DE102007012967A1

DE102007012967A1 - Ventil, insbesondere Cartridgeventil, mit integriertem Rückschlagsventil

Info

Publication number: DE102007012967A1
Application number: DE102007012967A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. Blum; Wladimir Mirkin
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: DE102007012967B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Kolbenschieberventil, mit einem integrierten Rückschlagventil, das mit Kugelsitzen arbeitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Cartridgeventil, mit einem oder mehreren integrierten Rückschlagsventilen in einem Zu- oder Abströmport bzw. -kanal oder -durchlassöffnung der Buchse des Ventils.
Cartridgeventile sind Ventile, die gerne im Automobilbau eingesetzt werden, um in einer Ventilaufnahmebohrung, die zum Beispiel im Zylinderkopf angebracht sein kann, eingesetzt zu werden. In einer äußeren Buchse läuft ein über ein Antriebsmittel, wie zum Beispiel über einen Elektromagneten, angetriebener Kolben und steuert über seine Ablaufkanten die Ölflüsse von einem – aus einer, häufig zentralen, Ölversorgung versorgten – Druckport (P), auch Druckkanal genannt, auf einen oder mehrere Arbeitsanschlüsse (A, B), auch Arbeitsports genannt. Ventile für Nockenwellenversteller haben zum Beispiel einen Druckversorgungsanschluss (P), zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) und einen Tankanschluss (T). Fremd eingeleitete hydraulische Rückschläge, zum Beispiel bei einem Nockenwellenversteller Rückstellmomente der Nockenwelle, sollen nicht auf die Versorgungsseite des Ventils durchschlagen können, sondern idealerweise spätestens am Ventil selber abgekoppelt werden. Bei Getriebehydraulikkreisen bilden sich zum Beispiel Rückschläge auf das Hydraulikmedium durch Lastwechsel des Antriebstrangs des Fahrzeugs aus. Hierzu sind schon Maßnahmen aus der Patentliteratur bekannt, zum Beispiel beschreibt die DE 10 2005 013 085 B3 (Patentinhaberin: Hydraulik-Ring GmbH, Anmeldetag 18.3.2005) eine Ventilanordnung mit einem integrierten Rückschlagsventil, bei dem das Rückschlagsventil aus unsymmetrisch angeordneten Durchgangsports in der Buchse und einem lageveränderbaren und sonst verschließenden Rückschlagsband zusammengesetzt ist. In dem oben genannten Patent sind noch weitere Ausführungen eines Rückschlagsventils in den dort aufgeführten Ständen der Technik benannt. Der in dem zuvor genannten Patent beschriebene Ventilaufbau eines Kolbenschieberventils mit Buchse, Kolben, Stößel, elektrischen Teil, magnetischen Teil, Magnet als Spule etc., außer die Rückschlagsventilteile selbst, werden als Offenbarungsumfang der vorliegenden Erfindung in diese Druckschrift voll inhaltlich aufgenommen.
Die ansonsten zuverlässig arbeitenden Rückschlagsventile stellen einen gewissen Strömungswiderstand in der geöffneten Strömungsrichtung, der Arbeitsrichtung für den Öldruck, dar, wobei insbesondere bei niederdruckversorgten Hydraulikkreisen, zum Beispiel Nockenwellenverstellerhydraulikkreise mit weniger als 4 bar Pumpendruck, bei bestimmten Anwendungsfällen der durch das Band zusammen mit dem Anströmport sich bildende Strömungswiderstand einen akzeptablen Wert von ca. 0,3 bar überschreitet.
In der Ventiltechnik sind unterschiedliche Arten von Verschlusselementen bekannt. Neben den Verschlussbändern bzw. den Verschlusszungen gibt es die Kugelsitzventile. Bisher sind Kugelsitzventile, auch in Form von Rückschlagsventilen, in der axialen Hauptströmrichtung des Ventils bekannt. Beispielhaft sollen die folgenden Dokumente genannt werden, die eine Kugel als Rückschlagsventil in Hauptströmrichtung entlang der Ventilachse zeigen:

• Deutsches Gebrauchsmuster 6810915 mit einer Federvorspannung,
• US-A-1 860 163 mit einer Senkkopfbohrungsöffnung,
• JP-A-10 2000 000 5603 bzw. KR-A-2000 002 350 mit einer Einlegeplatte

Es besteht also die Notwendigkeit, ein Cartridgeventil herstellen zu können, das mit einem oder mehreren integrierten Rückschlagsventilen an den diversen Anschlussports ausgestattet ist, wobei der Strömungswiderstand zu reduzieren ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ventil nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Eine Art und Weise der Montage eines erfindungsgemäßen Ventils ist aus dem Anspruch 10 entnehmbar.
Ein besonderes Problem bei automotiven Hydraulikventilen besteht insbesondere in dem gewährten Bauraum. Gleichzeitig soll das Ventil in der Lage sein, möglichst große Ölflüsse steuern zu können, die häufig in ihren Flussrichtungen noch umzuleiten sind. Das bedeutet, für zusätzlich zu integrierende Funktionen vermindert sich der Bauraum noch weiter. Daher wurde in den zuvor aus der Patentliteratur bekannten Ausführungsformen mit flachen Blechen als Teil eines Rückschlagsventils in der Cartridgebauart operiert. Hiervon unterscheidet sich die vorliegende Erfindung unter anderem durch die Verwendung eines in der Buchse seitlich angeordneten Kugelsitzes, wobei der Kugel ausreichend Bewegungsraum, vorzugsweise in Querrichtung zur Buchse und damit zur Strömungsrichtung längsbeweglich, angeboten wird, damit sich die Kugel daher vom Sitz entsprechend weit abheben kann, und so die geforderten hohen Öldurchströmmengen, zum Beispiel in der Größenordnung von ≥ 51/min zu gewähren, bei gleichzeitig anforderungsgemäß geringen Öldruckabfällen, z. B. unterhalb von ≤ 0,2 bar.
Als weiterer überraschender Effekt konnte bei Messungen festgestellt werden, dass die erfindungsgemäßen Ventile gegenüber bekannten integrierten Rückschlagsventilen eine verringerte Leckage bei dynamischen Druckimpulsen in einem Druckbereich von 9 bar impulsartiger Druckerhöhung über dem Betriebsdruck haben.
Die erfindungsgemäße Anordnung unterschreitet nach einem Ausführungsbeispiel einen Ventildurchmesser – mit Ausnahme eines seitlich abstehenden Befestigungsauges – von 25 mm, in einem weiteren Ausführungsbeispiel sogar einen Ventildurchmesser von 28 mm.
Das Cartridgeventil ist als Kolbenschieberventil aufgebaut. Das bedeutet, in einer cartridgeartigen, zentralen Buchse läuft in ihrer Längsrichtung ein Kolben, der durch seine Stellungen die unterschiedlichen Anschlüsse des Ventils, zum Beispiel bei einem 4/3-Ventil vier Anschlüsse, unterschiedlich verbindet. In dem Kolbenschieberventil ist ein Rückschlagsventil integriert. Erfindungsgemäß können auch mehrere Rückschlagsventile in einem Kolbenschieberventil vorgesehen sein. Solche Kolbenschieberventile werden als Cartridgeventile für Steuerung von hydraulischen Flüssen eingesetzt. Sie dienen zum Beispiel dazu, bei einem Nockenwellenversteller die Zu- und Abströme zu den Kammern des Nockenwellenverstellers mengen- und druckmäßig zu beeinflussen und zu kontrollieren. Das Rückschlagsventil ist in der Buchse des Hydraulikteils des Kolbenschieberventils angeordnet. Das Rückschlagsventil ist als Kugelsitzventil gestaltet. Durch die geschickte Kombination aus Kolbenschieberventil und Kugelsitzventil erwirbt das Kolbenschieberventil bei einer Strömungsrichtungskontrolle positive Eigenschaften in Bezug auf den verringerten Druckabfall, genauso sind dynamische Leckageeinflüsse minimiert.
Der Kolbenschieber verläuft in einer ersten Richtung, seiner Bewegungsrichtung, die in Verlängerung der zentralen Achse des Ventils, zum Beispiel der Bewegungsachse des Ankers, verlaufen kann. Das Rückschlagsventil entfaltet eine von der Bewegungsrichtung des Kolbenschiebers abweichende Sperrrichtung. Die Öffnungs- und Sperrrichtung des Rückschlagsventils, das ist die Bewegung der Kugel des Rückschlagsventils, bewegt sich wenigstens teilweise in einer von der Bewegungsrichtung des Kolbenschiebers abweichenden Richtung. Natürlich kann eine überlagerte Bewegung zu der Bewegungsrichtung des Kolbenschiebers gegeben sein. Nach einer bevorzugten Ausführungsgestaltung ist eine der Bewegungsrichtungen der Kugel im rechten Winkel zur Kolbenschieberbewegungsrichtung, die häufig nur einen Bewegungsfreiheitsgrad aufweist. Somit werden die hydraulischen Flüsse in dem Inneren des Ventils in ihren Orientierungen umgeleitet.
Der Kugelsitz des Kugelsitzventils in der Buchse des Kolbenschieberventils ist als kegelförmige, kugelförmige oder scharfkantige Öffnung ausgestaltet. Die kegelförmige Öffnung ist so orientiert, dass sie nach außen gerichtet konisch abnehmend geformt ist. Insbesondere am lateralen P-Anschluss der Buchse kann ein Kugelsitzrückschlagsventil vorgesehen sein. Weitere Stellen, an denen Kugelrückschlagsventile einzubauen sind, können je nach Ausgestaltung des Hydraulikkreises der A- und/oder der B-Anschluss sein. In einem solchen Fall können lateral an der Buchse der P-, der A- und der B-Anschluss (die beiden Arbeitsanschlüsse) angeordnet werden. Der Rücklauf, der T- oder Tankanschluss, sind bei einer Ausführungsform auf der Kolbenachse angeordnet. Die Öffnungsanordnungen des Ventils tragen zur Kompaktheit des Ventils bei.
Zur Verringerung des Druckverlustes über das Rückschlagsventil können über den Umfang der Buchse unterhalb eines Anschlusses mehrere gleichartig aufgebaute Rückschlagsventile vorgesehen sein, zum Beispiel drei oder sechs Kugelsitzrückschlagsventile. Die Kugeln des Kugelsitzrückschlagsventils bzw. der Kugelsitzrückschlagsventile können durch einen Filter, vorzugsweise auf der Außenseite der Buchse, abgedeckt werden. In diesem Falle ist der Druckabfall weiterhin gering, für die Durchströmung werden mehrere Kugeln angeboten, und gleichzeitig können die Kugeln nicht verklemmen, weil zum Beispiel Spänen aus der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere während der ersten Betriebsphase des Verbrennungsmotors (bis zu 15.000 km), herausgefiltert oder vor dem Ventil zurückgehalten werden können.
Die Buchse des Hydraulikteils des Ventils ist nach einer Ausgestaltung einlagig. Der Kolben wird in der einlagigen Buchse durch einen elektrisch angetriebenen Stößel axial beweglich in seine Schaltstellungen gebracht. Mit einer Feder auf einer Seite des Kolbens kann der Kolben in eine Ruhelage vorgespannt und gehalten werden. Zwischen den Ringnuten des Kolbens und gegebenenfalls weiteren innenliegenden Ringnuten der Buchse bilden sich aufgrund der Verschiebung des Kolbens Steuerkanten aus. Die dem Kolben vorgelagerten Kugeln bzw. bei einem einzigen Sitzventil auch nur eine einzige Kugel werden von den einzelnen Steuerkanten aufgrund der Bewegung des Kolbens normalerweise im Betrieb nicht überfahren, anders natürlich beim Zusammenbau und Warten des Kolbens, hier müssen die Stellen der Kugeln durch die Ablaufkanten des Kolbens überfahren werden.
Die Kugel ist in dem sich ergebenden Bewegungsraum, der zum Beispiel aus der Kolbenringnut und der Buchseninnennut zweiteilig aufgebaut sein kann, frei beweglich vorhanden. Es sind keine Federn oder andere Einspannmittel für die Kugel des Kugelsitzventils vorgesehen. Eine Fixierung der Kugel kann vorgesehen werden. Genauso kann eine Führung der Kugel vorgesehen werden. Durch diese freie Bewegung kann die Kugel in der hydraulischen Flüssigkeit schwimmend zahlreiche Positionen in der geöffneten Stellung einnehmen. Im Gegensatz hierzu wird bei der geschlossenen Stellung eine eindeutig vorbestimmte Sitzlage in der konischen Öffnung durch die Kugel eingenommen. Der erhöhte Bewegungsraum der Kugel trägt zur weiteren Druckverringerung bei.
Die Verhältnisse in dem Cartridgeventil können auch durch die Druckverhältnisse an den diversen Ports bzw. innerhalb des Ventils näher beschrieben werden. Wenn die Druckverhältnisse so ausschauen, dass in dem Cartridgeventil ein höherer Druck herrscht als an dem P-Anschluss, bewegt sich die Kugel in ihre Ruhelage und verharrt dort. Bei einer Druckumkehr, das bedeutet bei einem normalen Betriebszustand, wenn der höchste Druck des Ventils am P-Anschluss anliegt, löst die Kugel sich aus ihrem Kugelsitz in der Buchse und schwimmt frei in dem Bewegungsraum auf der Außenseite des Kolbens.
Ein zuvor beschriebenes Kolbenschieberventil kann als 3/2, 3/3, 4/3- oder 4/4-Ventil aufgebaut werden. Die Zustande des Ventils bestimmen sich vorrangig aus der Buchse, den innenliegenden Ringnuten in der Buchse, den möglichen Positionen des Kolbens und der exakten Anordnung von möglichen Kolbenringnuten bzw. Ablassbohrungen in dem Kolben. Durch die elektrische Erregung der Spule und das Antwortverhalten des Ankers kann jede beliebige Position eingestellt werden.
Weil die Kugeln der Kugelsitzventile des Kolbenschieberventils frei beweglich in ihren Bewegungsräumen vorliegen sollten, ist ein Zusammenbau zu wählen, in dem die Eigenschaft der Bewegungsfreiheit der Kugeln des Ventils sichergestellt wird. Ein geeignetes Montageverfahren besteht darin, dass die einzelnen Kugeln der Kugelsitzventile zuerst in die Buchse eingebracht werden, und erst danach der Kolben und die weiteren in der Mitte der Buchse sich befindlichen Bauteile in die Buchse eingeschoben werden. Erst der Kolben sichert somit die Kugel. Obwohl es sich um ein sehr diffiziles Montageverfahren handelt, erlaubt diese Vorgehensweise eine schnelle Taktung bei einer automatisierten Montagelinie.
Die vorliegende Erfindung kann noch leichter verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobei
1 ein geschnittenes erfindungsgemäßes Ventil zeigt,
2 einen Bereich des Hydraulikteils eines erfindungsgemäßen Ventils deutlicher darstellt,
3 schematisch einen Abschnitt des Hydraulikteils eines erfindungsgemäßen Ventils darstellt,
4 einen Querschnitt entlang des Anschlusses P in dem Hydraulikteil des Ventils darstellt und
5 ein erfindungsgemäßes Kugelsitzventil in einer Buchse darstellt.

Im Folgenden werden alle fünf Figuren parallel besprochen, es sei dem Interessierten anheim gestellt, die Figur zu wählen, die für ihn am leichtesten zu verstehen ist. Ein erfindungsgemäßes Ventil 1 besteht in der Regel aus einem elektrischen Teil 3 und einem hydraulischen Teil 5. Der elektrische Teil 3 des Ventils 1 kann über einen Stecker 7 elektrisch kontaktiert werden, damit die Spule 9 erregt werden kann, und über den Polkern 11 und den Anker 13 einen geschlossenen magnetischen Kreis innerhalb des Gehäuses 15 ausbilden kann. Durch die Bewegung des Ankers 13 aufgrund der elektrischen Erregung wird ein Ankerstift 19, der in Kontakt mit dem Anker steht, angetrieben. Innenliegende Dichtungen 21 können den elektrischen Teil 3 hydraulisch gegenüber der Umwelt bzw. dem hydraulischen Teil, je nach Ausführungsform, abdichten. Eine oder weitere Dichtungen 27, die insbesondere als Außendichtungen gestaltet sein können, sorgen für eine hydraulische Abdichtung des hydraulischen Teils 5 des Cartridgeventils 1 gegenüber der Umwelt. Das Gehäuse 15 des elektrischen Teils 3 des Ventils 1 geht zur leichteren Montage in ein Befestigungsauge 25 über. Die Wirkungsweise der elektrischen Teile 3 eines Cartridgeventils 1 können aus zahlreichen Ventilbeschreibungen entnommen werden, um mit dem Kolben 57, der insbesondere als Hohlkolben ausgestaltet sein kann, ein Kolbenschieberventil zu realisieren. Der Anker 13 bewegt über den Ankerstift 19 den Kolben 57 in unterschiedliche Positionen und stellt so gewünschte Zustande des Ventils 1 ein. Ein wichtiges Bauteil des hydraulischen Teils 5 des Ventils 1 ist die Buchse 50. Die Buchse 50, die dazu bestimmt ist, in einen Motorblock eingebracht zu werden, um eine sogenanntes automotives Ventil darzustellen, kann Oberflächenringnuten 51, 53, 55 aufweisen. Die Ringnuten, also eine erste Ringnut 51, eine zweite Ringnut 53 und eine dritte Ringnut 55, können als gestufte Ringnuten ausgestaltet sein. Auf der Innenseite des Hydraulikteils 5, dem Inneren 101, können weitere innenliegende Nuten, auch als Ringnuten ausgestaltet, vorhanden sein. Zwischen den Ringnuten 51, 53, 55 auf der Oberfläche des Hydraulikteils, dem Äußeren 99; und den innenliegenden Nuten 23 der Buchse 50 können Durchlassöffnungen 73, 75, 77, 79, 81, 83 oder Durchlassbohrungen 89 angeordnet sein. Eine Durchlassbohrung 89 ist in der Regel mit einem gleichmäßigen Durchmesser vorhanden, während einen Durchlassöffnung 73, 75, 77, 79, 81, 83 einen konischen, einen kegligen oder sonst wie gearteten Verlauf aufweisen kann. Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung hat eine Durchlassöffnung 73, 75, 77, 79, 81, 83 eine konische Öffnung 87, um so einen Kugelsitz 85 für eine nahezu vollständig symmetrische Kugel 61, 63, 65, 67, 69, 71 zu bieten. Der Kolben 57 kann ebenfalls Kolbenringnuten oder auch nur Nuten oder Nutenabschnitte 59 aufweisen. Der Kolben 57 kann durch die Kolbenfeder 97, die sich an einem Federteller 95 abstützt, in eine Vorzugslage oder eine Ruhelage gebracht werden. Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 ist in der Ruhelage des Kolbens 57 der Anschluss P mit dem zweiten Arbeitsanschluss B in Verbindung, während der Anschluss A über die Tankbohrung 93 im Kolben 57 zum Anschluss T in der Längsachse des Kolbens durchgeschaltet ist. Der Kolben 57 bewegt sich in Stößelrichtung, die Kolbenbewegungsrichtung K läuft somit auf den Tankanschluss T zu bzw. von diesem weg. Die Kugel 61, 63, 65, 67, 69, 71 ist zum Kolben 57 lateral in der Nähe ihres Kugelsitzes 85 angeordnet. Die Kugeln 61, 63, 65, 67, 69, 71 zusammen mit ihrem jeweiligen Kugelsitz 85 in ihren Durchlassöffnungen 73, 75, 77, 79, 81, 83 bilden jeweils eines oder mehrere Kugelsitzventile 107. Das hydraulische Medium an den Anschlüssen A, B, P strömt in eine andere Richtung, vorzugsweise eine Richtung im rechten Winkel α, zur Kolbenbewegungsrichtung K. Die axiale Richtung des Ventils a fällt vorzugsweise mit der Kolbenbewegungsrichtung K zusammen. Daneben gibt es eine radiale Richtung r, die ähnlich zu einer Kugelbewegungsrichtung r' ist. Die Kugelbewegungsrichtung r' ist die Bewegung, die das Rückschlagsventil öffnet oder schließt. Zum Verschließen einer Durchlassöffnung 73, 75, 77, 79, 81, 83 dienen die jeweiligen Rückschlagskugeln 61, 63, 65, 67, 69, 71, im dargestellten Beispiel also sechs, die aufgrund der Druckverhältnisse selbst tätig auf ihrem jeweiligen Kugelsitz 85 in der Buchse 50 des Ventils 1 zur Anlage kommen und so auch Druckimpulse aus den Anschlüssen A, B auf den P-Anschluss, zum Beispiel in der Größenordnung von 9 bar, erfolgreich abblocken können. Durch den mehrfachen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kugelsitzventils 107, zum Beispiel sechs Mal, wird der Druckverlust in der Strecke vom P-Anschluss zu einem der Arbeitsanschlüsse A, B weiter reduziert. Die mehrfache Anordnung des Kugelsitzventils 107 in der Buchse 50 trägt darüber hinaus zur Funktionssicherheit bei, sollte trotz Sieb 91 eine Späne in dem Hydraulikmedium, dem Motoröl, eine Kugel verklemmen, so bleiben immer noch fünf weitere Kugelsitzventile, die den bevorzugten Betriebszustand, Druck von einer Druckmittelpumpe auf die Arbeitsanschlüsse durchzureichen, freigeben. Die Druckrückschläge sind in der Regel unbeliebte Betriebszustände des Hydraulikkreises, so dass der Überdruck im Hydraulikventil unterhalb der Buchse 50 die Kugeln 61, 63, 65, 67, 69, 71 in ihren jeweiligen Kugelsitz 85 unter Zurücklegung der Kugelbewegungsrichtung r' hineindrücken. In normalem Betriebszustand schwimmt die Kugel 61, 63, 65, 67, 69, 71 frei in ihrem jeweiligen Bewegungsraum, der sich aus der Kolbennut 59 und/oder einer innenliegenden Buchsenausnehmung, wie einer Buchsenringnut 23, ergibt. Die Kugeln als schließende Elemente zeigen ein gutes dynamisches Verhalten. Nach einer Ausführungsform haben die Kugeln einen Durchmesser von ca. 2–5 mm, vorzugsweise um ca. 3 mm. Die konische Öffnung 87 ist zum Beispiel mit einem nach innen führenden Winkel von 20°–85° aufgebaut. Das letzte Stück für den Kugelsitz 85, die der Außenseite, dem Äußeren 99, des Ventils näherliegende Seite der Durchlassöffnung 73, 75, 77, 79, 81, 83, ist stückchenweise vollständig rund, die konische Öffnung 87 beginnt erst ab einer Tiefe zwischen zum Beispiel 0,1 und 1 mm der Wandstärke der Buchse 50 an dem zu versperrenden Anschluss P. Durch einen besonders knappen Abstand zwischen Buchse 50 und Kolben 57 und einer exakten Austarierung des Kugeldurchmessers ist ein so geringer Abstand, wie zum Beispiel weniger als 0,5 mm, zwischen Kolben 57 und Kugel 61, 63, 65, 67, 69, 71 in ihrer Sperrlage möglich. Ein solches Ventil wartet mit besonders niedriger Leckage bei beachtlichen Differenzdrücken auf der einen Seite und sehr geringen Druckverlusten auf. Im Folgenden sind Messwerte von Beispielen aufgeführt, die ein erfindungsgemäßes Ventil mit bisher bekannten Ventilen, mit gleichem funktionellem Aufbau, vergleicht. Tabelle 1: Leckage eines erfindungsgemäßen Ventils und zweier Ventile mit Rückschlagsbändern

ΔP	[bar]	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
Erfindungsgemäßes Ventil	[1/min]	0,02	0,08	0,01	0,01	0,09	0,08	0,09	0,08	0,13
SdT-Ventil 1 mit Ringband	[1/min]	0,12	0,16	0,19	0,21	0,23	0,26	0,26	0,27	0,27
SdT-Ventil 2 mit Ringband	[1/min]	0,08	0,10	0,11	0,15	0,14	0,16	0,20	0,14	0,22

Tabelle 2: Differenzdruck zwischen p_p und p_AB bei 3 Öltemperaturen

Durchfluss	[1/min]	1,0	2,0	3,0	4,0	4,5	6,0	Temperatur
Erfindungsgemäßes Ventil	[bar]	0,06	0,09	0,17	0,25	0,29		45°C
SdT-Ventil 1 mit Ringband	[bar]	0,18	0,26	0,35	0,53	0,60		18 cSt
SdT-Ventil 2 mit Ringband	[bar]	0,13	0,24	0,32	0,46	0,56
Erfindungsgemäßes Ventil	[bar]	0,05	0,08	0,16	0,24	0,30		52°C
SdT-Ventil 1 mit Ringband	[bar]	0,16	0,23	0,34	0,52	0,60		14 cSt
SdT-Ventil 2 mit Ringband	[bar]	0,07	0,16	0,26	0,40	0,48
Erfindungsgemäßes Ventil	[bar]	0,05	0,06	0,12	0,22	0,26		70°C
SdT-Ventil 1 mit Ringband	[bar]	0,16	0,23	0,32	0,47	0,58		4,6 cSt
SdT-Ventil 2 mit Ringband	[bar]	0,13	0,17	0,23	0,36	0,42

Alleine durch die Gestaltung der Buchse und des Kolbens wird die jeweilige Kugel in ihrem Bereich gehalten. Ein erfindungsgemäßes Ventil nach einer Ausgestaltung verzichtet auf jegliches zusätzliches Bauteil zur Fixierung der Kugel. Selbst bei Druckimpulsen ist kein zusätzliches Federelement von Nöten. Das erfindungsgemäße Ventil kann leicht so verändert werden, dass anstelle eins P-Anschlusses auch jeder weitere Anschluss an der Buchse des Ventils mit einem oder mehreren Rückschlagskugelsitzventilen ausgestattet werden kann. Die mikromechanische Realisierung eines Cartridgeventils mit integriertem Rückschlagsventil lässt sich nicht nur für Motorventile, sondern auch für Getriebeventile, einsetzen. Im geöffneten Zustand des Rückschlagsventils zeichnet sich die Erfindung unter Anderem dadurch aus, dass die Kugel frei schwimmend in einem bestimmten Bereich gehalten wird bzw. an dem Kolben frei abrollt (insbesondere bei einem Trockenbetrieb oder bei einer Ölunterversorgung).

Auch wenn überwiegend ein bestimmtes Ausführungsbeispiel näher dargelegt worden ist, versteht der Fachmann von selbst, dass in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auch solche Ventile, vorzugsweise automotive Ventile, gehören, die mit mehreren getrennten Rückschlagsventilen aufgebaut sind, die ohne jeglichen Filter ausgestattet sind, die ein andersartig gestaltetes elektrisches Teil haben oder die vollkommen federlos aufgebaut sind. Bezugszeichenliste:

Bezugszeichen	Bezeichnung
1	Ventil, insbesondere Cartridgeventil als Kolbenschieberventil
3	Elektrischer Teil des Ventils
5	Hydraulischer Teil des Ventils
7	Stecker
9	Spule
11	Polkern
13	Anker
15	Gehäuse
19	Ankerstift
21	Innenliegende Dichtung
23	Innennut, insbesondere Innenringnut
25	Befestigungsauge des Ventils
27	Dichtung, insbesondere Außendichtung
50	Buchse
51	Erste Ringnut, insbesondere Oberflächenringnut
53	Zweite Ringnut, insbesondere Oberflächenringnut
55	Dritte Ringnut, insbesondere Oberflächenringnut
57	Kolben, insbesondere Hohlkolben
59	Kolbenringnut
61	Erste Rückschlagskugel
63	Zweite Rückschlagskugel
65	Dritte Rückschlagskugel
67	Vierte Rückschlagskugel
69	Fünfte Rückschlagskugel
71	Sechste Rückschlagskugel
73	Erste Durchlassöffnung
75	Zweite Durchlassöffnung
77	Dritte Durchlassöffnung
79	Vierte Durchlassöffnung
81	Fünfte Durchlassöffnung
83	Sechste Durchlassöffnung
85	Kugelsitz
87	Konische Öffnung
89	Durchlassbohrung, insbesondere am A und B-Arbeitsanschluss
91	Sieb, insbesondere als gebogenes Filterblech
93	Tankbohrung im Kolben
95	Federteller
97	Kolbenfeder
99	Äußeres des Hydraulikteils
101	Inneres des Hydraulikteils
103	Steuerkante
105	Zuströmkanal
107	Kugelsitzventil
α	Rechter Winkel
a	Axiale Richtung des Ventils
r	Radiale Richtung des Ventils
r'	Kugelbewegungsrichtung
A	Erster Arbeitsanschluss
B	Zweiter Arbeitsanschluss
K	Kolbenbewegungsrichtung
P	Druckanschluss
ΛP	Druckdifferenz, insbesondere Druckumkehr
S	Anschlussströmungsrichtung
T	Tankanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005013085 B3 [0002]
- DE 6810915 U [0004]
- US 1860163 A [0004]
- JP 1020000005603 A [0004]
- KR 2000002350 A [0004]

Claims

Kolbenschieberventil (1) mit einem integrierten Rückschlagsventil (50, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 85, 107), vorzugsweise als Cartridgeventil im Automobilbau zur Steuerung von hydraulischen Flüssen, zum Beispiel für Nockenwellenversteller, dessen Rückschlagsventil (50, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 85, 107) in der Buchse (50) des Hydraulikteils (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagsventil (50, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 85, 107) ein Kugelsitzventil ist.
Kolbenschieberventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsöffnung (73, 75, 77, 79, 81, 83, 87) in der Buchse (50) mit dem Rückschlagsventil (50, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 85, 107) in einer von der Bewegungsrichtung (K) des Kolbenschiebers (57) abweichenden Sperrrichtung, insbesondere mit einer zur Kolbenschieberbewegungsrichtung im rechten Winkel (α) angeordnete Kugelbewegungsrichtung (r'), orientiert ist.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelsitz (85) des Kugelsitzventils (107) als kegelförmige Öffnung (87) gestaltet ist, die insbesondere an dem lateralen P-Anschluss (P) der Buchse (50) nach Außen (99) gerichtet konisch abnehmend geformt ist.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Buchse (50) umlaufend mehrere Durchflösse (73, 75, 77, 79, 81, 83, 89), insbesondere sechs gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchflösse, vorhanden sind, die jeweils durch eine eigene Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) eines Kugelsitzventils (107) in eine Strömungsrichtung versperrbar sind, wobei insbesondere die Kugeln (61, 63, 65, 67, 69, 71) unterhalb einer mit einem Filter (91), wie zum Beispiel einem Filterblech, abgedeckten Ringnut (51, 53, 57) angeordnet sind.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (50) des Hydraulikteils (5) des Ventils (1) einlagig gestaltet ist, auf deren innwandigen Seite (101) der über einen elektrisch angetriebenen Stößel (19) axial bewegliche Kolben (57), vorzugsweise durch eine Federvorspannung (95, 97) in einer Ruhelage gehalten, so läuft, dass durch Steuerkanten (103) begrenzte Ringnuten (59) des Kolbens (57) mit ihren Steuerkanten (103) im Betrieb des Kolbenschieberventils (1) die vorgelagerte Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) im Zuströmkanal des Rückschlagsventils (107) nicht überfahren.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) in ihrer Durchlassstellung in einer Ringnut (59) des Kolbens (57) abrollt und hierbei eine von der Sitzrichtung seitlich abweichende, insbesondere in axialer Richtung des Kolbens abweichende, Position (r') einnehmen kann, und die Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) durch die Druckumkehr in der Ringnut (59) eine vorbestimmte Sitzlage (85) einnimmt, die räumlich in jegliche Richtung eindeutig bestimmt ist.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Bewegungsraum für eine Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) aus der Ringnut (59) des Kolbens (57) und aus der Ringnut der Buchse (50) zweiteilig aufgebaut ist.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) vorspannungsfrei alleine durch die Druckverhältnisse beeinflusst, insbesondere zwischen der Innenseite (101) und der Außenseite (99) der Buchse (50), eine Zulaufbohrung verschließt, wobei bei Druckumkehr in Bezug auf die Schließstellung der Bewegungsfreiraum der Kugel in radialer (r) und axialer Richtung (a) des Kolbens (57) durch die Buchse (50) und den Kolben (57) bestimmt ist.
Kolbenschieberventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss in axialer Verlängerung (a) des Kolbenschiebers (57) als Tankanschluss (T) zum Rücklauf einer Hydraulikflüssigkeit dient, wobei insbesondere mittels des Kolbenschiebers (57) ein Wegeventil realisiert ist, an dem wenigstens vier Anschlüsse (A, B, P, T) vorhanden sind und das wenigstens drei, vorzugsweise vier, Zustände, einnehmen kann.
Montageverfahren eines Kolbenschieberventils (1) mit integriertem Rückschlagsventil, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (61, 63, 65, 67, 69, 71) des als Kugelsitzventil (107) ausgestalteten Rückschlagsventil in den Sitz (85), vorzugsweise bei mehreren Kugel in ihren jeweiligen Sitz, vor dem Einschieben des Kolbenschiebers eingelegt wird, wobei die Kugel erst durch den Kolben in ihrer Lage gesichert wird.