DE19721036B4

DE19721036B4 - Steuerventil für ein Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage

Info

Publication number: DE19721036B4
Application number: DE19721036A
Authority: DE
Inventors: Johannes Braun; Urban Panther
Original assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2017-05-21
Also published as: DE19721036A1; FR2748972A1; GB9710511D0; GB2313423B; US5924539A; FR2748972B1; JPH1089448A; BR9703401A; KR100514146B1; KR970074159A; GB2313423A

Abstract

Steuerventil für ein Fahrzeug mit Druckmittelanlage mit zumindest einer Druckmittelverdrängungsmaschine und zumindest einem Verbraucher zur Steuerung des verbraucherseitig anstehenden Verbraucherdruckes in Abhängigkeit zumindest einer i vorgebbaren Steuergröße, das einen in einer Bohrung axial verlagerbaren Kolben aufweist sowie eine mit einem Zulauf verbindbare Zulaufkammer, eine mit einem Verbraucher verbindbare Verbraucherkammer und eine mit einem Ablauf verbindbare Ablaufkammer aufweist und der Kolben in einem von einem Druckmittel beaufschlagbaren Raumbereich eine erste druckmittelbeaufschlagbare Fläche und eine zweite druckmittelbeaufschlagbare Fläche aufweist, wobei die Kraftwirkung des Druckmitteldrucks auf die erste und zweite Fläche eine entgegengesetzte Richtung aufweisen, wobei mittels eines Druckbegrenzungsventils der Druck des Druckmittels in dem Raumbereich veränderbar ist, so dass die resultierende Kraftwirkung auf den Kolben als Differenzkraft der Kräfte auf die erste und zweite Fläche veränderbar ist und das Druckbegrenzungsventil innerhalb des Kolbens angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage, wie beispielsweise Hydraulikanlage oder fluidbetätigter Anlage, mit zumindest einer Druckmittelverdrängungsmaschine, wie beispielsweise Pumpe, und zumindest einem Verbraucher zur Steuerung des verbraucherseitig anstehenden Verbraucherdruckes in Abhängigkeit zumindest einer vorgebbaren Steuergröße.

Hydraulische Steuerventile sind in verschiedenen Ausführungsformen und aus verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt, wie dies beispielsweise die DE 24 04 377 A ; die US 4,139,015 , die DE 39 03 188 A1 , die US 4,899,785 oder auch die DE 38 40 328 A1 zeigt.

Bei solchen als Beispiel angegebenen Fahrzeugen mit Druckmittelanlagen kann als Verbraucher beispielsweise eine druckmittelbetätigte Kupplung verwendet werden, die einen breiten Momentenbereich abdecken muss, da das Fahrzeug in der Regel in einem unteren Momentenbereich betrieben wird und weiterhin bei überhöhten motorseitig anstehenden Momenten die Kupplung in einem weiteren, höher liegenden Momentenbereich funktionstüchtig sein muss, wobei dieser erhöhte Momentenbereich einen in der Regel nur geringen Anteil des üblichen Betriebsbereiches aufweist. Bei einstufig arbeitenden Druckmittelanlagen mit Steuerventilen erreicht man in dem gesamten Betriebsbereich eine gleiche Auflösung oder Feinfühligkeit der Ansteuerung trotz der unterschiedlichen Häufigkeiten in der Nutzung der verschiedenen Betriebsbereiche.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerventil für ein Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage zu schaffen, welches ein komfortables Ansteuerverhalten und Fahrverhalten des Fahrzeugs bewirkt.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil für ein Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage derart zu verbessern, dass in verschiedenen Teilbetriebsbereichen des Gesamtbetriebsbereiches eine optimale Funktionalität gewährleistet werden kann.

Weiterhin besteht die Aufgabe, ein Steuerventil für ein Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und gleichzeitig einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß bei dem Steuerventil gemäß Anspruch 1 durch die Merkmale erreicht, dass das Steuerventil einen in einer Bohrung axial verlagerbaren Kolben aufweist sowie eine mit einem Zulauf verbindbare Zulaufkammer, eine mit einem Verbraucher verbindbare Verbraucherkammer und eine mit einem Ablauf verbindbare Ablaufkammer aufweist und der Kolben in einem von einem Druckmittel beaufschlagbaren Raumbereich eine erste druckmittelbeaufschlagbare Fläche und eine zweite druckmittelbeaufschlagbare Fläche aufweist, wobei die Kraftwirkung des Druckmitteldrucks auf die erste und zweite Fläche eine entgegengesetzte Richtung aufweisen, wobei mittels eines Druckbegrenzungsventils der Druck des Druckmittels in dem Raumbereich veränderbar ist, so dass die resultierende Kraftwirkung auf den Kolben als Differenzkraft der Kräfte auf die erste und zweite Fläche veränderbar ist und das Druckbegrenzungsventil innerhalb des Kolbens angeordnet ist.

So kann erreicht werden, dass der verbraucherseitig anstehende Verbraucherdruck als Funktion der Steuergröße zumindest zweistufig veränderbar ist.

Ebenso ist es zweckmäßig, wenn der Kolben des Druckbegrenzungsventils koaxial zum Kolben des Steuerventils angeordnet ist.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Kolben des Druckbegrenzungsventils durch einen Kraftspeicher gegen eine durch den Kolben verschließbare oder zu öffnende Öffnung beaufschlagt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Verbraucherkammer oder einer Zuleitung zu einem Verbraucher und dem Druckbegrenzungsventil zumindest eine Blende zur Druckreduzierung angeordnet ist.

Ebenso ist es zweckmäßig, wenn zwischen der Verbraucherkammer oder einer Zuleitung zu einem Verbraucher und dem Kolben des Druckbegrenzungsventils zumindest eine Blende zur Druckreduzierung angeordnet ist.

Vorteilhaft ist es, wenn zwei Blenden mit gleicher oder unterschiedlicher Öffnung angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Steuerventil findet Verwendung bei einem Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage mit zumindest einer Druckmittelverdrängungsmaschine und zumindest einem Verbraucher. Dabei kann die Druckmittelanlage beispielsweise durch eine Hydraulikanlage oder fluidbetätigte Anlage gebildet sein. Die Druckmittelverdrängungsmaschine kann beispielsweise durch eine Pumpe realisiert sein.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der verbraucherseitig anstehende Verbraucherdruck als Funktion der Steuergröße einen ersten Bereich aufweist, in welchem eine erste Verbraucherdruck-Steuergröße-Relation vorherrscht und einen zweiten Bereich aufweist, in welchem eine zweite Verbraucherdruck-Steuergröße-Relation vorherrscht.

Zweckmäßig ist es bei Fahrzeugen, wenn die Verbraucher-Druck-Steuergröße-Relation im ersten Betriebsbereich kleiner ist als im zweiten Betriebsbereich.

Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn die Verbraucher-Druck-Steuergröße-Relation im ersten Betriebsbereich größer ist als im zweiten Betriebsbereich.

Vorteilhaft kann es bei einem oben genannten Fahrzeug sein, wenn das Umschalten von dem ersten Betriebsbereich zu dem zweiten Betriebsbereich im Wesentlichen schlagartig erfolgt.

Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn das Umschalten von dem ersten Betriebsbereich zu dem zweiten Betriebsbereich über einen Teilbereich des gesamten Betriebsbereiches im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt.

Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines Fahrzeugs mit Druckmittelanlage, wie beispielsweise Hydraulikanlage, mit zumindest einer Druckmittelverdrängungsmaschine, wie beispielsweise Pumpe, und zumindest einem Verbraucher, mit zumindest einem Steuerventil zur Steuerung des verbraucherseitig anstehenden Verbraucherdruckes in Abhängigkeit zumindest einer vorgebbaren Steuergröße, wobei das Steuerventil einen Kolben aufweist sowie eine mit einem Zulauf verbindbare Zulaufkammer, eine mit einem Verbraucher verbindbare Verbraucherkammer und eine mit einem Ablauf verbindbare Ablaufkammer aufweist, kann es zweckmäßig sein, wenn die Druckmittelanlage in einer Fluidverbindung von der Verbraucherkammer zu einem Abflusspfad ein weiteres Ventil aufweist und gegebenenfalls mindestens eine Blende aufweist, wobei das weitere Ventil in Abhängigkeit des Druckes in der Verbraucherzuleitung oder in der Verbraucherkammer schaltbar ist.

Ebenso alternativ ist es bei einem Fahrzeug mit Druckmittelanlage, wie beispielsweise Hydraulikanlage, mit zumindest einer Druckmittelverdrängungsmaschine, wie Pumpe, und zumindest einem Verbraucher, wie Kolben-/Zylindereinheit einer Kupplung, eines Drehmomentwandlers oder eines stufenlosen Getriebes, mit zumindest einem Steuerventil zur Steuerung des verbraucherseitig anstehenden Verbraucherdruckes in Abhängigkeit zumindest einer vorgebbaren Steuergröße, wobei das Steuerventil einen in einer Bohrung axial verlagerbaren Kolben aufweist sowie eine mit einem Zulauf verbindbare Zulaufkammer, eine mit einem Verbraucher verbindbare Verbraucherkammer und eine mit einem Ablauf verbindbare Ablaufkammer aufweist und der Kolben in einem von einem Druckmittel beaufschlagbaren Raumbereich eine erste druckmittelbeaufschlagbare Fläche und eine zweite druckmittelbeaufschlagbare Fläche aufweist, wobei die Kraftwirkungen des Druckmitteldrucks auf die erste und zweite Fläche eine entgegengesetzte Richtung aufweisen, vorteilhaft, wenn mittels eines Druckmittelbegrenzungsventils der Druck des Druckmittels in dem Raumbereich veränderbar ist, so dass die resultierende Kraftwirkung auf den Kolben als Differenzkraft der Kräfte auf die erste und zweite Fläche veränderbar ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Druckmittelbegrenzungsventil innerhalb des Kolbens angeordnet ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Druckmittelbegrenzungsventil innerhalb des Gehäuses des Steuerventils angeordnet ist.

Zweckmäßig ist es, wenn der Kolben des Druckmittelbegrenzungsventils im Wesentlichen rechtwinklig und verlagerbar zu dem Kolben des Steuerventils angeordnet ist.

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn das weitere Ventil ein Schaltventil ist. Ein solches Schaltventil hat einen im Wesentlichen schlagartigen oder gezielten Übergang von einer geschlossenen zu einer geöffneten Stellung, wobei jedoch eine Hysterese zwischen Öffnen und Schließen vorherrschen kann.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das weitere Ventil ein Wegeventil ist. Ein solches Wegeventil kann einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand aufweisen, wobei der Kolben des Ventils bei einem Durchlauf eines Betätigungsweges eine wegabhängige Öffnung oder Schließung erlaubt.

Dabei kann es zweckmäßig sein, dass das weitere Ventil innerhalb des Kolbens des Steuerventils angeordnet ist.

Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn das weitere Ventil einen Kolben aufweist, welcher koaxial zu dem Kolben des Steuerventils angeordnet ist.

Bei einem Fahrzeug mit einer Druckmittelanlage kann es ebenfalls zweckmäßig sein, wenn das weitere Ventil einen axial bewegbaren Kolben aufweist, wobei die Achse des Kolbens des weiteren Ventils im Wesentlichen parallel zu der Achse des axial bewegbaren Kolbens des Steuerventils angeordnet ist.

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn das weitere Ventil als zusätzliches Ventil in der Druckmittelanlage angeordnet ist.

Das vorgenannte Fahrzeug kann vorteilhaft ausgestaltet sein, wenn im Bereich einer Zuleitung zu dem weiteren Ventil zumindest eine Blende, vorzugsweise zwei Blenden, als Drosselstellen angeordnet sind.

Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn eine auf den Kolben des Steuerventils wirkende Axialkraft durch eine Ansteuerung, wie durch ein Öffnen oder Schließen, des weiteren Ventils moduliert wird.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn eine auf den Kolben wirkende Axialkraft durch ein Öffnen des weiteren Ventils vermindert wird.

Vorteilhaft kann es sein, wenn eine auf den Kolben wirkende Axialkraft einer Kraft entgegenwirkt, die durch eine Vorgabe der Steuergröße in axialer Richtung auf den Kolben wirkt.

Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert.

Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Druckmittelanlage eines Fahrzeuges,
2 ein Diagramm,
2a einen Ausschnitt einer Druckmittelanlage,
2b ein Diagramm,
2c einen Ausschnitt einer Druckmittelanlage,
2d ein Diagramm,
3 einen Ausschnitt einer Druckmittelanlage,
4 einen Ausschnitt einer Druckmittelanlage,
5 einen Ausschnitt einer Druckmittelanlage,
6 einen Ausschnitt einer Druckmittelanlage,
7 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug,
8 eine Druckmittelanlage,
9 ein Ventil und
10 ein Diagramm.
Die 1 zeigt schematisch eine Druckmittelanlage 1, wie hydraulische Anlage, für ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug, mit einer Druckmittelverdrängungsmaschine, wie Pumpe 2, und einem Verbraucher 3. Der Verbraucher kann beispielsweise eine Kupplung oder ein Drehmomentüber tragungssystem, wie beispielsweise ein Wandler mit Wandlerüberbrückungskupplung, sein. Weiterhin kann der Verbraucher ein Ansteuerelement eines Kegelscheibensatzes eines stufenlos einstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebes sein. Die Kupplung kann ebenfalls eine Anfahrkupplung oder eine Wendesatzkupplung eines automatischen Getriebes, wie stufenlos einstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder Stufengetriebe, sein.
Die Druckmittelanlage kann weiterhin eine fluidbetätigte Anlage sein, wie eine Pneumatikanlage. Der Verbraucher ist jedoch nicht auf ein Drehmomentübertragungssystem beschränkt, vorzugsweise wird als Verbraucher jedoch ein Drehmomentübertragungssystem im Antriebsstrang des Fahrzeuges näher betrachtet.
Die Kupplung ist eine fluidbetätigte Kupplung, wie eine nasslaufende Lamellenkupplung.
Zur Ansteuerung des Verbrauchers 3 oder des Fluidstromes oder Fluiddruckes zum Verbraucher 3 wird ein Steuerventil 4 verwendet, welches mit der Pumpe 2 und dem Verbraucher 3 über Druckmittelverbindungen 24, 26 in Verbindung, wie Fluidverbindung, steht, wobei weiterhin eine Steuereinheit 5 ein Ansteuerelement 6 ansteuert, welches das Steuerventil 4, wie Ventil, steuert. Die Steuereinheit 5 steht sowohl mit dem Element 6 als auch gegebenenfalls mit anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung. Weiterhin steht die Steuereinheit 5 über Signalleitungen 7 mit Sensoren und gegebenenfalls mit einem Datenbus in Signalverbindung. Die Steuereinheit wertet die eingehenden Signale, wie beispielsweise Sensorwerte, aus und erzeugt Steuersignale, welche das Element 6 ansteuern. Das Element 6 zur Ansteuerung des Ventils 4 kann den Ventilkolben 8 beispielsweise durch eine Druckmittelbeaufschlagung oder durch eine Ansteuerung mittels beispielsweise Magneten oder einer elektromotorischen Betätigung ansteuern. Das Ventil 4 kann als mechanisch betätigtes Ventil oder druckmittelbetätigtes Ventil oder beispielsweise als Magnetventil ausgebildet sein. In den folgenden Figuren sind Ausführungsbeispiele jeweils als druckmittelbetätigte Ventile dargestellt, wobei mittels eines steuerbaren Steuerdruckes p_s im Be reich der Steuerkammer 9, die Kraftbeaufschlagung auf die Querschnittsfläche 10 des Kolbens 8 erreicht wird. Die abstrakte Darstellung des Pfeiles 11, welcher eine Kraftwirkung ausgehend von dem Element 6 auf den Kolben 8 schematisch darstellt, kann diese Kraftwirkung durch die obengenannten Mechanismen, wie beispielsweise durch eine Druckmittelbeaufschlagung oder durch eine Wirkung eines magnetischen Elementes, erzielen.
Der Kolben 8 ist in einer Langlochbohrung 12 eines Gehäuses 13 axial beweglich aufgenommen. Im Falle einer Druckmittelbetätigung ist die Kammer 9, wie Steuerdruckkammer, durch die Wandung 14 abgeschlossen. Auf der Gegenseite ist die Langlochbohrung 12 durch den Endstopfen 15 begrenzt, wobei der Stopfen 15 einen Abschluss bilden kann, welcher druckmitteldicht ist oder, wie in 1 dargestellt, mit einer Öffnung 16 versehen sein kann, um Leckage-Öl abfließen zu lassen.
Der Kolben 8 wird durch einen Kraftspeicher 17 in axialer Richtung beaufschlagt, wobei der Verschlussstopfen 15 zur Vorspannung des Kraftspeicher justiert werden kann. Der Kraftspeicher 17 greift in eine Öffnung 8a im axialen Endbereich des Kolbens 8 ein, wobei der Kraftspeicher gleichzeitig in eine Öffnung 15a des Verschlussstopfens 15 hineinragt.
Der Kolben 8 weist in einem axialen Endbereich einen Bereich 8b auf, welcher eine Querschnittsfläche A aufweist. In anderen Bereichen, wie beispielsweise im Bereich 8c, weist der Kolben eine geringere Querschnittsfläche A₁ auf.
Entlang der Langlochbohrung 12 ist eine Mehrzahl von im wesentlichen kreisringförmigen Kammerbereichen angeordnet, wobei diese Kammerbereiche 20,21,22 und 23 zur Verbindung oder Steuerung des Verbraucherdruckes p_v in der Zuleitung 24 zu dem Verbraucher 3 als Funktion der Steuergröße, wie beispielsweise des Steuerdruckes p_s verwendet werden. Der Schieber 8 mit seinen Steuerkanten 25a, 25b verbindet entweder die Kammer 21 mit der Kammer 22 oder die Kammer 22 mit der Kammer 23. Die Kammer 23 ist über die Verbindung 26 in Form einer Fluid- oder Druckmittelverbindung bzw. Verbindungsleitung mit einem Hydraulikelement verbunden, welches den Systemdruck p_sys in der Verbindung 26 zur Verfügung stellt. Diesen Systemdruck kann beispielsweise eine Druckmittelverdrängungsmaschine, wie Pumpe 2, zur Verfügung stellen, welche ein Hydraulikfluid, beispielsweise aus einem Reservoir 27 oder aus einem Sumpf, in Richtung der Kammer 23 pumpt. In anderen Ausführungsvarianten kann statt der Pumpe 2 auch ein Ventil vorgesehen sein, welches zwischen eine Druckmittelverdrängungsmaschine, wie Pumpe, und die Verbindung 26 geschaltet ist, wobei dieses Ventil den Fluidstrom und den Systemdruck p_sys ansteuern kann.
In der Kammer 23 wird über die Verbindung 26 ein Systemdruck bereitgestellt. Bei einer axialen Verlagerung des Kolbens 8 in Richtung auf den Stopfen 15 kann durch die Verlagerung der Steuerkante 15a gegenüber der Kante 28 eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich 22 und 23 hergestellt werden, wobei dadurch der Verbraucherdruck p_v im Bereich der Verbindung 24 angesteuert wird. Durch die Bereitstellung des Verbraucherdrucks p_v kann beispielsweise das Drehmomentübertragungssystem gesteuert, geöffnet oder geschlossen werden.
Wird der Kolben 8 in die entgegengesetzte Richtung beaufschlagt, so wird die Verbindung der Bereiche 22 und 23 unterbunden und eine Verbindung zwischen den Bereichen 21 und 22 hergestellt, wobei über die Leitung 29 in Form einer Hydraulikverbindung oder Druckmittelverbindung die Verbindung 24 mit einem Ablauf verbunden wird und somit der Druck p_v reduziert wird oder werden kann. Die Leitung 29 ist mit einem Sumpf 30 fluidverbunden.
Die Ansteuerung der Steuergröße durch die Steuereinheit 5 und die Vorgabe durch das Element 6 erlaubt eine gezielte Variation der axialen Position des Kolbens 8 zur Ansteuerung des Verbraucherdruckes p_v im Bereich 24 als Funktion der Steuergröße, wie beispielsweise p_s. Zur Einführung einer zweistufigen Kennlinie des Verbraucherdruckes als Funktion der Steuergröße, wie beispielsweise p_s, ist im Kolben 8 als ein weiteres Ventil ein Druckmittelbegrenzungsventil 50 angeordnet, welches einen Schieber 51 und einen Kraftspeicher 52 in einer Öffnung im Kolben 8 aufweist, wobei ein Verschlussstopfen 53 weiterhin in die Öffnung des Kolbens 8 eingebracht ist. Der Verschlussstopfen weist Kanäle 54 auf, die über eine Öffnung 55 den Bereich 20 mit dem Bereich 21 verbinden können, falls das Druckbegrenzungsventil 50 geöffnet ist. Die Zuleitungen 54 sind im Bereich des Verschlussstopfens in radialer Richtung beispielsweise sternförmig oder kreuzförmig angeordnet, so dass beispielsweise mehrere zylindrische Verbindungen in radialer Richtung des Verschlussstopfens angeordnet sind, welche mit der Öffnung 55, wie Blende, verbunden sind, um eine Fluidverbindung aus dem Bereich 20 über die Verbindungen 54 und 55 bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil 50 zu dem Bereich 21 zu erlauben. Der Verschlussstopfen 53 wird in den Endbereich 8b des Kolbens 8 eingeschraubt, wobei ein Sechskant 56 zum Verschrauben des Stopfens verwendet wird. In einer anderen Ausführungsform kann dieser Stopfen auch durch eine anderweitige Art in den Endbereich 8b des Kolbens eingebracht werden.
Ist das Druckbegrenzungsventil 50 geschlossen, da der im Bereich 57 herrschende Druck multipliziert mit der Querschnittsfläche des Bereiches 57 nicht ausreicht, um die Vorspannung des Kraftspeichers 52 zu überwinden, so befindet man sich in einem ersten Betriebsbereich des Steuerventils 4. Erhöht sich der Druck p_v im Bereich 24 und überschreitet der Druck im Bereich 57 multipliziert mit der Querschnittsfläche des Bereiches 57 die Vorspannung des Kraftspeichers 52, so öffnet das Druckbegrenzungsventil 50 und ein Druckmittelfluss über die Druckmittelleitung 60 durch die Blende B1 (61) in den Bereich 20 sowie durch die Verbindungen 54 und durch die Blende 55 zu dem Bereich 21 wird ermöglicht. Durch die Blenden B1 und B2 findet eine Drosselung des Druckes im Bereich 62, 20 und im Bereich 57 statt. Der Druck im Bereich 20, welcher in Abhängigkeit der Betriebsstellung des Druckbegrenzungsventils 50 variabel ist, wirkt als Kraft auf den Kolben, in axialer Richtung, wobei diese Kraft der Kraftbeaufschlagung des Kolbens aufgrund der Steuergröße, wie beispielsweise p_s, entgegenwirkt. Die Kraft, wie Axialkraft, die zusätzlich neben der Kraft F durch den Vorsteuerdruck und der Kraft des Kraftspeichers auf den Kolben im Bereich der Druckkammer 20 wirkt, resultiert aus der Differenzfläche zwischen den beiden Querschnittsflächen A und A₁, (A – A₁) der Bereiche 8b und 8c des Kolbens, die unterschiedlich groß sind, multipliziert mit dem Druck im Bereich 20. Nach einem Öffnen des Druckbegrenzungsventils 50 wird der Druck im Bereich 20 abgesenkt und die rückwirkende Kraft auf die Differenzfläche wird reduziert, so dass eine veränderte Charakteristik des Verbraucherdruckes p_v als Funktion der Steuergröße, wie beispielsweise p_s, resultiert.
Der Kolben 8 weist in einem Bereich seiner Länge eine Stufe in seiner äusseren Kontur auf, die durch Flächen mit unterschiedlichen Durchmessern oder Radien in den Bereichen 8b und 8c gebildet wird. Die eine Fläche 70 weist eine größere wirksame Fläche auf als die Fläche 71. Die Fläche 70 liegt auch der Fläche 71 derart gegenüber, dass die aufgrund eines Druckes im Bereich 20 wirkende Kraft auf die Fläche 70 (A) der Kraft auf die Fläche 71 (A₁) entgegengesetzt ist oder eine entgegengesetzte Richtung aufweist. Die aufgrund des Druckes p₂₀ im Bereich 20 auf den Kolben wirkende resultierende Kraft ist somit die Differenz der Kräfte F₁ und F₂ auf die Flächen 70 und 71. Die Flächen 70 und 71 werden durch das Druckmedium im Bereich 20 druckbeaufschlagt. Dadurch wirkt eine zusätzliche Rückstellkraft auf den Kolben 8. Öffnet das Druckbegrenzungsventil 50, wird der Druck im Bereich 20 reduziert und dadurch wird auch die zusätzliche Rückstellkraft auf den Kolben reduziert.
Die Querschnittsflächenverhältnisse der Drosselstellen oder Blenden B1 und B2 bestimmen den Druckabfall im Bereich 62 und 57 gegenüber dem Druck p_v im Bereich 60, 24. Durch die geeignete Wahl der Querschnittsflächen dieser Blenden B1, B2 kann die Charakteristik der Kennlinie des Verbraucherdruckes p_v als Funktion der Steuergröße in geeigneter Art gewählt werden. Das Verhältnis der Querschnittsflächen kann vorzugsweise im Bereich 1: 10 bis 10:1 liegen.
Im Endbereich des Kolbens 8 sind eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen oder Nuten 70 angeordnet. Diese Rillen oder Nuten sind im üblichen Betrieb mit einem Hydraulikfluid gefüllt, welches unter Druck steht. Da im Bereich 23 der Systemdruck herrscht und der
Raumbereich 71 im wesentlichen drucklos sein kann, wird der Druck vom Bereich 23 zum Bereich 71 im wesentlichen über die Überdeckungslänge des Kolbens im Endbereich 73 abgebaut. Durch die in Umfangsrichtung verlaufenden am äusseren Umfang des Kolbens 8 befindlichen Rillen schwimmt sozusagen der Kolben 8 gegenüber dem Gehäuse auf und es tritt eine Minimierung der Reibkräfte bei einer axialen Bewegung des Kolbens auf.
Die 2 zeigt eine Kennlinie eines Steuerventils zur Ansteuerung eines Verbrauchers, wie beispielsweise einer hydraulisch betätigten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. In der Darstellung der 2 ist der Verbraucherdruck p_v als Funktion des Steuerdruckes p_s aufgetragen. Die Kennlinie 100 zeigt ein nicht lineares Verhalten, wobei im wesentlichen bis zu dem Steuerdruck 101 ein lineares Verhalten zu erkennen ist, sowie ab dem Steuerdruck 102 wiederum ein lineares Verhalten mit jedoch unterschiedlicher Steigung zu erkennen ist. Im Übergangsbereich zwischen den Steuerdruckwerten 101 und 102 kann sich ein im wesentlichen schlagartiger oder auch sich stetig ändernder Verbraucherdruck als Funktion des Steuerdruckes ergeben.
Die Mehrstufigkeit der Kennlinie des Verbraucherdruckes als Funktion des Steuerdruckes im Vergleich zu einer einstufigen Kennlinie 103 hat im wesentlichen die folgenden Vorteile:
Zum einen erhöht sich die feinfühlige Steuerbarkeit im Kennlinienbereich mit niedriger Steigung, da der Bereich des Steuerdruckes p_s bei gegebenem Verbraucherdruck p_v größer ist. Weiterhin kann der Bereich des Steuerdruckes im Bereich der erhöhten Steigung reduziert werden und somit der typischerweise hauptsächlich nutzbare Steuerdruck für den typischerweise hauptsächlich genutzten Verbraucherdruck optimiert werden, ohne dass Sicherheitsfunktionen, welche durch einen erhöhten Gesamtverbraucherdruck gewährleistet sind, zu vernachlässigen.
Die Zweistufigkeit oder eine Mehrstufigkeit des Ventils hat weiterhin den Vorteil, dass das Ventil hystereseärmer wird. Durch die Mehrstufigkeit und durch den flacheren Anstieg der Kennlinie im Bereich niedriger Steuergrößen, sind in diesem Bereich größere Steilkräfte realisierbar um Abweichungen von einem Sollwert auszuregeln. Dadurch wird in dem Bereich, in welchem ein Druck feiner modulierbar ist, eine geringere Hysterese erzielt.
Der Wertebereich des Verbraucherdruckes im Bereich 104 bis 105 entspricht dem Betriebsbereich des Verbrauchers, wie beispielsweise der hydraulisch betätigbaren Kupplung im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, wobei der Wertebereich von 105 bis 106 als Sicherheitsreserve vorgehalten werden muss, falls beispielsweise der Reibwert der Kupplung im Betrieb abgesenkt ist und ein erhöhter Ansteuerdruck als Verbraucherdruck notwendig ist. Typischerweise ist dieser erhöhte Verbraucherdruck jedoch nur in geringen Prozentsätzen der Betätigung notwendig, so dass es zweckmäßig erscheint, dass in einem ersten Betriebsbereich die Kennlinie 100 weniger steil ausgebildet ist als in einem zweiten Betriebsbereich.
Die 2a zeigt ein Ventil 200 mit einem Kolben 201, welcher axial beweglich in der Ventilbohrung 202 innerhalb eines Gehäuses oder Steuerblocks 203 angeordnet ist. Der Steuerkolben 201 wird in die Langlochbohrung 202 axial verschiebbar angebracht, wobei die Langlochbohrung mittels des Verschlussstopfens 204 abgeschlossen wird. Zur Dichtigkeit des Abschlusses mittels des Verschlussstopfens wird zumindest ein Dichtring 205 im Bereich des Verschlussstopfens in Umfangsrichtung angeordnet. Zwischen dem Verschlussstopfen 204 und dem Kolben 201 ist eine Steuerdruckkammer 206 angeordnet, welche mittels der Verbindungsleitung 207 gespeist wird, wobei der in der Steuerdruckkammer vorherrschende Druck p_s die Axialkraft auf den Kolben bestimmt, wobei die Kraft gleich dem Druck p_s multipliziert mit der wirksamen Querschnittsfläche A_S des Steuerkolbens 201 ist.
Der Kolben wird wie in dem Ausführungsbeispiel der 2a dargestellt, in axialer Richtung zusätzlich durch den Kraftspeicher 208 beaufschlagt. Die Kraftwirkung des Kraftspeichers 208 in axialer Richtung wirkt der Kraft F aufgrund des Steuerdrucks p_s in axialer Richtung entgegen. Der Raumbereich 209, in welchem der Kraftspeicher 208 angeordnet ist, ist über eine Verbindungsleitung 210 mit einem Tank 211 verbunden, so dass Leckageströme in Richtung Tank 211 abgeführt werden können.
Das Ventil 200 besteht neben der Langlochbohrung und dem Ventilkolben 201 aus in Umfangsrichtung ausgebildeten Vertiefungen 212 bis 216, wobei diese Vertiefungen über Verbindungsleitungen 217 bis 220 und 207 mit anderen Elementen der Hydraulikanlage verbunden sind.
Über die Zuleitung 217 steht der Bereich 212 beispielsweise mit einer Pumpe oder einem anderen Element in Fluidverbindung, welches den Systemdruck p_sys erzeugt oder zur Verfügung stellt.
Die Position der Steuerkante 221 erlaubt in der Darstellung 2a eine Fluidverbindung zwischen dem Raumbereich 212 und dem Raumbereich 213, so dass eine Druckbeaufschlagung des Verbrauchers über die Leitung 218 erfolgen kann. Der Verbraucherdruck p_v ist in diesem Fall eine Funktion des Systemdruckes p_sys und der Position des Kolbens 201, welche wiederum durch den Steuerdruck p_s vorgegeben ist. Aufgrund der Drosselwirkung des Spaltes zwischen der Steuerkante 221 und der Kante 221a kann der Druck p_v kleiner sein als der Systemdruck. Der im Raumbereich 215 wirkende Druck p ist abhängig von dem Druck p_v, wobei eine Druckreduzierung aufgrund der Drossel gegenüber dem Druck p_v möglich ist. Weiterhin ist in der Verbindungsleitung 220 zu dem Raumbereich eine Blende 223 angeordnet.
Die Verbindungsleitung 224 ist mit einem Ventil 225 verbunden. Das Ventil besteht im wesentlichen aus einem Verschlusselement 226 und einem Kraftspeicher 227 sowie einer Abflussöffnung 228. Der Kraftspeicher spannt das Element 226 im Bereich der Öffnung 229 vor. Die Druckkraft des Druckes p multipliziert mit der Querschnittsfläche der Öffnung 229 wirkt gegen die
Kraft der Vorspannung des Kraftspeichers, so dass bei einer geringeren Kraft aufgrund des Druckes p das Ventil geschlossen bleibt.
Die 2b zeigt eine Kennlinie des Verbraucherdruckes p_v als Funktion des Steuerdruck p_s, wobei das oben gezeigte Beispiel der 2a als Anwendungsfall der Linie 240 erläutert wurde. In dem Niederdruckbereich von dem Druck 241 bis zum Druck 242 bleibt das Ventil 225 geschlossen, so dass eine Regelung des Verbraucherdruckes über den Steuerdruck bei geschlossenem Ventil erfolgen kann. Dies bringt den Vorteil, dass die Kennlinie 240 gegenüber dem Linienverlauf 243 relativ flach gehalten werden kann. In einem weiteren Betriebsbereich kann anschließend der Kurvenverlauf 244 realisiert werden, was den Vorteil hat, dass der Anfangspunkt 243 und der Endpunkt 245 der Linie 243 ebenfalls beibehalten werden kann, jedoch der Hauptbetriebsbereich entsprechend der Linie 240 feiner steuerbar oder regelbar ist.
Die 2c zeigt ein Ausführungsbeispiel entsprechend der 2a, wobei in 2c der Druck p_h groß genug ist, um das Ventil 225 zu öffnen. Dadurch entsteht eine Drosselung des Druckes p_h im Vergleich zu dem Druck p_v, wodurch eine Kraftwirkung der Druckkraft p_h auf die Flächen 250 und 251 in veränderter Art und Weise erfolgt, als bei geschlossenem Ventil 225. Dadurch wird eine Druckerhöhung des Druckes p_v gegenüber dem Systemdruck p_sys erreicht, wodurch eine steilere Charakteristik des Verbraucherdruckes p_v gegenüber dem Steuerdruck p_s erzielt wird. Die Kennlinie p_v als Funktion von p_s, siehe 2d, befindet sich im Anwendungsfall der 2c im Bereich 2 der Kurve 244. Die Kennlinie ist wesentlich steiler als im Bereich 240, wodurch erreicht wird, dass bei anfänglich geringer Steigung des Bereiches 240 der gleiche Endpunkt 245 der Kennlinie erreicht wird.
Die 3 zeigt ein Ventil 300 mit einem Ventilkolben 301, welcher in einer Bohrung eines Gehäuses 302 axial beweglich aufgenommen ist.
Der Ventilkolben 300 weist eine im wesentlichen rotationssymmetrische Aussparung 303 auf, welche die Steuerkanten 304 und 305 definiert. Die Zusammenwirkung von den Steuerkanten 304, 305 mit Steuerkanten der Aussparungen 307, 308 und 309 ist für die Ansteuerung des Verbraucherdruckes p_v verantwortlich. Durch die Vorgabe des Steuerdruckes p_s in der Steuerkammer 306 bzw. über die Verbindung 310 wird die axiale Positionierung des Kolbens 301 angesteuert. Die Verbindung 311 der in Umfangsrichtung verlaufenden Kammer 307 verbindet die Kammer 307 beispielsweise mit einem Tank und ist somit als Ablauf ausgestaltet. Die Verbindungsleitung 312 verbindet die in Umfangsrichtung im wesentlichen ringartig ausgebildete Kammer 308 beispielsweise mit einem Verbraucher, wie mit einer hydraulisch gesteuerten Kupplung.
Die Verbindungsleitung 313 verbindet den Raumbereich 309 beispielsweise mit einer Druckmittelpumpe oder mit einem anderen einen Systemdruck zur Verfügung stellenden Aggregat. Durch die Ansteuerung des Steuerdruckes p_s im Raumbereich 306 wird der Kolben 301 derart in axialer Richtung verlagert, dass eine Verbindung des Raumbereiches 309 mit dem Raumbereich 308 über die Steuerkante 305 erfolgt. Dadurch wird der Druck p_v zum Verbraucher eingestellt oder generiert. Der Druck p_sys ist im Raumbereich 314 ebenfalls gegeben, so dass der Druck p₁ in diesem Falle gleich p_v ist. Der Raumbereich 314 ist über die Drosselstelle 315 mit dem Raumbereich 308 verbunden. Durch den Druck p₁ im Raumbereich 314 stützt sich der Kolben 301 am Kolben 316 in axialer Richtung ab, so dass eine Kraftwirkung auf den Kolben 301 in axialer Richtung erfolgt. Ist der Druck p₂ im Raumbereich 320 multipliziert mit der Querschnittsfläche A₂ kleiner als die Kraft des Kraftspeichers 321 auf den Kolben 322, so bleibt der Kolben 322 in Anlage gegen den Kolben 316.
Übersteigt der Druck p₂ einen vorgegebenen Wert, so dass der Druck p₂ multipliziert mit der Querschnittsfläche A₂ größer ist als die Kraftwirkung des Kraftspeichers 321 auf den Kolben, so wird der Kolben 322 in axialer Richtung bewegt und es wird eine Öffnung zu der Abflussleitung 323 freigegeben. In diesem Moment verändert sich der Druck p₁ sowie der Druck p₂ gegenüber dem Druck p_v, da die Drosselstellen 324 und 325, die Drücke p₁ und p₂ reduzieren. Sind beispielsweise die Drosselstellen 324 und 325 gleich groß, so ist der Druckabfall im Bereich 324 gleich dem Druckabfall im Bereich 325. Als Beispiel sei ein Druck p_sys gleich 12 Bar und Querschnittsflächen 324 gleich 325, wobei die Vorspannung des Kraftspeichers dividiert durch die Querschnittsfläche A₂ gleich 6 Bar ist. In diesem Beispiel ist der Druck p₁ gleich 9 Bar. Der Druckabfall im Bereich der Drosselstelle 324 ist gleich dem Druckabfall im Bereich der Drosselstelle 325. Dadurch wird die Kraftwirkung aufgrund des Druckes p₂ auf den Kolben 316 gegenüber dem Zustand bei geschlossenem Kolben 322 variiert, so dass die Rückstellkraft des Kolbens 301 verändert wird. Durch diese veränderbare Rückstellkraft multipliziert mit der Querschnittsfläche A₁ verändert sich die Reaktion des Verbraucherdruckes p_v als Funktion des Steuerdruckes p_s, so dass im Betriebsbereich bei geschlossenem Kolben 322 eine flachere Kennlinie p_v als Funktion von p_s resultiert und bei geöffnetem Kolben 322 eine steilere Kennlinie p_v als Funktion von p_s.
Die Anordnung des Kolbens 322 und des Kraftspeichers 321 im Bereich des Kolbens 316 weist eine besonders bauraumsparende Ausführungsform auf, da der Kolben 316 und der Kolben 322 sowie der Kraftspeicher 321 ein Schaltventil im Ventil 300 bilden, wobei die Formulierung Schaltventil derart gewählt ist, weil bei einer Freigabe der Öffnung 320 durch den Kolben 322 die Freigabe quasi plötzlich oder schlagartig erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel findet eine Wegmodulation im wesentlichen nicht statt.
Die 4 zeigt ein Ventil 400 in einer Langlochbohrung eines Gehäuses 402, wobei der Ventilkolben 401 in dieser Bohrung axial beweglich ist. Weiterhin erkennt man die Steuerdruckkammer 403, sowie die im wesentlichen ringförmigen Raumbereiche 404, 405 und 406, welche über die Verbindungen 407, 408 und 409 mit dem Zulauf (409), dem Verbraucher (408) sowie dem Ablauf (407) verbunden sind. Als Zulauf kann ein Anschluss von einer Pumpe oder von einem anderen einen Druck zur Verfügung stellenden Aggregat vorgesehen sein. Als Verbraucher kann bei spielsweise eine hydraulisch betätigte Kupplung Verwendung finden. Die Verbindung 407 zu einem Ablauf kann beispielsweise zu einem Tank oder zu einem Sumpf eines Getriebes oder einer anderen Hydraulikanlage vorgesehen sein.
Der Kolben 410 entspricht im wesentlichen dem Kolben 316 der 3, wobei der Kolben 411 axial verschiebbar innerhalb des Kolbens 410 angeordnet ist. Der Kolben 411 sowie der Kraftspeicher 413 gehören zu dem Ventil 412, welches als Wegventil ausgebildet ist. Die Eigenschaft dieses Wegeventils ist die kontinuierliche Freigabe des in Form einer Öffnung ausgeführten Raumbereichs 414 als Funktion der Druckbeaufschlagung im Raumbereich 414 aufgrund des dort herrschenden Druckes, wobei der Druck im Raumbereich 408 der Verbraucherdruck ist, der über die Drosselstelle 415 im Raumbereich 416, bei geöffnetem Wegventil 412, moduliert ist. Im Raumbereich 403 herrscht der Steuerdruck p_s und im Raumbereich 409 der Systemdruck p_sys.
Die 5 zeigt ein Ventil 500, welches durch einen Kolben 501 in einer Langlochbohrung realisiert ist. Die Steuerkammer 502 wird durch die Leitung 503, wie Verbindung, gespeist, so dass der Steuerdruck p_s in der Kammer 502 zur Beaufschlagung der Endfläche 504 des Kolbens 501 eingestellt werden kann. Weiterhin sind im wesentlichen ringförmige Kammern 505, 506 und 507 angeordnet. Die Kammer 505, wie Ablaufkammer, ist über die Verbindung 508 mit einem Ablauf oder einem Tank verbunden. Die Kammer 506, wie Verbraucherkammer, ist über die Verbindung 509 mit einem Verbraucher verbunden, wobei im Raumbereich 506, 506a der Druck p_v, das heißt, der Verbraucherdruck herrscht. Die Kammer 507 dient als Versorgungskammer oder Zulaufkammer, wobei über die Verbindung 510 der Systemdruck p_sys eingespeist werden kann. Über die axiale Position des Kolbens 501 und über die Stellung der Steuerkanten 501a und 501b im Vergleich zu den Kanten der Raumbereiche 505 bis 507 findet eine Steuerung des Verbraucherdruckes p_v als Funktion des Steuerdruckes p_s statt.
Der Zylinder 501 weist im vorderen Bereich eine Stufe auf, wobei der Kolbenbereich 501c einen größeren Durchmesser aufweist als der Bereich 501d. Der Übergangsbereich von 501c nach 501d weist weiterhin einen Anschlussbereich 506b auf, welcher mit der Leitung 509 fluidverbunden ist.
Der im Bereich 506c herrschende Druck p₁ wirkt auf die Differenzfläche gleich der Differenz der Querschnittsflächen der Bereiche 501c und 501d in axialer Richtung als Rückführung auf den Kolben 501. Diese rückwirkende Kraft wirkt gegen die Kraft, welche aufgrund des Druckes p_s auf den Kolben 501 wirkt. Durch eine Veränderung des Druckes p₁ kann eine Kennlinienvariation des Ventils erreicht werden.
Der im Bereich 511 herrschende Druck p₂ bestimmt die Kraftwirkung auf den Kolben 512, welcher mittels des Kraftspeichers 513 eine Vorspannung gegen die Öffnung 514 erfährt. Der Kraftspeicher 513 ist mittels des Befestigungselementes 515 gegen den Kolben 501 selbst verspannt. ist der Druck p₂ genügend groß, um multipliziert mit der Querschnittsfläche des Raumbereiches 511 die Kraftwirkung des Kraftspeichers zu überschreiten, so wird das Ventil mit dem Kolben 512 geöffnet. Durch die Drosselstellen 520 und 521a, b findet eine Druckreduzierung vom Druck p_v über den Druck p₁ zu dem Druck p₂ statt, so dass die rückwirkende Kraft p₁ multipliziert mit der Differenzfläche zwischen den Querschnittsflächen 501c und 501d variiert wird.
Die Blende 520 ist nicht wie bei den zuvor gezeigten Ausführungsvarianten innerhalb des Ventils angeordnet, sondern wird als Drosselblende in die Zuführung oder die Leitung oder die Verbindung eingearbeitet.
Über die Flächenverhältnisse der Blenden 520, 521a und 521b kann eine Variation des Druckes p₁ sowie des Druckes p₂ erreicht werden. Dadurch kann eine Variation der Steigungen der Kennlinien, beispielsweise der 2 im Bereich 100 bzw. im Bereich 107, erreicht werden.
Das Ventil 600 der 6 weist eine Rückstellfeder 606 auf, welche gegen die Betätigungskraft gleich p_s multipliziert mit der Querschnittsfläche des Kolbens 603a wirkt. Weiterhin ist das Ventil 610 nicht wie in der 5 dargestellt innerhalb des Kolbens 603 angeordnet, sondern ist als externes Ventil 610 im Block 602 oder gesondert angeordnet. Das Ventil 610 besteht aus einer Blende 611 mit Öffnung 612, einem Kolben 613 sowie einem Kraftspeicher 614, welcher den Kolben 613 mittels Vorspannung gegen die Öffnung 612, respektive gegen die Blende 611 beaufschlagt. Ist der Druck p₁ multipliziert mit der Querschnittsfläche der Öffnung 612 groß genug, um die Vorspannung des Kraftspeichers 614 zu überwinden, wird das Ventil 610 geöffnet, so dass der Druck p₁ sich in Abhängigkeit der Drosselöffnungen 612 und 620 einstellen kann. Durch den Druck p₁ multipliziert mit den Flächendifferenzen 603a minus 603b erfolgt eine veränderte Rückstellkraft auf die Kolben, so dass eine gezielte Veränderung der Kennlinie des Ventils erreicht wird.
Die 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 700 in einer schematischen Darstellung. Das Fahrzeug 700 weist einen Motor 703, wie eine Brennkraftmaschine, auf, der mit einem Getriebe 704 beispielsweise über eine Kupplung 705 und/oder einen Torsionsschwingungsdämpfer in Antriebsverbindung steht. Dem Getriebe 704 ist eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr 712 nachgeordnet, wobei ein Differential 713 wiederum nachgeordnet ist. Dem Differential 713 sind Antriebswellen 714 und die angetriebenen Fahrzeugräder 715 nachgeordnet.
Die Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr 712 kann beispielsweise ein Planetengetriebe mit Bremsen enthalten, mittels welchem die Drehrichtung der Getriebeausgangswelle gesteuert geändert werden kann. Diese Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr 712 kann auch dem Getriebe 704 vorgeschaltet sein. Ebenso kann die Kupplung dem Getriebe 704 nachgeschaltet sein.
Das Getriebe 704 ist beispielsweise als stufenlos einstellbares Getriebe (CVT) ausgebildet. Das Getriebe 704 weist zwei Kegelscheibensätze 707 und 708 auf, welche jeweils aus einer axial feststehenden Kegelscheibe und einer axial verlagerbaren Kegelscheibe bestehen. Zwischen den Kegelscheibensätzen ist ein Umschlingungsmittel 711 angeordnet, welches die Kraft oder ein Drehmoment von dem einem Kegelscheibensatz auf den anderen Kegelscheibensatz überträgt. An den verlagerbaren Kegelscheiben sind Stellmittel, wie Kolben-Zylindereinheiten 710a, 710b, 710c, 710d angeordnet zur Verstellung der axialen Position der axial verlagerbaren Kegelscheibe und der Anpressung des Umschlingungsmittels 711. Pro Kegelscheibensatz können zwei Kolben-Zylindereinheiten vorgesehen sein, wobei mittels der einen Kolben-Zylindereinheit für die Anpressung drehmomentenabhängig gesteuert werden kann und mit der anderen Kolben-Zylindereinheit die Übersetzungssteuerung durchgeführt werden kann.
Die Kolben-Zylindereinheiten sind Teil einer Druckmittelanlage und werden durch eine Druckmittelsteuerungsanlage 702 mit einer Einheit 717 mit Ventilen und einer Pumpe 716 über Fluidverbindungen 719, 720 gespeist und gesteuert. Die Druckmittel-steuerungsanlage 702 wird von einer Steuereinheit 701 gesteuert. Die Steuereinheit steht über Signalverbindungen 718, 721 mit den Aggregaten des Fahrzeuges 700 in Signalverbindung.
Die 8 zeigt schematisch einen Druckmittelschaltplan, wie Hydraulikschaltplan zur Ansteuerung der Übersetzungsregelung eines stufenlos einstellbaren Getriebes (CVT), wobei das Getriebe 800 nur in Ausschnitten dargestellt ist. Das Getriebe weist Kegelscheibensätze 801 und 802 auf, die jeweils eine axial feststehende Kegelscheibe und eine axial verlagerbare Kegelscheibe aufweist. An den axial verlagerbaren Kegelscheiben ist jeweils zumindest eine Kolben-/Zylindereinheit 802, 803 zur Druckbeaufschlagung insbesondere zur Übersetzungseinstellung angeordnet. Die Kolben-Zylindereinheiten sind über Fluidverbindungen 805, 806, wie Hydraulikleitungen, mit Steuerventilen und/oder Pumpen verbunden.
Zur Ansteuerung des Hydraulikdruckes zur Übersetzungssteuerung oder Übersetzungsregelung in den Kolben-Zylindereinheiten 803, 804 werden die Ventile 808, 809 und 810, sowie die Pumpe 807 verwendet. Die Pumpe 807 stellt den Versorgungsdruck zur Verfügung, wobei sie aus Druckmittel aus dem Sumpf 811 in die nachgeordneten Druckmittelleitung 812 pumpt.
Der Druck in der Druckmittelleitung 812 wird durch das Ventil 808 zur Ansteuerung der Kolben-/Zylindereinheiten 803, 804 verwendet, wobei das Ventil 808 als Druckminderventil ausgestaltet ist und die Drücke in den Zuleitungen 805 und 806 steuert.
Der Druck im Bereich 812 und im Bereich 813 wird durch das Ventil 809 derart gesteuert, dass mit dem Druck im Bereich 814 und mittels des Schaltventils 810 der Vorsteuerdruck p_v des Ventils 808 in der Kammer 815, wie Vorsteuerdruckkammer, gesteuert wird. Der Vorsteuerdruck p_s wird durch den Steuerstrom i des Schaltventils 810 vorgegeben, welcher von einer nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert wird. Durch den Vorsteuerdruck p_v wird die axiale Position des Kolbens 817 in der Langlochbohrung gesteuert, wobei der Kolben gegen die Kraftbeaufschlagung des Kraftspeichers 818 axial verlagerbar ist. Durch die axiale Verlagerung des Kolbens 817 werden die Steuerkanten des Kolbens derart relativ zu den Steuerkanten der Bohrung verlagert, dass die Drücke in den Zuleitungen 805, 806 gezielt gesteuert werden können. Weiterhin ist das Ventil 816 innerhalb des Kolbens 817 angeordnet, welches bei Erreichen eines vorgebbaren Druckes im Wirkbereich des Ventils öffnet, um in einen anderen Betriebsbereich zu schalten. Einzelheiten des Ventils 808 sind in der 9 dargestellt.
Die 9 zeigt einen Ausschnitt der 8, wobei im wesentlichen nur das Ventil 808 und die Zuleitungen und Ableitungen des Ventils dargestellt sind. Das Ventil besteht im wesentlichen aus einem Kolben 817, welcher in einer von einem Stopfen 850 abgeschlossenen Langlochbohrung 851 axial verlagerbar angeordnet ist. Die Langlochbohrung 851 weist einige Kammern 815, 852, 853, 854, 855 und 856 auf, die gegenüber dem Durchmesser der Langlochbohrung 851 einen größeren Durchmesser aufweisen. Die Kammer 815 ist die Steuerdruckkammer, mittels welcher unter Druckbeaufschlagung der Kolben 817 in seiner axialen Position verlagerbar ist. Der in der Kammer 815 herrschende Druck multipliziert mit der wirksamen Querschnittsfläche, wie Stirnfläche des Kolbens, ergibt die Kraft F_A zur Auslenkung des Kolbens F_A = p_v·F_Kolben Die Kraft zur Auslenkung des Kolbens wirkt gegen die Rückstellungskraft des Kraftspeichers 818, welcher zwischen Kolben 817 und Gehäuse beispielsweise vorgespannt eingebaut wirksam ist.
Unter axialer Verlagerung des Kolbens werden durch die Steuerkanten des Kolbens an seinen Einschnürungen 860, 861 einzelne Kammern miteinander verbunden. Die Kammer 854, wie Zulaufkammer, wird beispielsweise mit einer der Kammern 855 oder 853 verbunden, wobei jeweils die andere Kammer für sich abgeschlossen ist oder mit einem Ablauf zu einem Sumpf verbunden ist. Dadurch kann die eine Kammer 855 oder 853 durch den Zulaufdruck in 812 druckbeaufschlagt werden und die andere Kammer 853 oder 855 bezüglich des Drucks entspannt werden. Somit werden die Drücke der Verbraucher in 805 und 806 gesteuert.
Ist der Vorsteuerdruck p_v im Bereich 815 gleich null, liegt der Kolben 817 durch die Kraftbeaufschlagung der Feder 818 ganz links in der Bohrung 851 und die Kammer 853 ist mit dem Sumpf 862 verbunden und druckentlastet und die Kammer 855 ist mit der Zuleitung 812 druckmittelverbunden. Durch Erhöhung des Steuerdrucks wird der Kolben nach rechts verlagert und die Kammer 855 wird mit dem Ablauf 856 verbunden und druckreduziert oder drucklos geschaltet. Mit der Ablaufkammer 856 und der Kammer 852 ist der Sumpf 880 verbunden. Bei dieser Verlagerung des Kolbens wird die Kammer 853 mit der Kammer 854 und somit mit 812 verbunden und der Druck im an 806 angeschlossenen Verbraucher steigt an.
Innerhalb des Kolbens 817 ist eine Bohrung 870 ausgebildet, innerhalb deren sich ein Kolben 871 befindet, der sich am Stopfen 850 axial abstützt. Die Bohrung 870 ist über die Öffnung mit der Blende 872 mit dem Bereich radial ausserhalb 861 verbunden, so dass innerhalb der Boh rung 870 ein reduzierter Druck herrscht, im Vergleich zu dem Druck im Bereich von 861. Am axial einen Ende des Kolbens 817 ist weiterhin ein Ventil 816 angeordnet mit einem Kolben 875 und einem den Kolben beaufschlagenden Kraftspeicher 876. Der Druckraum 879 vor dem Kolben 875 ist über die Öffnung mit der Blende 878 mit dem Raum 870 verbunden, so dass im Bereich 879 ein reduzierter Druck im Vergleich zu dem Druck im Bereich 870 herrscht. Ist der Druck im Bereich 879 multipliziert mit der wirksamen Kolbenfläche des Kolbens 875 größer als die Kraftbeaufschlagung des Kraftspeichers, öffnet das Ventil 816 und der Bereich 879 kann über den Ablauf 877 drucklos geschaltet werden, wenn der Bereich 877 mit einem Ablauf 852 verbunden ist.
Ist das Ventil 816 geschlossen wirkt auf den Kolben 817 die Druckbeaufschlagung des Steuerdrucks im Bereich 815 und die Kraft des Kraftspeichers 818. Weiterhin wirkt eine Druckkraft auf den Kolben entsprechend dem Druck im Bereich 870 multipliziert mit der Querschnittsfläche der Bohrung 870, diese Kraft wirkt parallel zur der Kraft, so dass ein erhöhter Vorsteuerdruck benötigt wird um das Ventil wie vorgegeben zu öffnen.
Öffnet das Ventil 816 bei einem vorgegebenen Druck, so reduziert sich die Kraft auf den Kolben aufgrund der Druckreduzierung im Bereich 870 und die Rückstellkraft auf den Kolben ist reduziert und die Kennlinie des ansteuerbaren Druckes als Funktion des Vorsteuerdruckes knickt ab und wird steiler.
Durch die Blenden 872, 878 und die Kraft des Kraftspeichers 876 wird der Druckbereich des Abknickens der Kennlinie gesteuert und die Druckverläufe der Kennlinie vor und nach dem Abknicken.
Die 10 zeigt eine Kennlinie des Ventils der 9, wobei der Druck der Verbraucher 803, 804 als Funktion des Stromes i des Ventils 810 aufgetragen ist. Ebenso könnte der Vorsteuerdruck p_v statt dem Strom i aufgetragen sein.
Die Kurve 901 entspricht dem Druck im Verbraucher 803 und die Kurve 902 entspricht dem Druck des Verbrauchers 804. Zu Beginn der Steuerung des Stromes i ist der Druck p₁ des Verbrauchers 803p_1max maximal und nimmt linear als Funktion von i ab, wobei bei i₁ der Druck des Verbrauchers 803 auf im Wesentlichen null abgesunken ist. Ab dem Stromwert i₁ nimmt der Druck p₂ von im wesentlichen null zu und erreicht bei dem Stromwert i₂ den Wert p_2K, bei welchem das Ventil 816 öffnet. Ab diesem Stromwert i₂ steigt die Druckkennlinie des Druckes p₂ steiler an als vor dem Wert i₂, wobei bei dem Stromwert i₃ der maximale Wert des Verbraucherdruckes p_2max erreicht ist.
Durch die Zweistufigkeit der Kennlinie 902 des Ventils kann in dem einen Betriebsbereich der Druck des Verbrauchers als Funktion des Steuerdrucks sehr fein gesteuert werden und in dem anderen Betriebsbereich kann der erforderliche Druck relativ schnell erhöht werden und die geringeren Drücke in dem ersten Betriebsbereich sind nicht durch die Höhe der Drücke im zweiten Betriebsbereich beeinflusst.

Claims

Steuerventil für ein Fahrzeug mit Druckmittelanlage mit zumindest einer Druckmittelverdrängungsmaschine und zumindest einem Verbraucher zur Steuerung des verbraucherseitig anstehenden Verbraucherdruckes in Abhängigkeit zumindest einer i vorgebbaren Steuergröße, das einen in einer Bohrung axial verlagerbaren Kolben aufweist sowie eine mit einem Zulauf verbindbare Zulaufkammer, eine mit einem Verbraucher verbindbare Verbraucherkammer und eine mit einem Ablauf verbindbare Ablaufkammer aufweist und der Kolben in einem von einem Druckmittel beaufschlagbaren Raumbereich eine erste druckmittelbeaufschlagbare Fläche und eine zweite druckmittelbeaufschlagbare Fläche aufweist, wobei die Kraftwirkung des Druckmitteldrucks auf die erste und zweite Fläche eine entgegengesetzte Richtung aufweisen, wobei mittels eines Druckbegrenzungsventils der Druck des Druckmittels in dem Raumbereich veränderbar ist, so dass die resultierende Kraftwirkung auf den Kolben als Differenzkraft der Kräfte auf die erste und zweite Fläche veränderbar ist und das Druckbegrenzungsventil innerhalb des Kolbens angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben des Druckbegrenzungsventils koaxial zum Kolben des Steuerventils angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben des Druckbegrenzungsventils durch einen Kraftspeicher gegen eine durch den Kolben verschließbare oder zu öffnende Öffnung beaufschlagt wird.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbraucherkammer oder einer Zuleitung zu einem Verbraucher und dem Druckbegrenzungsventil zumindest eine Blende zur Druckreduzierung angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbraucherkammer oder einer Zuleitung zu einem Verbraucher und dem Kolben des Druckbegrenzungsventils zumindest eine Blende zur Druckreduzierung angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Blenden mit gleicher oder unterschiedlicher Öffnung angeordnet sind.