DE19506462A1

DE19506462A1 - Eigensteuerndes Schaltelement mit Federn mit nichtmonotonen Federkennlinien

Info

Publication number: DE19506462A1
Application number: DE1995106462
Authority: DE
Inventors: Peter Ingelheim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-08-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein eigensteuerndes Schaltelement mit Federn mit nichtmonotonen Federkennlinien.

Technische Federn haben in der Regel streng monotone Federkennli nien (linear, progressiv, degressiv).

Das heißt, daß die Spannung einer Feder in einem Punkt 1, bei dem die Feder weniger weit zusammengepreßt ist als bei einem Punkt 2 stets kleiner ist als im Punkt 2.

Derartige Federn sind daher nur für einfachste Regelelemente ge eignet, bei denen bei Erreichen eines Drucks p1 oder einer Kraft F1 eine Schaltung ausgelöst wird.

Bei Absinken des Druckes unter p1 oder der Kraft unter F1 wird die Schaltung wieder unterbrochen.

Bei vielen Anwendungen soll aber eine Unterbrechung der Schaltung (Rückschaltung) erst dann erfolgen, wenn der Druck auf p2 oder die Kraft auf F2 abgesunken ist mit p2=0,8-0,9 _* p1.

Als Beispiel sei ein Speicherladeventil für Druckspeicher ange führt wie es z. B. in Servolenkungen oder bei Kompressoren einge setzt wird.

Derartige Ventile verbinden den Förderstrom einer Pumpe oder ei nes Kompressors mit einem Druckspeicher, bis in diesem der Spei cherdruck p1 herrscht und trennen dann die Pumpe oder den Kom pressor vom Speicherdruck, so daß die Maschinen dann lastfrei wei terlaufen oder abgekoppelt werden.

Wenn der Speicherdruck auf p2 mit p2=ca. 0,9 _* p1 abgefallen ist, schalten diese Ventile die Maschinen wieder auf Speicherladung.

Derartige Ventile dienen somit der Energieeinsparung und werden heute fremdgesteuert gebaut. Dies verteuert die Anlage wesent lich, da eine eigene Fremdsteuerung vorgesehen sein muß.

Ein weiteres Beispiel sind schaltbare Getriebe, die normalerweise im (wirtschaftlichen) Schnellgang arbeiten und nur bei Ansteigen des Drehmoments oder der Verschiebekraft zurückgeschaltet werden sollen.

In der Regel erzeugt ein Zurückschalten einen Druckabfall im Hydraulik- oder Pneumatiknetz oder einen Drehmomentabfall an der Kraftmaschine, so daß derartige Schaltelemente ebenfalls fremdge steuert sein müssen.

Auch hier erfordert die Fremdsteuerung einen verteuernden Mehr aufwand.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, ermöglicht eine eigen gesteuerte Schaltung, die in einer ersten Schaltposition eine Schaltung in eine zweite Schaltposition auslöst, wenn ein Druck p0 einen ersten Schaltdruck p1 oder eine Kraft F0, M0 eine erste Schaltkraft F1, M1 überschreitet und die in der zweiten Schaltpo sition eine Schaltung in die erste Schaltposition auslöst, wenn p0 oder F0, M0 einen zweiten Schaltdruck p2 oder eine zweite Schaltkraft F2, M2 unterschreitet und bei der p2, F2, M2 kleiner als p1, F1, M1 sind.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein Federelement mit nicht streng monotoner Kennlinie eingesetzt sind.

Derartige Federelemente sind im Stand der Technik (z. B. DE 41 10 651).

Das erfindungsgemäße Schaltelement soll anhand der Fig. 1-4 erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Kolben 1, der mit einer Membran 2 vom Steuer druckraum 3 getrennt ist. Der Kolben 1 ist auf einer gehäusefe sten Hülse 4 geführt, in der eine federbelastete Federhülse 5 verschiebbar ist. In Kolben 1, Hülse 4 und Federhülse 5 sind be sonders geformte Schlitze oder Nuten, in denen Kugeln 6 rollen und die die drei Elemente 1, 4, 5 kraft- und formschlüssig als Ge triebe verbinden. Man beachte, daß die Kugeln eine Haftreibung vermeiden und so die Schaltpunkte sehr genau festgelegt werden können.

Der Kolben steuert mit einem Sitzventil 7 eine Kanalöffnung 8 von einem Förderkanal einer Pumpe 9 zu einem Niederdruckbehälter 10. Der Förderkanal von der Pumpe 9 zum Druckspeicher 11 ist mit ei nem Rückschlagventil versehen.

Vom Druckspeicher 11 führt eine Steuerleitung 13 zum Steuerdruck raum 3 und liefert den Steuerdruck.

Die Anlage arbeitet dann so: Wenn der Speicherdruck 11 klein ist, ist das Ventil 7 geschlossen und die Pumpe 9 drückt Fluid durch das Rückschlagventil 12 in den Druckspeicher 11.

Erreicht der Druck im Druckspeicher 11 den Steuerdruck p1, wird der Kolben gegen die Feder gepreßt und öffnet das Ventil 7.

Dann ist der Förderraum der Pumpe 9 mit dem Niederdruckraum 10 verbunden und das Rückschlagventil 9 zu. Die Pumpe fördert druck los in den Niederdruckraum.

Sinkt der Druck im Speicher 11 und damit im Steuerdruckraum 3 un ter p2=0,8-0,9 _* p1, dann drückt die Feder den Kolben 1 zurück und das Ventil wird geschlossen.

Diese Funktion soll anhand der Fig. 2 und 3 erläutert werden.

Fig. 2 zeigt die Abwicklung von Kolben, Hülse und Federhülse mit Kolbennut 20, Hülsenschlitz 21 und Federhülsennut 22. Die Kugel 6 greift in die drei Nuten bzw. Schlitze ein. In der gezeigten Aus gangsposition ist die Übersetzung zwischen Kolben und Federhülse 1 : 3. Das heißt, daß wenn der Kolben 1 eine Längeneinheit verscho ben wird, die Federhülse 3 Einheiten verschoben werden muß. Daher ist die am Kolben angreifende Kraft die dreifache Federkraft.

In Position 2 sei die Übersetzung 1 : 1,5, in Position 3 1 : 1.

Die Kolbenkraft im Vergleich zur Federkraft ist in Fig. 3 ge zeigt. In Position 1 ist die Kolbenkraft die 3fache Federkraft, in Position 2 die 1,5fache und in Position 3 gleich der Feder kraft.

Fig. 4 dient der Erläuterung des Steuerelements der Fig. 1 an hand einer nichtmonotonen Federkennlinie.

Wenn der Speicherdruck den Schaltdruck p1 erreicht (Stellung 1), wird der Kolben in die Stellung 2 verschoben, das Ventil weit ge öffnet.

Bei Absinken des Speicherdrucks rutscht der Kolben von Stellung 2 in Richtung Stellung 3.

Wenn die Kolbenkraft den Druck p3 unterschreitet nimmt die Feder kraft so stark zu, daß der Kolben wieder in Stellung 1 gedrückt und das Ventil geschlossen wird.

Claims

1. Schaltelement, welches aus einer ersten Schaltstellung bei Überschreitung einer ersten Schaltkraft K1 in eine zweite Schalt stellung und aus der zweiten Schaltstellung bei Unterschreiten einer zweiten Schaltkraft K2 in die erste Schaltstellung gebracht werden soll und welches mit Federn oder Magneten arbeiten soll, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkaft K2 kleiner ist als K1 und die Schaltung durch ein Federelement mit nichtmonotoner Federkennlinie gesteuert wird.

2. Schaltelement unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement mit nichtmonotoner Federkennlinie aus einer Feder mit monotoner Kennlinie und einem einfachen Kurvengetriebe 1, 4, 5 besteht.

3. Schaltelement unter Patentanspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung im Kurvengetriebe 1, 4, 5 mit Hilfe von Kugeln 6 geschieht, die in die Kurven in Antriebsteil, Gehäuse und Abtriebsteil eingreifen.

4. Schaltelement unter Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß es als eigengesteuertes Druckschaltventil in einem Hydraulik- oder Pneumatikkreislauf eingesetzt wird.

5. Schaltelement unter Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß es als drehmomentgesteuertes Schaltelement in Getrieben oder Kupplungen eingesetzt wird.

6. Schaltelement unter Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß es als kraftgesteuertes Schalt- oder Sicherheitselement in Maschinen und mechanischen Vorrichtungen eingesetzt wird.

7. Schaltelement unter Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß es als magnetkraftgesteuertes Schalt- oder Sicherheitselement in elektrischen Maschinen und Einrichtungen eingesetzt wird.