-
Die
Erfindung betrifft ein Schnellschaltventil zur Steuerung des Einlass-Volumenstroms
z. B. einer einzelnen Pumpenkammer einer hydrostatischen Pumpe,
wobei das Ventil vor allem durch die Kräfte eines Elektromagneten,
einer Rückstellfeder und der Druckdifferenz der Flüssigkeit
in seiner Bewegung und Lage beeinflusst wird.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine hydraulische Antriebseinheit, umfassend
eine oszylierende Zylinderkolbenanordnung mit einem Pumpenraum, dessen
Ausgang mit einem Hochdruckventil und dessen Eingang mit einem Niederdruckventil
verbunden ist.
-
In
einer Anwendung als Einlassventil der hydraulischen Antriebseinheit
müssen solche Ventile sehr schnell schalten (Schaltzeit < 5 ms) können.
Sie dürfen im geöffneten Zustand nur einen geringen Durchflusswiderstand
aufweisen und müssen im geschlossenen Zustand gegen eine
hohe Druckdifferenz sehr gut abdichten.
-
Aus
dem Stand der Technik sind folgende Anordnungen für Schnellschaltventile
bekannt:
EP 0
494 239 B1 zeigt eine Fluidmaschine mit einem elektromagnetisch
geschalteten Einlassventil. Das Einlassventil umfasst ein Sitzventil,
das durch eine Feder offen gehalten und durch einen Elektromagneten
bei Bedarf geschlossen wird; die Druckdifferenz wirkt ebenfalls
schließend. Das Ventil hat einen geringen Durchflusswiderstand
und schaltet ausreichend schnell. Es ist jedoch sehr aufwendig aufgebaut
und die Druckdifferenz erzeugt im geschlossenen Zustand eine sehr
hohe Flächenpressung zwischen einem Ventilstößel
und seinem Ventilsitz. Die notwendige, sehr gute Fluchtung zwischen
Ventilstößel und Ventilsitz ist nur mit großem
fertigungstechnischem Aufwand zu realisieren.
-
DE 101 25 811 B3 zeigt
ein schnellschaltendes Schieberventil, dem ein Elektromagnet als Schieberbetätigungsteil
zugeordnet ist. Das Ventil schaltet sehr schnell und lässt
sich so dimensionieren, dass es einen ausreichend kleinen Durchflusswiderstand
hat. Da das Ventil als Schieberventil ausgeführt ist, kann
es bauartbedingt die hohen Anforderungen an die Dichtheit im geschlossenen
Zustand nicht, bzw. nur bei extrem hohem fertigungstechnischem Aufwand
erfüllen.
-
DE 38 02 648 A1 zeigt
ein elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil
mit einem rohrförmig ausgestalteten Ventilstößel,
der Teil eines druckentlastetes, schnellschaltendes Sitzventils
ist. Die rohrförmige Ausbildung des Ventilstößels im
Dichtbereich erlaubt eine geringe Druckdifferenz bei Durchfluss
und geöffnetem Ventil. Das Ventil schaltet sehr schnell.
Es lässt sich so dimensionieren, dass es einen ausreichend
kleinen Durchflusswiderstand hat. Es wird durch einen Elektromagneten betätigt
und durch eine Feder zurückgestellt. Das bekannte Ventil
weist für den Ventilstößel einen Druckausgleich
auf, der die Flächenpressung zwischen Ventilstößel
und Sitz minimiert. Es vermeidet daher einige Nachteile der Flächenpressung
und Leckage.
-
Nachteilig
ist jedoch, dass die Druckdifferenz keine das Schließen
des Ventils verstärkende Wirkung aufweist. Die bekannte
Anordnung benötigt daher einen sehr starken, großen
und teuren Elektromagneten, der auch während der gesamten
Schließzeit bestromt werden muss. Daneben ist das Ventil aufgrund
der Gestaltung des Ventilstößels nicht für hohe
Durchflüsse geeignet.
-
DE 10 2006 029 267
A1 zeigt ein Regelventil für R 744 Klimasysteme
mit einem Sitzventil mit radial einstellbarem Ventilsitz. Durch
die radiale Einstellbarkeit des Sitzes kann eine sehr gute Abdichtung bei
geringen Herstellkosten erreicht werden. Das Ventil ist aber aufgrund
seiner Gestaltung, insbesondere des Ventilstößels
und des Ventilsitzes, nicht für die hohen Durchflüsse
und Druckdifferenzen geeignet.
-
Daneben
existiert eine Vielzahl von elektromagnetisch betätigten
Sitzventilen, die aber entweder bauartbedingt nicht für
hohe Durchflüsse oder nicht für schnelles Schalten
geeignet sind.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Schnellschaltventil vorzuschlagen, das
bei sehr kurzen Schaltzeiten und hohen Durchflüssen auch
gegen eine hohe Druckdifferenz sehr gut abdichtet und den Durchflusswiderstand
im geöffneten Zustand so gering hält, dass keine
Kavitation auftritt. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch
1 angegeben.
-
Dadurch
dass der Ventilsitz in einem vom Polteil separaten und gegenüber
dem Polteil verspannenden Bauteil angeordnet ist, wird eine sehr gute
Fluchtung zwischen Ventilstößel und Ventilsitz erzielt.
Ferner bewirkt diese Anordnung einen geringen Dämpfungseffekt
für einen erzeugten Stoß. Die Ausführung
des Sitzes als separates Bauteil erlaubt eine radiale Einstellung
des Ventilsitzes und bewirkt eine spürbare Verbesserung
der Abdichtfunktion bei vertretbarem fertigungstechnischem Aufwand.
Unvermeidlichen Fluchtungsfehler werden somit vermieden.
-
Mit
dem Merkmal, dass die den Ventilstößel umgebenen
Bauteile so gestaltet und dimensioniert sind, dass auf den Ventilstößel
nur ein geringer Teil der aus der Druckdifferenz resultierenden
Druckkraft wirkt, wird eine Teilentlastung des Ventils bewirkt,
die eine erhebliche Verminderung der Kontaktkraft erzeugt, mit der
der Ventilstößel im geschlossenen Zustand des
Ventils gegen den Ventilsitz gepresst wird. Darüber hinaus
hat die Teilentlastung im Vergleich zur vollständigen Entlastung
den wichtigen Vorteil, dass die Druckdifferenz hilft, das Ventil
zu schließen und geschlossen zu halten, solange sie anliegt.
Dadurch kann, wie weiter unten in einer vorteilhaften Ausführung
noch näher erläutert wird, eine schließend
wirkende Druckkraft verbleiben, die insbesondere gegen Ende des
Schließens den Ventilstößel erheblich
beschleunigt. Ohne die Teilentlastung hätte der Druck eine
sehr starke Wirkung und würde den Ventilstößel
sehr hart in den Ventilsitz schlagen.
-
Der
Elektromagnet kann somit kleiner und kostengünstiger ausgelegt
werden und er muss nicht während der ganzen Schließzeit
bestromt werden. Das Schnellschaltventil weist ohne Schäden
oder Verschleiß eine lange Le bensdauer bezüglich
einer sehr großen Zahl von Schaltungzyklen auf. Es ist kostengünstig
in großer Stückzahl herstellbar.
-
In
einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Ventilsitz
als Ventilsitzring ausgeführt, wobei der Ventilsitzring
während der Montage radial selbst einstellend ausgeführt
ist und am Ende des Montagevorganges axial verspannt ist. Der Einstellvorgang
erfolgt durch eine radiale Verschieblichkeit des Ventilsitzringes.
Die Wirkung dieses Einstellvorgangs wird durch die radiale relative
Führung der Bauteile, die eine Verspannung des Ventilsitzes
erzeugen, nochmals verbessert. Dadurch wird auch die Gefahr einer
Verlagerung des Ventilsitzes während des Aufbringens der
Verspannung vermindert. Im Montageprozess wird der Ventilsitzring
zunächst nur positioniert, aber nicht verspannt. Bei Bestromung des
Ventils setzt der Ventilstößel auf den Ventilsitzring
auf und drückt ihn in die optimale Position. Anschließend
wird der Ventilsitzring durch Anziehen des verschiebbaren Bauteils
verspannt.
-
In
Weiterführung des Erfindungsgedankens ist das verspannende
Bauteil als Klemmmutter ausgeführt, die in Verbindung zum
Polteil steht, wobei im Verbindungsbereich eine Führung
zum Einführen des rohrförmigen Endstückes
des Polteils vorgesehen ist. Die Führung ist als kreisringförmige
axiale Aussparung an der Stirnseite des Ventilringes ausgeführt.
Dadurch können die zu verspannenden Bauteile mit hoher
Genauigkeit radial zueinander geführt werden. Damit sich
während des Anziehens der Ventilsitzring nicht wieder verschiebt,
ist eine hochgenaue Führung der Klemmmutter zum Konus erforderlich.
-
Die
Teilentlastung des Ventils erfolgt vorteilhaft, wenn auf den Ventilstößel
85% bis 97% der aus der Druckdifferenz resultierenden Druckkraft
wirkt.
-
Die
Berührungs- oder Dichtflächefläche zwischen
Ventilstößel und Ventilsitz wirkt wegen des dort zu
verdrängenden Einlassstromes dämpfend. Ihre Größe
wird vorteilhaft so dimensioniert, dass sie 3% bis 5% der Nennquerschnittsfläche
des Schnellschaltventils umfasst.
-
Die
Teilentlastung des Ventils kann in einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung dadurch verbessert werden, indem die Stirnfläche
des Ventilstößels für den Druck im Bereich
der Führung zwischen Polteil und Ventilstößel
geringfügig kleiner ausgeführt wird als die wirksame
Dichtfläche zwischen dem Ventilstößel
und dem Ventilsitz. Der Ventilstößel ist dabei im
Konus geführt und bildet mit dem Ventilsitzring einen steuerbaren
Arbeitsquerschnitt des Ventils. An dem Ventilstößel
greifen demgemäß die folgenden Kräfte
an:
- – die Druckkraft aus dem Druck
am Druckanschluss P_A multipliziert mit der zugehörigen Wirkfläche,
die sich aus der Differenz von dem wirksamen Dichtdurchmesser an
der Dichtfläche zwischen Ventilstößel
und Ventilsitzring einerseits und dem Führungsdurchmesser
im Polteil ergibt,
- – die Druckkraft aus dem Druck am Tankanschluss P_T
multipliziert mit der zugehörigen Wirkfläche,
- – ferner die Kraft der Rückstellfeder des
Ankers,
- – die Magnetkraft am Anker,
- – die Reibkraft in der Führung des Ventilstößels
- – und die Strömungskraft der Flüssigkeit,
die durch den Wirkquerschnitt strömt.
-
Der
rohrförmige Ventilstößel weist vorteilhaft zwischen
Rückstellfeder und Dichtkörper eine radiale, in
axialer Richtung sich erstreckende stufenförmige Erweiterung
auf, die in einem entsprechend gestuften, radial vergrößerten,
axialen Bereich der zentralen Bohrung im Polteil geführt
ist. Der Anker überdeckt dabei nur einen geringen axialen
Teil des Halsstückes des Ventilstößels
und ist in diesem Bereich fest mit dem Anker verbunden. Durch die
gestufte Erweiterung des Stößels im Bereich der
Sitzgeometrie wird ein großer Öffnungsquerschnitt
erzielt bei gleichzeitiger kurzer Schaltzeit. Die Erweiterung bewirkt eine
strömungsgünstige Form, wodurch der Strömungswiderstand
bei hohem Durchfluss vermindert wird.
-
Die
Rückstellfeder im Elektromagneten kann vorteilhaft in Richtung
des Ventilsitzes vor dem Anker angeordnet sein. Sie stützt
sich an ihrem einen Ende gegen eine Lagerstelle an der Stirnwand
des Ankers und mit ihrem anderen, dem Ventilsitz zugewandten Ende,
gegen eine axiale sich erstreckende Ausnehmung im Polteil. Mit dieser
Anordnung wird eine „stromlos offene” Funktion
des Ventils erzielt, d. h. dass nur beim Schließen oder
geschlossen Halten des Ventils der Magnet bestromt ist.
-
Falls
aber andererseits eine „stromlos geschlossene” Funktion” erforderlich
ist, müsste der Anker, die Polteile und die Rückstellfeder
lediglich um 180° gedreht werden. Diese Anordnung könnte
ggf. für eine bessere Ausnützung der Strömungskräfte von
Vorteil sein.
-
Insbesondere
für ein schnelles Schaltverhalten des Ventils ist es vorteilhaft,
wenn das magnetisierbare Polteil im Bereich des Arbeitsluftspaltes
des Magneten so gestaltet ist, dass insbesondere in der Startposition
des Schließens eine möglichst hohe magnetische
Kraft ansteht. Es kann dabei sogar in Kauf genommen werden, dass
später im Bewegungsablauf weniger Kraft vorhanden ist.
Für die konkrete Gestaltung dieser Anker-Ankergegendstücksysteme
sind in der Praxis zahlreiche Varianten bekannt, die diese Anforderung
am besten erfüllen.
-
Die
Druckdifferenz hilft, das Ventil zu schließen und geschlossen
zu halten, solange sie anliegt. Wenn in einer weiteren vorteilhaften
Ausführung die Druckdifferenz eine das Schließen
und geschlossen Halten des Sitzventils verstärkende Wirkung
aufweist, kann der Elektromagnet nicht nur kleiner und kostengünstiger
ausgelegt werden, es ist auch nicht erforderlich, dass er während
der ganzen Schließzeit bestromt bleibt. Nach dem Abschalten
des elektrischen Stromes bleibt das Ventil durch die Kraft der Druckdifferenz
sicher geschlossen. Wenn der Elektromagnet nicht aktiviert ist,
ist das Öffnen des Ventils von der Federkraft der Rückstellfeder
und vom Druck in den Anschlüssen P_T und P_A abhängig.
Die Öffnungszeiten sind damit unabhängig von der
Bestromung des Magneten.
-
In
einer Weiterführung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen,
den Druckanschluss P-A mit einem Verdrängerraum des hydraulischen Verdrängers
zu verbinden und ihn radial im Bereich des Sitzventils anzubinden.
Damit bleibt die Druckkraft auf das Ventil niedrig.
-
Der
Tankanschluss P-T ist ebenfalls druckbelastet und vorteilhaft axial
am rückwärtigen axialen Ende des beweglichen Bauteils
bzw. der Klemmmuter angeordnet und über eine Rücklaufleitung
mit einem Tank verbunden. Dies erzeugt den geringsten Aufwand.
-
Der
Anschluss P_T ist ferner vorteilhaft sowohl mit einem vorderen,
dem Sitzventil zugewandten Ankerraum, als auch mit einem rückwärtigen,
der Sitzgeometrie abgewandten Ankerraum des Elektromagneten, verbunden.
Der Anschluss P_T ist dabei über das Innere des Ventilstößels
mit dem rückwärtigen Ankeraum und über
eine radiale Bohrung mit dem vorderen Ankerraum verbunden.
-
Die
radiale Bohrung wird vorteilhaft kurz vor dem Auftreffen des Ventilstößels
auf den Ventilsitz wegabhängig über eine Steuerkante
verschlossen. Durch diese Anordnung entsteht ein Druckaufbau im vorderen
Ankerraum, der bremsende Wirkung hat.
-
Vorteilhaft
ist weiter ein Leckagepfad zwischen den beiden Ankerräumen
vorgesehen, so dass diese Dämpfung für ein späteres Öffnen
des Ventils keine starke nachteilige Wirkung aufweist. Der Leckagepfad
erstreckt sich vorteilhaft entlang der Mantelfläche des
Ankers.
-
Der
eingangs erwähnte hydraulische Verdränger umfasst
Anordnungen einzelner Pumpenkammer einer hydrostatischen Pumpe,
wie sie insbesondere im Bereich der Mobilhydraulik Verwendung finden,
wobei der druckbehaftete Anschluss P_A des Schnellschaltventils
mit der Pumpenkammer verbunden ist. Das Ventil kann vorteilhaft
als Einlassventil für eine derartige Pumpe oder einem Hydraulikmotor vorgesehen
werden.
-
Insbesondere
bei hydraulischen Antriebseinheiten, die eine oszylierende Zylinderkolbenanordnung
mit einem Pumpenraum umfassen, an des sen Ausgang ein Hochdruckventil
ist und an dessen Eingang ein Niederdruckventil angeordnet ist,
kann das Schnellschaltventil verwendet werden.
-
Ein
weiteres Anwendungsgebiet für das Schnellschaltventil in
der Mobilhydraulik ist die Verwendung als geschaltes Nachsaugventil
bei Hydraulikmotoren. Solche Ventile sind üblicherweise
Rückschlagventile, die dann benötigt werden, wenn
auf einen Hydromotor eine ziehende Last auftritt. Dann wird die
bisherige Saugleitung zur Druckleitung. Das Schnellschaltventil
verhindert durch seine Dichtwirkung in dieser Leitung eine Vakuumbildung,
indem z. B. Öl aus einem Tank nachgesaugt wird. Diese Anwendung
gilt auch für eine Anordnung mehrerer gekoppelter Zylinder
oder für einen Differentialzylinder.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und dem in Folgenden beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
-
1 zeigt
einen Längsquerschnitt durch ein Schnellschaltventil.
-
2 zeigt
ein Detail A aus 1.
-
3 zeigt
ein Detail B aus 1
-
4 zeigt
ein Detail C aus 1
-
5 zeigt
ein schematisches Schaltbild einer Hubkolbenpumpe.
-
Das
in 1 dargestellte Schnellschaltventil 1 umfasst
im Wesentlichen zwei Bereiche. Einen als Betätigungseinrichtung
wirkender Elektromagnet 2, der in 1 auf der
linken Seite angeordnet ist, und rechts ein mit dem Magneten 2 gekoppeltes
Ventilteil 10, das als wesentliche Bauteile eine Sitzgeometrie 3 mit
einem Dichtkörper 4 und Ventilsitz 5 umfasst.
Im Ventilteil 10 sind zwei druckbehaftete Anschlüsse P_T
und P_A vorgesehen, wobei der erste Anschluss P_T hinter der Sitzgeometrie 3 vorgesehen
ist, axial angeordnet ist und über eine in 5 dargestellte Rücklaufleitungen
zu einem Tanks T führen. Der zweite Anschluss P_A ist vor
der Sitzgeometrie 3 radial angeordnet und führt
zu einer Einzylinderhubkolbenpumpe 23, dessen Volumeneinlassstrom
durch das Schnellschaltventil 1 gesteuert wird und die schematisch
in 5 dargestellt ist.
-
Der
Elektromagnet 2 umfasst als Außenbegrenzung ein
magnetflussführendes topfartiges Gehäuse 6,
das eine zylinderförmige Spule 7 mit einem Stecker 8 für
die Bestromung umgibt. Die Spule 7 ist in radialer Richtung
an beiden Seiten von magnetisierbaren Polteilen 9a und 9b begrenzt,
wobei mit dem Bezugszeichen 9b das erste Polteil als Jochscheibe
ausgeführt ist, und an der der dem Ventilteil 10 abgewandte
Seite angeordnet ist. Das andere Polteil, das mit dem Bezugszeichen 9a bezeichnet ist,
und die andere radiale Begrenzung der Spule bildet, bildet den Konus
des Magneten 2. Der Konus 9a ist durch einen Arbeitsluftspalt 11 von
der Jochscheibe 9b getrennt.
-
Innerhalb
einer Öffnung in der Jochscheibe 9b und eines
axialen Teils der Spule 7 ist ein axial hin und her verschiebbarer
rohrförmiger Anker 13 angeordnet, in dessen Öffnung
ein in axialer Richtung sich erstreckender ebenfalls rohrförmiger
Ventilstößel 12 befestigt ist. In dem
radialen Boden des topfartigen Gehäuses 6 ist
ein Deckel 14 aus Kunststoff gelagert. Er bildet die der
Jochscheibe 9b zugeordnete hintere Hubbegrenzung des Ankers 13.
-
Das
Polteil 9a, das den Konus bildet, ist als Buchse ausgeführt.
In einer zentralen Bohrung 15 des Konusses 9a ist
der Ventilstößel 12 geführt.
Der Konus 9a ist im Bereich des Elektromagneten 2 von dem
anderen axialen Teil der Spule und einem Teil des Gehäuse 6 überdeckt
und dort gelagert. Er weist einen speziell geformten Einfahrbereich
für den Anker 13 auf, mit der die Hubkraft des
Elektromagneten und damit die des Ventilsstößels 12 optimiert
werden kann. Der Einfahrbereich ist so gestaltet, dass insbesondere
in der Startposition des Schließens eine möglichst
hohe magnetische Kraft zur Verfügung steht. Es wird dabei
in Kauf genommen, dass später im Bewegungsvorgang weniger
Kraft vorhanden ist.
-
In 1 ist
die unbestromte Position des Ankers 13 im Anschlag an die
hintere Hubbegrenzung dargestellt. In dieser Position wird der Anker 13 durch eine
axial sich erstreckende Rückstellfeder 16 gehalten.
Bei Bestromung der Spule 7 drückt der Anker 13 durch
die magnetische Krafteinwirkung gegen die Rückstellfeder 16 und
bewegt sich in Richtung des Einfahrbereiches des Konusses 9a.
Bei Entstromung der Spule 7 wird der Anker 13 durch
die Federkraft in die Ausgangstellung am hinteren Hubanschlag gedrückt.
Die Rückstellfeder 16 ist in Richtung des Sitzventils
vor dem Anker 13 angeordnet und stützt sich mit
ihrem einen Ende gegen eine Lagerstelle an der Stirnwand des Ankers
und mit ihrem anderen, dem Ventilsitz 5 zugewandten Ende,
gegen eine axiale sich erstreckende ringförmige axiale
Ausnehmung 17 an der Stirnseite des Polteils 9a ab.
-
Der
im Sitzventil 3 vorgesehene Ventilsitz 5 ist als
ein vom Polteil 9a separates und gegenüber diesem
zu verspannendes Bauteil 19 ausgebildet, das während
der Montage radial selbst einstellend ist und erst am Ende des Montagevorganges
axial verspannt wird. Das verspannende Bauteil ist als Klemmmutter 19 ausgeführt,
die in Verbindung zum Polteil 9a steht, und im Verbindungsbereich
eine Führung 20 zum Einführen des rohrförmigen
Polteils 9a aufweist. Eine kreisringförmige axiale
Aussparung 21 an der Stirnseite der Klemmutter 19 bildet
die Führung 20.
-
2 zeigt
in einem Detailauschnitt den Verbindungsbereich zwischen dem Polteil 9a und
der Klemmmuter 19. Für die Anwendung des Schnellschaltventils 1 ist
das sichere und sehr dichte Abschließen des Ventils 1 von
großer Bedeutung, deshalb muss der Ventilstößel 12 sehr
genau zum Ventilsitzring 18 fluchten. Bei Anwendungen mit
niedrigem Druck ist es üblich, ein Ventil einzuschleifen,
damit eine gute Dichtwirkung erzielt wird. Das aber ist bei den
hier vorgesehenen Hochdruck-Hydraulikventilen nicht erwünscht,
denn hier gelten sehr hohe Sauberkeitsanforderungen, die sich mit
einem Schleifprozess in der Montage nicht vertragen. Wie aus 2 ersichtlich
ist ein Einstellvorgang vorgesehen, der die radiale Verschieblichkeit
des Ventilsitzringes 18 ermöglicht. Im Montageprozess
wird der Ring 18 zunächst nur positioniert, aber
nicht verspannt. Bei der Bestromung des Ventils 1 setzt
der Ventilstößel 12 auf dem Ventilsitzring 18 auf
und drückt ihn in die optimale Position. Anschließend
wird der Ventilsitzring 18 durch das Anziehen der Klemmmutter 19 verspannt.
-
Damit
sich während des Anziehens der Ventilsitzring 18 nicht
wieder verschiebt, ist die Führung 20 der Klemmmutter 18 zum
Polteil 9a hochgenau ausgeführt. Das Polteil 9a weist
zum Einführen eine speziell in axialer Richtung sich erstreckende
Zunge 22 auf, die in die Aussparung 21 über
ein Gewinde eingeführt wird. Die axiale Länge
der Zunge 22 ist geringer als die der Aussparung 21,
um die Verschiebbarkeit vor dem Montageprozess der Klemmmutter 19 gegenüber
dem Polteil 9a sicherzustellen.
-
In 1 ist
weiter ersichtlich, dass der Ventilstößel 12 im
Bereich des Ventilteils 10 eine in axialer Richtung sich
erstreckende stufenförmige radiale Erweiterung aufweist.
Die radiale Führungsbohrung 15 des Stößels 12 im
Polteil 9a ist dem entsprechend vergrößert.
-
3 zeigt
in einer Detailansicht den Dichtbereich der als Sitzventil ausgeführten
Sitzgeometrie 3. Dargestellt ist, im Gegensatz zu 1 der
geschlossene Zustand. In dem zum Sitzventil hinweisenden Endbereich
des Stößels 12 ist der Dichtkörper 4 der
Sitzventils in Form einer radialen Verdickung der Stirnseite des
Stößels 12 ausgeführt. Bei Bestromung
des Magneten 2 wird der Ventilstößel 12 mit
seinem Dichtkörper 4 in den Ventilsitzring 18 eingedrückt.
Das dichte Abschließen wird auch dadurch gefördert,
dass der Stößel 12 für die Wirkung
des Drucks am radialen druckbehafteten Einlass P_A nicht vollständig,
sondern nur teilweise entlastet ausgeführt ist. Dadurch
verbleibt eine schließende Druckkraft. Ohne diese Entlastung
hätte der Druck eine sehr starke Wirkung und würde
den Ventilstößel 12 sehr hart in den
Ventilsitzring 18 schlagen. Um diese mögliche
Schadenswirkung weiter zu vermindern, wirkt die Dichtfläche 29 zwischen
dem Ventilstößel 12 und dem Ventilsitzring 18 wegen
des von dort zu verdrängenden Mediums dämpfend.
Ihre Größe ist so optimiert, dass sie zwischen
3% und 5% der Nennwirkfläche des Ventils liegt. in diesem
Bereich werden einerseits eine gute Abdichtung und andererseits
eine ausreichende Aufschlagdämpfung erzielt.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 ist der ebenfalls druckbehaftete
Anschluss P_T über das Innere des rohrartigen Ventilstößels 12 mit
dem hinteren Ankerraum des Magneten 2 und über
eine Querbohrung 24 mit dem vorderen Ankeraum verbunden.
Die Querbohrung 24 stellt die Verbindung zwischen dem Anschluss
P_T und dem vorderen Ankerraum her. Dadurch ist der Ventilstößel 12 gegenüber
dem Tankdruck annähernd druckausgeglichen.
-
In 4 ist
der Bereich der Querbohrung 24 im Detail dargestellt. Die
Querbohrung 24 ist axial so platziert, dass sie kurz vor
dem Auftreffen des Ventilstößels auf den Ventilsitzring 18 wegabhängig
geschlossen ist. Sie wird dabei durch eine radiale Steuerkante 25 verschlossen.
Dadurch entsteht ein Druckaufbau in dem vorderen Ankerraum, der
eine bremsende Wirkung hat. Da es einen Leckagepfad zwischen dem
vorderen und dem hinteren Ankerraum gibt (entlang der Mantelfläche
des Ankers 13), hat diese Dämpfung für
das spätere Öffnen des Ventils 1 keine
starke nachteilige Wirkung.
-
Das
in den 1 bis 4 dargestellte Schnellschaltventil 1 arbeitet
wie folgt:
Solange der Elektromagnet 2, bestehend
aus der Spule 7, der Jochscheibe 9b, dem Gehäuse 6 und dem
Konus 9b nicht bestromt ist, hält die Rückstellfeder 16 den
Ventilstößel 12 in der Ruhelage, wobei das
Ventil 1 offen ist und dem durchströmenden Medium
wenig Widerstand bietet. Da der Ventilstößel 12 im
Bereich der Abdichtung als Rohr ausgebildet ist, hat das Ventil
einen großen Öffnungsquerschnitt. Die Feder 16 ist
stark genug vorgespannt, dass die Strömungskräfte,
die am Ventilstößel 12 angreifen, das Ventil 1 nicht
schließen können.
-
Wird
der Magnet 2 bestromt, schiebt der Anker 13 gegen
den Widerstand der anderen Kräfte den Ventilstößel 12 in
die Richtung der geschlossenen Stellung. Damit verkleinert sich
der wirksame Ventilquerschnitt und die Druckdifferenz zwischen den
Anschlüsse P_A und P_T steigt an. Die Kraft der Druckdifferenz,
die Strömungskraft und die Magnetkraft beschleunigen den
Ventilstößel 12 stark und bewirken ein
sehr schnelles Schließen des Ventils 1. Auch nach
dem Abschalten des elektrischen Stroms bleibt das Ventil durch die
Kraft der Druckdifferenz sicher geschlossen. Fällt der
Druck am Anschluss P_A ab, weil z. B ein Pumpenhub der Pumpe 23 (siehe 5) zu
seinem Ende gekommen ist, öffnet die Feder 5 das
Ventil wieder. Das Öffnen des Ventils 1 ist also unabhängig
von der Bestromung des Magneten 2.
-
5 zeigt
in einer schematischen Schaltung die Hubkolbenpumpe 23 mit
dem Schnellschaltventil 1 als Einlassventil für
den Niederdruckeingang der Pumpe. Aus Sicherheitsgründen
ist das Schnellschaltventil 1 als „normal offene” Funktion
ausgeführt, d. h. in dieser Schaltungsart ist der im Schnellschaltventil 1 angeordnete
Elektromagnet 2 nicht bestromt. Bei erfolgter Komprimierung
durch den Pumpenkolben 26 öffnet der druckbehaftete
Volumenstrom ein Auslassventil 28 in den Pumpenausgang.
-
- 1
- Schnellschaltmagnet
- 2
- Elektromagnet
- 3
- Sitzgeometrie
- 4
- Dichtkörper
- 5
- Ventilsitz
- 6
- Gehäuse
- 7
- Spule
- 8
- Stecker
- 9a
- Polteil,
Konus
- 9b
- Polteil,
Jochscheibe
- 10
- Ventilteil
- 11
- Arbeitsluftspalt
- 12
- Ventilstößel
- 13
- Anker
- 14
- Deckel
- 15
- Zentrale
Bohrung
- 16
- Rückstellfeder
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Ventilsitzring
- 19
- Verspannendes
Bauteil, Klemmmutter
- 20
- Führung
- 21
- Aussparung
- 22
- Zunge
- 23
- Hubkolbenpumpe
- 24
- Querbohrung
- 25
- Steuerkante
- 26
- Pumpenkolben
- 27
- Pumpenraum
- 28
- Auslassventil
- 29
- Dichtfläche
- P_A
- Druckbehafteter
Anschluss
- P_T
- Druckbehafteter
Anschluss
- T
- Tank
-
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 Patentliteratur
-
- - EP 0494239
B1 [0004]
- - DE 10125811 B3 [0005]
- - DE 3802648 A1 [0006]
- - DE 102006029267 A1 [0008]