DE19929439A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Druckes - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Druckes, der in einer Vorsteuerleitung anliegt und Vorrichtung hierfür.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

In hydraulischen Steuersystemen werden Steuerventile häufig über Vorsteuerventile angesteuert, die aus Hydraulikleitungen, in denen ein weitgehend konstanter Druck herrscht, über eine Drosselöffnung und eine gesteuerte Ventilöffnung einen Vorsteuerdruck abzweigen.

Ein Beispiel eines solchen bekannten Hydrauliksystems ist in der Fig. 4 dargestellt:
Eine Pumpe 6 erzeugt in einer Hauptleitung 8 einen Hydraulikdruck, aus dem in einem Konstantdruckventil 10 oder auch Druckregelventil ein in einer Konstantdruckleitung 12 herrschender, weitgehend konstanter Druck erzeugt wird. Die Konstantdruckleitung 12 ist über eine Drosselöffnung 14 mit vorgegebenem Querschnitt mit einem Vorsteuerventil 16 verbunden, dessen Ventilglied 18 je nach seiner Stellung eine Verbindung zwischen einer stromab der Drosselöffnung 14 von einer Vorsteuerleitung 20 abzweigenden Abzweigleitung 22 und einer Rück­ lauföffnung 24 freigibt. Die Rücklauföffnung ist mit einem Tank oder Sumpf verbunden.

Die Vorsteuerleitung 20 ist mit einem Schieberventil 26, wie Druckminderventil, verbunden, das von dem in der Vorsteuerleitung 20 anliegenden Druck angesteuert wird und den Druck in einer Steuerleitung 28 steuert, die beispielsweise eine automatisierte Kupplung, ein CVT-Getriebe oder ähnliches steuert.

Das Konstantdruckventil 10, wie Druckregelventil, das Vorsteuerventil 16 und das Schieberventil 26, wie Druckminderventil, sind in ihrem Aufbau an sich bekannt und werden daher nicht beschrieben.

Das Ventilglied 18 des Vorsteuerventils 16 wird entsprechend einem von einer oder mehreren Spulen 30 erzeugten Magnetfeld mehr oder weniger weit gemäß der Fig. 4 nach links bewegt, wodurch es einen Durchströmquerschnitt des Vorsteuerventils 16 mehr oder weniger weit öffnet. Mit 32 ist der elektrische Anschluß bezeichnet. Die Konstruktion ist im vorliegenden Beispiel derart, daß das Ventilglied 18 bei voll bestromter Spule 30 an seinem Sitz anliegt, d. h. daß das Vorsteuerventil 16 geschlossen ist.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines bekannten Vorsteuerventils 16 mit Anordnung der Drosselöffnung 14, der Konstantdruckleitung 12, der Abzweigleitung 22, der Rücklauföffnung 24 oder zum Tank und der Vorsteuerleitung 20 in detaillierter Darstellung.

Die Funktion des Vorsteuerventils 16 wird anhand der Fig. 6 erläutert, die waagrecht den Strom durch die Spule 30 in Ampère und senkrecht den Vorsteuerdruck in der Vorsteuerleitung 20 in bar darstellt. Es sei angenommen, daß in der Konstantdruckleitung 12 ein nahezu konstanter Druck zwischen etwa 5,0 und 5,3 bar herrscht. Die Drosselöffnung 14, die eine Blende darstellt, hat im dargestellten Beispiel einen Durchmesser von 0,8 mm.

Bei maximaler Bestromung (etwa 1 A) wird das Ventilglied 18 gemäß Fig. 5 nach links gegen seinen Sitz gedrängt und verschließt den Durchlaß zur Rücklaufleitung 24 oder zur Tankleitung. Dadurch stellt sich in der Abzweigleitung 22 und der Vorsteuerleitung 20 ein maximaler Vorsteuerdruck von etwas unter 5 bar ein. Der volle, in der Konstantdruckleitung 12 herrschende Druck wird in der Vorsteuerleitung 20 wegen Leckage-Verlusten des Vorsteuerventils 16 sowie ggf. weiterer Leckverluste nicht erreicht.

Nimmt die Bestromung der Spule 30 ab, so entfernt sich das Ventilglied 18 zunehmend von seinem Sitz und gibt die Durchströmung zur Tank- oder Rücklauföffnung 24 zunehmend frei, wodurch der Druck in der Vorsteuerleitung 20 abnimmt. Ist die Spule 30 nicht bestromt, d. h. der Abströmquerschnitt zur Tank- oder Rücklauföffnung maximal, so bleibt ein restlicher Vorsteuerdruck zwischen etwa 0,2 und 0,4 bar. Dieser restliche Vorsteuerdruck entspricht dem Druckverlust, der sich durch die Abströmung der Flüssigkeit aus der Konstantdruckleitung 12 durch die Drosselöffnung 14 und durch die Abzweigleitung 22 zur Tank- oder Rücklauföffnung 24 ergibt. Die kinetische Energie der durch die Drosselöffnung 14 strömenden Flüssigkeit wird durch Wirbelbildung (in Fig. 5 schematisch eingezeichnet) unmittelbar hinter der Drosselöffnung 14 weitgehend letztlich in Wärme umgesetzt.

Insgesamt führt das beschriebene Verhalten zu der in Fig. 6 dargestellten Kennlinie, die im Bereich kleinerer Bestromungen bzw. niedriger Vorsteuerdrücke mehr oder weniger stark von einem linearen Zusammenhang zwischen der Bestromung der Spulen 30 und damit der Betätigung des Ventilgliedes 18 und dem Vorsteuerdruck abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der der Vorsteuerdruck bei geringerer Bestromung der Spule bzw. weitgehend offenem Vorsteuerventil weiter abgesenkt werden kann.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der grundsätzliche Aufbau einer Vorrichtung zur Lösung der Erfindungsaufgabe ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird die kinetische Energie, die in der Strömung aus der Konstantdruckleitung durch die Drosselöffnung hindurch und durch das Vorsteuerventil zur Rücklauföffnung enthalten ist, genutzt, um den Druck in der Vorsteuerleitung 20 weiter abzusenken.

Die Unteransprüche 3 und 4 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung eines Vorsteuerventils mit Konstantdruckleitung, Drosselöffnung und Vorsteuerleitung,

Fig. 2 Kennlinie der mit der Anordnung gemäß Fig. 1 erhaltenen Abhängigkeit des Vorsteuerdrucks von der Bestromung des Vorsteuerventils,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte, erfindungsgemäße Anordnung,

Fig. 4 das bereits erläuterte Hydraulikschema zur Steuerung beispielsweise einer automatisierten Kupplung,

Fig. 5 den bereits beschriebenen, der Anordnung gemäß Fig. 1 entsprechenden Stand der Technik und

Fig. 6 Kennlinie einer mit einer vorbekannten Anordnung erhaltenen Abhängigkeit.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 unterscheidet sich von der der Fig. 5 dahingehend, daß die Drosselöffnung 14 derart in der der Vorsteuerleitung 20 und der Konstantdruckleitung 12 gemeinsamen Wand 34 ausgebildet ist, daß sie der Abzweigung der Abzweigleitung 22 aus der Vorsteuerleitung 20 gegenüber angeordnet ist. Damit wird, wie durch die schematisch dargestellten Stromlinien angedeutet, erreicht, daß die aus der Konstantdruckleitung 12 heraus durch die Drosselöffnung 14 ausströmende Strömung quer durch die Vorsteuerleitung 20 hindurch unmittelbar in die Abzweigleitung 22 einströmt und (bei entsprechend ge­ öffnetem Vorsteuerventil 16) durch das Vorsteuerventil 16 hindurch und durch die Tank- oder Rücklauföffnung 24 hindurch abströmt. Die quer durch die Vorsteuerleitung 20 hindurch erfolgende gerichtete Strömung hat wegen der kleinen Drosselöffnung 14 eine verhältnismäßig große Geschwindigkeit. Infolge dieser Geschwindigkeit ist der statische Druck in der Vorsteuerleitung 20 entspre­ chend dem Bemoulli'schen Gesetz vermindert, wodurch ähnlich einer Saugstrahlpumpe Flüssigkeit aus der Vorsteuerleitung 20 mitangesaugt wird.

Die Wirkung ist in Fig. 2 dargestellt:
Bei hohen Bestromungen (weitgehend geschlossenem Vorsteuerventil 16) entspricht die Kennlinie der der Anordnung gemäß Fig. 5. Bei geringen Bestromungen (weitgehend offenem Vorsteuerventil 16) macht sich der geschilderte Ansaugeffekt dadurch bemerkbar, daß der Vorsteuerdruck gegenüber der Fig. 3 weiter absinkt und den Wert 0, ja sogar leicht negative Werte erreicht. Auf diese Weise wird der Zusammenhang zwischen Vorsteuerdruck und Bestromung des Vorsteuerventils 16 bzw. Öffnung des Ventilglieds auch bei großen Ventilöffnungen bzw. kleinen Vorsteuerdrucken linearisiert, was eine Vergrößerung des Arbeitsbereiches bedeutet. Bei großen Steuerdrücken ist der beschriebene Effekt vernachlässigbar, da die Strömungsgeschwindigkeit bei weitgehend geschlossenem Vorsteuerventil gering ist.

Insgesamt wird der Arbeitsbereich vergrößert, über den mittels des Vorsteuerdruckes andere Ventile, wie Schieberventile oder Druckminderventil, oder sonstige Einrichtungen angesteuert werden.

Es versteht sich, daß ein linearer Zusammenhang zwischen Vorsteuerdruck und Magnetkraft oder Weg des Ventilglieds zumindest annähernd gegeben ist.

Es versteht sich weiter, daß die beschriebene Wirkung umso besser oder stärker ist, je größer die Strömungsgeschwindigkeit der von der Drosselöffnung 14 durch die Vorsteuerleitung 20 hindurch zum Vorsteuerventil 16 strömenden Strömung ist.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform, die diesbezüglich optimiert ist:
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Abzweigleitung 22 derart ausgebildet, daß sie geradlinig in das Vorsteuerventil 16 einläuft, so daß verlustbehaftete Biegungen der Strömung vermieden sind. Desweiteren ist der Abzweigbereich bzw. der Einlaufbereich 36 aus der Vorsteuerleitung 20 in die Abzweigleitung 22 abgerundet und mit verengtem Querschnitt ausgebildet, wodurch die Strömung mit hoher Geschwindigkeit in die Abzweigleitung 22 einströmt und die geschilderte Saugstrahlwirkung verstärkt ist. Desweiteren erweitert sich der verengte Querschnitt des Einlaufbereiches 36 allmählich, so daß eine Wirbelbildung vermieden ist.

Besonders vorteilhaft ist es aus energetischen Gründen, wenn die Drossel 14 und der Ansaugbereich derart gestaltet ist, daß bei 0 mA Magnetstrom auch 0 bar Vor­ steuerdruck erreicht werden.

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn 0 bar Vorsteuerdruck bei geringem Ma­ gnetstrom erreicht wird. Dies ist insbesondere bei Temperaturveränderungen des Fluids oder Viskositätsänderungen des Fluids vorteilhaft. In diesen Fällen kann durch eine Anpassung des Magnetstromes der 0 bar-Vorsteuerdruckbe­ triebspunkt den Betriebsbedingungen angepaßt oder adaptiert werden.

Ein Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Druckes, wie Vorsteuerdruckes, der in einer Vorsteuerleitung anliegt, die mit einer Konstantdruckleitung über eine Drosselöffnung verbunden ist und über eine Abzweigleitung und ein Vorsteuerventil mit einer Rücklauföffnung verbunden ist, wobei ein Ventilglied des Vorsteuerventils entsprechend seiner Bewegung einen Durchströmquerschnitt von der Abzweigleitung durch Rücklauföffnung zunehmend freigibt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung derart angeordnet ist, daß die aus der Drosselöffnung von der Konstantdruckleitung durch die Vorsteuerleitung hindurch in die Abzweigleitung eintretende Strömung infolge ihrer Strömungsgeschwindigkeit den in der Vorsteuerleitung herrschen den statischen Druck absenkt.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzie­ lung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Er­ findungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unter­ ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be­ schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfah­ rensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschritt­ folgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Vorsteuerdruckes, der in einer Vorsteuerleitung anliegt, die mit einer Konstantdruckleitung über eine Drosselöffnung verbunden ist und über eine Abzweigleitung und ein Vorsteuerventil mit einer Rücklauföffnung verbunden ist, wobei ein Ventilglied des Versteuerventils entsprechend seiner Bewegung einen Durchströmquerschnitt von der Abzweigleitung zur Rücklauföffnung zunehmend freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung derart angeordnet ist, daß die aus der Drosselöffnung von der Konstantdruckleitung durch die Vorsteuerleitung hindurch in die Abzweigleitung eintretende Strömung infolge ihrer Strömungsgeschwindigkeit den in der Vorsteuerleitung herrschenden statischen Druck absenkt.

2. Vorrichtung zum Erzeugen eines Vorsteuerdrucks, enthaltend eine Konstantdruckleitung, in der ein etwa konstanter Flüssigkeitsdruck herrscht, eine Vorsteuerleitung, die mit der Konstantdruckleitung über eine Drosselöffnung verbunden ist, und eine von der Vorsteuerleitung ausgehende Abzweigleitung, die über ein Vorsteuerventil mit einer Rücklauföffnung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung in der Konstantdruckleitung derart ausgebildet ist, daß die aus ihr austretende Flüssigkeitsströmung zumindest annähernd quer durch die Vorsteuerleitung hindurch in die Abzweigleitung eintritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantdruckleitung und die Vorsteuerleitung eine gemeinsame Wand haben, in der die Drosselöffnung ausgebildet ist, und daß die Abzweigleitung der Drosselöffnung gegenüberliegend von der Vorsteuerleitung ausgeht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufbereich der Abzweigleitung mit verengtem Querschnitt für eine turbulenzarme Einströmung ausgebildet ist.

5. Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Vorsteuerdruckes, der in einer Vorsteuerleitung anliegt, gekennzeichnet durch seine besondere Wirkungsweise und Ausgestaltung nach den vorliegenden Anmeldungsunterlagen.

6. Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Vorsteuerdruckes, der in einer Vorsteuerleitung anliegt, gekennzeichnet durch seine besondere Wirkungsweise und Ausgestaltung nach den vorliegenden Anmeldungsunterlagen.