CH713373A1 - Hydraulischer Druckregler zur Ansteuerung einer verstellbaren hydraulischen Verdrängereinheit. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckregler (20) zur Ansteuerung einer verstellbaren hydraulischen Verdrängereinheit, bestehend aus einer Vor- und Hauptstufe (20a, 20b), wobei die mittels mechanischem oder elektrischem Primäraktor ansteuerbare Vorstufe zwei Anschlüsse (22, 23) aufweist, deren fluidsche Verbindung mittels eines Pilotkolbens (21) der Vorstufe (20a) steuerbar ist, wobei der Pilotkolben (21) von einer Stufenbuchse (30) umgeben ist und die Einbauorientierung der aus dem Pilotkolben (21) und Stufenbuchse (30) gebildeten Bauteilkombination derart änderbar ist, so dass der Druckregler wahlweise mit einer steigenden oder fallenden Kennlinie betreibbar ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckregler für eine verstellbare hydraulische Verdrängereinheit.

[0002] Als hydraulische Verdrängereinheit wird eine Hydraulikpumpe bzw. ein Hydraulikmotor verstanden. Sind diese verstellbar, so kann bei einer Hydraulikpumpe das Aufnahmedrehmoment und bei einem Hydraulikmotor das Abgabedrehmoment eingestellt werden.

[0003] Das Aufnahmedrehmoment einer Hydraulikpumpe kann über die Grösse des Schrägwinkels, welcher über die Position des Stellkolbens vorgegeben wird, eingestellt werden. Gleichermassen kann das Abgabedrehmoment eines Hydraulikmotors über die Grösse des Schrägwinkels, welcher über die Position des Stellkolbens vorgegeben wird, eingestellt werden. Die derartige Anpassung des Aufnahme- bzw. des Abgabe-Drehmoments kann verallgemeinert für den Pumpen-bzw. den Motorenbetrieb bei einer Axialkolbenmaschine und nochmals verallgemeinert bei einer Hydraulischen Verdrängereinheit erfolgen.

[0004] Das Aufnahme-Drehmoment einer Hydraulikpumpe wird durch den Schrägscheibenwinkel eingestellt. Die Vorgabe dieses Winkels erfolgt durch die Position eines Stellkolbens. Diese Position wird definiert, indem durch einen hydraulischen Druckregler ein bestimmter vorgegebener Öldruck, dem sogenannten Stelldruck auf den Stellkolben einwirkt. In entgegengesetzter Richtung dazu wirkt auf den Stellkolben die Rückstellkraft einer Druckfeder.

[0005] Damit durch den vorliegenden Öldruck tatsächlich eine entsprechende Kontraktion der Druckfeder erfolgen kann, muss der Stellkolben eine entsprechend grosse Auflagefläche aufweisen. Daraus wird klar, dass der hydraulische Druckregler im Stande sein muss, entsprechende Ölflussmengen darzustellen, mit denen das Hubvolumen des Stellzylinders in einer akzeptablen Stellzeit befüllt bzw. entleert werden kann.

[0006] Ist die benötigte Position des Stellkolbens gleichbedeutend mit dem benötigten Druckniveau im Stellzylinder erreicht, kann die Ölverbindung zu diesem vom Ausgang des Hydraulikreglers annähernd gesperrt werden. Der Aufbau eines vollkommen öldichten Systems wäre nicht zielführend, weil in einem betriebenen Hydrauliksystem die Aufrechterhaltung der Bauteileschmierung immer eine geringe Leckage erfordert, die wiederum zur Vermeidung von erhöhtem Verschleiss zwingend ist.

[0007] Ist zur Erreichung eines geänderten Aufnahme-Drehmomenten-Sollwertes der Hydraulikpumpe eine Erhöhung des Stellkolben-Hubes erforderlich, dann muss der Ausgangsdruck des Reglers angehoben werden und gleichzeitig von dessen Ausgang zum Ölanschluss des Stellzylinders eine Ölverbindung mit einem durchgängig grossen Ouerschnitt bzw. einem entsprechend niedrigen Strömungswiderstand freigegeben werden, die einen entsprechend hohen Ölfluss ermöglicht, damit die Bewegung des Stellkolbens innerhalb der geforderten Stellzeit erfolgt.

[0008] Ist hingegen zur Erreichung eines geänderten Aufnahme-Drehmomenten-Sollwertes der Hydraulikpumpe eine Verkürzung des Stellkolben-Hubes erforderlich, dann muss der Ausgangsdruck des Reglers abgesenkt werden und gleichzeitig von dessen Ausgang zum Ölanschluss des Stellzylinders eine Ölverbindung mit einem durchgängig grossen Ouerschnitt freigegeben werden, damit die durch die Verkleinerung des auszufüllenden Volumens im Stellzylinder die überschüssige Menge an Hydrauliköl zum Vorratstank hin abfliessen kann.

Grundkonzept, Anwendungsbeispiele und Unterscheidung zwischen Reglern mit fallender und steigender Kennlinie [0009] Im sogenannten Mitteldruckbereich, der in einer Grössenordnung von einigen hundert bar und dem Einsatzbereich Mobiler Arbeitsmaschinen entspricht, erfordert die Ansteuerung eines hydraulischen Druckreglers, über dessen Ausgang das Hydrauliköl zur Beaufschlagung des Stellkolbens bereitgestellt wird, bereits eingangsseitig ein vergleichsweise hohes Druckniveau und ausgangsseitig einen vergleichsweise hohen Ölfluss. Aus diesen Gründen werden solche Druckregler im Allgemeinen zweistufig aufgebaut. Die sogenannte Vorstufe kann dann über einen Aktuator, der bspw. auf einem Elektromagneten basiert und in der Hydraulik als Proportionalmagnet bezeichnet wird, angesteuert werden. Hierfür genügt dann die standardmässige Bordnetzspannung von 24 V und bei einer maximalen Ansteuerung des Proportionalmagneten eine Stromstärke von 1A, was von heutigen standardmässigen Steuergeräten erwartet werden kann. Der am Vorstu-fen-Ausgang bestehende Druck befindet sich dann bereits auf einem zur Ansteuerung der Hauptstufe genügend hohen Druckniveau. (Der zur Ansteuerung der Hauptstufe erforderliche Ölfluss, ist deutlich geringer als der zur Ansteuerung des Stellkolbens.) [0010] Selbstverständlich können Systemausfälle, wie eine fehlerhafte elektronische oder elektrische Verbindung oder Undichtheiten im Hydrauliksystem oder der Ausfall ganzer Komponenten etc., niemals ausgeschlossen werden. Vielmehr müssen beim Auftreten von technischen Fehlern sicherheitsrelevante Fehlfunktionen, Sekundärfehler und Gefahren vermieden werden. Idealerweise sollte bei einem Fehlerfall sogar ein weiteres Betreiben der Mobilen Arbeitsmaschine möglich sein.

[0011] Ein solches längst umgesetztes Anwendungsbeispiel für Letzteres stellt der bedarfsgerechte Betrieb eines durch einen Hydraulikmotor angetriebenen Lüfters dar.

[0012] Ist nur eine geringe Wärmeabfuhr erforderlich, wird in den Hydraulikmotor entsprechend weniger hydraulische Leistung eingespeist als dies bei der Notwendigkeit von vergleichsweise hohen Kühlleistungen der Fall ist. Wäre der be treffende Hydraulikmotor oder der Lüfter beschädigt, so würde klarerweise diese Kühlungsfunktion entsprechend eingeschränkt oder überhaupt nicht mehr funktionieren, was einen Sekundärschaden durch Überhitzung nach sich ziehen könnte. Läge jedoch ein Defekt in der Wirkungskette der Ansteuerung des Lüfters vor dem Hydraulikmotor z.B. ein Ausfall des Aktuators zur Ansteuerung der Vorstufe des hydraulischen Druckreglers vor, dann würde dies nicht zu einem Lüfter-Ausfall führen, sofern dessen Regelung vorteilhafterweise derart ausgeführt ist, dass sich in diesem Fehlerfall der Stellkolben des Lüfter-Hydraulikmotors selbsttätig auf eine Hubposition einstellt und dort verharrt, bei der ein maximaler Schrägwinkel vorliegt und wodurch der betreffende Hydraulikmotor die mechanische Maximalleistung zum Antrieb des Lüfters abgibt. Dadurch wird eine entsprechende Überhitzung vermieden.

[0013] Das Konzept ist auch für das Positionieren von Hydraulikpumpen-Stellkolben anwendbar. Um auf das gegebene Beispiel eines bedarfsgerechten Lüfter-Betriebs zurückzukommen, kann dieser von einem sogenannten Fixmotor, d.h. einem Hydraulikmotor, dessen Schrägwinkel nicht verstellbar ist, betrieben werden, und die gewünschte Variabilität durch das Vorhandensein einer speziell diesem Fixmotor zugeordneten verstellbaren Hydraulikpumpe erreicht werden. Hierbei ist der Fixmotor über einen Ölkreislauf mit der Hydraulikpumpe verbunden, deren Stellkolben mittels eines solchen Druckreglers positioniert wird, bei dem das Ausbleiben seiner Ansteuerung zu einem maximalen Ausschwenken der dem Lüfter zugeordneten Hydraulikpumpe führt, womit - unter der Voraussetzung, dass der Kopplungspfad über diese Hydraulikpumpe, dem Ölkreislauf, dem Fixmotor bis hin zum Lüfter funktioniert - sichergestellt ist, dass ein Ausfall seiner Ansteuerung nicht zu einem Ausfall des Lüfters führt.

[0014] Prinzipiell ist letzteres Konzept bei bestehendem Kühlungsbedarf in allen ortsfest betriebenen Systemen (z.B. in Industrieanlagen oder Einheiten zur Energieerzeugung etc.) und in allen mobil betriebenen Systemen z.B. Fahrzeugen möglich und bietet sich insbesondere für solche Systeme an, bei denen bereits hydraulische Komponenten vorhanden sind, wie bei Mobilen Arbeitsmaschinen. Darüber hinaus handelt es sich bei dem zuvor beschrieben Konzept des Lüfterbetriebs um ein Anwendungsbeispiel von insgesamt vielen Einsätzen, in denen vorteilhafterweise die Positionsvorgabe des Stellkolbens durch einen sogenannten Regler mit fallender Kennlinie (s.u.) erfolgt.

[0015] Klarerweise existieren auch solche Funktionen unter Mitwirkung von hydraulischen Verdrängereinheiten deren Betrieb bei dem Ausfall ihrer Ansteuerung zur Vermeidung von Schäden zwingend vermieden werden muss. Beispiele solcher Funktionen aus dem Anwendungsbereich Mobiler Arbeitsmaschinen wäre eine für den Fahrantrieb oder eine für das Bewegen von Arbeitsgeräten z.B. das Drehen eines Oberwagens oder das Bewegen eines Auslegers eingesetzte Verdrängereinheit. Notwendigerweise wird für die bei solchen Funktionen eingesetzten Verdrängereinheiten jeweils ein Regler mit steigender Kennlinie verwendet.

[0016] Die Ansteuerung der Vorstufe eines hydraulischen Druckreglers durch sogenannte Proportionalmagneten ist weitverbreitet. Jedoch kann auch eine Ansteuerung durch einen andersartigen elektrischen oder anderweitigen Aktuator oder durch eine rein mechanische Kopplung zu einem Bedienhebel erfolgen. Ferner können ein hydraulischer Druckregler mit fallendender Kennlinie ebenso ein hydraulischer Druckregler mit steigender Kennlinie nicht nur im Anwendungsbereich Mobiler Arbeitsmaschinen begrenzt, sondern ganz allgemein für ortsfest oder mobil betriebene Systeme in einer Systemsteuerung oder einer Systemregelung eingesetzt werden. Bei der Verwendung des Reglers in einer Systemsteuerung nimmt dessen Ausgangswert in Abhängigkeit des Istwertes einer bestimmten System-Betriebsgrösse oder in Abhängigkeit verschiedener Grössen einen eindeutig festgelegten Wert an. Bei der Verwendung des Reglers in einer Systemregelung tendiert bzw. verharrt dessen Ausgangsgrösse auf denjenigen Wert, bei dem die Regelgrösse Ihren Sollwert erreichen wird bzw. erreicht hat.

[0017] Fig. 1 zeigt (leicht idealisierte) Strom-Druck-Kennlinien einer aus einer Hydraulikpumpe und einem hydraulischen Druckregler bestehenden Einheit. Es handelt sich in beiden Fällen um einen zweistufigen hydraulischen Druckregler, dessen Vorstufe einen mit der Stromstärke/anzusteuernden elektrischen Aktuator z.B. einen Proportionalmagneten beinhaltet. Die gestrichelt eingetragene Linie verweist auf die Kennlinie einer solchen Hydraulikpumpen-Regler-Einheit mit steigender Kennlinie. Die andere, durch die aneinander gereihten Strich-Punkte dargestellte Linie zeigt die Kennlinie einer Hydraulikpumpen-Regler-Einheit mit fallender Kennlinie. Im gezeigten Diagramm ist über der Ansteuer-Stromstärke I der Ausgangsdruck pHD der Hydraulikpumpe aufgetragen. Die maximale Ansteuer-Stromstärke I = Imax eines solchen Reglers liegt typischerweise bei etwa 1A. Bei Hydraulikpumpen für den sogenannten Mitteldruck Anwendungsbereich liegt der maximale Ausgangsdruck pHD = Phd, Max bei etwa 320 bar.

[0018] Die beiden abgebildeten Kennlinien sind dahingehend idealisiert, dass innerhalb des gesamten Strombereiches, in dem eine Änderung des Hydraulikpumpen-Ausgangsdrucks Phd erfolgt, jeweils eine lineare Abhängigkeit vom Hydrau-likpumpen-Ausgangsdruck Phd und der Ansteuer-Stromstärke/vorliegt. In der Praxis wird eine solche lineare Abhängigkeit angestrebt, aber nicht erreicht. Bei hoher vorhandener Nicht-Linearität neigt der Primärantrieb, der die Hydraulikpumpen mit Leistung versorgende Antrieb zu Drehzahlschwankungen. Daher ist die Linearität insbesondere für solche Hydraulik-pumpen-Regler-Einheiten wichtig, die einen hohen Anteil der Abgabeleistung des Primärantriebs beziehen.

[0019] Auch das hier Beschriebene lässt sich entsprechend auf den Betrieb von Hydraulikmotoren übertragen und auf hydraulische Verdrängereinheiten verallgemeinern, auch auf solche ausserhalb des Mitteldruckbereiches. In der der Fig. 1 entsprechende Kennliniendarstellungen einer Hydraulikmotor-Regler-Einheit müssen an der Abszisse das Abgabe-Drehmoment des Hydraulikmotors anstelle des Druckes PHd> dem Druckniveau am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe, aufgetragen werden.

Erklärung des elektrisch ansteuerbaren zweistufigen hydraulischen Druckreglers mit fallender Kennlinie zum Ansteuern einer Hydraulikpumpe anhand eines Schaltbildes [0020] Fig. 2 zeigt die schematische Ansicht einer aus einer Hydraulikpumpe 1 und dem hydraulischen Druckregler 2 bestehenden Einheit, deren Abgrenzung zu den weiteren Bestandteilen des hydraulischen Gesamtsystems durch die äussere gestrichelte Linie dargestellt ist. Die innerhalb dieser Umrandung eingezeichneten Ölverbindungen zwischen diesen vorhandenen Schaltsymbolen verlaufen im Inneren der beiden miteinander druckdicht verschraubten Gehäuse der Hydraulikpumpe 1 und des Druckreglers 2. Die Ölanschlüsse dieser Einheit sind die Saugleitung S, über die vom Vorratstank kommend die Hydraulikpumpe das von ihr zu fördernde Öl bezieht und deren Hochdruckausgang A, über den die hydraulischen Verbraucher versorgt werden sowie eine Rückleitung zum Vorratstank, damit das bei einer entsprechenden Betätigung des Stellkolbens 1 a abzuführende Öl sowie das der Leckage dorthin abfliessen kann. Die Rückleitung selbst ist in der Fig. 2 nicht eingezeichnet. Die für das Funktionieren des hydraulischen Druckreglers 2 essentiellen Verbindungen zum Vorratstank sind durch die Tanksymbole eines hydraulischen Schaltbildes zu erkennen.

[0021] Das sich rechts unten befindende Subsystem stellt die Vorstufe 2a dar, deren beide hydraulischen Eingänge (Zuleitungen) an der Unterseite des Steuerschieber-Schaltzeichens eingetragen sind. Der linke dieser Eingänge ist mit der dem Hydrauliköl-Vorratstank, d.h. mit der Unterdruckseite verbunden. Der andere hydraulische Eingang ist über eine Drossel 2c mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 verbunden. Auf der linken Seite des Steuerschiebers befindet sich ein Proportionalmagnet, durch dessen Bestromung der Schieber gegen die Rückstellkraft der rechtseitig von ihm angeordneten Druckfeder bewegt werden kann. Im abgebildeten Zustand befindet sich der Schieber in derjenigen Endanschlagposition, die bei einem unbestromten bzw. entsprechend schwach bestromten Proportionalmagneten vorliegt, wodurch die von der Vorspannung der Druckfeder ausgehende Kraft nicht überwunden wird. Bei Vorliegen dieser Endanschlagposition wird das im Hydrauliköltank vorliegende, d.h. das Niederdruckniveau, direkt auf den an der oberen Seite des Steuerschieber-Schaltsymbols eingezeichneten hydraulischen Ausgangsanschluss der Vorstufe 2a durchgeleitet, wohingegen das Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe vollständig vom hydraulischen Ausgangsanschluss der Vorstufe 2a entkoppelt ist. In dieser Endanschlagposition des Schiebers der Vorstufe 2a liegt an deren Ausgang im Stationärzustand ein relativer Öldruck von 0 bar vor. Vor dem Erreichen des Stationärzustands fliesst aus dem Bereich, der in Bezug auf den Vorstufen-Ausgang mit diesem durch eine direkte Ölverbindung stehenden Teil der Hauptstufe 2b enthaltenes überschüssiges Hydrauliköl zum Vorratstank hin zurück. Dieser Rückfluss erfolgt über die Vorstufe 2a. Dabei erfolgen der Öleintritt über den als Vorstufen-Ausgang bezeichneten Anschluss und der Austritt über den mit dem durch das Tanksymbol gekennzeichneten Symbol. In Bezug auf den Ölfluss kann demnach aus dem als Vorstufen-Ausgang bezeichneten Anschluss Öl aus der Vorstufe 2a herausfliessen und hineinfliessen. Daher ist die Bezeichnung Vorstufen-Ausgang als eine Signal- bzw. Regelungs-technische Abstraktion zu verstehen.

[0022] Wird bei einer Bestromung des Proportionalmagneten eine Schwellen-Stromstärke der Höhe h (betragsmässig) überschritten, setzt bei einer weiteren (betragsmässigen) Erhöhung der Stromstärke I eine Bewegung des Schiebers in die Richtung der einer Kontraktion unterliegenden Druckfeder ein. Erreicht die Stromstärke I eine gewisse Höhe l2, welche betragsmässig grösser als h ist, dann gelangt und verbleibt der Schieber in einer Position in der das Druckniveau des Hydrauliköl-Vorratstanks vollständig vom Vorstufen-Ausgang entkoppelt ist, wohingegen der Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 über die der Vorstufe 2a vorgeschalteten Drossel 2c dem Vorstufen-Ausgang zugeführt wird, wodurch der dortige Druck - in Bezug auf das vorliegende Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe - seinen Maximalwert annimmt. Liegt die besagte Stromstärke I zwischen den Werten h und h, dann bewirkt ein betragsmässiger Stromanstieg eine Bewegung des Schiebers nach rechts, was wiederum eine Erhöhung des Vorstufen-Ausgangsdruck-Ni-veaus hervorruft. Liegt die besagte Stromstärke I zwischen den Werten ΙΊ und l2, dann bewirkt eine betragsmässige Absenkung des Stromstärke I eine Bewegung des Schiebers nach links, was ihrerseits eine Abnahme des Vorstufen-Ausgangs-drucks verursacht. Durch eine entsprechende im Folgetext beschriebene geometrische Gestaltung der Ölverbindungen und Ölvolumen innerhalb der Vorstufe 2a ergeben sich dort Strömungswiderstände in einer derartigen Abhängigkeit von der Position des Schiebers, dass innerhalb des Strombereiches von h und l2 ein näherungsweise linearer Zusammenhang zwischen der Stromstärke-Differenz Ι-ΙΊ und dem Vorstufen-Ausgangsdruck besteht (vgl. Verlauf der Grösse pVs in Fig. 3).

[0023] Aus dem Schaltbild ist zu erkennen, dass sich die Axialposition des Schiebers nicht allein durch die von der Druckfeder und dem Proportionalmagneten ausgehenden Kräfte ergibt. Vielmehr wird der Vorstufen-Ausgangsdruck dem Schieber derart aufgeprägt, dass auf diesen eine zusätzliche, in gleicher Richtung wie die von der Druckfeder ausgehende Kraft wirkt. Hierdurch entsteht eine selbsttätige zu einer Dämpfung hinführende Regelung des Vorstufen-Ausgangsdrucks sowie zu dessen Maximalwert-Begrenzung. Führt bspw. eine Störung zu einer ungewollten Erhöhung des Vorstufen-Ausgangsdrucks, steigt aufgrund der besagten Druckrückführung die - von der Rückstellkraft der Druckfeder unterstütze -Gegenkraft zu der vom Proportionalmagneten ausgehende auf den Schieber einwirkende Kraft. Führt bspw. eine Störung zu einer ungewollten Abnahme des Vorstufen-Ausgangsdrucks, reduziert sich die durch den beschriebenen Mechanismus bestehende Gegenkraft zu der vom Proportionalmagneten ausgehenden auf den Schieber einwirkenden Kraft. Entsprechende Störungen treten insbesondere durch abrupte Lastwechsel, d.h. transiente Änderungen der Leistungsaufnahme der hydraulischen Verbraucher auf.

[0024] Abschliessend zur Vorstufe 2a sei an dieser Stelle der Hinweis gegeben, dass sich jeweils diejenige Position des Schiebers einstellt, bei der ein Gleichgewicht der folgenden Kräfte vorliegt: - der Rückstellkraft der Druckfeder in Abhängigkeit der Schieberposition - der Kraft des Proportionalmagneten in Abhängigkeit der Stromstärke - der Kraft, die sich durch das Rückführen des Vorstufen-Ausgangsdruckes auf eine definierte Auflagefläche am Schieber einstellt. (Bei einem Nicht-Auftreten einer Kontraktion der Druckfeder liegt der Schieber an seiner Auflagefläche an, woraus sich ebenfalls eine definierte Position ergibt. Aus der Sicht einer Kräftebetrachtung kommt eine Auflagekraft hinzu, wodurch letztlich ein Gleichgeweicht der vier genannten Kräfte vorliegt.) [0025] Oberhalb der bisher betrachteten Vorstufe 2a ist im Schaltbild die Hauptstufe 2b eingetragen. Der Vorstufen-Aus-gangsdruck wird über einen hydraulischen Steuereingang der Hauptstufe, genauer formuliert seiner sogenannten Steuerfläche, zugeführt. Der verbleibende Steuereingang der Hauptstufe 2b ist direkt mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 verbunden. Diese beiden Steuersignale treffen auf ihre jeweilige Steuerfläche auf, woraus zwei sich überlagernde, auf den Schieber der Hauptstufe 2b einwirkende Kräfte entstehen, die der Rückstellkraft der zur Hauptstufe 2b gehörenden einstellbaren Feder entgegenwirken. Gemäss dem Kräftegleichgewicht F FHp + FVs = Ff ergibt sich eine definierte axiale Position des Schiebers. Mit FHp wird diejenige Kraft bezeichnet, die das am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 vorliegende Druckniveau an ihrer Steuerfläche am Schieber ausübt. Mit FVs wird diejenige Kraft bezeichnet, die das am Vorstufen-Ausgang vorliegende Druckniveau an ihrer Steuerfläche am Schieber ausübt. Ff ist die Rückstellkraft der Druckfeder.

Fall 1: [0026] Ist anfangs aufgrund entsprechend niedriger Druckniveaus die Kräftesumme FHp + FVs vorerst derart niedrig, dass in der Hauptstufe 2b keine bzw. kaum eine Kontraktion der dortigen Druckfeder vorliegt, verharrt - in Bezug auf die im Schaltbild bestehende Anordnung - der Schieber zunächst auf seiner rechten Anschlagposition. Das entspricht der im Schaltbild aufgezeigten Schieber-Position, bei der eine direkte Verbindung zwischen dem Hauptstufen-Ausgang und dem Hydrauliköl-Vorratstank besteht. In diesem Fall hat die Konterfeder des Hydraulikpumpen-Stellkolbens 1a diesen an seinen Endanschlag gedrückt. In einer weiteren zu dem vorausgegangenen Text dieses Abschnitts konformen Annahme habe der relative Vorstufen-Ausgangsdruck einen Wert von 0 bar.

Befindet sich der Stellkolben an dem derzeit gedanklich betrachteten Endanschlag (In der symbolischen Darstellung des Stellzylinders 1a in Fig. 2 zeigt der Stellkolben 1a eine Position auf, welche zu der dort abgebildeten Schieberposition der Hauptstufe 2b nicht konsistent ist. Die Schieberposition der Hauptstufe 2b sorgt für eine direkte Verbindung des Stellzylinder-Innenvolumens zum Hydrauliköl-Vorratstank. Durch die Symbolik und Beschriftung des Triebwerks der Hydraulikpumpe 1 ist zu erkennen, dass dieses in der vorliegenden Situation bei maximalem Schrägwinkel a und somit unter maximalem Hub der Triebwerkskolben arbeitet. Da das Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe 1 über die entsprechende Steuerfläche dem Schieber aufgeprägt wird, wird auf diesen eine Kraft ausgeübt, welche der Rückstellkraft der dortigen Druckfeder entgegenwirkt. Kann diese hierbei um eine gewisse Länge zusammengedrückt werden, setzt eine Bewegung des Schiebers ein, die eine Ölverbindung zwischen dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe und dem Hauptstufen-Ausgang herstellt. Der hierdurch einsetzende Ölfluss bewirkt einen ansteigenden Öldruck in dem vom Hauptstufen-Ausgang bis in das Innere des Stellzylinders 1a bestehenden Volumen. Den im dortigen Volumen einer solchen Anordnung vorliegenden Druck bezeichnet man als Stelldruck. Ein Anstieg des Stelldrucks führt über den Stellkolben 1 a zu einem Rückschwenken der Schrägscheibe, wodurch das Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe 1 abnimmt. Über dieses Prinzip der Gegenkopplung ergibt sich unter Beibehaltung der jeweiligen Vorspannung der Stellkolben-Rückstellfeder und der Druckfeder in der Hauptstufe 2b am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 ein definiertes Druckniveau. Es handelt sich hierbei um dessen Maximalwert der jeweils vorliegenden Konstellation, der sich einstellt, wenn am Vorstufen-Ausgang ein relatives Druckniveau von 0 bar vorliegt. Durch die Verstellbarkeit ihrer Vorspannung der sich in der Hauptstufe 2b befindenden Druckfeder kann dieser Maximalwert auf die Anwendung des Reglers 2 angepasst werden.

Fall 2: [0027] Ausgehend von dem unter Fall 1 beschriebenen Szenario erreichten stationären Endzustand erfolge ein Anstieg des Vorstufen-Ausgangsdrucks. Das Einsetzen von einer Erhöhung der Kräftesumme FHp + FVs führt in der Hauptstufe 2b zunächst zu einer derartigen Schieberbewegung, durch die sich der Strömungswiderstand und gleichermassen der Druckverlust entlang der vom Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 zum Hauptstufen-Ausgang bestehenden Ölverbindung reduziert, was eine Anhebung des Stelldrucks mit einer deshalb einhergehenden weiteren Kontraktion der Stellkolben-Rückstellfeder nach sich zieht, weil über den Hauptstufen-Ausgang die entsprechende Ölmenge zur Füllung des hinzukommenden Volumens im Stellzylinder dorthin zufliessen kann. In der vorliegenden Anordnung führt jedoch eine Bewegung des Stellkolbens 1 a in diejenige Richtung, bei der eine Zunahme der Kontraktion der Stellkolben-Rückstellfeder vorliegt, zu einem Rückschwenken der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe 1 und damit zu einer Druck-Abnahme an ihrem Hochdruckausgang. Das wiederum führt zu einer Entlastung der Hauptstufen-Rückstellfeder, so dass sich nach einer bestimmten Stelldruck-Anhebung ein stationäres Kräftegleichgewicht FHp + FVs = Ff in derjenigen Schieber-Position einstellt, bei der eine weitgehende Abriegelung des Hauptstufen-Ausgangs zu dem Hochdruck-Ausgang der Hydraulikpumpe 1 und zur Tankrückleitung besteht.

Fall 3: [0028] Diese soeben geschilderte Gegenkopplung existiert in analoger Weise bei einer Reduzierung der Kräftesumme FHp + Fvs- Hierbei erfolgt zunächst eine Bewegung des Schiebers, die das Abfliessen von Hydrauliköl aus dem Stellkolben 1a über den Hauptstufen-Ausgang zum Vorratstank hervorruft. Die dadurch einsetzende Stelldruck-Absenkung führt zu einem stärkeren Ausschwenken der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe 1 und damit zu einem Anstieg des Öldrucks an ihrem Hochdruckausgang bis sich im Laufe der Zeit ein derart reduzierter Stelldruck ergibt, bei dem sich ein stationäres Kräftegleichgewicht FHp + FVs = Ff in derjenigen Schieber-Position einstellt, in der eine weitgehende Abriegelung des Hauptstufen-Ausgangs zu dem Hochdruck-Ausgang der Hydraulikpumpe 1 und zur Tankrückleitung vorliegt.

[0029] In Bezug auf den Ölfluss kann demnach aus dem als Hauptstufen-Ausgang bezeichneten Anschluss Öl aus der Hauptstufe 2b herausfliessen und hineinfliessen. Daher ist die Bezeichnung Hauptstufen-Ausgang als eine Signal- bzw. Regelungstechnische Abstraktion zu verstehen und eben nicht als Kennzeichnung einer Strömungsrichtung.

Fall 4: [0030] Bei maximalem Ausgangsdruck der Vorstufe 2a ist die auf den Schieber in der Hauptstufe 2b einwirkende Kräftesumme FHp + Fvs auch dann noch entsprechend gross, um über den bereits erklärten Mechanismus den Schrägwinkel a der Hydraulikpumpe 1 auf einem niedrigen Wert zu halten, obgleich hierdurch die Kraft FHp einen vergleichsweise niedrigen Wert annimmt.

[0031] Fig. 3 zeigt die (leicht idealisierten) Strom-Druck-Kennlinien des Druckniveaus am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 und den Vorstufen-Ausgangsdruck einer solchen Hydraulikpumpen-Regler-Einheit mit fallender Kennlinie.

[0032] Nachfolgend eine Erklärung des elektrisch ansteuerbaren zweistufigen hydraulischen Druckreglers mit steigender Kennlinie zum Ansteuern einer Hydraulikpumpe anhand eines Schaltbildes: [0033] Zwar liessen sich die beiden genannten unterschiedlichen Kennlinien-Typen der aus dem Regler und der Pumpe bestehenden Gesamteinheit durch Verwendung zweier identischer hydraulischer Druckregler und entsprechend verschiedene Hydraulikpumpen-Ausführungen realisieren. Jedoch wird sinnvollerweise die Pumpe als Gleichteil verwendet, da deren Aufbau wesentlich komplexer als der eines Reglers ist. Deshalb sind die für die beiden unterschiedlichen Hydrau-likpumpen-Regler-Einheiten a) mit fallender (Fig. 2: Druckregler 2) und b) mit steigender Strom-Druck-Kennlinie (Fig. 4: Druckregler 2'), die der Hydraulikpumpe 1,1a entsprechenden in der oberen Umrahmung befindenden Schaltsymbole und Beschriftungen identisch (vgl. Fig. 2 und 4). Vergleicht man die beiden sich in der unteren Umrahmung befindenden Regler-Schaltbilder 2,2' (Fig. 2 und 4), so stellt man fest, dass diese für die beiden Hauptstufen 2b ebenfalls identisch sind. Bezogen auf die Schaltbilder beschränken sich die Unterschiede der beiden Regler-Typen lediglich auf die Vorstufe 2a, 2a'.

[0034] Tatsächlich wäre der Bau solcher Druckregler 2, 2a') mit fallender und b) mit steigender Strom - Druck - Kennlinie möglich, die sich im Aufbau Ihrer Vorstufe 2a, 2a' gleichen und stattdessen jedoch verschiedene Hauptstufen 2b aufweisen. Derartige Ausführungen wären jedoch fertigungstechnisch aufwendiger und hätten den Nachteil, dass im unteren Druckbereich keine Regelung möglich ist.

In der Umsetzung wäre es am einfachsten, unabhängig vom Reglertyp baugleiche hydraulische Regler zu verwenden und lediglich die Ansteuerung des elektrischen Primäraktuators anzupassen, um dadurch je nach Bedarf eine steigende oder fallende Kennlinie zu erzielen. Unabhängig davon, ob der Regler mit steigender oder fallender Kennlinie betrieben wird, würde sich bei einem Ausfall des ei. Primäraktuators das gleiche Druckniveau am Hauptstufen-Ausgang ergeben. Wie zu anfangs erklärt, soll aber aus Sicherheitsgründen im Fall eines Ausfalls des ei. Primäraktuators am Hauptstufen-Ausgang das maximale Druckniveau dann vorliegen, wenn ein Regler 2 mit fallender Kennlinie dargestellt wird. Hingegen soll das minimale Druckniveau vorliegen, wenn ein Regler 2' mit steigender Kennlinie dargestellt wird.

Betrachtung der Druckregelung [0035] Bei dem Regler mit steigender Kennlinie wird der Ausgangsdruck der Vorstufe 2a' derart auf diese zurückgeführt, dass dieser gemeinsam mit der vom Proportionalmagneten ausgehenden Kraft auf den Pilotkolben gegen die Rückstellkraft der dortigen Druckfeder wirkt.

[0036] In dem in Fig. 4 abgebildeten Zustand befindet sich der Pilotkolben in derjenigen Endanschlagposition, die bei einem unbestromten bzw. entsprechend schwach bestromten Proportionalmagneten vorliegt, wodurch die von ihm ausgehende Kraft zur Kontraktion der Druckfeder nicht ausreicht. Bei Vorliegen dieser Endanschlagposition wird das Niveau des Hydraulikpumpen-Hochdruckausgangs über die der Vorstufe 2a' vorgeschaltete Drossel 2c dem Vorstufen-Ausgang zugeführt. Mit diesem und dem direkt am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe bestehenden Druckniveau werden in der Hauptstufe 2b ihre jeweiligen Steuerflächen beaufschlagt und bilden am Hauptsteuerkolben eine der von der einstellbaren Druckfeder ausgehenden Rückstellkraft entgegen gerichtete Kräftesumme FHp + FVs- Führt diese Kräftesumme zu einer starken Kontraktion der einstellbaren Druckfeder, dann ergibt sich ein entsprechend hoher Stelldruck, dessen Erhöhung in der Hydraulikpumpe 1 zu einem Zurückschwenken der Schrägscheibe führt, wodurch sich das Druckniveau am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 reduziert. In der betrachteten Anordnung ist bei Vorliegen eines niedrigen Druckniveaus am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 die Kräftesumme FHp + FVs tendenziell niedrig, da jede der beiden Kräfte letztlich aus einer direkten bzw. indirekten Rückführung des am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 bestehenden Druckniveaus basiert. Folglich führt die Kräftesumme FHp + FVs nur zu einer deutlich begrenzten Kontraktion der einstellbaren Druckfeder. Das bedeutet wiederum eine Begrenzung des maximal möglichen Stelldrucks, was wiederum einer Abnahme des Schrägwinkels a entgegen wirkt und damit eine Erhöhung des Druckniveaus am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 hervorruft.

Mit dieser Ausführung wurde das auch bei dieser Anordnung bestehende Prinzip der Selbstregelung aufgezeigt.

[0037] Bei einer maximalen Bestromung des Proportionalmagneten besteht eine unmittelbare Ölverbindung zwischen dem Hydrauliköl-Vorratstank und dem Vorstufen-Ausgang. Dementsprechend leistet das dortige Öldruckniveau keinen Beitrag zu einer Kontraktion der einstellbaren Druckfeder der Hauptstufe 2b. Solange das in der Hauptstufe 2b an seiner Steuerfläche anliegende Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe 1 alleine nicht für eine Kontraktion der dortigen einstellbaren Druckfeder ausreichend ist, liegt der relative Stelldruck bei 0 bar. Das wiederum bedeutet ein starkes Ausschwenken der Hydraulikpumpe 1, wodurch sich an ihrem Hochdruckausgang ein hohes Druckniveau ergibt. Wird letzteres Druckniveau entsprechend hoch, um eine Kontraktion der sich in der Hauptstufe 2b befindenden einstellbaren Druckfeder hervorzurufen, erfolgt ein gewisses Rückschwenken der Schrägscheibe. Somit liegt am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe eine selbsttätige Drosselung des maximalen Druckniveaus vor.

Aufbau eines zweistufigen Druckreglers [0038] Die Fig. 5 zeigt einen dem Stand der Technik entsprechenden axialen Längsschnitt eines zweistufigen Druckreglers 2 in Ergänzung einer Kenntlichmachung seiner hydraulischen Anschlussbelegung. Der Ausgang des Druckreglers 2, die sogenannte Stelldruckbohrung 3 ist mit dem Stellzylinder 1 a einer hydraulischen Verdrängereinheit 1, im hiesigen Beispiel mit einer im 1-Ouadranten-Betrieb arbeitenden Hydraulikpumpe verbunden. Der anliegende Druck im Stellzylinder 1a bewirkt in der Hydraulikpumpe 1 eine definierte Positionierung des entsprechenden Organs - im Fall einer Axialkolbenpumpe handelt es sich hierbei um eine Schrägscheibe - in die Richtung seiner Nulllage. Wenn sich das Organ bzw. die Schrägscheibe in ihrer Nulllage befindet, erfolgt bei einer Drehung des Triebwerks eine sehr kleine axiale Bewegung der Triebwerkskolben, wodurch die Hydrauliköl-Förderung auf die zur ihrer Eigenschmierung erforderliche Menge begrenzt wird. In dieser Situation/Betriebsart wird den hydraulischen Verbrauchern, z.B. einem Hydraulikmotor oder einem Hubzylinder keine hydraulische Wirkleistung zugeführt. Sodann liegt am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe ein Druckniveau in der Grössenordnung von 20 bar vor. Der Druckregler 2 selbst wird über die sogenannte Hochdruckbohrung 4 mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 verbunden sowie mit dem Tank über die sogenannte Tankbohrung 5. Mittels dieser drei Anschlüsse kann der Druckregler 2 - wie zuvor beschrieben - (i) im Fall einer dortigen beabsichtigten Druckerhöhung dem Stellkolben 1a Öl zuführen und zwar von der Hochdruckbohrung 4 kommend über den die Stelldruckbohrung 3 verlassend sowie (ii) im Fall einer dortigen beabsichtigten Druckreduzierung dem Stellkolben 1a überschüssiges Öl entnehmen und zwar über die Stelldruckbohrung 3 entnehmend und der Tankbohrung 5 abgebend.

[0039] Bestandteile des zweistufigen Druckreglers sind die Vorstufe 2a mit ihrem Primäraktuator 6, die Stelleinrichtung 7, die Hauptstufe 2b, diverse Ölverbindungen 8a, 8b, 8c - auch im Inneren des Reglers 2 sowie Dichtungssysteme 9 und Verschlusssysteme 10.

[0040] Die Vorstufe 2a besteht aus einem Primäraktuator 6 und einem Gegenspieler, um den Steuerschieber/Steuerkol-ben, der häufig als Vorsteuer- oder Pilotkolben bezeichnet wird, entlang einer Hydraulik-Regler-Achse, zu der wiederum verschiedene Ölverbindungen (s.u.) bestehen, definiert positionieren zu können. Der Primäraktuator 6 wird oftmals aus einem auf einem Elektromagneten basierenden Proportionalmagneten ausgeführt. Es könnte sich aber auch um einen anderen elektrischen bzw. um einen nicht-elektrischen Aktuator bis hin zu einer direkten mechanischen Weitergabe einer händischen Positionierung handeln. Als Gegenspieler werden überwiegend Druckfedern angewendet.

[0041] Bei der in Fig. 5 dargestellten und im Folgenden erklärten Hauptstufe 2b handelt es sich um ein dem Stand der Technik entsprechendes Ausführungsbeispiel. Die Hauptstufe 2b gemäss Fig. 5 umfasst einen Hauptsteuerkolben 11, dem in seiner Hauptkolbenbohrung 12 durch die der Verschlussschraube 10 gegenüberliegende Stelleinrichtung 7 eine Vorspannkraft aufgeprägt wird. Wie bereits erwähnt, besteht die Stelleinrichtung 7 zumeist aus einer Druckfeder, deren Vorspannung händisch einstellbar ist.

Ohne entsprechende Verjüngung des Durchmessers entlang bestimmter Abschnitte seiner Mantelfläche würde der Hauptsteuerkolben 11 die durch entsprechende Bohrungen 3, 4, 5, 8a, 8b, 8c im Reglergehäuse geschaffene Ölkanäle (i) zwischen dem Aussenanschluss des Reglers 2 für die Verbindung 8b mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 und der Vorstufe 2a sowie (ii) die Ölverbindung 8c zwischen dem Aussenanschluss 5 des Reglers 2 für den Hydrauliköl-Vorratstank und der Vorstufe 2a jeweils versperren. Entlang der mit a gekennzeichneten Abschnitte seiner Mantelfläche ist der Aussendurchmesser des Hauptsteuerkolbens 11 derart an den Innendurchmesser der im Reglergehäuse 2d eingearbeiteten Hauptkolbenbohrung 12 angepasst, dass sich darin der Hauptsteuerkolben 11 über einen ausgeprägten Ölfilm bewegen kann, jedoch entlang dieser beiden Flächenangrenzungen kein regulärer Ölfluss, sondern lediglich eine geringe Leckage auftritt. Entlang des Abschnitts t seiner Mantelfläche weist der Hauptsteuerkolben 11 einen reduzierten Durchmesser auf. Hierdurch entsteht ein von der Hauptkolbenbohrung 12 und dem Hauptsteuerkolben 11 umschlossenes Volumen T, ein sogenanntes Steuervolumen, welches entlang der Kolben-Längsrichtung entsprechend weit ausgedehnt ist, sodass bei einem in das Reglergehäuse 2d eingebauten Hauptsteuerkolben 11 unabhängig von dessen Position im Inneren des Druckreglers 2 von dessen Aussenanschluss 5 für den Hydrauliköl-Vorratstank eine Ölverbindung zu dem entsprechenden Anschluss der Vorstufe 2a bestehen bleibt. Entlang des Abschnitts h seiner Mantelfläche weist der

Hauptsteuerkolben 11 einen reduzierten Durchmesser auf, wodurch ein zwischen der Hauptkolbenbohrung 12 und dem Hauptsteuerkolben 11 entlang der Kolben-Längsrichtung begrenztes Steuervolumen H, vorliegt. Die Längsseite dieses Steuervolumens H ist derart ausgedehnt, sodass bei einem in das Reglergehäuse 2d eingebauten Hauptsteuerkolben 11, unabhängig von dessen Position im Inneren des Druckreglers 2 von dessen Aussenanschluss 4 für den Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 eine Ölverbindung zu dem entsprechenden Anschluss der Vorstufe 2a bestehen bleibt.

An der der Stelleinrichtung 7 gegenüberliegenden Stempelfläche des Hauptsteuerkolbens 11 ist auf diesen bezogen eine zentrisch axiale Bohrung eingebracht. Unabhängig von der Position des Hauptsteuerkolbens 11 ragt in diese Bohrung eine in der Verschlussschraube 10 eingepresste Nadelrolle 13 hinein. Auch bei Erreichung der linksseitigen Endposition des Hauptsteuerkolbens 11 wird ein auf der rechten Seite verbleibender Abschnitt seiner Längsbohrung nicht von der Nadelrolle 13 ausgefüllt, weil die Bohrtiefe grösser als die entsprechende Länge der Nadelrolle 13 ist. Dadurch bleibt entlang der Längsbohrung immer ein Volumen N erhalten, welches von dieser Längsbohrung und der in diese hineinragende Stirnseite der Nadelrolle 13 begrenzt wird. Darüber hinaus befindet sich in dem Hauptsteuerkolben 11 eine Querbohrung 14, welche das Volumen N mit dem Volumen H verbindet. Die Nadelrolle 13 ist ein hinsichtlich ihres Durchmessers passgenauer Stift mit einer Toleranz von wenigen Mikrometern, die den linksseitigen nahezu leckagefreien Verschluss der im Hauptsteuerkolben 11 enthaltenen zentrisch axialen Längsbohrung darstellt.

[0042] In der gezeigten Axialposition des Hauptsteuerkolbens 11 ist Stelldruckbohrung 3 weder mit der Hochdruckbohrung 4 noch mit der Tankbohrung 5 verbunden. Es handelt sich folglich um die zuvor beschriebene Situation, dass der Öldruck im Stellzylinder 1 a der Hydraulikpumpe 1 denjenigen Wert erreicht hat, bei dem der Sollwert am Hochdruckausgang vorliegt.

Positionierung des Hauptsteuerkolbens 11 im Druckregler 2 [0043] Gemäss der Namensgebung des vorliegenden Abschnitts bleibt darin - abgesehen ihrer hydraulischen Verbindungen zur Hauptstufe - die Vorstufe 2a selbst ausserhalb der Betrachtung.

Zunächst erfolgt eine Betrachtung der mit dem unter dem Druckniveau Phd stehenden Öl beaufschlagten Oberflächen der in der Hauptstufe 2b enthaltenen Bauteile. Die Wände der Hochdruckbohrung 4 sind in dem als starr zu betrachtenden Reglergehäuse 2d integriert, sodass hiervon kein Einfluss auf die axiale Kolbenposition ausgeübt wird. Durch das Vorhandensein der im vorigen Abschnitt beschriebenen beiden Innenbohrungen und diejenigen Verjüngungen des Aussendurch-messers am Hauptsteuerkolben 11, welche sich in dessen eingebautem Zustand im Reglergehäuse 2d im Bereich der Hochdruckbohrung 4 befinden, existieren im entsprechenden Bereich der Hauptkolbenbohrung 12 und am Hauptsteuerkolben 11 solche mit dem unter dem Druckniveau Phd stehenden Öl beaufschlagte Oberflächen. Das führt - in Bezug auf die Richtung der Längsachse des Hauptsteuerkolbens 11 - zu Axial- und Radialkräften, wobei sich Letztere gegenseitig aufheben.

In der sich am linken Ende des Hauptsteuerkolbens 11 befindenden zentrisch axialen Bohrung bewirkt der dort vorliegende - vom Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 stammende - Öldruck pro das Auftreten einer resultierenden Kraft FHp am Hauptsteuerkolben, die diesen gegen die von der Stelleinrichtung 7 ausgehende Rückstellkraft Ff drückt. Im Volumen N beaufschlagt der Öldruck Phd das sich rechtsseitig befindende Ende der Innenbohrung und somit den Hauptsteuerkolben, welcher sich an der Druckfeder der Stelleinrichtung 7 abstützt. Das zu erkennende Ende dieser Innenbohrung weist eine Kegelform auf, was sich aufgrund der Fertigung ergibt. Für die Höhe der sich durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufene Kraft sind nur die Höhe des Öldrucks und die Grösse der Querschnittsfläche der Innenbohrung massgeblich. Diese Querschnittsfläche stellt die Steuerfläche des Hauptsteuerkolbens 11 für das Druckniveau am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 dar. Diametral, d.h. an dem linkseitig offenen Ende des Hauptsteuerkolbens 11 wird die in dessen Innenbohrung hineinragende Stempelfläche der Nadelrolle 13 mit dem Öldruck Phd beaufschlagt, wobei diese über die Verschlussschraube 10 an dem als starr zu betrachtenden Reglergehäuse 2d fixiert ist.

[0044] Im Bereich der Verschlussschraube 10 ergibt sich ein durch diese, der Hauptkolbenbohrung 12, dem Hauptsteuerkolben 11 und der Nadelrolle 13 umschlossenes Volumen V, das wiederum mit der Regeldruckbohrung 8a verbunden ist. Letzteres ist diejenige Bohrung, über die das Druckniveau des Vorstufenausgangs auf den entsprechenden Eingang der Hauptstufe 2b geleitet wird. Folglich liegt im Volumen V permanent der Vorstufen-Ausgangsdruck pVs vor. Hinsichtlich des Hauptsteuerkolbens 11 wird dieser Druck pVs durch das Vorhandensein des von der (druckdichten) Nadelrolle 13 nicht verdeckten Teils seiner Stempelfläche, welche in diesem Zusammenhang die Steuerfläche für den Ausgangsdruck der Vorstufe 2a darstellt, aufgeprägt. Die hierdurch auf den Hauptsteuerkolben 11 ausgeübte Kraft FVs wird ebenfalls über die in der Stelleinrichtung 7 enthaltene Druckfeder abgestützt.

[0045] Wird der Hauptsteuerkolben 11 von der Stelleinrichtung 7 des Druckreglers 2 genügend weit (nach links) weggedrückt, sind der Stellausgang 3 des Druckreglers und damit das Innenvolumen des Stellzylinders 1a mit dem Hydrauliköl-Vorratstank verbunden. Solange der Hauptsteuerkolben 11 in einer solchen Position verbleibt fliesst Hydrauliköl aus dem Stellzylinder 1a in den Hydrauliköl-Vorratstank ab, was klarerweise mit einer entsprechenden Bewegung des Stellkolbens des Stellzylinders 1a einhergeht, bis der Stellkolben seine damit korrespondierende (d.h. die linksseitige) Anschlagposition erreicht hat.

Drückt der Hauptsteuerkolben 11 entsprechend stark (nach rechts) gegen die Stelleinrichtung 7 des Druckreglers 2, um die sich darin befindende Druckfeder genügend weit zusammenzudrücken, sind der Stellausgang 3 des Druckreglers 2 und damit das Innenvolumen des Stellzylinders 1a mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 verbunden. Solange der Hauptsteuerkolben 11 in einer solchen Position verbleibt fliesst Hydrauliköl vom Hochdruckausgang der Hydraulik pumpe 1 kommend in ihren Stellzylinder 1 a hinein, was klarerweise mit einer entsprechenden Bewegung des Stellkolbens einhergeht, bis der Stellkolben seine damit korrespondierende (d.h. die rechtsseitige) Anschlagposition erreicht hat.

Es existiert eine Mittelstellung des Hauptsteuerkolbens 11, in welcher der Steuerausgang 3 des Druckreglers 2 weder mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 noch mit dem Hydrauliköl-Vorratstank verbunden ist. Abgesehen von einem zur Aufrechterhaltung der erwähnten benötigten Ölschmierung erforderlichen Leckagepfads ist dann der Stellkolben der Hydraulikpumpe 1 beidseitig vom Hydrauliköl-Hauptkreislauf abgetrennt. Als Folge davon hält der Stellzylinder 1 a seine axiale Position bei, da das Hydrauliköl (nahezu) inkompressibel ist und die das betrachtete Ölvolumen umschliessenden Wände starr sind.

Die von der in der Stelleinrichtung 7 enthaltenen Druckfeder ausgeübte Rückstellkraft ist (näherungsweise) proportional von der durch die Verschiebung des Hauptsteuerkolbens 11 hervorgerufenen Kontraktionslänge. Entgegen dieser Rückstellkraft wirkt die Summe der beiden Kräfte, die sich durch das Anliegen des Druckniveaus des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe 1 und des Vorstufen-Ausgangsdrucks der Vorstufe 2a auf Ihren jeweiligen Steuerflächen am Hauptsteuerkolben 11 ergeben. Liegt ein Gleichgeweicht dieser drei Kräfte bei einer solchen Kontraktionslänge der in der Stelleinrichtung 7 enthaltenen Druckfeder vor, bei der sich der Hauptsteuerkolben 11 in dieser als Mittelstellung bezeichneten Position befindet, dann arbeitet unter der Voraussetzung, dass die auf der mechanischen Seite der Hydraulikpumpe 1 vorliegende Drehzahl-Drehmomenten-Trajektorie konstant ist, die Hydraulikpumpen-Regler-Einheit 2 in einem stationären Arbeitspunkt.

Wird bei Vorliegen eines Betriebs der Hydraulikpumpen-Regler-Einheit 2 in einem stationären Arbeitspunkt durch eine entsprechende Ansteuerung des elektrischen Primäraktuators 6 der Vorstufen-Ausgangsdruck erhöht, verschiebt sich der Hauptsteuerkolben 11 (nach rechts) zur Stelleinrichtung 7 des Druckreglers 2 hin, um die sich darin befindende Schraubenfeder entsprechend weit zusammenzudrücken, sodass der Stellausgang 3 des Druckreglers 2 und damit das Innenvolumen des Stellzylinders 1a mit dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 verbunden sind. Solange der Hauptsteuerkolben in einer solchen Position verbleibt, fliesst Hydrauliköl vom Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 kommend in ihren Stellzylinder 1a hinein, was klarerweise mit einer entsprechenden Bewegung des Stellkolbens einhergeht, die ein Rückschwenken der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe 1 auslöst. Dies wiederum führt zu einem Absinken des Druckniveaus am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1. Als Folge davon reduziert sich die der Rückstelleinheit 7 am Hauptsteuerkolben 11 entgegen gerichtete Kraft, sodass der Hauptsteuerkolben 11 wieder seine Mittelposition erreicht und dann erhöhte der Öldruck im Stellzylinder 1a erhalten bleibt.

Wird bei Vorliegen eines Betriebs der Hydraulikpumpen-Regler-Einheit 2 in einem stationären Arbeitspunkt durch eine entsprechende Ansteuerung des elektrischen Primäraktuators 6 der Vorstufen-Ausgangsdruck reduziert, verkleinert sich die auf den Hauptsteuerkolben 11 einwirkende, die Kontraktion der in der Stelleinrichtung 7 des Druckreglers 2 enthaltenen Schraubenfeder führende Kraft. In Folge dessen bewegt sich der Hauptsteuerkolben 11 nach links, sodass der Stellausgang 3 des Druckreglers 2 und damit das Innenvolumen des Stellzylinders 1a mit dem Hydrauliköl-Vorratstank verbunden sind. Solange der Hauptsteuerkolben 11 in einer solchen Position verbleibt, fliesst Hydrauliköl vom Stellzylinder 1 a kommend in den Hydrauliköl-Vorratstank hinein, was klarerweise mit einer entsprechenden Bewegung des Stellkolbens einhergeht, die ein stärkeres Ausschwenken der Schrägscheibe der Hydraulikpumpe 1 auslöst. Dies wiederum führt zu einem Druckniveau-Anstieg am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1. Als Folge davon erhöht sich die der Rückstelleinheit am Hauptsteuerkolben 11 entgegen gerichtete Kraft, sodass der Hauptsteuerkolben 11 wieder seine Mittelposition erreicht und sodann der reduzierte Öldruck im Stellzylinder 1a erhalten bleibt.

[0046] Indem am Hauptsteuerkolben die Auflageflächen resp. Die Steuerfläche für den Vorstufen-Ausgangsdruck entsprechend grossflächiger ausgeführt sind als die für den Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 kann einfach erreicht werden, dass sich gemäss der Notwendigkeit die benötigten Kräftegleichgewichte mit einem entsprechend hohen Einfluss des Vorstufen-Ausgangsdrucks ergeben.

[0047] Aus den diskutierten Betrachtungen wird klar, dass - am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe 1 ein durch den Regler 2 bestimmtes maximales und ein minimales Druckniveau existieren. - zwischen diesen beiden Druckniveaus ein näherungsweise linearer Arbeitsbereich des Druckreglers 2 vorliegt. - über die Stelleinrichtung 7 eine Verschiebung dieses Arbeitsbereichs möglich ist.

[0048] Wie aus der vorausgegangenen Beschreibung der Schaltbilder eines Druckreglers und einer dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsform einer Reglerstufe ersichtlich, wird beim beschriebenen Druckregler 2 das Prinzip einer Kaskadierung angewendet. Hierdurch kann mit einem vergleichsweise sehr niedrigen Kraftniveau des elektrisch angesteuerten Primäraktuators 6 der zur Betätigung des Hauptsteuerkolbens 11 benötigte vergleichsweise hohe Steuerdruck aufgebracht werden. Die zur Bewegung des Stellkolbens der Hydraulikpumpe 1 vergleichsweise hohen Ölvolumenströme werden von der Hauptstufe 2b, die wesentlich grösser als die der Vorstufe 2a sind, bewältigt.

[0049] Bei den voranstehend beschriebenen Druckreglern 2, 2' besteht der Nachteil, dass diese für die Realisierung einer steigenden bzw. fallenden Kennlinie unterschiedlich konstruiert sein müssen. Konstruktive Unterschiede ergeben sich nicht nur in der Ausgestaltung des Pilotkolbens der Vorstufe, sondern ebenfalls in der Ausgestaltung des Reglergehäuses.

[0050] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemässen Druckregler weiter zu entwickeln, dessen Fertigung nicht nur kostengünstiger ist sondern auch vereinfacht werden kann. Wünschenswert ist hier eine mög- liehst effiziente Gleichteilestrategie, d.h. möglichst viele, idealerweise sämtliche Bauteile des Reglers lassen sich für die Montage unterschiedlicher Reglertypen (fallende/steigende Kennlinie) verwenden.

[0051] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen hydraulischen Druckregler gemäss den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Druckreglers sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschliessenden abhängigen Ansprüche.

[0052] Ausgehend von einem gattungsgemässen hydraulischen Druckregler zur Ansteuerung einer verstellbaren hydraulischen Verdrängereinheit wird die Vorstufe des hydraulischen Druckreglers modifiziert, um dadurch den Kennlinienverlauf des Druckreglers festzulegen. Die Ansteuerung der Vorstufe kann vorzugsweise mittels mechanischem oder elektrischem Primäraktor erfolgen, um die gewünschte Änderung des Fördervolumens der hydraulischen Verdrängereinheit zu erzielen.

[0053] Hierzu umfasst die Vorstufe zwei Anschlüsse, deren fluidische Verbindung mittels eines Pilotkolbens der Vorstufe proportional steuerbar ist.

[0054] Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Pilotkolben von einer Stufenbuchse umgeben ist. Das Zusammenspiel von Stufenbuchse und Pilotkolben definiert wenigstens eine Steuerfläche des Pilotkolbens. Die aus dem Pilotkolben und der Stufenbuchse gebildete Bauteilkombination kann in wenigstens zwei sich unterscheidenden Einbaulagen bzw. sich unterscheidenden Einbauorientierungen in das Reglergehäuse eingebracht werden. Durch die gewählte Einbaulage der aus dem Pilotkolben und der Stufenbuchse gebildeten Bauteilkombination innerhalb des Reglergehäuses wird festgelegt, ob der Druckregler wahlweise eine steigende oder alternativ eine fallende Kennlinie aufweist. Weitere Bauteile, wie Rückstellmittel und Primäraktuator können für beide Reglertypen nicht nur gleichbleibend sein, sondern ebenfalls in identischer Weise in das Reglergehäuse eingesetzt werden. Gleiches gilt vorzugsweise auch für die Ausführung des Reglergehäuses inklusive der entsprechenden Verbindungsbohrungen zwischen der Vor- und der Hauptstufe. Auch ist die Hauptstufe selbstredend für beide Reglertypen gleichbleibend.

[0055] Idealerweise sind gemäss der Erfindung sämtliche Bauteile des Druckreglers unabhängig von der Betriebsart mit positiver oder negativer Kennlinie identisch. Dies vereinfacht nicht nur die Herstellung bzw. reduziert den Kostenaufwand bei der Herstellung sondern ermöglicht unter Umständen auch noch einen einfachen nachträglichen gegebenenfalls mehrmaligen Reglerumbau.

[0056] Die Hinzunahme der Stufenbuchse vereinfacht zudem die Fertigung des Reglers, insbesondere des Reglergehäuses, da die Stufenbuchse als separates Bauteil einfacher mit den zulässigen Toleranzen fertigbar ist, während die in dem Regler schlecht zugängliche Innenbohrung des Reglergehäuses zur Unterbringung der Stufenbuchse mit demgegenüber vergleichsweise hohem Untermass gefertigt werden kann. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Stufenbuchse an der vorgesehenen Stelle fixiert ist.

[0057] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Stufenbuchse, d.h. deren Innenbohrung in Längsrichtung, wenigstens zwei Stufen, die sich hinsichtlich ihres Innendurchmessers unterscheiden. Hierbei ist es notwendig, dass der Übergang zwischen den Stufen, d.h. der Absatz zwischen den unterschiedlichen Innendurchmessern, in Axialrichtung der Stufenbuchse mittig angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Stufe bzw. der Absatz unabhängig von der Einbauart innerhalb des Reglergehäuses in Bezug auf das Reglergehäuse stets an derselben Position liegt.

[0058] Alternativ besteht die Möglichkeit, die Stufenbuchse mit wenigstens drei Stufen auszuführen, deren mittlere Stufe den grössten Innendurchmesser aufweist. Es ist nicht notwendig, dass jede Stufe einen konstanten Durchmesser über ihre gesamte Länge aufweist.

[0059] Ferner umfasst die Stufenbuchse wenigstens eine Radialnut auf ihrer äusseren Mantelfläche, diese über wenigstens eine Radialbohrung mit einem Innenvolumen der Stufenbuchse verbunden ist. Die Radialbohrung mündet im Bereich des Absatzes bei einer zweistufigen Buchse bzw. im Bereich der mittleren Stufe einer dreistufigen Büchse. Auch bei dieser Radialnut ist es sinnvoll, diese mittig auf der Längsachse der Stufenbuchse anzuordnen, so dass diese unabhängig von ihrer Einbauorientierung an derselben Position innerhalb des Reglergehäuses liegt. Insbesondere ist diese Radialnut im Bereich eines ersten Druckanschlusses der Vorstufe vorgesehen. Das einströmende Fluid kann über die Radialnut und die Radialbohrung zum Innenvolumen der Stufenbuchse gelangen.

[0060] Ferner ist es sinnvoll, wenn die Stufenbuchse neben der Längsbohrung zur Beherbung des Pilotkolbens wenigstens eine weitere durchgängige Längsbohrung aufweist, die nachfolgend auch als längsgerichtete Abflussbohrung bezeichnet ist. Bevorzugt sind wenigstens zwei längsgerichtete Abflussbohrungen vorgesehen. Die Längsbohrungen erstrecken sich durchgehend von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite der Stufenbuchse. Der gesamte Aufbau der Stufenbuchse kann, abgesehen von der mindestens einen Radialbohrung und der mindestens einen längsgerichteten Abflussbohrung rotationssymmetrisch sein.

[0061] An ihren Stirnseiten umfasst die Stufenbuchse vorzugsweise Vertiefungen, insbesondere kreisförmige Vertiefungen, wobei deren Radien und/oder Tiefenmasse variabel sein können. Idealerweise sind die Vertiefungen und/oder Radien auf beiden Stirnseiten identisch. Wenigstens eine der längsgerichteten Abflussbohrungen stellt eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Vertiefungen der Stirnseiten dar, d.h. die Öffnungen der Abflussbohrungen münden innerhalb der Vertiefungen.

[0062] Der eingesetzte Pilotkolben der Vorstufe des hydraulischen Druckreglers umfasst bevorzugt wenigstens drei in Längsrichtung hintereinander angeordnete Abschnitte mit unterschiedlichem Aussendurchmesser. Auch hier sei darauf verwiesen, dass die einzelnen Abschnitte nicht zwingend einen gleichbleibenden Aussendurchmesser über ihre gesamte Längsabmessung haben müssen. Bei den betrachteten Abschnitten des Pilotkolbens handelt es sich vorzugsweise um die Bereiche des Kolbens, die mit der Stufenbuchse in Wirkverbindung stehen, d.h. je nach Stellung innerhalb der Stufenbuchse liegen können. Bevorzugt liegen alle drei Abschnitte unabhängig von der gewählten Einbauorientierung zumindest teilweise innerhalb der Stufenbuchse, wobei vorzugsweise der mittlere Abschnitt den kleinsten Aussendurchmesser aufweist. Durch diesen mittleren Abschnitt wird somit ein Innenvolumen durch die korrespondierende Innenwandung der Stufenbuchse und dem mittleren Abschnitt des Pilotkolbens gebildet, zwischen dem über die in der Stufenbuchse vorhandene Radialbohrung und Radialnut eine Fluidverbindung zu dem ersten Druckanschluss der Vorstufe besteht. Die Aus-senumfänge der äusseren Längenabschnitte des Pilotkolbens sind vorzugsweise derart gewählt, so dass sich diese an den Innendurchmesser der äusseren Stufen der Stufenbuchse bzw. die Stufen bei einer zweistufigen Buchse anpassen. Diese Abschnitte können zylinderförmig ausgestaltet sein, jedoch gegebenenfalls mit ein oder mehreren Konturen versehen sein. Hierdurch ergibt sich zwischen den äusseren Abschnitten des Pilotkolbens und der jeweilig gegenüberliegenden Innenwandung der Stufen ein Spaltmass, das bis auf die üblichen Leckagen kaum Fluidfluss zulässt.

[0063] Durch den stufenförmigen Übergang des mittleren Abschnittes zu den jeweiligen aussen liegenden Abschnitten wird jeweils eine Steuerfläche des Pilotkolbens gebildet, auf die das im Innenvolumen befindliche Fluid einwirken kann. Die vom Innenvolumen aus zugänglichen Steuerflächen unterscheiden sich flächenmässig voneinander, insbesondere durch die Wahl unterschiedlicher Aussenradien der äusseren Abschnitte, zumindest im unmittelbar an den mittleren Abschnitt anschliessenden Bereich.

[0064] Im Aussenumfang des Pilotkolbens kann wenigstens eine Öffnungskerbe vorgesehen sein, die sich ausgehend vom mittleren Abschnitt in einem äusseren Abschnitt des Pilotkolbens in Richtung seiner Stirnseite erstreckt. Durch diese Öffnungskerbe ist bei entsprechender Stellung des Pilotkolbens ein Fluidfluss vom Innenvolumen in die jeweilige Vertiefung der Stufenbuchse möglich, in die die Öffnungskerbe bei entsprechender Kolbenposition mündet. Denkbar ist die Anordnung mehrerer Öffnungskerben in einem äusseren Abschnitt des Kolbens, vorzugsweise verteilt über den Mantelumfang, besonders bevorzugt sind zwei um 180 Grad bzw. vier um 90° versetzte Öffnungskerben vorgesehen. Die geometrische Ausgestaltung der Öffnungskerbe ist beliebig, als geeignete Formen erweisen sich eine geradlinige Form, eine konvexe Form, eine konkave Form oder verallgemeinert eine Mischung aus den zuvor genannten Verläufen bzw. aus beliebig geschwungenen und geraden Formen.

[0065] Der keine Öffnungskerbe aufweisende äussere Abschnitt des Pilotkolbens sieht demgegenüber ein oder mehrere Spaltringdichtungen vor, die einen Fluidfluss aus dem Innenvolumen in entgegengesetzter Richtung zur Öffnungskerbe auf ein Minimum (Leckagen) reduzieren.

[0066] Ferner ist es sinnvoll, dass der Pilotkolben an seinen aus der Stufenbuchse herausragenden Enden jeweils wenigstens eine Montagestelle für die Anbringung wenigstens eines Anschlages aufweist. Dieser Anschlag kann an einem Gegenanschlag der Stufenbuchse, bspw. deren Stirnseite, anschlagen, um die durch ein Rückstellmittel der Vorstufe bewirkte Axialbewegung des Pilotkolbens zu begrenzen. Dabei ist es sinnvoll, dass an beiden herausragenden Enden jeweils eine Montagestelle an der jeweils zweckmässigen Längenposition des Pilotkolbens vorgesehen ist, um abhängig der Einbauorientierung die benötigte Montagestelle mit einem geeigneten Anschlag auszustatten. Als Montagestelle eignet sich beispielsweise eine Radialnut, in die idealerweise ein als Anschlag dienender Sicherungsring einsetzbar ist. In dieser Ausführungsform sind die beiden Radialnuten vorteilhafterweise an denjenigen Längenpositionen ausgeführt, so dass der in Abhängigkeit seiner Einbauorientierung vorhandene Sicherungsring an der Stirnseite der Stufenbuchse genau bei der Längsposition des Pilotkolbens anschlägt bei der die mit der Endposition einhergehende Öffnungsweite der Öffnungskerbe am Pilotkolebn vorliegt. Durch diese Ausführungsform kann der Hydraulikregler unabhängig davon, ob dieser als Regler mit fallender oder steigender Kennlinie ausgeführt werden soll, mit Anschlägen versehen werden ohne auf unterschiedliche Bauteile zurückgreifen zu müssen. Denn in einer besonders vorteilhaften Ausführung haben die beiden Radialnuten den gleichen Durchmesser, so dass baugleiche Sicherungsringe verwendet werden können. Alternativ kann der Pilotkolben auch mit geeigneten Wülsten ausgestaltet sein, die in adäquater Weise als Anschlag an der Stirnseite der Stufenbuchse dienen.

[0067] Das Rückstellmittel der Vorstufe kann beispielsweise eine Druckfeder oder alternativ einen Federteller umfassen, deren bzw. dessen Vorspannung idealerweise mittels einer Versteilschraube einstellbar ist. Das Rückstellmittel bringt eine axial wirkende Kraft gegen den Pilotkolben auf.

[0068] Die Montage der Stufenbuchse erfolgt idealerweise mittels Spielpassung und geeigneten Klemmmitteln zur Fixierung innerhalb des Reglergehäuses. Dies erlaubt nicht nur eine einfache Montage, sondern gestattet zudem eine nachträgliche Änderung der Einbauposition der Stufenbuchse. Möglich ist jedoch auch die Montage der Stufenbuchse mittels Presspassung, was jedoch den nachträglichen Umbau erschwert. Denkbar ist auch die Fixierung mittels Einschraubungen in das Reglergehäuse.

[0069] Die Erfindung betrifft neben dem vorgestellten hydraulischen Regler auch eine alternative Ausführung des erfin-dungsgemässen Druckreglers. Hierbei wird auf die Integration einer gesonderten Stufenbuchse verzichtet, wobei deren Funktion stattdessen durch die konstruktive Ausgestaltung der Innenbohrung des Reglergehäuses nachgebildet wird. In diesem Fall kann der Pilotkolben unmittelbar innerhalb der Innenbohrung des Reglergehäuses liegen. Auch hier kann zumindest ein Grossteil der Reglerbauteile für die Realisierung unterschiedlicher Kennlinien (steigend/fallend) genutzt werden, gegebenenfalls werden jedoch unterschiedliche Gehäusebauteile für unterschiedliche Reglertypen notwendig.

[0070] Die zuvor mit Bezug zur Stufenbuchse beschriebenen Merkmale lassen sich gleichermassen für das Reglergehäuse lesen. Insbesondere kann die Stufenform der Stufenbuchse durch entsprechende Anpassung der Innenbohrung des Reglergehäuses nachgebildet sein. Lediglich die aussenliegende Radialnut der Stufenbuchse ist bei der entsprechenden Ausführung des Reglergehäuses nicht zwingend.

[0071] Die nachfolgenden vorteilhaften Ausgestaltungen zur Verschaltung der Vor- und Hauptstufe im Reglergehäuse beziehen sich auf beide Reglervarianten mit und ohne Stufenbuchse.

[0072] Bevorzugt ist der erste Druckanschluss der Vorstufe über eine Drossel mit dem Hochdruckeingang der Hauptstufe über passende Gehäusebohrungen verbunden. Diese Verbindung kann über einen Aussenanschluss des Reglers mit einem Hochdruckausgang einer Verdrängereinheit verbindbar sein. Weiterhin ist der Druckanschluss der Vorstufe unmittelbar über eine Gehäusebohrung mit einem Steuereingang der Hauptstufe verbunden.

[0073] Ferner kann der zweite Druckanschluss der Vorstufe unmittelbar oder mittelbar über die Hauptstufe mit einem Niederdruckanschluss des Reglergehäuses verbunden sein.

[0074] Neben dem hydraulischen Druckregler betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Montage der Vorstufe eines Druckreglers gemäss der vorliegenden Erfindung bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung. Erfindungsgemäss zeichnet sich für das Verfahren aus, dass der Pilotkolben zunächst in die Stufenbuchse eingesetzt wird und die Kombination aus Pilotkolben und Stufenbuchse gemeinsam im Reglergehäuse montiert wird. Vor dem Einsetzen des Pilotkolbens in die Stufenbuchse bzw. vor dem Einsetzen der Kombination aus beiden Bauteilen in das Reglergehäuse wird idealerweise noch der benötigte Anschlag des Pilotkolbens auf diesem aufgebracht.

[0075] Vor dem Einsetzen der Stufenbuchse erfolgt vorzugsweise eine Montage des Rückstellmittels für die Erzeugung der Rückstellkraft im Reglergehäuse, während nach dem Einsetzen der Stufenbuchse die Anbringung des benötigten Primäraktors erfolgt.

[0076] Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine idealisierte Strom-Druck-Kennlinie eines konventionellen zweistufigen Druckreglers,

Fig. 2: ein Schaltbild eines konventionellen Druckreglers mit fallender Kennlinie,

Fig. 3: eine Kennlinie zur Verdeutlichung des linearen Zusammenhangs zwischen der Stromstärke-Differenz Ι-ΙΊ und dem Vorstufen-Ausgangsdruck am Beispiels eines Druckreglers mit fallender Kennlinie,

Fig. 4: ein Schaltbild eines konventionellen Druckreglers mit steigender Kennlinie,

Fig. 5: einen Längsschnitt durch das Gehäuse eines konventionellen Druckreglers mit fallender Kennlinie,

Fig. 6: einen Längsschnitt durch die Vorstufe des erfindungsgemässen Druckreglers mit fallender Kennlinie,

Fig. 7: einen Längsschnitt durch die Vorstufe des erfindungsgemässen Druckreglers mit steigender Kennlinie,

Fig. 8: eine Nahaufnahme der Vorstufe gemäss Fig. 7,

Fig. 9, 9b: eine Detailaufnahme der Vorstufe gemäss der Fig. 7, 8 mit einem Querschnitt entlang der Achse E-E,

Fig. 10: Detaildarstellungen des Pilotkolbens gemäss den Ausführungen der Fig. 6 bis 9,

Fig. 11: eine Kennliniendarstellung des Druckreglers gemäss Fig. 6,

Fig. 12: eine Kennliniendarstellung des Druckreglers gemäss Fig. 7 bis 9,

Fig. 13: eine Nahaufnahme der Vorstufe des Druckreglers gemäss einer alternativen Ausführungsform ohne Stufenbuchse und

Fig. 14: eine Nahaufnahme der Vorstufe des Druckreglers gemäss einer weiteren alternativen Ausführungsform.

[0077] Anhand der Fig. 1 bis 5 wurden bereits im einleitenden Teil ausführlich zur technischen Ausgangsbasis Erläuterungen gemacht. Auf diese Figuren soll daher an dieser Stelle nicht nochmals eingegangen werden. Die Kernidee der vorliegenden Erfindung betrifft hauptsächlich die konstruktive Ausgestaltung der Vorstufe bzw. deren Verbindung zur Hauptstufe im gemeinsamen Reglergehäuse.

[0078] Auf die einzelnen Details des erfindungsgemässen Reglers bzw. vorteilhafte Ausführungen und Modifikationen davon sollen im Folgenden wiedergegeben werden.

Hydraulische Verbindungen zum Pilotkolben [0079] Fig. 6 zeigt den axialen Längsschnitt des erfindungsgemässen zweistufigen Druckreglers 20 mit fallender Kennlinie im Nahbereich des Pilotkolbens 21 einer solchen Vorstufe 20a, der Bestandteil der Erfindung ist. Die anderen hydraulischen Bestandteile des Druckreglers 20, insbesondere die Hauptstufe 20b, sind mit ihren Schaltzeichen dargestellt.

[0080] Die Vorstufe 20a weist nur zwei Hydraulikanschlüsse 22, 23 auf. Die sich auf der rechten Seite des Pilotkolbens 21 befindende Druckfeder 24 übt auf diesen über den Federteller eine nach links gerichtete Kraft aus. Links des gezeigten Schnitts befindet sich der Proportionalmagnet 26 (in Fig. 6 nicht dargestellt). Im Fall einer Bestromung wird von seinem Stössel 27 auf den Pilotkolben 21 eine nach rechts gerichtete Kraft ausgeübt.

An dieser Stelle sei vorweg genommen, dass das der Vorstufe 20a über die Drossel 20c zugeleitete und damit reduzierte Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe auf den Pilotkolben 21 eine nach rechts gerichtete Kraft ausübt.

[0081] Nachfolgend wird dieser Zusammenhang unter genauer Betrachtung des innerhalb der Vorstufe 20a bestehenden Ölflussverbindungen im Detail erklärt. Sind die beiden der Druckfeder 24 entgegen gerichteten Kräfte zu gering, um eine Kontraktion der Druckfeder 24 hervorzurufen, stützt sich der Anschlag 28 des Pilotkolbens 21, welcher durch einen an seiner Mantelfläche aufgesetzten Sicherungsring 28, dessen vorgesehene Position durch eine Nut 29a fixiert ist, an der linksseitigen Deckelfläche des als Stufenbuchse 30 bezeichneten Bauteils ab. Ist dies der Fall, befindet sich der Pilotkolben 21 in einer - abgesehen eines solchen zur Aufrechterhaltung der benötigten Bauteileschmierung bestehenden Ölfluss - abdichtenden Position. Als Folge davon ergibt sich über die betrachtete Drossel 20c quasi kein Druckabfall. Dadurch werden in der Hauptstufe 20b beide Steuereingänge b, c mit dem Druckniveau Phd des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe beaufschlagt.

[0082] Sind in der Vorstufe 20a die beiden der Druckfeder 24 entgegen gerichteten Kräfte entsprechend hoch, um eine starke Kontraktion der Druckfeder 24 hervorzurufen, nimmt der Pilotkolben 21 eine Position ein, in der ein Ölfluss durch die Vorstufe 20a zur Tankbohrung 23 möglich ist. Dabei gilt, je weiter der Pilotkolben 21 nach rechts gedrückt wird, umso niedriger wird der Strömungswiderstand entlang des Durchlasskanals der Vorstufe 20a. Das bedeutet, je weiter der Pilotkolben 21 nach rechts gedrückt wird, umso höher wird der Anteil des Druckniveaus, welches ausgehend von dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe bestehenden Druckniveaus entlang der Drossel 20c abfällt. Das bedeutet, je weiter der Pilotkolben 21 nach rechts gedrückt wird, umso weiter wird - bei gleichbleibendem Druckniveau am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe - der Hauptsteuerkolben des Hauptstufe 20b nach rechts gedrückt.

[0083] Fig. 7 zeigt den axialen Längsschnitt des zweistufigen Druckreglers 20 mit steigender Kennlinie im Nahbereich des Pilotkolbens 21 einer solchen Vorstufe 20a auf, der Bestandteil der Erfindung ist. Hier wurde lediglich die Einbauorientierung der Stufenbuchse 30 und des Pilotkolben 21 gegenüber der Fig. 6 geändert. Insbesondere wurden beide Bauteile um 180° um eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse gedreht in das Reglergehäuse eingesetzt. Eine vergrösserte Ansicht der Vorstufe 20a zeigt Fig. 8, eine Detailansicht der Vorstufe 20a mit einer Schnittdarstellung entlang der Schnittachse E-E zeigt Fig. 9. Das Nicht-Erwähnte gilt analog zu dem unmittelbar zuvor beschriebenen Druckregler 20 mit fallender Kennlinie.

Die sich auf der rechten Seite des Pilotkolbens 21 befindende Druckfeder 24 übt auf diesen über den Federteller 25 eine nach links gerichtete Kraft aus. Links des gezeigten Schnitts befindet sich der Proportionalmagnet 26. Im Fall einer Bestromung wird von seinem Stössel 27 auf den Pilotkolben 21 eine nach rechts gerichtete Kraft ausgeübt. An dieser Stelle sei vorweg genommen, dass das der Vorstufe über die Drossel 20c zugeleitete und damit reduzierte Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe auf den Pilotkolben 21 eine nach links gerichtete Kraft ausübt. Nachfolgend wird dieser Zusammenhang unter genauer Betrachtung der innerhalb der Vorstufe 20a bestehenden Ölflussverbindungen im Detail erklärt.

[0084] Ist die vom Proportionalmagneten 26 ausgehende auf den Pilotkolben 21 aufgeprägte Kraft zu gering, um eine Kontraktion der Druckfeder 24 hervorzurufen, stützt sich der Anschlag 28 des Pilotkolbens 21 auf der Stufenbuchse 30 ab. In diesem Fall befindet sich der Pilotkolben 21 in derjenigen Position, bei der entlang des Durchlasskanals der Vorstufe 20a der geringstmögliche Strömungswiderstand vorliegt und folglich der Anteil des Druckniveaus, welches ausgehend von dem Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe bestehenden Druckniveaus entlang der Drossel 20c abfällt, seinen Maximalwert erreicht hat. Sodann hat der Hauptsteuerkolben der Hauptstufe 20b unter Beibehaltung des vorliegenden Druckniveaus am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe die rechtsseitige Endposition erreicht.

Ist die vom Proportionalmagneten 26 ausgehende Kraft entsprechend hoch, um gegen die Kräftesumme der beiden Gegenkräfte (das sind die Rückstellkraft der Druckfeder 24 und die durch die Druckbeaufschlagung des Pilotsteuerkolbens 21 durch das über die Drossel 20c zugeleitete und damit reduzierte Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe) den Pilotkolben 21 nach rechts zu verschieben, erfolgt eine Zunahme des Strömungswiderstands längs des Durchlasskanals der Vorstufe 20a.

[0085] Nachfolgend sollen Details der Stufenbuchse 30 beschrieben werden. Diese Erklärungen gelten für die Vorstufen 20a beider DE-Reglertypen.

[0086] Der Pilotkolben 21 weist überhaupt keinen direkten Kontakt mit der zur Aufnahme der Vorstufe 20a vorhandenen Reglerachsenbohrung 40 des Reglergehäuses 20d auf. Stattdessen befindet sich die Mantelfläche des Pilotkolbens 21 in einer sogenannten Stufenbuchse 30, welche innerhalb einer Reglerachsenbohrung 40 im Reglergehäuse 20d in einer genau definierten Einbauposition montiert ist (vgl. Fig. 7 für den DE-Regler mit steigender Kennlinie und vgl. Fig. 6 für den DE-Regler mit fallender Kennlinie). Die Hochdruckbohrung 22 erstreckt sich im Reglergehäuse 20d bis zu dieser Reglerachsenbohrung. An dieser (aus der Hochdruckbohrung 22 und der Reglerachsenbohrung gebildeten) Stossstelle weist die Stufenbuche eine Radialnut 31 auf. Im Bereich dieser Radialnut 31 befindet sich mindestens eine von dort ausgehende durchgängige Radialbohrung zum Innenvolumen V der Stufenbuchse 30, wodurch im Regler bei eingesetzter Stufenbuchse 30 eine Ölverbindung vom Hochdruckanschluss 22 des Reglers 20 bis in das Innenvolumen V der Stufenbuchse 30 besteht. Die axiale Einbauposition der Vorstufe 20a, angefangen von dem am Reglergehäuse 20d befestigten Proportionalmagneten 26, der Stufenbuchse 30 mit dem eingesetzten Pilotkolben 21 sowie dessen - aus den Einzelteilen Federteller 23, Druckfeder 24, Dichtung und Stellschraube 41 bestehenden - Rückstelleinheit und der Eintrittswinkel der Hochdruckbohrung 22 in das Reglergehäuse 20d sind so aufeinander angepasst, dass sich die zur Schaffung der erforderlichen Ölverbindung benötigte Radialnut 31 in der Stufenbuchse 30 in einer zentrischen Position befindet. Somit kann die Stufenbuchse 30 hinsichtlich ihrer vertikalen, in zwei unterschiedlichen Orientierungen im Reglergehäuse 20d montiert werden und bei beiden Einbauorientierungen der Stufenbuchse 30 bleibt die zuvor beschriebene Ölverbindung von der Hochdruckbohrung 22 zum Volumen V bestehen. In Längsrichtung der Stufenbuchse 30 sind auf den beiden in den Fig. 9a, 9b dargestellten Ouerschnitten zwei sogenannten Ölabflussbohrungen 33 erkennbar. Mindestens eine solche Ölabflussbohrung 33 wird benötigt, die Anzahl solcher Ölabflussbohrung 33 kann auch höher als zwei sein. Abgesehen von der mindestens einen Ölabflussbohrung 33 und der mindestens einen Radialbohrung und der Öffnungskante 44 kann die Stufenbuchse 30 als ein rotationssymmetrisches Bauteil ausgeführt sein.

[0087] In Fig. 8 ist erkennbar, dass auf beiden Stempelflächen der Stufenbuchse 30 jeweils zentrisch angeordnete kreisförmige Vertiefungen 34a, 34b bestehen. Beide Vertiefungen 34a, 34b weisen den gleichen Durchmesser und die gleiche Tiefe auf. Dabei ist der Durchmesser dieser Vertiefungen grösser als der radiale Abstand der beiden Ölabflussbohrungen 33. Dadurch ist sichergestellt, dass zwischen den beiden Stempelflächen der im Reglergehäuse montierten Stufenbuchse 30 eine Ölverbindung besteht. Wie in Fig. 8 erkennbar, hat die Stufenbuchse 30 - abgesehen von dem von der Radialnut 31 erfassten Bereich - über ihre gesamte Länge einen konstanten Aussendurchmesser, wohingegen die axial durch die Stufenbuchse hindurchgeführte Bohrung drei Abschnitte 35a, 35b, 35c mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Hierbei liegt im mittleren Bereich 35b der grösste Innendurchmesser vor. Der jeweilige Übergang von zwei unterschiedlichen Innendurchmessern erfolgt stufenförmig, was durch die gewählte Bezeichnung Stufenbuchse zum Ausdruck kommt. Die Längenabschnitte 35a, 35c entlang der Stufenbuchsen-Achse, über die sich die beiden voneinander geringfügig verschiedenen, jedoch kleineren als im mittleren Bereich vorliegenden Innendurchmesser erstrecken, haben die gleiche Länge. Die Durchmesser-Unterschiede dieser beiden Längenabschnitte 35a, 35c sind relativ gering und durch eine Augenscheinnahme nur schwer voneinander zu unterscheiden. Deshalb wird vorteilhafterweise eine der beiden Stufen-buchsen-Enden mit einer Markierung versehen. Aufgrund der zuvor beschriebenen Gestaltung der Stufenbuchsen-Aus-senbegrenzungen geht hervor, dass diese hinsichtlich eines zentralen Radialschnitts - abgesehen von der erwähnten Markierung - symmetrisch sind. Dadurch kann die Stufenbuchse 30 in zwei unterschiedlichen Orientierungen im Reglergehäuse 20d montiert werden. Diese Orientierung ist entscheidend für den Reglertyp. Genau aus diesem Grund ist die Anbringung der erwähnten Markierung zur Vermeidung eines Montagefehlers sehr sinnvoll.

[0088] Nachfolgend soll der Pilotkolben 21 mit seinen Einzelheiten beschrieben werden. Die Erklärungen gelten für beide DE-Reglertypen.

[0089] Fig. 10a zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Pilotkolbens 21, Fig. 10b einen Längsschnitt durch den Pilotkolben 31. Der Nahbereich des in der Stufenbuchse 30 einlegten Pilotkolbens 21 in Form seines zentralen Axialschnitts durch den DE-Regler ist bspw. in Fig. 8 zu sehen. Wie bspw. in Fig. 8 erkennbar, weist der Pilotkolben 21 über seinen Längenabschnitt, über den der Pilotkolben 21 bezogen auf seinen axialen Stellbereich hinweg sich im Inneren der Innenbohrung der Stufenbuchse 30 befindet bzw. befinden kann, drei zu unterscheidende Abschnitte 42a, 42b, 42c auf. Abgesehen von Armierungen wie den erwähnten Radialnuten29a, 29b, den Spaltringdichtungen 43 und der Öffnungskerbe 44 weist der Pilotkolben 21 in jedem dieser Abschnitte 42a, 42b, 42c einen konstanten Durchmesser auf. Im Übergangsbereich von einer jeden Abschnittsgrenze sind die Aussendurchmesser des Pilotkolbens innerhalb der unterschiedlichen Abschnitte von unterschiedlicher Grösse. Im mittleren Abschnitt 42b ist der Aussendurchmesser des Pilotkolbens 21 kleiner als der der Innenbohrung der Stufenbuchse 30 im Abschnitt 35b. Zu dem hierdurch begrenzten Volumen V besteht eine Ölverbindung zu der sich im Reglergehäuse 20d befindenden Hochdruckbohrung 22, wie unter Berücksichtigung der aus dem vorherigen Abschnitt, der Beschreibung der Stufenbuchse 30 gegebenen Informationen klar wird. Der in diesem Volumen V vorhandene Öldruck entspricht dem über die Drossel 20c zugeleiteten und damit reduzierten des am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe vorliegenden Druckniveaus (vgl. bspw. Fig. 7).

In den beiden anderen Längenabschnitten 42a, 42c, in denen der Pilotkolben 21 über seinen axialen Stellbereich hinweg mit der Innenbohrung der Stufenbuchse 30 in Kontakt steht bzw. stehen kann, sind die Aussendurchmesser des Pilotkolbens 21 in den Abschnitten 42a, 42c und die Innendurchmesser der Stufenbuchse 30 in den Abschnitten 35a, 35c exakt aufeinander abgestimmt, d.h. dort wo die Stufenbuchse 30 Ihren Längenabschnitt 35c mit dem kleineren Innendurchmesser aufweist - wie in den Fig. 7-9 auf der der Druckfeder 24 zugewandten Seite - hat der Pilotkolben 21 einen entspre chend kleineren Aussendurchmesser. Dieser Bereich 42c des Pilotkolbens beginnt an der zum mittleren Abschnitt 42b bestehende Stufe bis zu einer Länge unmittelbar hinter der letzten Spaltringdichtung 43, hier die vierte Spaltringdichtung. Diese befindet sich auch dann noch eng anliegend an der Innenwand der Stufenbuchse 30, wenn der Pilotkolben 21, wie in Fig. 8 gezeigt, nahezu seine Endposition erreicht hat, bei der die Druckfeder 24 ihre maximal im System vorgesehene Kontraktion erfährt. Entlang des Längenabschnitts 35c mit den geringeren Querschnitten ist das Spaltmass zwischen dem Pilotkolben 21 und der Stufenbuchse 30 entsprechend so aufeinander abgestimmt, dass unabhängig von der axialen Stellposition des Pilotkolbens 21 lediglich eine geringe Leckage zur Aufrechterhaltung des Ölschmierfilms gegeben ist. In der in Fig. 8 gezeigten Anordnung der Vorstufe 20a wird durch die Einbauorientierung der Stufenbuchse 30 und die des Pilotkolbens 21, die Leckage von der Hochdruckbohrung 22 auf den sich auf der rechte Seite befindenden Spalt zwischen dem Abschnitt 42c des Pilotkolbens 21 und dem Abschnitt 35c der Innenbohrung der Stufenbuchse 30 zur Tankbohrung 23 weitgehend vermieden. Hierzu tragen die vier als Spaltringdichtungen am Pilotkolben vorhandenen Radialnuten 43 bei. Von der durch die rechtsseitig zur Druckfeder 24 angeordnete zur Stellschraube 41 zugehörige Dichtung, welche in Fig. 8 nicht gezeigt ist, wird das Austreten von Hydrauliköl am dortigen Ende des Reglergehäuses 20d verhindert. Solches über den zuvor betrachteten Leckagepfad zwischen dem Pilotkolben 21 und der Innenbohrung der Stufenbuchse 30, d.h. über die Spaltringdichtungen 43 hinweg hindurchkriechendes Öl erreicht den rechten Bereich des Pilotkolbens 21, der dort aus der Stufenbuchse 30 hervorsteht, von wo aus eine Ölverbindung am Federteller 25 und an der Druckfeder 24 vorbei bis zur Tankbohrung 23 besteht.

[0090] Die beiden Enden des Pilotkolbens 21 sind entsprechend ausgeformt, um ein Verkanten zwischen diesem und dem rechtsseitig angeordneten Federteller 25 und der linksseitig angeordneten Stösselstange 27 des Proportionalmagneten 26 zu verhindern. Über die bereits erwähnten Spaltringdichtungen 43 sind am Kolben 21 zwei weitere Radialnuten 29a, 29b angebracht. Je nach Einbaulage des Pilotkolbens 21 (Konfiguration des Reglers 20) wird an einer der beiden Radialnuten 29a, 29b ein Sicherungsring 28 befestigt. In der in Fig. 8 abgebildeten Konfiguration ist der Sicherungsring 28 auf der rechts ausserhalb der Stufenbuchse 30 gelegenen Radialnut 29b des Pilotkolbens 21 aufgesetzt. Damit der Pilotkolben 21 für beide Reglertypen (steigende oder fallende Kennlinie) ein Gleichteil ist, muss jede seiner beiden Seiten im entsprechenden Abstand zum Kolbenende eine solche Radialnut 29a, 29b aufweisen, da sich der Anschlag 28 immer an der dem Proportionalmagneten 26 gegenüberliegenden Seite des Pilotkolben 21 befinden muss. Damit auch der Sicherungsring 28 ein Gleichteil bleibt, muss der Aussendurchmesser beider Nuten 29a, 29b von gleicher Grösse sein. Folglich muss die Nuttiefe an der Seite des Pilotkolbens 21 mit dem (geringfügig) grösseren Durchmesser grösser sein.

In der in Fig. 8 dargestellten axialen Position des Pilotkolbens 21 wird dieser aufgrund der vorliegenden Bestromung des Proportionalmagneten 26 und der am Pilotkolben 21 vorhandenen Öldrücke vergleichsweise weit nach rechts gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 24 gepresst. Als Folge davon sind die Öffnungskerben 44 am Pilotkolben 21 (weitgehend) verschlossen. Eine Gestaltungsmöglichkeit einer Öffnungskerbe 44 mit geradlinigen Kanten ist in Fig. 10a zu sehen.

Wird der Proportionalmagnet 26 nicht bestromt und liegen keine hohen Öldrücke am Pilotkolben 21 an, wird dieser - in Bezug auf die in Fig. 8 gegebenen Orientierung - von der Druckfeder 24 so weit nach links geschoben, dass der Sicherungsring 28 an der Deckelfläche (und zwar am Ende ihrer Aussparung) der Stufenbuchse 30 aufliegt. Sodann besteht von der Hochdruckbohrung 22, über die Radialnut 31 und die Radialbohrung der Stufenbuchse 30 über das Volumen V, welches durch das durch die Innenbohrung 35b der Stufenbuchse 30 und der Verjüngung 42b des Aussendurchmessers des Pilotkolbens 21 und dessen Öffnungskerbe 44 gegeben ist, eine Verbindung zu den miteinander angrenzenden Aussparungen 34a der Stufenbuchse 30 und der des Reglergehäuses 20d. Von dort aus kann das Hydrauliköl über die Ölabflussbohrungen 33 zur rechtsseitigen Aussparung 34b der Stufenbuchse 30 gelangen, welche wiederum mit der Bohrung im Reglergehäuse 20d, in der sich die Stellschraube 41 und die von ihr abgestützte Druckfeder 24 befinden. Für Letztere Bohrung besteht eine Stossstelle zur Tankbohrung 23.

Entlang dieses beschriebenen Ölpfades von der Hochdruckbohrung 22 bis zur Tankbohrung 23 stellt der vom Hydrauliköl zu durchfliessende Abschnitt durch die Öffnungskerbe 44 des Pilotkolbens 21 die den Strömungswiderstand massgeblich bestimmende Ouerschnittsverengung dar. Damit können der Strömungswiderstand entlang dieses Ölpfades und folglich auch der Vorstufen-Ausgangsdruck zur Beaufschlagung der Hauptstufe 20b in Abhängigkeit der Axial-Position des Pilotkolbens 21 definiert beeinflusst werden.

Das Vorliegen von Öldruck (Es handelt sich hierbei um das der Vorstufe 20a über die Drossel 20c zugeleitete und damit reduzierte Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe) in demjenigen Volumen, welches durch das durch die Innenbohrung der Stufenbuchse 30 und der Verjüngung 42b des Aussendurchmessers des Pilotkolbens 21 und dessen Öffnungskerbe 44 gegeben ist, führt mit dem unter diesem Druckniveau stehenden Hydrauliköl zu sich gegenseitig aufhebenden Radialkräften und zu Axialkräften. Die auf die fest im Reglergehäuse 20d verankerten Stufenbuchse 30 einwirkenden Axialkräfte haben keine funktionsbestimmende Auswirkung. Doch die auf den Pilotkolben 21 einwirkenden Axialkräfte ergeben error: character:# not found bei einer wie in Fig. 8 vorhandenen Konfiguration - eine resultierende Kraft, welche die gleiche Richtung wie die Rückstellkraft der Druckfeder 24 aufweist. Die Richtung der resultierenden Kraft aufgrund des bestehenden Öldrucks kommt dadurch zustande, weil die linksseitige Auflagefläche 45a (siehe Fig. 10) am Pilotkolben 21 grösser als die rechtsseitige Auflagefläche 45b ist.

[0091] In der Konfiguration der Vorstufe 20a gemäss Fig. 6, in der die Stufenbuchse 30 und dementsprechend der Pilotkolben 21 in der anderen Einbauorientierung in das Reglergehäuse 20d montiert sind und zwar in Bezug auf die orthogonal zur Längsachse gelegenen Ebene um 180° gedreht sind, hat der Regler 20 eine fallende Kennlinie. Hier übt das über die Drossel 20c zugeführte und damit reduzierte Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe auf den Pilotkolben 21 eine nach rechts gerichtete Kraft aus, weil die rechtsseitige Auflagefläche 45a grösser als die linksseitige Auflagefläche 45b ist. Bei dieser Konfiguration fliesst das Hydrauliköl bei einer durch eine entsprechende Ansteuerung geöffneten Öffnungskerbe 44 bereits auf derjenigen Seite des Pilotkolbens 21 ab, an der sich die Tankbohrung 23 befindet. Demzufolge haben in dieser Konfiguration die Ölabflussbohrungen 33 an der Stufenbuchse 30 und ihre Aussparung 34b an der dem Proportionalmagneten 26 zugewandten Seite den Zweck, das entlang des Spaltes zwischen der Innenbohrung der Stufenbuchse 30 und der entsprechenden Mantelfläche des Pilotkolbens 21 sich ungeachtet der Spaltringdichtungen 43 in Richtung zum Proportionalmagneten 26 bewegende Leckageöl zum Tank zurückzuführen. Eine gewisse Ölleckage ist zur Aufrechterhaltung der Schmierung erforderlich. Bestünde von dem linksseitig des Pilotkolbens 21 vorhandenen Volumen, welches durch den soeben erklärten Leckage-Ölstrom erreicht wird, für das Öl keine Rückführungsmöglichkeit in den Tank, würde sich dieses Leckageöl - in Bezug auf den atmosphärischen Druck - unter Bildung von Überdruck im dortigen Volumen aufstauen und der von dort ausgehende Druck an der betreffenden Stirnfläche des Pilotkolbens 21 anliegen und daher innerhalb einer sehr kurzen Zeit zu einem Defekt der Vorstufe 20a führen.

[0092] Die in den Fig. 6 und 8 durch die Längsschnitte abgebildeten Darstellungen des Pilotkolbens 21 und damit die Bauteile einen solchen in der Realität aufgebauten erfindungsgemässen Reglers unterscheiden sich nur darin, dass das in Fig. 8 Gezeigte in einem DE-Regler mit steigender Kennlinie verwendet wird und das in Fig. 6 Gezeigte in einem DE-Regler mit fallender Kennlinie verwendet wird.

[0093] Für beide Konfigurationen gemäss den Fig. 6, 8 existieren Beeinflussungsmöglichkeiten der Magnetstrom-Druck-Kennlinie an der hydraulischen Vorstufe 20, d.h. unter Beibehaltung des Proportionalmagneten 26 und der Hauptstufe 20b. Bei einer Bestromung des Proportionalmagneten 26 unterhalb eines ersten Schwellenwertes bleibt das Druckniveau am Hochdruckausgang der betriebenen Hydraulikpumpe unverändert von dieser elektrischen Stromstärke. Der Schwellenwert dieser Stromstärke ist abhängig von der Vorspannkraft der Stelleinrichtung 24, 25 und somit abhängig von der Deformationslänge und der Härte der in ihr enthaltenen Schraubenfeder 24 sowie von der Weglänge um die der Pilotkolben 21 verschoben werden muss, bis sich die Öffnungsweite der Öffnungskerbe 44 ändert.

Vorausgesetzt eines ausreichend starken Proportionalmagneten 26 bleibt das Druckniveau am Hochdruckausgang der betriebenen Hydraulikpumpe unverändert von einer weiteren Erhöhung der elektrischen Stromstärke, weil sich ab der Erreichung dieses zweiten Schwellenwertes die Öffnungsweite der Öffnungskerbe 44 nicht mehr ändert (z.B. bei einem DE-Regler mit fallender Kennlinie die Öffnungskante vollständig geschlossen ist) oder diese zwar noch vorliegende Änderung keinen Einfluss auf das Vorstufen-Ausgangsdruckniveau hat.

Je nach Reglertyp führt eine Erhöhung des Magnetstroms zwischen diesen beiden Schwellenwerten der elektrischen Stromstärke zu einer (näherungsweise) linearen Erhöhung bzw. Reduzierung des Druckniveaus am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe. Die Steigung (positiv bzw. negativ) der Kennlinie ist abhängig von der Federhärte der in der Vorstufe 20a enthaltenen Schraubenfeder 24 und der Grösse der Steuerfläche am Pilotkolben 21 sowie der Reduzierung des Druckniveaus vom Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe mit dem die Pilotkolben-Steuerfläche beaufschlagt wird. Damit ein ausgedehnter linearer Kennlinienbereich existiert, müssen diese genannten Einflussfaktoren durch eine entsprechende Bauteilauswahl bzw. Bauteilbeschaffenheit aufeinander abgestimmt sein. Prinzipiell kann diese Abstimmung durch die Verwendung eines entsprechend starken Proportionalmagneten 26 wieder austariert werden. Mit zunehmender Grösse erhöht sich dessen benötigter Bauraum und es steigen die Anschaffungskosten des Proportionalmagneten 26. Muss der Proportionalmagnet 26 entsprechend hohe Kräfte aufbringen, werden klarerweise entsprechend hohe elektrische Leistungen benötigt, die letztlich der Primärantrieb unter Kraftstoffmehrverbrauch bereitstellt.

In der hier vorgeschlagenen Ausführungsform des Pilotkolbens 21 lässt sich ein solches Austarieren vergleichsweise einfach über eine Anpassung der effektiven Steuerfläche erreichen. Die effektive Steuerfläche ergibt sich durch die Differenz der Ouerschnittsflächen 45a, 45b in der Steuerkammer V des Pilotkolbens 21. Wie aufgezeigt, weist der Pilotkolben 21 an der mit der Öffnungskerbe 44 ausgestatteten Seite eine grössere Ouerschnittsfläche 45a als an der gegenüberliegenden Seite mit den eingearbeiteten Spaltringdichtungen 43 auf.

Mit einer Vergrösserung des Ouotienten (Grössenverhältnis) zwischen der grösseren und der kleineren Ouerschnittsfläche 45a, 45b, die hier durch eine Anpassung der Durchmesser im entsprechenden Längenabschnitt 42a, 42c des Pilotkolbens 21 einfach umsetzbar ist, wird bei einem DE-Regler mit steigender Kennlinie durch den in der Steuerkammer V vorliegenden Öldruck die vom Proportionalmagneten 26 ausgehende Kraft zunehmend stärker unterstützt. Im Letzteren Fall ergibt sich eine grössere Steigung der Strom-Druck-Kennlinie (vgl. Folie 51). Im Gegensatz dazu führt eine Verkleinerung des besagten Ouotienten zu einer flacher ansteigenden Strom-Druck-Kennlinie (vgl. Fig. 11).

[0094] Mit einer Vergrösserung des Ouotienten (Grössenverhältnis) zwischen der grösseren und der kleineren Ouerschnittsfläche 45a, 45b, die hier durch eine Anpassung der Durchmesser im entsprechenden Längenabschnitt 42a, 42c des Pilotkolbens 21 einfach umsetzbar ist, wird bei einem DE-Regler mit fallender Kennlinie durch den in der Steuerkammer V vorliegenden Öldruck eine Kraft auf den Pilotkolben 21 aufgebracht, die der vom Proportionalmagneten 26 ausgehenden Kraft zunehmend entgegen wirkt. Im Letzteren Fall ergibt sich eine flachere Strom-Druck-Kennlinie (vgl. Fig. 12). Im Gegensatz dazu führt eine Verkleinerung des besagten Ouotienten zu einer steiler abfallenden Strom-Druck-Kennlinie.

[0095] In der erfindungsgemässen Ausführungsform der Vorstufe 20a ist eine Änderung des die Grösse der effektiven Steuerfläche des Pilotkolbens 21 bestimmende Grössenverhältnisses mit einem vergleichsweise geringen Unterschied in der Fertigung möglich und betrifft lediglich die Stufenbuchse 30 und den Pilotkolben 21. Das Pumpengehäuse 20d muss nicht geändert werden, da die zu ändernden Innendurchmesser zur Beherbergung des Pilotkolbens 21 in der Stufenbuchse 30 ausgeführt werden.

[0096] Der Erfindungsgegenstand, die hier vorgestellten Vorstufe 20a könnte allerdings auch ohne einen Primäraktuator 26 eingesetzt werden, indem die Vorstufe 20a durch eine mechanisch übertragene Hand- oder Fussbewegung durch einen Bediener direkt angesteuert wird oder durch einen einfachen mechanischen Mitnehmer ausgelöst wird. Sodann wäre eine Beeinflussung der Übertragungskennlinie zwischen der Stellweite des Bedienhebels und dem Druckniveau am Hochdruckausgang der Hydraulikpumpe durch die beschriebene Möglichkeit der Dimensionierung der effektiven Steuerfläche in der Steuerkammer V des Pilotkolbens 21 ein probates Mittel.

[0097] Mit den nachfolgend gelisteten Ausführungsformen können sowohl die DE-Regler mit einer fallenden Strom-Druck-Kennlinie als auch solche mit einer steigenden Strom-Druck-Kennlinie dargestellt werden. A: ohne Stufenbuchse [0098] Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 6 bis 10 wurde eine Stufenbuchse 30 eingesetzt. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, den Regler 20 ohne Stufenbuchse 30 zu betreiben. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 13. Gezeigt ist ein Längsschnitt des Pilotkolben-Nahbereichs für einen DE-Regler mit fallender Kennlinie. Die Reglerachsenbohrung für den Pilotkolben 21 ist direkt im Reglergehäuse 50d ausgeführt. Es handelt sich um eine Bohrung 55 mit Abhebung, denn im aus axialer Sicht mittleren Bereich 55b der Reglerachsenbohrung liegt ein grösserer Innendurchmesser als in den beiden verbleibenden Längenabschnitten 55a, 55c der Reglerachsenbohrung vor. Der Pilotkolben 21 verfügt über zwei Radialnuten 29a, 29b, damit entsprechend der durch den Regler 50 darzustellenden Kennlinien-Charakteristik und der sich daraus ergebenden Einbauorientierung an einer dieser Nuten 29a, 29b ein Sicherungsring 28 aufgesetzt werden kann. Am rechten Ende der Abbildung befindet sich die in der Reglerachsenbohrung montierte Stelleinrichtung 24, 25, deren Unterbringung im Reglergehäuse 50d einen grösseren Innendurchmesser erfordert als der fortgesetzte Teil dieser Reglerachsenbohrung, in dem der Pilotkolben 21 beherbergt ist. Am Übergang dieser Bohrungsabschnitte wird eine Weiterbewegung des Pilotkolbens 21 aufgrund des aufgesetzten Sicherungsrings 29 in die Richtung zum Proportionalmagneten 26 blockiert. Obwohl der linksseitig zu erkennende Stössel 27 des Proportionalmagneten 26 den Pilotkolben 21 nicht berührt, ist dessen Nulllage durch die Vorspannung der sich rechtsseitig befindenden Druckfeder 24 klar definiert. Des Weiteren ist aus dem Schnitt erkennbar, dass der Pilotkolben 21 über mindestens zwei Öffnungskerben 44 verfügt.

[0099] Die Verwendung einer Stufenbuchse 30 ermöglicht eine 100 % Gleichteilestrategie für die beiden Reglertypen, d.h. den DE-Regler mit a) steigender und b) mit fallender Kennlinie. Hinsichtlich der Fertigung eines DE-Reglers in einer Version, die eine Stufenbuchse 30 aufweist, überwiegen die Vorteile:

Bei der Fertigung einer Stufenbuchse 30 kann ausgehend von einem Rundmaterial - abgesehen von den Längsbohrungen (das sind die zentrische Längsbohrung 35 zur Unterbringung des Pilotkolbens 21 und die mindestens eine Ölabflussbohrung 33) und der mindestens einen Radialbohrung sowie der Markierung - die Stufenbuchse 30 durch Drehen und somit durch ein kostengünstiges Verfahren hergestellt werden. (i) Die Radialbohrung tritt in die zentrische Längsbohrung 35 ein. Die dabei entstehenden Bohrgrate müssen sehr sorgfältig entfernt werden. (ii) Die Durchmesser der Längsbohrung 35 müssen mit hoher Präzision eingehalten werden. (iii) Sämtliche inneren und äusseren Oberflächen müssen völlig frei von Metallspänen sein.

Die Anforderungen (i), (ii) und (iii) lassen sich weitaus einfacher erfüllen, wenn es sich wie bei der Stufenbuchse um ein vergleichsweise handliches Bauteil anstatt um das vielfach grössere Reglergehäuse 20d handelt. Bei dem Nichtvorhandensein der Stufenbuchse 30, müssten sämtliche dieser zuvor umschriebenen Bearbeitungsschritte im Inneren des Reglergehäuses 50d und damit an für die Bearbeitungswerkzeuge deutlich schwieriger zugänglichen Stellen vorgenommen werden. Ferner ist eine zur Qualitätskontrolle notwendige Augenscheinnahme dieser Bearbeitungspositionen im Inneren des Reglergehäuses 50d wesentlich zeitaufwendiger und das Risiko unerkannter Mängel deutlich höher.

Im Reglergehäuse 20d kann der Grossteil der zur Unterbringung der Stufenbuchse 30 erforderlichen Materialaussparungen mit einem vergleichsweise hohen Untermass gefertigt werden. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass die Stufenbuchse 30 an der vorgesehenen Stelle fixiert ist. (Mindestens eine Ölabflussbohrung 33 würde für beide Reglertypen benötigt werden, weil bei einem DE-Regler mit steigender Kennlinie diese Verbindung für den funktionsbestimmenden Ölpfad erforderlich ist und bei einem DE-Regler mit fallender Kennlinie an der dem Proportionalmagneten 26 zugewandten Seite Leckageöl anfällt.) Bei der entsprechenden Einarbeitung der notwendigen Materialaussparungen, Auflageflächen und Verbindungen in das Reglergehäuse 20d selbst, könnten lediglich die Stufenbuchse 30 als separates Bauteil und die zu deren Befestigung im Reglergehäuse 20d benötigten Vorrichtungen (die Klemmbauteile bzw. eine Gewindeverschraubung bzw. die Verarbeitungsschritte für die Vorbereitung einer Presspassung) entfallen.

Durch einfache geometrische Anpassungen des Aussendurchmessers des Pilotkolbens 21 und dem Innendurchmesser der Stufenbuchse 30 kann eine definierte Steigungsänderung der Regler-Kennlinie erreicht werden. B: Mit oder ohne Anschlag des Pilotkolbens [0100] Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 6 bis 10 wurde der Pilotkolben 21 mit einem Anschlag versehen, d.h. es wurde ein Pilotkolben 21 mit einem an der entsprechenden Radialnut 29a, 29b aufgesetzten Sicherungsring 28 verwendet.

[0101] Der Regler 20 wäre jedoch auch ohne Anschlag 29 des Pilotkolbens funktionsfähig. Jedoch bietet das Vorhandensein eines Anschlags 29 zwei grosse Vorteile: (i) In Bezug auf seine Nulllage (gemeint ist hier die Position bei unbestromtem Proportionalmagneten 26) nimmt der Pilotkolben 21 immer eine exakt definierte Position ein. (ii) Bei niedrigen Stromstärken ist die Strom-Kraft-Kennlinie eines Proportionalmagneten 26 nichtlinear. Indem die in der Stelleinheit vorhandene Druckfeder 24 entsprechend stark vorgespannt wird, lässt sich erreichen, dass deren Kontraktion erst im linearen Kennlinienbereich des Proportionalmagneten einsetzt und somit nur in dessen linearem Stellbereich für den Reglerbetrieb genutzt wird. C: Geometrische Gestaltung der Öffnungskerbe des Pilotkolbens [0102] Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 6 bis 10 wurde der Pilotkolben 21 mit einer Öffnungskerbe, die eine gerade Kontur aufweist, eingesetzt. Alternativ wäre hier jedoch ebenso eine geschwungene Kontur möglich. D: Mit oder ohne Abhebung der Stufenbuchse 30 [0103] Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 6 bis 10 ist die Stufenbuchse 30 mit einer Abhebung ausgeführt, wodurch sich in deren Innenbohrung drei Längenabschnitte 35a, 35b, 35c mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern ergeben. Eine alternative Ausgestaltung der Stufenbuchse 30' ist in Fig. 14 gezeigt. Die hier gezeigte Stufenbuchse 30' hat keine solche Abhebung, weshalb diese lediglich zwei Längenabschnitte 35a', 35b' mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweist. Ausserdem verfügt der in der Ausführung gemäss den Fig. 6 bis 10 verwendete Pilotkolben 21 über zwei Öffnungskerben 44, wohingegen der Pilotkolben 21 gemäss Fig. 14 nur über eine einzige Öffnungskerbe 44' verfügt. Ferner weisen die beiden Pilotkolben 21,21 ' eine unterschiedliche Anzahl an Spaltringdichtungen 43 auf.

[0104] Die Variante ohne Abhebung der Stufenbuchse 30 könnte sich auch auf die zuvor erklärte Variante gemäss Fig. 13 umsetzen lassen, in dem das Reglergehäuse 50d nur mit zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Innendurchmessern der Reglerachsenbohrung ausgestaltet wird.

[0105] Selbstverständlich können diese soeben diskutierten unterschiedlichen Ausführungsformen der Stufenbuchse 30, 30' und die des Pilotkolbens 21,21' jeweils sowohl in einem DE-Regler mit steigender als auch in einem DE-Regler mit fallender Kennlinie Verwendung finden. E: Anzahl der Öffnungskerben des Pilotkolbens [0106] Auch die Anzahl der Öffnungskerben kann variieren, vgl. bspw. Fig. 8 und Fig. 14. F: Art der axialen Befestigung der Stufenbuchse 30, 30' im Reglergehäuse 20d: [0107] Die Stufenbuchse kann per Spielpassung, Presspassung oder Einschraubung innerhalb des Reglergehäuses 20d montiert werden. Bevorzugt ist eine Spielpassung durch federartige Elemente, z.B. Teller- oder Schraubenfedern. G: Markierung der Stufenbuchse 30, 30' [0108] Wie erwähnt und gemäss der Bedeutung des Begriffs Markierung ist diese nicht funktionsbestimmend. Allerdings bewirkt das Vorhandensein dieser Markierung den grossen Vorteil, dass bei der Montage die benötigte Einbauorientierung einfach erkennbar ist.

Kombinationen [0109] Die unter D bis G geführten Variantenmerkmale können klarerweise nur dann auftreten, wenn es sich bei der im Regler 20 verwendeten Vorstufe 20a um eine Ausführung mit einer Stufenbuchse 30 handelt.

Handelt es sich um eine Vorstufe 20a' ohne Stufenbuchse, dann können sämtliche Permutationen aller Varianten der Merkmale von B bis D auftreten.

Handelt es sich um eine Vorstufe 20a mit Stufenbuchse 30, dann können sämtliche Permutationen aller Varianten der Merkmale von B bis G auftreten.

Montage der Vorstufe für unterschiedliche Ausführungsformen: [0110] (I) Regler 20 mit Stufenbuchse 30 und Spielpassung

In Bezug auf die Darstellung und Orientierung der Fig. 8:

Zunächst werden rechtsseitig der betreffenden Reglerachsen-Bohrung der Federteller 25, die Druckfeder 24 und die mit der Öldichtung versehene Stellschraube in das Reglergehäuse 20d montiert. Sodann wird der Sicherungsring 29 auf diejenige für den Typ des DE-Reglers vorgesehene Radialnut 29b des Pilotkolbens 21 aufgesetzt. Danach wird diese Teileeinheit in die Stufenbuchse 30 eingesetzt. Im Anschluss daran werden die Klemmelemente zur Fixierung der Stufenbuchse 30 auf diese ausgesetzt. Diese erweiterte Teileeinheit wird von der linken Seite kommend in die betreffende Reglerachsen-Bohrung eingesetzt. Abschliessend wird der mit der Dichtung versehene Proportionalmagnet 26, der als bereits zusammengebauter Aktuator zur Montage gelangt, am Reglergehäuse 20d befestigt.

[0111] (II) Regler 20 mit Stufenbuchse 30 und Presspassung oder Einschraubung

Zuerst wird die Stufenbuchse 30 in das Reglergehäuse 20d eingebaut. Je nach Reglertyp muss der Pilotkolben 21 mit bereits aufgesetztem Sicherungsring 29 entweder von der rechten oder von der linken Seite der betreffenden Reglerachsen-Bohrung ausgehend in seine Anschlagsposition in der bereits montierten Stufenbuchse 30 eingesetzt werden. Die Montage der Stelleinheit 24, 25 und des Proportionalmagneten 26 erfolgen wie unter (I) beschrieben.

[0112] (III) Regler 50 ohne Stufenbuchse

Je nach Reglertyp kann der Pilotkolben 21 mit bereits aufgesetztem Sicherungsring 29 entweder von der rechten oder von der linken Seite der betreffenden Reglerachsen-Bohrung ausgehend in seine Anschlagsposition am Reglergehäuse 50d eingesetzt werden. Die Montage der Stelleinheit 24, 25 und des Proportionalmagneten 26 erfolgen wie unter (I) beschrieben.

[0113] Das konstruktive Grundprinzip, welches zuvor für den Aufbau der Vorstufe 20a eines zweistufigen hydraulischen Reglers 20 mit ei. Primäraktuator 26 vorgestellt worden ist, kann auch auf einstufige, dreistufige etc. hydraulische Ventile bzw. Regler angewendet werden. Das Vorhandensein eines nicht-hydraulischen Primäraktuators 26 ist optional. Anstelle eines Primäraktuators 26 könnte die hydraulische Vorstufe 20a auch durch eine mechanisch übertragene Hand- oder Fussbewegung des Bedieners direkt angesteuert werden sowie durch einen einfachen mechanischen Mitnehmer ausgelöst werden.

[0114] Der ei. Primäraktuator 26 kann das direkte oder ein konvertiertes Signal eines Bedienhebels/Joysticks erhalten. Mit der Bezeichnung konvertiertes Signal ist gemeint, dass im einfachsten Fall das dem ei. Primäraktuator 26 zugeführte Signal aus einer Überlagerung zwischen dem Ausgangssignal des Joysticks und einer Kennlinie hervorgegangen ist. (Bspw. könnte es für eine bestimmte Anwendung vorteilhaft sein, eine parabelförmige Ansprechcharakteristik zw. der Joystick-Position und dem Druckniveau des Hochdruckausgangs der Hydraulikpumpe zu erlangen, um die Hydraulikpumpe bzw. die von ihr auszuführende Funktion speziell im unteren Ansteuerungsbereich besonders feinfühlig dosiert bedienen zu können. In einer weiteren Ausbaustufe kann diese Überlagerung durch eine zusätzliche Abhängigkeit von Systemzuständen und/oder Umgebungsbedingungen beeinflusst werden. (Letzteres könnte bspw. benutzt werden, um das Abwürgen der als Primärantrieb dienenden Brennkraftmaschine zu verhindern. Die Überlagerung könnte durch eine Software festgelegt werden, der a) die über einen Sensor erfasste Momentandrehzahl der Brennkraftmaschine zugeführt wird und in der b) ein Kennfeld der Drehzahl-Drehmomenten Dynamik der Brennkraftmaschine hinterlegt ist. Dabei kann die Software in einem eigens dafür bereitgestellten Steuergerät abgelegt sein oder auf einem bereits anderweitig vorhandenen Steuergerät implementiert sein.) [0115] Ein weiteres Beispiel:

Der DE-Regler wird dazu benutzt, um die Leistungszuführung an einen durch einen Hydraulikmotor betätigten Lüfter festzulegen. Werden kurzzeitig zur Versorgung einer Primärfunktion (z.B. für den Fahrantrieb etwa beim Anfahren oder einem Arbeitswerkzeug etwa beim Einsetzen einer Hebebewegung) besonders hohe Leistungen benötigt, könnte der die dem hydraulischen Lüfterantrieb zuführende Leistung verwendete DE-Regler kurzzeitig eine Abregelung vornehmen.

[0116] Der dem Erfindungsgegenstand entsprechende Teil eines Hydraulikventils-/Reglers kann nicht nur wie zuvor beschrieben Bestandteil einer Steuerung, sondern auch Bestandteil eines Regelkreises sein. Dabei ist es klarerweise unerheblich, ob der Regelkreis ausschliesslich aus Hardware-Komponenten (Hydraulik, Mechanik und Elektrik) ausgeführt ist oder ob der Regelkreis zusätzlich auch Softwareumfänge beinhaltet. Würde im Fall einer Anwendung des Erfindungsgegenstands in einer Regelung dort ein Defekt oder gar ein kompletter Ausfall z.B. durch die Beschädigung eines Sensors, durch einen Softwarefehler, durch einen Ausfall der Datenkommunikation oder einer Signalunterbrechung etc. auftreten, kommt bei der richtigen Auswahl des DE-Reglertyps eine Fail Safe Strategie zum Tragen.

[0117] Mit der bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Bauteile eines solchen Druckreglers 20 mit positiver und negativer Kennlinie identisch. Ein bereits zusammengebauter Druckregler 20 mit positiver Kennlinie kann mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ohne einen Austausch von Bauteilen zu einem Druckregler 20 mit negativer Kennlinie umgebaut werden und umgekehrt. Möglich wird dies durch die Hinzunahme des als Stufenbuchse 30 bezeichneten Bauteils und ihrer entsprechenden Ausgestaltung UND die besondere Gestaltung des Pilotkolbens 21 UND der dargestellten konzeptionellen Gestaltung der Hydraulikölzuführung von der Hochdruckseite her kommend sowie der dargestellten konzeptionellen Gestaltung des Ölablaufs in die Hydrauliköl-Rückflussbohrung im Reglergehäuse 20d ausserhalb der Vorstufe 20a, welches für die Vorstufe 20a angewendet wird.

Claims (17)

1. Durch die Ausgestaltung und Anzahl der im Pilotkolben enthaltenen Öffnungskerbe(n) 44 kann das Ansprechverhalten des Reglers 20 beeinflusst werden. Als Grundformen für die Ausgestaltung einer Öffnungskerbe 44 kommen in ihrer Radialrichtung in Frage: eine gerade Form, eine konvexe Form, eine konkave Form und verallgemeinert eine Mischung aus beliebigen geschwungenen und geraden Formen. Weiterhin können selbstverständlich die Tiefe bzw. das Tiefenprofil in Längsrichtung des Pilotkolbens 21 und Länge der Öffnungskerbe 44 variieren. Dabei kann auch die Öffnungskerbe 44 bis in den mittleren stark verjüngten Längenabschnitt 42b des Pilotkolbens 21 hineinragen. [0118] Vorteilhafterweise wird ein Anschlag 29 für den Pilotkolben 21 vorgesehen, durch den dessen Position bei einer Nicht-Bestromung bzw. schwachen elektrischen Bestromung des Primäraktuators 26 eindeutig festgelegt ist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform stellt das Vorhandensein einer Radialnut 29a, 29b am Pilotkolben 21 dar. Auf diese kann vor dem Einbau des Pilotkolbens 21 in einer klar definierten und gut sichtbaren Position ein Sicherungsring 29 aufgesetzt werden. Gemäss der Gleichteilstrategie wird am Pilotkolben 21 an zwei Positionen die besagte Radialnut 29a, 29b angebracht. Je nach dem benötigten Reglertyp wird dann der Sicherungsring 28 an der dazu passenden Seite befestigt. Selbstverständlich müssen die besagten Radialnuten 29a, 29b an einer jeweils genau definierten Längsposition angebracht sein, da durch diese die Nullstromlage (bzgl. des elektrischen) Stromes festgelegt wird. Damit auch ein baugleicher Sicherungsrings 28 verwendet werden kann, muss die Nuttiefe, die für das Aufsetzen an der Seite des Pilotkolbens 21 mit dem (geringfügig) grösseren Aussendurchmesser vorgesehen ist, eine geringfügig grössere Tiefe aufweisen. Durch die Anbringung entsprechend dimensionierter und entsprechend positionierter Radialnuten im Bereich der Mantelfläche des Pilotkolbens 21, der abgesehen von einem geringen Leckage-Ölfluss dichtend sein soll - es handelt sich dabei um die Seite mit dem geringfügig kleineren Aussendurchmesser - können Spaltringdichtungen 43 dargestellt werden, wodurch diese Ölleckage deutlich reduziert werden kann; idealerweise auf ein solche Ouantität zu beschränken, die gerade ausreichend ist, um den zur Schmierung erforderlichen Ölfluss mit Sicherheit aufrecht zu erhalten. Ausserdem zu nennen ist die aus einem Federteller 25, einer Druckfeder 24, welche durch eine Stellschraube auf unterschiedliche Vorspannungen eingestellt werden kann, gebildete Stelleinrichtung, die ihrerseits über eine Verschraubung im Reglergehäuse 20d in der die Steuerachse der Vorstufe 20a darstellenden Bohrung gegenüberliegend zum Pilotkolben 21 installiert wird. An der Stelleinrichtung ist eine Position vorgesehen, an der eine Dichtung klar definiert und gut sichtbar aufgesetzt werden kann. Sobald diese Stelleinrichtung an der vorgesehenen Stelle im Reglergehäuse 20d mit dem vorgesehenen Anzugsmoment eingeschraubt ist, besteht ein öldichter Verschluss. [0119] An dem Primäraktuator 26 kann eine Position vorgesehen sein, an dem eine Dichtung klar definiert und gut sichtbar montiert werden kann. Der Primäraktuator 26 wird auf das Reglergehäuse aufgeschraubt. Sodann liegt an dieser Verbindung zwischen dem Reglergehäuse 20d und dem Primäraktuator 26 unter Mitwirkung der zuvor erwähnten Dichtung ein öldichter Verschluss vor, der auch bei hohen Öldrücken innerhalb der Vorstufe 20a wirksam ist. [0120] Die erfindungsgemässe hydraulische Druckreglereinheit 20 kann in allen Hydraulikreglern/-Ventilen, unabhängig davon, ob diese in mobilen Anwendungen etwa in Strassenfahrzeugen, Mobilen Arbeitsmaschinen, im Schiffsbau oder im Bereich der Aeronautik oder in stationären Anwendungen eingesetzt werden. Das neue Prinzip des Hydraulikreglers/-Ventils lässt sich auch auf die entsprechenden Komponenten der Pneumatik übertragen. Patentansprüche

   1. Hydraulischer Druckregler zur Ansteuerung einer verstellbaren hydraulischen Verdrängereinheit, bestehend aus einer Vor- und Hauptstufe, wobei die mittels mechanischem oder elektrischen Primäraktor ansteuerbare Vorstufe zwei Anschlüsse aufweist, deren fluidsche Verbindung mittels eines Pilotkolbens der Vorstufe steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotkolben von einer Stufenbuchse umgeben ist und die Einbauorientierung der aus dem Pilotkolben und Stufenbuchse gebildeten Bauteilkombination derart änderbar ist, so dass der Druckregler wahlweise mit einer steigenden oder fallenden Kennlinie betreibbar ist.
2. 2. Hydraulischer Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung der Stufenbuchse in Längsrichtung zwei Stufen vorsieht, die sich hinsichtlich ihres Innendurchmesser unterscheiden, und die Stufe, d.h. der Übergang zwischen den Stufen, vorzugsweise in Axialrichtung mittig liegt.
3. 3. Hydraulischer Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenbuchse wenigstens drei Stufen vorsieht, wobei die mittlere Stufe den grössten Innendurchmesser aufweist.
4. 4. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenbuchse eine Radialnut auf ihrer äusseren Mantelfläche vorsieht, die über wenigstens eine Radialbohrung mit einem Innenvolumen der Stufenbuchse verbunden ist.
5. 5. Hydraulischer Druckregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialnut in Längsrichtung der Stufenbuchse mittig angeordnet ist, so dass diese unabhängig von der Einorientierung der Stufenbuchse mit einem ersten Druckanschluss der Vorstufe in Fluidverbindung steht.
6. 6. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenbuchse wenigstens eine längsgerichtete Abflussbohrung aufweist.
7. 7. Hydraulischer Druckregler, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenbuchse an ihren Stirnseiten Vertiefungen, insbesondere kreisförmige Vertiefungen mit vorzugsweise identische Durch messern aufweist, wobei die Vertiefungen bevorzugt eine identische Tiefe haben, wobei weiterhin bevorzugt wenigstens eine der Abflussbohrungen der Stufenbuchse in den stirnseitigen Vertiefungen mündet um diese fluidisch zu verbinden.
8. 8. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotkolben wenigstens drei Abschnitte mit unterschiedlichen Aussendurchmessern aufweist, die alle zumindest teilweise innerhalb der Stufenbuchse liegen, wobei vorzugsweise der mittlere Abschnitt den kleinsten Aussendurchmesser aufweist und mit der gegenüberliegenden Innenwandung der Stufenbuchse ein Innenvolumen definiert, und wobei sich die Aussenumfänge der äusseren Abschnitte des Pilotkolbens sich an die Innendurchmesser der äusseren Stufen der Stufenbuchse bis auf übliche Leckagen zumindest grossteils dichtend anlegen.
9. 9. Hydraulischer Druckregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich ausgehend vom mittleren Abschnitt des Pilotkolbens wenigstens eine Öffnungskerbe im Aussenumfang eines der äusseren Abschnitte in Richtung der Stirnseite des Pilotkolbens erstreckt.
10. 10. Hydraulischer Druckregler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet dass wenigstens ein äusserer Abschnitt des Pilotkolbens ein oder mehrere Spaltringdichtungen vorsieht, insbesondere der äussere Abschnitt ohne Kerbe.
11. 11. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotkolben an den aus der Stufenbuchse herausragenden Enden jeweils wenigstens eine Montagestelle, insbesondere eine Radialnut, für die Anbringung eines Anschlages, insbesondere eines Sicherungsringens, insbesondere Federringes, aufweist, der an einer Stirnseite der Stufenbuchse anschlägt um die durch ein Rückstellmittel der Vorstufe bewirkte Axialbewegung des Pilotkolbens zu begrenzen.
12. 12. Hydraulischer Druckregler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellmittel eine axial gegen den Pilotkolben wirkende Druckfeder umfasst, deren Vorspannung einstellbar ist.
13. 13. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenbuchse mittels Spielpassung und Klemmmitteln oder mittels Presspassung oder mittels Einschraubung in das Reglergehäuse eingebracht ist.
14. 14. Hydraulischer Druckregler zur Ansteuerung einer verstellbaren hydraulischen Verdrängereinheit, bestehend aus einer Vor- und Hauptstufe, wobei die mittels mechanischem oder elektrischen Primäraktor ansteuerbare Vorstufe zwei Druckanschlüsse aufweist, deren fluidsche Verbindung mittels eines Pilotkolbens der Vorstufe steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauorientierung des Pilotkolbens derart änderbar ist, so dass der Druckregler wahlweise mit einer steigenden oder fallenden Kennlinie betreibbar ist.
15. 15. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckanschluss der Vorstufe über eine Drossel mit dem Hochdruckeingang der Hauptstufe, diese vorzugsweise mit dem Hochdruckausgang einer Verdrängereinheit verbindbar ist, und unmittelbar mit einem Steuereingang der Hauptstufe in Verbindung steht.
16. 16. Hydraulischer Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckanschluss mit einer Niederdruckseite, insbesondere dem Hydrauliktank verbunden ist.
17. 17. Verfahren zur Montage der Vorstufe eines Druckregler gemäss einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotkolben in die Stufenbuchse eingesetzt wird und zusammen mit der Stufenbuchse im Reglergehäuse montiert wird, wobei vorzugsweise vor dem Einsetzen des Pilotkolbens in die Stufenbuchse der Anschlag des Pilotkolbens aufgebracht wird.