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Die Erfindung betrifft ein Schieberventil mit einem Ventilschieber, der in einer mit Anschlusslamellen versehenen Gehäuseausnehmung axial verlagerbar ist und mindestens zwei Schieberstege umfasst, die mit einem Ventilspiel in Längsabschnitten der Gehäuseausnehmung aufgenommen sind.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 222 086 A1 ist ein Schieberventil mit einem Ventilkolben bekannt, der durch Ansteuerung eines Aktors aus einer ersten Endstellung in eine zweite Endstellung verlagerbar ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 043 154 A1 ist ein Schieberventil für einen Nockenwellenversteller bekannt, umfassend ein Schieberventilgehäuse; einen in der Achsenrichtung verschiebbaren, perforierten, hohlen Schieber, der im Gehäuse beweglich ist und eine Haltelasche aufweist; zumindest eine Feder, die zumindest teilweise in der Haltelasche im Schieber angeordnet ist und mit dem Gehäuse in Kontakt steht. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 087 516 A1 ist ein Druckregelventil mit einem Betätigungskolben bekannt, der durch einen Proportionalmagneten gegen eine Federkraft bewegbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schieberventil mit einem Ventilschieber, der in einer mit Anschlusslamellen versehenen Gehäuseausnehmung axial verlagerbar ist und mindestens zwei Schieberstege umfasst, die mit einem Ventilspiel in Längsabschnitten der Gehäuseausnehmung aufgenommen sind, herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Schieberventil mit einem Ventilschieber, der in einer mit Anschlusslamellen versehenen Gehäuseausnehmung axial verlagerbar ist und mindestens zwei Schieberstege umfasst, die mit einem Ventilspiel in Längsabschnitten der Gehäuseausnehmung aufgenommen sind, dadurch gelöst, dass die Schieberstege mit unterschiedlichen Ventilspielen in den Längsabschnitten der Gehäuseausnehmung aufgenommen sind. Das Schieberventil mit dem axial verlagerbaren Ventilschieber kann auch als Längsschieberventil bezeichnet werden. Die Gehäuseausnehmung ist im Wesentlichen komplementär zu dem Ventilschieber ausgeführt. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse des Ventilschiebers. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Längsachse des Ventilschiebers. Die Anschlusslamellen dienen zur Darstellung von Anschlüssen an dem Schieberventil. Eine Betätigung des Ventilschiebers wird zum Beispiel durch einen Proportionalmagneten bewirkt, der elektrisch angesteuert wird. Das Schieberventil wird vorzugsweise in Hydraulikanwendungen eingesetzt und kann daher auch als Hydraulikventil bezeichnet werden. Herkömmliche Schieberventile werden darauf ausgelegt, dass sie möglichst niedrige Leckage haben. Dabei muss, insbesondere bei gestuften Ventilschiebern, eine Koaxialitätstoleranz zwischen den mindestens zwei Schieberstegen berücksichtigt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber als Ventilkolben mit mindestens zwei Kolbenstegen ausgeführt ist, die mit unterschiedlichen Ventilspielen in den Längsabschnitten der Gehäuseausnehmung aufgenommen sind. Das Schieberventil mit dem Ventilkolben wird auch als Kolbenschieberventil bezeichnet. Durch die unterschiedlichen Ventilspiele kann ein unvermeidbares Ventilspiel an einer relevanten Stelle klein gehalten werden. So wird an der relevanten Stelle eine niedrige Leckage sichergestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstege des Ventilkolbens unterschiedlich große Durchmesser aufweisen. Als Kolbensteg wird ein Längsabschnitt des Ventilkolbens bezeichnet, in denen der Ventilkolben einen konstanten Durchmesser aufweist. Ein Ventilkolben mit mindestens zwei Kolbenstegen, die unterschiedlich große Durchmesser aufweisen, wird auch als gestufter Ventilkolben bezeichnet. Bei gestuften Ventilkolben ist im Hinblick auf eine möglichst gering zu haltende Leckage eine Koaxialitätstoleranz im Durchmesserspiel vorzuhalten. Durch die unterschiedlichen Ventilspiele kann die Koaxialitätstoleranz vorteilhaft an dem Kolbensteg mit dem größeren Spiel vorgehalten werden. Durch eine Vergrößerung des Ventilspiels an für die Leckage nicht relevanten Durchmessern kann zudem eine an sich unerwünschte Reibung im Ventil verringert werden. Das wiederum führt zu einer geringeren Hysterese, die bei Schieberventilen ein wichtiges Gütekriterium darstellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbensteg mit einem größeren Durchmesser ein kleineres Ventilspiel aufweist als ein Kolbensteg mit einem kleineren Durchmesser. Dadurch wird das Vorhalten der Koaxialitätstoleranz erheblich vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesserverhältnis zwischen dem größeren Durchmesser und dem kleineren Durchmesser der Kolbenstege in einem Bereich von 1,05 bis 1,70 liegt. Dieses Durchmesserverhältnis hat sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Überlegungen als vorteilhaft herausgestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugebender Größenunterschied zwischen den Ventilspielen mindestens im Bereich einer zugelassenen Koaxialitätstoleranz liegt. Dadurch wird die Auslegung des Schieberventils erheblich vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugebender Größenunterschied zwischen den Ventilspielen in einem Bereich von drei bis acht Mikrometer liegt. Dieser Bereich ist insbesondere im Hinblick auf Hydraulikanwendungen vorteilhaft.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberventil als Druckregelventil mit einem maximal einzuregelnden Druck von fünf bis fünfundzwanzig bar ausgeführt ist. Dieser Druckbereich hat sich insbesondere im Hinblick auf die vorab angegebenen Größenbereiche als vorteilhaft erwiesen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass das kleinere Ventilspiel maximal fünfzehn Mikrometer beträgt. Diese Größe ist insbesondere in Kombination mit dem vorab angegebenen Druckbereich vorteilhaft.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Anschlusslamellen mit einer höheren Druckdifferenz ein kleineres Ventilspiel vorgegeben ist als zwischen zwei Anschlusslamellen mit einer niedrigeren Druckdifferenz. Dabei wird berücksichtigt, dass zwischen den Anschlusslamellen mit der höheren Druckdifferenz größere Leckageverluste zu erwarten sind als zwischen den Anschlusslamellen mit der niedrigeren Druckdifferenz. Das größere Ventilspiel zwischen den Anschlusslamellen mit der niedrigeren Druckdifferenz kann zum Beispiel durch Ausdrehen des entsprechenden Längsabschnitts der Gehäuseausnehmung realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schieberventils ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Anschlusslamellen mit einem kürzeren Dichtpfad ein kleineres Ventilspiel vorgegeben ist als zwischen zwei Anschlusslamellen mit einem längeren Dichtpfad. Ein Dichtpfad wird durch eine positive Überdeckung zwischen dem Ventilschieber und einer Anschlusslamelle definiert. Entlang des Dichtpfades liegt ein Kolbensteg mit Spiel an der Gehäuseausnehmung an. Wird der Dichtpfad zum Beispiel konstruktiv verlängert, so kann eine durch das größere Ventilspiel bewirkte Leckage kompensiert werden.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Ventilschieber, insbesondere einen Ventilkolben, und/oder ein Gehäuse mit einer Gehäuseausnehmung für ein vorab beschriebenes Schieberventil. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Herstellen, insbesondere Konstruieren, eines vorab beschriebenen Schieberventils. Durch die Berücksichtigung der unterschiedlichen Ventilspiele in Zusammenhang mit der Koaxialitätstoleranz kann das Schieberventil bereits bei der Auslegung an vorgegebener Hydraulikanforderungen angepasst werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Die einzige beiliegende Figur zeigt ein Schieberventil mit einem gestuften Ventilschieber im Längsschnitt.
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In 1 ist ein Schieberventil 1 mit einem Gehäuse 2 im Längsschnitt dargestellt. Das Gehäuse 2 umfasst eine Gehäuseausnehmung 3, in der ein Ventilschieber 4 mit einer Längsachse 5 axial, das heißt in 1 nach links und nach rechts, bewegbar ist.
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Der Begriff axial bezieht sich auf die Längsachse 5 des Ventilschiebers 4. Der Ventilschieber 4 ist als Kolben 6 mit Kolbenstegen 7, 8, 9 ausgeführt. Der Kolbensteg 7 ist in 1 rechts an einem abgeschnitten dargestellten Ende des Ventilkolbens 6 angeordnet. Zwischen den beiden Kolbenstegen 7 und 8, die gleich große Durchmesser haben, ist ein Kolbenabschnitt 10 mit einem verringerten Durchmesser angeordnet.
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Ein in 1 linkes Ende 21 des Ventilkolbens 6 wird auch als Federende bezeichnet. Dem Federende 21 ist eine Feder 20 zugeordnet. Die Feder 20 ist als Schraubendruckfeder ausgeführt und dient dazu, den Ventilkolben 6 in 1 nach rechts vorzuspannen. Zwischen dem Federende 21 und dem Kolbensteg 8 ist der Kolbensteg 9 angeordnet. Der Kolbensteg 9 hat einen kleineren Durchmesser als der Kolbensteg 8. Daher wird der Ventilkolben 6 auch als gestufter Ventilkolben 6 bezeichnet.
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Die Gehäuseausnehmung 3 ist zum Beispiel als Gehäusebohrung ausgeführt. In der Gehäuseausnehmung 3 sind Anschlusslamellen 11, 12, 13, 14 und 15 vorgesehen. Die Anschlusslamellen 11 und 12 sind zum Beispiel mit einem Tankdruck beaufschlagt. Mindestens zwei der Anschlusslamellen 12 bis 14 sind mit unterschiedlich hohen Drücken beaufschlagt.
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In einem Längsabschnitt 17 ist die Gehäuseausnehmung 3 im Durchmesser an den Kolbensteg 7 des Ventilkolbens 6 angepasst. In einem Längsabschnitt 18 ist die Gehäuseausnehmung 3 im Durchmesser an den Kolbensteg 8 des Ventilkolbens 6 angepasst. In einem Längsabschnitt 19 ist die Gehäuseausnehmung 3 im Durchmesser an den Kolbensteg 9 des Ventilkolbens 6 angepasst.
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Der Längsabschnitt 17 der Gehäuseausnehmung 3 ist in 1 rechts an einem abgeschnitten dargestellten Ende 16 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Gehäuseausnehmung 3 ist als Sackloch in dem Gehäuse 2 ausgeführt und an ihrem in 1 linken Ende geschlossen. An einem in 1 rechts angeordneten Betätigungsende 22 ist zum Beispiel ein Proportionalmagnet angeordnet, über den der Ventilkolben 6 axial verlagert werden kann.
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Ein Ventilspiel zwischen dem Ventilkolben 6 und der Gehäuseausnehmung 3 ist an den unterschiedlichen Durchmessern der Kolbenstege 7 bis 9, insbesondere an den Kolbenstegen 8 und 9 mit ihren unterschiedlich großen Durchmessern, unterschiedlich gestaltet. Das Ventilspiel wird möglichst klein gestaltet zwischen Anschlusslamellen, die eine Druckdifferenz aufweisen oder an Stellen, die einen kurzen Dichtpfad aufweisen. Es wird aber an Stellen groß gestaltet, an denen ein längerer Dichtpfad vorhanden ist. Wird der Dichtpfad zusätzlich konstruktiv verlängert, so kann die ansonsten dort auftretende höhere Leckage kompensiert werden.
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In Bereichen des Ventilschiebers 4, die zwischen Anschlusslamellen liegen, die keine Druckdifferenz aufweisen, ist vorteilhaft ein größeres Ventilspiel vorgesehen. Dabei wird Rechnung getragen, dass hier keine oder nur minimale Leckageverluste auftreten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schieberventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäuseausnehmung
- 4
- Ventilschieber
- 5
- Längsachse
- 6
- Ventilkolben
- 7
- Kolbensteg
- 8
- Kolbensteg
- 9
- Kolbensteg
- 10
- Kolbenabschnitt
- 11
- Anschlusslamelle
- 12
- Anschlusslamelle
- 13
- Anschlusslamelle
- 14
- Anschlusslamelle
- 15
- Anschlusslamelle
- 16
- Ende
- 17
- Längsabschnitt
- 18
- Längsabschnitt
- 19
- Längsabschnitt
- 20
- Feder
- 21
- Federende
- 22
- Betätigungsende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014222086 A1 [0002]
- DE 102009043154 A1 [0002]
- DE 102011087516 A1 [0002]
