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Die
Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem als Schieberventil
mit positiver Überdeckung ausgeführten Druckminderventil,
das einen Tankanschluss, einen Systemdruckanschluss und einen Arbeitsdruckanschluss
aufweist, der durch das Druckminderventil mit dem Systemdruckanschluss
oder dem Tankanschluss verbindbar ist, wobei ein Ventilschieber
des Druckminderventils über eine Steuerleitung mit einem
Arbeitsdruck beaufschlagt ist, der über den Arbeitsdruckanschluss
bereitgestellt wird, und mit einem Rücklauf.
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Aus
der internationalen Veröffentlichung
WO 2007/003151 A1 sind
Druckminderventile bekannt, die den Arbeitsdruck entweder mit dem
Tankdruck oder mit dem Systemdruck verbinden beziehungsweise Zwischenstellungen
einnehmen, um den Arbeitsdruck stufenlos zu modulieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, das Ansprechverhalten eines Druckminderventils
in einem Hydrauliksystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in kritischen Situationen zu verbessern.
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Die
Aufgabe ist bei einem Hydrauliksystem mit einem als Schieberventil
mit positiver Überdeckung ausgeführten Druckminderventil,
das einen Tankanschluss, einen Systemdruckanschluss und einen Arbeitsdruckanschluss
aufweist, der durch das Druckminderventil mit dem Systemdruckanschluss oder
dem Tankanschluss verbindbar ist, wobei ein Ventilschieber des Druckminderventils über
eine Steuerleitung mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt ist, der über
den Arbeitsdruckanschluss bereitgestellt wird, und mit einem Rücklauf,
dadurch gelöst, dass ein zusätzlicher Volumenstrom über
einen hydraulischen Widerstand aus dem Arbeitsdruckanschluss abgeführt
und einem weiteren Verbraucher zugeführt wird, um den Ventilschieber
in kritischen Situationen an einer Steuerkante zu halten. Der weitere
Verbraucher ist Vorzugsweise eine Kühlvorrichtung und/oder eine
Schmiervorrichtung und/oder ein Vorsteuerkreis eines Hydraulikventils
oder der Tank. Wenn der zusätzliche Volumenstrom zu anderen
Verbrauchern geführt wird, so dass diese dadurch entsprechend weniger
Volumenstrom direkt aus dem System entnehmen müssen, ist
der permanente Durchfluss durch den hydraulischen Widerstand nicht
als zusätzliche Leckage zu betrachten, da er ja nicht ungenutzt
bleibt.
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Die
Aufgabe ist weiterhin bei einem Hydrauliksystem mit einem als Schieberventil
mit positiver Überdeckung ausgeführten Druckminderventil,
das einen Tankanschluss, einen Systemdruckanschluss und einen Arbeitsdruckanschluss
aufweist, der durch das Druckminderventil mit dem Systemdruckanschluss
oder dem Tankanschluss verbindbar ist, wobei ein Ventilschieber
des Druckminderventils über eine Steuerleitung mit einem
Arbeitsdruck beaufschlagt ist, der über den Arbeitsdruckanschluss
bereitgestellt wird, und mit einem Rücklauf, dadurch gelöst,
dass der Rücklauf über ein Zusatzventil und einen
hydraulischen Widerstand mit dem Arbeitsdruckanschluss verbindbar
ist, um den Ventilschieber in kritischen Situationen an oder in
der Nähe einer Steuerkante zu halten. Das Druckminderventil
ist vorzugsweise als 3/2-Wegeventil mit positiver Überdeckung
beziehungsweise als 3/3-Wegeventil ausgeführt. Der Tankanschluss
steht mit einem Tank in Verbindung, der ein Arbeitsmedium, wie Hydrauliköl, enthält,
das mit einem Tankdruck, vorzugsweise Umgebungsdruck, beaufschlagt
ist. An den Arbeitsdruckanschluss ist mindestens ein Verbraucher
angeschlossen. Bei dem Verbraucher handelt es sich zum Beispiel
um einen Hydraulikzylinder, insbesondere einen Verstellzylinder
für ein CVT-Getriebe, einen Gangstellzylinder für
ein automatisiertes Schaltgetriebe oder für ein Doppelkupplungsgetriebe
oder einen Kupplungszylinder. In einer Zone der positiven Überdeckung
kann der Ventilschieber Weg verfahren, ohne dass der Arbeitsdruck
sich verändert. Die positive Überdeckung wird
benötigt, um zu verhindern, dass im Betrieb ständig
Arbeitsmedium durch das Druckminderventil strömt. Wenn
das Arbeitsmedium relativ kalt ist, kann sich die positive Überdeckung,
zum Beispiel aufgrund von viskoser Reibung des Ventilschiebers,
nachteilig auf das Ansprechverhalten des Druckminderventils auswirken.
In solchen kritischen Situationen, also insbesondere bei tiefen Temperaturen,
wird der Ventilschieber gemäß einem wesentlichen
Aspekt der Erfindung durch einen gezielten Volumenstrom an oder
in der Nähe der Steuerkante gehalten. Dadurch wird das
Ansprechverhalten in den kritischen Situationen deutlich verbessert.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist
dadurch gekennzeichnet, dass in kritischen Situationen über
das Zusatzventil, den hydraulischen Widerstand und das Druckminderventil
ein zusätzlicher Volumenstrom, insbesondere über den
Tankanschluss beziehungsweise den Tank, abgeführt wird.
Der zusätzliche Volumenstrom wird vorzugsweise nur bei
niedrigen Temperaturen abgeführt. Bei hohen Temperaturen
wird der zusätzliche Volumenstrom abgeschaltet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil als Rückschlagventil
ausgeführt ist. Über das Rückschlagventil
und den hydraulischen Widerstand gelangt immer dann Arbeitsmedium
zu dem Arbeitsdruckanschluss, wenn der Arbeitsdruck geringer als
der Rücklaufdruck ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil eine
Ventilfeder umfasst. Die Ventilfeder ist vorzugsweise so vorgespannt,
dass das Rückschlagventil erst ab einer gewissen Druckdifferenz öffnet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzventil als 2/2-Wegeventil
ausgeführt ist, das den Arbeitsdruckanschluss in den kritischen
Situationen mit dem Tank verbindet. Anstelle des Tanks kann im Rahmen
der vorliegenden Erfindung auch ein Rücklaufbehälter
oder Ablauf verwendet werden. Über das geöffnete
2/2-Wegeventil wird der zusätzliche Volumenstrom abgeführt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das 2/2-Wegeventil über
eine Steuerleitung mit dem Rücklauf verbunden ist. Bei Überschreiten eines
Schwellenwertes strömt Arbeitsmedium von dem Arbeitsdruckanschluss über
den hydraulischen Widerstand und das 2/2-Wegeventil in den Tank.
Das Ansteuern des 2/2-Wegeventils erfolgt über den Rücklaufdruck.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand als
Blende ausgeführt ist. Alternativ kann der hydraulische
Widerstand als Drossel ausgeführt sein. Der hydraulische
Widerstand ist auf das Temperaturverhalten des Arbeitsmediums abgestimmt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang einer Pumpe an den
Systemdruckanschluss angeschlossen ist, wobei der Rücklauf
von einer Verzweigung zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Systemdruckanschluss
ausgeht. Über den Rücklauf steht der Ausgang der
Pumpe mit dem Eingang der Pumpe und/oder mit dem Tank in Verbindung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckbegrenzungsventil in dem
Rücklauf angeordnet ist. Das Druckbegrenzungsventil sorgt
dafür, dass der Ausgang der Pumpe erst ab einem bestimmten
Druckwert mit dem Eingang der Pumpe beziehungsweise dem Tank verbunden
wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühler und/oder ein
Filter in dem Rücklauf angeordnet sind/ist. Der Kühler
dient dazu, das über den Rücklauf zurückgeführte
Arbeitsmedium zu kühlen. Der Filter dient dazu, das über
den Rücklauf abgeführte Arbeitsmedium zu filtern.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikzylinder an den Arbeitsdruckanschluss
angeschlossen ist. Bei dem Hydraulikzylinder handelt es sich vorzugsweise
um einen Verstellzylinder, etwa einen Gangstellzylinder eines automatisierten
Schaltgetriebes oder eines 0Doppelkupplungsgetriebes oder einen
Kupplungszylinder, der durch eine Getriebesteuerung mit Hilfe des
Druckminderventils gesteuert wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben
sind. Es zeigen:
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1 einen
Hydraulikschaltplan eines Hydrauliksystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel mit einem Rückschlagventil,
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2 ein ähnliches
Hydrauliksystem wie in 1 mit einem 2/2-Wegeventil und
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3 ein ähnliches
Hydrauliksystem wie in 1 ohne Zusatzventil.
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In
den 1, 2 und 3 ist ein
Hydrauliksystem 1; 41 mit einem Hydraulikzylinder 2 in Form
eines Hydraulikschaltplans gemäß zwei verschiedenen
Ausführungsbeispielen dargestellt. Bei dem Hydraulikzylinder 2 handelt
es sich zum Beispiel um einen Verstellzylinder eines stufenlos verstellbaren
Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebes, um einen Gangstellzylinder
in einem Getriebe oder um einen Kupplungszylinder. Der Hydraulikzylinder 2 wird über
eine Pumpe 4 aus einem Tank 5 mit einem Arbeitsmedium
versorgt. Bei dem Arbeitsmedium handelt es sich um ein Hydraulikmedium,
insbesondere Hydrauliköl. Das Arbeitsmedium wird über
eine Saugleitung 6 aus dem Tank 5 angesaugt.
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Zwischen
die Pumpe 4 und den Hydraulikzylinder 2 ist zur
Steuerung desselben ein Druckminderventil 8 geschaltet,
das als Proportionalventil ausgeführt und elektromagnetisch
beziehungsweise hydraulisch betätigbar ist. Das Druckminderventil 8 ist als
3/2-Wegeventil mit einer positiven Überdeckung beziehungsweise
als 3/3-Wegeventil ausgeführt, Ein Systemdruckanschluss
des Druckminderventils 8 steht über eine Verbindungsleitung 11 mit
einem Ausgang der Pumpe 4 in Verbindung. Ein Tankanschluss des
Druckminderventils 8 steht mit dem Tank 5 in Verbindung.
Ein Arbeitsdruckanschluss des Druckminderventils 8 steht über
eine Arbeitsdruckleitung 12 mit dem Hydraulikzylinder 2 in
Verbindung. Von der Arbeitsdruckleitung 12 geht eine Steuerleitung 14 aus,
durch die ein Ventilschieber des als Schieberventil ausgeführten
Druckminderventils 8 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt
ist. Die Steuerleitung 14 des Druckminderventils 8 wird
auch als Druckrückführung bezeichnet.
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Von
der Verbindungsleitung 11 geht ein Rücklauf 15 aus,
der die Verbindungsleitung 11 mit einem Eingang der Pumpe 4 beziehungsweise
mit dem Tank 5 verbindet. In dem Rücklauf 15 ist
ein Druckregelventil 16 angeordnet, das die Verbindungsleitung 11 beziehungsweise
den Ausgang der Pumpe 4 in Abhängigkeit von dem
Druck an dem Ausgang der Pumpe 4 beziehungsweise dem Druck in
der Verbindungsleitung 11 mit dem Eingang der Pumpe 4 beziehungsweise
dem Tank verbindet. In dem Rücklauf 15 ist des
Weiteren ein Kühler 17 und ein Filter 18 angeordnet.
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Über
das Druckminderventil 8 wird der Arbeitsdruckanschluss
beziehungsweise die Arbeitsdruckleitung 12, je nach Bedarf
mit beliebigen Zwischenstellungen, mit dem Systemdruckanschluss beziehungsweise
der Verbindungsleitung 11 oder dem Tankanschluss beziehungsweise
dem Tank 5 verbunden. Zwischen der zum Tank geöffneten
Stellung und der zum Systemdruck geöffneten Stellung ist
eine dritte Stellung oder Überdeckungszone angeordnet,
in der alle drei Anschlüsse durch den Ventilschieber verschlossen
sind. In dieser Überdeckungszone beziehungsweise dritten
Stellung kann der Ventilschieber Weg verfahren, ohne dass sich der
Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung 12 wesentlich verändert.
Diese dritte Stellung oder Überdeckungszone, die auch als
positive Überdeckung bezeichnet wird, wird benötigt,
damit im Betrieb nicht ständig Hydraulikmedium aus der
Arbeitsdruckleitung 12 über den Arbeitsdruckanschluss
und das Druckminderventil 8 in den Tank 5 zurückströmt.
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Kupplungszylinder,
Gangstellzylinder oder Verstellzylinder haben die Eigenart, dass
sie eigentlich dicht ausgeführt werden und nur dann Volumenstrom
aufnehmen oder abgeben, wenn sie Wege verfahren, zum Beispiel zum Überfahren
eines Lüftspiels. Wenn dagegen eine Nasskupplung angelegt ist,
reagiert sie recht steif und der Kupplungszylinder bewegt sich auch
bei Druckänderungen kaum. Gleiches gilt für Verstellzylinder,
wenn eine Kegelscheibengetriebe-Übersetzung bei wechselndem
Moment, zum Beispiel bei Stützbedarf, gehalten werden soll. Das
führt dazu, dass ein Druckminderventil 8 bei Verwendung
mit einem Kupplungszylinder, einem Gangstellzylinder oder einem
Verstellzylinder als Hydraulikzylinder 2, wenn der Druck
konstant gehalten werden soll, oft im Bereich der Überdeckung
arbeiten. Bei einem folgenden Änderungswunsch, das heißt Druckaufbau
oder Druckabbau in dem Hydraulikzylinder 2, muss der Ventilschieber
dann oft erst innerhalb der Überdeckung verfahren werden,
um die Steuerkante des Druckminderventils 8 zu erreichen.
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Bei
normaler Betriebstemperatur stellt das Erreichen der Steuerkante
kein Problem dar. Bei niedrigen Temperaturen, das heißt
niedriger Hydraulikmediumtemperatur, kann die Überdeckung
durch die viskose Reibung des Ventilschiebers und eine erhöhte
Dämpfungswirkung der endlich langen Blenden in der Getriebesteuerung
jedoch zu einer unerwünscht langen Antwortzeit und sogar
zu Stabilitätsproblemen durch die Totzeit bis zum Ansprechen
des Druckminderventils 8 führen.
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Weiterhin
kann ein flaches Verhalten des Druckminderventils 8 in
der Überdeckung mit einem scharfen Knick zu steilen Kennlinien
und außerhalb der Überdeckung leicht zu einem
instabilen Verhalten des Druckreglers führen, da die Bedämpfung
des Hydrauliksystems 1 entweder auf den steilen Kennlinienteil
oder das flache Verhalten abgestimmt werden muss. Wenn der steile
Teil ausreichend bedämpft ist, dann kann das zu einer unbefriedigenden
Dynamik in der Überdeckung führen.
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Durch
die Erfindung wird das Ansprechverhalten des Druckminderventils 8,
insbesondere bei Kälte, verbessert, ohne dass die Grundauslegung des
Druckminderventils 8 verändert werden muss. Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Ventilschieber des Druckminderventils 8 in den
vorab beschriebenen kritischen Situationen, insbesondere bei Kälte,
durch einen gezielten Volumenstrom in den Arbeitsdruckanschluss
oder aus diesem hinaus an seiner Steuerkante gehalten. Bei einem Zulauf
in den Hydraulikzylinder 2 wird der Ventilschieber vorzugsweise
an einer Tankkante gehalten. Bei einem Ablauf aus dem Hydraulikzylinder 2 wird
der Ventilschieber vorzugsweise an einer Systemdrucksteuerkante
gehalten. Der zusätzliche Volumenstrom stellt zwar eine
Zusatzleckage dar, die aber bei Kälte keine Rolle spielt,
da die Steuerungsvolumetrie des Druckminderventils 8 vorzugsweise
auf hohe Spaltleckagen bei Hitze abgestimmt ist.
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Als
Eingangsgröße für das Bereitstellen des zusätzlichen
Volumenstroms wird der Rücklaufdruck verwendet, der im
Normalbetrieb zum Beispiel etwa 4 bar erreicht. Bei Kälte
kann der Rücklaufdruck durchaus 20 bar und mehr erreichen.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Rücklauf 15 über eine Zusatzleitung 20 mit
der Arbeitsdruckleitung 12 verbindbar. Die Zusatzleitung 20 geht
von einer Verzweigung 21 des Rücklaufs 15 aus,
die zwischen dem Druckregelventil 16 und dem Kühler 17 angeordnet
ist. Die Zusatzleitung 20 mündet an einer weiteren
Verzweigung 22, die zwischen dem Druckminderventil 8 und
dem Hydraulikzylinder 2 vorgesehen ist, in die Arbeitsdruckleitung 12.
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In
der Zusatzleitung 20 sind, ausgehend von der Verzweigung 21,
ein Zusatzventil 25 und ein hydraulischer Widerstand 28 in
Reihe geschaltet. Das Zusatzventil 25 ist als Rückschlagventil
ausgeführt. Der hydraulische Widerstand 28 ist
als Blende ausgeführt. Über das Zusatzventil 25 und
den hydraulischen Widerstand 28 wird immer dann Hydraulikmedium
aus dem Rücklauf 15 in die Arbeitsdruckleitung 12 geleitet,
wenn der Druck an der Verzweigung 22, der auch als Arbeitsdruck
bezeichnet wird, geringer als der Druck an der Verzweigung 21 ist,
der auch als Kühlerrücklaufdruck bezeichnet wird.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Arbeitsdruckleitung 12 über eine Zusatzleitung 60 mit
dem Tank verbindbar. Die Zusatzleitung 60 geht von einer
Verzweigung 61 aus, die in der Arbeitsdruckleitung 12 zwischen
dem Druckminderventil 8 und dem Hydraulikzylinder 2 angeordnet ist.
In der Zusatzleitung 60 sind ein Zusatzventil 65 und
ein hydraulischer Widerstand 68 angeordnet. Der hydraulische
Widerstand 68 ist als Blende ausgeführt und in
Reihe zwischen die Verzweigung 61 und das Zusatzventil 65 geschaltet.
Das Zusatzventil 65 ist als 2/2-Wegeventil ausgeführt,
das durch eine Feder in die dargestellte Schließstellung
vorgespannt ist. Das Zusatzventil 65 ist über
eine Steuerleitung 70 mit dem Rücklaufdruck beaufschlagt.
Die Steuerleitung 70 geht von einer Verzweigung 72 aus,
die in dem Rücklauf 15 zwischen dem Druckbegrenzungsventil 16 und
dem Kühler 17 angeordnet ist. Bei Überschreiten
eines durch die vorgespannte Feder definierten Schwellenwertes wird
das Zusatzventil 65 über die Steuerleitung 70 betätigt,
das heißt in seine in 2 nicht
dargestellte Öffnungsstellung geschaltet, in der die Arbeitsdruckleitung 12 über
die Zusatzleitung 60 und die Blende 68 mit dem
Tank 5 in Verbindung steht.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist es
wahlweise möglich, das aus dem Tankablauf des Ventils 65 abgeführte
Hydraulikmedium für weitere Aufgaben in einem Getriebe,
wie CVT-Getriebe, automatisierten Schaltgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe,
zu nutzen. Die Nutzung kann etwa in der Schmierung und/oder Kühlung
von Bauteilen bestehen. Eine weitere Nutzungsmöglichkeit
kann in der hydraulischen Steuerung selbst erfolgen, beispielsweise
durch die Zuspeisung in den Vorsteuerkreis eines Ventils, insbesondere
des Druckminderventils 8.
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Das
Ventil 65 zur Unterbrechung des Stroms des Hydraulikmediums
aus der Arbeitsdruckleitung 12 gemäß 2 kann
unter Umständen sogar entfallen. Diese Ausführungsform
der Erfindung ist in 3 dargestellt. Der zusätzliche
aus der Arbeitsdruckleitung 12 abgeführte Volumenstrom
wird also direkt einem Verbraucher 66 zugeführt,
welcher eine Vorrichtung zum Schmieren und/oder Kühlen und/oder
ein Vorsteuerkreis und/oder ein Fluidtank sein kann. Die Ausführungsform
nach 3 ist dann besonders zu bevorzugen, wenn der zusätzliche
Volumenstrom zu anderen Verbrauchern 66 dazu führt, dass
diese dadurch entsprechend weniger Ölstrom direkt aus dem
System entnehmen müssen. Der permanente Durchfluss wäre
dann nicht als zusätzliche Leckage zu betrachten. Der andere
Verbraucher 66 kann der Vorsteuerkreis des Druckminderventils 8 sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2
- Hydraulikzylinder
- 4
- Pumpe
- 5
- Tank
- 6
- Saugleitung
- 8
- Druckminderventil
- 11
- Verbindungsleitung
- 12
- Arbeitsdruckleitung
- 14
- Steuerleitung
- 15
- Rücklauf
- 16
- Druckregelventil
- 17
- Kühler
- 18
- Filter
- 20
- Zusatzleitung
- 21
- Verzweigung
- 22
- Verzweigung
- 25
- Zusatzventil
- 28
- hydraulischer
Widerstand
- 41
- Hydrauliksystem
- 60
- Zusatzleitung
- 61
- Verzweigung
- 65
- Zusatzventil
- 66
- Verbraucher
- 68
- hydraulischer
Widerstand
- 70
- Steuerleitung
- 72
- Verzweigung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/003151
A1 [0002]