE19526754A1 (de) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | Sicherheitsschaltung |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995126754 DE19526754A1 (de) | 1995-07-21 | 1995-07-21 | Sicherheitsschaltung |
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Family Applications (1)
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WO (1) | WO1997004253A1 (de) |
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WO1997004253A1 (de) | 1997-02-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MANNESMANN REXROTH AG, 97816 LOHR, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |