EP1176315B1

EP1176315B1 - Steuerbares Umschaltventil

Info

Publication number: EP1176315B1
Application number: EP01111865A
Authority: EP
Inventors: Reinhold Schniederjan
Original assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: EP1176315A2; DE10035628C2; DE10035628A1; EP1176315A3; DE50104934D1

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventil mit einer Umschaltfunktion.
Aus der DE 196 42 567 C1 ist ein Druckabschneideventil bekannt, bei dem ein Stellkolben eine Druckfläche aufweist, um den Stellkolben bei Beaufschlagung mit einem an einem ersten Druckmittelanschluß herrschenden Eingangsdruck aus einer Grundstellung gegen eine von einer Druckfeder aufgebrachten Rückstellkraft proportional zu dem Eingangsdruck zu verschieben. Zur Beaufschlagung des Stellkolbens ist in Richtung der Bewegung des Stellkolbens zwischen einem Bund des Stellkolbens und dem Gehäuse des Druckabschneideventils ein Steuerraum ausgebildet, der durch eine Axial- und eine Radialbohrung in dem Stellkolben mit dem ersten Druckmittelanschluß verbunden ist. Ferner weist der Stellkolben eine erste und eine zweite Steuerkante auf. Die erste Steuerkante dient dazu, den ersten Druckmittelanschluß ab einer vorgegebenen Mindestverschiebung des Stellkolbens, die einem unteren Schwellwert des Eingangsdrucks entspricht, mit dem zweiten Druckmittelanschluß zu verbinden. Die zweite Steuerkante dient dazu, die Verbindung des ersten Druckmittelanschlusses mit dem zweiten Druckmittelanschluß und der Druckfläche ab einer vorgegebenen Maximalverschiebung des Stellkolbens, die einem oberen Schwellwert des Eingangsdrucks entspricht, zu unterbrechen.
Das aus der DE 196 42 567 C1 bekannte Druckabschneideventil hat mehrere Nachteile. Da der Abstand der beiden Steuerkanten baulich fest vorgegeben ist, ist der Druckbereich, innerhalb dessen der erste Druckmittelanschluß mit dem zweiten Druckmittelanschluß verbunden ist, konstruktiv vorgegeben. Demgemäß kann die Verbindung unterbrochen sein, obwohl es für den speziellen Betriebszustand erforderlich ist, die Verbindung, insbesondere kurzzeitig, aufrechtzuerhalten. Außerdem ist die Verbindung des Steuerraums mit dem ersten Druckmittelanschluß über die beiden Bohrungen im Stellkolben aufwendig, so daß sich der Fertigungsaufwand erhöht.
Ein Umschaltventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist weiter aus dem Dokument US-A- 4 756 156 bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Umschaltventil zu schaffen, bei dem der Steuerdruck geschaltet, insbesondere reduziert, werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen möglich.
Das erfindungsgemäße steuerbare Umschaltventil hat den Vorteil, daß die Umschaltung des von dem ersten Federelement vorgegebene maximale Umschaltdruck durch die Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung schnell und einfach erfolgen kann, wobei auch erhebliche Umschaltdruckabsenkungen präzise eingestellt werden können.
In vorteilhafter Weise ist die Vorspannung des ersten Federelements einstellbar, damit der maximale Umschaltdruck variabel vorgegeben werden kann.
In vorteilhafter Weise ist eine Anschlagfläche vorgesehen, an der ein Betätigungselement des Steuerglieds beim Betätigen der Steuerdruck-Reduktionseinrichtung anschlägt. Dadurch kann der Hub des Betätigungselements begrenzt werden, so daß die maximale Vorspannung des zweiten Federelements begrenzt ist. Dadurch kann der Betrag, um den die Umschaltdruckabsenkung maximal erfolgen kann, begrenzt werden, um einen minimalen Umschaltdruck vorzugeben. Außerdem kann der minimale Umschaltdruck präzise vorgegeben werden, was insbesondere bei einer zweistufigen Betätigung der Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung vorteilhaft ist.
Vorteilhaft ist es ferner, daß der Hub des Steuerglieds durch Verstellen der Anschlagfläche einstellbar ist.
Dadurch kann der minimale Umschaltdruck, der durch die Betätigung der Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung erreichbar ist, eingestellt werden.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Verstellung über eine Verstellschraube, die seitlich an einer bezüglich der Bewegungsrichtung des Steuerglieds geneigten Einstellfläche eines Anschlagelementes, an dem die Anschlagfläche ausgebildet ist, angreift. Dadurch ist eine konstruktiv einfach zu realisierende Verstellmöglichkeit gegeben.
Vorteilhaft ist es, daß das Anschlagelement mit einer in Richtung der Bewegung des Steuerglieds orientierten Haltefeder an der Verstellschraube gehalten wird. Dadurch ist gewährleistet, daß das Anschlagelement sich stets in der eingestellten Anschlagstellung befindet und ein Prellen, das beim vollständigen Betätigen der Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung auftreten kann, wird verhindert bzw. gedämpft.
In vorteilhafter Weise ist das Steuerglied elektromagnetisch betätigbar. Dadurch kann die Betätigung besonders schnell erfolgen, so daß eine schnelle Druckabsenkung des Umschaltdrucks erreicht werden kann. Dabei kann durch Verwenden eines Proportionalmagneten eine stufenlose Verstellung erfolgen, wodurch beliebige Druckabsenkungen erreicht werden können.
In vorteilhafter Weise ist zum Beaufschlagen des Ventilkolbens entgegen der Vorspannung des Vorspannglieds ein über eine Drossel mit der ersten Eingangsleitung verbundener Steuerraum vorgesehen. Dadurch ist die Steuerung der Umschaltung des Umschaltventils insbesondere unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Druckfluids, in dem Fall, wo die erste Eingangsleitung mit der Ausgangsleitung verbunden ist. Außerdem können dadurch kurzfristige Druckänderungen in der ersten Eingangsleitung ausgeglichen werden, wodurch die Arbeitsstabilität des steuerbaren Umschaltventils verbessert wird. Dabei ist es vorteilhaft, daß der Steuerraum in Richtung der Bewegung des Ventilkolbens einerseits von einem Bund des Ventilkolbens und andererseits von dem Ventilkörper des Umschaltventils begrenzt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen steuerbaren Umschaltventils; und
Fig. 2: eine mögliche Anwendung des in Fig. 1 beschriebenen erfindungsgemäßen steuerbaren Umschaltventils.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen steuerbaren Umschaltventils 1. Das steuerbare Umschaltventil 1 dient insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei druckführenden Leitungen im Rahmen einer Leistungssteuerung einer Hydropumpe. Dabei kann mit dem steuerbaren Umschaltventil 1 auf die druckhöhere Leitung umgeschaltet werden, um im Leerlaufbetrieb der Hydropumpe diese auf ein minimales Fördervolumen einzustellen. Das steuerbare Umschaltventil 1 eignet sich auch für andere Anwendungsfälle, z.B. als Starthilfe bei druckgeregelten Pumpen, die in der Anlaufphase von einem in Stern-Dreieck-Schaltung geschalteten Elektromotor angetrieben werden.
Das steuerbare Umschaltventil 1 weist eine erste Eingangsleitung 2, eine zweite Eingangsleitung 3 und eine Ausgangsleitung 4 auf. Die Leitungen 2, 3, 4 sind durch im Ventilkörper 5 des steuerbaren Umschaltventils 1 ausgebildete Bohrungen und gegebenenfalls geeignete Anschlußmittel, an denen Hochdruckleitungen anschließbar sind, gebildet. Der Ventilkörper 5 weist einen Hohlraum 6 auf, der einen ersten Innenraum 7, einen zweiten Innenraum 8 und einen Steuerraum 9 umfaßt. Der erste Innenraum 7 ist mit der ersten Eingangsleitung 2 verbunden, der zweite Innenraum 8 ist mit der zweiten Eingangsleitung 3 verbunden und der Steuerraum 9 ist über eine Drossel 10 mit der ersten Eingangsleitung 2 verbunden. In dem Hohlraum 6 ist zumindest teilweise ein Ventilkolben 11 angeordnet, der einen Bund 12, der einerseits an den zweiten Innenraum 8 angrenzt, einen Bund 13, der einerseits an den zweiten Innenraum 8 und andererseits an den ersten Innenraum 7 angrenzt, und einen Bund 14 aufweist, der einerseits an den ersten Innenraum 7 und andererseits an den Steuerraum 9 angrenzt.
In einem mittels einer Entlüftungsleitung 15 in einen Fluidtank 16 entlüfteten Innenraum 17 ist ein erstes Federelement 18 angeordnet, das mit einer einstellbaren Vorspannung beaufschlagt ist, wobei es sich einerseits an der Anlagefläche 19 des Ventilkörpers 5 und andererseits an der Anlagefläche 20 des Bundes 12 des Ventilkolbens 11 abstützt, so daß durch die Vorspannung des ersten Federelements 18 der Ventilkolben 11 mit einer in der Richtung 21 auf den Steuerraum 9 zeigenden Vorspannkraft beaufschlagt ist. Der zweite Innenraum 8 ist mit einem durch den Druck P_E2 der zweiten Eingangsleitung 3 beaufschlagten Druckfluid gefüllt, wobei sich die über den Bund 12 und den Bund 13 in entgegengesetzter Richtung auf den Ventilkolben 11 einwirkenden Druckkräfte, wegen der Flächengleichheit der an den Bünden 12, 13 wirksamen Flächen, gegeneinander aufheben. Entsprechend ist auch der erste Innenraum 7 mit einem Druckfluid gefüllt, das mit dem Druck P_E1 der ersten Eingangsleitung 2 beaufschlagt ist, wobei sich die über die Bünde 13, 14 auf den Ventilkolben 11 einwirkenden Druckkräfte, wegen den an diesen ausgebildeten gleich großen wirksamen Flächen, ebenfalls gegeneinander aufheben. Der Steuerraum 9 ist in der Richtung der Bewegung des Ventilkolbens 11, die parallel zu der Richtung 21 ist, einerseits von dem Bund 14 des Ventilkolbens 11 und andererseits von der an dem Vorsprung 23 des Ventilkörpers 5 ausgebildeten Fläche 22 begrenzt.
Dabei wird der Steuerraum 9 in seitlicher Richtung zumindest im wesentlichen von einer zumindest teilweise durch den Hohlraum 6 ausgebildeten Innenfläche des Ventilkörpers 5 begrenzt.
Der in dem Steuerraum 9 herrschende Druck P_E1, der gleich dem Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 ist, beaufschlagt daher den Ventilkolben 11 entgegen der Richtung 21, die gleich der Richtung der auf den Ventilkolben 11 einwirkenden, von dem ersten Federelement 18 erzeugten Vorspannkraft ist, mit einer Druckkraft, die sich aus der an dem Bund 14 des Ventilkolbens 11 ausgebildeten wirksamen Seitenfläche 24 ergibt. Das vorgespannte erste Federelement 18 gibt dabei einen Umschaltdruck vor, der, wenn keine weiteren Kräfte auf den Ventilkolben 11 einwirken, von dem Druck P_E1 des Druckfluids in dem Steuerraum 9 überschritten werden muß, damit sich der Ventilkolben 11 entgegen der Richtung 21 bewegt, um die Verbindung zwischen der ersten Eingangsleitung 2 und der Ausgangsleitung 4 mittels der Steuerkante 25 des Bundes 13 des Ventilkolbens 11 freizugeben. Unterschreitet der Druck P_E1 des Druckfluids in dem Steuerraum 9 den durch das erste Federelement 18 vorgegebenen Umschaltdruck, dann wird, indem der Ventilkolben 11 in die Richtung 21 der Vorspannkraft des ersten Federelements 18 betätigt wird, die Verbindung zwischen der zweiten Eingangsleitung 3 und der Ausgangsleitung 4 mittels der an dem Bund 13 des Ventilkolbens 11 ausgebildeten Steuerkante 26 freigegeben. In dem betrachteten Fall, d.h. wenn keine zusätzlichen Kräfte auf den Ventilkolben 11 einwirken, wird daher die zweite Eingangsleitung 3 mit der Ausgangsleitung 4 zumindest teilweise verbunden, wenn der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung kleiner als der von dem ersten Federelement 18 vorgegebenen maximalen Umschaltdruck ist, und die Ausgangsleitung 4 wird mit der ersten Eingangsleitung 2 zumindest teilweise verbunden, wenn der Druck P_E1 den besagten maximalen Umschaltdruck überschreitet.
Im quasistatischen Betrieb, d.h. wenn der durch den Abfluß von Druckfluid aus der Ausgangsleitung 4 verursachte Druckabfall vernachlässigbar ist und ausreichend Druckfluid durch die Eingangsleitungen 2, 3 nachfließt, kann bezüglich des Drucks P_A in der Ausgangsleitung 4 folgendes festgehalten werden: Wenn der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 kleiner als der von dem ersten Federelement 18 vorgegebene maximale Umschaltdruck ist, dann ist der Druck P_A in der Ausgangsleitung 4 gleich dem Druck P_E2 in der zweiten Eingangsleitung 3. Wenn hingegen der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 größer als der maximale Umschaltdruck ist, dann ist der Druck P_A in der Ausgangsleitung 4 gleich dem Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2.
Außerdem weist das steuerbare Umschaltventil 1 eine Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung 30 zum Reduzieren des durch das erste Federelement 18 vorgegebenen Umschaltdrucks auf einen reduzierten Umschaltdruck auf. Die Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung 30 umfaßt ein zweites Federelement 31 und ein von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 32 betätigbares Steuerglied 33. Die Betätigung des Steuerglieds 33 kann auch anders, z.B. elektromechanisch über einen anstelle der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 32 vorzusehenden Elektromotor, erfolgen. Bei der Betätigung des Steuerglieds 33, die entgegen der Richtung 21 der von dem ersten Federelement 18 erzeugten Vorspannkraft erfolgt, wird das zweite Federelement 31 gespannt, so daß eine die Vorspannkraft des ersten Federelements 18 zumindest teilweise kompensierende Spannkraft erzeugt wird, die zusätzlich zu der von dem in dem Steuerraum 9 unter dem Druck P_E1 stehenden Druckfluid erzeugten Druckkraft entgegen der Richtung 21 der Vorspannkraft des ersten Federelements 18 auf den Ventilkolben 11 einwirkt. Daher wird der Umschaltdruck ausgehend von dem durch das erste Federelement 18 vorgegebenen maximalen Umschaltdruck auf einen reduzierten Umschaltdruck vermindert, der von dem Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 zu erreichen ist, um das Umschaltventil in dem Sinne umzuschalten, daß die Ausgangsleitung 4 mit der ersten Eingangsleitung 2 anstelle der zweiten Eingangsleitung 3 verbunden wird.
Indem für die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 32 ein Proportionalmagnet verwendet wird, kann die Betätigung des Steuerglieds 33 stufenlos erfolgen. Bei der Betätigung des Steuerglieds 33 steht dabei ein Verstellweg zur Verfügung, der durch eine an einem Anschlagelement 35 ausgebildete Anschlagfläche 34 begrenzt ist, wodurch ein maximaler Hub h vorgegeben ist. Das Anschlagelement 35 weist eine bezüglich der Bewegungsrichtung des Steuerglieds 33, die parallel zu der Richtung 21 der Vorspannkraft ist, geneigte Einstellfläche 36 auf, an der ein abgefaster Bereich 42 einer mittels eines Gewindes in den Ventilkörper 5 geschraubten Verstellschraube 37 anliegt, wobei über eine Verstellung der Verstellschraube 37 eine Verstellung des Anschlagelementes 35 in einer Richtung, die parallel zu der Richtung 21 der Vorspannkraft des ersten Federelements 18 ist, einstellbar erfolgen kann. Durch die Verstellung des Anschlagelementes 35 mittels der Verstellschraube 37 kann der maximale Hub h des Steuerglieds 33 eingestellt werden, wodurch sich die maximale durch eine maximale Betätigung des Steuerglieds 33 erreichbare Spannung des zweiten Federelements 31, d.h. die sich maximal ergebende Reduktion des Umschaltdrucks, vorgeben läßt.
Damit das Anschlagelement 35 stets an dem abgefasten Bereich 42 der Verstellschraube 37 anliegt, wird das Anschlagelement 35 mittels einer Haltefeder 38, die sich einerseits an dem Anschlagelement 35 und andererseits an einer Verschlußplatte 39 des Ventilkörpers 5 abstützt, gegen die Verstellschraube 37 mit einer Vorspannung beaufschlagt. Dadurch wird außerdem ein Prellen des Steuerglieds 33, das beim Anschlagen des Steuerglieds 33 an der Anschlagfläche 34 auftreten kann, verhindert bzw. gedämpft. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Betätigung des Steuerglieds 33 zweistufig, d.h. die Betätigungseinrichtung 32 wird eingeschaltet oder nicht, erfolgt, da dann bei jeder Betätigung des Steuerglieds 33 ein Prellen erfolgen würde.
Durch die Verstellschraube 37 kann die axiale Position des Anschlagelementes 35, d.h. die Position, die sich durch Verschieben des Anschlagelementes 35 in einer Richtung parallel zu der Richtung 21 ergibt, exakt vorgegeben werden, so daß die Vorspannung des zweiten Federelements 31, die sich beim Anschlagen des Steuerglieds 33 an der Anschlagfläche 34 des Anschlagelements 35 einstellt, über die Federkonstante des zweiten Federelements 31 genau definiert ist. Dieser definierten Vorspannung entspricht dabei ein bestimmter Betrag, um den dann der Umschaltdruck gegenüber dem maximalen Umschaltdruck reduziert ist. Dadurch kann auch der minimal erforderliche Umschaltdruck, der von dem Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 für ein Umschalten des Umschaltventils zu erreichen ist, präzise eingestellt werden.
Um eventuell in den Innenraum 40 des Ventilkörpers 5, in dem das zweite Federelement 31, das Anschlagelement 35, die Haltefeder 38 und zumindest teilweise das Steuerglied 33 angeordnet sind, eindringendes Druckfluid abzuführen, ist der Innenraum 40 durch die Entlüftungsleitung 41 mit dem Fluidtank 16 verbunden.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße steuerbare Umschaltventil 1 als Bauteil in einer Schaltung zur Regelung einer hydraulischen Pumpe 50 als ein Verwendungsbeispiel. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt. Ferner wird bezüglich der detaillierten Beschreibung des steuerbaren Umschaltventils 1 auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.
In Fig. 2 ist die erste Eingangsleitung 2 des steuerbaren Umschaltventils 1 mit dem Hochdruckausgang 51 der hydraulischen Pumpe 50 verbunden. Dadurch wird von der hydraulischen Pumpe 50 über den Niederdruckeingang 52 Druckfluid aus dem Fluidtank 16 in die erste Eingangsleitung 2 gefördert, wobei die Förderung in diesem Ausführungsbeispiel mittelbar über die Hochdruckleitung 53 erfolgt. Dabei zweigt die erste Eingangsleitung 2 an einem Verbindungsknoten 54 von der Hochdruckleitung 53 ab.
Die zweite Eingangsleitung 3 ist mit einem als gedrosseltem 3/3-Wegeventil ausgebildeten Proportionalventil 55 verbunden. Die Eingangsleitung 56 des Proportionalventils 55 ist mit der ersten Eingangsleitung 2 des steuerbaren Umschaltventils 1, d.h. mittelbar mit dem Hochdruckausgang 51 der hydraulischen Pumpe 50, verbunden. Das Proportionalventil 55 ist ferner durch die Entlüftungsleitung 57 mit dem Fluidtank 16 verbunden.
Das Proportionalventil 55 weist die folgenden drei Schaltstellungen auf, zwischen denen, da das Proportionalventil 55 ein gedrosseltes Wegeventil ist, ein kontinuierlicher Übergang erfolgt. In der ersten Stellung ist die zweite Eingangsleitung 3 des steuerbaren Umschaltventils 1 mittels der Entlüftungsleitung 57 mit dem Fluidtank 16 verbunden, während die Eingangsleitung 56 bezüglich des Durchgangs durch das Proportionalventil 55 weggeschaltet, d.h. blockiert ist. In dieser Stellung wird daher die zweite Eingangsleitung 3 drucklos geschaltet. In der zweiten Stellung, d.h. in der Mittelstellung, des Proportionalventils 55 wird die zweite Eingangsleitung 3 über eine Drossel mit der Entlüftungsleitung 57 mit dem Fluidtank 16 verbunden und über eine weitere Drossel mit der Eingangsleitung 56 des Proportionalventils 55 mit der ersten Eingangsleitung 2 des steuerbaren Umschaltventils 1 verbunden. Daher wird in der zweiten Stellung des Proportionalventils 55 die zweite Eingangsleitung 3 mit einem Druck zwischen dem Druck in der Entlüftungsleitung 57 und dem Druck in der Eingangsleitung 56 beaufschlagt, wobei im quasistatischen Betrieb der Druck in der zweiten Eingangsleitung 3 vorzugsweise gleich dem halben Druck in der Eingangsleitung 56 ist. In der dritten Stellung des Proportionalventils 55 wird die Eingangsleitung 56 mit der zweiten Eingangsleitung 3 verbunden, während die Entlüftungsleitung 57 weggeschaltet, d.h. blockiert ist. Dadurch wird die Eingangsleitung 56 vorzugsweise nahezu ungedrosselt mit der zweiten Eingangsleitung 3 verbunden. Dadurch stellt sich in der zweiten Eingangsleitung 3 des steuerbaren Umschaltventils 1 zumindest im quasistatischen Betrieb und zumindest im wesentlichen der gleiche Druck wie in der Eingangsleitung 56 des Proportionalventils 55, d.h. wie in der ersten Eingangsleitung 2 bzw. in der Hochdruckleitung 53, ein.
Das Proportionalventil 55 weist eine steuerbare magnetische Verstelleinrichtung 58 auf, die das Proportionalventil 55 zum Verstellen mit einer Verstellkraft beaufschlagt. Außerdem wirkt auf das Proportionalventil 55 ein mit einem Zylinderkolben 59 verbundenes Verstellelement 60 über eine Leistungsregelungseinheit 61 ein. In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Leistungsregelungseinheit 61 zwei einstellbare Federn 62, 63, wobei bis zu einem bestimmten Verstellweg nur die Feder 63 betätigt wird und ab diesem die Federn 62 und 63 parallel zueinander betätigt werden, so daß sich eine Federkonstante ergibt, die gleich der Summe der Federkonstanten der Federn 62, 63 ist. Dadurch wird in einfacher Weise eine Leistungsregelung geschaffen, bei der das Fördervolumen der hydraulischen Pumpe 50 näherungsweise hyperbolisch mit dem Förderdruck der hydraulischen Pumpe 50 abnimmt, falls die hydraulische Pumpe 50 im Arbeitsbetrieb geschaltet ist, wie es in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt wird.
Der Zylinderkolben 59 ist in einer Zylinderbohrung 64 angeordnet, die mit der Eingangsleitung 2 und der Hochdruckleitung 53 verbunden ist, so daß die Zylinderbohrung 64 mit von dem Druck des Hochdruckausgangs 51 der Pumpe 50 beaufschlagten Druckfluid gefüllt ist. Der Zylinderkolben 59 ist in der Zylinderbohrung 64 parallel zu einer Verschieberichtung 65 verschiebbar und mittels eines starren Übertragungselements 66 mit der Schwenkscheibe 67 der hydraulischen Pumpe 50 verbunden, wobei bei einer Bewegung des Zylinderkolbens 59 in der Verschieberichtung 65 die hydraulische Pumpe 50 in Richtung abnehmenden Fördervolumens verschwenkt wird. Außerdem ist die Schwenkscheibe 67 mit einem weiteren Übertragungselement 68 mit einem in einer Zylinderbohrung 69 in einer Richtung parallel zu der Verschieberichtung 71 verschiebbaren Zylinderkolben 70 verbunden, wobei bei einer Verschiebung des Zylinderkolbens 70 die Pumpe 50 in Richtung abnehmenden Fördervolumens verschwenkt wird. Dabei ist die Verschiebung der Zylinderkolben 59, 70 in den Richtungen 65, 71 insbesondere durch die Übertragungselemente 66, 68 und die Schwenkscheibe 67 miteinander verknüpft, so daß sich die Neigung der Schwenkscheibe 67 und somit das Fördervolumen der hydraulischen Pumpe 50 in Abhängigkeit des Drucks des Druckfluids in der Zylinderbohrung 64 und des Drucks des Druckfluids in der Zylinderbohrung 69 als Gleichgewichtszustand einstellt. Bei der Betrachtung der durch die Drücke erzeugten auf die Schwenkscheibe 67 einwirkenden Drehmomente sind dabei auch die an den Zylinderkolben 59, 70 ausgebildeten wirksamen Flächen 72 bzw. 73 und die Abstände, in denen die Verstellkräfte an der Schwenkscheibe 67 in Bezug zu deren Drehachse angreifen, zu berücksichtigen, wobei ferner durch das Proportionalventil 55 und die Leistungsregelungseinheit 61 ein zusätzliches Drehmoment aufgebracht wird. In den Extremstellungen der hydraulischen Pumpe 50, d.h. bei maximalem bzw. minimalem Fördervolumen, kann auch der Fall auftreten, daß eine zumindest kleine Änderung des Druckes des Druckfluids in zumindest einer der Zylinderbohrungen 64, 69 keine Einwirkung auf die Neigung der Schwenkscheibe 67 hat.
Im Arbeitsbetrieb der hydraulischen Pumpe 50 ist, wie oben, insbesondere in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, der Druck P_A in der Ausgangsleitung 4 gleich dem Druck P_E2 in der zweiten Eingangsleitung 3, der sich in Abhängigkeit von der Stellung des Proportionalventils 55 zwischen dem Druck in der Entlüftungsleitung 57, d.h. vorzugsweise nahezu verschwindendem Druck, und dem Förderdruck der Pumpe 50, der gleich dem Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 ist, bewegt, falls der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 den von dem ersten Federelement 18 des steuerbaren Umschaltventils 1 vorgegebenen maximalen Umschaltdruck nicht überschreitet. Der Betrieb der Pumpe 50 erfolgt dann leistungsgeregelt. Wenn der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2 den vorgegebenen maximalen Umschaltdruck übersteigt, dann schaltet das steuerbare Umschaltventil 1 um, so daß der Druck P_A in der Ausgangsleitung 4, der gleich dem Druck des Druckfluids in der Zylinderbohrung 69 ist, gleich dem Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung 2, d.h. gleich dem Förderdruck der Pumpe 50 ist. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wirken die von den Zylinderkolben 59, 70 auf die Schwenkscheibe 67 übertragenen Verstellkräfte an zumindest im wesentlichen gleich weit von dem Drehpunkt der Schwenkscheibe 67 beabstandeten Punkten auf die Schwenkscheibe 67 ein, wodurch schon aufgrund der gegenüber der Fläche 72 des Zylinderkolbens 59 größeren Fläche 73 des Zylinderkolbens 70 die Zylinderkolben 59, 70 in den Verschieberichtungen 65, 71 zum Verschwenken der Schwenkscheibe 67 in Richtung minimalem Fördervolumens verschoben werden.
Im Ergebnis ergibt sich eine durch das Federpaket 62, 63 angenäherte Leistungsregelung, die den von der Pumpe 50 erzeugten Förderdruck durch Verringern des Fördervolumens auf ein vorzugsweise näherungsweise verschwindendes Fördervolumen auf den durch das erste Federelement 18 vorgegebenen maximalen Umschaltdruck begrenzt.
Die Pumpe 50 ist über ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Stellventil 80 mit einem Verbraucher 81 verbunden. Der Verbraucher 81 kann z.B. ein hydraulischer Motor sein. Das Stellventil 80 ist einerseits durch die Hochdruckleitung 53 mit der Pumpe 50 und andererseits durch die Leitungen 82, 83 mit dem Verbraucher 81 verbunden. Zum Verstellen des Stellventils in einer seiner drei Stellungen sind vorzugsweise elektromagnetische Schalter 84, 85 vorgesehen.
Die drei Stellungen des Stellventils 80 sind im folgenden näher beschrieben. In der ersten Stellung wird die Hochdruckleitung 53 mit der Leitung 82 verbunden, um Druckfluid mittels der Pumpe 50 zu dem Verbraucher 81 zu fördern, und die Leitung 83 mit der Entlüftungsleitung 86 verbunden, um das von dem Verbraucher 81, insbesondere zur Erzeugung von Arbeit, verbrauchte Druckfluid in den Fluidtank 16 zurückzuführen. In der dritten Stellung des Stellventils 80 ist die Verbindung der Leitungen 53, 86 mit den Leitungen 82, 83 umgekehrt, d.h. die Hochdruckleitung 53 ist mit der Leitung 83 verbunden und die Leitung 82 ist mit der Leitung 86 verbunden. Dadurch wird das Druckfluid von der Pumpe 50 in die Leitung 83 gefördert, während der Rücklauf des Druckfluids in den Fluidtank 16 über die Leitungen 82, 86 erfolgt. Auf diese Weise kann z.B. die Drehrichtung eines als Hydropumpe ausgebildeten Verbrauchers 81 geändert werden. In der zweiten Stellung des Stellventils 80 wird die Hochdruckleitung 53 weggeschaltet, d.h. die Verbindung der Hochdruckleitung 53 mit der Leitung 82 bzw. 83 wird unterbrochen. Ferner sind in der zweiten Stellung des Stellventils 80 die Leitungen 82, 83 zusammengeführt und mittels der Entlüftungsleitung 86 mit dem Fluidtank 16 verbunden. Somit wird in der zweiten Stellung des Stellventils 80 die Pumpe 50 von dem Verbraucher 81 weggeschaltet und der Öldruck des Verbrauchers 81 wird auf den beiden Leitungen 82, 83 entlastet.
In der zweiten Stellung des Stellventils 80, d.h. wenn der Verbraucher 81 weggeschaltet ist, würde die Hydropumpe 50 zunächst grundsätzlich weiterfördern, bis der Förderdruck den durch das erste Federelement 18 vorgegebenen Maximaldruck erreicht. Dieser Maximaldruck würde dann an den Bauteilen (z.B. 1, 55, 64, 69) und Leitungen (z.B. 2, 4, 53) anliegen, was nachteilig ist, da der unverhältnismäßig hohe maximale Förderdruck nicht benötigt wird und die Bauteile und Leitungen zusätzlich belastet werden.
Durch das erfindungsgemäße steuerbare Umschaltventil 1 werden diese Nachteile bei dem anhand der Fig. 2 beschriebenen Verwendungsbeispiel wie folgt vermieden. Wenn das Stellventil 80 in die zweite Stellung, d.h. in die Stellung, in der der Verbraucher 81 weggeschaltet ist, gestellt wird, wird zugleich das steuerbare Umschaltventil 1 mittels der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 32 angesteuert, um, wie anhand der Fig. 1 bereits beschrieben, den durch das erste Federelement 18 vorgegebenen maximalen Umschaltdruck zu reduzieren. Beispielsweise kann bei einem Hub h des Ankers 33 von 2 mm die Druckbegrenzung um 300 bar abgesenkt werden. Durch die Druckabsenkung schaltet das Umschaltventil 1 bereits ab einem reduzierten Umschaltdruck P_E1 der ersten Eingangsleitung, der erheblich geringer als der durch das erste Federelement 18 gegebene maximale Umschaltdruck ist, die erste Eingangsleitung 2 auf die Ausgangsleitung 4, so daß die hydraulische Pumpe 50 bereits ab dem reduzierten Umschaltdruck in Richtung minimaler Fördermenge verschwenkt wird. Das heißt, die Druckbegrenzung im Rahmen der von der Leistungsregelungseinheit 61 vorgegebenen Leistungsregelung erfolgt bereits ab dem reduzierten Umschaltdruck.
Dadurch fördert die hydraulische Pumpe 50 nur dann mit der durch die Leistungsregelung 61 vorgegebenen vom Verbraucher 81 benötigten größeren Leistung, wenn der Verbraucher 81 durch das Stellventil 80 zugeschaltet wird. Dadurch kann die Belastung der Bauteile und Leitungen erheblich verringert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß der im Rahmen der Leistungsregelung vorgegebene Förderdruck im allgemeinen geringer als der von dem ersten Federelement 18 vorgegebene maximale Umschaltdruck ist, während dieser ohne Verwendung des steuerbaren Umschaltventils 1 beim Wegschalten des Verbrauchers 81 regelmäßig erreicht wird. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen steuerbaren Umschaltventils 1 wird in diesem Fall jedoch nur der reduzierte Umschaltdruck erreicht.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Außerdem eignet sich das erfindungsgemäße Umschaltventil für verschiedenste Anwendungen, insbesondere im Bereich der Hydraulik und speziell im Bereich der Ölhydraulik.

Claims

Steuerbares Umschaltventil (1) mit
einer ersten Eingangsleitung (2), einer zweiten Eingangsleitung (3) und einer Ausgangsleitung (4),
einem ersten Federelement (18), das auf einen Ventilkolben (11) einwirkt, zum Vorgeben eines maximalen Umschaltdrucks
wobei der Ventilkolben (11) die Ausgangsleitung (4) mit der ersten Eingangsleitung (2) verbindet, wenn der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung (2) größer als der Umschaltdruck ist und
der Ventilkolben (11) die Ausgangsleitung (4) mit der zweiten Eingangsleitung (3) verbindet, wenn der Druck P_E1 in der ersten Eingangsleitung (2) kleiner als der Umschaltdruck ist, gekennzeichnet durch
eine entgegen dem ersten Federelement (18) auf den Ventilkolben (11) einwirkenden Umschaltdruck-Reduktionseinrichtung (30), die ein betätigbares Steuerglied (33) und ein zweites Federelement (31) aufweist, zum Reduzieren des durch das erste Federelement (18) vorgegebenen Umschaltdrucks auf einen reduzierten Umschaltdruck durch Spannen des zweiten Federelementes (31).
Steuerbares Umschaltventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorspannung des ersten Federelementes (18) einstellbar ist.
Steuerbares Umschaltventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Anschlagfläche (34) vorgesehen ist, an der das Steuerglied (33) beim Betätigen der Umschaltdruckreduktionseinrichtung (30) anschlägt.
Steuerbares Umschaltventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hub (h) des Steuerglieds (33) durch Verstellen der Anschlagfläche (34) einstellbar ist.
Steuerbares Umschaltventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstellung über eine Verstellschraube (37) erfolgt, die seitlich an einer bezüglich der Bewegungsrichtung des Steuerglieds (33) geneigten Einstellfläche (36) eines Anschlagelementes (35), an dem die Anschlagfläche (34) ausgebildet ist, angreift.
Steuerbares Umschaltventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Anschlagelement (35) mit einer in Richtung der Bewegung des Steuerglieds (33) orientierten Haltefeder (38) an der Verstellschraube (37) gehalten wird.
Steuerbares Umschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuerglied (33) elektromagnetisch betätigbar ist.
Steuerbares Umschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Beaufschlagen des Ventilkolbens (11) entgegen der Vorspannung des ersten Federelements (18) ein über eine Drossel (10) mit der ersten Eingangsleitung (2) verbundener Steuerraum (9) vorgesehen ist.
Steuerbares Umschaltventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerraum (9) in Richtung der Bewegung des Ventilkolbens (11) einerseits von einem Bund des Ventilkolbens (11) und andererseits von dem Ventilkörper (5) des Umschaltventils (1) begrenzt ist.
Steuerbares Umschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigung der Umschaltdruckreduktionseinrichtung (30) zweistufig erfolgt.