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Hydralische Schaltungsanordnung fürein Speicherladeventil, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung nezieht sich auf eine hydraulische Schaltungsanordnung,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens zwei ein Speicherladeventil bildende,
in Gehäuses verschiebbar angeordnetan Ventilkörpern.
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Eine derartige Anordnung ist bereits bekannt. In Ermangelung diesbezüglicher
Literatur soll deshalb der Stand der Technik an dieser Stelle mit Bezug auf die
beigefügte Zeichnung erörtert werden. In Figur 1 ist schematisch die Schaltungsanordnung
für ein im Kraftfahrzeughau benutztes Speicherladeventul wiedergegehen, wie es der
eingangs genannten Art entspricht. Die Aadnung enthält zwei Schieberventile 1 und
2 mit den dazugehörigen Schiebern 3 und 4, die zusammen' mit den Druckfedern 5 und
6 in entsprechenden Gehäusen 7 und 8 verschiebbar gelagert sind. Die Schieberventile
1 und 2 stehen über das dargestelle Leitungssystem einmal untereinander und zum
anderen mit dem Speicher 9, dem Druckmittelbehälter 10, der Pumpe 11 und dem Verbrauche
12 in Verbindung.
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Die Figur zeigt die Schieberstellung währen der Ladephase des Speicherladeventiles.
Darin fördert die Pumpe 11 das Druckmittel über die Leitungen 13, 14 und 15 in den
Speicher 9 und zugleich
über die Leitung 15 in die Verbraucherleitung
16. Die zeitungen 17 und 18 stehen ebenfalls unter Pumpendruck. Der Schieber 4 wird
durch die Feder 6 in der gezeichneten Stellung gehalten.
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Er verschließt dabei mit seinem Kolben 19 die Mündnung 20 der mit
dem Behälter 10 verbundenen Rücklaufleitung 21. Bei Erreichen des vorgegebenen Systemhöchstdruckes
bewegt sich der Schieber 3 gegen die Kraft der Feder 5 nach oben. Dabei wird die
Öffnung 22 der mit dem Behälter 10 in Verbindung stehenden und daher "drucklosen"
Leitung 23 durch den Kolben 24 freigelegt und zugleich die Öffnung 25 der Leitung
17 durch den Kolben 26 verschlossen.
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Das zwischen der Leitung 18 bzw. der Steuerdruckkammer 27 und der
Leitung 23 bestehende Druckgefälle wird jetzt schnell abgebaut. Der Druck im Speicher
9 reicht nun aus, den Schieber 4 gegen die Kraft der Feder 6 so weit nach unten
zu verschieben, daß die Öffnung 20 vom Kolben 19 freigelegt und ein Durchgang von
der Leitung 13 zur Leitung 21 geschaffen wird. Von diesem Augenblick an fördert
die Pumpe 11 über die Leitungen t3 und 21 gegen den Druck im Behalter 10, der meistens
mit dem Umgebungsdruck identisch sein wird. flas bedeutet, daß die Pumpe 11, die
unmittelbar mit dem hier nicht dargestellten Fahrzeugmotor gekoppelt ist und zusammen
mit diesem ständig läuft, gegen den Überdruck Null arbeitet. Sie verbraucht dementsprechend
weniger Leistung, was dem Rotor zugute kommt. In die Leitung 14 ist ein Rückschlagventil
28 eingebaut, sa daß der Speicher sich nicht über die Leitung 14 entladen kann.
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fler Verbraucher 12 kann jetzt nur direkt vom Speicher 9 beaufschlagt
werden, und zwar über die Leitungen 15 und 16. Dabei sinkt der Eck im Speicher 9,
was zur Folge hat, daß die Feder 5, die ja so dimensioniert ist, daß sie eine Umschaltung
des Schieberventiles 1 ers am vorgegebenen oberen Druckpunkt des Systems zuläßt,
den Schieber 3 allmählich wieder in die gezeichnete Stellung zurückhewegt, d.h:
Öffnung 22 wird verschlossen, und Öffnung 25 wird gfreigelegt. Trotz der nun vorhandenen
Verbindung von der Leitung 17 zur Leitung 18 kann sich in dieser letzteren und damit
in der Steurdruckkammer 27 noch kein Druck wieder aufbauen, der den Schieber 4 in
seine gezeichnete Stellung zurückbrächte,
denn die Feder 6 ist so
ausgelegt, daß sie erst an der unteren Druckschwelle des Systems den Speicherdruck
überwindet.
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Bis dahin fördert die Pumpe immer noch gegen den ueberdruck Null.
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Erst wenn dem Speicher 9 so viel Energie entzogen ist, daß sein Druck
bis an die vorgegebene untere Druckschwelle abgesunken ist, bewegt sich der Schieber
4 wieder in seine gezeichnete Stellung.
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Dies erfolgt zunächst allein durch die Kraft der Feder 6. Sobald jedoch
die Öffnung 20 nur ein wenig von dem Kolben 19 überdeckt ist, tritt in diesem Bereich
eine Drosselwirkung auf, die zur Folge hat, daß sich in der Leitung 13 sofort ein
Druck aufbaut, der sich über die Leitungen 17 und 18 bis in die Steuerdruckkammer
27 fortpflanzt und dort die Wirkung der Feder 6 vergrößert, also die Bewegung des
Schiebers 4 in seine gezeichnete Lage beschleunigt. Damit ist die Rücklaufleitung
21 wieder verschlossen, und die Pumpe fördert bis zum Erreichen der oberen Druckschwelle
wieder/den Speicher 9.
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Ein mit Schieberventilen gebildetes Speicherladeventil, wie es aus
der beschriebenen Anordnung bekannt ist, hat den Nachteil, daß die Abdichtung zwischen
den Ventilkörpern und ihren Gehäusen fertigungstechnisch nur schwer zu beherrschen
ist. Insbesondere bei einer Fertigung im Großserienbetrieb ist es schwierig, die
erforderlichen engen Toleranzen einzuhalten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde1 eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, in der die Ventilkörper in ihren Gehäusen
mit vertretbarem technischen Aufwand eine wesentlich bessere Abdichtung herbeiführen,
als sie mit dem bekannten Speicberladeventil erreicht werden kann. Die diese Aufgabe
lösende Erfindung besteht darin, daß die Ventilkörper mit den zugehörigen Gehäusen
wenigstens zum weil als Sitzventile ausgebildet sind. Sitzventile, also solche Ventile,
deren Dichtflächen nicht am Umfang, sondern an einer zumeist kegelig ausgeführbn
Stirnseite angeordnet sind, lassen sich bei gleichem Genauigkeitsgrad mit weniger
Aufwand herstellen als Schieberventile.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zeichnet sich durch eine Pumpenleitung und eine REcklaufleitung für ein einem Druckmittelbehälter
zu entnehmendes und wieder zuzuführendes Druckmittel sowie durch ein erstes und
ein zweites Sitzventil aus, deren Ventilkörper zum Bewegen entgegen der kraft einer
Feder aus einer die Ladephase des Speicherladeventils charakterisierenden ersten
in eine zweite Stellung Steuerflächen aufweisen, von denen wenigstens eine eines
der Ventilkörper dauernd mit einem Speicher verbunden und im Ein blick auf die dem
einen Ventilkörper zugeordnete Feder derart ausgelegt ist, daß dieser bei einem
vorgegebenen-Speicherdruck aus seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung übergeht,
in der er die Druckmittelzufuhr zu einer dem zweiten Sitzventil zugeordneten Steuerdruckkammer
unterbriEt, woraufhin der Ventilkörper des zweiten Sitzventils eine die Pumpenleitung
mit der Rücklaufleitung verbindende Stellung einnimmt, bis die Kraft der dem ersten
Sitzventil zugeordneten Feder die aus dem allushlich sinkenden Speicherdruck resulüerende,
auf den einen Ventilkörper wirkenden Gegenkraft übersteigt.
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Diese Ausführungsform hat gegenüber der bekannten Schaltungs anordnung
noch zugleich den Vorteil, daß die Bücklaufleitung ohne Auswirkung auf den Speicherkreislauf
belastbar ist. Würde man nämlich bei der bekannten Anordnung in die Rücklaufleitung
21 einen Verbraucher einschalten, der ohnehin nur außerhalb der Ladephase betrieben
werden könnte, was aber in bestimmten Fällen ausreichend sein kann, so würde sich
in den Leitungen 13, 17 und 18 ein Druck aufbauen, der das Schieberventil 2 vorzeitig
umschalten ließe, d.h. bevor der Speicher 9 bis zur unteren Druckschwelle entleert
ware. Damit würde sich der Verbraucher in der REcklaufleitung 21 auch schnell wieder
selbst ausschalten. Dieser nachteilige Effekt ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ausgeschlossen, Bei ihr ist es sich zõglich, eine im Speicherbetrieb arbeitende
hydraulische Anordnung mit im Durchflußbetrieb arbeitenden Verbrauchern zu kombinieren.
Ein entscheidender weiterer Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß man
trotz der beiden verschiedenen Betriebsarten, nämlidn den Speicherbetieb
und
dem Durchflußbetrieb, nur eine Pumpe benötigt. Außerdem sind die Aufwendungen für
dem Leitungsaufbau bei der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich geringer als bei
zwei getrennten Kreisläufen, weil die Rücklaufleitung, die im Eurchflußbetrieb mitbenutz
wird, bei der Anordnung im Speicherbetrieb ohnehin vorhanden ist.
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Eine vorteilhalfe Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen,
daß der erste Ventilkörper von einem nach Art eines Stufenkolbens gearbeiteten ersten
Teil mit unterschidlich großen Steurflächen und einem von diesem durch ein Düstanzstück
getrennten zweiten Teil gebildet ist, die in ihrem gemainsames Gehäuse derart einander
zugeordnet sind, daß sie wechselseitig mach Art eines Folgeventils den Ventildurchgang
vom Speicher zum Druckmittelbehälter sperren, und die zwischen sich den Anschluß
zur Steuerdruckkammer des zweiten Sitzventils einschließen.
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Die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßem Schaltungsanordnung wird
weiterhin noch dadurch erhöht, daß in die den Speicher mit dem ersten Sitzventil
verbimdende Leitung zwischen dem unterschiedlich großen Stuarflächen eine Drosselstelle
eingehaut ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im
folgenden näher erläntert. Es zeigen Figur 1 eine zum Stand der Technik zählende
und schon weiter ohen mäher bestchriebene Schaltumgsanordnung der einganga gema@@ten
Art und Figur 2 eine bevorzugte Ausführung der erfindugsgemäßen Schaltungsanordung.
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Währen der- im Figur 2 dargestelltem - Ladephase ist das Ventil 101
geschlossem. Die Pumpe 102 föordert damm das Hydrauliköl über die Leitungen 103
und 104 durch das Rückschlagventil 105 in den Speicher 106, vom dort über dem Primärverbrancher
107 zurück in den
Behälter 108. Der Speiherdruck pflanzt sich über
die Leitung 109 for bis zum Schaltventil 110, dessen Sitz 111 geöffnet und dessen
Sitz 112 geschlossen ist. Von und hinter dem Kolben 113 herrscht der gleiche Druck.
Da die Kraft der Feder 114 stärker ist als die aus Spicherdruck und der Fläche F1
(das ist die in der Figur als dicker Strich herausgezeichnete Querschnittsfläche
an der engsten Stell des zum Ventil 110 gehörenden Gehäuses) resultierende Kraft,
bleibt der sitz 112 geschlossen, bis der vorgegebene Systemhöchstdruck von z.B.
180 Bar erreicht ist. Nach Erreichen dieses Systemhöchstdruckes stellt sich an Sitz
112 ein Gleichgewichtszustand ein, d.h. der Ventilkörper 112a beginnt abzuhebem.
In Raun 124 hinter der Drosselstelle 115 entsteht nun ein Druckabfall dadurch, daß
aus dem Raum 124 mehr Öl über die Leitung 116 abströnt, als über die Drosselstelle
115 nachströmen kann. Infolge dises Druckabfalles sind die auf den Kolben 113 wirkenden
Kräfte unterschiedlich groß, d.h. dir nach oben gerichtete Kraft an dem Kolben 113
ist nun wesentlich größer als die nach unten gerichtete Kraft. Auf die Fläche F2
(sie ist gleich de unteren Stirnfläche des Kolbens 113) wirkt immer noch der Systemhöchstdruck
von 180 Bar, wodurch eine Kraft entsteht, die den Kolben 113 nach oben bewegt und
dabei über das Distanztück 117, welches in dem Kolben 113 befestigt ist und gegen
die untere Stirnfläche des Ventilkörpers 112a drückt, den Sitz 112 voll öffnet.
Dabei diesem Bewegungsablauf der Druck in der Kammer 124 allmählich sinkt und somit
der Druckabfall an der Drosselstelle 115 immer größer wird, so wird auch die auf
den stufenförmig ausgebildeten Kolben 113 wirkende Kraft immer größer, d.h. der
Kolben 113 wird beschleunigt nach oben bewegt, bis der Sitz 112 geschlossen ist.
Allwählich gleicht sich nun der Druck vor und hinter der Drosselstelle 115 aus.
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Bei voll geöffneten Sitz 112 wird die Leitung 118 und damit der unterhalb
des Ventilkörpers 101a befindliche Raum 119 sehr schnell druckentlastet, da der
Druck über die Leitung 116 abfließen kann.
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Da auf der obengelegenen Stirnseite des Ventilkörpers 1001a immer
noch dar Pumpendruck liegt, wird der Ventilkörper 101 gegen die
Kraft
der Feder 120 nach unten verschoben. Damit wird die Rücklaufleitung 121 freigegeben.
Die Pumpe 102 fördert nun also über die Leitung 103 und die Leitung 121 direkt in
den Behälter 108.
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In die Leitung 121 kann dabei ein Sekundärverbraucher 122 eingeschaltet
sein.
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In der Folgezeit entzieht der Verbraucher 107 dem Speicher 106 Energie,
so daß der Druck in der Leitung 109, der ja immer noch gleich dem Systemhöchstdruck
ist, allmählich sinkt. Diese Druckabnahme ist möglich bis zu einer vorgegebenen
unteren Druckschwelle von beispielsweise 140 Bar. Bei diesem Druckpunkt herrscht
Gleichgewicht zwischen der nach unten wirkenden Kraft der Feder 114 und der nach
oben gerichteten Kraft am Kolben 113, die aus dem Druck von 140 Bar und der Fläche
F2 + der Ringfläche Z3 am Kolben 113 resultiert. Bei weiterem Absinken des Druckes
in der Leitung 109 überwiegt dann die Federkraft, und der Ventilkörper 112a bewegt
sich nach unten, zusammen mit dem Distanzstück 117 und dem Kolben 113. Sobald der
Sitz 111 nur etwas geöffnet ist, findet ein Druckausgleich zwischen der Kammer 124
und der Kammer 123 statt. Damit ist nicht mehr die Summe aus den Flächen P2 und
F3 maßgebend für die am Kolben 113 wirkende nach oben gerichtete Kraft, sondern
nur noch die kleine Fläche F1. Dadurch nimmt die am Kolben 113 wirkende nach oben
gerichtete Kraft im Vergleich zur nach unten gerichteten Federkraft schlagartig
ab, wodurch der Sitz 112 schlågartig geschlossen und der Sitz 111 voll geöffnet
wird. Der sich nun im Raum 123 aufbauende Druck pflanzt sich fort bis in den Raum
119 und bewegt den Ventilkörper 101a wieder in Schließstell1lng. Damit beginnt der
Ladevorgang von neuem.
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Der Verbraucher 122 ist gegenüber dem Verbraucher 107 von untergeordneter
Bedeutung. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem
Kraftfahrzeug eingebaut sein, wobei die Pumpe direkt vom Fahrzeugmotor angetrieben
wird, d.h. sobald der Motor läuft, läuft auch die Pumpe. Fur die Verkehrssicherheit
wichtige Funktionen, wie z.B. das Betätigen der Bremsen oder der
Lenkung,
werden mit Hilfe der im Speicher vorhandenen Energie ausgeführt; weniger wichtige
Eunktioaen, wie beispielsweise eine Niveauregelung oder die Betätigung eines Schiebedaches
oder eines Kurbelfensters, können außerhalb der Ladephase mit Hilfe eines in die
Rücklaufleitung 121 eingeschalteten Servomotors (Verbraucher 122) im Durchflußbetrieb
ausgeführt werden. Derartige untergeordnete Funktionen werden schon heute vielfach
im Durchflußbetrieb ausgeführt, weil der Aufwand dafür wesentlich geringer ist als
beim Speicherbetrieb. Trotzdem brauchte man bisher dazu immer eine separate Pumpe.
Aufgrund der Erfindung ist das nun nicht mehr erforderlich. Wenn also ohnehin ein
Speichersystem im Fahrzeug vorhanden ist, können nunmehr auch Verbraucher im Durchflußbetrieb
damit gekoppelt werden, so daß man immer mit einer einzigen Pumpe auskommt.