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GEGENSTAND
DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern wenigstens
eines Motorventils eines Verbrennungsmotors gemäß dem kennzeichnenden Teis
von Patentanspruch 1.
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Motorventil
bedeutet hier ein Einlassventil oder ein Auslassventil für eine Brennkammer
eines Verbrennungsmotors.
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Die
Bewegungen solcher Motorventile werden herkömmlicherweise durch eine Nockenwelle mittels
Nocken gesteuert, deren Profil diese Bewegungen steuert, wobei die
Nockenwelle über
einen Antrieb durch die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird.
Bei einer solchen herkömmlichen
Steuerung sind viele Parameter, welche sich auf die Motorventile
beziehen, relativ zueinander nicht veränderlich. Beispielsweise können die Öffnungs-
und Schließzeiten
der Motorventile nicht mit der Motorgeschwindigkeit variiert werden.
Ein Motor kann daher nicht dazu gebracht werden, einen optimalen
Betrieb über
seinen ganzen Geschwindigkeitsbereich zu erreichen.
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Eine
Vielzahl mechanischer Systeme ist dafür entwickelt worden, eine flexiblere
Steuerung der Motorventile zu erreichen. Solche Systeme sind im Betrieb
zuverlässig
und relativ unkompliziert, aber führen nicht zu einer vollständig variablen
Steuerung der Ventilhübe
und Öffnungs-
und Schließzeiten
von Motorventilen.
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Es
sind auch elektrische Systeme zur Steuerung der Motorventile entwickelt
worden. In diesen Fällen
werden Bewegungen des Motorventils durch Elektromagnete gesteuert.
Solche Systeme können die Öffnungs-
und Schließzeiten
des Motorventils variabel bzw. veränderlich steuern, wobei jedoch
ein teilweises Anheben der Motorventile schwierig zu erreichen ist.
Es ist auch schwierig, mit Elektromagneten eine ausreichende Kraft
auszuüben,
um zu bewirken, dass das Ventil angehoben wird, wenn der Gasdruck
in der Brennkammer hoch ist.
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Schlussendlich
sind hydraulische Steuersysteme für Motorventile bekannt. Hydraulische
Systeme ermöglichen
es, Öffnungs-
und Schließzeiten
und Hübe
des Motorventils zu variieren. Die bekannten hydraulischen Systeme
arbeiten auf einem im wesentlichen konstanten Hochdruck. Es werden
eine Hydraulikpumpe und ein Druckbegrenzerventil verwendet, um diesen
hohen Druck auf ein Hydraulikfluid auszu üben, welches in einem Akkumulator
bzw. Speicher gespeichert ist. Wenn ein Motorventil in eine geöffnete oder
geschlossene Stellung bewegt werden soll, wird ein Steuerventil
geschaltet, so dass druckbeaufschlagte Hydraulikflüssigkeit
in einem Kreis zu einem Hydraulikzylinder geführt wird, in welchem die Hydraulikflüssigkeit
den Kolben bewegt. Das Problem bei solchen Systemen besteht darin, dass
sie einen im wesentlichen konstanten hohen Druck benötigen, was
an sich bereits bedeutet, dass solch ein System einen relativ hohen
Energieverbrauch hat. Der hohe Druck und das Erfordernis, dass das
System vollständig
dicht ist, stellen hohe Anforderungen an die Dichtungen, welche
einen Teil des Systems bilden.
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ABRISS DER
ERFINDUNG
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Steuern
eines Motorventils bereitzustellen, welche es ermöglicht,
dass die Motorventilöffnungs-
und Schließanordnung
im Wesentlichen vollständig
variabel ist, und welche zugleich einen niedrigen Energieverbrauch
aufweist und keine teuren Dichtungen benötigt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die eingangs genannte Anordnung, welche dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Pumpe dazu ausgestaltet ist, während eines Betriebszustands
des Verbrennungsmotors eine im wesentlichen konstante Strömung an
Medium kontinuierlich in wenigstens einem Teil des Kreises zirkulieren
zu lassen, und dadurch, dass das Steuerventil dazu ausgebildet ist,
soweit erforderlich, die Strömung
des mittels der Pumpe zirkulierenden Mediums zu dem Kraftglied zu
steuern, so dass letzteres das Motorventil in einer gewünschten Richtung
bewegt. Der Vorteil einer kontinuierlich zirkulierenden Strömung von
Medium liegt darin, dass das Medium schon eine gewisse Geschwindigkeit
in dem Kreis besitzt. Eine schnelle Bewegung des Motorventils in
eine gewünschte
Richtung wird dadurch erreicht, dass solch ein schon zirkulierendes
Medium zu dem Kraftglied gelenkt wird. Der Druckabfall in dem Kreis
kann durch Ausstatten des Hydraulikkreises mit großen Strömungsquerschnitten
auf einem niedrigen Wert gehalten werden. Die Pumpe benötigt daher
vergleichsweise wenig Energie, um das Medium kontinuierlich in dem
Kreis zirkulieren zu lassen. Da ein hoher Druck nur für kurze
Zeiträume
benötigt wird,
wenn die Motorventile durch das Medium beschleunigt werden, kann
die Anordnung vollständig oder
im wesentlichen vollständig
ohne Dichtungen aufgebaut werden. Zusätzlich können in dem Kreis eingesetzte
Komponenten mit vergleichsweise großen Toleranzen hergestellt
werden. Die möglichen Vorteile
umfassen, dass die Anordnung vergleichsweise unempfindlich gegenüber thermischen
Vibrationen und unempfindlich gegenüber jeglichen Verunreinigungen
in dem Öl
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist das Steuerventil mindestens zwei mögliche Stellungen
auf, wobei eine erste Stellung dazu führt, dass eine Strömung des
Mediums so geführt
wird, dass das Kraftglied das Motorventil in einer ersten Richtung
bewegt, und eine zweite Stellung dazu führt, dass das Kraftglied das Motorventil
in einer zweiten Richtung bewegt. Damit ein solches Steuerventil
richtig funktioniert, muss es schnell zwischen den zwei Stellungen
bewegbar sein. Die in dem Kreis eingesetzten Komponenten benötigen daher
relativ große
Strömungsquerschnitte,
so dass eine große
Menge an Medium das Kraftglied ohne erhebliche Einengungs- bzw.
Konstruktionsverluste erreichen kann. Vorteilhafterweise umfasst
das Kraftglied einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder mit einem
Innenraum, der in eine erste und eine zweite Kammer durch einen
Kolben unterteilt ist, welcher innerhalb der Kammer bewegbar ist
und welcher mit dem Motorventil verbunden bzw. gekoppelt ist, wobei
das Steuerventil dazu ausgelegt ist, in der ersten Stellung das
zirkulierende Medium zu der ersten Kammer zu führen und in der zweiten Stellung das
zirkulierende Medium zu der zweiten Kammer zu führen. Das zirkulierende Medium
kann daher abwechselnd mittels des Steuerventils zu der ersten und
der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders geführt werden, um den Kolben in
eine gewünschte Richtung
zu bewegen, und damit das mit dem Kolben gekoppelte Motorventil.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Steuerventil eine dritte mögliche Stellung
auf, bei welcher vorgesehen ist, dass die Strömung des Mediums so gerichtet
ist, dass sie das Kraftglied nicht erreicht. Ein Schalten des Steuerventils
aus seiner ersten oder zweiten Stellung in die dritte Stellung verhindert,
dass das Medium die erste und zweite Kammer erreicht. Eine Bewegung
des Kolbens und des Motorventils wird dadurch angehalten. Vorzugsweise verhindert
das Steuerventil in der dritten Position auch jegliche Strömung zu
und von der ersten und zweiten Kammer. Der Kolben und das Motorventil werden
daher zwingend in ihren vorhandenen Stellungen gehalten. Ein solches
Schalten auf die dritte Stellung mag automatisch durchgeführt werden, wenn
das Motorventil einen vollständig
geöffneten oder
geschlossenen Zustand angenommen hat. Alternativ mag ein solches
Schalten auch dann geschehen, wenn ein sogenanntes teilweises Anheben
gewünscht
wird, d.h., wenn es nicht gewünscht
wird, dass das Ventil voll öffnet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Auslassleitung in dem Zylinder
angeordnet, und es wird zugelassen, dass das in die jeweilige Kammer
strömende
Medium über
diese Auslassleitung austritt, wenn der Kolben sich in eine bestimmte
Stellung in der Kammer bewegt hat. Die Verwendung einer solchen
Auslassleitung bedeutet, dass das Steuerventil nur zwei Stellungen
zum Steuern des Motorventils benötigt,
wodurch ermöglicht
wird, das Steuerventil mit einem kurzen Hub zwischen den beiden
Stellungen auszubilden. Dies kann ein Vorteil sein, da das Steuerventil
in der Lage sein muss, schnell zu schalten, um innerhalb einer kurzen
Zeitspanne große Strömungsquerschnitte
freizugeben. Solch ein Auslass baut automatisch eine zirkulierende
Strömung des
Mediums auf, wenn der Kolben eine Endstellung erreicht. Vorteilhafterweise
umfasst der Auslass ein Drosselventil. Solch ein Drosselventil stellt
dem Medium einen bestimmten Druck in der Auslassleitung zur Verfügung. Der
Druck des Mediums in der jeweiligen Kammer in dem Zylinder wird
daher gleich diesem Druck. Dieser Druck des Mediums wirkt auf den Kolben,
um das Motorventil in einer geöffneten
oder geschlossenen Stellung zu halten. Solch ein Drosselventil kann
einstellbar sein, so dass der Druck in der Auslassleitung verändert werden
kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst der Zylinder Mittel, welche dazu
vorgesehen sind, die Bewegung des Kolbens in dem Zylinder zu dämpfen, wenn
oder unmittelbar bevor dieser eine Endstellung erreicht, die einem
vollständig
offenen oder geschlossenen Motorventil entspricht. Da der Kolben
eine hohe Geschwindigkeit benötigt,
um das Motorventil schnell zu schalten, muss der Kolben an seinen
Endstellungen gedämpft
werden, um zu verhindern, dass er übergroßen Spannungen unterworfen
wird. Diese Dämpfungsmittel
können
umfassen, dass mindestens ein Teil des Kolbens mit einer Querschnittsfläche bereitgestellt
wird, welche zum Ende des Kolbens hin kleiner wird und dazu ausgebildet
ist, in einer Ausnehmung aufgenommen zu werden. Die stetig abnehmende
Querschnittsfläche
des Kolbens, der in eine Ausnehmung eingeführt wird, bewirkt, dass das
Medium, das in der Ausnehmung am Ende des Kolbens eingeschlossen
wird, durch eine Öffnung
mit einer sich stetig verkleinernden Querschnittsfläche hindurchläuft. Auf
diese Art kann der Kolben mit einer Dämpfung ausgestattet werden,
wenn er seine Endstellung erreicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Steuerventil dazu ausgebildet,
durch elektrische Signale von einer Steuereinheit gesteuert zu werden.
Das Steuerventil kann Solenoide umfassen, welche das Steuerventil
in eine gewünschte
Stellung gemäß den von
der Steuereinheit empfangenen elektrischen Signalen schalten. Die
die elektrischen Signale ausgebende Steuereinheit kann eine Computereinheit
sein, welche Information über
den jeweiligen Verbren nungsmotor verwendet, um die Bewegungen des Motorventils
zu steuern, so dass ein so nahe wie möglich am Optimum befindlicher
Betrieb des Motors auf der Basis verschiedener Betriebsparameter
für den
Motor erreicht wird. Beispiele dafür, wie der Motor gesteuert
werden kann, umfassen Einrichtungen zum Abgasbremsen, für abwechselnden
Betrieb als Zweitakt- oder Viertakt-Motor, zum Verwenden von sogenannter
interner EGR (englisch: "exhaust
gas recirculation";
wobei Abgase dazu vorgesehen sind, in dem Zylinder vor dem nächsten Ansaughub
zurückgehalten
zu werden) sowie für
einen optimierten Betrieb in Bezug auf Wirtschaftlichkeit oder Leistungsanforderungen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Haltevorrichtung dafür ausgebildet,
das Motorventil zwingend in einer gewünschten Position zu halten.
In Fällen,
in denen das zirkulierende Medium nicht genügend Kraft bereitstellt, um
das Motorventil in einer geschlossenen Position zu halten, kann
solch eine Haltevorrichtung zusätzliche
Kräfte,
wie benötigt,
bereitstellen. Solch eine Haltevorrichtung kann einen Elektromagneten
umfassen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im folgenden durch Beispiele mit Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1a – c eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem Steuerventil in verschiedenen
Stellungen zeigt.
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2 schematisch
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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3a – d genauer
zeigen, wie die Anordnung aus 2 umgesetzt
bzw. implementiert werden kann.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
unten beschriebene Ausführungsform betrifft
einen Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einen Mehrzylinder-Dieselmotor
mit Kolben und Zylindern zur Verwendung als Antriebsmotor in einem Schwerlastfahrzeug,
wie beispielsweise einem Laster oder einem Bus. Da alle Motorzylinder
von gleichem Aufbau sind, wird der Aufbau nur anhand eines von ihnen
beschrieben werden, was auch bedeutet, dass die Erfindung in einem
Einzylinder-Motor verwendet werden kann.
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Die 1a – c zeigen
eine erste Ausführungsform
eines Hydraulikkreises, der dazu ausgebildet ist, ein Motorventil
zwischen mindestens einer offenen Stellung und einer geschlossenen
Stellung zu steuern. Der Hydraulikkreis(-lauf) umfasst eine Pumpe 1,
welche dazu ausgebildet ist, ein im wesentlichen konstantes Volumen
eines Mediums, vorzugsweise Öl,
in dem Kreis zu pumpen. Der Kreis umfasst auch ein Steuerventil 2,
welches, nach Bedarf in drei unterschiedliche Stellungen versetzt
werden kann. Das Steuerventil 2 kann daher das Medium in
drei unterschiedlichen Richtungen in dem Kreis führen, um die Bewegungen eines
doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 3 zu steuern. Der
Hydraulikzylinder 3 umfasst einen Innenraum, welcher in
eine erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 5 durch
einen Kolben 6 unterteilt ist, welcher in der Kammer bewegbar
ist. Der Kolben 6 ist über
eine Kolbenstange 7 mit einem Motorventil verbunden bzw.
gekoppelt, welches in den 1a – c nicht
dargestellt ist. Das Motorventil ist mittels des Hydraulikzylinders 3 zwischen
einer geöffneten
Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbar. Solch ein Motorventil
ist benachbart zu einer Brennkammer des Verbrennungsmotors angeordnet.
Das Motorventil kann ein Einlassventil sein, welches ausgestaltet
ist, um den Einlass von Luft und/oder eines Brennstoff-/Luft-Gemischs
in die Brennkammer zu steuern. Alternativ kann das Motorventil ein
Auslass- bzw. Abgasventil sein, das ausgestaltet ist, um den Auslass
von Abgasen aus der Brennkammer zu steuern, welche sich während des Verbrennungsprozesses
gebildet haben. Der Kreis kann auch einen Mediumspeicher 8 umfassen,
in welchem das Medium gespeichert wird. Ferner sind in dem Kreis
ein Druckbegrenzerventil 9 und ein Filter 10 angeordnet.
Die alleinige Funktion des Druckbegrenzerventils 9 ist
es, als ein Sicherheitsventil zu dienen, um zu verhindern, dass übergroßer Druck
in dem Kreis als Ergebnis eines möglichen Fehlers auftritt. Daher
hat das Druckbegrenzerventil 9 im normalen Betrieb keine
unmittelbare Funktion.
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1a zeigt
das Steuerventil 2 in einer ersten Stellung. Das Steuerventil 2 umfasst
zwei Solenoide 11, die ausgestaltet sind, um das Steuerventil in
eine gewünschte
Stellung zu bewegen. Die Solenoide 11 empfangen Steuersignale
von einer Steuereinheit, welche ausgestaltet ist, die Motorventile
zu steuern, so dass der Verbrennungsmotor einen Betrieb erreicht,
welcher so nahe wie möglich
am Optimum liegt. In dieser Situation wird das Medium von der Pumpe 1 in
dem Kreis(-lauf) durch das Steuerventil 2 zur ersten Kammer 4 des
Hydraulikzylinders 3 geführt. Zugleich verbindet das
Steuerventil 2 die zweite Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 mit
dem Mediumspeicher 8. Das Medium kann daher aus der zweiten
Kammer 5 ausströmen,
und zwar über
eine Rückflussleitung 12 zurück zum Mediumspeicher 8, während zugleich
Medium in die erste Kammer 4 fließt. Das Einströmen des
Mediums bewegt daher den Kolben 6 in einer ersten Richtung
nach unten. Da die Kolbenstange 7 mit dem Motorventil gekoppelt
ist, bewegt sich auch letzteres. Das Motorventil kann daher beispielsweise
von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung bewegt werden.
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1b zeigt
das Steuerventil 2 in einer zweiten Stellung. In dieser
zweiten Stellung wird die Strömung
des Mediums von der Pumpe 1 über das Steuerventil 2 zur
zweiten Kammer 5 des Hydraulikzylinders 3 geführt. Zugleich
ist die erste Kammer 4 mit der Rückflussleitung 12 verbunden,
so dass das Medium in der ersten Kammer 3 zum Mediumspeicher 8 zurückgeführt wird.
Die Strömung
des Mediums bewegt daher den Kolben 6 in 2b nach
oben. Dies bewirkt, dass die mit dem Kolben 6 verbundene
Kolbenstange 7 das Motorventil in eine entgegengesetzte
Richtung im Vergleich zu derjenigen aus 1a bewegt.
Das Motorventil wird daher beispielsweise von einer vollständig geöffneten
in eine geschlossene Stellung bewegt.
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1c zeigt
das Steuerventil in einer dritten Stellung. Das Steuerventil 2 nimmt
diese dritte Stellung vorzugsweise automatisch dann ein, wenn der Kolben 6 in
dem Hydraulikzylinder 3 eine Endstellung erreicht hat,
die einem vollständig
geschlossenen oder geöffneten
Motorventil entspricht. Das Steuerventil 2 kann auch diese
dritte Stellung einnehmen, wenn ein sogenanntes teilweises Anheben
anstelle eines vollständigen Öffnens eines
Motorventils gewünscht
wird. Wenn der Kolben 6 so eine Stellung erreicht hat,
verhindert das Steuerventil 2 eine weitere Strömung des
Mediums in die zwei Kammern 4, 5. Zur gleichen
Zeit hält
das Steuerventil 2 das Medium zurück, welches sich bereits in
der ersten Kammer 4 und der zweiten Kammer 5 befindet.
Sowohl der Kolben 6 als auch das Motorventil werden daher
zwingend in ihren bestehenden Stellungen gehalten. In der dritten
Stellung des Steuerventils wird das Medium von der Pumpe 1 über das
Steuerventil 2 und die Rückflussleitung 12 zum
Mediumspeicher 8 zurückgeführt. Selbst
dann, wenn der Kolben 6 keine Bewegung durchführt, wird
eine im wesentlichen konstante Strömung von Medium kontinuierlich
durch die Pumpe 1 in dem Kreis gepumpt.
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Wenn
es gewünscht
wird, dass das Motorventil aus der Position in 1c bewegt
werden soll, wird ein elektrisches Steuersignal von der Steuereinheit
den Solenoiden 11 zugeführt.
Die Solenoide 11 schalten das Steuerventil 2 auf
die erste oder die zweite Stellung, so wie es gewünscht wird.
Das zirkulierende Medium, welches in dem Kreis schon eine Geschwindigkeit
hat, wird daher schnell zu der jeweiligen Kammer 4, 5 geführt, so
dass die gewünschte Bewegung
des Motorventils mit einer hohen Geschwindigkeit erreicht werden
kann. Es ist vorteilhaft, eine Pumpe 1 zu verwenden, welche
eine feste Verdrängung
hat und welche mit einer Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist. Dem
Motorventil kann daher eine Schaltgeschwindigkeit bereitgestellt
werden, welche proportional zur Motorgeschwindigkeit ist. Da der
Druck in dem Kreis nur für
kurze Zeitperioden hoch ist, welche der Beschleunigungsbewegung
des Kolbens 6 entsprechen, kann der Kreis relativ große Toleranzen
umfassen, ohne eine überhöhte Leckage zu
zeigen. Daher kann auf Dichtungen verzichtet werden. Die Möglichkeit,
relativ große
Toleranzen zu haben, verringert die Reinheitsanforderungen an das Medium.
Dies macht es beispielsweise möglich,
Motoröl
als Medium zu verwenden und den Mediumspeicher 8 in Form
eines vorhandenen Ölsumpfes
auszubilden.
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2 zeigt
schematisch eine weitere Ausführungsform
der Anordnung. In diesem Fall führt eine
Pumpe 1 eine Strömung
von Medium zu einem Steuerventil 2, welches zwei mögliche Stellungen aufweist.
Nach Durchlaufen des Steuerventils 2 kann das Medium alternativ
zu einer ersten Kammer 4 oder einer zweiten Kammer 5 geführt werden.
Zur gleichen Zeit wird die Kammer 4, 5, welche
nicht mit dem Medium versorgt wird, mit einer Rückführleitung 12 verbunden,
welches das Medium zurück
zum Mediumspeicher 8 führt.
Ein Bewegen des Steuerventils 2 in eine erste oder zweite
Stellung führt
zu einer Bewegung eines Kolbens 6, welcher die Kammern 4, 5 trennt.
Der Kolben 6 ist mit einer Kolbenstange 7 ausgerüstet, welche
mit einem in 2 nicht gezeigten Motorventil
verbunden ist. Der Hydraulikzylinder 3 umfasst auch eine
Auslassleitung 13. Die Auslassleitung 13 ist so
angeordnet, dass sie alternativ mit der ersten Kammer 4 oder
der zweiten Kammer 5 verbunden ist, und zwar unmittelbar
bevor der Kolben 6 in dem Zylinder 3 eine Endstellung
erreicht, welche einem vollständig
geschlossenen bzw. vollständig geöffneten
Motorventil entspricht. Wenn die jeweilige Kammer 4, 5 mit
der Auslassleitung 13 verbunden ist, fließt Medium
aus dieser Kammer 4, 5 über die Auslassleitung 13 ab.
Solch eine Auslassleitung 13 verringert den Druck des Mediums
auf den Kolben 6 unmittelbar bevor letzterer seine Endstellung
erreicht. Die Geschwindigkeit des Kolbens 6 wird daher
reduziert. Die Auslassleitung 13 umfasst ein Drosselventil 14,
das ausgestaltet ist, um einen gewünschten Druck des Mediums in
der Auslassleitung 13 aufrechtzuerhalten. Dies bewirkt
einen entsprechenden Druck in der jeweiligen Kammer 4, 5.
Die Kraft, welche den Kolben 6 und das Motorventil in einer
geschlossenen oder offenen Stellung hält, kann daher durch das Drosselventil
eingestellt bzw. reguliert werden. Wenn der Kolben 6 eine
Endstellung erreicht hat und zum Stehen kommt, lässt die Pumpe 1 daher
das Medium in dem Kreis weiter zirkulieren. In dieser Situation
läuft das
Medium durch die erste Kammer 4 oder die zweite Kammer 5 des
Hydraulikzylinders 3 und durch die Auslassleitung 13 zum
Mediumspeicher 8 über
den Filter 10 und das Drosselventil. Wenn eine Bewegung
des Motorventils in einer entgegengesetzten Richtung gewünscht wird,
sendet die Steuereinheit ein elektrisches Steuersignal an die Solenoide 11,
welche das Steuerventil 2 schalten. Zirkulierendes Medium
wird daher von der Pumpe 1 über das Steuerventil 2 zu
der jeweiligen Kammer 4, 5 geführt. Diese Strömung von
Medium bewirkt, dass der Kolben 6 und daher das Motorventil
in eine gewünschte
Richtung bewegt werden.
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Die 3a – d zeigen
genauer einen möglichen
Aufbau der Anordnung aus 2. Eine Pumpe 1 lässt ein
Medium von einem Mediumspeicher 8 zu einem Steuerventil 2 zirkulieren,
welches in erste und zweite Stellungen bewegt werden kann. Das Steuerventil 2 umfasst
einen Innenraum, der durch einen ersten Kolben 15, einen
zweiten Kolben 16 und einen dritten Kolben 17 beschrieben
wird. Diese drei Kolben 15, 16, 17 sind
fest mit einer beweglichen Kolbenstange 18 verbunden. Dem
Medium stehen zwei alternative Einlässe 2 und drei Auslässe aus
dem Steuerventil 2 zur Verfügung. Ein erster Auslass umfasst
eine erste Leitung 19, die mit einer ersten Kammer 4 des
Hydraulikzylinders 3 verbunden ist. Ein zweiter Auslass
umfasst eine zweite Leitung 20, die mit einer zweiten Kammer 5 des
Hydraulikzylinders 3 verbunden ist. Ein dritter Auslass
umfasst eine dritte Leitung 12, welche das Medium zurück zum Mediumspeicher 8 führt. Der
Hydraulikzylinder 3 umfasst einen Kolben 6, welcher
einen oberen Kolbenbereich 21 und einen unteren Kolbenbereich 22 umfasst.
Die oberen und unteren Kolbenbereiche 21 bzw. 22 zeigen
Querschnittsflächen,
welche zu den Endoberflächen
des Kolbens hin kleiner werden. Der hydraulische Zylinder 3 umfasst
eine obere Aussparung 23 und eine untere Aussparung 24,
welche jeweils ausgestaltet sind, um die oberen und unteren Kolbenbereiche 21 und 22 aufzunehmen.
Der Kolben 6 beinhaltet eine Kolbenstange 7, deren
unteres Ende mit einem Motorventil 25 verbunden ist. Der
hydraulische Zylinder 3 beinhaltet eine Auslassleitung 13 mit
einem Drosselventil 14.
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3a zeigt
die die Strömung
des Mediums führenden
Leitungen in dem Kreis schattiert, mit einem vollständig geschlossenen
Motorventil und einem Steuerventil 2 in einer zweiten Stellung.
In diesem Fall wird das Medium von dem Mediumspeicher 8 mittels
der Pumpe 1 über
den unteren Einlass zu einer unteren Kammer 26 in dem Steuerventil 2 geführt. Der
obere Kolben 15 verhindert, dass Medium in eine obere Kammer 27 des
Steuerventils 2 geführt wird.
Nachdem es durch die untere Kammer 26 gegangen ist, wird
das Medium durch die zweite Leitung 20 zur zweiten Kammer 5 des
Hydraulikzylinders 3 geführt. In dieser Situation befindet
sich der Kolben 6 in seiner oberen Endstellung. Die zweite
Kammer 5 ist daher mit der Auslassleitung 13 verbunden.
Das in die Kammer 5 strömende
Medium läuft
durch die Auslassleitung 13 aus, und zwar über das
Drosselventil 14 zurück
zum Mediumspeicher 8. Der Druck des Mediums in der Auslassleitung 13 wird
durch das Drosselventil 14 bestimmt. Der gleiche Druck herrscht
in der zweiten Kammer 5 vor und bestimmt auch die Kraft,
welche das Motorventil 25 in einer geschlossenen Position
hält.
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In 3b hat
sich das Steuerventil 2 in eine erste Stellung bewegt.
Das zirkulierende bzw. umlaufende Medium wird, wie durch die Schattierung
dargestellt, von der Pumpe 1 zu der oberen Kammer 27 in
dem Steuerventil 2 geführt.
Der Kolben 17 verhindert, dass das Medium in die untere
Kammer 26 geführt
wird. Von der oberen Kammer 27 passiert das Medium die
erste Leitung 19 zu der ersten Kammer 4 des Hydraulikzylinders 3.
Das in die erste Kammer 4 strömende Medium drückt den
Kolben 6 nach unten und bewegt daher auch das Ventil 25 aus
einer geschlossenen in eine offene Stellung. Das Steuerventil 2 in
dieser ersten Stellung erlaubt es dem Medium in der zweiten Kammer 5 des
hydraulischen Zylinders 3, durch die zweite Leitung 20 über den
unteren Raum 26 in dem Steuerventil 2 zu der Rücklaufleitung 12 und
dem Mediumspeicher 8 zurückgeführt zu werden. Diese Strömung des
Mediums ist durch den gepunkteten Bereich in 3b dargestellt.
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In 3c hat
das Motorventil 25 seine vollständig offene Stellung erreicht.
Das Medium in der ersten Kammer 4 des Hydraulikzylinders 3 ist
nun mit der Auslassleitung 13 verbunden worden. Das in
die Kammer 3 strömende
Medium wird durch die Auslassleitung 13 und das Drosselventil 14 zurück zum Mediumspeicher 8 geführt. Die
Verbindung zur Auslassleitung 13 öffnet im Wesentlichen unmittelbar,
bevor der Kolben 6 seine untere Endstellung erreichte. Das
Medium, das durch die Auslassleitung 13 treten kann, hat
den Mediumdruck auf den Kolben 6 verringert. Die Geschwindigkeit
des Kolbens 6 wurde daher abgebremst, bevor er seine untere
Endstellung erreicht hat. Der Kolben 6 zeigt einen unteren
Kolbenbereich 22 mit einer Querschnittsfläche, welche zum
Ende des Kolbens hin kleiner wird. Der untere Kolbenbereich 22 ist
ausgestaltet, um in einer unteren Aussparung 24 in dem
Zylinder 3 aufgenommen zu werden, bevor der Kolben seine
Endstellung erreicht. Das in der Ausnehmung 24 befindliche
Medium wird daher nach oben gedrückt
und wird durch eine Lücke
mit stetig kleiner werdendem Querschnitt hindurchgehen. Die Geschwindigkeit
des Kolbens 6 wird also auf diese Art gedämpft, bevor
der Kolben 6 seine Endstellung mit einem Motorventil in
einer voll geöffneten
Stellung erreicht.
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In 3d ist
das Steuerventil 2 zu seiner zweiten Stellung zurückgekehrt.
Das Medium wird von der Pumpe 2 zum unteren Raum 26 des
Steuerventils 2 zurückgeführt.
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Danach
wird das Medium durch die zweite Leitung 20 zum zweiten
Raum 5 des Hydraulikzylinders 3 geführt. Zugleich
erlaubt das Steuerventil 2 es dem Medium in der ersten
Kammer 3 (gepunktete Flächen), über die
erste Leitung 19 und den oberen Raum 27 des Steuerventils 2 zur
Rücklaufleitung 12 und
dem Mediumspeicher 8 zu gelangen. In dieser Situation hat
sich das Motorventil 25 in Richtung einer geschlossenen
Stellung des Kolbens 6 bewegt. Wenn das Motorventil 25 eine
vollständig
geschlossene Stellung erreicht hat, kann der in 3a gezeigte
Ablauf weiter durchgeführt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann frei innerhalb des Bereichs der Patentansprüche verändert werden.