Proportionalventile, auch Stetigventile genannt, sowie Wegeventile sind in einer Vielzahl von Ausführungen und für unterschiedliche Einsatzzwecke bekannt. Bei Wegeventilen handelt es sich dabei um Richtungsventile, deren Ventilkolben, welche auch als Steuerkolben bezeichnet werden, in verschiedene festgelegte Schaltstellungen gebracht werden können, wodurch unterschiedliche Verbindungen, d. h. Wege, der angeschlossenen Leitungen zur Betriebsmittelführung hergestellt werden können. Damit wird eine Änderung der Durchflußrichtung eines Volumenstromes bewirkt. Diese Ventile werden durch die Nennweite, den Nenndruck und die möglichen Wegevarianten gekennzeichnet. Die Hauptbaugruppe eines Wegeventils bildet dabei die Steuereinheit. Diese enthalt in einem Ventil-bzw. Steuergehäuse den Ventilkolben, der die Richtungsänderungen des Volumenstroms bewirkt.

Zur Betätigung des Ventilkolbens ist diesem an wenigstens einer der beiden Stirnseiten eine Stelleinrichtung zum Aufbringen der Betätigungskraft zugeordnet. Eine häufig eingesetzte Variante ist dabei das sogenannte Schieberventil, wobei der Ventiischluß durch Überdeckung, hervorgerufen durch das Auf-oder Ineinandergleiten der einzelnen Ventilteile, insbesondere des Ventilkolbens im Ventilgehäuse, hervorgerufen wird. Je nach Bau-und Bewegungsart der Ventilkolben werden diese Ventile in Drehschieberventile, Längsschieberventile und Langsdrehschieberventile eingeteilt. Eine entsprechende Klassifizierung der Steuer-bzw. Ventileinheiten erfolgt immer nach der Anzahl der Anschlüsse, d. h. der möglichen Leitungen, und nach der Anzahl der möglichen Schaltstellungen.

Besonderen Einfluß auf die Genauigkeit der Schaltvorgänge haben die Steuerkanten des Ventilkolbens und die des Ventilgehauses. Sie beeinflussen die Drosselung des Durchgangsquerschnittes und damit die Geschwindigkeit des Verbrauchers, in der Regel ein Arbeitsgerät. Durch entsprechende Formgebungen dieser Steuerkanten lassen sich durch Relativbewegung des Ventilkolbens gegenüber dem Ventilgehäuse unterschiedliche Durchflußcharakteristiken erzielen. Wegeventile weisen dabei eine bestimmte Anzahl von Schaltstellungen auf.

Als Proportionalwegeventil werden stetig verstellbare, vorzugsweise elektrisch stetig verstellbare Wegeventile bezeichnet, bei denen die Axialbewegung des Ventilkolbens direkt durch Lage geregelte oder durch Kraft gesteuerte, druckdichte Stelleinrichtungen proportional einem Sollwert erfolgt. Bei elektrisch stetig verstellbaren Wegeventilen sind die Stelleinrichtungen in Form von Steuermagneten ausgeführt, welche eine Axialbewegung des Ventilkolbens proportional zu einem elektrischen Sollwert ermöglichen. Der Ventilkolben kann in dem Ventilgehäuse stufenlos jede Stellung zwischen den zwei Endlagen beliebig lange einnehmen. Dies bringt besondere Vorteile bei der Steuerung und Regelung der Geschwindigkeit von hydraulischen Verbrauchern. Derartige Ventile sind beispielsweise 1) aus den Prospekten Mannesmann Rexrodt : RD 29 586/09.89 RD 29 175/03.93 und 2) dem Prospekt der Herion-Werke KG-Fluidtechnik Nr. 7502263.0503.92 bekannt.

Die derartig gestalteten Proportionalventile haben den Nachteil, daß die Betätigungskraft, welche beispielsweise elektromagnetisch, hydraulisch, mechanisch oder anderweitig aufgebracht werden kann, so gewählt werden muß, daß der maximal auftretende gewünschte Druck im dem Ventil nachgeordneten Verbraucher dauerhaft gehalten werden kann. Die Größe der

Wirkfläche des Druckes bestimmt sich dabei aus dieser Forderung. Dies hat jedoch zur Folge, daß kleinere Drücke mit dementsprechend kleineren Betätigungskräften gesteuert werden müssen. Bei gewünschten kleineren Drücken müssen somit bei der Steuerung größere Druckstreuungen in Kauf genommen werden. Eine Vergrößerung des Bereiches der aufbringbaren Kraft hat in der Regel eine Vergrößerung der Stelleinrichtungen zur Folge, beispielsweise hat bei einer Ausführung einer Stelleinrichtung in Form eines Elektromagneten eine grundsätzliche Erhöhung der aufzubringenden Magnetkraft eine Vergrößerung der Magnetspule zur Folge, was jedoch einen erhöhten Platzbedarf bedingt. Des weiteren sind die Kosten größerer elektrischer Leiter höher und der Stromverbrauch nimmt zu. im allgemeinen sind hinsichtlich des Anwendungfalles auch Grenzen für die Größe der Ventileinrichtung und der Stelleinrichtung gesetzt, so daß eine genaue Einstellung des Druckes am Verbraucher nicht immer'zu realisieren ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen die Druckstreuungen bei möglichst geringen einzustellenden Drücken vermieden werden.

Die Ventileinrichtung soll des weiteren für Einsatzfälle, an welche Anforderungen beispielsweise wie in einem Schaltgetriebe gestellt werden, bei welchen relativ geringe Drücke in einem Schaltelement möglichst genau gesteuert werden solien, andererseits aber durch hohe Momente im Wandlerbetrieb eine hohe Übertragungsfähigkeit der Schaltelemente notwendig ist, geeignet sein. Die Ventileinrichtung soll dabei wenigstens in einem ersten Druckbereich (dem Proportionalbereich), welcher auch den Gesamtarbeitsbereich entsprechen kann, beispielsweise einer Größenordnung von 1 bis 5 bar, möglichst genau, d. h. unter Ausnutzung der maximal zulässigen Betätigungskraft, mit möglichst großen Betätigungskräften proportional einer elektrischen Stromstärke gesteuert werden können.

Zusätzlich sollte das Ventil in einem zweiten höheren Druckbereich,

beispielsweise von 6 bis 20 bar, dann als normales Wegeventil arbeiten, d. h unabhängig vom vorhandenen Druckniveau im Verbraucher immer den volien Druck übertragen. Die Ventileinrichtung soll möglichst exakt reproduzierbare Schaltvorgänge mit möglichst geringen Einflüssen von hydraulischen Klemmkräften und mechanischer Reibung ermöglichen können.

Der konstruktive Aufwand und die Kosten sind dabei gering zu halten.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Ventileinrichtung umfaßt neben einem Ventilgehäuse mit wenigstens einem Zulaufkanal und einem Ablaufkanal, einen, im Ventilgehäuse axial bewegbaren und Steuerkanten aufweisenden Ventilkolben zum Freigeben und Absperren der Verbindung der Querschnitte von Zulauf-und Ablaufkanal sowie eine Stelleinrichtung zur Beaufschlagung des Ventilkolbens mit einer Betätigungskraft. Erfindungsgemäß sind Mittel zur Erzeugung einer der Betätigungskraft über wenigstens einen Teil des Gesamtarbeitsbereiches der Ventileinrichtung in Abhängigkeit zum Druck im Ablaufkanal entgegengerichtete Kraft vorgesehen. In einem Druckbereich, welcher einen ersten Teil eines Gesamtarbeitsbereiches der Ventileinrichtung bestimmt, wobei dieser erste Teil auch dem Gesamtarbeitsbereich entsprechen kann, wird somit der mögliche Betätigungskraftbereich gegenüber dem Druckbereich am Verbraucher vergrößert, so daß eine feinfühligere Abstimmung zwischen dem einzustellenden Druck am Verbraucher und der Betätigungskraft möglich wird, d. h. einem bestimmten Druckbereich am Verbraucher bzw. im Ablaufkanal ist ein größerer Betätigungskraftbereich gegenüber einem konventionell ausgeführten Proportionalventil zuordenbar.

Dies wird nach Verbringen des Ventilkolbens in eine Steuerposition durch die Schaffung eines Gleichgewichtes zwischen der Betätigungskraft und einer Druckkraft, welche in Abhängigkeit des Druckes im Verbraucher auf eine

bestimmte Flache wirkt, die der Betätigungskraft entgegengesetzt gerichtet ist, erzielt.

Die Mittel umfassen dazu vorzugsweise einen, im Ventilkolben angeordneten und sich bis zu der von der Stelleinrichtung abgewandten Stirnseite erstreckenden Innenraum, einen im Innenraum angeordneten Ventilstift, wobei Ventilstift und Ventilkolben relativ gegeneinander bewegbar sind, einen, dem Ventilstift zugeordneten Anschlag, an welchem sich der Ventilstift abstützt, sowie einen Verbindungkanal zwischen dem Innenraum des Ventilkolbens und dem äußeren Umfang des Ventilkolbens, wobei die Mündung des Verbindungskanales am äußeren Umfang des Ventilkolbens derart angeordnet ist, daß dieser im genannten Teil des Gesamtarbeitsbereiches, dem Proportionalbereich mit dem Ablaufkanal korrespondiert.

Diese Ausführung ermöglicht es, das Verhältnis von Betätigungskräften zu Reibungskräften möglichst groß zu wählen. Die Reibungskräfte bestimmen sich hauptsächlich aus den Druckdifferenzen am Ventil, der Betriebsmittelverschmutzung, dem Ventildurchmesser oder sonstigen konstruktiven Merkmalen. Die Betätigungskräfte finden ihre Begrenzung hauptsächlich in der Größe der Stelleinheiten, insbesondere bei einem elektromagnetischen Antrieb in der Größe des Elektromagneten. Auch für geringe Bereiche der aufzubringenden Betätigungskräfte können geringe Druckwerte am Verbraucher bzw. dem mit dem Verbraucher gekoppelten Ablaufkanal eingestellt werden.

Das erfindungsgemäß gestaltete Ventil wird vorzugsweise als kombinierte Proportional-Wegeventileinrichtung ausgeführt. Zur zusätzlichen Realisierung der Wegefunktion umfaßt die Ventileinrichtung des weiteren eine Einrichtung, welche die Größe der der Betätigungskraft entgegengerichteten Kraft begrenzt und kompensiert. Diese Einrichtung ist in Form einer Energiespeichereinheit ausgeführt, welche dem Anschlag für den Ventilstift zugeordnet ist und

dessen Abstützkraft für den Ventilstift hinsichtlich der Größe beschränkt.

Überschreitet die Druckkraft, welche aus dem Druck in der Ablaufleitung und der Stiftfläche bestimmt wird, die durch die Energiespeichereinheit aufbringbare Gegenkraft zur Abstützung des Ventilstiftes, fungiert der Anschlag nicht mehr als fester Anschlag sondern wird unter Krafteinwirkung durch den Ventilstift verschoben. Diese Verschiebung wird durch einen weiteren Anschlag zwischen Ventilstift und Ventilkolben begrenzt. Nach Erzielen der Anschlagsposition des Ventilstiftes gegenüberdem Ventilkolben, d. h. der Ventilstift ist nicht mehr gegenüber dem Ventilkolben in Richtung der Druckkraft verschiebbar, wird der Ventilkolben dann nur noch entsprechend der aufgebrachten Betätigungskraft verschoben.

Erfindungsgemäß wird somit bei der Ventileinrichtung, wenigstens ein erster unterer Druckbereich am Verbraucher, welcher einen ersten Teil des Gesamtarbeitsbereiches der Ventileinrichtung bestimmt, mit annähernd maximal möglichen Betätigungskräften gesteuert, während in einem oberen Druckbereich, welcher einen weiteren zweiten Teil des Gesamtarbeitsbereiches der Ventileinrichtung bestimmt, das Ventil als reines Wegeventil fungiert. Dies bedeutet für den zweiten Teil des Gesamtarbeitsbereiches, daß der im Ablaufkanal, welcher wenigstens mittelbar mit dem Verbraucher gekoppelt ist, herrschende Druck keinerlei Einfluß mehr auf die Funktion der Ventileinrichtung ausübt. Dadurch können trotz kleiner Steligrößen präzisere Steuervorgänge im ersten Teil des Gesamtarbeitsbereiches der Ventileinrichtung, d. h. dem unteren Druckbereich ermöglicht werden. Das Umschalten der Ventileinrichtung von der Proportionalfunktion auf die Wegefunktion geschieht automatisch als Funktion des Druckes im Verbraucher. Durch entsprechende geometrische und kraftmäßige Auslegung der Ventileinrichtung kann der Umschaltpunkt festgelegt werden.

Vorrichtungsmäßig weist dazu die Ventileinrichtung wenigstens ein Ventilgehäuse auf, welches eine zentrale Bohrung umfaßt, in der ein Ventilkolben in axialer Richtung bewegbar ist. Die zentrale Bohrung bildet mit dieser zugeordnete Kammer sogenannte Druckräume, welche entsprechend der Stellung des Ventilkolbens in der zentralen Bohrung eine Verbindung zwischen einer Zulaufleitung und einer Ablaufleitung, vorzugsweise der Ablaufleitung, welche mit einem Verbraucher gekoppelt ist, ermöglicht. Der Ventilkolben weist des weiteren einen Innenraum auf, in welchem ein sogenannter Ventilstift axial bewegbar angeordnet ist. Dem Ventilstift ist in Bewegungsrichtung ein Anschlag zugeordnet, welcher an einer Energiespeichereinheit abgestützt wird. Der Ventilstift bzw. dessen vom Anschlag weggewandte Stirnseite, die in den Innenraum des Ventilkolbens hineinragt, ist über einen Verbindungskanal, vorzugsweise in Form einer Verbindungsbohrung, vom Innenraum des Ventilkolbens bis zum äußeren Umfang des Vantilkolbens, der sich im Proportionalarbeitsbereich im Bereich des Ablaufes befindet, mit dem Druck in der Ablaufleitung, d. h. der Verbindungsleitung zum Verbraucher, beaufschlagt. Das Ventil ist derart konzipiert, daß in einer ersten Endstellung die Verbindung zwischen dem Zulauf und dem Ablauf, d. h. der Verbindungsleitung zum Verbraucher, gesperrt ist.

Eine Verstellbarkeit des Ventilkolbens im Ventilgehäuse erfolgt mittels einer Stelleinrichtung. Diese Stelleinrichtung ist vorzugsweise in Form einer elektromagnetischen Stelleinrichtung, d. h. eines Elektromagneten, ausgeführt.

Andere Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar, beispielsweise eine elektrohydraulische oder eine mechanische Verstelleinrichtung. Bei gewünschter stufenloser Verstellung wird von seiten der Stelleinrichtung der Ventilkolben mit einer Betätigungskraft FBet jfigung beaufschlagt. Dabei wird eine Verbindung zwischen den Druckräumen, die von der mit der zentralen Bohrung verbundenen Kammer und dem Einlauf sowie der zentralen Bohrung und einer Kammer am Ablauf gebildet werden, hergestellt. Das Betriebsmittel

kann somit vom Zulauf zum Verbraucher abfließen. Gleichzeitig stellt sich über die Verbindungsbohrung zwischen Innenraum und äußerem Umfang des Ventilkolbens bei Position im Bereich des Ablaufes ein Druck ein, der auf die Stirnfläche des Ventilstiftes wirkt und am Anschlag im Ventilgehäuse abgestützt wird. Dabei wird ein Gleichgewichtszustand hergestellt, das bedeutet die Betätigungskraft entspricht der Druckkraft, welche sich aus Verbraucherdruck auf die Ventilstiftfläche ergibt. Bei Vorsehung einer weiteren Energiespeichereinheit zwischen Ventilkolben und Ventilstift im Innenraum des Ventilkolbens summiert sich die dadurch aufgebrachte Kraft mit der Druckkraft.

Der Ventilstift stützt sich an der dem Anschlag zugeordneten Energiespeichereinheit ab. Die von der Energiespeichereinheit aufgebrachte Kraft entspricht dabei vorzugsweise der Kraft des Ventilstiftes bei maximal gewünschtem-proportionalen Druck, so daß im gesamten Proportionalbereich keine Veränderung der Kraft der Energiespeichereinheit bzw. der Lage des Anschlages stattfindet. Als unmittelbare Stellgröße für den einzustellenden maximal gewünschten proportionalen Druck ergibt sich somit die Vorspannkraft durch die Energiespeichereinheit. Erst wenn der eingesteuerte Druck im Verbraucher, d. h. im Ablauf, im Innenraum eine Kraft auf den Ventilstift erzeugt, welche höher ist als die der dem Anschlag zugeordneten Energiespeichereinheit, drückt der Ventilstift die Energiespeichereinheit zusammen, bis er mit wenigstens einem, an seinem Umfang ausgebildeten Vorsprung am Anschlag am Ventilkolben zur Anlage kommt. Sobald dieser Zustand erreicht wird, kann sich der Druck im Verbraucher nicht mehr auf das Ventil auswirken. Die Lage des Ventilkolbens bestimmt sich dann nur noch allein aufgrund der äußeren Kräfte von Stelleinheit und Energiespeichereinheit wie bei einem Wegeventil.

Für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung mit beiden Funktionen-Proportional-und Wegefunktion-in einem Automatgegetriebe

kann der Schaltdruck dabei derart ausgelegt werden, daß beispielsweise alle Schaltvorgänge im proportionalen Bereich liegen und der obere Druckbereich lediglich der Momentenübertragung dient.

Wesentliche Vorteile einer derartig gestalteten Ventileinrichtung bestehen darin, daß neben einer feinstufigeren Druckeinstellung eine universelle Verwendung ermöglicht werden kann, wobei mehrere Anforderungen mit optimaler Baugröße von einer Ventileinrichtung erfüllt werden können. Dies wären eine feinstufige Abstimmung von Betätigungskräften und Enddruck am Verbraucher bei geringer Größe des Druckes und die Bereitstellung und sicheres Halten eines hohen Druckes am Verbraucher.

Die Energiespeichereinheiten sind vorzugsweise in Form von Druckspeichereinheiten, beispielsweise einezelnen Druckfedern oder Federpaketen ausgeführt. Denkbar ist auch die Verwendung elastischer Membranen.

Die Ventileinrichtung kann unter Verzicht auf die Energiespeichereinheit am Anschlag als reines Proportionalventil betrieben werden oder aber bei Auslegung der Energiespeichereinheit derart, daß die Betätigungskraft sofort zum Verschieben des Ventilkolbens in eine Endlage führt, was bei einer geringen Vorspannkraft der Energiespeichereinheit ermöglicht wird, als reines Wegeventil betrieben werden. Eine geringe Vorspannkraft der Energiespeichereinheit ergibt einen kleinen Proportionalbereich, eine große Vorpannkraft der Energiespeichereinheit ergibt einen großen Proportionalbereich. Dies ermöglicht es, eine kompakte Ventilgrundbaueinheit gemäß Anspruch 11 zu schaffen, welche durch geringfügige Modifikationen mühelos an unterschiedliche Anforderungan angepaßt werden kann, wobei die einzelnen Komponenten auch als Austauschkomponeten ausgeführt werden können.

Die erfindungsgemäß gestaltete Ventileinrichtung kann jede Art von Stelleinrichtung umfassen, d. h. der Einsatz elektromagnetisch, mechanisch, hydraulisch oder anderweitig betreibbarer Stelleinrichtungen ist denkbar.

Elektromagnetische Stelleinrichtungen umfassen wenigstens einen Elektromagneten mit einer Spule und einem Anker.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei elektro-magnetischer Aufbringung der Betätigungskraft vorgesehen, den einzelnen Funktionszuständen"Proportionalventil"und"Wegeventil"unters chiedliche Wegbegrenzungen des Ventilkolbens bzw. des Magnetankers zuzuordnen.

Damit kann die Bestromung der Magnetspule im Zustand Wegeventil verringert werden, was sich als besonders vorteilhaft erweist, insbesodere da dieser Zustand den größten Zeitanteil beansprucht und somit für die Erwärmung und Haltbarkeit der Spule sowie die Hardware der Steuerung die größte Bedeutung besitzt. Der mögliche Hub im Proportionalbereich beträgt ungefähr ca. 80 % bezogen auf den Gesamthub. Geringfügige Abweichungen sind denkbar.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert.

Darin ist folgendes dargestellt : Fig. 1a und 1b verdeutlichen anhand einer Darstellung in zwei Betriebszuständen eine erfindungsgemäße Ausführung einer Ventileinrichtung ; Fig. 2 zeigt im Vergleich die Kennlinienen eines konventionellen Proportionalventiles und eines erfindungsgemäß gestalteten kombinierten Proportional-Wegeventiles anhand eines Diagrammes für die Abhängigkeit des einzustellenden Druckes im Verbraucher von der Größe der Magnetkraft ;

Fig. 3 verdeutlicht anhand eines Diagrammes die Abhängigkeit der Magnetkraft vom Magnethub bei Ausführung der Stelleinrichtung als elektromagnetische Stelleinrichtung ; Fig. 4 verdeutlicht in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Magnetkraft und Ventilkolben-bzw. Magnetspulenweg ; Fig. 5 verdeutlicht in einem Diagramm die erforderliche Bestromung für die Funktionen"Proportionalventil"und"Wegeventil".

Die Figur 1 verdeutlicht in vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einer Ventileinrichtung den Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäß gestalteten Proportional-Wegeventils 1. Dieses wird in einer bevorzugten Ausführung elektromagnetisch angesteuert. Zu diesem Zweck ist ein Elektromagnet 2 vorgesehen. Das Proportional-Wegeventil 1 umfaßt einen Ventilkörper 3, welcher eine zentrale Bohrung 4 umfaßt, in welcher ein Ventilkolben 5 in axialer Richtung bewegbar angeordnet ist. Der zentralen Bohrung 4 sind eine Vieizahi von Anschlüssen, mindestens jedoch zwei, zugeordnet. Dieses sind hier in Form von Verbindungskanälen 6,7 und 8 dargestellt, welche sich vom äußeren Umfang des Ventilkolbens 5 vorzugsweise in radialer Richtung bis zur zentralen Bohrung 4 erstrecken.

Dabei fungiert der Verbindungskanal 6 als Zulaufkanal und der Verbindungskanal 7 als Ablaufkanal. Die Verbindungskanäle 6,7 und 8 münden in die zentrale Bohrung 4, welche im Bereich der Kanäie zusätzliche Kammern, hier 9,10 und 11, aufweist, die mit der zentralen Bohrung 4 verbunden sind, sich in Umfangsrichtung erstrecken und einen größeren Durchmesser D als die zentrale Bohrung 4 aufweisen. Diese in das Ventilgehäuse 3 eingearbeiteten Kammern 9,10 und 11 bilden mit der zentralen Bohrung 4 die Steuerkanten des Ventilgehäuses 3.

Der Ventilkolben 5 weist im dargestellten Fall über seine axiale Lange I unterschiedliche Abmessungen in radialer Richtung auf. Im dargestellten Fall sind zwei Bereiche geringeren Durchmessers d, hier mit 12 und 13

bezeichnet, vorgesehen. Der Wechsel zwischen den Bereichen größeren und geringeren Durchmessers d führt zur Ausbildung der Steuerkanten 14,15 und 16 am Ventilkolben 5. Die Steuerkanten 14,15 und 16 des Ventilkolbens 5 und die Steuerkanten des Ventilgehäuses 3 haben einen besonderen Einfluß auf die Genauigkeit der Steuervorgänge. Diese beeinflussen die Drosselung der Durchgangsquerschnitte und damit die Geschwindigkeit der Arbeitsgeräte bzw. der der Ventileinrichtung in Form eines Proportional-Wegeventils 1 nachgeordneten Verbraucher. Die Kammern 9,10 und 11 bilden dabei mit der zentralen Bohrung 4 und der äußeren Kontur des Ventilkolbens 5 veränderliche Druckräume. Durch entsprechende Formgebung der einzelnen Steuerkanten werden unterschiedliche Durchflußcharakteristiken erzielt.

Im dargestellten Fall ist eine Ventileinrichtung 1 mit drei Anschüssen dargestellt. Der Verbindungskanal 6 dient dabei der Verbindung zwischen dem von der Kammer 9 und der zentralen Bohrung 4 gebildeten Druckraum wenigstens mittelbar mit einer Druckmittelversorgungsquelle. Der Verbindungskanal 7 dient zur Verbindung des von der Kammer 10 und der zentralen Bohrung 4 gebildeten Druckraumes mit einem hier im einzelnen nicht dargestellten Verbraucher.

Der Ventilkolben 5 weist einen Innenraum 20 auf, welcher sich in axialer Richtung in Richtung des Ventilkolbens 5 bis zu dessen Stirnseite 22 erstreckt. In diesem Innenraum 20 ist ein in axialer Richtung bewegbarer Ventilstift 21 angeordnet. Der Ventilstift 21 kann dabei unterschiedliche Stellungen einnehmen, insbesondere kann dieser vollständig im Ventilkolben 5 integriert werden oder aber aus dem Ventilkolben 5 hinausragen, d. h. er erstreckt sich in axialer Richtung über die Stirnseite 22 des Ventilkolbens 5.

Damit der Ventilstift 21 nicht aus dem Innenraum 20 des Ventilkolbens 5 hinausrutscht, ist dieser im Bereich seiner von der Stirnseite 22 des Ventilkolbens 5 gegenüberliegenden und wegweisenden Stirnseite 23 mit einem Vorsprung versehen. Dieser Vorsprung kann entweder als separates,

dem Ventilstift 21 zugeordnetes Bauteil ausgeführt sein, beispielsweise in Form eines Aufsteck-, Preß-oder schraubbaren Elementes, vorzugsweise in Form eines Ringes oder der Ventilstift 21 kann derart ausgebildet werden, daß dieser als einteiliges Bauteil mit entsprechendem Vorsprung ausgeführt wird.

Dabei ist wenigstens ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Vorsprung vorgesehen oder aber eine Vielzahl von in bestimmten Abständen in Umfangsrichtung angeordneten Vorsprüngen.

Des weiteren ist der Innenraum 20 in zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers unterteilt-einen ersten Bereich größeren Durchmessers, hier mit 24 bezeichnet, und einen zweiten Bereich geringeren Durchmessers, hier mit 26 bezeichnet. Der Bereich geringeren Durchmessers 26 dient dabei der Aufnahme und Führung des Ventilstiftes 21. Im Bereich größeren Durchmessers 25 ist eine Energiespeichereinheit 27 in Form einer Druckfeder angeordnet.

Auf der der Stelleinrichtung, hier dem Elektromagneten 2, abgewandten Stirnseite 22 des Ventilkolbens 5 ist im sich daran anschließenden Bereich der zentralen Bohrung 4 ein axial bewegbarer Anschlag 28 vorgesehen, an welchem die Stirnfläche oder wenigstens ein Teil der Stirnfläche 30 des Ventilstiftes 21 angreift, wobei der Anschlag 28 sich an einer Energiespeichereinheit 31, hier einer Druckfedereinrichtung abstützt.

Die vorliegende Ausführung weist zwei Grenzstellungen auf. Die erste Grenzstellung ist in der Figur 1a dargestellt. in diesem, stromlosen Zustand, ist der mit dem Verbindungskanal 7, dem Ablaufkanal, wenigstens mittelbar koppelbare Verbraucher entlastet und die Druckzufuhr über den Verbindungskanal 6 als Zuführkanal gesperrt. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Steuerkanten 14 bis 16 den Druckraum, welcher von der Kammer 9 und der zentralen Bohrung 4 gebildet wird, nicht mit dem entsprechenden

Druckraum, welcher mit dem Verbraucher koppelbar ist, verbindet. Der Ablaufkanal, d. h. die Verbindungsleitung 7 zum Verbraucher ist gesperrt.

In der Figur 1b ist das erfindungsgemäße Proportional-Wegeventil 1 in einer Schaltstellung dargestellt, in welcher es ais sogenanntes Proportionalventil arbeitet. Die einen Elektromagneten 2 umfassende Stelleinrichtung umfaßt wenigstens einen Leiter, beispielsweise in Form einer Spule, der dem Eleketromagneten 2 zugeordnet ist und welcher von einem Strom mit der Stromstärke I durchflossen wird. Dieser Stromstärkewert I entspricht dabei einem einzustellenden Sollwert für einen gewünschten am Verbraucher anliegenden und einzustellenden Druckwertes. Die Vorgabe des gewünschten einzustellenden Druckwertes am Verbraucher, der auch als Stelldruck WpASon bezeichnet wird, kann dabei durch einfache Berechnung oder einfache Zuordnung über in einer Speichereinheit abgelegte Kennlinien oder Tabellen erfolgen. Die nachfolgend beschriebene Möglichkeit ist nicht in der Figur dargestellt und ist nur eine von vielen. Die Druckeinstellung bzw.

Druckregelung über die Ventileinrichtung 1 erfolgt dabei beispielsweise in einem ersten, hier nicht dargestellten Regelkreis. Eingangsgrößen eines derartigen Regelkreises sind dabei ein gewünschter, sich am Ausgang, d. h. in der Ablaufleitung einstellender Stelidruck WPASOII, sowie ein fortlaufend aktuell ermittelter Istwert des Stelldruckes in der Ausgangsleitung PA 15t-Die Ventileinrichtung 1 fungiert dabei als Stellglied zur Einstellung dieses Stelldruckes. Die Stellgröße zur Beeinflussung dieses Steligliedes ist im vorliegenden Fall die die Position des Ventilkolbens 5 beeinflussende Größe der Magnetkraft Fg. Die Magnetkraft FMagnet entspricht der erforderlichen Betätigungskraft für die Verschiebung des Ventilkolbens 5 der Ventileinrichtung 1 zur Freigabe der einzelnen Durchflußquerschnitte zwischen den Verbindungskanälen 6,7 und 8. Die Einstellung der Magnetkraft FM. gnet erfolgt dabei über einen weiteren Regelkreis, welcher dem Druckregelkreis unterlagert ist. Eingangsgröße dieses zweiten Regelkreises ist eine vom Druckregler gebildete Führungsgröße für die Magnetkraft FMagnetsoll !)'

Entsprechend der Größe der Magnetkraft FMagnet wird der Ventilkolben in axialer Richtung relativ zum Ventilstift 21 verschoben, wobei die Druckräume, welche von der Kammer 9 und der zentralen Bohrung 4 bzw. der Kammer 10 und der zentralen Bohrung 4 gebildet werden, miteinander verbunden werden und über diese Verbindung der Druckräume eine Verbindung zwischen dem Zulauf 6 und dem mit dem Verbraucher gekoppelten Verbindungskanal 7 ermöglicht. Über die Verbindung zwischen den Druckräumen, welche von der Kammer bzw. 10 und der zentralen Bohrung 4 gebildet werden, stellt sich im Verbindungskanal 7 ein bestimmter Druck Plst ein. Dieser Druck pflanzt sich über eine Verbindungsbohrung 36, die sich vom Umfang 35 des Ventilkolbens 21 in radialer Richtung in Richtung des Innenraumes 20 erstreckt, bis in den Innenraum 20 fort. Dieser Druck beaufschlagt im Innenraum 20 die von der Stirnseite 23 gebildete Fläche des Ventilstiftes 21. Dabei herrscht immer ein Gleichgewichtszustand, d. h. die Betätigungskraft in Form der Magnetkraft FMagnet entspricht immer der von der Energiespeichereinheit 25 aufgebrachten Kraft plus der Druckkraft FDCk, welche sich aus dem Verbraucherdruck p, st und der Flache A des Ventilstiftes im Bereich der Stirnseite 23 ergibt. Der Ventilstift 21 stützt sich dabei an der vorgespannten Energiespeichereinheit 31 in Form einer als Druckfeder ausgeführten Federeinheit ab. Die Vorspannung der Federeinheit entspricht dabei der Kraft des Ventilstiftes 21 bei maximal gewünschtem proportionalem Druck, so daß im gesamten Proportionalbereich keine Veränderung an der Federeinheit stattfindet.

Sobald der eingestellte Druck p, st in dem mit dem Verbindungskanal 7 wenigstens mittelbar gekoppelten Verbraucher eine Kraft auf dem Ventilstift 21, insbesondere der Flache A an der Stirnseite 23 des Ventilstiftes 21 erzeugt, welche höher ist als die Kraft der vorgespannten Federeinheit 31, drückt der Ventilstift 21 die Federeinheit 31, insbesondere das Federpaket zusammen, bis er mit seiner Schulter S bzw. dem Anschlag im Bereich seines Endes im Ventilkolben 5 zum Anliegen kommt. Sobald dieser Zustand erreicht ist, kann sich der Druck im Verbraucher bzw. der Verbindungsleitung, welche

mit dem Verbindungskanal 7 und dem Verbraucher gekoppelt ist, nicht mehr auf die Ventileinrichtung 1 auswirken. Die Lage des Ventilkolbens 5 bestimmt sich nunmehr allein aufgrund der äußeren Kräfte von Magnet, insbesondere des Elektromagneten 2 und der Energiespeichereinheit 31, insbesondere der Federeinheit wie bei einem Wegeventil.

Der Ventilkolben 5 geht nun bei weiterem geringfügigen Ansteigen der Magnetkraft FMagnet in axialer Richtung bis zum Anschlag 28 und gibt den ungedrosselten Weg des Betriebsmittels, insbesondere des Öls zum Verbraucher frei.

Durch das Vorsehen eines Ventilstiftes 21, welcher vom Druck in der Verbindungsleitung 7 beaufschlagt wird, wird der Betätigungskraft auf den Ventilkolben 5 im Proportionalbereich immer eine Gegenkraft zugeordnet, welche bewirkt, daß am Ventilkolben 5 geringere Betätigungskräfte wirksam werden müssen um eine Verschiebung in axialer Richtung zu ermöglichen als bei einer Lösung ohne Ventilstift mit direktem Angriff der Betätigungskraft auf den Ventilkolben.

Die Figur 2 verdeutlicht schematisch das Kennfeld eines erfindungsgemäßen Proportional-Wegeventils in einem Diagramm, welches die Abhängigkeit des Ausgangsdruckes bzw. des für den Verbraucher bereitgestellten Druckes im Kanal 7 von der Magnetkraft FMagnetwiedergibt. Zu diesem Zweck ist im Koordinatensystem die Magnetkraft FMagnet in X-Richtung und der Ausgangsdruck plStin Y-Richtung abgetragen. Zum Vergleich ist mit I die Kennlinie eines herkömmlichen Proportionalventils eingezeichnet. Daraus ist ersichtlich, daß sich der Druck Plst in Abhängigkeit der Magnetkraft FMagnet linear ändert. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es demgegenüber, wie auch in der Kennlinie II dargestellt, den proportionalen Bereich breiter zu gestalten, d. h. den Anstieg der Kennlinie geringer zu halten, wobei sich an den proportionalen Bereich der sogenannte Wegbereich anschließt, indem

keine Druckbegrenzung erfolgt. Diese Verbreiterung des proportionalen Bereiches über einen größeren Magnetkraftbereich FMsgnet ermöglicht es, den am Verbraucher einzustellenden Druck feiner entsprechend der aufgebrachten Magnetkraft FMagnetabzustimmen.

Die Figur 3 verdeutlicht die Abhängigkeit der auftretenden Magnetkraft Fmgnet, welche gleichzeitig die Betätigungskraft für die Ventileinrichtung 1 darstellt, vom Magnethub. Daraus wird ersicht ! ich, daß sich in einem Bereich, welcher hier mit B1 bezeichnet wird, lediglich der Ventilkolben 5 in axialer Richtung verschiebt, während in einem Bereich des Magnethubes B2 eine Bewegung des Ventilstiftes 21 in axialer Richtung erfolgt. Dabei ist der Proportionalbereich, welcher hier mit Bproporfional bezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Ventilkolben 5 und im Anschluß daran der Ventilstift 21 in axialer Richtung verschoben werden. Der Wegebereich Pweg ist nur durch eine Bewegung des Ventilstiftes 21 in axialer Richtung charakterisiert.

Die Figur 4 verdeutlicht anhand eines Diagrammes die Kennlinien für die erforderliche Magnetkraft der Betätigungseinrichtung gemäß einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Grundgedankens, wobei die Betätigungskraft elektro-magnetisch aufgebracht wird. Die Stelleinrichtung umfaßt dazu wenigstens einen Elektromagneten mit einer Spule und einem Magnetanker, wobei der Anker unter der Wirkung des von der Spuie erzeugten Magnetfeldes beweglich ist. Aus der unterschiedlichen Nutzung der Magnetkraftkennlinie in den einzelnen Funktionszuständen"Proportionalventil" und"Wegeventil"ergibt sich die Möglichkeit, die Bestromung der Magnetspule im Zustand"Wegeventil"zu verringern. Die Verringerung der Bestromung der Magnetspule ist besonders vorteilhaft, da der zweite Teil des Gesamtarbeitsbereiches, die Funktion als Wegeventil, in der Regel den größten Zweitanteil besitzt und für die Erwärmung und Haltbarkeit der Spule sowie für die Hardware der Steuerung die größte Bedeutung besitzt. Dies wird

durch unterschiedliche Wegbegrenzungen erzielt, so daß, wie beispielsweise dargestellt, im Funktionszustand"Proportionalventil"der Wegbereich 3,2 bis 0,7 und im Zustand"Wegeventil"der Anschlag bei Weg 0 genutzt wird. Mit Weg ist dabei beispielsweise der vom Magnetanker zurückgelegte Weg bzw. der Weg des mit diesem gekoppelten Ventilkolbens gemeint. Durch die gezielte Überhöhung der Magnetkräfte in dieser Anschlagstellung kann die Bestromung der Magnetspule deutlich abgesenkt werden, ohne daß für den Betrieb als Proportionalventil Nachteile entstehen.

In Figur 4 ist ersichtlich, daß im ersten Teil des Gesamtarbeitsbereiches, dem Funktionszustand Proportionalventil, ein weitestgehend konstanter Verlauf der Magnetkraft, nur abhängig von der Bestromung der Spule, realisiert wird, während im zweiten Teil, dem Funktionszustand"Wegeventil"ein kräftiger Anstieg der Magnetkräfte zu verzeichnen ist.

Konstruktiv werden diese Begrenzungen beispielsweise dadurch gelöst, daß die Hubbegrenzung für die Funktion"Proportionalventil"durch das vorgespannte Federpaket des Ventils realisiert wird, während im Zustand Wegeventil beispielsweise ein zweiter Anschlag in der Magnetspule wirksam wird. Das Federpaket des Ventiles übt auf den Ventilstift eine zur Kraft, welche aus dem Druck im Ablaufkanal auf die Stirnfläche des Ventilstiftes gebildet wird, entgegengerichtete Kraft aus.

Wie im Diagramm ersichtlich, beträgt der Wegebereich des Ventilkolbens im ersten Teil des Gesamtarbeitsbereiches, dem Zustand"Proportionalventil"ca.

80% oder mehr und im zweiten Teilarbeitsbereich, dem Zustand"Wegeventil" ca. 20% oder weniger des Gesamtwegebereiches. Kleinere Abweichungen von diesen Werten sind denkbar.

Im Funktionszustand Proportionalventil befindet sich die Steuerstellung des Ventilkolbens meist in der Mitte des Wegebereiches des Ventilkolbens. Beim Einsteuern, z. B. nach Füttvorgängen muß der Druckverlauf unabhängig von der vorangegengenen Position des Steuerschiebers sein. Dies bedeutet, daß der Druckverlauf sich von unten auf den gewünschten wert ohne Drucküberhöhungen beim Übergang Füllen-Steuern einstellt.

Figur 5 verdeutlicht den Verlauf der Druckkenniinie über der Bestromung für ir die Funktionen"Proportionalventil"und"Wegeventil". Darin kennzeichnet I den Bereich der erforderlichen Bestromung der Magnetspule zum sicheren Halten des Wegeventiles, II die erforderliche Bestromung zum Einschalten des Wegeventiles und III die Kennlinie für die kritische Bestromung zum Ausschalten des Wegeventiles.

Beim Einsatz der Ventileinrichtung in Schaltgetrieben ist die Ventileinrichtung im Funktionszustand Proportionalventil in wenigstens zwei Bereichen wirksam : a) beim Füllen b) beim Synchronisiervorgang Für den Fülivorgang ist einbestimmter Angfangsdruck vorgebbar. Der Fülivorgang selbst kann a) gesteuert oder b) ungesteuert erfolgen.

Im erst genannten Fall befindet sich der Ventilkolben während der Füllperiode am Anschlag, beispielsweise in Bezug auf Fig. 4, am Anschlag 0,7.

Beim gesteuerten Füllvorgang befindet sich der Ventilkolben während des Fülivorganges bereits in der Steuerstellung.

Für den Synchronisiervorgang geht die Ventileinrichtung vom Anschlag in die Steuerstellung oder bleibt in der selben. Es ist dann möglich beliebige auf- oder absteigende Drücke einzustellen.

Zum Steuern nach der Synchronisation : Durch eine kurzzeitige stärkere Bestromung wird das Ventil sicher in den Zustand Wegeventil gebracht. Die Magnetspule geht dabei in stellung Null, die Druckbeeinflussung des ventiles schaltet ab. Anschließend kann die Bestromung aufgrund der angestiegenen Magnetkräfte in der Stellung Null auf einen geringen Haltestrom abgesenkt werden.