DE3688754T2

DE3688754T2 - Steuerventil zur Verminderung des hydraulischen Drucks.

Info

Publication number: DE3688754T2
Application number: DE86100760T
Authority: DE
Inventors: James P Janecke; Kishor J Patel
Original assignee: Applied Power Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-01-21
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2006-01-22
Also published as: US4576200A; DE3688754D1; JPH0555886B2; EP0195890A3; JPS61248113A; EP0195890A2; CA1270723A; EP0195890B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein hydraulische Drucksteuerventile. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Druckreduzier-Hydrauliksteuerventil mit einem langgestreckten Ventilkörper mit einer einen Ventilschieber aufnehmenden Bohrung, wobei die Bohrung eine Längsachse und erste und zweite Enden aufweist; einem Fluideinlaß zu der Bohrung, um unter Druck stehendes Hydraulikfluid in diese einzuführen; einen Fluidauslaß von der Bohrung; einer Ventilschiebereinrichtung, die gleitbar innerhalb der Bohrung angeordnet ist, unter Bildung einer Hydraulikkammer, wobei die Ventilschiebereinrichtung in Richtung einer Ruhelage durch eine Vorspannfedereinrichtung vorgespannt ist und der Hydraulikfluiddruck des Fluides, welches von dem Fluideinlaß zu dem Fluidauslaß strömt, in Abhängigkeit von der Axialposition der Ventilschiebereinrichtung gesteuert ist; Mitteln zum wahlweisen Steuern des Hydraulikdruckes innerhalb der Hydraulikkammer, wobei die Hydraulikkammer an einem ersten Ende der den Ventilschieber aufnehmenden Bohrung angeordnet ist, wobei der Ventilschieber einen ersten Steg benachbart zu der Hydraulikkammer und einen zweiten Steg, angeordnet zwischen den Enden des Ventilschieberteils, aufweist, der zweite Steg vorgesehen ist, um wahlweise einen Fluidkanal zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß oder zwischen dem Fluidauslaß und einem Reservoir einzurichten, wobei der erste Steg dem Hydraulikdruck ausgesetzt ist, der in der Hydraulikkammer herrscht.
Drucksteuerventile vieler verschiedener Typen sind nach dem Stand der Technik bekannt. Hydraulische Drucksteuerventile sind bekannt, die dazu geeignet sind, den Auslaßdruck im Hinblick auf den Einlaßdruck zu begrenzen und die eine Einrichtung zur Ermittlung des Rückführdrucks von der Auslaßseite umfassen. Typischerweise handelt es sich bei der Rückführermittlungseinrichtung um eine Ventilschieberteilfläche, die mit dem Auslaßdruck beaufschlagt, die einer vorgespannten Feder gegenüberliegt, die den Ventilschieber in einer offenen Stellung hält. Wenn der Auslaßrückführdruck den Federdruck ausgleicht, wird ein Steuerdruckpegel erhalten. Einrichtungen nach dem Stand der Technik sehen üblicherweise die manuelle Einstellung des Auslaßdrucks durch die Einstellung der Vorspannung der Feder vor, um den Auslaßdruck anzuheben oder herabzusetzen. Diese typischen Ventile nach dem Stand der Technik haben sich als geeignet für leichte industrielle Anwendungen bewährt, aber sie sind nicht zufriedenstellend für mobile Anwendungen, wie beispielsweise den Wechsel über eine kurze Zeitspanne des Steuerdrucks für den Eingriff der Kupplungen eines Traktors oder anderer Geländefahrzeuge. Eine manuelle Federeinstellung ist bei solchen Anwendungen nicht praktikabel.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Arten der Druck- Steuerventile sind andere Steuerventile nach dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel wird ein elektrohydraulisch angetriebenes Druckreduzier-Ventil in dem US-Patent Nr. 3,454,026 von Orme, veröffentlicht am 08. Juli 1969 für die "Druck-Rückführung" angegeben. Das Ventil dieses Patents weist einen zentralen Steg an einem Ventilschieber auf, um den Ventilauslaßdruck zu steuern. Das Ventil weist auch ein erstes Stufen-Servoventil auf, um den Druck für das einströmende Fluid zu steuern, das aus der Auslaßöffnung und zwei getrennten Steuerkammern an jedem Ende des Servo-Ventilschiebers austritt. Der Ventilschieber wird durch eine Kombination von vier Zentrierfedern auf den Nullpunkt gesetzt. Ein zweiter und ein dritter Steg sind an jedem Ende des Schiebers vorgesehen, um die verschiedenen Fluiddrücke, die auf das Ventil einwirken, gegeneinander zu isolieren. Der zweite und der dritte Steg besitzen einen verringerten Durchmesser. In dem Schieber ist ein Durchgang gebildet, um den Auslaß zu einer Kammer an einem Ende des Schiebers zu verbinden, um eine Rückführung zu bilden, die wiederum den Auslaßdruck reguliert.
Ein anderes "Druckregulierventil" ist in dem US-Patent Nr. 3,592,211 von Spalding, veröffentlicht am 13. Juli 1971, gezeigt. Es setzt einen einzelnen Steuerdurchgangsweg und eine einzelne Steuerkammer ein, die durch einen ersten Stufenservo angetrieben werden, um den Fluiddruck in einer zweiten Stufe zu steuern. Ein getrennter Ausgleichskolben ist vorgesehen, um den Schieber offen zu halten, um ihn aufzufüllen, wenn die erste Stufe durch die zweite Stufe nicht angetrieben wird. Der Kolben erfordert natürlich einen Druck, um den Schieber in einer vorgespannten Stellung zu halten, und eine Leckage oder eine Kontamination kann durch dessen Fehlfunktion hervorgerufen werden. Eine Differentialflächenrückführung wird in diesem Ventil durch die Verwendung eines anderen Kolbens, der gegen den Schieber einwirkt, eingesetzt. Diese Kombination erfordert Druckdurchführungen zwischen dem Kolben und der Auslaßöffnung und einen getrennten Schiebersteg zwischen dem Tank und dem Ende des Schiebers, auf den der Kolben einwirkt.
Ein anderes Servo-Ventil ist in dem US-Patent Nr. 3,802,453, veröffentlicht am 9. April 1974, für Fleury unter der Titel "Servo-Valve Responsive to Small Controll Pressure", gezeigt. Das Ventil weist einen Ventilschieber auf, der den Hauptdruck steuert, wobei eines seiner Enden einem Steuerdruck ausgesetzt wird und dessen anderes Ende einem Rückführdruck ausgesetzt wird. Der letztere wird von dem Ausgangsdruck abgeleitet und durch einen ferdernden Gegendruck verringert. Eine geringere Kraftbeaufschlagung wirkt auf den Schieber ein und ein hoher Rückführdruck wirkt auf einen Kolben gegen eine starke Feder ein. Wenn sich der Kolben bewegt, bildet er eine anwachsende Belastung auf eine kleine Feder, die eine Rückführkraft gleich der Eingangskraft bildet. Die Größe der Rückführkraft ist festgelegt. Das Fleury-Ventil besitzt auch einen Steg zwischen dem Tank und dem Schieberende, auf das die Rückführfeder einwirkt.
Noch ein anderes Ventil nach dem Stand der Technik ist aus dem US-Patent Nr. 3,856,047, veröffentlicht am 24. Dezember 1974 für Takayama, unter dem Titel "Pressure Control- Valve" bekannt. Ein Schieber ist in einem Gehäuse zur selektiven Steuerung der Verbindung zwischen einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung befestigt. Der Schieber ist in Richtung der Einlaßöffnung über eine Feder vorgespannt. Er weist eine Steuerkammer an der Rückführseite des Schiebers auf, in die Einlaßdruck über eine Öffnung zugeführt wird und die dann mit einer anderen Öffnung in Reihe, allerdings zwischen der Steuerkammer und der Auslaßöffnung, verbunden wird. Der Steuerdruck ist höher als der Auslaßdruck, da er auf den gesamten Durchmesser des Schieberendes einwirkt. Dieses höhere Verhältnis der Rückführung stellt ein sich variierendes Verhältnis des Auslaßdrucks dar und ist der Fläche der Steuerdüse, die durch den Proportional-Solenoid gebildet wird, angepaßt. Ein isolierender Steg ist zwischen dem Tank und der Rückführkammer gebildet.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Patenten, die Druck- Steuerventile behandeln, ist es auf dem Gebiet der Hydraulik bekannt, daß eine Kammer mit einem Einlaß verbunden werden kann und daß der Druck des Fluids, der von dem Einlaß in die Kammer eingeführt wird, gesteuert oder moduliert werden kann. Die Regulierung des Flusses von dem Einlaß über eine Öffnung in die Kammer kann auf verschiedenen Wegen eingestellt werden. Zum Beispiel können Regulierungseinrichtungen, wie beispielsweise ein Plungerkolben, benachbart zu einer Öffnung vorgesehen werden, um sie in einer zeitlichen Relation in Abhängigkeit einer Reihe von Impulssignalen zu bewegen, um die effektive Strömung quer zu der Öffnung zu verändern. In solchen Vorrichtungen verändert sich der Druck in der Kammer mit dem Integral der Impulse über die Zeit. Ein hydraulisches Druckreduzier-Ventil, wie es vorstehend angegeben ist, ist aus der EP-A-128 740 oder der US-A-3,856,047 bekannt.
Während die vorstehend erwähnten Patente eine Vielfalt von Druck-Steuerventilen beschreiben, sind sie alle mit einem oder mehreren wesentlichen Nachteilen behaftet. Zum Beispiel können Kolben zu Fehlfunktionen aufgrund einer Leckage oder einer Kontamination führen. Es sind zusätzliche Stege zur gegenseitigen Isolation der verschiedenen Drücke erforderlich. Es sind eine Vielzahl von Federn erforderlich, um die Schieber zu zentrieren und Fehlfunktionen von diesen können zu Fehlverhalten des Ventils führen. Weiterhin sind die vorstehend beschriebenen Ventile relativ komplex aufgebaut und in ihrer Herstellung teuer. Ein Druckreduzier-Steuerventil, das die vorstehend angegebenen Nachteile nach dem Stand der Technik vermeidet, würde einen wesentlichen Fortschritt des Standes der Technik darstellen. Der Fortschritt würde noch signifikanter sein, wenn das daraus resultierende Ventil einfacher und sicherer in seiner Ausgestaltung sein würde.

Aufgabe der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil an zugeben, das einen relativ unkomplizierten Aufbau besitzt und das dazu geeignet ist, den Druck passend zu dem Einlaßdruck bei vollständiger Modulation einzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 gelöst dadurch, daß eine zylindrische Hülse innerhalb des zweiten Endes der den Ventilschieber aufnehmenden Bohrung angeordnet ist, wobei das zweite Ende mit dem Reservoir verbunden ist, und daß das Ventilschieberteil einen Abschnitt mit vermindertem Durchmesser aufweist, welcher vorgesehen ist, um gleitbar mit der zylindrischen Hülse durch den Abschnitt mit vermindertem Durchmesser in Eingriff zu sein, dessen Außenoberfläche vorgesehen ist, um eine Gleitdichtung mit der Innenbohrung der zylindrischen Hülse zu bilden, wobei der Abschnitt mit vermindertem Durchmesser mit der zylindrischen Hülse in Eingriff ist, wenn das Ventilschieberteil axial in Richtung zu dem zweiten Ende der Bohrung hin verlagert wird, um die Fluidverbindung zwischen dem Reservoir und dem Fluidauslaß zu blockieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Ventil eine Hülse auf, die eine Bohrung besitzt. Ein Ventilschieber ist axial innerhalb der Bohrung angeordnet und weist einen Steg mit zwei unterschiedlichen Durchmessern auf. Der Steg mit einem der gesamten Bohrung entsprechenden Durchmesser verbindet die Druckeinlaßöffnung mit der Druckauslaßöffnung und der Bereich mit dem verringerten Durchmesser des Ventilschieberstegs verbindet die Auslaßöffnung mit dem Tank. Den letzteren zu bilden wird durch eine zweite Hülse innerhalb der Bohrung angrenzend dem einen Ende des Ventils möglich. Die äußere Fläche des Bereichs mit verringertem Durchmesser bildet eine Gleitdichtung an der inneren Bohrung ihrer zweiten Hülse, wenn die Teile miteinander in Eingriff stehen. Je kürzer der Eingriff des Bereichs mit verringertem Durchmesser ist, desto größer ist der Betrag der Leckage zu dem Tank. Hierdurch wird der Auslaßdruck in einem modulierten Zustand gehalten. Wenn sie sich voneinander wegbewegen, verbindet der ringförmige Durchflußweg den Auslaß mit dem Tank. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Einlaßöffnung ebenfalls durch einen Durchgang mit einem Modulator, wie beispielsweise dem Impulsbreitenmodulator, wie er vorstehend beschrieben ist, verbunden. Der Modulator ist mit dem Druck an einem ersten Ende des Schiebers und entfernt von dem Steg mit dem verringertem Durchmesser nahe dem entgegengesetzt liegenden Ende des Verschieberteils verbunden und steuert dieses. Eine Feder greift an dem gegenüberliegenden Ende des Schieberteils so an, daß das Schieberteil in einer Stellung vorgespannt wird, die den Auslaß zu dem Tank öffnet, wenn kein modulierter Steuerdruck zu dem Ventil zugeführt wird. Wenn ein geringer, vorgegebener, modulierter Steuerdruck besteht, wirkt die gesamte Bohrungsfläche des Schieberteils da hingehend, das Schieberteil gegen die Kraft der Vorspannfeder zu bewegen, um die Einlaßöffnung mit der Auslaßöffnung zu verbinden. Falls Druck zu der Auslaßöffnung geführt wird, wirkt der Druck auf die verringerte Fläche des unteren Stegs, wodurch eine Änderung der Rückführkraft auf das Schieberteil erfolgt, die in direktem Verhältnis zu dem sich ändernden, modulierten Druck steht. Falls der Steuerdruck durch den Modulator herabgesetzt wird, bis der Rückführdruck den Tank ausgleicht, nimmt die Feder wieder das Ventilschieberteil herüber und drückt es nach oben in die Steuerdruckkammer und öffnet einen ringförmigen Durchflußweg zwischen der zweiten Hülse und dem untere Ende des Ventilschieberteils. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Rückführweg von der Modulator-Steuerkammer zu dem Tank gebildet. Bei dem Weg handelt es sich um einen axialen Durchgang in dem Ventilschieberteil, der mit der Steuerdruckkammer über eine Öffnung verbunden ist.
Demzufolge gibt die vorliegende Erfindung ein hydraulisch moduliertes Druck-Steuerventil an, in dem der Einlaß- und der Auslaßdruck unter vollständiger Modulation passend eingestellt werden können und das ein gegen Fehler sicheres System bildet, um den Ventilauslaß zu dem Tank im Fall einer Fehlfunktion des Modulators oder eines Verlustes des Pumpendruckes zu verbinden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in weiteren Einzelheiten durch bevorzugte Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Seitenaufriß, teilweise geschnitten, eines Steuerventils für den hydraulischen Druck gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Einzelansicht eines Bereichs des Ventils, das in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem in seinem Durchmesser reduzierten Abschnitt, der oberhalb der zweiten Hülse angeordnet ist;
Fig. 3 zeigt eine Einzelansicht eines Bereichs des Ventils, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, mit dem im Durchmesser reduzierten Bereich in einer Gleitdichtstellung mit der zweiten Hülse.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 ist ein Druckreduzierventil 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Beschreibung der Verwendung der dargestellten Ausführungsform wird auf den Einsatz des Ventils 10 Bezug genommen, um eine (nicht dargestellte) Fahrzeugkupplung zu betätigen, allerdings sollte es hier so verstanden werden, daß das Druck-Steuerventil der vorliegenden Erfindung auch für eine Anzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden kann, wo eine genaue Steuerung des Ausgangsdrucks des hydraulischen Fluids erforderlich ist. Weiterhin könnte das Ventil, obwohl das Ventil 10 in einer Patronenform dargestellt ist, hierzu unterschiedlich durch den Designer für besondere Anwendungen aufgebaut werden, nachdem die vorliegende Beschreibung gelesen und verstanden worden ist. Weiterhin können das Ventil 10 und seine verschiedenen Komponenten aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, die auf dem hydraulischen Fachgebiet bekannt sind. Natürlich sollten die ausgewählten Komponenten dazu geeignet sein, den höchsten zu erwartenden Drücken innerhalb des Ventils 10 standzuhalten.
Das Ventil 10 wird mit seiner üblichen Pumpe 11 und Tankkomponenten 13 verbunden. Diese sind nicht im Detail dargestellt, da sie selbst keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.
Das Ventil 10 weist ein zylindrisches Gehäuseteil 12 auf, das einen oberen Bereich 14 eines ersten Durchmessers und einen unteren Bereich 16 eines geringfügig dünneren Durchmessers, der in eine Ventilaufnahme 17 eingeschraubt werden kann, aufweist. Eine axiale und mit einem Gewinde versehene Bohrung 18 ist an der Oberseite des Bereichs 14 gebildet. Ein Fluiddurchgang 20 erstreckt sich nach oben durch den Bereich 16 zu einer Stelle, die sich allgemein nahe, jedoch unterhalb der Oberseite des Bereichs 14 befindet. Ein horizontaler Verbindungsdurchgang 22 verbindet die Oberseite des Durchgangs 20 mit der Bohrung 18.
Ein Strömungsmodulator 24 ist an der Oberseite des Gehäuseteils 12 angeordnet und in der bevorzugten Ausführungsform ist er mit einem Impulsgenerator 26 verbunden. Während verschiedene Arten von Modulatoren, die auf dem hydraulischen Fachgebiet bekannt sind, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, handelt es sich bei dem bevorzugten Modulator um einen Pulsbreitenmodulator, der in der vorstehend erwähnten EP-A-128 740 beschrieben ist. Der Modulator 24 weist daher einen (nicht dargestellten) Solenoid auf, der durch den Impulsgenerator 26 betätigt wird, um periodisch einen Plungerkolben 28 in Richtung einer Öffnung 30 und von dieser weg zu bewegen, um den Fluß dazwischen zu variieren und um den erwünschten Druck des hydraulischen Fluids von dem Durchgang 22 in das Innere des Ventils 10 einzulassen. Es wird ersichtlich, daß die Bohrung 18 den Kolben und die Öffnungskomponenten des Modulatorsystems aufnimmt. Solche Komponenten werden durch Gewinde gesichert und in der Bohrung 18 gedichtet, wie beispielsweise durch einen O-Ring 32.
Unterhalb der Bohrung 18 ist ein kurzer, axialer Durchgang 34 angeordnet, der sich in eine erweiterte, zylindrische Kammer 36 an dem unteren Ende des Bereichs 14 des Gehäuses 12 öffnet und sich in den oberen Bereich 16 erstreckt. Eine zweite, mit einem Gewinde versehene, axiale Bohrung 38 ist in den Bereichen 14 und 16 des Gehäuses 12 gebildet. Die Bohrung 38 nimmt eine Ventilhülse 40 auf, die sich nach unten von dem Gehäuse 12 erstreckt. Die Hülse 40 ist in irgendeiner geeigneten Weise gesichert und gegen das Gehäuse 12 in irgendeiner geeigneten Weise gedichtet. Die Hülse 40 weist eine Öffnung 42 auf, um zu ermöglichen, daß Hydraulikfluid dort hindurch von der Pumpe 11 und einer Öffnung 44 eingelassen wird, um zu ermöglichen, daß Hydraulikfluid von dort zu der Vorrichtung, die durch das Ventil 10 gesteuert werden soll, hindurchtritt. Der Boden 46 der Hülse 40 ist zu dem Tank 13 hin offen und die Oberseite 48 der Hülse 40 ist zu der Kammer 36 hin offen.
Innerhalb der Bohrung 41 der Hülse 40 ist ein Ventilschieber 50 angeordnet, der einen axialen Durchgang 52 über seine gesamte Länge aufweist. Der Durchgang 52 ist zu dem Tank 13 hin an seinem unteren Ende offen und ist zu der Kammer 36 hin an seinem oberen Ende über eine kleine Öffnung 54 offen. Der Durchgang 52 bildet einen Rückführweg von der Kammer 36 zu dem Tank.
Das Schieberteil 50 weist weiterhin einen ersten Steg 56, der nahe seines oberen Endes angeordnet ist, und einen zweiten Steg 58, der nahe, jedoch beabstandet oberhalb seines unteren Endes angeordnet ist, auf. Ein in seinem Durchmesser begrenzter Bereich 60 des Schieberteils 50 ist zwischen diesen zwei Stegen angeordnet. Weiterhin ist eine Verlängerung 62 des Schiebers 50 unterhalb des Steges 58 angeordnet, wobei die Verlängerung einen Durchmesser besitzt, der geringer ist als derjenige der Bohrung 41. Die Verlängerung 62 weist eine untere, konisch geformte Fläche 64 um ihr unteres Ende herum und eine in Form einer axialen Scheibe geformte Ausnehmung 66 an ihrem Boden auf, wobei die Ausnehmung 66 das untere Ende des Durchgangs 52 umgibt. Aus dieser Beschreibung ist für den Fachmann ersichtlich, daß der Steg 56 des Schiebers 50 den eintretenden Pumpendruck gegen den Druck innerhalb der Kammer 36 isoliert und daß der Steg 58 den Pumpendruck gegen den Auslaß isoliert, wenn sich der Schieber 50 in seiner dargestellten Stellung oder höher innerhalb der Hülse 40 befindet. Es sollte weiterhin ersichtlich sein, daß dann, wenn der Schieber 50 von seiner dargestellten Stellung herabgesetzt wird, der Pumpeneinlaßdruck unmittelbar mit der Auslaßöffnung 44 verbunden wird, um den Fluß zu der gesteuerten Vorrichtung zu ermöglichen.
Wie weiterhin die Fig. 1 zeigt, ist ein Sprengring 70 nahe dem oberen Ende der Hülse 40 angeordnet, der als Anschlag für die nach oben gerichtete Bewegung des Ventilschiebers 50 dient. Der Ventilschieber 50 wird in eine nach oben gerichtete Richtung durch eine Feder 72, die an dem unteren Ende des Ventils 10 angeordnet ist, vorgespannt. Die Feder 72 wird in ihrer Stellung zwischen einer Scheibe 74 und einer Ausnehmung 66 gehalten, wobei die Scheibe 74 wiederum an der Hülse 40 mittels eines Sprengrings 76 gesichert ist.
Das letzte Bauteil des Ventils 10 ist eine zweite Hülse 80, bei der es sich um ein zylindrisches Metallteil handelt, das einen Außendurchmesser etwas geringer als der Durchmesser der Bohrung 41 und eine innere Bohrung 83 besitzt, die einen Durchmesser größer als derjenige des Bereichs 62 des Ventilschiebers 50 mit vermindertem Durchmesser aufweist. Ein o-Ring 82 ist in einer ringförmigen Vertiefung in der Außenfläche der zweiten Hülse 80 eingesetzt. Eine Schulter 81 an der zweiten Hülse 80 hält dieses Teil zwischen der Scheibe 74 und dem unteren Ende der Hülse 40.
Nachdem nun der Aufbau des Ventils 10 beschrieben wurde, kann die Arbeitsweise des Ventils erläutert werden. Zum Zweck dieser Erläuterung wird angenommen, daß das Ventil 10 dazu eingesetzt wird, um ein hydraulisches Betätigungsglied für eine Kupplung eines Off-Road-Kraftfahrzeuges zu steuern, wie beispielsweise eine Traktorenkupplung. Das Ventil 10 wird für diese Anwendung dazu benutzt, einen Fluß bei Bedarf zu liefern und schrittweise Druck zu dem Betätigungsglied zuzuführen, wenn das Betätigungsglied gefüllt wird, um einen schnellen Kupplungseingriff zu verhindern, wodurch eine frühzeitige Kupplungsabnutzung und harte Schaltungen verursacht werden können. In Fig. 1 würde der Auslaß 44 mit dem Betätigungsglied verbunden werden.
In ihrer anfänglichen Stellung (Fig. 2), zum Beispiel wenn kein modulierter Druck vorhanden ist, wird die Feder 72 den Ventilschieber 50 nach oben in Richtung des Anschlags 70 vorspannen, wodurch der Steg 58 einen Fluß von dem Einlaß 42 zu dem Auslaß 44 unterbindet. Der Auslaß 44 wird mit dem Tank verbunden, da ein Durchflußweg zwischen der konischen Oberfläche 64 des Abschnitts 62 des Ventilschiebers 50 und der Innenbohrung 83 der zweiten Hülse 80 gebildet wird. Wenn es erforderlich ist, die Kupplung einzukuppeln, wird ein modulierter Druck durch den Modulator 24 zu der Kammer 36 hin gebildet. Wenn der Druck in der Kammer 36 den nach oben gerichteten Druck der Feder 72 übersteigt, wird der Ventilschieber schrittweise nach unten gedrückt, wobei anfänglich nur die Federkräfte entgegenwirken. Während einer solchen nach unten gerichteten Bewegung wird die konische Oberfläche 64 des Bereichs 62 der Hülse 50 schrittweise in Richtung zu der inneren Bohrung 53 der zweiten Hülse 80 hin herabgesetzt. Eine weitere, nach unten gerichtete Bewegung der Hülse bildet eine sich schrittweise vergrößernde Leckage in Richtung des Auslasses 44 und wenn eine solche Leckage beginnt, wird die Bewegung des Ventilschiebers 50 durch die überlagerten Kräfte der Feder 72 und des Rückführungsdrucks, der auf eine Rückführungsfläche 84 des Ventilschiebers 50 einwirkt, umgekehrt. Da der Bereich 62 mit vermindertem Durchmesser in die Innenbohrung 83 (Fig. 3) eintritt, wird der Auslaß zu der Tankleckage verringert. Demzufolge wächst die Leckage von dem Einlaß 42 zu dem Auslaß 44 an, da die Leckage von dem Auslaß 44 zu dem Tank 13 verringert wird. Die relative Leckage von dem Einlaß zu dem Auslaß 44 und dem Tank 13 bildet seinen Kontraktionsdruck.
Während der gesteuerte Druckanstieg einen Vorteil des Ventils 10 darstellt, ist eine anderere Fähigkeit des Ventils 10 diejenige, einen vorgegebenen, gesteuerten Druck an der im Eingriff befindlichen Kupplung aufrechtzuerhalten. Dies wird durch die Bildung eines besonderen Druckrückführsystems ausgeführt, das in das Ventil 10 eingebaut ist. Das Ventil ist dazu geeignet, den Auslaßdruck zu dem Einlaßdruck bei vollständiger Modulation abzustimmen, selbst wenn der Rückstelldruck (recovery pressure) des Modulators wesentlich geringer als der Rückführdruck ist. Diese Ventileigenschaft entsteht aufgrund der Tatsache, daß ein Flächendifferential zwischen dem, das aufgrund des modulierten Drucks (der Oberseite des Ventilschiebers 50), und dem der Fläche 84, das aufgrund des Rückführdrucks einwirkt, folgt. Das Druckdifferential kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
PF = PM AM/AF
wobei der Rückführdruck gleich dem Produkt des modulierten Drucks und dem Verhältnis der vollständigen Ventilschieberfläche, die nach der modulierten Seite gerichtet ist, und der reduzierten Differential-Ventilschieberfläche, die zu der Rückführseite gerichtet ist, ist. Die AF-Komponente wird für eine bestimmte Anwendung durch Einstellung des Durchmessers des in seinem Durchmesser verminderten Bereichs 62 des Ventilschiebers 50 ausgewählt.
Das Ventil 10 erfüllt dann die vorstehend erwähnten Aufgaben der Erfindung. Ein Fehlersicherheitssystem ist in das Ventil 10 durch eine einzige Komponente, zum Beispiel die Feder 72, eingebaut. Im Fall des Verlustes der Impulssignale zu dem Modulator wird der Auslaß 44 direkt zu dem Tank 13 hin verbunden. Weiterhin ist ein Druckdurchgang, da der Rückführdruck unmittelbar auf die Differentialfläche 84 innerhalb der Auslaßdurchgangskammer 44 wirkt, zu dem Ende des Ventilschiebers 50 nicht erforderlich und getrennte Stege, die in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, um den Rückführungsdruck von anderen Drücken innerhalb des Ventils zu isolieren, können weggelassen werden.
Es wird auch ersichtlich, daß, da sich der Bereich 62 des Ventilschiebers 50 mit vermindertem Durchmesser innerhalb des Auslaßdurchgangs 44 befindet, das Ende des Ventilschiebers unmittelbar mit dem Tank verbunden werden kann. Die konische Fläche 64 bildet eine Dosiereinrichtung vor einer Gleitdichtung, die zwischen dem in seinem Durchmesser verminderten Bereich 62 und der Innenbohrung 83 der zweiten Hülse 80 gebildet ist.

Claims

1. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil, mit:

einem langgestreckten Ventilkörper (12, 17) mit einer einen Ventilschieber aufnehmenden Bohrung (41), wobei die Bohrung (41) eine Längsachse und erste und zweite Enden aufweist;

einem Fluideinlaß (42) zu der Bohrung (41), um unter Druck stehendes Hydraulikfluid in diese einzuführen;

einem Fluidauslaß (44) von der Bohrung (41);

einer Ventilschiebereinrichtung (40), die gleitbar innerhalb der Bohrung (41) angeordnet ist, unter Bildung einer Hydraulikkammer (36), wobei die Ventilschiebereinrichtung (50) in Richtung einer Ruhelage durch eine Vorspannfedereinrichtung (72) vorgespannt ist und der Hydraulikfluiddruck des Fluides, welches von dem Fluideinlaß (42) zu dem Fluidauslaß (44) strömt, in Abhängigkeit von der Axialposition der Ventilschiebereinrichtung (50) gesteuert ist,

Mitteln zum wahlweisen Steuern des Hydraulikdruckes innerhalb der Hydraulikkammer (36),

wobei die Hydraulikkammer (36) an einem ersten Ende der den Ventilschieber aufnehmenden Bohrung (41) angeordnet ist, wobei der Ventilschieber (50) einen ersten Steg (56) benachbart zu der Hydraulikkammer (36) und einen zweiten Steg (48), angeordnet zwischen den Enden des Ventilschieberteiles (50), aufweist, der zweite Steg (58) vorgesehen ist, um wahlweise einen Fluidkanal zwischen dem Fluideinlaß (42) und dem Fluidauslaß (44) oder zwischen dem Fluidauslaß (44) und einem Reservoir (13) einzurichten, wobei der erste Steg (56) dem Hydraulikdruck ausgesetzt ist, der in der Hydraulikkammer (36) herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Hülse (80) innerhalb des zweiten Endes der den Ventilschieber auf nehmenden Bohrung (41) angeordnet ist, wobei das zweite Ende mit dem Reservoir (13) verbunden ist, und daß das Ventilschieberteil (50) einen Abschnitt (62) mit vermindertem Durchmesser aufweist, welcher vorgesehen ist, um gleitbar mit der zylindrischen Hülse (80) durch den Abschnitt (62) mit vermindertem Durchmesser in Eingriff zu sein, dessen Außenoberfläche vorgesehen ist, um eine Gleitdichtung mit der Innenbohrung (83) der zylindrischen Hülse (80) zu bilden, wobei der Abschnitt (62) mit vermindertem Durchmesser mit der zylindrischen Hülse (80) in Eingriff ist, wenn das Ventilschieberteil (50) axial in Richtung zu dem zweiten Ende der Bohrung (41) hin verlagert wird, um die Fluidverbindung zwischen dem Reservoir (13) und dem Fluidauslaß (44) zu blockieren.

2. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach Anspruch 1, bei dem die Vorspannfeder (72) zwischen dem zweiten Ende der Bohrung (41) und dem Abschnitt (62) mit vermindertem Durchmesser des Ventilschieberteiles (50) angeordnet ist.

3. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Ventilschieberteil (50) einen Axialkanal (52) aufweist, der sich durch die Länge desselben erstreckt, wobei der Kanal (52) zu dem Reservoir (13) offen ist und mit der Hydraulikkammer (36) durch eine Drosselstelleneinrichtung (54) kommunizierend verbunden ist.

4. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hydraulikdruck-Steuereinrichtung einen Hydraulikfluidmodulator (24) aufweist.

5. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach Anspruch 4, bei dem der Hydraulikfluidmodulator ein magnetspulenbetätigter Impulsmodulator (24) ist.

6. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Abschnitt (62) mit vermindertem Durchmesser ein Ende aufweist, das eine Oberfläche (64) besitzt, die wie ein Kegelstumpf geformt ist, wodurch das Ende wirksam ist, um die Fluidströmung von dem Auslaß (44) zu der Innenbohrung (83) der Hülse (80) zuzumessen, wenn der Ventilschieber (50) axial in Richtung zu dem zweiten Ende der Bohrung (41) verlagert wird.

7. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Fluidquelle der Steuereinrichtung einen Kanal (22) aufweist, der den Fluideinlaß (42) mit der Steuereinrichtung (24, 26, 28) verbindet.

8. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein ringförmiger Sprengring (70) in der Hydraulikkammer (36) vorgesehen ist, um die Bewegung des Ventilschiebers (50) in dieser zu begrenzen.

9. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Strömungskanaleinrichtung durch den Ventilschieber (50) zwischen dem ersten und zweiten Steg gebildet ist, wobei zumindest ein Teil des zweiten Steges (58) zwischen dem Fluideinlaß (42) und dem Fluidauslaß (44) angeordnet ist, wenn der Fluiddruck innerhalb der Hydraulikkammer (36) unterhalb eines vorgegebenen Wertes ist.

10. Hydraulisches Druckreduzier-Steuerventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein eingebautes Druck-Rückkopplungssystem vorgesehen ist, das kontinuierlich den Rückkopplungsdruck erfaßt, der an dem Auslaß (44) herrscht, wobei die Fläche des Ventilschieberteiles (50) an seinem ersten Ende dem Querschnitt der Bohrung (41) entspricht, während der Durchmesser des zweiten Endes des Ventilschieberteiles (50) kleiner ist als die Bohrung (41), die Fluidkanaleinrichtung, die den Fluideinlaß (42) mit dem Fluidauslaß (44) verbindet, als ein Abschnitt (60) von beschränktem Durchmesser des Ventilschiebers (50) gebildet ist, der Abschnitt (62) mit vermindertem Durchmesser einen ringförmigen Stufenabschnitt (84) bildet, der dem Fluid-Rückkopplungsdruck von dem Fluidauslaß (44) ausgesetzt ist, und der Fluid-Rückkopplungsdruck auf eine kleinere Fläche des Ventilschieherteiles (50) wirkt als ein modulierter Fluiddruck der Hydraulikkammer (36).