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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Drucksteuerventil für hydraulische Systeme, insbesondere automatische
Fahrzeuggetriebe, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
Automatgetrieben werden Gangwechsel durch Schließen der Kupplung ausgeführt, die
die gewünschte Übersetzungsstufe
in die Momentenübertragung
schaltet. Gleichzeitig wird die Kupplung der seither das Moment übertragenden Übersetzungsstufe
gelöst.
Hierbei ist es erforderlich, dass die beiden Kupplungen sehr präzise synchron
verstellt werden, um einen komfortablen Schaltvorgang ohne Momentensprünge zu erhalten.
Das übertragende
Moment der alten Übersetzungsstufe
wird durch Absenken des Kupplungs-Hydraulikdrucks und damit des Anpressdrucks
nach einer definierten Rampe reduziert, während gleichzeitig das Moment
der neuen Übersetuzungsstufe
nach einer entsprechenden Rampe so erhöht wird, dass weder eine Momentenüberhöhung noch
ein Momenteneinbruch und eine sich daraus ergebende Zugkraftunterbrechung
auftritt.
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Hierzu
werden derzeit sehr präzise
Drucksteuerventile eingesetzt. Diese sensieren z.B. mit einer Druckfühlfläche am Verstellorgan
den Kupplungsdruck und verschieben das Verstellorgan mit einer definierten
Magnetkraft soweit, bis sich durch die veränderte Ventilöffnung ein
der vorgegebenen Magnetkraft entsprechender Kupplungsdruck einstellt. Um
eine genaue Steuerung sicherzustellen, muss die Ventilhydraulik
präzise
gefertigt werden. Zudem muss die Strom-Magnetkraft-Kennlinie des
Verstellorgans durch einen präzisen
Magnetkreis genau eingehalten werden. Außerdem ist eine exakte Regelung
des Stroms erforderlich, was insge samt gesehen einen hohen Aufwand
erfordert, der zwangsläufig
mit hohen Kosten einhergeht. Des weiteren wird wegen der Rückkopplung
des Kupplungsdrucks gegen große
Kräfte
gearbeitet, weshalb häufig
nur ein niedrigerer Pilotdruck geregelt wird, der durch ein nachgeschaltetes
Verstärkungsventil
auf den erforderlichen Kupplungsdruck und Kupplungsvolumenstrom
erhöht
wird. Der Pilot- oder Steuerdruck, der erheblich niedriger liegt
als der Kupplungsdruck, kann mit den heute verwendeten Regelmagnetventilen
mit geringerer elektrischer Leistung geregelt werden als der Kupplungsdruck.
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Vorteile der Erfindung
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Bei
einem erfindungsgemäß ausgebildeten Drucksteuerventil
für hydraulische
Systeme, insbesondere für
automatische Fahrzeuggetriebe, ist zur Steuerung des Drucksteuerventils
ein Antrieb vorgesehen. Weiterhin weist das Drucksteuerventil ein Ventilgehäuse auf,
in das ein Zulauf, ein Ablauf und ein Steuerkanal münden. Zum
Verbinden oder Trennen des Zulaufs und des Ablaufs mit dem Steuerkanal
ist erfindungsgemäß mindestens
ein druckausgeglichener Linearschieber im Ventilgehäuse aufgenommen,
wobei der Linearschieber durch einen Schrittmotor angetrieben ist.
Durch den Einsatz des druckausgeglichenen Linearschiebers sind bereits geringe
Stellkräfte
ausreichend, um die Position des Linearschiebers zu ändern. Insbesondere
kann durch die Verwendung einer fein dosierbaren Ventilhydraulik
in Verbindung mit einem präzise
steuerbaren Schrittmotorantrieb die geforderte Stellgenauigkeit
im gesteuerten Betrieb, d.h. ohne Kupplungsdruckrückkopplung über eine
Druckfühlfläche, erreicht
werden. Da bei der Verstellung des Linearschiebers nur die Kolbenreibung überwunden
werden muss, ist nur ein kleiner Antrieb mit geringer Leistung erforderlich.
Wegen der geringen Verlustleitung kann auf eine Taktung, wie sie
bei den heute gebräuchlichen
Drucksteuerventilen üblich
ist, verzichtet werden. Hierdurch wird vermieden, dass Resonanzschwingungen
im Hydrauliksystem periodisch angeregt werden, die wegen der hohen
Luftgehalts- und Viskositätsschwankungen
des Öls
in einem großen
Frequenzbereich auftreten können.
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Zudem
muss der Antrieb für
den Fall, dass keine zusätzliche
Rückstellung
in eine Notlaufposition beim Ausfall des Antriebs vorgesehen ist,
nur beim Verstellen bestromt werden. Die heute erforderlich Dauerbestromung
ist in diesem Fall nicht erforderlich. Hierdurch wird die Verlustleistung
weiter deutlich reduziert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Linearschieber mit einer Rückstellvorrichtung in eine
Notlaufposition versehen. Die Rückstellung kann
dabei z.B. durch ein Federelement und/oder hydraulisch erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
druckausgeglichenen Linearschieber sind auch für die Rückstellung in die Notlaufposition
lediglich die Reibung des Linearschiebers und die Hemmung des Antriebs
zu überwinden.
Aus diesem Grund kann die erforderliche Rückstellkraft schwach ausgelegt
werden. Deshalb ist auch die Leistungsaufnahme bei einer dann erforderlichen
Haltebestromung gering.
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Ein
weiterer Vorteil des Linearschiebers gegenüber herkömmlichen Sitzventilen, wie
sie derzeit als Drucksteuerventil eingesetzt werden, ist, dass der Öffnungsquerschnitt
des Zulaufs und des Ablaufs feinfühlig eingestellt werden kann.
Bei den Sitzventilen ist bereits bei sehr kleinen Öffnungshüben ein großer Querschnitt
freigegeben.
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Um
die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und die Positioniergenauigkeit
des Antriebs gering zu halten und damit aufwendige Fertigungsverfahren
und Kosten einsparen zu können, werden
der Zulauf und der Ablauf vorzugsweise kontinuierlich über einen
größeren Kolbenweg
freigegeben. Um die Ventilkennlinie zu linearisieren, kann an der
Steuerkante des Linearschiebers eine Öffnungskontur ausgebildet sein,
die als Feinsteuerkante dient.
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Durch
die Betätigung
des Linearschieberventils mittels des Schrittmotorantriebs lässt sich
ein störunempfindlicher
Antrieb realisieren. Insbesondere werden wegen der digitalen, schrittweisen
Verstellung geringe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt.
Auch die elektronische Ansteuerung kann einfach, ohne eine aufwendige
Positionserfassung und Regelelektronik realisiert werden. Durch die
definierte, schrittweise Verstellung ist auch die synchrone Verstellung
der öffnenden
und der schließenden
Kupplung sichergestellt.
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Wird
ein Drucksteuerventil für
Automatgetriebe als Linearschieberventil ausgestaltet und insbesondere
mit einem Schrittmotor-Direktstellerantrieb betätigt, so lässt sich ein präziser Druckverlauf hinsichtlich
der öffnenden
und der schließenden Kupplung
beim Gangwechsel einstellen, um Drehmomentsprünge zu vermeiden. Die synchrone
Verstellung beider Kupplungen, d.h. der öffnenden und der schließenden Kupplung
beim Gangwechsel stellt sicher, dass die Momentenverhältnisse
an beiden Kupplungen relativ zueinander dem vorgegebenen Verlauf,
d.h. synchron auf identischen Rampen folgen. Ein absolutes Druckniveau
kann z.B. durch Anpassung des Systemdrucks so eingestellt werden, dass
das aktuell zu übertragende
Drehmoment sicher übertragen
werden kann. Die dafür
erforderliche Präzision
der Ventile lässt
sich mit möglichst
geringen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit dadurch darstellen,
dass die Ventilhydraulik eine möglichst
lineare Verstellung des Kupplungsdrucks über den Verstellweg des Stellorgans
in Gestalt eines Linearschiebers ermöglicht. Zudem ist das erfindungsgemäße Linearschieberventil
unempfindlich gegen Versorgungsspannungsschwankungen und ermöglicht die
synchrone Verstellung zweier Ventile ohne aufwendige Positionsregelung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen
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1 ein
Linearschieberventil mit Schrittmotor-Spindelantrieb,
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2 ein
Prinzipbild eines druckausgeglichenen Linearschiebers mit Feinsteuerkanten,
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3 einen
Linearschieber mit Notlaufrückstellung,
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4 eine Öffnungskontur
an einem Linearschieberkolben,
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5 eine Öffnungskontur
mit flach auslaufender Ausfräsung
in Draufsicht,
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6 eine
Seitenansicht der Öffnungskontur gemäß 5,
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7 ein
Linearschieberventil mit Kurbelzapfenantrieb,
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8 ein
Linearschieberventil mit Schrägscheibenantrieb.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Linearschieberventil mit einem
Schrittmotor-Spindelantrieb.
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Ein
Drucksteuerventil 1 wird in der hier dargestellten Ausführungsform
mittels eines Schrittmotor-Spindelantriebs 2 betätigt. Der
Schrittmotor-Spindelantrieb 2 umfasst eine Spule 3,
die einen Rotor 4 umschließt. Der Rotor 4 umfasst
eine Rotorwelle 5, die in Lagern 6 beiderseits
des Rotors 4 abgestützt ist.
Die Rotorwelle 5 ist mit einem Innengewinde 7 versehen.
Im Innengewinde 7 ist ein Linearschieber 8 mit
einem korrespondierenden Außengewinde 9 aufgenommen.
Durch Drehung des Rotors 4 wird der Linearschieber 8 in
axialer Richtung hin- und
herbewegt. Die Bewegung ist dabei vergleichbar der einer Schraubenmutter.
Der Rotor 4 mit dem Innengewinde 7 wirkt dabei
wie die Schraubenmutter und der Linearschieber 8 mit dem
Außengewinde 9 wie
die Schraube. Durch die Gewindesteigung lässt sich die Untersetzung der
Antriebseinheit so auf die Gestaltung des Linearschiebers 8 abstimmen,
dass bei der geforderten Genauigkeit der Positionierung des Linearschiebers 8 eine
möglichst
geringe Baugröße und ein
möglichst
geringes Gewicht sowie niedrige Kosten erreicht werden.
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Am
Linearschieber 8 sind ein erster Schieberkolben 10 und
ein zweiter Schieberkolben 11 ausgebildet. Mit dem ersten
Schieberkolben 10 ist eine Verbindung von einem Zulauf 12 in
einen Steuerkanal 13 freigebbar oder trennbar. Entsprechend
ist mit dem zweiten Schieberkolben 11 eine Verbindung vom
Steuerkanal 13 in einen Ablauf 14 freigebbar oder
verschließbar.
Um einen Druckausgleich des Linearschiebers 8 zu erreichen,
sind eine quer zur Verschieberichtung des Linearschiebers 8 angeordnete erste
Stirnfläche 15 und
eine dieser gegenüberliegende
zweite Stirnfläche 16 am
zweiten Schieberkolben 11 im Wesentlichen gleich groß. Hierdurch
wirkt in der Stellkammer 17, die zwischen dem ersten Schieberkolben 10 und
dem zweiten Schieberkolben 11 ausgebildet ist und durch
die erste Stirnfläche 15 und
die zweite Stirnfläche 16 in
axialer Richtung begrenzt wird, jeweils die gleiche Druckkraft auf
die erste Stirnfläche 15 und
die zweite Stirnfläche 16.
In die Stellkammer 17 zwischen dem ersten Schiebekolben 10 und
dem zweiten Schieberkolben 11 mündet der Steuerkanal 13.
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Durch
die Druckausgeglichenheit ist bereits eine geringe Stellkraft zur
Betätigung
des Linearschiebers 8 ausreichend, da keine zusätzlichen Druckkräfte überwunden
werden müssen.
Durch die Stellkraft braucht lediglich die Reibungskraft des Linearschiebers 8 überwunden
werden.
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Der
Schrittmotor-Spindelantrieb, wie er in 1 dargestellt
ist, weist eine deutliche Selbsthemmung auf. Aus diesem Grund eignet
sich dieses Antriebskonzept insbesondere für Anwendungen, bei denen ohne
eine Dauerbestromung ein minimaler Stromverbrauch erreicht werden
soll. Zudem sollte keine hydraulische oder mechanische Rückstellung des
Linearschiebers 8 in eine Notlaufposition vorgesehen sein.
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Über den
Zulauf 12 ist das Drucksteuerventil 1 mit einer
Druckmittelquelle verbunden. In der Druckmittelquelle wird ein Steuerungsfluid,
im allgemeinen ein Hydrauliköl,
auf Systemdruck komprimiert oder in einem Druckspeicher mit Systemdruck vorgehalten.
Der Ablauf 14 ist im allgemeinen mit einem Vorratsbehälter für das Hydraulikfluid
verbunden.
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Der
Steuerkanal 13 ist mit einem Verbraucher, z.B. einer Automatgetriebekupplung
eines Kraftfahrzeugs verbunden. Andere Verbraucher, welche mit einem
erfindungsgemäß ausgestalteten Drucksteuerventil 1 verbunden
sein können,
sind z.B. die Scheibensätze
von CVT-Getrieben,
die Ansteuerung von Kupplungen bei Doppelkupplungs- oder Direktschaltgetrieben
zur Kupplungs- und Schiebemuffenbetätigung sowie die Steuerung
automatisierter Schaltgetriebe. Ein weiteres Anwendungsfeld ist
die hydraulische Steuerung von Verteilergetrieben. Zudem können auch
sämtliche
Nebenströme
im Getriebe, wie z.B. Kühl-
und Schmieröldrücke, auf
die beschriebene Art moduliert werden.
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2 zeigt
einen druckausgeglichenen Linearschieber mit Feinsteuerkanten.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform sind am ersten Schieberkolben 10 und
am zweiten Schieberkolben 11 jeweils zur Stellkammer 17 hin weisende
Feinsteuerkanten 18 ausgebildet. In der in 2 dargestellten
Position des Linearschiebers 8 sind sowohl der Zulauf 12 als
auch der Ablauf 14 durch die Schieberkolben 10, 11 verschlossen.
Lediglich über
die Feinsteuerflächen 18 ist
ein Leckagestrom aus dem Zulauf 12 in die Stellkammer 17 bzw. aus
der Stellkammer 17 in den Ablauf 14 möglich. Hierdurch
tritt ein Kurzschlussverlust von Hydraulikfluid vom Zulauf 12 in
den Ablauf 14 über
die Feinsteuerkanten 18 auf. Vorteil dieser Ausgestaltung, bei
der ein Kurzschlussstrom realisiert ist, ist, dass das Drucksteuerventil 1 schnell
anspricht. Die Bewegung des Linearschiebers 8 erfolgt über einen
Antrieb 19, welcher z.B. als Schrittmotor-Spindelantrieb ausgestaltet
sein kann, wie er in 1 dargestellt ist.
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Die
Feinsteuerflächen 18 am
ersten Schieberkolben 10 und am zweiten Schieberkolben 11 sind so
gestaltet, dass bei offenem Zulauf 12 der Ablauf 14 vollständig geschlossen
ist und bei offenem Ablauf 14 der Zulauf 12 vollständig geschlossen
ist. Der Abstand des ersten Schieberkolbens 10 und des zweiten
Schieberkolbens 11 ist in der in 2 dargestellten
Ausführungsform
so gewählt,
dass der Ablauf 14 geöffnet
wird, sobald der Zulauf 12 geschlossen wird. Entsprechend
wird auch der Öffnungsquerschnitt
des Zulaufs 12 verkleinert, sobald der Ablaufquerschnitt
des Ablaufs 14 vergrößert wird.
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Durch
das Vorsehen der Feinsteuerflächen 18 werden
die auf den Linearschieber 8 ausgeübten Reaktionskräfte von
durchströmendem Öl minimiert. Da
der Linearschieber 8 weiterhin druckausgeglichen ist, werden
weder von der Durchströmung
des Öls noch
vom auf den Linearschieber 8 wirkenden Druck Zusatzkräfte ausgeübt, die
bei der Verstellung des Linearschiebers 8 überwunden
werden müssen.
Dies ermöglicht
es, einen kleinen Antrieb mit geringer Leistung einzusetzen. Wegen
der geringen Verlustleistung kann auf eine Taktung, wie bei den
heute gebräuchlichen
Drucksteuerventilen üblich,
verzichtet werden. Hierdurch wird die Gefahr vermieden, Resonanzschwingungen
im Hydrauliksystem periodisch anzuregen, die wegen der hohen Luftgehalts-
und Viskositätsschwankungen
des Öls
in einem großen Frequenzbereich
auftreten können.
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In 3 ist
schematisch ein Linearschieber mit Notlaufrückstellung dargestellt.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Abstand
zwischen dem ersten Schieberkolben 10 und dem zweiten Schieberkolben 11 so
gewählt,
dass der Zulauf 12 und der Ablauf 14 gleichzeitig
verschlossen sein können.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Ausführungsform
wird hier ein Leckagestrom bzw. ein Kurzschlussverlust vermieden.
Jedoch muss der Linearschieber 8 eine größere Strecke
zurücklegen,
um den Zulauf 12 zu verschließen und den Ablauf 14 freizugeben
bzw. den Ablauf 14 zu verschließen und den Zulauf 12 freizugeben, als
in einer Ausführungsform,
bei der der Abstand der Schieberkolben 10, 11 so
gewählt
ist, dass ein Kurzschlussverlust auftritt, wie er in 2 dargestellt
ist.
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Im
Unterschied zu den in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform
eine Rückstellung
in eine Notlaufposition vorgesehen.
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Diese
tritt in Aktion, wenn der Antrieb 19 ausfällt. Zur
Rückstellung
ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform
zum einen ein als Rückstellvorrichtung
dienendes Federelement 20 vorgesehen, welches auf den Linearschieber 8 wirkt.
Hierzu ist am Linearschieber 8 auf der dem Antrieb 19 abgewandten
Seite ein Kolben 21 ausgebildet, auf welchen das Federelement 20 wirkt.
Das Federelement 20 ist zum Beispiel eine als Druckfeder
ausgebildete Spiralfeder. Es ist aber auch jede andere Druckfeder
einsetzbar, mit der der Hub des Linearschiebers 8 überwunden
werden kann, dass dieser in eine Notlaufposition gestellt wird.
In der hier dargestellten Ausführungsform
wird in der Notlaufposition die Verbindung vom Ablauf 14 in
den Steuerkanal 13 freigegeben. Anstelle auf den Kolben 21 kann
das Federelement 20 auch direkt auf den zweiten Schieberkolben 11 wirken.
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Zusätzlich zum
Federelement 20 umschließt ein Ringraum 22 den
Kolben 21. Der Ringraum 22 ist mit einer Druckleitung 23 verbunden,
in der vorzugsweise ein konstanter Druck herrscht. Hierdurch wirkt eine
konstante Druckkraft im Ringraum 22 auf eine Fläche 35 am
zweiten Schieberkolben 11, die den Ringraum 22 begrenzt.
Diese Druckkraft kann als Rückstelldruckkraft
genutzt werden.
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Neben
der in 3 dargestellten Ausführungsform, bei der sowohl
eine Rückstellvorrichtung in
Form des Federelementes 20 als auch eine Rückstellung
durch eine auf die Fläche 35 am
zweiten Schieberkolben 11 wirkende Druckkraft im Ringraum 22 vorgesehen
ist, ist es auch möglich,
dass die Rückstellung
in die Notlaufposition entweder nur durch das Federelement 20 oder
nur durch eine auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkende
Druckkraft ausgeführt
wird.
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Anstelle
der Druckleitung 23, über
die ein konstanter Druck im Ringraum 22 gewährleistet
wird, der auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt, ist
es auch möglich,
den Ringraum 22 – wie
hier gestrichelt dargestellt – mit
dem Zulauf 12 zu verbinden. Diese Verbindung ist mit Bezugszeichen 24 bezeichnet. Nachteil
der Verbindung des Ringraums 22 mit dem Zulauf 12 über die
Verbindung 24 ist, dass im Ringraum 22 dann keine
konstante Kraft auftritt sondern die Druckkraft, die auf den zweiten
Schieberkolben 11 wirkt, entsprechend der Druckschwankungen
im Zulauf 12 ebenfalls schwankt.
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Wenn
die Rückstellung
nur hydraulisch erfolgen soll, das heißt also, dass kein Federelement 20 vorgesehen
ist, ist es nicht notwendig, am Linearschieber 8 den Kolben 21 vorzusehen.
In diesem Fall ist der gesamte Raum hinter dem zweiten Schieberkolben 11 mit
unter konstanten Druck oder Zulaufdruck stehenden Fluid befüllt, so
dass die Druckkraft über
die gesamte in den Raum hineinragende Fläche auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt.
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Bei
einer Rückstellung
durch das Federelement 20 wird die Federkraft des Federelementes 20 so
ausgelegt, dass hierdurch die Kolbenreibung und gegebenenfalls die
Hemmung des Antriebes auch in der am weitesten entspannten Stellung
des Federelementes 20 in allen Betriebsbedingungen überwindet.
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Aufgrund
der Rückstellwirkung
des Federelementes 20 oder der hydraulischen Druckkraft
im Ringraum 22 muss der Antrieb 19 dauerhaft bestromt werden,
um zu vermeiden, dass der Linearschieber in die Notlaufposition
verschoben wird. Vorteil der hydraulischen Rückstellung gegenüber der
Rückstellung
mit dem Federelement 20 ist, dass diese kompakt und mit
geringem Gewicht realisierbar ist und es keine kolbenwegabhängige Kraftänderung
gibt, sofern der Druck konstant gehalten wird. Lediglich bei der
Verbindung des Ringraumes 22 mit dem Zulauf 12 kann
die Rückstellkraft
gegebenenfalls mit der Druckvariation schwanken.
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Neben
der Ausführung
der Rückstellung
mit dem Federelement 20, bei der das Federelement 20 auf
einen Kolben 21 am Linearschieber 8 wirkt, ist
es auch möglich,
dass das Federelement 20 direkt auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt.
In diesem Fall kann das Federelement 20 zum Beispiel auch
im Verschieberaum aufgenommen sein, der sich an den zweiten Schieberkolben 11 anschließt.
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Die
Stellung des ersten Schieberkolbens und des zweiten Schieberkolbens,
wie er in 3 dargestellt ist, bei dem sowohl
der Zulauf 12 als auch der Ablauf 14 gleichzeitig
geschlossen werden können, das
heißt,
dass die Öffnung
eines Versorgungsanschlusses, zum Beispiels des Ablaufs 14 oder
des Zulaufs 12 erst dann beginnt, wenn der zweite Versorgungsanschluss
vollständig
geschlossen ist, ist besonders geeignet für Anwendungen, bei denen der Ausgangsdruck
gemessen und aktiv auf den Sollwert geregelt wird.
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Um
die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und die Positioniergenauigkeit
des Antriebs gering zu halten, ist es erforderlich, dass der Zulauf 12 und
der Ablauf 14 kontinuierlich über einen größeren Weg
des Linearschiebers 8 freigegeben werden. Um die Ventilkennlinie
zu linearisieren, kann die Steuerkante 25 der Schieberkolben 10, 11 um eine Öffnungskontur
erweitert werden. Eine solche Öffnungskontur
ist beispielhaft in 4 dargestellt. 4 zeigt
eine Draufsicht auf den zweiten Schieberkolben 11 mit einer
als Feinsteuerfläche 18 wirkenden Öffnungskontur 26.
Eine entsprechende Öffnungskontur
kann auch am ersten Schieberkolben 10 ausgebildet sein.
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Die Öffnungskontur
gemäß 4 ist
schlitzförmig
ausgebildet. Hierdurch wird es ermöglicht, über einen vergrößerten Weg
des Linearschiebers 8 nur kleinste Strömungsquerschnitte freizugeben. Eine
feinfühligere
Dosierung des Hydraulikfluidvolumenstroms lässt sich durch die schlitzförmig konfigurierte Öffnungskontur 26 erzielen.
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Um
eine einfachere Fertigung der Öffnungskontur
zu ermöglichen,
kann diese auch wie in 5 dargestellt ausgeführt sein.
Um die erhöhte
Drosselwirkung, wie sie gemäß der Öffnungskontur 26 in 4 durch
die Schlitzform erzielt wird, zu erreichen, wird die erhöhte Drosselwirkung
an der Feinsteuerfläche 18 mit
der Öffnungskontur 26 gemäß 5 dadurch
erzielt, dass die Tiefe der Feinsteuerfläche 18 von der Steuerkante 25 aus
gesehen abnimmt. Dies ist in Seitenansicht exemplarisch in 6 dargestellt.
Eine derartige Öffnungskontur 26,
wie sie in den 5 und 6 dargestellt
ist, lässt
sich zum Beispiel einfach durch einen schräg angesetzten Fräser 27 erzielen.
Anstelle des Fräsers 27 lässt sich
die Öffnungskontur 26 natürlich auch über andere,
dem Fachmann bekannte Fertigungsverfahren herstellen. Geeignet sind
zum Beispiel auch Schleifer oder Laser.
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Anstelle
der Öffnungskante
am ersten Schieberkolben 10 oder zweiten Schieberkolben 11 ist
es selbstverständlich
auch möglich,
die Öffnungskontur 26 und
damit die Feinsteuerfläche 18 an
der Steuerkante am Gehäuse
zu realisieren. In diesem Fall ist es zum Beispiel möglich, die
Steuerkante bei gegossenem Gehäuse
beim Guss mit auszubilden. Die Gestaltung der Kontur kann beliebig
an die Anforderungen der Anwendung angepasst werden und ist nicht auf
die in den 4 bis 6 dargestellte
Ausführung
beschränkt.
Um das Drucksteuerventil an zum Beispiel geänderte Volumenstrombereiche
verschiedene Zielsysteme anzupassen, ist es lediglich erforderlich,
die Öffnungskontur
zu verändern.
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Ein
geeigneter Antrieb für
den Linearschieber 8 ist insbesondere ein Schrittmotor,
da dieser störunempfindlich
ist. Aufgrund der digitalen, schrittweisen Verstellung stellt er
nur geringe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit. Auch die
elektronische Ansteuerung kann einfach, ohne aufwendige Positionserfassung
und Regelelektronik realisiert werden. Durch die definierte, schrittweise
Verstellung ist auch die synchrone Verstellung der öffnenden
und schließenden
Kupplung sichergestellt.
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Zur
Verstellung des Linearschiebers 8 sind grundsätzlich zwei
Antriebskonzepte sinnvoll. Hierbei handelt es sich zum einen Linear-Schrittmotor,
zum anderen um einen Rotations-Schrittmotor.
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Bei
einem Linear-Schrittmotor werden die Spulen des Stators und die
Magnete des Rotors Linear angeordnet und die Rotormagnete werden
direkt auf den Linearschieber 8 montiert. Hierdurch kann eine
spiel- und hysteresefreie Ventilverstellung sichergestellt werden.
Außerdem
ergibt sich ein sehr einfacher, robuster Gesamtaufbau des Ventils,
welches aus dem Linearschieber 8 mit Magneten als einzigem
bewegten Teil und das Gehäuse
mit darin integrierter Spule umfasst.
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Beim
Antrieb als Rotations-Schrittmotor sind verschiedene Ausführungen
sinnvoll. Eine geeignete Ausführung
ist der Schrittmotor-Spindelantrieb, wie er in 1 dargestellt
ist. Dieser Antrieb ist jedoch nicht geeignet, wenn das Drucksteuerventil
eine Vorrichtung zur Rückstellung
in eine Notlaufposition, wie sie in 3 dargestellt
ist, aufweist, da der Schrittmotor-Spindelantrieb eine deutliche
Selbsthemmung aufweist.
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Eine
weitere Variante, mit der der Linearschieber 8 durch einen
Rotations-Schrittmotor angetrieben werden kann, ist in 7 dargestellt.
Hierbei erfolgt der Antrieb über
einen Kurbelzapfenantrieb 28. Beim Kurbelzapfenantrieb 28 ist
die Rotorwelle 5 des Schrittmotors mit einem Kurbelzapfen 29 versehen.
Der Kurbelzapfen 29 läuft
in einer Nut 30 am Linearschieber 8.
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Mit
dem Kurbelzapfenantrieb 28 lässt sich die Positionierschrittweite
des Linearschiebers 8 auch drehwinkelabhängig verändern, zum
Beispiel um die Ventilkennlinie zu linearisieren. Dies wird zum Beispiel
dadurch erreicht, indem die Nut 30 nicht wie in 7 dargestellt
gerade ausgeführt
wird sondern gebogen. Anstatt der Zwangsführung mit Kurbelzapfen 29 in
der Nut 30 kann auch ein Nocken auf der Rotorwelle 5 vorgesehen
werden, der ein entsprechendes Steigungsprofil aufweist, mit dem
die gewünschte
Linearisierung erzielt wird.
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Eine
weitere Ausführungsform,
bei der der Antrieb 19 als Rotations-Schrittmotor ausgeführt ist, ist
in 8 dargestellt.
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Hierbei
handelt es sich um einen Schrägscheibenantrieb 31.
Hierzu ist eine Schrägscheibe 32 mit
dem Rotationsschrittmotor 33 verbunden. Um eine Verstellung
des Linearschiebers 8 zu erzielen, ist der Linearschieber 8 exzentrisch
gegen die Schrägscheibe 32 gestellt.
Zur Verringerung des Verschleißes
ist das der Schrägscheibe 32 zuweisende Ende
des Linearschiebers 8 konisch ausgeführt. Der Konus ist mit Bezugszeichen 34 bezeichnet.
Die Spitze des Konus 34 ist vorzugsweise rund ausgeführt. Hierdurch
wird ein leichteres Verschieben auf der Schrägscheibe 32 erreicht. Über das
Federelement 20, welches als Druckfeder ausgebildet ist
und auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt, wird sichergestellt,
dass der Linearschieber immer an der Schrägscheibe 32 anliegt.
Die Ausführungsform,
bei der der Antrieb als Schrägscheibenantrieb 31 ausgebildet
ist, wird vorzugsweise dann gewählt,
wenn Motorachse und Schieberachse gleich orientiert sein sollen.
Dadurch dass zum Betrieb des Drucksteuerventils 1 mit Schrägscheibenantrieb 31 das
Federelement 20 vorgesehen ist, welches den Linearschieber 8 gegen
die Schrägscheibe 32 presst,
eignet sich dieses Antriebskonzept insbesondere für Anwendungen,
bei denen eine mechanische Notlaufrückstellung des Linearschiebers 8 vorgesehen
ist.