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Die
Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Ventil gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine ventilgesteuerte Hydromaschine
mit einem derartigen Ventil.
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Derartige
ventilgesteuerte Hydromaschinen sind beispielsweise aus der
EP 1 537 333 B1 bekannt.
Diese Druckschrift zeigt eine Hydromaschine in Axial- oder Radialkolbenbauweise,
die als Motor sowie als Pumpe betrieben werden kann, wobei das Förder-
bzw. Schluckvolumen über die Ventilsteuerung nahezu stufenlos
verstellbar ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die
Hydromaschine als Axialkolbenmaschine ausgeführt, wobei
eine Vielzahl von in einem Zylinder angeordneten Kolben an einer
drehbar gelagerten Taumelscheibe abgestützt ist. Jeder dieser
Kolben begrenzt mit dem zugeordneten Zylinderraum einen Arbeitsraum,
der über ein niederdruckseitiges Ventil und ein hochdruckseitiges
Ventil mit einem Druckmittelzulauf oder einem Druckmittelablauf
verbindbar ist. Bei der bekannten Lösung sind die beiden
Ventile als elektrisch entsperrbare bzw. sperrbare Rückschlagventile
ausgeführt, die über die Pumpensteuerung ansteuerbar
und im jeweiligen Arbeitsraum im „full mode”,
im „partial mode” oder im „idel mode” zu
betreiben sind. Dadurch kann das Förder- oder Schluckvolumen
stufenlos von einem Maximalwert auf Null verstellt werden. Über
eine Steuereinheit wird die Hydromaschine nach einem Regelalgorithmus
betrieben, um einen möglichst pulsationsarmen Summen-Fördervolumenstrom
(Pumpe) oder Summen-Schluckvolumenstrom (Motor) zu erzielen. Die
Volumenstromverstellung erfolgt dabei häufig nach einer
Phasenanschnittssteuerung, sie kann jedoch auch nach einer Phasenabschnitts-
oder Phasenausschnittssteuerung durchgeführt werden.
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Hydromaschinen
mit über die Ventilsteuerung veränderbarem Schluck-/Fördervolumen
nennt man auch Digital-Displacement-Units (DDU). Bei derartigen
Hydromaschinen sind grundsätzlich alle Verdrängerprinzipien
denkbar. Vorteilhaft sind jedoch Kolbenmaschinen, insbesondere in
Radialkolbenbauweise, da diese es ermöglichen, den Ein-
und Ausgang für jeden Verdränger separat auszuführen und
somit aktiv zu kontrollieren. Dabei kann es durchaus sinnvoll sein,
zwischen Pumpen- und Motorbetrieb zu un terscheiden, so dass dann
das Kontrollelement für den Nieder- bzw. Hochdruckanschluss
unterschiedlich aussehen kann.
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Ein
derartiges Kontrollelement ist beispielsweise in der
WO 2008/029073 A1 beschrieben.
Diese Druckschrift zeigt ein hochdruckseitiges Ventil, das mit einer
Vorsteuerung ausgeführt ist. Dieses Ventil hat eine Hauptstufe
mit einem Ventilkörper, der gegen einen Ventilsitz vorgespannt
ist. Der Ventilkörper ist von einer Vorsteuerbohrung durchsetzt,
die in einer Grundposition von einem Vorsteuerventilkörper verschlossen
ist, der gleichzeitig auch Anker eines elektromagnetischen Vorsteueraktors
ist. Bei Bestromen dieses Aktors führt der Vorsteuerventilkörper
einen Hub aus und öffnet die Vorsteuerbohrung, so dass
der Ventilkörper in Schließrichtung entlastet wird
und durch den Druck am Eingang von seinem Ventilsitz abgehoben werden
kann. Dabei entspricht der Hub des Ventilkörpers in etwa
dem Hub des Vorsteuerventilkörpers/Ankers.
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An
ein derartiges hochdruckseitiges Ventil werden verschiedene, mitunter
einander widersprechende Anforderungen gestellt. Eine im Hinblick
auf den Bauraum minimierte Hydromaschine setzt ein in seinen Gesamtabmessungen
kleines Ventil mit möglichst großem und somit
widerstandsarmem Strömungsquerschnitt voraus. Ein derart
großer Strömungsquerschnitt bedingt jedoch einen
größeren Ventilhub, was der Forderung nach hoher
Ventildynamik bei möglichst kleiner elektrischer Leistungsaufnahme
widerspricht. Hinzu kommt, dass die Anforderungen an das Ventil
mit unterschiedlichen Betriebspunkten der Hydromaschine variieren.
Aus hohen Drehzahlen ergeben sich beispielsweise große
Volumenströme und Forderungen nach kleinen Schaltzeiten
mit kleinen Drehzahlen gehen lange Einschaltdauern für
die Magnetspulen einher.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Ventil
und eine damit ausgeführte Hydromaschine zu schaffen, das bei
minimalem Bauraum auch für große Volumenströme
geeignet ist und dabei noch eine hohe Ventildynamik zur Ansteuerung
der Hydromaschine gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein vorgesteuertes Ventil mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 bzw. durch eine ventilgesteuerte Hydromaschine
mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruches 11 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
das vorgesteuerte Ventil mit einer Hauptstufe und einer elektromagnetisch betätigten
Vorsteuerung ausgeführt, wobei die Hauptstufe einen Ventilkörper
hat, der von einem Vorsteuerströmungspfad durchsetzt ist.
Dieser ist mittels eines Vorsteuerventilkörpers eines Vorsteueraktors
verschließbar, wobei ein Hub eines Ankers dieses Vorsteueraktors
mittelbar oder unmittelbar auf den Vorsteuerventilkörper übertragbar
ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich zu
dem den Vorsteuerventilkörper zugeordneten Anker ein weiterer
Hauptstufenanker vorgesehen, der nach einem Teilhub des Ventilkörpers
in elektromagnetischen Wirkeingriff gelangt, um diesen in einen
Endhubbereich zu bewegen und/oder dort zu halten.
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Mit
anderen Worten gesagt, durch den Anker des Vorsteueraktors wird
der Vorsteuerventilkörper nur mit einem vergleichsweise
geringen Hub verfahren, der erforderlich ist, um den Vorsteuerströmungspfad
aufzusteuern. Nach Entlastung des Ventilkörpers der Hauptstufe
in Schließrichtung führt der Ventilkörper
ebenfalls einen dem Hub des Vorsteuerventilkörpers entsprechenden
Teilhub aus. Dabei gelangt dann der zweite Hauptstufenanker in Wirkeingriff,
so dass der Ventilkörper einen weiteren Hub durchführt und
im Endhubbereich offen gehalten wird. D. h. bei dieser Lösung
sind einem Magnetkreis zwei nacheinander oder überlappend
wirksame Anker zugeordnet, die dazu führen, dass der Ventilkörper
einen vergleichsweise großen Hub ausführt, so
dass das Ventil auch bei vergleichsweise großen Druckmittelvolumenströmen
eingesetzt werden kann, ohne dass bei der Durchströmung
in Schließrichtung wirksame Strömungskräfte
wirken. Dadurch kann die mit dem erfindungsgemäßen
vorgesteuerten Ventil ausgeführte Hydromaschine mit hoher
Dynamik im Motorbetrieb bei höheren Drehzahlen als die
herkömmliche Lösung betrieben werden.
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Bei
einer Variante der Erfindung hat der Ventilkörper der Hauptstufe
einen Ventilteller, der gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist und
in den der Vorsteuerventilkörper zumindest abschnittsweise
geführt und gegen einen Vorsteuersitz des Vorsteuerströmungspfads
vorgespannt ist.
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Diese
Vorspannung kann beispielsweise über eine Spannfeder erfolgen,
die am Ventilteller abgestützt ist.
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Bei
einer derartigen Variante hat der Ventilteller beispielsweise eine
Führungsbuchse, an der die Spannfeder abgestützt
ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu der
Spannfeder eine Schaltfeder vorgesehen, die den Vorsteuerventilkörper
gegen den Vorsteuerventilsitz vorspannt.
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Bei
einer Variante der Erfindung ist der Anker des Vorsteueraktors von
einer Führungsstange des Vorsteuerventilkörpers
durchsetzt, die an ihrem Endabschnitt einen Federteller trägt,
an dem die vorgenannte Schaltfeder abgestützt ist, die
auch Hauptstufenanker in Richtung seiner Grundposition vorspannt.
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Dabei
wird dann vorzugsweise der Hauptstufenanker an den Ventilkörper
angesetzt oder einstückig mit diesem ausgebildet.
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Dabei
kann der Ventilkörper beispielsweise mit einem rückseitigen
Nabenvorsprung ausgeführt sein, auf den der Vorstufenanker
aufgesetzt ist.
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Zur
Kennlinienanpassung kann an einem Anker ein sich zum anderen Anker
hin erstreckender Vorsprung ausgebildet werden, der im vorgenannten Endhubbereich
in eine entsprechende Ausnehmung des anderen Ankers eintaucht, so
dass die Magnetkraft auf den Anker bei vergleichsweise geringem Hub
vergrößert wird.
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Zum
Vermeiden eines Anhaftens des zweiten Ankers am erst genannten Anker
kann zwischen diesen ein Antiklebeplättchen bzw. eine paramagnetische
Beschichtung vorgesehen werden, so dass die Schließzeit
des Ventils minimiert ist. Ebenso kann eine Führungsbuchse
in Richtung des Vorsteuerankers aus dem Ventilkörper herausragen
und somit als Antiklebeplättchen fungieren. Dazu ist die
Führungsbuchse aus paramagnetischem Material auszuführen.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
vorgesteuertes Ventil, das als hochdruckseitiges Ventil einer ventilgesteuerten
Hydromaschine einsetzbar ist;
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2 zeigt
das vorgesteuerte Ventil aus 1 bei geöffneter
Vorsteuerung und
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3 das
Ventil aus 1 bei geöffneter Hauptstufe.
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch ein Ventil, das beispielsweise
als schnell schaltendes elektrisch entsperrbares Hochdruckventil
einer DDU der eingangs beschriebenen Bauart verwendet werden kann.
Ein derartiges Hochdruckventil 1 dient zur Kontrolle des
hochdruckseitigen Zu- bzw. Ablaufs der DDU. Im Pumpenbetrieb arbeitet
das Hochdruckventil als herkömmliches federbelastetes Rückschlagventil.
Im Motorbetrieb muss es aktiv gegen den anstehenden Hochdruck geöffnet
werden, um den Druckmittelzufluss zum Verdrängerraum freizugeben.
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Das
dargestellte Hochdruckventil 1 ist als Einbauventil ausgeführt,
das in eine Aufnahmebohrung der DDU oder der hydrostatischen Verdrängereinheit
eingeschraubt werden kann. Dabei steht der radiale Anschluss A mit
einem Hochdruckkanal und der axiale Anschluss B mit einem Verdrängerraum der
Hydromaschine in Druckmittelverbindung.
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Das
Hochdruckventil 1 ist als vorgesteuertes Ventil ausgeführt
und hat eine Hauptstufe 2, der eine Vorsteuerung 4 zugeordnet
ist.
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Die
Hauptstufe 2 hat eine Sitzbuchse 6, an der der
durch einen Radialbohrungsstern ausgebildete radiale Anschluss A
und der axiale Anschluss B ausgeführt sind. An einer Axialbohrung 8 der
Sitzbuchse 6 ist durch eine Radialschulter ein Ventilsitz 10 ausgebildet,
gegen den in der dargestellten Grundstellung des Hochdruckventils 1 ein
Ventilkörper 12 vorgespannt ist. Dieser besteht
im Wesentlichen aus einem Ventilteller 14, der stirnseitig
mit einer Sitzfläche 16 ausgeführt ist,
die in der Grundstellung dichtend an dem Ventilsitz 10 anliegt.
Der Ventilteller 14 hat einen sich in 1 nach
unten, aus der Axialbohrung 8 heraus erstreckenden Vorsprung 18, der
von einer Vorsteuerbohrung 20 durchsetzt ist, die sich
in 1 nach oben hin zu einem Vorsteuerventilsitz 22 erweitert.
Gegen diesen ist ein Vorsteuerventilkörper 24 vorgespannt,
dessen Aufbau im Folgenden noch näher erläutert
wird.
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Gemäß 1 ist
der Ventilteller 14 an seiner vom Ventilsitz 10 abgewandten
Seite über eine Radialschulter zurückgestuft,
so dass der Ventilteller 14 in einen rückseitigen
Nabenvorsprung 26 des Ventilkörpers 12 übergeht.
Die Vorsteuerbohrung 20 ist in dem radial erweiterten Bereich
des Ventiltellers 14 und zum Nabenvorsprung 26 hin
in Radialrichtung zu einer Führungsbohrung 28 erweitert,
in die rückseitig eine Führungsbuchse 30 eingesetzt
ist. Diese kann aus paramagnetischem Material hergestellt sein und axial
etwas über die rückseitige Stirnfläche
des Nabenvorsprungs 26 überstehen und so als Antiklebeplättchen
dienen.
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Im
Bereich dieser Führungsbuchse 30 ist auf den Außenumfang
des Nabenvorsprungs 26 ein Hauptstufenanker 32 aufgesetzt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Material
des Hauptstufenankers 32 im Hinblick auf einen optimalen
magnetischen Fluss ausgelegt, während der Federteller 14 im
Hinblick auf eine optimierte Dichtwirkung und Verschleißfestigkeit
ausgelegt wird.
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Die
Befestigung des Hauptstufenankers 32 auf dem Nabenvorsprung 26 kann
in beliebiger Weise, beispielsweise durch Aufschrumpfen, Schweißen,
Schrauben oder in sonstiger Weise erfolgen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Hauptstufenanker 32 tellerförmig mit einem
in 1 nach oben hin axial vorspringenden Umfangsrand 34 ausgeführt.
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Die
axiale Führung des Ventilkörpers 12 in der
Sitzbuchse 6 erfolgt entlang der Außenumfangsflächen
des Hauptstufenankers 32 und des Federtellers 14 – diese
Abschnitte sind gleitend entlang einer Innenführung 36 der
Sitzbuchse 6 geführt.
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Gemäß 1 ist
die Sitzbuchse 6 in eine Ventilhülse 38 eingesetzt,
die in die eingangs genannte Aufnahmebohrung der Hydromaschine eingeschraubt
wird.
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Im
Abstand zum Vorsteuerventilsitz 22 ist der Vorsteuerventilkörper 24 der
Vorsteuerung 4 zu einem Führungsbund 40 erweitert,
der in der Führungsbohrung 28 axial verschiebbar
geführt ist. Im Anschluss an den Führungsbund 40 ist
der Vorsteuerventilkörper 24 in Radialrichtung
zu einer Führungsstange 42 zurückgestuft,
die über die Führungsbuchse 30 geführt
ist.
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An
der in 1 oben liegenden Ringstirnfläche des
Führungsbunds 40 greift eine Spannfeder 44 an,
die ihrerseits an der benachbarten Ringstirnfläche der
Führungsbuchse 30 abgestützt ist, so
dass der Vorsteuerventilkörper 24 mit seiner kegelförmigen
Spitze dichtend gegen den Vorsteuerventilsitz 22 vorgespannt
ist.
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Gemäß der
Darstellung in 1 erstreckt sich die Führungsstange 42 nach
oben über die Führungsbuchse 30 hinaus
und durchsetzt einen Anker 46 der Vorsteuerung 4.
Auf den sich aus diesem Anker 46 herauserstreckenden Endabschnitt
der Führungsstange 42 ist ein buchsenförmiger,
abgestufter Federteller 48 aufgesetzt, an dem eine Schaltfeder 50 angreift.
Eine in 1 unten liegende Ringstirnfläche 52 des
Federtellers 48 liegt an einer Anschlagfläche 54 des
Ankers 46 an, so dass dieser durch die Vorspannung der
Schaltfeder 50 mit einer radial vorspringenden Anschlagnase 56 am
Außenumfang des Ankers 46 gegen eine bündig
auf die benachbarte Stirnfläche der Sitzbuchse 6 aufgesetzte
Zwischenscheibe 58 vorgespannt ist. Der Anker 46 ist
an seiner dem Hauptstufenanker 32 zuweisenden Stirnfläche
mit einer Ringausnehmung 57 ausgeführt, deren Geometrie
an die Abmessung des vorspringenden Umfangsrands 34 des
Hauptstufenankers 32 angepasst ist.
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In
eine Aufnahmebohrung 60 der Ventilhülse 38 ist
ein Spulenkörper 62, bestehend aus einem Spulenträger
und einer Wicklung, eingesetzt, der mittels eines elektrischen Anschlusses 64 bestrombar ist,
um den Anker 46 zu betätigen. Der Spulenkörper 62 ist
nach oben hin an einem Polring 66 und nach unten hin durch
einen weiteren, konifizierten und nicht magnetisierbaren Konusring 68 abgestützt.
Die Funktion dieses Konusrings 68 besteht darin, den Hochdruckbereich
zur Spule und im weiteren zur Ventilumgebung abzudichten. Des Weiteren
verläuft der magnetische Fluss um den Konusring 68 herum, so
dass sich der Feldlinienverlauf gemäß 3 einstellt.
Diese Bau elemente übernehmen in etwa die Funktion eines
Polrohrs. In den vom Polring 66 und vom Konusring 68 sowie
vom Spulenkörper 62 definierten Innenraum ist
ein axiales Polstück 70 eingesetzt, das an seinem
in 1 unteren Endabschnitt konisch erweitert ist und
an dem entsprechend ausgeführten Konusring 68 flächig
anliegt und diesen abschnittsweise hintergreift. Der Außenumfang
des Konusrings 68 liegt mit einer Schrägfläche
an einer entsprechenden Schrägschulter 72 der
Ventilhülse 38 an, so dass die Baugruppe bestehend
aus dem Polstück 70 und dem Konusring 68 nach
oben hin (1) gesichert ist. Die axiale
Sicherung in Gegenrichtung erfolgt durch eine Stirnplatte 74,
die über eine Befestigungsschraube 76 mit dem
axialen Polstück 70 verbunden ist und sich in
Axialrichtung an der benachbarten Ringstirnfläche des Polrings 66 abstützt.
Dieser ist seinerseits mit einer Stützschulter 80 an
einer Schulter 78 der Ventilhülse 68 abgestützt,
so dass die gesamte Vorsteuerung in der Ventilhülse 38 verspannt
ist.
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Das
Polstück 70 ist mit einer Sacklochbohrung 82 ausgeführt,
an deren Stirnfläche die Schaltfeder 50 abgestützt
ist und in die in der dargestellten Grundposition der Federteller 48 und
der Endabschnitt der Führungsstange 42 abschnittsweise eintauchen.
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In
der dargestellten Grundposition, in der der Federteller 14 auf
dem Ventilsitz 10 aufsitzt und der Anker 46 gegen
die Zwischenscheibe 58 vorgespannt ist, taucht der Umfangsrand 34 des
Hauptstufenankers 32 gerade nicht oder nur geringfügig
in die Ringausnehmung 57 des Ankers 46 ein, so
dass ein Sekundärarbeitsluftspalt 59 zwischen
den Ankern 32, 46 verbleibt. Zwischen der oberen
(1) Ankerstirnfläche des Ankers 46 und
der benachbarten Stirnfläche des Polstücks 70 verbleibt
ein Vorsteuerarbeitsluftspalt 21. Dabei ist der Ventilteller 14 praktisch
durch die Kraft der Schaltfeder 50 gegen den Ventilsitz 10 vorgespannt,
wobei die Kraft der Schaltfeder 50 über den Vorsteuerventilkörper 24 auf
den Ventilteller 14 übertragen wird.
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Im
Pumpenbetrieb arbeitet das vorbeschriebene Hochdruckventil 1 als
Rückschlagventil, das durch den Druck im Verdrängerraum
(Anschluss B) gegen die Kraft der Schaltfeder 50 geöffnet
werden kann. Im eingangs beschriebenen Motorbetrieb steht der höhere
Druck am radialen Anschluss A an, so dass das Hochdruckventil 1 gegen
diesen Hochdruck geöffnet werden muss. Dieser Fall wird
im Folgenden anhand der
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2 und 3 erläutert.
Die Schnitte in den 2 und 3 sind etwas
anders als in der Darstellung gemäß 1 gewählt – dies
spielt jedoch für die vorstehenden Erläuterungen
keine Rolle. Aus diesem anderen Schnittverlauf wird deutlich, dass
die beiden Anker 46, 32 jeweils durch achsparallel
verlaufende Entlastungsbohrungen 86, 88 druckausgeglichen
sind.
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Beim
Bestromen der Magnetspule des Spulenkörpers 62 wird
der Anker 46 gemäß der Darstellung in 2 nach
oben bewegt, so dass sich der Vorsteuerarbeitsluftspalt 21 schließt.
Dabei nimmt der Anker 46 über den Federteller 48 die
Führungsstange 42 mit, so dass im Ventilteller 14 der
Vorsteuerventilkörper 24 vom Vorsteuerventilsitz 22 abhebt.
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Durch
das Abheben des Vorsteuerventilkörpers 24 vom
Vorsteuerventilsitz 22 wird ein Vorsteuerströmungspfad
zwischen den beiden Anschlüssen A, B geöffnet.
Dieser Vorsteuerströmungspfad ist in der Darstellung gemäß 1 gestrichelt
angedeutet und mit dem Bezugszeichen 82 gekennzeichnet. Demgemäß sind
in der Umfangswandung des Nabenvorsprungs 26 und in dem
Führungsbund 40 Bohrungen vorgesehen, die eine
Steuerölströmung vom Anschluss B über
den geöffneten Vorsteuerventilsitz, durch den Führungsbund 40 hindurch
und in Radialrichtung durch den Nabenvorsprung 26 zum Anschluss
A ermöglichen.
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Durch
das Abheben des Vorsteuerventilkörpers 24 wird
die Spannfeder 44 gespannt, wodurch über die Führungsbuchse 30 eine
in Öffnungsrichtung auf den Ventilteller 14 wirksame
Kraft übertragen wird.
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Der
Ventilteller 14 hebt jedoch nicht sofort nach Öffnen
des vorbeschriebenen Vorsteuerströmungspfads von seinem
Ventilsitz 10 ab, sondern erst dann, wenn das Druckniveau
zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite (Verdrängerraum)
nahezu ausgeglichen ist und somit die in Schließrichtung
in Folge der Druckdifferenz über den Ventilteller 14 wirksame
Kraft kleiner wird als die in Öffnungsrichtung wirksame
Kraft der Spannfeder 44.
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Wenn
der Anker 46 am Polstück 70 anliegt, ist
der Magnetkreis aufgeteilt, wo aufgrund des nicht dargestellten, über
den Hauptstufenanker 34 verlaufenden Teil des Magnetkreises
bereits eine öffnende Kraft auf den Hauptstufenanker 34 wirkt.
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Nach
dem vorgenannten Druckausgleich wird der Ventilteller 14 wie
in 3 dargestellt, durch die Kraft der Spannfeder 44 vom
Ventilsitz 10 abgehoben, wobei dann der Hauptstufenanker 34 weiter
in Wirkeingriff mit dem Magnetfeld der Magnetspule gelangt, so dass
dann der Hauptstufenanker 34 vollständig im magnetischen
Fluss liegt (siehe 3). Der Hub des Federtellers 14 wird
dann elektromagnetisch unterstützt, so dass dieser einen
vergleichweise großen Hub durchführt und in der
dargestellten Position, in der der Hauptstufenanker 34 an
den Anker 46 anliegt, in seiner Öffnungsstellung
gehalten wird – der Sekundärluftspalt 59 ist
dann geschlossen. Mit Variation des geregelten Stromniveaus kann
die Schließ- und Haltekraft an den Betriebspunkt der Hydromaschine
angepasst werden. Dabei wird es bevorzugt, wenn die Axiallänge
des Vorsteuerluftspaltes 74 geringer als der Öffnungshub
H des Ventiltellers 14 ist. D. h. die Führungsstange 42 wird
beim erfindungsgemäßen Prinzip nur so weit bewegt,
wie es die Vorsteuerung strömungstechnisch erfordert. Der eigentliche Öffnungshub
erfolgt im Wesentlichen durch die Kraft des Elektromagneten, wobei
dieser Öffnungshub wiederum an die Druck- und Druckmittelvolumenstromverhältnisse
angepasst werden kann, so dass ein Schließen des Hochdruckventils aufgrund
von Strömungskräften praktisch ausgeschlossen
ist.
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Je
nach Ausführung des Hauptstufenankers 32 kann
der Ventilkörper 12 auch schon in Ventilgrundstellung
teilweise in den Magnetfluss eingebunden sein. Somit wird der Bewegungsbeginn
auch schon vom Magnet unterstützt. Dadurch kann die Spannfeder 44 schwächer
ausgeführt werden. Allerdings geht dies zu Lasten der Magnetkraft
am Anker 46 und somit zu Lasten der erreichbaren Öffnungskraft
der Vorsteuerung.
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Grundsätzlich
kann also über die geometrische Gestaltung des Hauptstufenankers 32 die
Magnetkraft zwischen Vorsteuerung und Hauptstufe verteilt werden.
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Da
der Ventilteller 14 strömungstechnisch bedingt
einen größeren Hub H ausführt als die
Führungsstange 42, muss diese während
des Hubs des Ventiltellers 14 relativ zum Anker 46 bewegbar
sein. Während dieser Relativbewegung wird die Schaltfeder 50 komprimiert
und hält somit die Rückstellkraft des Ventils 1 vor.
Die Kompressionsarbeit der Schaltfeder 10 resultiert im
Wesentlichen aus dem Magnetkreis.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 12 zweiteilig
mit dem Ventilteller 14 und dem Hauptstufenanker 34 aufgebaut,
wobei letzterer aus einem magnettechnisch günstigen Werkstoff
ausgeführt ist. Prinzipiell kann der Ventilkörper jedoch
auch einstückig ausgebildet werden.
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Während
des vorbeschriebenen Hubs H des Ventiltellers 14 taucht
der Umfangsrand 34 des Hauptstufenankers 34 in
die entsprechende Ringausnehmung 57 des Ankers 46 der
Vorsteuerung ein, bevor die beiden einander zuweisenden Stirnflächen
der beiden Anker 46, 34 in Anlage gelangen. Durch
die Geometrie des Umfangsrands 34 und der entsprechenden
Ausnehmung 57 kann die Kennlinie der auf den Hauptstufenanker 34 wirkenden
Magnetkraft an die jeweiligen Bedingungen angepasst werden. Selbstverständlich
kann in kinematischer Umkehr auch ein Vorsprung am Anker 46 vorgesehen werden,
der in eine entsprechende Ausnehmung am Hauptstufenanker 34 eintaucht.
Die Vorsprünge können dabei je nach Kennlinienanpassung
unterschiedliche Geometrien aufweisen. Prinzipiell ist es auch möglich,
an einem der Anker einen axialen Vorsprung auszubilden, der in eine
entsprechende Axialausnehmung des anderen Ankers eintaucht, wobei
dieser Vorsprung bspw. zylindrisch oder trapezförmig ausgebildet
sein kann und die entsprechenden Wandungsbereiche des anderen Ankers
dann angeschrägt werden können. Anstelle des ringzylinderförmigen
Umfangsrandes 34 können natürlich auch
andere Geometrien, beispielsweise ein Umfangsrand mit dreieck- oder
trapezförmigem Querschnitt ausgewählt werden – prinzipiell
kann der Überlappungsbereich so gewählt werden,
dass die Kennlinie in geeigneter Weise an die jeweils gewünschten
Bedingungen angepasst wird.
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Um
ein Ankleben der beiden Anker 46, 34 aneinander
oder des Ankers 46 am Polstück 70 zu vermeiden,
kann in dem jeweiligen Anlagebereichen noch ein Antiklebeplättchen
vorgesehen werden.
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Offenbart
sind ein vorgesteuertes Ventil mit einer elektromagnetisch betätigten
Vorsteuerung und eine ventilgesteuerte Hydromaschine mit einem derartigen
Ventil. Erfindungsgemäß ist neben einem Anker
der elektromagnetisch betätigten Vorsteuerung noch ein
weiterer Hauptstufenanker vorgesehen, über den ein Ventilkörper
der Hauptstufe zum Öffnen eines Druckmittelströmungspfads
in eine Öffnungsstellung bewegbar ist.
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- 1
- Hochdruckventil
- 2
- Hauptstufe
- 4
- Vorsteuerung
- 6
- Sitzbuchse
- 8
- Axialbohrung
- 10
- Ventilsitz
- 12
- Ventilkörper
- 14
- Ventilteller
- 16
- Sitzfläche
- 18
- Vorsprung
- 20
- Vorsteuerbohrung
- 22
- Vorsteuerventilsitz
- 24
- Vorsteuerventilkörper
- 26
- Nabenvorsprung
- 28
- Führungsbohrung
- 30
- Führungsbuchse
- 32
- Hauptstufenanker
- 34
- Umfangsrand
- 36
- Innenführung
- 38
- Ventilhülse
- 40
- Führungsbund
- 42
- Führungsstange
- 44
- Spannfeder
- 46
- Anker
- 48
- Federteller
- 50
- Schaltfeder
- 52
- Ringstirnfläche
- 54
- Anschlagfläche
- 56
- Anschlagnase
- 57
- Ringausnehmung
- 58
- Zwischenscheibe
- 59
- Sekundärluftspalt
- 60
- Aufnahmebohrung
- 62
- Spulenkörper
- 64
- Anschluss
- 66
- Polring
- 68
- Konusring
- 70
- Polstück
- 72
- Schrägschulter
- 74
- Stirnplatte
- 76
- Befestigungsschraube
- 78
- Schulter
- 80
- Stützschulter
- 82
- Vorsteuerströmungspfad
- 84
- Vorsteuerluftspalt
- 86
- Entlastungsbohrung
- 88
- Entlastungsbohrung
- 90
- Feldlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1537333
B1 [0002]
- - WO 2008/029073 A1 [0004]