DE102008059712A1

DE102008059712A1 - Ventilanordnung mit Ventil und einem Sensor

Info

Publication number: DE102008059712A1
Application number: DE200810059712
Authority: DE
Inventors: Christian Fack; Roland Schempp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-11-29
Filing date: 2008-11-29
Publication date: 2010-06-02
Also published as: CN102227582A; EP2370718A1; WO2010060577A1

Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Ventilanordnung mit einem Sensor, der zum Erfassen einer Schaltstellung eines Ventils ein Ventilschallsignal misst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem Sensor zur Bestimmung einer Schaltposition gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei hydraulischen Ventilen, insbesondere hydraulischen Schaltventilen, ist eine Schaltstellung eines Ventilschiebers mittels einer Auswertung von Strom- bzw. Spannungsverläufen beispielsweise eines den Ventilschieber verstellenden Hubmagneten ermittelbar. Da charakteristische Verläufe von Strom bzw. Spannungen oft nicht ausgeprägt sind, ist die Bestimmung der Schaltstellung schwierig und bedarf hohen vorrichtungstechnischen Aufwands.
Eine weitere Möglichkeit zum Feststellen der Schaltstellung kann über einen im Ventil integrierten Wegsensor zur Ermittlung des Verschiebewegs des Ventilschiebers erfolgen. Nachteilig hierbei ist, dass der Wegsensor zur einwandfreien Funktion weitestgehend von Druckmittel getrennt sein sollte, was einen hohen Dichtaufwand im Ventil erfordert.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Ventil mit einer Schaltstellungsbestimmung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Ventilanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruch 1.
Erfindungsgemäß weist ein Ventil einen Sensor, zum Erfassen von zumindest einem Ventilschallsignal auf. Somit kann die Stellung eines Ventilschiebers und/oder eine Anschlagsposition einfach akustisch erfasst werden.
Ein sehr charakteristisches von dem Sensor erfassbares Ventilschallsignal kann das Aufeinandertreffen zweier relativ zueinander beweglicher Ventilelemente sein.
Vorzugsweise ist der Sensor ein kostengünstiger piezoelektrischer Sensor.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ventils, hat dieses einen Betätigungsmagneten mit einem Anker als erstes Ventilelement zum Verschieben eines Ventilschiebers, und einen Anschlagstift für den Anker als zweites Ventilelement. Mit dieser üblichen Anordnung eines Betätigungsmagneten kann einfach ein vom Sensor erfassbares Ventilschallsignal erzeugt werden.
Von Vorteil ist, wenn der Betätigungsmagnet einen Magnettopf hat, dessen Topfboden vom Anker weg weist und der Anschlagstift sich in etwa mittig am Topfboden abstützt. Der Sensor ist dann einfach auf der dem Anschlagstift abweisenden äußeren Topfbodenseite angeordnet und somit außerhalb des Ventils einfach anbringbar. Ferner ist der Sensor nicht in Kontakt mit einer Hydraulikflüssigkeit des Ventils.
Der Topfboden kann zum Übertragen eines beim Aufschlagen des Ankers auf den Anschlagstift erzeugten Ventilschallsignals membranartig ausgebildet sein.
Da die Anschlüsse für die im Magnettopf eingebrachte Magnetspule durch den Topfboden hindurchgeführt und benachbart zu einem Sensorkabel des Sensors verlaufen ist die Kabelführung sehr vereinfacht.
Das Ventil kann als Sitzventil ausgebildet sein.
Es ist denkbar, dass der Sensor bei einem Ventil mit einem justierbaren Anschlag eingesetzt ist.
Der Sensor kann beispielsweise ein bei Verbrennungsmotoren üblicher Klopfsensor sein.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einzigen schematischen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung einen Hubmagneten mit einem Sensor für ein Ventil gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur offenbart in einem Längsschnitt einen Hubmagneten 2 bzw. Betätigungsmagneten für ein nicht dargestelltes Ventil gemäß einem Ausführungsbeispiel. An dem Hubmagneten 2 ist ein Sensor 3 angeordnet, der zur Erfassung von Ventilschallsignalen dient, um die Schaltstellung des Ventils zu ermitteln.
Der Hubmagnet 2 hat ein Gehäuse 4 mit einer in der Figur linken Schieberöffnung 6 durch das ein nicht dargestellter Ventilschieber hindurchgeführt und mit einem in dem Gehäuse 4 aufgenommenen Flachanker 8 bzw. Anker fest verbunden ist und diesen führt. Der Ventilschieber ist in eine hohlzylindrische Aufnahme 10 des Flachankers 8 eingesetzt. Im Anschluss an die Aufnahme 10 ist am Flachanker 8 ein Scheibenteil 12 mit einer vom Ventilschieber abgewandten Scheibenfläche 14 ausgebildet. Diese erstreckt sich in etwa senkrecht zur Längsachse 16 des Hubmagneten 2 und weist hin zu einem in dem Gehäuse 4 fixierten Magnettopf 18 mit einer Magnetspule 20.
Der Magnettopf 18 hat auf einer vom Flachanker 8 entfernten Seite einen Topfboden 22, der eine im Wesentlichen zylindrische Topfausnehmung 24 begrenzt, deren Längsachse sich etwa entlang der Längsachse 16 des Hubmagneten 2 erstreckt. Ein Anschlagstift 26 ist in der Topfausnehmung 24 eingetaucht und liegt mit einer ersten Stirnseite 28 an dem Topfboden 22 etwa an. Ein Endabschnitt 30 mit einer zweiten Stirnseite 32 kragt aus der Topfausnehmung 24 aus und ist abschnittsweise in einer Bohrung 34 des Flachankers 8 gleitend oder auch fest aufgenommen. Der Verschiebeweg des Flachankers 8 ist in der Figur nach rechts durch Anschlagen eines Bohrungsgrunds 36 der Bohrung 34 auf die zweite Stirnseite 32 des Anschlagstifts 26 begrenzt.
Eine den Anschlagstift 26 abschnittsweise umgreifende Feder 37 stützt sich am Topfboden 22 über einen Ring 38 ab und spannt den Flachanker 8 und den nicht dargestellten Ventilschieber an einem Ventilsitz in der Figur nach links vor. Hierbei liegt die Feder 37 an dem Flachanker 8 an einer von der Bohrung 34 radial zurückgestufter Anlagefläche an. Der Ring 38 ist derart ausgebildet, dass der Anschlagstift 26 in diesen eingetaucht und gelagert ist.
Die Magnetspule 20 ist in den Magnettopf 18 eingesetzt und wird über zwei durch den Topfboden 22 hindurchgeführten Anschlüssen 40 kontaktiert. Die Durchführungen der Anschlüsse sind durch Dichtringe 42 und Isolierhülsen 44 abgedichtet und isoliert. Der Magnettopf 18 ist ebenfalls über einen Dichtring 46 nach außen hin abgedichtet.
An einer von dem Anschlagstift 26 abweisenden Außenfläche 48 des Topfbodens 22 ist der etwa ein zylindrisches Gehäuse aufweisende Sensor 3 fixiert. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen wie bei Verbrennungsmotoren eingesetzten Klopfsensor handeln. Der Sensor 3 ist mit einem Sensorkabel 50 verbunden. Die Anschlüsse 40 der Magnetspule 20 und das Sensorkabel 50 liegen somit räumlich zusammen, was die Kabelführung stark vereinfacht.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Ventils mit dem Hubmagneten 2 und dem Sensor 3 erläutert.
Bei einer Bestromung der Magnetspule 20 wird der Flachanker 8 durch ein Magnetfeld mit einer Magnetkraft in der Figur nach rechts bewegt und spannt dabei die Feder 37. Ein von der Scheibenfläche 14 des Flachankers 8 und des Magnettopfs 18 begrenzter Luftspalt 52 wird hierdurch verkleinert, bis der Bohrungsgrund 36 der Bohrung 34 auf die zweite Stirnseite 32 des Anschlagstifts 26 anschlägt. Die Anschlagskraft wird über den Anschlagsstift 26 auf den Topfboden 22 übertragen, der eine geringere Dicke aufweist und von der Anschlagskraft elastisch verformt wird, wodurch ein Ventil- bzw. Körperschallsignal erzeugt wird, das der unmittelbar am Topfboden angeordnete Sensor 3 erfasst. Der Topfboden 22 hat somit die Funktion einer Membrane. Bei dem Sensor 3 kann es sich um einen Körperschallsensor handeln, der als piezoelektrischer Sensor 3 ausgeführt ist und beispielsweise Longitudinalwellen erfassen kann. Das durch den Topfboden 22 erzeugte Ventilschallsignal wird dann von dem Sensor 3 als Schaltsignal des Ventils erkannt, womit eine Schaltstellung des Ventils einfach ermittelbar ist.
Es ist auch denkbar, dass der Sensor 3 die elastische Verformung des Topfbodens 22 erfasst, indem die Verformung als Druckkraft für ein Piezoelement im Sensor 3 fungiert. Oder der Sensor 3 weist eine seismische Masse auf, die mit dem Topfboden 22 in Wirkverbindung steht und bei einer Verformung des Topfbodens 22 beschleunigt wird, wodurch der Sensor 3 eine Schaltstellung des Ventils erkennt. Dehnmessstreifen könnten auch als Sensor 3 dienen, die ebenfalls die Verformung des Topfbodens 22 ermitteln.
Der Luftspalt 52 zwischen der Scheibenfläche 14 und dem Magnettopf 18 wird durch die Verschiebung des Flachankers 8 zwar verkleinert, bleibt aber auch nach dem Anschlagen des Flachankers 8 auf den Anschlagsstift 26 erhalten. Somit ist eine Abschaltverzögerung beim Abschalten der Magnetspule 20 verringert. Beim Abschalten der Magnetspule 20 wird der Flachanker 8 durch die Feder 37 in der Figur nach links verschoben, bis beispielsweise der nicht gezeigte Ventilschieber an einem Ventilsitz anschlägt.
Ein derartiger Sensor 3 ist auch bei Sitzventilen einsetzbar. Hierbei wird beispielsweise ein Schallsignal beim Auftreffen des von einer Feder vorgespannten Sitzelements auf einen Ventilsitz erfasst.
Alternativ kann ein justierbarer Anschlag bei einem Ventil mit dem Sensor 3 versehen werden. Ein derartiges Ventil ist im Datenblatt RD 21010/03.05 der Anmelderin auf den Seiten 58 und 59 gezeigt.
Offenbart ist eine hydraulische Ventilanordnung mit einem Sensor, der zum Erfassen einer Schaltstellung eines Ventils ein Ventilschallsignal misst.

2: Hubmagnet
3: Sensor
4: Gehäuse
6: Schieberöffnung
8: Flachanker
10: Aufnahme
12: Scheibenteil
14: Scheibenfläche
16: Längsachse
18: Magnettopf
20: Magnetspule
22: Topfboden
24: Topfausnehmung
26: Anschlagstift
28: Stirnseite
30: Endabschnitt
32: Stirnseite
34: Bohrung
36: Bohrungsgrund
37: Feder
38: Ring
40: Anschluss
42: Dichtring
44: Isolierhülse
46: Dichtring
48: Außenfläche
50: Sensorkabel
52: Luftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Datenblatt RD 21010/03.05 der Anmelderin auf den Seiten 58 und 59 [0028]

Claims

Ventilanordnung mit einem Ventil, das einen Sensor zum Erfassen zumindest eines Ventilschallsignals aufweist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Aufeinandertreffen zweier Ventilelemente das von dem Sensor erfassbare Ventilschallsignal erzeugt.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor ein piezoelektrischer Sensor ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses einen Betätigungsmagneten mit einem Anker als erstes Ventilelement zum Verschieben eines Ventilschiebers aufweist, und wobei ein Anschlagstift als zweites Ventilelement zum Anschlagen des Ankers vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 4, wobei der Betätigungsmagnet einen Magnettopf hat, dessen Topfboden vom Anker weg weist und wobei sich der Anschlagstift in etwa mittig vom Topfboden abstützt, und der Sensor auf der dem Anschlagstift abweisenden äußeren Topfbodenseite angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 5, wobei der Topfboden membranartig ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei Anschlüsse für im Magnettopf eingebrachte Magnetspulen durch den Topfboden hindurchgeführt sind und benachbart zu einem Sensorkabel des Sensors verlaufen.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventil ein Sitzventil ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 8, wobei das erste Ventilelement ein durch eine Feder vorgespanntes Sitzelement und das zweite Ventilelement ein Ventilsitz des Sitzelements ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventil einen justierbaren Anschlag aufweist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor ein Klopfsensor ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventil ein hydraulisches oder pneumatisches Ventil ist.
Ventilanordnung mit dem Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Steuerung, welcher ein Signal des Sensors zugeführt ist.