DE3731297C1 - Schaltventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltventilanordnung zur wechselweisen Druckbeaufschlagung zumindest zweier Druckräume, wie z. B. zweier Arbeitsräume von Arbeitszy­ lindern, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Schaltventilanordnung wird z. B. benötigt, um Arbeitszylinder wechselweise zu schalten. Zu diesem Zweck wurde bislang zur wechselweisen Schaltung zweier Zylinder ein 4/2-Magnetschaltventil verwendet, wie es in Fig. 1, auf die bereits jetzt zur besseren Erläuterung Bezug genommen wird, mit dem Bezugszeichen 2 dargestellt ist. Mit 4 bzw. 6 sind die Druckversorgungsleitungen zu den Zylindern Z 1 und Z 2 bezeichnet.

Um der weiteren Aufgabe gerecht zu werden, beide Zylinder gleichzeitig vom Systemdruck zu entlasten, ist eine den Systemdruck p führende Druckleitung 8 über ein 3/2-Weg­ eventil 10 geführt, dessen Ventilschieber gegen die Kraft einer Stellfeder 12 entweder mit dem Tankdruck oder mit einem Steuerdruck p′′ in einer Steuerdruckleitung 14 beauf­ schlagbar ist. Wenn kein Steuerdruck p′′ anliegt wird der Ventilschieber in der Schaltstellung A gehalten, so daß der Systemdruck p in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Magnetschaltventils 2 auf einen der beiden Zylinder Z 1 oder Z 2 gegeben wird. Wenn die Steuerdruckleitung 14 von Tank auf den Steuerdruck p′′ geschaltet wird, wird der Ventilschieber des 3/2-Wegeventils 10 in die Schaltstell­ ung B gebracht, in der eine Speiseleitung 18 gesperrt und die Druckleitung 8 mit einer Tankanschlußleitung 16 ver­ bunden wird.

Um die vorstehend beschriebenen Funktionen erfüllen zu können, ist bei herkömmlichen Schaltventilanordnungen somit ein relativ großer Bauraum erforderlich, was sich auch auf die Herstellungskosten derartiger Ventilanord­ nungen auswirkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zu schaffen, die die geforderten Funktionen reproduzierbar und störsicher unter Minimierung des Bau­ raums und der Herstellungskosten erfüllt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungs­ gemäß wird ein einziges magnet- und druckbetätigtes Ventil zur Ansteuerung der Druckräume herangezogen, wobei sich die Wirkungen des Steuerdrucks und der Schaltmagnetein­ richtung in vorbestimmter Weise überlagern, um der Schalt­ kolbenanordnung definierte und sauber voneinander getrenn­ te Schaltstellungen zuzuordnen. Weil durch die erfindungs­ gemäße Gestaltung nur noch ein Schaltventil erforderlich ist, wird der von der Ventilanordnung in Anspruch genom­ mene Bauraum erheblich reduziert. Die dadurch ermöglichte Materialersparnis wiederum trägt zu einer Verringerung der Herstellungskosten bei, die dadurch noch geringer gehalten werden, daß eine Ventilgehäusebohrung eingespart wird. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Ventilanordnung die beim Durchströmen der Ventilanordnung auftretenden Druckverluste verringert werden. Dies ist insbesondere für die Verwendung in Niederdruck-Hydraulik-Versorgungskreisen von Bedeutung, da in diesem Fall kurzzeitig enorme Volu­ menströme in der Größenordnung bis zu 20 l/min auftreten können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ventil­ anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 wird der Auf­ bau der Ventilanordnung zusätzlich vereinfacht, da ledig­ lich eine Seite der Schaltkolbenanordnung im Hinblick auf die Ansteuerung durch die Schaltmagneteinrichtung und den Steuerdruck gestaltet werden muß.

Grundsätzlich ist es möglich, die Schaltkolbenanordnung mehrteilig auszubilden. Die Ausbildung gemäß Patentan­ spruch 3 reduziert jedoch zusätzlich die Anzahl der Bau­ teile.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 4 lassen sich die einzelnen Schaltstellungen mit einfachen Maßnahmen, d.h. mit geringem Aufwand trennen. Denn der Steuerdruck p′′ kann in diesem Fall unabhängig von der momentanen Lage des Schaltkolbens an diesem wirksam werden, beeinträchtigt jedoch die Ansteuerung der Schaltkolbenanordnung durch die Schaltmagneteinrichtung nicht.

Eine bevorzugte Verwendung der Schaltventilanordnung ist Gegenstand des Patentanspruchs 8. In einer derartigen Getriebesteuerung beispielsweise für ein Traktorgetriebe müssen von der Schaltventilanordnung Volumenströme in der Größenordnung von etwa 18 bar gesteuert werden. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Schaltventilanord­ nung dieser Anforderung mit erheblich verringerten Ener­ gieverlusten gerecht wird.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen meh­ rere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Schaltventilanordnung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltventilanordnung;

Fig. 3A bis 3C schematische Schnittansichten eines erfin­ dungsgemäßen Schaltventils in der Aus­ führung als 4/3-Schaltventil, wobei zur Vereinfachung der Darstellungen in den Fig. 3B und 3C die Schaltmagneteinrichtung nicht mehr dargestellt ist;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Hydraulik-Steuer­ kreises mit integrierter Schaltventilanordnung gem. Fig. 2 und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Teils eines Ventilgehäuses, in dem das Schaltventil gemäß Fig. 3 untergebracht ist.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltventilanordnung für die wechselweise Schaltung zweier Zylinder Z 1 und Z 2 dargestellt. Sie ist von einem 4/3-Schaltventil 22 gebil­ det, dessen Schaltkolbenanordnung in Form eines Ventil­ schiebers in der einen Richtung - nach links in Fig. 2 - von einer Rückstellfeder 32 und in der entgegengesetzten Richtung vom Steuerdruck p′′ in der Steuerdruckleitung 34 beaufschlagbar ist. Zusätzlich wird der Ventilschieber von einer Schaltmagneteinrichtung 44 angesteuert, die auf derselben Seite wie der Steuerdruck p′′ auf den Ventil­ schieber einwirkt. Dies muß jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein.

Die Schaltstellungen des Ventils 22 sind mit A, B und C bezeichnet. In der Schaltstellung A, die eine von der Rückstellfeder 32 bestimmte Anschlagstellung sein kann, wird die zum Zylinder Z 1 führende Druckversorgungsleitung 24 mit einer einen Systemdruck führenden Speiseleitung 38 verbunden. In diesem Zustand ist die Steuerdruckleitung 34 auf Tank geschaltet und die Schaltmagneteinrichtung ist nicht aktiviert. Eine Druckversorgungsleitung 26 für den Zylinder Z 2 ist an eine Tankleitung 36 angeschlossen.

Wenn die Schaltmagneteinrichtung 44 aktiviert wird, nimmt der Ventilschieber die Schaltstellung B ein, in der die Druckversorgungsleitung 26 mit dem Systemdruck p versorgt und die Druckversorgungsleitung 24 auf Tank gelegt wird. In der Steuerdruckleitung 34 ist der Steuerdruck p′′ noch nicht wirksam.

Wenn die nicht näher dargestellten Druckräume der Zylinder Z 1 und Z 2 zur gleichen Zeit entlastet werden sollen, wird auf die Steuerdruckleitung 34 der Steuerdruck p′′ gegeben, der so abgestimmt ist, daß er das Ventil 22 unabhängig von der momentanen Schaltstellung in die dritte, separate Schaltstellung C verschiebt, die vorzugsweise eine An­ schlagstellung darstellt. In dieser Schaltstellung C sind beide Druckversorgungsleitungen 24 und 26 entlastet und die Speiseleitung 38 gesperrt.

In den Fig. 3A bis 3C sind die drei Schaltstellungen A, B und C einer Ausführungsform des 4/3-Schaltventils im einzelnen gezeigt. In einem Ventilgehäuse 50 ist eine Bohrung 52 zur Aufnahme eines Schaltkolbens 54 vorgesehen, der fünf Steuerkanten 56, 58, 60, 62 und 64 hat, die mit entsprechenden Ventilanschlüssen zusammenwirken. Diejeni­ gen Hydraulikleitungen und -anschlüsse, die den Leitungen und Anschlüssen gemäß Fig. 2 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen.

Die Bohrung 52 ist als Blindbohrung ausgeführt und nimmt im Bohrungsgrund eine Rückstellfeder 66 auf. Die Bohrung ist auf der in Fig. 3 rechten Seite von einer - lediglich in Fig. 3A dargestellten - einschraubbaren Schaltmagnet­ einrichtung 84 verschlossen, in die ein Stellfortsatz 68 hineingeführt ist. Zwischen einem Kolbenbund 70 und einem Gehäuse 86 des in Öl arbeitenden Schaltmagneten 88 wird eine Steuerdruckkammer 72 ausgebildet, die an die Steuer­ druckleitung 34 angeschlossen ist. Der Stellfortsatz 68 steht in Funktionseingriff mit dem Schaltmagneten 88, über den der Schaltkolben stufenweise aus der in Fig. 3A gezeigten Stellung in die Stellung gemäß Fig. 3B bringbar ist.

In der Schaltstellung A gemäß Fig. 3A ist die Steuerdruck­ kammer 72 drucklos, und die Schaltmagneteinrichtung 84 ist nicht aktiviert. Die Steuerkante 58 steuert eine Verbin­ dung zwischen der Tankleitung 36 und der Druckversorgungs­ leitung 26 auf. Über die Steuerkante 62 wird die System­ druck-Speiseleitung 38 mit der Druckversorgungsleitung 24 verbunden.

Wenn die Schaltmagneteinrichtung 84 aktiviert wird, wird der Schaltkolben 54 nach links in die in Fig. 3B darge­ stellte Lage verschoben, in der die Steuerkante 58 die Verbindung zwischen der Druckversorgungsleitung 26 und dem Tank schließt und die Steuerkante 60 die Verbindung zwi­ schen der Speiseleitung 38 und der Leitung 26 aufsteuert. Gleichzeitig wird die Druckversorgungsleitung 24 über die Steuerkante 64 auf Tank geschaltet.

Zur Druckentlastung beider Zylinder Z 1 und Z 2 wird die Steuerdruckleitung 34 mit einem Steuerdruck p′′ gespeist. Hierdurch wird der Schaltkolben 54 weiter nach links in die in Fig. 3C dargestellte weitere separate Schaltstellung C verschoben, in der der Schaltkolben mit einem Kolbenbund 74 an einer Bohrungsstufe 76 anliegt. In dieser Schalt­ stellung steuern die Steuerkanten 56 und 62 jeweils die Druckversorgungsleitungen 26 und 24 zum Tank auf. Die Steuerkanten 58 und 60 verschließen die den Systemdruck führende Speiseleitung 38.

Bevorzugterweise ist der Funktionseingriff zwischen Schaltmagneteinrichtung 84 und Stellfortsatz 68 so ge­ wählt, daß er der Verschiebebewegung des Schaltkolbens 54 in die Schaltstellung C keinen Widerstand entgegensetzt. Dies kann dadurch realisiert werden, daß der Schaltmagnet 88 in Öl arbeiten kann, so daß eine Dichtung des Stell­ fortsatzes 68 nach außen entfallen kann.

Wenn der Steuerdruck p′′ nicht weiter angelegt wird, wird der Schaltkolben 54 durch die Kraft der Rückstellfeder 66 in diejenige Schaltstellung verschoben, die dem gerade vorliegenden Akivierungszustand der Schaltmagneteinrich­ tung entspricht.

In Fig. 4 ist ein Hydraulik-Steuerkreis dargestellt, in den die vorstehend beschriebene Schaltventilanordnung in vor­ teilhafter Weise eingegliedert werden kann. Der Steuer­ kreis, der mit dem Bezugszeichen 78 versehen ist, ist Teil einer Getriebesteuerung eines Lastschaltgetriebes,wie es beispielsweise bei Traktoren Anwendung finden kann. In diesem Fall dient das 4/3-Schaltventil 22 zur wechselwei­ sen Ansteuerung zweier Kupplungen C 1 und C 2. Die den Bauteilen gemäß Fig. 2 und 3 entsprechenden Teile sind wiederum mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Die in der Fig. 4 dargestellte Schaltstellung A nimmt das Schaltventil 22 ein, wenn die Steuerdruckleitung 34 über ein 3/2-Wegeventil 80 auf Tank geschaltet und die Schalt­ magneteinrichtung 44 nicht aktiviert ist. In dieser Schaltstellung wird die Kupplung C 2 eingerückt, während die Kupplung C 1 ausgerückt bleibt.

Bei Aktivierung der Schaltmagneteinrichtung 44 erfolgt eine Umsteuerung der Kupplungen C 1 und C 2.

In der weiteren Schaltstellung des 3/2-Schaltventils 80 wird in der Steuerdruckleitung 34 ein Steuerdruck p′′ auf­ gebaut, so daß beide Kupplungen C 1 und C 2 entlastet wer­ den.

In Fig. 5 ist gezeigt, wie das Schaltventil 22 und das 3/2-Wegeventil 80 gemäß Fig. 4 in ein gemeinsames Ventil­ gehäuse 90 integriert werden können. Das Schaltventil 22 ist wiederum als 4/3-Schaltventil in der gleichen Weise wie in Fig. 3A gezeigt ausgeführt. Vergleichbare Teile sind daher mit identischen Bezugszeichen versehen. Über einen Ventilschieber 92 des Wegeventils 80 erfolgt eine Absperrung des Systemdruckes p im Speiseleitungsbe­ reich 38 von einem Ringraum 94, der mit der Steuerdruck­ leitung 34 in Verbindung steht. Wenn der Ventilschieber 92 gemäß Fig. 5 nach rechts bewegt wird, wird die Steuer­ druckleitung 34 mit Systemdruck p versorgt, der dann in der Steuerdruckkammer 72 wirksam werden kann.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. So ist es beispielsweise möglich, daß mehr als zwei Druckräume wechselweise geschaltet werden. Es ist auch nicht erfor­ derlich, daß der Schaltkolben in End-Anschlagstellungen verschoben wird. Vielmehr können diese Stellungen auch auf andere Weise stabilisiert werden.

Die Schaltkolbenanordnung kann auch mehrteilig aufgebaut und in einer einzigen Bohrung untergebracht sein. Schließ­ lich ist es auch möglich, daß die Schaltmagneteinrichtung 44 an einer anderen Stelle an der Schaltkolbenanordung angreift.

Die Erfindung schafft somit eine Schaltventilanordnung zur wechselweisen Druckbeaufschlagung zumindest zweier Druckräume von Arbeitsaggregaten einerseits und zur gleichzeitigen Druckentlastung der Druckräume anderer­ seits, wobei zur Umschaltung eines hydraulischen System­ drucks auf die jeweiligen Druckräume eine Schaltmagnetein­ richtung dient und zur Druckentlastung ein Steuerdruck an die Schaltventilanordnung anlegbar ist. Zur Minimierung des Bauraums und der Herstellungskosten besteht die Schaltventilanordnung aus einem einzigen Schaltventil, dessen Schaltkolbenanordnung gegen die Kraft einer Rück­ stelleinrichtung vom Steuerdruck beaufschlagbar und über die Schaltmagneteinrichtung in Zwischen-Schaltstellungen bringbar ist.

Claims (8)

1. Schaltventilanordnung zur wechselweisen Druckbeauf­ schlagung zumindest zweier Druckräume, insbesondere zweier Arbeitsräume von Arbeitszylindern, einerseits und zur gleichzeitigen Druckentlastung dieser Druckräume anderer­ seits, wobei zur Umschaltung eines Hydraulik- System­ drucks auf die entsprechenden Druckräume ein von einer Schaltmagneteinrichtung angesteuerter Ventilschieber vor­ gesehen ist und zur Druckentlastung ein Steuerdruck gegen die Kraft einer Rückstelleinrichtung an die Schaltventil­ anordnung anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltventilanordnung von einem einzigen Schaltventil (22) gebildet ist, dessen Schaltkolbenanordnung (54) gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung (32; 66) vom Steuer­ druck (p′′) beaufschlagbar und über die Schaltmagnetein­ richtung (44; 84) in zumindest eine Zwischen-Schalt­ stellung (B) bringbar ist.

2. Schaltventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck (p′′) und die Schalt­ magneteinrichtung (44; 84) mit derselben Seite der Schalt­ kolbenanordnung (54) in Funktionseingriff bringbar sind.

3. Schaltventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkolbenanordnung von einem einzigen Schaltkolben (54) gebildet ist.

4. Schaltventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkolbenanord­ nung (54) durch die Schaltmagneteinrichtung (44; 84) sequentiell in die einzelnen, die verschiedenen Druckräume (Z 1, Z 2) mit Systemdruck (p) beaufschlagenden Stellungen (A, B) und bei Anliegen des Steuerdrucks (p′′) in eine separate Stellung (C), vorzugsweise Anschlagstellung, bringbar ist.

5. Schaltventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur wechselweisen Schaltung zweier Druckräume (Z 1, Z 2) das Schaltventil von einem 4/3-Schaltventil (22) gebildet ist.

6. Schaltventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltstel­ lung (A), in der ein erster Druckraum (Z 1) mit System­ druck (p) beaufschlagt wird, von der Rückstelleinrichtung (32; 66), die zumindest eine weitere Schaltstellung (B), in der die Umschaltung des Systemdrucks (p) auf den zumin­ dest einen weiteren Druckraum (Z 2) erfolgt, von der Schaltmagneteinrichtung (44; 84), und die separate weitere Schaltstellung (C) vom Steuerdruck (p′′) bestimmt ist.

7. Schaltventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrich­ tung von einer Rückstellfeder (32; 66) gebildet ist.

8. Schaltventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Steuerkreis (78) für ein Lastschaltgetriebe zur Versorgung zumindest zweier Schaltkupplungen (C 1, C 2) mit einem Systemdruck (p) bis etwa 20 bar.