DE2720058A1 - Steuerventil - Google Patents

Description

DEERE & COMPANY

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Steuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem Steuerventil (US-PS 3,583,422) ist es bereits bekannt, in einem Ventilgehäuse mit zwei koaxial zueinander verlaufenden Bohrungen zur Aufnahme eines Steuerkolbens und eines Akkumulatorkolbens eine Einlaßbohrung mit einer Kraftquelle und eine Auslaßbohrung mit einem Verbraucher zu verbinden, wobei die Einlaßbohrung über eine Drosselleitung an das eine Ende der Akkumulatorbohrung und die Auslaßbohrung an das andere Ende der den Steuerkolben aufnehmenden Bohrung angeschlossen ist. Das zeitliche Verhalten bzw. Einschwingungsverhalten dieses Ventils während häufig wiederholter Brems- und Kupplungsbetätigung auf Grund von schnellen Getriebeschaltungen für unterschiedliche Getriebedrehzahlen macht es ungeeignet für Schlepper, so daß es lediglich bei Kleinkraftfahrzeugen bzw. Personenwagen einsetzbar ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerventil, insbesondere für Schaltgetriebe, Kupplungen, Bremsen oder anderen hydraulischen Aggregaten von Schleppern, Baumaschinen oder dergleichen derart auszubilden, daß auch bei Pumpen mit sehr hohen Arbeitsdrücken Druckspitzen vermieden werden können, um somit ein schnelles, einfaches und gleichmäßiges Schalten des Getriebes bzw. der hydraulischen Aggregate zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Durch die Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, Pumpen mit sehr hohem Fördervermögen zu verwenden, um die entsprechenden hydraulischen Einrichtungen beispielsweise das Getriebe ausreichend mit Druckmittel zu versorgen, wobei gleichzeitig gewährleistet wird, daß die mit dem Akkumulatorkolben verbundene Akkumulatorbohrung in relativ kurzer Zeit entleert werden kann, wozu

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das gesteuerte Sammelbehälterabsperrventil in eine Durchflußstellung gebracht wird. Da der Steuerkolben und der Akkumulatorkolben über Federn wirkungsmäßig miteinander verbunden sind und beide über Leitungen an das Sammelbehälterabsperrventil angeschlossen sind, das über den Steuerdruck des Modulierungsventils arbeitet, kann der druckbeaufschlagte Akkumulatorkolben von dem Sammelbehälter abgesperrt werden, so daß bei plötzlichem Druckabfall am Modulierungsventil der Akkumulatorkolben so lange an den Sammelbehälter angeschlossen werden kann und angeschlossen bleibt, bis der Druck entsprechend abgebaut ist.

Am Ende der Modulation befindet sich das Modulierungsventil und der Akkumulatorkolben in ihrer extrem linken Stellung, während das Sammelbehälterabsperrventil sich in seiner extrem rechten Stellung befindet. In dieser Stellung ist die Einlaßöffnung mit der Auslaßöffnung verbunden und die Akkumulatorbohrung und die Ablaufbohrung sind im Steuerschieberkolben von der Sammelbehälterleitung abgetrennt. Durch eine erste Schaltung des Getriebes wird ein Druckabfall an der Auslaßöffnung erzeugt, wodurch das Sammelbehälterabsperrventil in seine extrem linke Stellung bewegt wird, so daß die Steuerbohrung von der Ablaufbohrung im Steuerschieberkolben abgetrennt wird, während die Ablaufbohrung und die Akkumulatorbohrung an die Sammelbehälterleitung angeschlossen werden. Eine sehr schnell folgende zweite Getriebeschaltung führt zu einem vorübergehenden Druckanstieg in der Steuerbohrung, der jedoch ohne Einfluß auf das Sammelbehälterabsperrventil ist, da der Steuerschieberkolben des Sanunelbehälterabsperrventils die Steuerbohrung blockiert. Durch diesen Vorgang wird der Akkumulatorkolben in seine extrem rechte Stellung bewegt. Das Sammelbehälterabsperrventil unterbricht die Akkumulatorbohrung solange nicht von der Sammelbehälterleitung, bis der Druck in der Akkumulatorbohrung einen Wert erreicht hat, der einem Wert entspricht, der notwendig ist, um den Akkumulatorkolben gegen die rechte Stirnfläche zu schieben. Nach dem kurzfristigen Druckanstieg

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fällt der Druck in der Auslaßöffnung infolge der Getriebeschaltung ab, und die zweite Modulation beginnt bei dem gewünschten niedrigen Druck. Auf Grund der Flip-Flop-Charakteristik des Sammelbehälterabsperrventils ist das Steuerventil unabhängig von dem Fördervermögen oder dem Druck der Pumpe bzw. der Zeit zwischen den Getriebeschaltungen und der Viskosität des Druckmittels.

Die letzteren und weiteren Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel eines Ventils nach der Erfindung erläutert.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Steuerventil bezeichnet, das über eine Pumpe 12, die beispielsweise in einem Schlepper oder einer Baumaschine eingebaut ist und als Getriebepumpe arbeitet, mit Druckmittel versorgt wird. Das Steuerventil 1O ist an ein mit bezeichnetes Schaltgetriebe angeschlossen.

Die Pumpe 12 ist an eine im Ventilgehäuse 18 des Steuerventils vorgesehene Einlaßöffnung 16 angeschlossen, die mit einer Bohrung 20 in Verbindung steht, in der ein Modulierungsventil 22 angeordnet ist, das aus einem Steuerkolben 24 mit einer Ringnut 26 gebildet ist. Eine Seite der Ringnut 26 bildet eine Steuerkante 28, die mit einem Teil der Bohrung 2O zusammenwirkt, wobei dieser Teil als Steuerbohrung 30 bezeichnet ist. Der Steuerkolben 24 weist eine Ventilstirnfläche 32 auf, dessen Ende mit der Bohrung 20 eine abgeschlossene Steuerkammer 21 bildet. In der Endlagestellung des Steuerkolbens 24 kommt dieser gegen einen Teil dieser Kammer 21 zur Anlage. Gegenüber der Steuerkammer 21 befindet sich im Steuerkolben 24 eine Gegenbohrung 34, die einen als Ringnut ausgebildeten Entlastungsring 36 am Außenumfang des Steuerkolbens 24 aufweist. Der Entlastungsring 36 endet an der Ringnut 26.

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Die Steuerbohrung 30 verbindet die Einlaßöffnung 16 rait einer Auslaßöffnung 38, die an das Schaltgetriebe und an eine Steuerbohrung 40 sowie an eine eine Drossel 46 aufweisende Drosselleitung 42 angeschlossen ist. Die Steuerbohrung 40 ist ferner einenends an die Steuerkaituner 21 der Bohrung 20 und anderenends an eine abtrennbare Kammer 45 einer Sammelbehälterbohrung 44 angeschlossen.

Die in der Drosselleitung 42 vorgesehene Drossel 46 kann einstellbar ausgebildet sein und die Auslaßöffnung 38 mit einer Akkumulatorbohrung 4 8 verbinden.

Die Akkumulatorbohrung 4 8 ist mit ihrem einen Ende an eine weitere Akkumulatorbohrung 50 angeschlossen, die konzentrisch zur Bohrung 20 angeordnet und zu dieser hin geöffnet ist. Ein Akkumulatorkolben 52 mit einer Stirnfläche 54 lagert verschiebbar in der Akkumlatorbohrung 50. Der Akkumulatorkolben 52 weist eine Gegenbohrung 56 auf, in der eine Druckfeder 58 und eine Steuerfeder 60 angeordnet ist, die ebenfalls von der Gegenbohrung 34 des Steuerkolbens 24 aufgenommen wird. Im Ventilgehäuse befindet sich zwischen dem Steuerkolben 24 und dem Akkumulatorkolben 52 eine Ablaufbohrung 62, die an das Schaltgetriebe 14 angeschlossen ist.

Die Akkumulatorbohrung 48 ist ferner an das offene Ende der Sammelbehälterbohrung 4 4 angeschlossen. In der Sammelbehälterbohrung befindet sich ein Sammelbehälterabsperrventil 64, zu dem ein Steuerschieberkolben 66 gehört, der eine Verlängerung bzw. eine Kolbenstange 68 aufweist, die gegen eine Wand 70 der Akkumulatorbohrung 48 zur Anlage kommen kann, um somit eine weitere Verstellung des Steuerschieberkolbens 66 zu verhindern. Der Steuerschieberkolben 66 wird mittels einer Feder 72, die in einer im Steuerschieberkolben vorgesehenen Gegenbohrung 74 aufgenommen ist, in die Anschlagstellung gebracht. Eine Ablaufbohrung 76 ist etwa

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mittig im zylinderförmigen Gehäuse des Steuerschieberkolbens vorgesehen, um wahlweise von einer Sammelbehälterablaufbohrung abgesperrt bzw. mit dieser in Verbindung gebracht zu werden. Der Steuerschieberkolben 6 6 enthält ferner eine Ablaufbohrung 80, die wahlweise mit einer Sammelbehälterablaufbohrung 82 in Druckmittelverbindung gebracht wird bzw. von dieser abgesperrt wird. Die erste und zweite Sammelbehälterablaufbohrung 78 und 82 ist über eine Sammelbehälterleitung 8 4 an einen Sammelbehälter 86 angeschlossen.

Das in der Zeichnung lediglich schematisch angedeutete Schaltgetriebe 14 weist zwei Steuerventile 92 und 94 auf, die parallel über eine Getriebeversorgungsleitung 90 an die Auslaßöffnung angeschlossen sind. Die Steuerventile 92 und 94 sind als zwei Stellungsventile ausgebildet, die in ihrer einen Stellung die Getriebeversorgungsleitung 90 mit einem ersten und zweiten Zylinder und 98 und in einer anderen Stellung die Hydraulikzylinder an eine Sammelbehälterleitung 100 anschließen, die mit dem Sammelbehälter 86 verbunden ist. Die beiden Zylinder 96 und 98 können als Zylinder für Bremsen, Kupplungen oder als Zylinder für die Betätigungseinrichtung des Schaltgetriebes 14 verwendet werden.

Bei Beginn des Arbeitseinsatzes weist das Steuerventil 10 die in der Zeichnung dargestellte Stellung auf. über die Pumpe 12 wird Druckmittel zur Einlaßöffnung 16 geleitet, das dann über die Steuerbohrung 30 zur Auslaßöffnung 38 gelangt. Befindet sich das Steuerventil 92 in seiner Durchflußstellung, so fließt Druckmittel mit relativ geringem Druck zur Auslaßöffnung 38 und zum Zylinder 96 bis der Zylinder 96 seine Endlagestellung erreicht hat; erst danach steigt der Druck innerhalb des Zylinders an.

Der Druckanstieg im Zylinder 96 pflanzt sich über die Hydraulikleitungen zur Steuerkammer 21 des Modulierungsventils 22 und zur Kammer 4 5 des Sammelbehälterabsperrventils 6 4 fort. Der Druck

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pflanzt sich hierbei über die Auslaßöffnung 38 und über die Steuerbohrung 40 fort. Das Druckmittel fließt außerdem über die Auslaßöffnung 3 8 zur Drossel 46 in die Akkumulatorbohrung 48. Der Druck an der Ventilstirnfläche 32 steigt an, bis er einen bestimmten Druck überschreitet, der als durch die Druckfeder 58 hervorgerufene Einstelldruck! gekennzeichnet ist. Wird dieser Einstelldruck überschritten, so wird der Steuerkolben 2 4 in eine Stellung gebracht in der die Einlaßöffnung 16 von der Auslaßöffnung 38 abgetrennt wird.

Tritt plötzlich ein sehr starker Druckanstieg in der Auslaßöffnung 38 auf, der den Einstelldruck überschreitet, so wird der Steuerkolben 2 4 über seine Normalstellung hinaus verstellt und passiert dabei die Steuerbohrung 30. Durch diesen Vorgang wird eine Druckmittelverbindung zwischen dem Entlastungsring 36 und der Ablaufbohrung 62 hergestellt, so daß Druckmittel abfließen und somit der erhöhte Druckanstieg abgebaut werden kann.

Wenn die Steuerkante 28 des Steuerkolbens 24 die Steuerbohrung 30 allmählich absperrt, wird der Druck in der Auslaßöffnung 38 über die Drossel 4 6 mit geringem Druckabfall zur Akkumulatorbohrung 50 geleitet, so daß dort ein Druck aufgebaut wird, der dazu beiträgt, daß die Steuerkante 28 von der Steuerbohrung 30 gegen die Wirkung der Druckfeder 58 und der Steuerfeder 60 wegbewegt wird, Dies ist der Anfang der Modulation bzw. der Steuerung, bei der bei Druckanstieg in der Auslaßöffnung 3 8 der Steuerkolben 24 beeinflußt wird,wobei gleichzeitig wieder ein Gegenimpuls an dem Akkumulatorkolben 52 ausgelöst wird, so daß ein gleichmäßiger Druckanstieg in der Auslaßöffnung 38 gewährleistet ist. Die Stirnfläche 54 des Akkumulatorkolbens 52 ist etwas größer als die Stirnfläche 32 des Steuerkolbens 24, so daß stets sichergestellt ist, daß der Druck in der Akkumulatorbohrung 50 etwas kleiner ist, als der Druck in der Bohrung 20. Die gleichartigen Federkennlinien der Druckfeder und der Steuerfeder 60 gewährleisten einen gleichmäßigen Druckanstieg, während die Drossel 46 den Zeitfaktor des Druckanstieges

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bestimmt. Da der Druckanstieg in der Auslaßöffnung 38 während des Modulierungsvorganges schneller erfolgt als in der Akkumulatorbohrung 48, ist der Druck in der Kammer 45 der Sammelbehälterbohrung größer als der Druck am offenen Ende der Sammelbehälterbohrung 44, so daß das Sammelbehälterabsperrventil 64 die Sammelbehälterablauf bohrungen 78 und 82 absperrt. Das Modulierungsventil 22 bzw. der Steuerkolben 24 gewährleisten einen gleichmäßigen Druckanstieg an der Kupplung und den Bremselementen, so daß eine leichte Verstellung des Schaltgetriebes 14 möglich ist. Stellt sich am Akkumulatorkolben 52 ein bestimmter Druck ein, der durch die Druckfeder 58 und die Steuerfeder 60 bestimmt wird, so werden diese Federn zusammengedrückt und der Akkumulatorkolben 52 kommt gegen den Steuerkolben 2 4 zur Anlage, so daß das Modulierungsventil 22 in eine vollständig geöffnete Stellung verstellt wird. Dieser Vorgang wird als Endregelung oder Endmodulation bezeichnet.

Wird das Steuerventil 92 von seiner ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt und das Steuerventil 94 in die erste Stellung, so fällt der Druck an der Auslaßöffnung 38 plötzlich ab, da ein hoher Druckmittelverbrauch im zweiten Zylinder 98 auftritt. Fällt der Druck an der Auslaßöffnung 38 ab, so fällt der Druck in der Kammer 45 des Sammelbehälterabsperrventils 64 ebenfalls ab, so daß der Druck aus der Akkumulatorbohrung 4 8 den Steuerschieberkolben gegen die Wirkung der Feder 72 verstellt. Durch die Verstellung des Steuerschieberkolbens 66 wird die Steuerbohrung 40 von der Sammelbehälterbohrung 44 abgetrennt und das Druckmittel aus der Sammelbehälterbohrung 44 fließt über die Sammelbehälterablaufbohrung 78 ab. Wirkt lediglich die Feder 72 gegen den Druck in der Akkumulatorbohrung 48, so fällt der Druck in der Akkumulatorbohrung 48 und der Akkumulatorbohrung 50 in etwa auf Null ab, da Druckmittel über die Ablaufbohrung 80 zur zweiten Sammelbehälterablaufbohrung abfließen kann. Durch den Druckabfall in der Akkumulatorbohrung wird der Akkumulatorkolben 52 in Richtung des Endes 51 der Akkumulatorbohrung 50 verstellt.

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Nachdem der Druck in der Akkumulatorbohrung 4 8 abgebaut worden ist, verschiebt die Feder 72 den Steuerschieberkolben 66 wieder in die ursprüngliche Stellung zurück, bis die Kolbenstange 68 gegen die Wand 70 der Akkumulatorbohrung 4 8 zur Anlage kommt. In dieser Stellung ist eine weitere Verstellung des Steuerschieberkolbens 66 nicht möglich. Das Steuerventil 1O befindet sich dann, nachdem die Steuerventile 92 und 94 zurückgestellt worden sind, wieder in seiner ursprünglichen Stellung.

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Claims (3)

DEERE & COMPANY EUROPEAN OFFICE ~ \ ~ (GFR 10887) Patentansprüche

1.J Steuerventil, insbesondere für Schlepper oder Baumaschinen, mit -/ einem Ventilgehäuse, in dem eine an eine Pumpe angeschlossene Einlaßöffnung, eine an Verbraucher angeschlossene Auslaßöffnung, mindestens eine an einen Sammelbehälter angeschlossene Sammelbehälterablaufbohrung sowie ein einen Steuerkolben aufweisendes Modulierungsventil vorgesehen ist, das zwischen der Ein- und Auslaßöffnung geschaltet ist und in Abhängigkeit vom Druck in der Auslaßöffnung über eine die Einlaßöffnung mit einer Steuerkammer verbindende Steuerbohrung die Einlaßöffnung von der Auslaßöffnung absperrt, wobei ein Akkumulatorsteuerkolben über Federn wirkungsmäßig mit dem Modulierungsventil verbunden ist und über den Druck in einer an die Anschlußleitung angeschlossenen Akkumulatorbohrung, der kleiner ist als der Druck in der Auslaßbohrung, gesteuert wird und dabei das Modulierungsventil in eine die Einlaßöffnung mit der Auslaßöffnung verbindende Stellung verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (46) zwischen der Auslaßöffnung (38) und der Akkumulatorbohrung (48) sowie zwischen mindestens einer Sammelbehälterbohrung (82) und der Auslaßöffnung (38) vorgesehen ist, wobei zwischen der Akkumulatorbohrung (4 8) und der Sammelbehälterbohrung (82) ein Sammelbehälterabsperrventil (64) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit des Druckes in der Akkumulatorbohrung (48) steht, der größer als der Druck in der Auslaßöffnung ist, der das Sammelbehälterabsperrventil (6 4) in Schließstellung hält und die Akkumulatorbohrung solange mit dem Sammelbehälter (86) verbindet, bis der Druck unter einen bestimmten, einstellbaren Wert absinkt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulierungsventil (22) mit seinem ersten Ende (Steuerkammer 21) über die Steuerbohrung (40) mit der Auslaßbohrung (38) und dem ersten Ende der Sammelbehälterbohrung (44) verbunden ist, während die Akkumulatorbohrung (48) das zweite Ende der den Akkumulatorkolben (52) aufnehmenden Akkumulatorbohrung (50) mit dem zweiten Ende der Sammelbehälterbohrung (44) verbindet, wobei die Dros-

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ORIGINAL INSPECTED

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sei (46) die Auslaßöffnung (38) mit der Akkumulatorbohrung (48) verbindet.

3. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelbehälterbohrung (44) ein Steuerschieberkolben (66) in Abhängigkeit des Druckes in der Steuerbohrung (40) zwischen einer ersten Stellung, in der die Steuerbohrung an die Sammelbehälterbohrung (44) angeschlossen und diese von der ersten Sammelbehälterablaufbohrung (78) und die Akkumulatorbohrung (48) von der ersten Sammelbehälterablaufbohrung und der zweiten Sammelbehälterablaufbohrung (82) abgetrennt und einer zweiten Stellung in Abhängigkeit des Druckes in der Akkumulatorbohrung verstellbar ist, in der die Steuerbohrung (40) von der Sammelbehälterbohrung (4 4) blockiert und diese an die erste Sammelbehälterablaufbohrung (78) und die Akkumulatorbohrung (48) an die zweite Sammelbehälterablaufbohrung (82) angeschlossen ist.

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