DE102008064408A1 - Vorgesteuertes Ventil und ventilgesteuerte Hydromaschine - Google Patents

Vorgesteuertes Ventil und ventilgesteuerte Hydromaschine Download PDF

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Jörg Weingart
Peter Schwaderer
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Abstract

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.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine ventilgesteuerte Hydromaschine mit einem derartigen Ventil.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Vorspannung kann beispielsweise über eine Spannfeder erfolgen, die am Ventilteller abgestützt ist.
  • Bei einer derartigen Variante hat der Ventilteller beispielsweise eine Führungsbuchse, an der die Spannfeder abgestützt ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu der Spannfeder eine Schaltfeder vorgesehen, die den Vorsteuerventilkörper gegen den Vorsteuerventilsitz vorspannt.
  • 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.
  • Dabei wird dann vorzugsweise der Hauptstufenanker an den Ventilkörper angesetzt oder einstückig mit diesem ausgebildet.
  • Dabei kann der Ventilkörper beispielsweise mit einem rückseitigen Nabenvorsprung ausgeführt sein, auf den der Vorstufenanker aufgesetzt ist.
  • 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.
  • 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.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes vorgesteuertes Ventil, das als hochdruckseitiges Ventil einer ventilgesteuerten Hydromaschine einsetzbar ist;
  • 2 zeigt das vorgesteuerte Ventil aus 1 bei geöffneter Vorsteuerung und
  • 3 das Ventil aus 1 bei geöffneter Hauptstufe.
  • 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.
  • 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.
  • Das Hochdruckventil 1 ist als vorgesteuertes Ventil ausgeführt und hat eine Hauptstufe 2, der eine Vorsteuerung 4 zugeordnet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß 1 ist die Sitzbuchse 6 in eine Ventilhülse 38 eingesetzt, die in die eingangs genannte Aufnahmebohrung der Hydromaschine eingeschraubt wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Grundsätzlich kann also über die geometrische Gestaltung des Hauptstufenankers 32 die Magnetkraft zwischen Vorsteuerung und Hauptstufe verteilt werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1537333 B1 [0002]
    • - WO 2008/029073 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Vorgesteuertes Ventil mit einer elektromagnetisch betätigten Vorsteuerung (4), wobei eine Hauptstufe (2) einen Ventilkörper (12) hat, der von einem Vorsteuerströmungspfad (82) durchsetzt ist, der mittels eines Vorsteuerventilkörpers (24) verschließbar ist, der mittels eines Vorsteueraktors (62, 24) mit einem Anker (46) aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung bringbar ist, gekennzeichnet durch einen Hauptstufenanker (32), der nach einem Teilhub des Ventilkörpers (12) in Wirkeingriff mit dem Vorsteueraktor gelangt, um den Ventilkörper (12) in einen Endhubbereich zu bewegen und/oder dort zu halten.
  2. Ventil nach Patentanspruch 1, wobei der Ventilkörper (12) einen Ventilteller (14) hat, der gegen einen Ventilsitz (10) vorgespannt ist und in dem der Vorsteuerventilkörper (12) abschnittsweise geführt ist und gegen einen Vorsteuerventilsitz (22) des Vorsteuerströmungspfads (82) vorgespannt ist.
  3. Ventil nach Patentanspruch 2, wobei die Vorspannung des Vorsteuerventilkörpers (24) über eine Spannfeder (44) erfolgt, die am Ventilkörper (12) abgestützt ist.
  4. Ventil nach Patentanspruch 2 und 3, wobei der Ventilkörper (12) eine Führungsbuchse (30) hat, an der die Spannfeder (44) abgestützt ist.
  5. Ventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Ventilkörper (12) über eine Schaltfeder (50) in Richtung seines Ventilsitzes (10) vorgespannt ist.
  6. Ventil nach Patentanspruch 5, wobei der Anker (46) von einer Führungsstange (42) des Vorsteuerventilkörpers (24) durchsetzt ist, die an ihrem Endabschnitt einen Federteller (48) trägt, an dem die Schaltfeder (50) angreift, die auch den Anker (46) in Richtung einer Grundposition vorspannt.
  7. Ventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hauptstufenanker (32) an den Ventilkörper (12) angesetzt ist.
  8. Ventil nach Patentanspruch 7, wobei der Ventilkörper (12) einen rückseitigen Nabenvorsprung (26) hat, auf den der Hauptstufenanker (32) aufgesetzt ist.
  9. Ventil nach Patentanspruch 8, wobei an einem Anker (32, 46) zur Kennlinienanpassung ein sich zum anderen Anker (46, 32) hin erstreckender Vorsprung (34) ausgebildet ist, der im Endhubbereich in eine entsprechende Ausnehmung (57) des anderen Ankers (46, 32) eintaucht.
  10. Ventil nach Patentanspruch 9, wobei im Anlagebereich der Anker (32, 46) aneinander oder an andere Bauelemente ein Antiklebeplättchen vorgesehen ist.
  11. Ventilgesteuerte Hydromaschine mit einer Vielzahl von aktiv ansteuerbaren Verdrängereinheiten mit jeweils einem Kolben, der einen Verdrängerraum begrenzt, der jeweils über ein mittels einer Steuereinheit ansteuerbares hochdruckseitiges Ventil mit einer Hochdruckleitung und über ein ansteuerbares niederdruckseitiges Ventil mit einer Niederdruckleitung verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein Hochdruckventil gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche.
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