-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckreduzierventil zum
Reduzieren des Druckes in den Schaltungen von doppelt
wirksamen, geschlossenen Hydrauliksystemen mit einem abhängigen
Betätigungsorgan und einem Hauptbetätigungsorgan, wenn das
Hauptbetätigungsorgan nicht bedient ist, mit einem
Ventilgehäuse, das einen ersten Sitz aufweist, der zwei Räume
bildet, wobei der erste Raum derart angeordnet ist, daß er
mit der ersten Schaltung in Verbindung steht, und wobei der
zweite Raum derart angeordnet ist, daß er mit einem
Reservoir für Hydraulikfluid in Verbindung steht, wobei in dem
ersten Raum ein erster Ventilkörper und eine erste Feder
vorgesehen sind, von der das eine Ende gegen einen Abschnitt
des Gehäuses anliegt und das andere Ende gegen den
Ventilkörper anliegt, und wobei der Ventilkörper derart angeordnet
ist, daß er in der einen Richtung bewegt wird, um abdichtend
gegen den Sitz anzuliegen, und zwar unter dem Einfluß der
Kraft, die von dem Druck des Fluids in der ersten Schaltung
und der Kraft der ersten Feder ausgeübt wird, und wobei der
Ventilkörper in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird
unter dem Einfluß eines Öffnungskörperabschnitts, der
seinerseits von dem Druck des Fluids in der zweiten
Schaltung beeinflußt wird.
-
Ventile des Standes der Technik dieses Typs werden zum
Beispiel in Verbindung mit Gangschaltungssystemen für
Kraftfahrzeuge verwendet, bei denen die Gangumschaltkräfte von
dem Fahrgastraum über ein Hydrauliksystem dieses Typs auf
das Getriebe übertragen werden.
-
Da die Kraftübertragung dabei ohne jegliche Art einer
Servoanordnung ausgeführt wird, d.h. der Druck, der in den Rohren
zur Bewegung des abhängigen Betätigungsorgans erzeugt wird,
durch Bewegung des Schalthebels von Hand aufgebracht wird,
darf die Reibung zwischen den beweglichen Komponenten des
Systems nicht übermäßig groß sein, damit auch die
erforderliche Handkraft nicht übermäßig hoch zu sein braucht.
-
Wenn man das System so beläßt und die Temperatur in dem
Hydraulikfluid ansteigt, findet bei dem Druck des
Hydraulikfluids in den Schaltungen bzw. Hydraulikkreisen des Systems
ein Anstieg statt. Dies führt zu einen Anstieg der Kraft, so
daß dieses Fluid die Dichtungen zwischen den beweglichen und
den stationären Komponenten des Systems beeinflußt, sowie zu
einem Anstieg der Kraft, die zur Erzielung einer Bewegung
dieser beweglichen Komponenten aufgebracht werden muß, was
einen Nachteil darstellt.
-
Wenn ein Ventil dieser Art verwendet wird, dann wird der
Ventilkörper von seinem Sitz abgehoben, wenn der Druck aus
dem genannten Grund einen definierten Wert übersteigt.
Dadurch kann Fluid aus der einen Schaltung zu einem
Reservoir fließen, und der Druck des Fluids in der Schaltung wird
reduziert. Da die beiden Schaltungen nur durch einen Kolben
getrennt sein können, der in dem Hauptzylinder frei
beweglich ist, findet auch eine Reduzierung des Druckes des
Fluids in der zweiten Schaltung statt.
-
Die zum Betätigen des Systems erforderliche Kraft läßt sich
somit auf einem moderaten Pegel halten.
-
Das Ventil erzeugt jedoch eine Fluidströmung von nur einer
der Schaltungen zu dem Reservoir. Wenn der Schalthebel des
Fahrzeugs in seiner neutralen Position angeordnet ist, kann
es somit zu der Situation kommen, daß der Schalthebel aus
seiner normalen Position in Relation zu dem Fahrersitz
wegbewegt wird, und dies kann für den Fahrer unangenehm sein.
Eine weitere Situation, die entstehen kann, besteht darin,
daß der Schalthebel so weit von seiner Position in Relation
zu dem Schalthebelgehäuse wegbewegt wird, daß sich der
gewünschte Gang nicht mehr einlegen läßt, da der Schalthebel
gegen das Schalthebelgehäuse anstößt.
-
Ein Ventil gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die
Merkmale des Anspruchs 1.
-
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ausführlicher erläutert, deren einzige Figur eine
schematische Längsschnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Ventils darstellt.
-
Das Ventil besitzt ein Gehäuse 1, das einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist und an dessen Außenseite zwei radial
nach außen offene Nuten ausgebildet sind, in die jeweilige
O-Ringe 2, 3 eingepaßt sind. Das Ventilgehäuse kann somit
zum abdichtenden Einsetzen in eine Bohrung, wie zum Beispiel
in einem Schalthebelgehäuse oder dergleichen, angeordnet
werden, da ein Bereich der Außenseite des Gehäuses mit einem
Außengewinde ausgestattet werden kann, das zum Einschrauben
in ein Innengewinde der Bohrung ausgebildet ist.
-
In etwa in der Mitte des Gehäuses 1, berechnet in
Längsrichtung des Gehäuses, sowie zwischen den O-Ringen, befinden
sich zwei ausgefluchtete radiale Bohrungen 4, 5, die zur
Verbindung mit einem Reservoir für das Hydraulikfluid in dem
doppelt wirksamen Hydrauliksystem (nicht gezeigt)
ausgebildet sind.
-
Durch das Gehäuse 1 erstreckt sich in dessen Längsrichtung
eine Bohrung 6 hindurch, die einen verengten, mittleren oder
zentralen Bohrungsabschnitt 7 aufweist, in den die radialen
Bohrungen 4, 5 münden.
-
Jedes Ende des mittleren Bohrungsabschnitts 7 ist mit einem
ersten bzw. zweiten Bohrungsabschnitt 11 und 12 mit größerem
Durchmesser verbunden. An dem Übergang zwischen diesen
Bohrungsabschnitten sind somit eine erste und eine zweite
Schulter 17, 18 gebildet.
-
Der erste und der zweite Bohrungsabschnitt erstrecken sich
jeweils bis nahe zu seinem Ende des Gehäuses, wo sie in
einen dritten bzw. vierten Bohrungsabschnitt 13 und 14 mit
größerem Durchmesser übergehen, wobei der Übergang zwischen
diesen Bohrungsabschnitten eine dritte und eine vierte
Schulter 19, 20 bildet. In der Wand der dritten und der
vierten Bohrung 13, 14 sind radial nach innen offene
Ringnuten 15 und 16 ausgebildet.
-
Die dritte und die vierte Bohrung 13, 14 können mit einer
ersten bzw. zweiten Schaltung bzw. Hydraulikkreis eines an
sich bekannten, doppelt wirksamen Hydrauliksystems
kommunizieren, das in der Zeichnung nicht ausführlicher dargestellt
ist.
-
In dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt 11, 12 sind
jeweils ein erster und ein zweiter, damit identischer, außen
zylindrischer Ventilschieber 21, 22 verschiebbar angeordnet.
An dem den Öffnungen der Gehäusebohrung 6 zugewandten
Endabschnitt der Ventilschieber 21, 22 besitzt jeder
Ventilschieber 21, 22 eine große Bohrung 24 bzw. 25, die an dem
dem mittleren Abschnitt des Gehäuses zugewandten Ende in
eine Bohrung 26, 27 mit kleinerem Durchmesser übergeht,
wodurch an dem Übergang zwischen den Bohrungen kreisförmige
Schultern 28 bzw. 29 gebildet sind, die Ventilsitze bilden.
-
In den Bohrungen 24, 25 mit großem Durchmesser der
Ventilschieber 21, 22 sind ein erster bzw. zweiter kugelförmiger
Ventilkörper 31, 22 vorgesehen, die jeweils zum abdichtenden
Anliegen an dessen Ventilsitz 28, 29 angeordnet sind.
-
In der zylindrischen Außenwand der Ventilschieber 21, 22
sind radial nach außen offene Nuten ausgebildet, in die
O-Ringe 46, 47 eingepaßt sind, die eine Abdichtung zwischen
den Ventilschiebern und der Bohrung des Gehäuses bilden, in
dem die Ventilschieber gleitend verschiebbar angeordnet
sind. Jeder der Ventilschieber ist somit in seiner
jeweiligen Bohrung unter dem Einfluß des Druckes des Fluids in den
Bohrungen beweglich.
-
In die dritte und die vierte Bohrung 13, 14 sind jeweilige
Scheiben 33, 34 mit einer zentralen, axial durchgehenden
Öffnung eingepaßt, wobei die Scheiben gegen die dritte bzw.
vierte Schulter 19, 20 anliegen und gegen eine axiale
Verlagerung durch Verriegelungsringe, wie zum Beispiel
Schnappringe 35, 36, befestigt sind, von denen jeder in
seine Ringnut 15, 16 eingepaßt ist.
-
Zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilkörper 31, 32 und
den benachbarten Scheiben 33, 34 sind jeweils identische,
erste und zweite Druckfedern 37, 38 angebracht, die in Form
von Schraubenfedern ausgebildet sein können und die
versuchen, jeden der Ventilkörper 31, 32 in Anlage gegen seinen
Sitz 28, 29 zu drängen. Wenn die Ventilkörper gegen ihre
Sitze anliegen, versuchen diese Federn 37, 38, die
Ventilschieber in einer Richtung zu bewegen, in der diese gegen
die erste bzw. zweite Schulter 17, 18 anliegen.
-
Zwischen den Ventilschiebern 21, 22 und durch den mittleren
Abschnitt 7 der Bohrung 6 hindurch erstreckt sich eine
zentrale, dritte Druckfeder 39, die ebenfalls in Form einer
Schraubenfeder ausgebildet sein kann. Diese zentrale
Druckfeder 39 versucht, die Ventilschieber 21, 22 in der
entgegengesetzten Richtung zur Anlage gegen die jeweiligen
Scheiben 33, 34 zu bewegen.
-
Koaxial zu der Ventilbohrung 6 erstreckt sich ein
zylindrischer Stangen- oder Öffnungskörper 40 durch die zentrale
Bohrung 7 und die zentrale Öffnung durch die dritte
Druckfeder 39, die durch die Windungen der Druckfeder gebildet
ist. Der erste und der zweite Endabschnitt 41 bzw. 42 dieses
Körpers sind mit Spiel in die Bohrungen 26, 27 mit kleinem
Durchmesser in den Ventilschiebern 21, 22 eingeführt.
Zwischen den Bohrungswänden und den Endabschnitten ist
dadurch ein Kanal mit ringförmigem Querschnitt gebildet, der
die große Bohrung 24, 25 der Ventilschieber 21, 22 mit den
radialen Bohrungen 4, 5 in dem Gehäuse 1 verbindet, wenn die
Ventilkörper 31, 32 nicht gegen ihre Sitze anliegen.
-
Die Distanz zwischen der ersten und der dritten Schulter 17
und 19, die der Distanz zwischen der zweiten und der vierten
Schulter 18 und 20 entspricht, stellt eine Distanz A dar,
die länger ist als die axiale Länge der Schieberventile 21,
22. Diese Distanz A stellt die mögliche Bewegungsstrecke für
jeden Ventilschieber 21, 22 dar.
-
Wenn die Ventilschieber gegen die Scheiben 33, 34 in Anlage
gebracht sind und die Ventilkörper 31, 32 an den Sitzen 28,
29 anliegen, handelt es sich bei der Distanz zwischen den
Ventilkörpern 31, 32 um eine Distanz, die 2 · B größer ist
als die Länge der Stange 40, wobei die Stange 40 in der
Zeichnung symmetrisch zwischen den Ventilschiebern
angeordnet ist.
-
Für das Ventil gemäß der Zeichnung, bei dem die möglichen
Bewegungsstrecken für die Ventilschieber gleich sind, gilt
folgende Ungleichung:
-
(2 · B) > A > B.
-
In dem Fall, in dem die Bewegungsstrecken der Ventilschieber
nicht gleich sind, gilt die allgemeinere Regel, daß die
gesamte mögliche Bewegungsstrecke für den Öffnungskörper 40
zwischen den Ventilkörpern 31, 32 in deren geschlossenem
Zustand größer ist als die mögliche Bewegungsstrecke für
jeden der Ventilschieber 21, 22, aber geringer als die
gesamte Bewegungsstrecke für die Ventilschieber 21, 22.
-
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Ventilkörper nur
dann von ihren Sitzen wegbewegt werden können, wenn der
Fluiddruck in beiden Schaltungen festgelegte Grenzwerte
gleichzeitig überschreitet. Das Ventil öffnet sich somit
nicht, wenn ein Druckanstieg in nur einer der Schaltungen
bzw. einem der Kreise vorhanden ist.
-
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ventils ist wie
folgt:
-
Wenn das doppelt wirksame Hydrauliksystem derart betätigt
wird, daß zum Beispiel der Druck in der zweiten Schaltung
ansteigt, d.h. der Schaltung, die gemäß der Zeichnung mit
der linken Seite des Ventilgehäuses 1 verbunden sein kann
und die mit der Bohrung 14 in dem Gehäuse 1 kommuniziert,
sollte für eine Bewegung des abhängigen Betätigungsorgans in
der einen Richtung das Ventil keinerlei Fluidströmung über
die radialen Bohrungen 4, 5 in dem Gehäuse 1 zu dem
Reservoir veranlassen.
-
Da A kleiner ist als 2 · B, kann aufgrund des Druckanstiegs
der zweite Ventilschieber 22 dadurch in Anlage gegen die
zweite Schulter 18 bewegt werden, ohne daß die Endabschnitte
41, 42 der Stange gleichzeitig gegen die benachbarten
Ventilkörper 31, 32 in Anlage gebracht werden. Somit wird
keiner der Ventilkörper von seinem Sitz wegbewegt, und es
kann kein Fluid in den Schaltungen zu dem Reservoir fließen.
-
Das gleiche gilt, wenn der Druck während des Betriebs des
Systems nur in der ersten, rechten Schaltung erhöht wird.
-
Wenn das System derartigen Bedingungen ausgesetzt wird, daß
der Betätigungshebel, wie zum Beispiel ein Schalthebel, des
Hauptbetätigungsorgans beispielsweise in einer neutralen
Position angeordnet ist und die Temperatur des Fluids in dem
System ansteigt, so daß ein Druckanstieg des Fluids in den
Schaltungen des Hydrauliksystems hervorgerufen wird, werden
theoretisch beide Schieberventile 21, 22 entgegen der Kraft,
die durch die dritte Feder 39 ausgeübt wird, gleichzeitig in
Richtung auf den zentralen Abschnitt des Gehäuses bewegt, da
die Schaltungen nur mittels frei beweglicher
Betätigungsteile, wie zum Beispiel Kolben, getrennt sind.
-
Im Fall eines ausreichend hohen Druckanstiegs gelangen die
Endabschnitte 41, 42 der Stange 40 in Anlage gegen die
jeweiligen benachbarten Ventilkörper 31, 32, woraufhin ein
anhaltender Druckanstieg in den Schaltungen zu einer
gleichzeitigen Bewegung beider Ventilkörper von ihren Sitzen weg
führt und Fluid von beiden Schaltungen zu dem Reservoir
fließen kann, während gleichzeitig der Druck in beiden
Schaltungen reduziert wird. In dieser theoretischen
Idealsituation kann somit der Hebel in der neutralen Stellung in
Ruhe bleiben.
-
In der Praxis wird jedoch die Reibung beispielsweise
zwischen den Ventilschiebern 21, 22 und den zugehörigen
Bohrungsabschnitten 11, 12 wahrscheinlich ungleich sein.
Ferner wird Reibung zwischen den Betätigungsorgankolben und
den Zylinderteilen des Hauptzylinders und des abhängigen
Zylinders vorhanden sein, und zusätzlich dazu können sich
die beiden Schaltungen auf unterschiedliche Temperaturgrade
erwärmen. Dies bedeutet, daß eine Differenz in den Drücken
der beiden Schaltungen während eines Temperaturanstiegs
entstehen kann.
-
Somit könnte die Situation entstehen, daß zum Beispiel nur
der zweite Ventilschieber 22 anfangs bewegt wird, da der
Druck in der zweiten Schaltung höher ist als der Druck in
der ersten Schaltung. Zum Beispiel kann der zweite
Ventilkörper 32 dann gegen das zweite Ende 42 der Stange 40 in
Anlage kommen und dieses in der Zeichnung in Richtung nach
rechts mitnehmen. Da A kleiner ist als 2 · B, kann jedoch
der zweite Ventilschieber 22 über die gesamte Strecke in
Anlage gegen die zweite Schulter 18 bewegt werden, ohne daß
das erste Ende 41 der Stange 40 gegen den ersten
Ventilkörper 31 in Anlage kommt.
-
Wenn der Druck des Fluids in der ersten, rechten Schaltung
ebenfalls ausreichend hoch geworden ist, wird der erste
Ventilschieber 21 nach links bewegt, bis der erste
Ventilkörper 31 gegen das rechte Ende 41 der nun stationären
Stange 40 in Anlage kommt. Wenn der zweite Ventilschieber 22
an der zweiten Schulter 18 anliegt und der erste
Ventilschieber 21 noch nicht in Anlage gegen die erste Schulter 17
gekommen ist, hat sich die zweite Druckfeder 38 mehr gedehnt
als die erste Druckfeder 37, und die Kraft, die von der
zweiten Druckfeder 38 ausgeübt wird, ist dann geringer als
die Kraft, die von der ersten Druckfeder 37 ausgeübt wird.
-
Wenn der erste Ventilschieber 21 seine Bewegung in Richtung
nach links in der Zeichnung fortsetzt, bewirkt die Stange 40
somit lediglich, daß sich der zweite Ventilkörper 32 von
seinem Sitz weg bewegt. Daher wird zu Beginn nur der Druck
des Fluids in der zweiten, linken Schaltung reduziert, wobei
dies von Vorteil ist, da der Fluiddruck in dieser Schaltung
am höchsten ist.
-
Als Ergebnis des Druckabfalls in der zweiten, linken
Schaltung und der reduzierten Kraft, die von dem Fluid auf den
zweiten Ventilschieber 22 ausgeübt wird, wird dieser
Ventilschieber 22 in der Anordnung gemäß der Zeichnung nach links
bewegt, bis der Sitz oder die Schulter 29 gegen den zweiten
Ventilkörper 32 in Anlage kommt. Wenn sich die Bewegung des
ersten Ventilschiebers 21 nach links fortsetzt, veranlaßt
die Stange 40 den ersten Ventilkörper 31, sich von seinem
Sitz wegzubewegen, woraufhin der Druck des Fluids in der
ersten Schaltung reduziert wird.
-
Als Ergebnis der Hysterese in dem System aufgrund der
vorstehend genannten Reibung, doch auch durch eine geeignete
Auswahl von Ventilparametern, wie zum Beispiel den Distanzen
A und B, den Eigenschaften und den Dimensionen der Federn,
haben Tests somit gezeigt, daß eine wiederholte Vor- und
Zurückbewegung der Ventilschieber 21, 22 und der Stange 40
sowie eine allmähliche Druckreduzierung in den beiden
Schaltungen erzielt werden können.
-
Infolgedessen wird der Betätigungskörper für das
Hauptbetätigungsorgan des Systems, bei dem es sich zum Beispiel
um einen Schalthebel handelt, zuerst über eine Distanz in
einer Richtung von seiner neutralen Position weg bewegt und
anschließend über eine kürzere Distanz in der anderen
Richtung unter Durchlaufung der neutralen Position usw. bewegt,
bis der Druck in den Schaltungen des Systems in einem
derartigen Ausmaß reduziert worden ist, daß beide Ventilkörper an
ihren Sitzen anliegen.
-
Somit ist der Schalthebel schließlich nur in einer sehr
kurzen Distanz von der ursprünglichen, neutralen Position
angeordnet. Eine Bedienungsperson kann somit erkennen, daß
der Betätigungshebel für das doppelt wirksame
Hydrauliksystem als Ergebnis der Druckreduzierung nur eine sehr kurze
Distanz von seiner neutralen Position wegbewegt worden ist,
und daß sich der Betätigungshebel leicht bewegen läßt.
-
Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die beiden Ventilschieber
sich in einem Winkel in Relation zueinander erstrecken
können und daß die Stange 40 dann durch einen geeigneten
Mechanismus ersetzt werden kann. Weiterhin brauchen weder
die Dimensionen der Ventilschieber gleich zu sein, noch
braucht das Ventil im wesentlichen symmetrisch zu sein, wie
dies in der Zeichnung dargestellt ist.