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Drucksteuereinrichtung für einen hydraulischen Verbraucher
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Die Erfindung betrifft eine Drucksteuereinrichtung für einen hydraulischen
Verbraucher, insbesondere eine Kupplung eines Lastschaltgetriebes nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Bei derartigen Steuereinrichtungen bestimmt eine Konstantblende als
Zulaufblende zu einem Proportional-Magnetventil die Größe des Pilotstromes, der
zur Druckanregelung für das Steuerventil benötigt wird. Gleichzeitig wird durch
die Größe der Konstantblende der Strom bestimmt, der zu dem Steuerventil strömen
kann. Um den Pilotstrom und damit den Verluststrom in der offenen Stellung des Proportional-Magnetventiles
möglichst niedrig zu halten, sollte die Konstantblende einen möglichst kleinen Querschnitt
aufweisen. Dieser Forderung steht die Forderung entgegen, daß das Steuerventil sehr
schnell verstellbar sein soll. Eine solche schnelle Verstellung erfordert jedoch
einen großen Druckmittelstrom. Zur Erfüllung dieser Forderung müßte die Konstantblende
einen großen Querschnitt aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Drucksteuereinrichtung,
die ein Proportional-Magnetventil und eine Konstantblende enthält, derart zu verbessern,
daß die Steuerung sehr schnell reagiert und der Verluststrom aus dem Pilotstrom,
speziell in den Endstellungen des Proportional-Magnetventils, sehr klein gehalten
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete
Drucksteuereinrichtung gelöst.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß der Vorsteuerdruck nicht auf
null abgesenkt werden muß, um einen Ausgangsdruck von null zu erreichen. Dadurch
kann das Proportional-Magnetventil, ebenso wie das Differenzdruckventil, sehr klein
ausgebildet sein. Durch die zweite veränderliche Blende wird der Leckölstrom auf
ein Minimum beschränkt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In Fig. 1 ist die Drucksteuereinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel
dargestellt. Eine Druckquelle 1 liefert Druckmittel in eine Druckmittelleitung 2,
die zu einem Vorsteuerventil in der Form eines Proportional-Magnetventils 3 führt.
Die Druckmittelleitung 2 gliedert sich in mehrere Abschnitte, die im folgenden mit
Zusatzbuchstaben bezeichnet werden. Das Proportional-Magnetventil 3 enthält eine
veränderliche Blende 4, deren größter öffnungsquerschnitt im nicht erregten Zustand
seines Magneten 5 erreicht ist. In diesem Zustand ist die Druckmittel leitung 2
mit einem Anschluß für einen Druckmittelbehälter 6 verbunden. Anstelle des Proportional-Magnetventils
ist die Verwendung eines jeden Ventils möglich, das in der Lage ist, den Druck zu
verändern, beispielsweise eines getakteten Ventils, eines Servoventils oder eines
Motorstellers. Derartige Vorsteuerventile enthalten Steuerelemente, die einer veränderlichen
Blende entsprechen.
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Von dem direkt an die Druckquelle 1 anschließenden Abschnitt 2A der
Druckmittelleitung 2 zweigt eine Arbeitsleitung 7 zu einem Steuerventil 8 ab. Das
Steuerventil 8 wird durch eine Druckfeder 9 in eine Neutralstellung verstellt, in
der ein Verbraucher, beispielsweise eine Kupplung 10 eines Lastschaltgetriebes,
mit dem Rücklauf zu dem Druckmittelbehälter 6 verbunden ist.
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Zwischen zwei Abschnitten 2B und 2C der Druckmittelleitung 2 ist
eine Konstantblende 11 eingebaut. Der Konstantblende 11 ist in der Druckmittelleitung
2 zwischen den Abschnitten 2A und 2B eine zweite veränderliche Blende 12 vorgeschaltet.
Zwischen der zweiten veränderlichen Blende 12 und der Konstantblende 11 ist an den
Abschnitt 2B der Druckmittelleitung 2 eine zu einer Steuerfläche 13 des Steuerventils
8 führende Steuerleitung 14 angeschlossen.
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Die zweite veränderliche Blende 12 ist durch ein Differenzdruckventil
15 gebildet, das einen von einer Druckfeder 16 belasteten Ventilkolben 17 aufweist.
Eine der Druckfeder 16 abgewandte Steuerfläche 18 des Ventilkolbens 17 steht mit
dem Abschnitt 2B der Druckmittelleitung 2 stromauf der Konstantblende 11 in Verbindung.
Die entgegensetzte, der Druckfeder 16 zugewandte Steuerfläche 19 des Steuerkolbens
17 steht mit dem Abschnitt 2C der Druckmittelleitung 2 stromab der Konstantblende
11 in Verbindung.
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Der Ventilkolben 17 ist in einem Ventilgehäuse 20 verschiebbar gelagert.
Das Ventilgehäuse 20 enthält eine mit dem Druckmittelbehälter 6 in Verbindung stehende
Rücklaufringnut 21 und eine mit dem Abschnitt 2A der Druckmittelleitung 2 verbundene
Zulaufringnut 22. An dem Ventilkolben 17 ist eine Kolbennut 23 ausgebildet, die
über eine große Bohrung 24 mit einem an die eine Steuerfläche 18 angrenzenden Raum
25 verbunden ist. Die zweite veränderliche Blende 12 ist zwischen den an der Zulaufringnut
22 und an der Kolbennut 23 bestehenden Steuerkanten gebildet.
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Der Ventilkolben 17 wird durch die Druckfeder 16 in seine Neutralstellung
verschoben, in der die Zulaufringnut 22 mit der Kolbennut 23 verbunden ist. Die
zweite veränderliche Blende 12 weist in dieser Stellung ihren größten Querschnitt
auf. In der entgegengesetzten Endstellung des Ventilkolbens 17 ist die Kolbennut
23 mit der Rücklaufringnut 21 verbunden. In einer Zwischenstellung des Ventilkolbens
17 besteht zweckmäßigerweise Nullüberdeckung, d. h., in dieser Mittelstellung ist
sowohl die Rücklaufringnut 21 als auch die Zulaufringnut 22 gerade von der Kolbennut
23 getrennt. Von dieser Mittelstellung ab ist die zweite veränderliche Blende 12
geschlossen.
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Ein Steuerventilgehäuse 26 des Steuerventils 8 enthält in einer Ventilbohrung
27 eine mit dem Druckmittelbehälter 6 in Verbindung stehende Rücklaufringnut 28
und eine über die
Arbeitsleitung 7 und den Abschnitt 2A der Druckmittelleitung
2 mit der Druckquelle 1 in Verbindung stehende Zulaufringnut 29.
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Zwischen diesen beiden Ringnuten ist eine zentrale Ringnut 30 angeordnet,
die über eine Leitung 31 mit der Kupplung 10 in Verbindung steht. Der Steuerventilkolben
32 weist eine Kolbennut 33 auf. In der durch die Kraft der Druckfeder 9 eingestellten
Neutralstellung des Steuerventilkolbens 32 verbindet die Kolbennut 33 die zentrale
Ringnut 30 mit der Rücklaufringnut 28. In der entgegengesetzten Endstellung des
Steuerventilkolbens 32 ist die Zulaufringnut 29 mit der zentralen Ringnut 30 verbunden.
In einer zwischen den beiden Endstellungen liegenden Zwischenstellung des Steuerventilkolbens
32 ist sowohl die Zulaufringnut 29 als auch die Rücklaufringnut 28 von der zentralen
Ringnut 30 getrennt.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem
Beispiel der Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß hier die Konstantblende 41
in dem Ventilkolben 47 des Differenzdruckventils 45 angeordnet ist.
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Im folgenden wird die Funktion der Drucksteuereinrichtung anhand
mehrerer Betriebszustände erläutert: Im Ausgangszustand der Drucksteuereinrichtung
befindet sich das Proportional-Magnetventil 3 in unerregtem Zustand. Dabei ist der
Durchlauf von der Druckmittelleitung 2 bzw. deren Abschnitt 2C zu dem Druckmittelbehälter
6 offen. Da die Druckquelle 1 noch kein Druckmittel fördert, befinden sich das Steuerventil
8 und das Differenzdruckventil 15 in ihren durch die Kraft der Druckfedern 9 bzw.
16 eingestellten Neutralstellungen.
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Die Leitung 31 ist über die zentrale Ringnut 30, die Kolbennut 33
und die Rücklaufringnut 28 mit dem Druckmittelbehälter 2 verbunden. Dadurch ist
die Kupplung 10 entlüftet.
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Mit beginnender Förderung der Druckquelle 1 strömt Druckmittel durch
den Abschnitt 2A der Druckmittelleitung 2 zu dem Differenzdruckventil 15 und über
die offene Blende 12, die
große Bohrung 24 und die Konstantblende
11 zu dem Proportional-Magnetventil 3. Das Proportional-Magnetventil 3 ist immer
noch offen. Über der Konstantblende 11 entsteht eine Druckdifferenz, die auf die
beiden Steuerflächen 18 und 19 des Ventilkolbens 17 wirkt. Dadurch wird der Ventilkolben
17 in eine mittlere Regelstellung verschoben. Der auch in der Steuerleitung 14 entstehende
Druck reicht noch nicht aus, um den Steuerventilkolben 32 so weit gegen die Kraft
der Druckfeder 9 zu verschieben, daß die Kolbennut 33 eine Verbindung herstellen
würde von der Zulaufringnut 29 zu der zentralen Ringnut 30.
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Soll nun die Kupplung 10 befüllt werden, so wird der Magnet 5 des
Proportional-Magnetventiles 3 erregt. Die Erregung des Magneten 5 erfolgt hierbei
entsprechend einer gewünschten Charakteristik für die Druckanregelung und Befüllung
der Kupplung 10. Mit fortschreitender Verstellung und damit kleiner werdender Blende
4 des Proportional-Magnetventiles 3 steigt der Druck in dem zwischen dem Differenzdruckventil
15 und dem Proportional-Magnetventil 3 liegenden Abschnitt 2C der Druckmittelleitung
2. Mit dem Ansteigen des Druckes in dem Abschnitt 2C steigt auch der Druck in der
Steuerleitung 14, der dann ausreicht, um den Steuerventilkolben 32 gegen die Kraft
der Druckfeder 9 in eine Stellung zu verschieben, in der die Zulaufringnut 29 mit
der zentralen Ringnut 30 und damit mit der zu der Kupplung 10 führenden Leitung
31 verbunden wird. Dadurch ist es möglich, je nach gewünschter Charakteristik, einen
beliebigen Druckverlauf in Funktion der Zeit in der Kupplung darzustellen.
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Der maximale Druck in der Steuerleitung 14, der dem Arbeitsdruck entspricht,
wird dann erreicht, wenn das Proportional-Magnetventil 3 vollständig geschlossen
ist. In diesem Betriebszustand ist der Steuerventilkolben 32 gegen die Kraft der
Druckfeder 9 in seine in Fig. 1 rechte Endstellung geschoben. Dadurch besteht eine
ungehinderte Verbindung von der Druckquelle 1 zu der Kupplung 10. Die Kupplung ist
mit Maximaldruck geschlossen.
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Soll das Aggregat, in dem die Kupplung 10 enthalten ist, mit einer
extrem niedrigen Geschwindigkeit betrieben werden,
beispielsweise
beim Inchen eines Fahrzeugs oder bei einer langsamen Bewegung einer Presse, so wird
das Proportional-Magnetventil 3 nur geringfügig geöffnet. Dadurch kann der Kupplungsdruck
auf ein bestimmtes Maß abgeregelt werden.
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Soll die Kupplung schnell entlüftet werden, so wird das Proportional-Magnetventil
3 ganz geöffnet, der Steuerdruck in der Steuerleitung 14 bricht zusammen, so daß
der Steuerventilkolben 32 durch die Kraft der Druckfeder 9 sehr schnell in seine
andere Endstellung geschoben wird, in der die Leitung 31 mit dem Druckmittelbehälter
6 in Verbindung steht.
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Bezugszeichen 1 Druckquelle 2 Druckmittelleitung mit Abschnitten 2A,
2B, 2C 3 Proportional-Magnetventil 4 Veränderliche Blende 5 Magnet 6 Druckmittelbehälter
7 Arbeitsleitung 8 Steuerventil 9 Druckfeder 10 Kupplung 11 Konstantblende 12 Veränderliche
Blende 13 Steuerfläche 14 Steuerleitung 15 Differenzdruckventil 16 Druckfeder 17
Ventilkolben 18 Steuerfläche 19 Steuerfläche 20 Ventilgehäuse 21 Rücklaufringnut
22 Zulaufringnut 23 Kolbennut 24 Bohrung 25 Raum 26 Steuerventilgehäuse 27 Ventilbohrung
28 Rücklaufringnut 29 Zulaufringnut 30 Zentrale Ringnut 31 Leitung 32 Steuerventilkolben
33 Kolbennut 41 Konstantblende 45 Differenzdruckventil 47 Ventilkolben