DE10333015A1

DE10333015A1 - Volumenstromventil

Info

Publication number: DE10333015A1
Application number: DE10333015A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Adomeit
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-07-19
Also published as: DE10333015B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Volumenstromventil (40) mit einem in einem Gehäuse (41) gesteuerten beweglichen Volumenstromschieber (42, 80) zur fluidischen Verbindung eines Arbeitsanschlusses mit einem Tankanschluss in einer ersten Volumenstromschieberstellung und des Arbeitsanschlusses mit einem Versorgungsanschluss in einer zweiten Volumenstromschieberstellung, bei dem erfindungsgemäß das Volumenstromventil im Gehäuse (41) einen passiven beweglichen Druckregelschieber (35, 43) aufweist zur fluidischen Verbindung eines Zwischenvolumens (50) mit dem Versorgungsanschluss und dem Volumenstromschieber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Volumenstromventil, insbesondere ein direkt gesteuertes Volumenstromventil zur Einstellung eines Volumenstroms vom Versorgungsdruckbereich zu einer Arbeitsleitung oder von der Arbeitsleitung zu einem Tank in einem Hydrauliksystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein bekanntes direkt gesteuertes Volumenstromventil nach dem Stand der Technik ist zunächst in den 10 und 11 gezeigt. Ein solches Volumenstromventil 100 ist im Betrieb mit einem Versorgungsdruckbereich mit dem Versorgungsdruck pv, mit einer Tankleitung zu einem Tank, der eine Nullstelle pT in bezug auf den Druck im Hydrauliksystem bildet, und mit einem Arbeitsanschluß verbunden, der mit einem Arbeitsdruck pa versorgt wird. Das Volumenstromventil 100 dient dazu, einem Volumenstrom vom Versorgungsdruck zur Arbeitsleitung oder von der Arbeitsleitung zum Tank einzustellen. Dazu wird im Volumenstromventil 100 ein beweglicher Volumenstromschieber 102 betätigt zur fluidischen Verbindung eines Arbeitsanschlusses 104 mit einem Tankanschluß 106 in einer ersten Volumenstromschieberstellung und mit einem Versorgungsanschluß 108 in einer zweiten Volumenstromschieberstellung, wobei der Volumenstromschieber abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse 110 aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen freigibt. Die Steuerung des Volumenstromschiebers 102 erfolgt von außerhalb des Volumenstromventiles 100, beispielsweise durch eine mechanische Betätigung wie durch ein Betätigungselement 112, gegen das der Volumenstromschieber 102 durch eine Feder 114 vorgespannt ist. Alternativ erfolgt die Betätigung über einen elektrischen Antrieb.
Der sich einstellende Volumenstrom hängt ab von dem freigegebenen Querschnitt, durch den das Fluid strömt, und einem Differenzdruck zwischen den verbundenen Anschlüssen, wobei die Anschlüsse 104, 106 und 108 bzw. die Anschlussbereiche in der 11 zur Verdeutlichung dargestellt sind. Im Falle der fluidischen Verbindung des Arbeitsanschlusses 104 mit dem Versorgungsanschluß 108 ist das der Differenzdruck dp = pv – pa, also die Differenz zwischen dem Versorgungsdruck pv und dem Arbeitsdruck pa. Da der Differenzdruck dp aber von zwei Parametern abhängig ist (pv und pa), die im allgemeinen beide veränderlich, teilweise sogar kurzfristig veränderlich sind, stellt sich – wie die Praxis zeigt – bei unveränderter Steuergröße im Volumenstromventil kein konstanter Volumenstrom ein, sondern dieser variiert nachteilig.
Dieser Variations- bzw. Abweichungseffekt kann verringert werden, indem man den Vorsorgungsdruck pv über eine entsprechende zusätzliche Einrichtung stabilisiert. Es verbleibt aber der Druck pa als Unsicherheitsfaktor. Dieser ist vom Widerstand des Arbeitsorgans und der Strömungswiderstände in der Arbeitsleitung abhängig.
Um die Druckdifferenz und damit den Volumenstrom konstant zu halten, kann wie in 12 gezeigt, der Versorgungsdruck – nach dem Stand der Technik – mit einem zusätzlichen separaten Druckregelventil 120 dem Arbeitsdruck nachgeführt werden. Dies geschieht, indem der Arbeitsdruck pa mit einem Drucksensor 122 gemessen und ein um dp entsprechend erhöhter Versorgungsdruck pdrv mit Hilfe des Druckeinstellungsventiles 120 und vzw. weiterer Steuerkomponenten eingestellt wird. Für diesen Vorgang benötigt man aber neben dem Drucksensor 122 in der Arbeitsleitung ein zusätzliches aktives Druckregelventil, bspw. ein proportional Druckregelventil mit elektrischer Direktsteuerung wie in 12. Diese Komponenten sind kostenintensiv und erfordern im übrigen noch eine entsprechende Reglerstruktur, um ihre Aufgabe erfüllen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Volumenstromventil derart auszugestalten und weiterzubilden, dass Schwankungen des Volumenstroms aufgrund von Schwankungen des Arbeits- und des Versorgungsdrucks weitestgehend vermieden sind.
Diese zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Ansatz ist, eine konstante Druckdifferenz zum Arbeitsdruck durch ein passives, integriertes Bauelement herzustellen und für die eigentliche Volumenstromsteuerung bereitzustellen, um zu realisieren kontinuierlich und selbsttätig die auftretenden Störungen auszuregeln.
Das erfindungsgemäße Volumenstromventil weist im Gehäuse einen passiven beweglichen Druckregelschieber auf zur fluidischen Verbindung eines Zwischenvolumens mit dem Versorgungsanschluß, wobei der Druckregelschieber abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt freigibt, und wobei das Zwischenvolumen fluidisch zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Volumenstromschieber, nämlich vzw. dem entsprechend wirksamen Steuerabschnitt des Volumenstromschiebers liegt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckregelschieber Wirkflächen im wesentlichen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung auf, nämlich eine erste Wirkfläche in fluidischer Verbindung mit dem Arbeitsanschluß und eine zweite Wirkfläche in fluidischer Verbindung mit dem Zwischenvolumen, wobei der Druckregelschieber gegen die zweite Wirkfläche durch eine Vorspanneinrichtung vorgespannt ist. Die erste und die zweite Wirkfläche sind vorzugsweise gleich groß.
Vorteilhaft steht der Druckregelschieber im Betrieb in einem Kräftegleichgewicht resultierend aus dem Druck im Zwischenvolumen einerseits und dem Druck am Arbeitsanschluß und der Vorspannung andererseits.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das efrindungsgemäße Volumenstromventil in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf den Patentanspruch 1 und die nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 ein schematisches Schaltbild eines Volumenstromventils gemäß der Erfindung,
2a) und 2b) Diagramme mit Kennlinien von Druckverläufen in einem Volumenstromventil gemäß der Erfindung,
3a) und 3b) Schnittzeichnungen eines Druckregelschiebers eines Volumenstromventils gemäß der Erfindung,
4 eine Schnittzeichnung eines Volumenstromventils gemäß der Erfindung in einem bestimmten Arbeitszustand,
5 eine Schnittzeichnung des Volumenstromventils aus 4 in einem anderen Arbeitszustand,
6 eine Schnittzeichnung des Volumenstromventils aus 4 in einem weiteren Arbeitszustand,
7 eine Schnittzeichnung des Volumenstromventils aus 4 in noch einem weiteren Arbeitszustand,
8 eine Schnittzeichnung eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Volumenstromventils gemäß der Erfindung mit einer alternativen Charakteristik in einem bestimmten Arbeitszustand,
9 eine Schnittzeichnung des Volumenstromventils aus 8 in einem anderen Arbeitszustand,
10 ein schematisches Schaltbild eines Volumenstromventils gemäß dem Stand der Technik,
11 eine Schnittzeichnung des Volumenstromventils gemäß dem Stand der Technik, und
12 ein schematisches Schaltbild eines weiteren Volumenstromventils gemäß dem Stand der Technik.
In 1 ist ein Volumenstromventil 10 gemäß der Erfindung als schematisches Schaltbild dargestellt. Das Volumenstromventil 10 ist im Betrieb mit einem Versorgungsdruckbereich mit dem Versorgungsdruck pv, mit einer Tankleitung zu einem Tank, insbesondere einem Fluidvorratstank, der eine Nullstelle pT in bezug auf den Druck im Hydrauliksystem bildet, und mit einem Arbeitsanschluß verbunden, der mit einem Arbeitsdruck pa versorgt wird. Das Ventil dient dazu, einen Volumenstrom vom Versorgungsdruck zur Arbeitsleitung oder von der Arbeitsleitung zum Tank einzustellen.
Dazu wird im Volumenstromventil 10 ein im Volumenschieberabschnitt 12 (vgl. 1) dargestellter beweglicher Volumenstromschieber betätigt zur fluidischen Verbindung eines Arbeitsanschlusses 14 mit einem Tankanschluß 16 in einer ersten Volumenstromschieberstellung und mit einem Versorgungsanschluß 18 in einer zweiten Volumenstromschieberstellung, wobei der Volumenstromschieber abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen freigibt. Die Steuerung des Volumenstromschiebers erfolgt von außerhalb des Volumenstromventils 10, beispielsweise durch mechanische Betätigung wie durch ein Betätigungselement 20, gegen das der Volumenstromschieber durch eine Feder 22 vorgespannt ist. Alternativ erfolgt die Betätigung über einen elektrischen Antrieb. Denkbar ist auch eine Betätigung über einen Vorsteuerdruck.
Das Volumenstromventil 10 weist in seinem Gehäuse einen im Druckregelschieberanschnitt 24 dargestellten passiven beweglichen Druckregelschieber auf zur fluidischen Verbindung eines Zwischenvolumens mit dem Versorgungsanschluß, wobei der Druckregelschieber abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt freigibt, und wobei das Zwischenvolumen fluidisch zwischen dem Versorgungsanschluß und dem in 1 dargestellten Volumenschieberabschnitt 12 liegt. In dieser schematischen Darstellung ist das Zwischenvolumen repräsentiert durch die Verbindung 27 zwischen dem Druckregelschieberabschnitt 24 und dem Volumenschieberabschnitt 12.
Der Druckregelschieber weist Wirkflächen im wesentlichen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung auf, nämlich eine erste Wirkfläche in 1 dargestellt durch „26" in fluidischer Verbindung mit dem Arbeitsanschluß und eine zweite Wirkfläche in 1 dargestellt durch „28" in fluidischer Verbindung mit dem Zwischenvolumen, wobei der Druckregelschieber gegen die zweite Wirkfläche durch eine Vorspanneinrichtung 30 vorgespannt ist.
Die erste und die zweite Wirkfläche (in 1 schematisch dargestellt durch „26" und „28") sind vorzugsweise gleich groß. Dann ist die auf den Druckregelschieber wirkende hydraulische Kraft proportional zur Druckdifferenz zwischen dem Druck im Zwischenvolumen und dem Arbeitsdruck. Der Druckregelschieber steht im Betrieb vorteilhaft in einem Kräftegleichgewicht resultierend aus dem Druck im Zwischenvolumen einerseits und dem Druck am Arbeitsanschluß und der Vorspannung mittels der Vorspanneinrichtung 30 andererseits.
Unter normalen Bedingungen ist der Versorgungsdruck mindestens um eine Solldruckdifferenz größer als der Arbeitsdruck. Die Kontur des Druckregelschiebers und die Lage der Anschlüsse um den Druckregelschieber sind derart abgestimmt, dass der Druckregelschieber unter diesen normalen Bedingungen im Zwischenvolumen einen Druck einregelt, der um die Solldruckdifferenz größer ist als der Arbeitsdruck. Mit der Wahl der Vorspannung lässt sich die Solldruckdifferenz einstellen. Der vom Volumenstromschieber eingestellte Volumenstrom hängt nun ab von dem freigegebenen Querschnitt des Volumenstromschiebers und der Solldruckdifferenz als Druckdifferenz zwischen dem Druck pdrv im Zwischenvolumen und dem Arbeitsdruck pa. Diese passive Regelung ist weitgehend unabhängig sowohl von Schwankungen des Versorgungsdrucks pv als auch des Arbeitsdrucks pa.
2 zeigt dies in den Diagrammen a) und b) mit Kennlinien von Druckverläufen über die Zeit in einem Volumenstromventil 10 gemäß der Erfindung. Im Diagramm a) ist der Arbeitsdruck pa als linear ansteigend und der Versorgungsdruck pv als konstant angenommen. Die unterbrochene Linie 32 gibt den Druck pdrv im Bereich der oben genannten normalen Bedingungen, bis zum Zeitpunkt t1, an, wo der Druck pdrv im Zwischenvolumen um den Betrag dp = pdrv – pa der Solldruckdifferenz über dem Arbeitsdruck pa liegt.
In Diagramm b) ist der Versorgungsdruck pv als linear ansteigend und der Arbeitsdruck pa als konstant angenommen. Die unterbrochene Linie 34 gibt den Druck pdrv im Bereich der oben genannten normalen Bedingungen, ab dem Zeitpunkt t2, an, wo der Druck pdrv im Zwischenvolumen um den Betrag dp = pdrv – pa der Solldruckdifferenz über dem Arbeitsdruck pa liegt.
Der nachgeschaltete Volumenstromschieber des direkt gesteuerten volumenstromventils wird also mit einem Druck pdrv versorgt, der um dp größer ist als der Druck pa, solange der Versorgungsdruck dies erlaubt. Die Druckdifferenz wird dabei in den Nennbetriebspunkt des Volumenstromventils eingestellt, womit sich bei gegebener Steuergröße des Volumenstromschiebers der gewünschte Volumenstrom einstellt.
3 zeigt einen Druckregelschieber 35 eines weiter unten in 4 dargestellten Volumenstromventils 49 gemäß der Erfindung. Der Druckregelschieber 35 ist hier als geschlitzte Hülse ausgeführt und im Längsschnitt a) und Querschnitt b) dargestellt. Eine Ringnut 36 dient dazu, die entsprechenden Steuerkanten 37, 38 den Anschlüssen zu pv und pT bereitzustellen, was im folgenden noch näher erläutert wird. Das Fluid fließt von diesem Ring aus durch vier Längsnuten 39 auf die dem Zwischenvolumen zugewandte Seite des Druckregelschiebers 35, wo der Druck im Zwischenvolumen dem Volumenstromschieber als Versorgungsdruck pdrv zur Verfügung steht.
Die 4–7 zeigen ein Volumenstromventil 40 gemäß der Erfindung mit einem Gehäuse 41, einem darin beweglichen Volumenstromschieber 42 und einem Druckregelschieber 43, der in dem Gehäuse 41 separates zusätzliches Bauteil angeordnet ist. Das Volumenstromventil 40 hat zwei Ringnuten 44, 45, die in fluidischer Verbindung mit einem Arbeitsanschluß sind, drei Ringnuten 46, 47, 48, die in fluidischer Verbindung mit einem Tankanschluß sind, und eine Ringnut 49, die in fluidischer Verbindung mit einem Versorgungsanschluß ist. Die Ausgestaltung der Anschlüsse des Volumenstromventils 40 sind nicht dargestellt, Arbeitsanschluß, Tankanschluß und Versorgungsanschluß sind durch die dort herrschenden Drück pa, pT und pv symbolisiert. Ein Zwischenvolumen 50 zwischen den Ringnuten 44 und 49 grenzt an den Volumenstromschieber 42 und den Druckregelschieber 43. Der Volumenstromschieber 42 ist mittels einer Feder 51 gegen das Gehäuse 41 vorgespannt, der nicht dargestellte Antrieb des Volumenstromschiebers 42 arbeitet gegen diese Feder 51. Der Druckregelschieber 43 ist mittels einer Feder 52 vorgespannt, die an der dem Zwischenvolumen 50 gegenüberliegenden Stirnseite des Druckregelschiebers 43 liegt. Ein Verschlussring 53 dichtet den Volumenstromschieber 42 gegen eine Kammer 54 an der der Feder 51 gegenüberliegenden Stirnseite des Volumenstromschiebers 42. Die Außenhülle des Volumenstromventils 40 ist der Übersicht wegen nicht dargestellt.
Nun wird die Funktion des Volumenstromventils 40 beschrieben: Das Volumenstromventil 40 ist im Betrieb mit einem Versorgungsdruckbereich mit Versorgungsdruck pv, mit einer Tankleitung zu einem Tank, vzw. einem Fluidvorratstank, der eine Nullstelle pT in bezug auf den Druck im Hydrauliksystem bildet, und mit einem Arbeitsanschluss verbunden, der mit einem Arbeitsdruck pa versorgt wird. Das Volumenstromventil 40 dient dazu, einen Volumenstrom vom Versorgungsdruck zur Arbeitsleitung oder von der Arbeitsleitung zum Tank einzustellen.
Die 4 bis 7 zeigen das Volumenstromventil 40 in unterschiedlichen Arbeitszuständen, die durch die Volumenstromschieberstellung, also die Stellung des Volumenstromschiebers 42, und die Druckregelschieberstellung also bestimmt sind.
4 zeigt eine Volumenstromschieberstellung, die einen Volumenstrom von der Arbeitsleitung zum Tank einstellt, wie durch den Pfeil 56 schematisch dargestellt.
Die 5 zeigt eine Volumenstromschieberstellung, die eine Strömungsverbindung vom Zwischenvolumen 50 zur Arbeitsleitung pa einstellt.
Die 6 und 7 zeigen Volumenstromschieberstellungen, die den Volumenstrom zur Arbeitsleitung sperren, allerdings entsprechende Strömungsverbindungen vom Zwischenvolumen 50 zum Tank bzw. zum Versorgungsdruck realisieren, da die 6 und die 7 sich in der Position des Druckregelschiebers 43 unterscheiden. So ist bspw. – bei Betrachtung der 7 – wenn der Volumenstromschieber 42 nach links verschoben wird eine Strömungsverbindung zwischen dem Versorgungsdruck und der Arbeitsleitung gewährleistet.
Im Detail zeigt die 4 eine Volumenstromschieberstellung, die einen Volumenstrom 56 von der Arbeitsleitung zum Tank einstellt, wobei der Volumenstromschieber 42 abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse 41 aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen freigibt. Der Volumenstromschieber 42 befindet sich bei jedem Druck pdrv im Kräftegleichgewicht, da auf seine beiden entgegengesetzten Stirnseiten der gleiche Tankdruck wirkt und der geregelte Druck pdrv „innerhalb" des Volumenstromschiebers 42 abgefangen wird und ebenfalls in beide Richtungen die gleiche Wirkfläche vorfindet. In dieser Volumenstromschieberstellung hat die Position des Druckregelschiebers 43 keinen Einfluss auf den Volumenstrom, jedoch erfüllt der Druckregelschieber 43 seine Funktion, im Zwischenvolumen 50 einen Druck pdrv einzustellen, der um einen definierten Differenzdruck dp über dem Arbeitsdruck pa liegt.
In der in 4 gezeigten Stellung steht der Druckregelschieber 43 in einer geschlossenen Position, im Kräftegleichgewicht zwischen F (pdrv) und der Summe aus F (pa) und Federkraft der Feder 52. Die Drücke pdrv und pa wirken dabei auf jeweils dieselbe Fläche, nämlich auf die axiale Projektionsfläche des als Hülse ausgebildeten Druckregelschiebers 43.
Im Detail zeigt die 5 eine Volumenstromschieberstellung, die einen Volumenstrom 58 über das Zwischenvolumen 50 zur Arbeitsleitung (pa) einstellt, wobei der Druckregelschieber 43 im Zwischenvolumen 50 einen Druck pdrv einstellt, der um einen definierten Differenzdruck dp über dem Arbeitsdruck pa liegt, und wobei der Volumenstromschieber 42 abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse 41 aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt zwischen Zwischenvolumen 50 und dem Arbeitsanschluss (pa) freigibt.
In der in 5 gezeigten Stellung steht der Druckregelschieber 43 in der geschlossenen Position. Der Druckregelschieber 43 weist Wirkflächen im wesentlichen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung auf, nämlich eine erste Wirkfläche 60 in fluidischer Verbindung mit dem Arbeitsanschluß und eine zweite Wirkfläche 62 in fluidischer Verbindung mit dem Zwischenvolumen 50, wobei der Druckregelschieber 43 gegen die zweite Wirkfläche 62 durch eine Feder 52 vorgespannt ist. Die erste und die zweite Wirkfläche 60 und 62 sind gleich groß. Daher ist die auf den Druckregelschieber 43 wirkende hydraulische Kraft proportional zur Druckdifferenz zwischen dem Druck im Zwischenvolumen 50 und dem Arbeitdruck pa. Der Druckregelschieber 43 steht im Betrieb in einem Kräftegleichgewicht resultierend aus dem Druck im Zwischenvolumen 50 einerseits und dem Druck am Arbeitsanschluss und der Vorspannung mittels der Feder 52 andererseits.
Unter normalen Bedingungen ist der Versorgungsdruck pv mindestens um eine Solldruckdifferenz größer als der Arbeitsdruck pa. Die Kontur des Druckregelschiebers 43 und die Lage der Anschlüsse um den Druckregelschieber 43 sind derart abgestimmt, dass der Druckregelschieber 43 unter diesen normalen Bedingungen im Zwischenvolumen 50 einen Druck einregelt, der um die Solldruckdifferenz größer ist als der Arbeitsdruck pa. Mit der Wahl der Vorspannung der Feder 52 läßt sich die Solldruckdifferenz einstellen. Der vom Volumenstromschieber 42 eingestellte Volumenstrom hängt nun ab von dem freigegebenen Querschnitt des Volumenstromschiebers 42 und der Solldruckdifferenz als Druckdifferenz zwischen dem Druck pdrv im Zwischenvolumen 50 und dem Arbeitsdruck pa. Diese passive Regelung ist weitgehend unabhängig sowohl von Schwankungen des Versorgungsdruck pv als auch des Arbeitsdrucks pa. Der nachgeschaltete Volumenstromschiebers 42 des direkt gesteuerten Ventils wird also mit einem Druck pdrv versorgt, der um dp größer ist als der Druck pa, solange der Versorgungsdruck dies erlaubt. Die Druckdifferenz wird dabei in den Nennbetriebspunkt des Volumenstromventiles 40 eingestellt, womit sich bei gegebener Steuergröße des Volumenstromschiebers 42 der gewünschte Volumenstrom einstellt.
Im Detail zeigen die 6 und 7 Volumenstromschieberstellungen, die den Volumenstrom zur Arbeitsleitung sperren, wobei der Volumenstromschieber 42 abhängig von seiner Position im Ventilgehäuse 41 aufgrund seiner Kontur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt „Null" freigibt, nämlich die Leitung sperrt. Die 6 und 7 unterscheiden sich in der Position des Druckregelschiebers 43. Je nach den wirkenden Drücken an den Endflächen bzw. Wirkflächen 60 und 62 stellt sich mit der Federkraft ein Kräftegleichgewicht ein, welches im Arbeitsraum/Zwischenraum 50 den gewünschten Druck pdrv so einstellt, dass dieser um dp über dem Arbeitsdruck pa liegt.
So fließt in 6 ein Ausgleichstrom 64 vom Zwischenvolumen 50 durch die vier Längsnuten 66 und die Ringnut 68 des Druckregelschiebers 43 zur Ringut 47, die in fluidischer Verbindung mit dem Tankanschluss steht. Dadurch wird der Druck pdrv im Zwischenvolumen 50 so lange abgesenkt, bis die Kräfte auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Druckregelschiebers 43 überwiegen und der Druckregelschieber 43 den Weg zur Ringnut 47 sperrt, sich also dann nach links bewegt hat. In der dargestellten Position sperrt der Druckregelschieber 43 die fluidische Verbindung des Zwischenvolumens 50 mit dem Versorgungsanschluss und stellt eine fluidische Verbindung des Zwischenvolumens 50 mit dem Tankanschluss bereit.
In 7 fließt ein Füllstrom 70 von der Ringnut 49, die in fluidischer Verbindung mit dem Versorgungsanschluss steht, durch die Ringnut 68 und die vier Längsnuten 66 des Druckregelschiebers 43 zum Zwischenvolumen 50. Dadurch wird der Druck pdrv im Zwischenvolumen 50 so lange erhöht, bis der Druck pdrv größer ist als die Kräfte auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Druckregelschiebers 43 und der Druckregelschieber 43 den Weg von der Ringnut 49 sperrt, sich also dann wieder nach rechts bewegt hat.
Die 8 und die 9 zeigen eine alternative Ausführungsform eines Volumenstromschiebers 80 im Gehäuse 41, bekannt aus den 4 bis 7, wobei die Anordnung der Steuerkanten geändert ist. Als Ergebnis dieser Änderung hat der Volumenstromschieber 80 seine Charakteristik verändert, so dass bspw. bei Verschiebung des Volumenstromschiebers 80 nach links nicht in Richtung des Zwischenvolumens 50, sondern in Richtung der Ringnut 46, die in fluidischer Verbindung mit dem Tankanschluss steht, geöffnet wird. Die Kennlinie des Volumenstromschiebers 80 wurde also durch diese Änderung gespiegelt. 8 zeigt den Volumenstromschieber 80 in einer Stellung, in der der Arbeitsanschluss über die Ringnut 44, den Bohrungsabschnitt 82 und die Ringnut 46 mit dem Zwischenvolumen 50 verbunden ist. 9 zeigt den Volumenstromschieber 80 in einer Stellung, in der der Arbeitsanschluss über die Ringnut 44 und den Bohrungsabschnitt 84 mit dem Tankanschluss verbunden ist.
Im Ergebnis wird der Volumenstromschieber durch den vorgeschalteten Druckregelschieber mit dem gewünschten konstanten Druckgefälle von dp beaufschlagt und damit in seinem berechneten und bekannten Betriebspunkt gehalten. Auf diese Weise steht der vom Volumenstromschieber freigegebene Querschnitt als einziger veränderlicher Parameter zur Verfügung und man erhält eine reproduzierbare Zuordnung von Steuergröße und Volumenstrom. Der Volumenstrom, der durch das erfindungsgemäße Volumenstromventil fließt ist also in weiten Grenzen von den Änderungen auf der Versorgungsseite (pv) und der Arbeitsseite (pa) unabhängig. Störungen dieser beiden Parameter beeinflussen damit nicht mehr das Steuerverhalten des Ventils.
Bevorzugte Einsatzgebiete eines erfindungsgemäßen Ventils sind Niederdruck-Hydrauliksysteme, insbesondere hydraulische Getriebebetätigungen für Kraftfahrzeuge.

10: Volumenstromventil
12: Volumenschieberabschnitt
14: Arbeitsanschluß
16: Tankanschluß
18: Versorgungsanschluß
20: Betätigungselement
22: Feder
24: Druckregelschieberabschnitt
26: schematisch dargestellte Wirkfläche
27: Verbindung
28: schematisch dargestellte Wirkfläche
30: Vorspanneinrichtung
32: unterbrochene Linie
34: unterbrochene Linie
35: Druckregelschieber (als einzelnes Element dargestellt)
36: Ringnut
37: Steuerkanten
38: Steuerkanten
39: Längsnuten
40: Volumenstromventil
41: Gehäuse
42: Volumenstromschieber
43: Druckregelschieber (im Volumenstromventil 40 angeordnet)
44: Ringnut
45: Ringnut
46: Ringnut
47: Ringnut
48: Ringnut
49: Ringnut
50: Zwischenvolumen
51: Feder
52: Feder
53: Verschlußring
54: Kammer
56: Volumenstrom
58: Volumenstrom
60: erste Wirkfläche
62: zweite Wirkfläche
66: Längsnuten
68: Ringnut
70: Füllstrom
80: Volumenstromschieber
82: Bohrungsabschnitt
84: Bohrungsabschnitt
100: Volumenstromventil
102: Volumenstromschieber
104: Arbeitsanschluß
106: Tankanschluß
108: Versorgungsanschluß
110: Ventilgehäuse
112: Betätigungselement
114: Feder
120: Druckregelventil
122: Drucksensor

Claims

Volumenstromventil (40), insbesondere ein direkt gesteuertes Volumenstromventil, mit einem in einem Gehäuse (41) gesteuerten beweglichen Volumenstromschieber (42, 80) zur fluidischen Verbindung eines Arbeitsanschlusses mit einem Tankanschluss in einer ersten Volumenstromschieberstellung und des Arbeitsanschlusses mit einem Versorgungsanschluss in einer zweiten Volumenstromschieberstellung, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstromventil (40) im Gehäuse (41) einen passiven beweglichen Druckregelschieber (35, 43) aufweist zur fluidischen Verbindung eines Zwischenvolumens (50) mit dem Versorgungsanschluss, wobei das Zwischenvolumen (50) fluidisch zwischen dem Versorgungsanschluss und dem Volumenstromschieber liegt.
Volumenstromventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregelschieber (35, 43) als geschlitzte Hülse ausgebildet ist.
Volumenstromventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregelschieber (35, 43) in einer Position die fluidische Verbindung des Zwischenvolumens (50) mit dem Versorgungsanschluss sperrt.
Volumenstromventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregelschieber (35, 43) in einer Position eine fluidische Verbindung des Zwischenvolumens (50) mit dem Tankanschluss bereitstellt.
Volumenstromventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregelschieber (35, 43) Wirkflächen (60, 62) im wesentlichen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung aufweist, nämlich eine erste Wirkfläche (60) in fluidischer Verbindung mit dem Arbeitsanschluss und eine zweite Wirkfläche (62) in fluidischer Verbindung mit dem Zwischenvolumen (59), wobei der Druckregelschieber (42) gegen die zweite Wirkfläche (62) durch eine Vorspanneinrichtung vorgespannt ist.
Volumenstromventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wirkfläche (60, 62) gleich groß sind.
Volumenstromventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanten des Druckregelschiebers (35, 43) derart ausgebildet sind, dass der Druckregelschieber (43) im Betrieb in einem Kräftegleichgewicht steht resultierend aus dem Druck im Zwischenvolumen (50) einerseits und dem Druck am Arbeitsanschluss und der Vorspannung andererseits.
Volumenstromventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (52) eine Feder (52 aufweist.
Volumenstromventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (41) um den Volumenstromschieber (42, 80) eine Ringnut (44) zur fluidischen Verbindung des Arbeitsanschlusses aufweist.
Volumenstromventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (41) um den Druckregelschieber (43) eine Ringnut (49) zur fluidischen Verbindung des Versorgungsanschlusses aufweist.
Volumenstromventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstromschieber (42, 80) an entgegengesetzten Stirnseiten mit dem Tankanschluss in einer fluidischen Verbindung steht.
Volumenstromventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstromschieber (42, 80) in einer dritten Volumenstromschieberstellung die fluidische Verbindung zum Arbeitsanschluss sperrt.