Hydraulisches System zur Zufuhr eines Hydraulikfluids zu einem Verbraucher

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches System zur Zufuhr eines Hydraulikfluids zu einem Verbraucher sowie ein Steuerventil zur Verwendung in einem derartigen hydraulischen System.

Sauggedrosselte ölpumpen für Nasskupplungen, speziell für Doppelkupplungen, sind beispielsweise aus der DE 10 2005 027610 bekannt. Es handelt sich um sauggedrosselte Pumpen, welche mindestens zwei, meistens drei unterschiedliche Kühlölbedarfe der Nasskupplung bedienen können. Dazu wird eine Ventilfunktion benötigt, die vorzugsweise an oder in der Pumpe integriert ist. Mit einer Ventilstellung, vorzugsweise einer durch eine Feder bewirkte Ventilgrundstellung, wird der Kühlölbedarf im Fahrbetrieb abgedeckt. Dieser ist im Vergleich zur aktiven Kühlung beim Anfahren des Fahrzeuges und beim Schalten des Getriebes gering. Für die aktive Kühlung beim Anfahren und Schalten wird eine weitere Ventilstellung verwendet, bei der das Kühlöl ungedrosselt zu der Nasskupplung geleitet wird. In einer dritten Ventilstellung wird beim Synchronisieren der Teilgetriebe bei Parallelschaltgetrieben der Durchfluss des Kühlöls unterbrochen, damit kein Kühlöl zu der Kupplung bzw. den Kupplungen gelangt.

Aus der DE 19708597 ist ein hydraulisches System bekannt, bei dem der Kühlölbedarf eines Verbrauchers mittels eines überdruckventils oder eines Mehrwegeventils, dessen Steuerkolben mit der Druckseite der Pumpe verbunden ist, gesteuert wird.

Nachteilig an bekannten Lösungen ist eine hohe Energieaufnahme der Pumpe auch und gerade bei geringem Kühlölbedarf. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hydraulisches System sowie ein Steuerventil dafür anzugeben, die den Energiebedarf der Pumpe bei geringem Kühlölbedarf verringern.

Dieses Problem wird gelöst durch ein hydraulisches System zur Zufuhr eines Hydraulikfluids, insbesondere eines Kühl- und Schmiermittels wie einem Hydrauliköl bzw. Kühlöl, zu einem Verbraucher, insbesondere einer Nasskupplung, umfassend eine Pumpe, die das Hydrau- likfluid aus einem Reservoir über ein Steuerventil zu dem Verbraucher fördert, wobei das Steuerventil ein 4/-Wegeventil (das Steuerventil weist also vier Anschlüsse auf) ist, bei dem jeweils zwei Anschlüsse mit einer Saugseite der Pumpe und zwei Anschlüsse mit dem Reservoir verbunden sind. Unter verbunden sein wird hier sowohl eine direkte, also unmittelbare, als

auch eine Verbindung, bei der weitere hydraulische Elemente wie Filter, Kühler oder dergleichen zwischengeschaltet sind, verstanden. Nachfolgend wird das Hydraulikfluid einfach als öl bezeichnet. Das Steuerventil wird vorzugsweise elektromechanisch betätigt, besonders bevorzugt durch einen Proportionalmagneten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Steuerventil ein 4/3-Wegeventil ist, das Steuerventil hat also vier Anschlüsse und weist drei Ventilstellungen auf. Bei dem Steuerventil handelt es sich um ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, welches mindestens drei verschiedene ausgewiesene Stellungen einnehmen kann. Eine Position zur Bereitstellung einer Mindestölmenge, welche auch bei Stromausfall anliegt, eine Stellung zum vollständigen Verschluss des Ansaugkanals und eine Stellung bei Maximal- bestromung für die maximale Kühlölfördermenge.

Das Steuerventil weist vorzugsweise eine erste Ventilstellung auf, in der ein mit der Saugseite der Pumpe verbundener Anschluss mit einem mit dem Reservoir verbundenen Anschluss verbunden ist. An dem in der ersten Ventilstellung mit der Saugseite der Pumpe verbundenen Anschluss ist bevorzugt eine erste Drossel angeordnet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Steuerventil eine zweite Ventilstellung aufweist, in der sämtliche Anschlüsse gesperrt sind. Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass das Steuerventil eine dritte Ventilstellung umfasst, in der jeweils ein mit der Saugseite der Pumpe verbundener Anschluss mit einem mit dem Reservoir verbundenen Anschluss verbunden ist. Die dritte Ventilstellung kann vorzugsweise nach Art eines Proportionalventils stufenlos verstellt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an beiden in der dritten Ventilstellung mit der Saugseite der Pumpe verbundenen Anschlüssen jeweils eine Drossel angeordnet ist. Mit der in der ersten Ventilstellung allein durchströmten Drossel kann der minimale Volumenstrom, also der Volumenstrom in der ersten Ventilstellung festgelegt werden. Dazu ist die Drossel entsprechend bezüglich ihres Druckverlustes auszulegen. Mit der zweiten Drossel kann der maximale Volumenstrom, der Volumenstrom in der dritten Ventilstellung, eingestellt werden. Dazu ist das in dieser Ventilstellung zusätzlich durchströmte Drossel entsprechend bezüglich ihres Druckverlustes auszulegen.

Ein Vorteil des Steuerventils mit einer Saugdrossel liegt darin, dass die Pumpe weniger Energie aufnimmt, wenn das Steuerventil den Zulaufstrom unterbricht. Eine konventionelle Lösung fördert auch bei geringem Kühlölbedarf den gesamten Volumenstrom gegen ein gewisses Druckniveau. Bei der Saugdrosselung wird nur soviel öl auf Druck gebracht wie auch verbraucht wird.

Da das Ventil elektromagnetisch angesteuert wird stehen nur relativ geringe Wege für den Ventilkolben zur Verfügung. Die geforderte maximale Durchflussmenge ist jedoch sehr hoch. Da sich das Steuerventil im Ansaugtrakt der Pumpe (auf der Saugseite) befindet sind keine hohen Druckdifferenzen vorhanden, welche einen höheren öldurchfluss ermöglichen können. Erfindungsgemäß wird der Zulaufkanal des Ventils in zwei Kanäle aufgeteilt. Es ist somit möglich, pro Steuerkante den maximalen Durchfluss zu nutzen, also insgesamt etwa die doppelte Menge öl zu fördern. Weiterhin kann in jeden Zulaufkanal eine extra ausgelegte Blende als Drossel integriert werden. Je nachdem ob der eine Kanal oder beide Kanäle geöffnet werden, kann also eine festgelegte ölmenge gefördert werden.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Steuerventil zur Verwendung in einem hydraulischen System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen hydraulischen Systems zur ölzufuhr einer Nasskupplung;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil in einer ersten Ventilstellung;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil in einer zweiten Ventilstellung;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil in einer dritten Ventilstellung.

Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Hydraulikschaltplans eines Ausführungsbeispiels eines erfin- dungsgemäßen hydraulischen Systems. Die Darstellung des Ventils entspricht der in DIN ISO 1219 gebräuchlichen Darstellungsweise, ein Ventil als solches ist also durch ein Rechteck dargestellt, einzelne Ventilstellungen sind durch Quadrate dargestellt, Anschlüsse bzw. Hydraulikleitungen sind Linien, die von dem Ventil abgehen, Verbindungen der Anschlüsse untereinander sind durch Pfeile innerhalb der einzelnen Ventilstellungen dargestellt, gesperrte Anschlüsse sind durch ein „T" dargestellt, eine Drossel ist durch zwei an die Hydraulikleitung an-

gelegte gekrümmte Linien dargestellt. Das hydraulische System 1 umfasst eine elektrisch angetriebene Pumpe 2, die über einen ölkühler 3 Hydraulikfluid (auch als Hydrauliköl, nachfolgend kurz als öl, bezeichnet) zu einem öleinlass 4 einer Nasskupplung 5 fördert, welche über einen ölauslass 6 das zu Kühl- und Schmierzwecken verwendete öl zurück in ein Reservoir 7 fördert. Die Pumpe 2 ist mit ihrer Druckseite 8 an den ölkühler 3 angeschlossen und mit einer Saugseite 9 mit einem Steuerventil 10 verbunden, welches über einen ölfilter 13 öl mit dem Reservoir 7 verbunden ist. Das Steuerventil 10 umfasst vier Anschlüsse und hat drei Ventilstellungen, es handelt sich also um ein 4/3-Wegeventil. Dieses wird durch einen Proportionalmagneten 11 als Aktor betätigt und durch eine Feder 12 in eine der Ventilstellungen, hier die erste Ventilstellung A, gedrückt.

Das Steuerventil 10 umfasst drei Ventilstellungen, diese sind hier mit A, B und C bezeichnet. Das Steuerventil 10 umfasst vier Anschlüsse, je einen Anschluss I und III, die mit der Saugseite 9 der Pumpe 8 verbunden sind, sowie je einen Anschluss Il und IV, die über den ölfilter 13 mit dem Reservoir 7 verbunden sind. An dem Anschluss Il ist eine erste Drossel 23 angeordnet, an dem Anschluss IV ist eine zweite Drossel 24 angeordnet.

In der Ventilstellung A ist der Anschluss Il mit dem Anschluss I über die erste Drossel 23 verbunden, der gesamte Volumenstrom fließt über die erste Drossel 23. Die Anschlüsse III und IV sind gesperrt. In der Mittelstellung B sind alle Anschlüsse I bis IV gesperrt. In der Ventilstellung C ist der Anschluss Il mit dem Anschluss I und der Anschluss IV mit dem Anschluss IM verbunden. In der Ventilstellung C fließt der gesamte Volumenstrom parallel über die Drosseln 23 und 24. Die Stellungen A und B sind Schaltstellungen des Steuerventils 10, die Ventilstellung C ist eine Proportionalstellung, weist also beliebig viele Zwischenstellungen auf. Die Eigenschaft eines Proportionalventils in der Ventilstellung C des Steuerventils 10 ist durch einen Pfeil durch die Ventilstellung C dargestellt. Das Steuerventil 10 wird durch die Feder 12 in die Ventilstellung A gedrückt, bei unbestromtem Proportionalmagneten 11 ist das Steuerventil 10 also in der Ventilstellung A. Durch Bestromung des Proportionalmagneten 11 wird ein Ventilkolben 14 des Steuerventils 10 gegen die Kraft der Feder 12 in die Ventilstellungen B bzw. C gedrückt. In der Ventilstellung A findet ein konstanter minimaler Durchfluss durch das Steuerventil 10 statt, der durch die Drosselwirkung der ersten Drossel 23 bestimmt wird. In der Ventilstellung B fließt keine Hydraulikflüssigkeit durch das Steuerventil 10 zur Pumpe 2, in Ventilstellung C kann der Durchfluss zwischen einem Minimalwert von null, dies entspricht der Ventilstellung B, und einem Maximalwert, der durch die Drosseln 23 und 24 bestimmt wird, gesteuert werden.

Anhand der nachfolgenden Fig. 2 bis 4 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerventils 10 bei verschiedenen Ventilstellungen dargestellt. Zunächst wird der grundsätzliche Aufbau des Steuerventils 10 anhand der Fig. 2 erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil 10 mit angeflanschtem Proportionalmagneten 11. Der Proportionalmagnet 11 betätigt einen Ventilkolben 14, der in einer Bohrung 15 eines Ventilgehäuses 16 verschiebbar angeordnet ist. Sowohl die Bohrung 15 als auch der Ventil kolben 14 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Der Ventilkolben 14 umfasst an seiner dem Proportionalmagneten 11 abgewandten Seite einen zylindrischen Bereich 17 mit einem Durchmesser, der deutlich kleiner ist als der übrige Durchmesser des Ventilkolbens 14. Der zylindrische Bereich 17 trägt eine Feder 18, die den Ventilkolben 14 in Richtung des Proportionalmagneten 11 drückt. Der Proportionalmagnet 11 umfasst ein durch Bestromung eines Magneten kraftbeaufschlagtes bewegliches Bauteil, das den Ventilkolben 14 bei Bestromung in Richtung auf die Feder 18 drückt. In Fig. 2 dargestellt ist die Stellung des Ventilkolbens 14 bei nicht bestromtem Proportionalmagneten 11 , bei Bestromung des Proportionalmagneten 11 wird der Ventilkolben 14 in Richtung des Pfeils 19 gedrückt. Die Kraft der Feder 18 wirkt entgegen der Richtung des Pfeils 19. In das Ventilgehäuse 16 sind Nuten 20.1, 20. II, 20. IM und 20.IV eingebracht. Diese sind jeweils verbunden mit Zulaufkanälen 21.1, 21.II, 21.III und 21.IV. Die Indizes .I bis .IV stehen für die Anschlüsse I bis IV gemäß Fig. 1. Die Nut 20.1 zusammen mit dem Zulaufkanal 21.1 bildet den Anschluss I. Die Nut 20.11 zusammen mit dem Zulaufkanal 21.11 bildet den Anschluss II. Die Nut 20.111 zusammen mit dem Zulaufkanal 21.III bildet den Anschluss III. Die Nut 20.IV zusammen mit dem Zulaufkanal 21.IV bildet den Anschluss IV. Die Anschlüsse I und IM führen zu einem gemeinsamen pum- pen-saugseitigen Anschluss 22, der mit der Saugseite 9 der Pumpe 2 verbunden ist. Der Anschluss Il weist eine erste Drossel 23 auf, der Anschluss IV weist eine zweite Drossel 24 auf. Die Anschlüsse Il und IV sind zu einem reservoirseitigen Anschluss 25 zusammengefasst. Der Anschluss 25 ist mit dem ölfilter 13 und dieser wiederum mit dem Reservoir 7 verbunden. Der Ventilkolben 14 umfasst eine erste Kolbennut 26 sowie eine zweite Kolbennut 27. Die beiden Kolbennute 26, 27 sind jeweils ringförmige Nute. In der in Fig. 2 dargestellten Ventilstellung A verbindet die zweite Kolbennut 27 die Ringnute 20.Il und 20. IM und damit die dem Zulaufkanäle 21.11 und 21.111, so dass eine Verbindung des Anschlusses Il mit dem Anschluss I besteht. Die Anschlüsse I und IV sind in der Ventilstellung A gemäß Fig. 2 gesperrt.

Fig. 3 zeigt die Ventilstellung B gemäß Fig. 1. Keine der Ringnute 20.1, 20.ll, 20. IM und 20.IV ist über die erste Kolbennut 26 bzw. die zweite Kolbennut 27 miteinander verbunden, so dass die Anschlüsse I, II, IM sowie IV gesperrt sind.

In Fig. 4 ist die Ventilstellung C gemäß Fig. 1 dargestellt. Die erste Kolbennut 26 verbindet die Ringnute 20.1 und 20.Il und damit die Zulaufkanäle 21.1 und 21.11, die zweite Kolbennut 27 verbindet die Ringnute 20.111 und 20.IV und damit de Zulaufkanäle 21.111 und 21.IV. Die zwischen den jeweiligen Kolbennuten 20, 27 und den jeweiligen Ringnuten 20.1, 20. II, 20.III bzw. 20.IV gebildeten Durchlassquerschnitte sind so ausgelegt, dass diese den Volumenstrom möglichst gering drosseln.

Bezuqszeichenliste

1 Hydraulisches System

2 Pumpe

3 ölkühler

4 öleinlass

5 Nasskupplung

6 ölauslass

7 Reservoir

8 Druckseite

9 Saugseite

10 Steuerventil

11 Proportionalmagnet

12 Feder

13 ölfilter

14 Ventilkolben

15 Bohrung

16 Ventilgehäuse

17 Zylindrischer Bereich

18 Feder

19 Pfeil

20.I Nut

20.Il Nut

20. IM Nut

20.IV Nut

21.1 Bohrung

21.11 Bohrung

21.111 Bohrung

21.IV Bohrung

22 Pumpen-saugseitiger Anschluss

23 Este Drossel

24 Zweite Drossel

25 reservoirseitiger Anschluss

26 Erste Kolbennut

27 Zweite Kolbennut

28 Steuerkante

29 Nutkante

I Anschluss des Steuerventils 10

Il Anschluss des Steuerventils 10

III Anschluss des Steuerventils 10

IV Anschluss des Steuerventils 10

A Ventilstellung des Steuerventils 10

B Ventilstellung des Steuerventils 10

C Ventilstellung des Steuerventils 10