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Die Erfindung bezieht sich auf ein Proportionaldruckregelventil und insbesondere auf ein vorgesteuertes, zweistufiges Druckregelventil, das eine Einrichtung zur Begrenzung der Dauer axialer Schwingungen des Kolbens gegenüber dem Ventilgehäuse aufweist, nachdem das Vorsteuerventil eine Axialbewegung des Kolbens in eine Position zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewirkt hat, um den Hydraulikdruck am Steueranschluss schnell auf ein vorbestimmtes Niveau zu bringen.
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Im Bereich der Hydraulikventile ist es bekannt, im Bereich des Kolbens eine Kammer mit einer Dämpfungsdrosselblende vorzusehen, um eine Hochfrequenzstabilität des Ventils zu verbessern. Typischerweise ist bei derartigen Anwendungen eine Rückkopplungskammer vorgesehen, die mittels einer Dämpfungsdrosselblende vom Steueranschluss isoliert ist und sich außerhalb des normalen Hydraulikstrompfades befindet, oder es ist die Nutzung eines weiteren Kolbenraums vorgesehen, der über eine Dämpfungsdrosselblende mit der Auslassöffnung der ersten Stufe bzw. dem hydraulischen Versorgungsanschluss verbunden ist. Bei einer derartigen Ventilanordnung kann eine anhaltende niederfrequente Schwingung des Kolbens gegenüber dem Ventilkörper auftreten. Es ist wünschenswert, die Dauer der vorstehend genannten anhaltenden axialen Schwingungen zu reduzieren.
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Die
US 2003/0188788 A1 beschreibt ein Proportional-Druckregelventil, das ein Gehäuse mit drei radialen Durchgängen aufweist, einer Einlassöffnung, einer Auslassöffnung und einer Steueröffnung. In dem Gehäuse ist ein Kolben verschieblich angeordnet. Der Kolben wird von einem Vorsteuerventil angesteuert, welches von einer Magnetspule betätigt wird. Der Kolben weist zwei gegenüberliegende Kolbenflächen auf. In einem dem Vorsteuerventil zugewandten Bereich grenzt der Kolben an einer ersten Kolbenfläche an eine Druckeinstellkammer an. Das Vorsteuerventil reguliert den Druck in der Druckeinstellkammer. An einem der Druckeinstellkammer gegenüberliegendem Bereich grenzt der Kolben an eine Druckrückkopplungskammer an. In der Druckrückkopplungskammer ist eine Spiralfeder angeordnet, die entgegen einer von dem Vorsteuerventil auf den Kolben aufgebrachten Kraft wirkt. Zwischen den beiden Druckkammern ist eine Ventilkammer angeordnet, die über einen axialen Verbindungskanal mit der Druckrückkopplungskammer verbunden ist. Über diesen Verbindungskanal kann zwischen der Ventilkammer und der Druckrückkopplungskammer ein Druckausgleich stattfinden, der das Schwingen des Kolbens vermindert.
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Aus der
DE 195 01 683 A1 ist ein vorgesteuertes Proportional-Druckbegrenzungsventil bekannt. Ein Hauptventil weist eine Büchse auf, in der sich ein Hauptkolben befindet, der über eine Feder gegen einen Sitz vorgespannt ist. Die Büchse weist eine axial verlaufende Einströmbohrung sowie mehrere radial verlaufende Ausströmbohrungen auf. Am Außenumfang des Hauptkolbens und am Innenumfang der Büchse ist eine Profilierung vorgesehen, die einen inneren Ringkanal ausbildet. Die Pumpe steht über eine Steueröldüse mit dem inneren Ringkanal in Verbindung. Ein weiterer Ringkanal ist am Außenumfang der Büchse vorgesehen. Dieser äußere Ringkanal steht über eine Leitung, in der sich eine Düse befindet, mit einem Vorsteuerventil in Verbindung und ist zudem über den inneren Ringkanal und eine Dämpfungsdüse mit einem Feder- und Steuerraum verbunden. Da die Profilierung des Außenumfangs des Kolbens und des Innenumfangs der Büchse zueinander verschieblich sind, werden über den Hubbereich des Kolbens unterschiedliche Strömungsquerschnitte hergestellt, die zusätzlich zum Dämpfungsventil ebenfalls eine Schwingungsdämpfung bewirken.
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In der
US 3,589,401 A wird ein Regelventil zur Modulation des Drucks in einer Steuerleitung bei konstantem Pumpendruck beschrieben. Das Regelventil besteht aus einem Ventilgehäuse und einem Ventilkolben. Das Ventilgehäuse weist eine Ventilbohrung auf, in der der Ventilkolben verschieblich angeordnet ist. Auf den Ventilkolben wirkt ein externer Steuerhebel. An einem Umfang des Ventilkolbens ist eine Sperrfläche vorgesehen, die einen Fluidstrom gegen eine Innenseite der Ventilbohrung abdichten kann. Das Ventilgehäuse weist eine Einlass- und eine Auslassbohrung sowie eine Steuerbohrung auf. Durch die Verschiebung des Ventilkolbens kann über eine Sperrfläche am Kolben der Durchfluss zur Steuerleitung freigegeben oder gesperrt werden. Durch eine ausgewählte Dimensionierung des Querschnitts der Sperrfläche, der Einlass-, Auslass- und Steuerbohrung ist der Fluiddruck in der Steuerleitung eine Funktion abhängig von der Ventilkolbenposition relativ zur Ventilbohrung.
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Demnach ist es das Ziel der Erfindung, ein Proportionaldruckregelventil bereitzustellen, das eine der typischen Dämpfungskammern und eine Rückkopplungskammer aufweist, die im Hydraulikstrompfad zwischen dem Steueranschluss und dem Tankanschluss angeordnet ist und die derart ausgeführt ist, dass sie die Leistung des Ventils im vollständig geöffneten und im vollständig geschlossenen Zustand nicht beeinträchtigt.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorgenannten Erfindung, ein Proportionaldruckregelventil bereitzustellen, bei dem anhaltende, kontinuierliche, axiale Schwingungen beseitigt sind.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein vorstehend genanntes Proportionaldruckregelventil bereitzustellen, bei dem während der vorgenannten anhaltenden axialen Schwingung eine Festlegung des Kolbens zur Verringerung des Schwingungsverhaltens des Kolbens vorgenommen wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein vorstehend genanntes Proportionaldruckregelventil bereitzustellen, bei dem die vorgenannte Festlegung eine Beseitigung von Druckschwankungen bewirkt.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein vorstehend genanntes Proportionaldruckregelventil bereitzustellen, bei dem nach dem Ende axialer Schwingungen der Kolben festgelegt ist, um das hydraulische Druckniveau auf einem vorbestimmten Niveau zu halten.
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Die Ziele und Absichten der Erfindung werden durch die Bereitstellung eines Proportionaldruckregelventils erreicht, das ein elektrisches Vorsteuerventil erster Stufe umfasst, welches einen einzigen Ventilausgang aufweist, der für die Bereitstellung eines einstellbar druckbeaufschlagten Hydraulikfluids gestaltet ist, mit einem Druck, der proportional zu einem elektrischen Eingangssignal ist und der zwischen einem ersten und einem zweiten Wert variabel ist.
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Ein Hydraulikventil zweiter Stufe ist vorgesehen, das einen Ventilkörper mit einer darin vorgesehenen Bohrung und einen wechselseitig in der Bohrung zwischen einem ersten, vollständig geöffneten und einem zweiten, vollständig geschlossenen Zustand bewegbaren Kolben aufweist.
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Ein erstes Ende der Bohrung ist mit dem Ventilausgang des elektrischen Vorsteuerventils erster Stufe verbunden. An einem zweiten Ende der Bohrung und beabstandet vom ersten Ende der Bohrung ist eine Federaufnahme vorgesehen, an der eine Feder abgestützt ist, die für eine Rückstellung des Kolbens entgegen dem am Ventilausgang der ersten Stufe bereitgestellten, druckbeaufschlagten Hydraulikfluid vorgesehen ist.
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Die zweite Stufe bzw. das Hydraulikventil zweiter Stufe umfasst weiterhin einen Versorgungsanschluss, einen Steueranschluss und einen Tankanschluss. Der Kolben weist mehrere Bereiche eines ersten Durchmessers und mehrere axial beabstandete Steuerflächen eines zweiten Durchmessers auf. Der zweite Durchmesser ist größer als der erste Durchmesser und die Steuerflächen liegen verschiebbar und abdichtend an einer Innenwand der Bohrung an, um eine hydraulische Durchflussrate und einen Druck des Hydraulikfluids sowohl zwischen dem Versorgungsanschluss und dem Steueranschluss als auch zwischen dem Steueranschluss und dem Tankanschluss in Abhängigkeit einer axialen Bewegung des Kolbens relativ zum Ventilkörper zu steuern. Eine Isolationskammer für das Fluid ist in der Bohrung in dem Fluidkanal zwischen dem Steueranschluss und dem Tankanschluss angeordnet. Die Innenwand der Bohrung und die Bereiche des Kolbens mit erstem und zweitem Durchmesser sind ausgebildet, um einen kontrollierten Fluiddruck in der Isolationskammer bereitzustellen, dessen Betrag erheblich geringer als der Fluiddruck am Steueranschluss ist, während der Kolben davor bewahrt wird, eine anhaltende axiale Schwingung relativ zum Ventilkörper durchzuführen, wenn das Vorsteuerventil der ersten Stufe eine Axialbewegung des Kolbens in eine Zwischenstellung zwischen der ersten und der zweiten Position bewirkt hat.
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Weitere Ziele und Absichten der Erfindung werden für Personen, die mit Proportionaldruckregelventilen vertraut sind, beim Lesen der folgenden Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
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1 zeigt einen Längsschnitt eines Proportionaldruckregelventils gemäß der Erfindung, bei dem der Kolben in einer ersten, geschlossenen Position angeordnet ist,
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2 ist eine Ansicht gemäß der 1 mit einem nach rechts in eine vollständig geöffnete Stellung verschobenen Kolben,
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3 ist eine Ansicht gemäß der 1, bei der der Kolben in einer Regulierungsposition zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Position angeordnet ist,
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4 ist eine Ausschnittvergrößerung eines Bereichs der 3,
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Proportionaldruckregelventils, bei dem im Unterschied zur der mit zwei unterschiedlichen Durchmessern der Steuerflächen versehenen Ausführungsform gemäß der 1 bis 4 die Steuerflächen des Kolbens einen einzigen Durchmesser aufweisen und das Ventil in der vollständig geschlossenen Stellung dargestellt ist.
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6 ist eine Ansicht gemäß der 5, wobei der Kolben nach rechts in die vollständig geöffnete Stellung gebracht ist,
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7 ist eine Ansicht gemäß der 5, wobei der Kolben in die Regulierungsposition verschoben ist,
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8 ist ein Diagramm, in dem ein Vergleich zwischen einer stabilisierten Kolbenbewegung gemäß der Erfindung mit einer instabilen Kolbenbewegung gemäß dem Stand der Technik dargestellt wird,
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9 ist ein Diagramm, das einen Vergleich einer stabilisierten Kolbenbewegung gemäß der Erfindung mit einer instabilen Kolbenbewegung gemäß dem Stand der Technik während einer zeitlich festgelegten Reduzierung des Steueranschlussdrucks zeigt,
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10 ist eine Ausschnittvergrößerung gemäß der 2 und zeigt den Kolben in einer ersten Position,
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11 ist eine Ausschnittvergrößerung gemäß den 3 und 4 und zeigt den Kolben in einer zweiten Position,
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12 ist eine Ausschnittvergrößerung gemäß den 3 und 4 und zeigt den Kolben in einer dritten Position,
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13 ist eine Ausschnittvergrößerung, die den Kolben in einer vierten Position zeigt,
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14 ist eine Ausschnittvergrößerung, die den Kolben in einer fünften Position zeigt.
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Bestimmte Bezeichnungsweisen werden in der nachstehenden Beschreibung aus Gründen der Vereinfachung benutzt und sind nicht limitierend. Die Begriffe „aufwärts”, „abwärts”, „links” und „rechts” bestimmen Richtungen in den nachstehend beschriebenen Zeichnungen. Die Begriffe „einwärts” und „auswärts” beziehen sich auf Richtungen zu einem bzw. weg von einem geometrischen Zentrum des Gegenstands und bestimmter Teile davon. Diese Bezeichnungsweise umfasst Abwandlungen und Begriffe ähnlicher Bedeutung.
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Die Zeichnungen beschreiben lediglich zwei von vielen möglichen Umgebungen für das erfindungsgemäße Proportionaldruckregelventil, diese Offenbarung ist nicht limitierend. Das US-Patent 6 021 876 (
US 6 021 876 A ), dessen Inhaber identisch mit dem Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung ist, offenbart eine Umgebung für ein Proportionaldruckregelventil, in die das Proportionaldruckregelventil gemäß der Erfindung eingebracht werden kann. Der Gegenstand des US-Patents 6 021 876 (US 6 021 876 A) wird hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Gegenstand der Offenbarung gemacht.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Proportionaldruckregelventil 10, das zwei Stufen, nämlich eine erste und eine zweite Stufe umfasst. Die erste Stufe ist ein Vorsteuerventil 11, das beliebig gestaltet sein kann und das einen hydraulischen Druck variabler Höhe, der durch Variation eines elektrischen Eingangssignals beeinflussbar ist, von einem hohen zu einem niedrigen oder von einem niedrigen zu einem hohen Wert bereitstellen kann. Grundsätzlich gibt es drei Grundtypen von Vorsteuerventilen, nämlich erstens einen normal offenen Typ, bei dem das Vorsteuerventil auf einen niedrigen Druck eingestellt ist, wenn kein elektrisches Eingangssignal angelegt ist, und in proportionaler Weise auf einen höheren Druck eingestellt wird, wenn das elektrische Eingangssignal angelegt wird. Zweitens einen normal geschlossenen Typ, bei dem das Vorsteuerventil ohne ein elektrisches Eingangssignal auf einen hohen Druck eingestellt ist und in proportionaler Weise auf einen niedrigeren Druck einstellbar ist, wenn das elektrische Eingangssignal angelegt wird. Drittens einen Zweiwegetyp, bei dem das Vorsteuerventil ohne ein elektrisches Eingangssignal auf einen mittleren Hydraulikdruck eingestellt ist und durch Anlegen eines elektrischen Eingangssignals in eine Richtung proportional auf einen niedrigeren Druck eingestellt werden kann und durch Anlegen eines entgegengesetzten elektrischen Eingangssignals proportional auf einen höheren Druck eingestellt werden kann. Für die nachfolgende Offenbarung wird das Vorsteuerventil 11 als normal offener Typ angesehen.
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Das Vorsteuerventil 11 erster Stufe ist in der 1 lediglich schematisch dargestellt. Es stellt am Vorsteuerventilausgang 12 einen variablen Fluiddruck in Abhängigkeit von einem entsprechenden, variablen elektrischen Eingangssignal am Eingangsanschluss 13 zur Verfügung. Wenn das elektrische Eingangssignal am Eingangsanschluss 13 von einem geringen Wert auf einen hohen Wert ansteigt, wird der Betrag des Hydraulikdrucks am Vorsteuerventilausgang 12 in Abhängigkeit vom Pegel des elektrischen Eingangssignals angehoben, so dass der Kolben aus der geschlossenen Position gemäß der 1 in die geöffnete Position gemäß der 2 gedrängt wird.
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Die zweite Stufe des Proportionaldruckregelventils 14 umfasst einen axial ausgedehnten Ventilkörper 16, der in seiner Längserstreckung zwei axial voneinander beabstandete Versorgungsanschlüsse 17 und 18 aufweist, die beide für eine Versorgung mit Hydraulikfluid von einer nicht dargestellten Quelle gestaltet sind. Links neben dem Versorgungsanschluss 17 ist ein Tankanschluss 19 vorgesehen, der für eine Verbindung mit einem Hydraulikfluidbehälter, der unter Atmosphärendruck steht, gestaltet ist. Zwischen dem Versorgungsanschluss 17 und dem Tankanschluss 19 ist ein Steueranschluss 21 vorgesehen. Der Ventilkörper 16 umfasst eine Zentralbohrung 22, die bei dieser Ausführungsform zwei unterschiedliche Durchmesserbereiche 23 und 24 aufweist. Der Versorgungsanschluss 17 ist der Anschluss, der für eine Bereitstellung von Hydraulikfluid für den Steueranschluss 21 vorgesehen ist. Der Versorgungsanschluss 18 ist für eine Versorgung des Vorsteuerventils 11 mit Hydraulikfluid über eine Dämpfungsdrosselblende 38 vorgesehen.
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Ein Kolben 26 ist in der Bohrung 22 aufgenommen und weist entlang seiner Längserstreckung mehrere Steuerflächen auf. Eine erste Steuerfläche 27 des Kolbens 26 mit einem ersten Durchmesser ist in dem Teil der Bohrung 22 angeordnet, der einen Durchmesser 24 aufweist, während der übrige Kolben mehrere zweite Steuerflächen 28 und 29 aufweist, die in dem Teil der Bohrung 22 angeordnet sind, der einen Durchmesser 23 aufweist. Die Bereiche zwischen den benachbarten Steuerflächen weisen einen weiteren Durchmesser auf, der kleiner als die Durchmesser 23 und 24 ist.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist der Durchmesser des Bohrungsteils 24 größer als der Durchmesser des Bohrungsteils 23. Die Durchmesser der Steuerflächen 27 und 28 sind dementsprechend gestaltet. Der Durchmesser der zwischen den Steuerflächen 27 und 28 angeordneten Steuerfläche 29 ist abweichend gestaltet, wie nachfolgend näher ausgeführt wird.
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Eine Federaufnahme 31 ist an dem Ende der Ventilbohrung angebracht, das dem Vorsteuerventil 11 erster Stufe abgewandt ist, und stützt eine Feder 32 ab, die in einer Rückkopplungskammer 42 zwischen der vorgenannten Federaufnahme 31 und einem dem Vorsteuerventil 11 erster Stufe abgewandten Endbereich 33 des Kolbens 26 angeordnet ist. Weiterhin weist der Kolben einen längserstreckten Hohlraum 34 auf, dessen Ende mit einem Stopfen 36 verschlossen ist. Der Stopfen 36 weist eine erste Dämpfungsdrosselblende 37 auf, die zu einem Bereich zwischen dem Stopfen und der Federaufnahme 31 geöffnet ist, sowie eine weitere Dämpfungsdrosselblende 38, die für eine Verbindung mit dem Versorgungsanschluss vorgesehen ist. Die Dämpfungsdrosselblende 37 ist eine bekannte Dämpfungsdrosselblende, die zur Beseitigung einer von der Position des Kolbens und der daraus resultierenden Steuerdruckschwankung beeinflussten Hochfrequenzinstabilität durch Verlangsamung der Axialantwort des Kolbens vorgesehen ist. Die Feder 32 drängt den Kolben nach links und in den vollständig geschlossenen Zustand, wenn das elektrische Eingangssignal am Eingangsanschluss 13 auf null reduziert ist. Bei dieser Ausführungsform liegt das der Federaufnahme 31 abgewandte Ende der Feder 32 an der nach rechts gerichteten Stirnfläche des Stopfens 36 an.
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Eine Isolationskammer 53 ist zwischen dem Steueranschluss 21 und dem Tankanschluss 19 in dem dazwischenliegenden Strompfad des Hydraulikfluids angeordnet. Der Zweck dieses besonders wichtigen Aspekts der Erfindung wird nachfolgend erklärt.
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Es ist wünschenswert, am Steueranschluss schnell Hydraulikfluid mit einem vorbestimmten Druckniveau, das geringer als der Druck an den Versorgungsanschlüssen 17 und 18 ist, bereitzustellen. Das gewünschte Druckniveau wird vom Betrag des Hydraulikfluiddrucks am Vorsteuerventilausgang 12 bestimmt. 2 zeigt das Ventil gemäß der 1, bei dem der Kolben in die rechte Endposition, nämlich in die vollständig geöffnete Position, verschoben ist und der Versorgungsanschluss 17 mit dem Steueranschluss 21 verbunden ist, während der Tankanschluss 19 durch die Steuerfläche 27, die die Verbindung zwischen dem Steueranschluss 21 und dem Tankanschluss 19 unterbricht, geschlossen ist. Dies bedeutet, dass die auf den Kolben wirkende Druckkraft des Hydraulikfluids des Vorsteuerventils 11 erster Stufe größer als die Summe der hydraulischen Drücke, die auf den Endbereich 33 und die Kolbenstirnfläche 47 wirken, und der Federkraft der Feder 32 ist. Unter Verwendung von Hydraulikfluid, das durch die Dämpfungsdrosselblende 38 vom Versorgungsanschluss 18 zur Verfügung gestellt wird, kann die erste Stufe bzw. das Vorsteuerventil einen Hydraulikfluiddruck am Vorsteuerventilausgang 12, an der Stirnfläche 39 des Kolbens und über die Dämpfungsdrosselblende 37 in der Rückkopplungskammer 42 und am Kolbenendbereich 33 bereitstellen, der eine der Feder entgegenwirkende, resultierende Kraft erzeugt, die größer als die Hydraulikfluidkraft in der Isolationskammer 53 und an der Kolbenstirnfläche 47 zuzüglich der Federkraft der Feder 32 ist. Im Ergebnis wird der Kolben 26 nach rechts in die vorgenannte vollständig geöffnete Position (erste Position gemäß 10) bewegt.
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In der vollständig geöffneten Position des Kolbens werden der Steueranschluss 21 und die Isolationskammer über den Radialspalt 43 schnell mit Hydraulikfluid vom Versorgungsanschluss 17 versorgt, so dass Hydraulikdruck am Steueranschluss 21 und in der Isolationskammer 53 rasch ansteigt. Der Hydraulikfluiddruck steigt an, bis der Fluiddruck auf die Kolbenstirnfläche 47 des Kolbens plus der Federkraft der Feder 32 der resultierenden Kraft auf die Stirnfläche 39 des Kolbens entspricht. Das zum Steueranschluss 21 strömende Hydraulikfluid fließt durch einen Radialspalt 43, der zwischen der am Kolben benachbart zur Steuerfläche 27 angeordneten Steuerfläche 29 und der Steuerfläche 46 am Ventilkörper 16 gebildet ist, so dass der am Steueranschluss vorliegende Hydraulikdruck auf die der Stirnfläche 39 abgewandte Kolbenstirnfläche 47 der Steuerfläche 27 einwirkt. Daher steigt der Druck am Steueranschluss weiter an und drängt den Kolben gegen die Kraft des am Vorsteuerventilausgang 12 bereitgestellten Hydraulikfluids nach links. Der Querschnitt des Radialspalts 43 ist groß genug dimensioniert, dass ein bereits durch die Dämpfungsdrosselblende 37 im Stopfen 36 hervorgerufener axialer Dämpfungseffekt für den Kolben nicht vergrößert wird und eine Reaktion des Kolbens auf einen Anstieg des Steuerdrucks nicht verlangsamt wird. Die Bewegung des Kolbens nach links wird fortgesetzt, solange der Steuerdruck ansteigt, bis die Steuerfläche 28 des Kolbens 26 den Fluidstrom vom Versorgungsanschluss 17 und somit auch den am Versorgungsanschluss 17 vorliegenden Fluiddruck zum Steueranschluss 21 reduziert (fünfte Position gemäß 14). Der Kolben setzt seine Bewegung nach links fort und passiert eine in 3 (dritte Position gemäß 12) dargestellte Zwischenposition.
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Bedingt durch die Druckkraft auf die Kolbenstirnfläche 47, die Federkraft der Feder 32 und die Trägheit des Kolbens bewegt sich der Kolben in die zweite Position gemäß 11, so dass die Kolbenstirnfläche 47 der Steuerfläche 27 den Tankanschluss 19 öffnet. Das Öffnen des Tankanschlusses durch die Kolbenstirnfläche 47 erzeugt einen plötzlichen Druckabfall in der Isolationskammer 53, der auf die Kolbenstirnfläche 47 einwirkt, da das druckbeaufschlagte Hydraulikfluid am Versorgungsanschluss vom Versorgungsanschluss 21 durch den Radialspalt 43 des Kolbens 26 in die Isolationskammer beschleunigt wird und an der Steuerfläche 27 vorbei in den Tank strömt.
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Durch den Druck am Vorsteuerventilausgang 12 wird der Kolben 26 in einer Position nahe der vollständig geschlossenen Position (zwischen zweiter Position gemäß 11 und vierter Position 4 gemäß 13) abgebremst und dann gestoppt, wobei das Fluid nahezu unbeeinträchtigt vom Steueranschluss 21 an der Steuerfläche 27 vorbei in den Tank strömen kann. Wenn das Fluid vom Steueranschluss zum Tank strömt, wird die jeweilige Position des Kolbens durch den Druck in der Isolationskammer 53, der auf die Kolbenstirnfläche 47 wirkt, und durch die Vorspannung der Feder bestimmt, die dem Druck am Vorsteuerventilausgang 12 entgegenwirken. Dadurch bedingt stellt sich der Kolben selbstständig in eine Optimalposition ein, in der der Druck am Steueranschluss rasch in einer kontrollierten Weise abgeführt werden kann. Mit dem Absinken des Drucks am Steueranschluss sinken auch der Druck in der Isolationskammer und die Kraft auf die Kolbenstirnfläche 47, wodurch der Druck am Vorsteuerventilausgang 12 eine Bewegung des Kolbens 26 nach rechts entgegen der sinkenden Kraft auf die Kolbenstirnfläche 47 ermöglicht, so dass bei Erreichen des gewünschten vorbestimmten Drucks am Steueranschluss 21 die Verbindung zum Tank so gut wie geschlossen ist, und minimiert dadurch, wie weit der Steueranschlussdruck unter den vorgenannten vorbestimmten Druck fällt, bevor der Kolben in die Zwischenposition gemäß 3 (dritte Position gemäß 12) zurückkehrt, um einen weiteren Druckabfall zu verhindern. Als Reaktion auf den Druck am Vorsteuerventilausgang 12 wird sich der Kolben etwas in die rechte, vollständig geöffnete Position bewegen, wodurch der Druck am Steueranschluss 21 auf den gewünschten vorherbestimmten Druck ansteigt und der Kolben in die benötigte Zwischenposition zurückkehrt und den vorbestimmten Druck mit einer minimalen Anzahl an Schwingungen aufrecht erhält.
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Bei einem bekannten Proportionaldruckregelventil, das keinen Radialspalt 43 aufweist, würde bedingt durch die Bewegungsenergie des Kolbens 26 und durch die direkte Einwirkung des Drucks am Steueranschluss 21 auf die Kolbenstirnfläche 47 eine ungebremste Bewegung des Kolbens nach links in die oder nahe zu der vollständig geschlossenen Position stattfinden, so dass der Druck am Steueranschluss erheblich unterhalb des vorbestimmten Drucks am Steueranschluss abfällt, wodurch der Kolben als Reaktion auf den Druck am Vorsteuerventilausgang 12 in die vollständig geöffnete Position zurückkehren würde, um den angesunkenen Druck am Steueranschluss 21 wieder herzustellen, wodurch eine Wiederholung des vorgenanten Zyklus stattfinden würde. Die Fähigkeit des Kolbens, anzuhalten und die Richtung zu wechseln, wie dies obenstehend beschrieben ist, bevor der Steueranschluss 21 den benötigten Druck verliert, erlaubt es dem Kolben, den vorbestimmten Druck am Steueranschluss mit einer erheblich reduzierten Zyklusanzahl und einem erheblich geringeren Betrag einer Druckspitze am Steueranschluss gegenüber bisher bekannten Konstruktionen ohne Isolationskammer aufzubauen. Sofern es gewünscht ist, den Fluiddruck am Steueranschluss 21 zu erhöhen, kann dies durch Erhöhung des Drucks am Vorsteuerventilausgang 12 erreicht werden.
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Es ist zu erwähnen, dass die Isolationskammer 53 und der Radialspalt 43 zusätzlich zur Dämpfungsdrosselblende 37 vorgesehen sind. Die Dämpfungsdrosselblende 37 ist als kleiner, begrenzter Bereich ausgeführt und wird zur Reduktion oder Beseitigung unerwünschter hochfrequenter Instabilitäten eingesetzt, die einen unvorhersehbaren Druck am Steueranschluss und eine unvorhersehbare Durchflussrate hervorrufen können. Die Isolationskammer 53 benutzt im Vergleich zur Dämpfungsdrosselblende 37 einen relativ großen radialen Querschnitt, um die erheblich niederfrequentere Schwingung des Drucks am Steueranschluss, die durch die Vorgabe einer Änderung des Steuerdrucks hervorgerufen werden kann, zu reduzieren oder zu beseitigen.
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Bei einem Versuch, die Dämpfungsdrosselblende 37 zu vermeiden und die Isolationskammer 53 sowie den Radialspalt für beide Funktionen einzusetzen, ergibt sich ein anderer unerwünschter Zustand. Dieser Zustand zeigt sich nicht in Form einer Schwingungszunahme, im Gegenteil nehmen die Schwingungen ab, aber der unerwünschte Zustand zeigt sich als langandauernde Druckspitze, was in vielen Fällen unerwünscht oder weniger erwünscht ist, als es Mehrfachschwingungen geringerer Zeitdauer sind.
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Dies ist in dem benötigten, überbestimmten Querschnitt vom Steueranschluss zur Isolationskammer begründet, der für die Beseitigung hochfrequenter Instabilitäten benötigt wird. Sofern ein überbestimmter Radialspalt 43 für die Isolationskammer eingesetzt wird, kann ein hoher Fluiddifferenzdruck über den Radialspalt 43 zwischen dem Steueranschluss 21 und der Isolationskammer 53 aufrecht erhalten werden, nachdem der plötzliche Druckabfall eingetreten ist, der den Kolben wie vorstehend beschrieben, abbremst, wodurch eine Bewegung des Kolbens 26 nach rechts als Reaktion auf den Druck am Vorsteuerventilausgang 12 gegen den niedrigeren Druck in der Isolationskammer, der auf die Kolbenstirnfläche 47 wirkt, ermöglicht wird, und wodurch die Öffnung der Isolationskammer über die Steuerfläche 27 zum Tank begrenzt wird.
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Die Kombination des begrenzten Radialspalts 43 und der begrenzten Öffnung über die Steuerfläche 27 des Kolbens zum Tank bewirken, dass der Druck am Steueranschluss 21 langsamer sinkt, wodurch die Zeitdauer verlängert wird, in der ein Überdruck am Steueranschluss vorliegt.
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Die 4 zeigt einen Abstand in Längsrichtung L1 zwischen einer Steuerkante 51 des Tankanschlusses 19 und einer dem Versorgungsanschluss 17 benachbarten Steuerkante 52. Ein weiterer Abstand in Längsrichtung L2 zwischen der Kolbenstirnfläche 47 der Steuerfläche 27 und einer benachbart zur Steuerfläche 28 angeordneten Steuerkante 49 ist ebenfalls eingezeichnet. Zudem ist ein Abstand in Längsrichtung L3 zwischen der Steuerkante 100 der Steuerfläche 29 und der Steuerkante 101 der Isolationskammer 53 sowie ein Abstand in Längsrichtung L4 zwischen der Steuerkante 51 des Tankanschlusses und der Kolbenstirnfläche 47 der am Kolben vorgesehenen Steuerfläche 27 eingezeichnet, die auftreten, wenn der Kolben 26 in der mittleren Druckkontrollposition gemäß der 3 und 4 positioniert ist.
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Aus dem Bereich der Proportionaldruckregelventile ist es bekannt, dass das Verhältnis von L1 zu L2 und die Beschaffenheit der Steuerkanten in unterschiedlichen Kombinationen, abhängig von den Herstellungskosten, der Auslegung des hydraulischen Systems, den Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Ventils und weiteren Randbedingungen variabel sind; es genügt daher die Aussage, dass die Anwendung dieser Erfindung den Betrieb derartiger Gestaltungen wie auch derjenigen gemäß der 4 verbessert.
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Dennoch ist es wichtig für die Funktion der Erfindung, dass das Verhältnis zwischen L3 und L4 so gewählt ist, dass L3 > L4 ist. Dies wird bei der offenbarten Erfindung benötigt, um sicherzustellen, dass der Fluiddruck in der Isolationskammer rasch abfallen kann, sobald das Fluid vom Steueranschluss 21 durch den Radialspalt in die Isolationskammer 53 beschleunigt wird, was dem Kolben 26 ermöglicht, wie bereits vorstehend beschrieben, abzubremsen oder anzuhalten. Die benötigte Längendifferenz zwischen L3 und L4 wird von einer Reihe von Faktoren, wie der Bedingung, ob L2 > L1, beeinflusst. Unter dieser Bedingung kann eine zusätzliche Menge von Fluid vom Versorgungsanschluss zum Steueranschluss und hinaus in den Tank strömen, wenn der Kolben in der Zwischenposition ist, so dass das Verhältnis zwischen L3 und L4 entsprechend angepasst werden kann. Bei einer typischen Anwendung, wie in der 4 dargestellt, bei der L1 > L2 gilt, ist L3 ist um 0,38 mm größer als L4.
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Zusätzlich zum Obenstehenden sind die Größe der Dämpfungsdrosselblende 37 und des Radialspalts bzw. des Isolationsbereichs 43 abhängig von der Auslegung des hydraulischen Systems und von den Anforderungen an die Leitungsfähigkeit des Ventils, wie oben beschrieben. Bei einer typischen Anwendung, wie sie in 4 dargestellt ist, beträgt der Durchmesser der Dämpfungsdrosselblende 0,635 mm (Querschnitt 0,317 mm2) und der Radialspalt bzw. der Isolationsbereich 43 weist einen Querschnitt von 2,52 mm2 auf.
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Wie oben erwähnt, ist es ein wichtiger Aspekt der Erfindung, eine Isolationskammer 53 zwischen dem Steueranschluss 21 und dem Tankanschluss 19 bereitzustellen, die im Strömungsweg des dazwischen strömenden Hydraulikfluids angeordnet ist. Nachdem der Radialspalt 43 immer eine Verbindung zwischen dem Steueranschluss 21 und der Isolationskammer bereitstellt, ist die Isolationskammer 53 stets mit Fluid gefüllt und es tritt keine Zeitdifferenz bedingt durch eine notwendige Füllung der Isolationskammer auf, bevor eine Aussteuerung stattfinden kann.
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Somit findet eine unmittelbare Reaktion des Ventils statt und die Anzahl von Hin- und Herbewegungen des Kolbens nach links und nach rechts im Ventilkörper nach Veränderung der Kolbenposition bedingt durch das Vorsteuerventil 11 erster Stufe wird faktisch unterbunden, wie in 8 dargestellt. Während ein Ventil aus dem Stand der Technik eine „Klingelbewegung”, nämlich eine fortdauernde Bewegung des Kolbens hin und her im Ventilkörper durchführt, nachdem die Position des Kolbens bedingt durch das Vorsteuerventil verändert wurde, kann die erfindungsgemäße Konstruktion die Klingelbewegung in weniger als 0,255 Sekunden zum Stillstand bringen, wenn der am Steueranschluss anliegende Druck von 0 auf 14 bar erhöht wird. In diesem Fall ist das gewünschte Druckniveau des Hydraulikfluids am Steueranschluss 21 auf ungefähr 14 bar zu halten.
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Dabei ist der Fluiddruck am Versorgungsanschluss 17 wesentlich größer als 14 bar, wie dies in 8 dargestellt ist, und nach ungefähr 0,20 Sekunden wird der Kolben 26 um einen geringen Betrag schwingen (nämlich in einem Bereich von ungefähr 0,025 bis 0,127 mm, üblicherweise ungefähr 0,050 mm), was zu einer Veränderung des Drucks am Steueranschluss 21 von weniger als 0,3 bar, bevorzugt weniger als 0,2 bar, führt.
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Entscheidend ist, dass der Kolben zunächst in die vollständig geöffnete Position, anschließend in die geschlossene Position und wieder zurück in die geöffnete Position gedrängt wird, bevor die Schwingungen des Kolbens innerhalb eines Intervalls von 0,10 bis 0,20 Sekunden unter Kontrolle gebracht werden können.
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In Fällen, bei denen das erfindungsgemäße Ventil schlagartig vom angestrebten Niveau von 14 bar zunächst auf ein Niveau von 7 bar und anschließend stetig abfallend auf 0 bar abgesenkt wird, zeigt 9 einen Vergleich der Reaktion des erfindungsgemäßen Ventils mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Ventil. Es ist zu bemerken, dass der Druckabfall von 14 bar auf 7 bar nahezu augenblicklich stattfindet, anschließend wird der Druck am Steueranschluss im Wesentlichen stabil auf 7 bar gehalten und fällt anschließend auf 0 bar ab. Das aus dem Stand der Technik bekannte Ventil führt eine Klingelbewegung, also eine erhebliche Hin- und Herbewegung des Kolbens durch, wodurch der Druck am Steueranschluss um mehr als 2 bar schwankt, bevor der Druckabfall auf 0 bar stattfindet.
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Ein abgeändertes Proportionaldruckregelventil 10' ist in den 5 bis 7 dargestellt, das in der gleichen Weise wie die Ausführungsform der 1 bis 4 arbeitet und lediglich eine umgekehrte Anordnung von Versorgungsanschluss 17' und Tankanschluss 19' aufweist. Da sich die Ventilkomponenten der beiden Ausführungsformen im Wesentlichen entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen, die für die 1 bis 4 benutzt wurden, auch für die 5 bis 7 mit dem Zusatz (') verwendet. 5 zeigt den Kolben in der vollständig geschlossenen Stellung, 6 zeigt den Kolben in der vollständig geöffneten Stellung, während 7 den Kolben in der Aussteuerungsstellung zeigt.
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In dieser Ausführungsform ist der Abstand in Längsrichtung zwischen der Steuerkante 56 des Versorgungsanschlusses 21' benachbart zu einer Steuerkante 57 zwischen der Isolationskammer 53 und dem Tankanschluss 19' ein Maß L1', während der Abstand in Längsrichtung zwischen einer der Steuerkante 56 gegenüberliegenden Steuerkante 58 der Steuerfläche 59 und einer Steuerkante 61 der Steuerfläche 62, die der Steuerkante 57 zwischen der Isolationskammer 53' und dem Tankanschluss 19' gegenüberliegt, ein Maß L2' ist, das gegenüber dem Maß L1' um einen Betrag von 0,25 mm kleiner ist.
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In der Ausführungsform der 5 bis 7 führt ein am Vorsteuerventilausgang 12' angelegter Druck zu einer Bewegung des Kolbens 26' nach rechts gegen die Rückstellkraft der Feder 32', wodurch druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid vom Versorgungsanschluss 17' zum Steueranschluss 21' strömt. Druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid strömt auch durch den Radialspalt bzw. Radialabstand 43' in eine Bohrung 63 im Kolben 26' und durch eine Öffnung 64, die die Isolationskammer 53' mit dem Inneren der Bohrung 63 verbindet.
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Daraus resultiert der Aufbau eines Versorgungsdrucks an der Kolbenstirnfläche 47' des Kolbens 26', wodurch der Kolben 26' nach links gegen den am Vorsteuerventilausgang 12' anliegenden Druck gedrängt wird. Diese Bewegung des Kolbens 26' nach links findet so lange statt, bis die Steuerkante 58 an der Steuerfläche 59 den Fluidstrom und Fluiddruck vom Versorgungsanschluss 17' zum Steueranschluss 21' begrenzen und bedingt durch den nach links gerichteten Impuls des Kolbens 26' eine Trennung der Steuerkante 61 von der Steuerkante 57 stattfindet, so dass die Isolationskammer 53' mit dem Tankanschluss 19' verbunden wird, um den Druck in der Bohrung oder Kammer 63 und auf die Kolbenstirnfläche 47 zu reduzieren, wodurch eine Abbremsung und Richtungsumkehr des Kolbens 26' hervorgerufen wird, so dass sich dieser wieder nach rechts bewegt.
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Die Diagramme gemäß der 8 und 9 sind auch auf die Ausführungsform der 5 bis 7 anwendbar.
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Für den Fachmann ist offenbar, dass der Radialspalt 43 auf Null reduziert werden kann, wenn ein Zusatzanschluss 66 benachbart zum Steueranschluss 21, 21' und zum Tankanschluss 19, 19' angeordnet ist, der zur Isolationskammer 53, 53' geöffnet ist. Eine gestrichelte Darstellung des Zusatzanschlusses 66 ist in den 3 und 7 dargestellt.
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Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zum Zweck der Erläuterung detailliert offenbart wurden, ist festzuhalten, dass Veränderungen oder Modifikationen der offenbarten Vorrichtung, umfassend auch die veränderte Anordnung von Teilen, im Bereich der vorliegenden Erfindung liegen.
