DE102013107097A1 - Kolbenventil - Google Patents

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Abstract

Die Beschreibung umfasst ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms umfassend: eine innere Hülse 5 mit einer Steuerfläche 19 und eine mittlere Hülse 14, wobei eine erste Bewegung der inneren Hülse 5 zur mittleren Hülse 14 vornehmbar ist, wobei das Ventil einen Steuerkolben 10 aufweist, wobei durch die erste Bewegung eine zweite Bewegung des Steuerkolbens 10 erfolgt, wodurch das Ventil in einen Schaltzustand überführt wird.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms und ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Im Stand der Technik sind Ventile bekannt, die in hydraulischen oder pneumatischen Systemen einen Fluidstrom schalten/steuern/lenken.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Lenkung eines Fluidstroms werden Ventile eingesetzt, die eine innere und eine mittlere Hülse und ein Ventilgehäuse umfassen. Die innere Hülse kann zur mittleren Hülse verdreht werden, wodurch verschiedene Schaltzustände des Ventils realisiert werden können. Am Ventilgehäuse sind die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung des Fluids angeordnet. Da sich die mittlere Hülse bezüglich der äußeren Hülse/dem Ventilgehäuse um über 360° drehen kann, findet die Zu- und Ableitung des Fluids über Ringnuten statt. Um eine einwandfreie Funktion sicherstellen zu können, sind die Übergänge beispielsweise abgerundet ausgebildet. Hierzu muss neben der radialen Bearbeitung auch eine axiale Bearbeitung vorgenommen werden. Die Einbringung der axialen Nuten an den Innenwänden der mittleren Hülse ist mit einem komplexen Bearbeitungsprozess verbunden. Fertigungstechnisch ist dieser Bearbeitungsprozess kompliziert, insbesondere falls die mittlere Hülse sehr klein ausgebildet ist. Außerdem ist es problematisch die „hydraulische Mitte“ eines Ventils bei der Komplettierung /Zusammenbau /Montage einzustellen. Hierzu wird eine aufwändige Steuerung benötigt. Die „hydraulische Mitte“ stellt eine Ausgangssituation der Anordnung der Hülsen zueinander dar. In diesem Ausgangszustand wird beispielsweise der Fluidstrom direkt in den Rücklauf geleitet.
  • Eine Aufgabe ist daher, ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das einfach hergestellt werden kann und/oder dessen „hydraulische Mitte“ einfach einstellbar ist oder das in der Lage ist, seine „hydraulische Mitte“ selbsttätig einzustellen.
  • Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms zur Verfügung gestellt, umfassend: eine innere Hülse mit einer Steuerfläche und eine mittlere Hülse, wobei eine erste Bewegung der inneren Hülse zur mittleren Hülse vornehmbar ist, wobei das Ventil einen Steuerkolben aufweist, wobei durch die erste Bewegung eine zweite Bewegung des Steuerkolbens erfolgt, wodurch das Ventil in einen Schaltzustand überführt wird.
  • Durch die Anordnung eines Steuerkolbens kann auf eine axiale Bearbeitung von Innenwänden zur Lenkung des Fluidstroms verzichtet werden, wodurch sich der Herstellprozess des Ventils deutlich vereinfacht.
  • Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei in dem Schaltzustand der Fluidstrom in eine erste oder eine zweite Richtung gelenkt wird oder wobei der Fluidstrom unterbrochen wird.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei die erste Bewegung eine Verdrehung/Rotationsbewegung /axiale Verschiebung ist und/oder wobei die zweite Bewegung eine Verdrehung /Rotationsbewegung/axiale Verschiebung ist, wobei die axiale Verschiebung eine Verschiebung in Richtung der Längsachse des Ventils ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Ventil ein Mittel zum Pressen des Steuerkolbens gegen die Steuerfläche aufweist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Mittel entlang der Längsachse des Ventils wirkend ausgebildet ist.
  • Durch das Anpressen der Steuerkolben an die Steuerfläche kann bei geeigneter Ausführung der Neigung der Steuerfläche gegenüber der Längsachse das Ventil selbsttätig nach einer Verdrehung in seine Ausgangssituation zurückfinden. Die selbsttätig einstellbare Ausgangssituation kann als „hydraulische Mitte“ definiert werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Mittel eine Feder ist.
  • Durch die Verwendung einer Feder kann auf einfache Weise ein Anpressdruck auf den Steuerkolben generiert werden.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei die Steuerfläche zur Längsachse des Ventils geneigt ist und/oder wobei die Steuerfläche durch die erste Bewegung für den Steuerkolben mehr Raum oder weniger Raum in Richtung der Längsachse freigibt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Ventil 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder beliebig viele Steuerkolben aufweist.
  • Sowohl durch die Verwendung einer beliebigen Anzahl an Steuerkolben, sowie das Design/die mechanische Ausgestaltung der/des einzelnen Steuerkolbens kann das Ventil bezüglich seines Fluidstroms entsprechend den Anforderungen skaliert werden.
  • Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das durch einen Steuerkolben geschaltet werden kann. Hierdurch kann auf eine aufwändige Bearbeitung von Innenwänden der Hülsen des Ventils verzichtet werden.
  • Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
  • 1 ein Ventil des Stands der Technik,
  • 2 ein erfindungsgemäßes Ventil,
  • 3 das erfindungsgemäße Ventil in einer Explosionsdarstellung,
  • 4 eine Längsschnittdarstellung eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Ventils,
  • 5 eine Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Ventils,
  • 6 Kurven zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen Drehmoment und Druck.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt ein Ventil des Stands der Technik mit einer mittleren Hülse 2 und einer inneren Hülse 1, wobei die innere Hülse 1 zur mittleren Hülse 2 verdreht werden kann. Die mittlere Hülse 2 weist Längsnuten 15 auf, die zu einem einwandfreien Zu- und Abfluss des Fluids benötigt werden. Die Längsnuten 15 erfordern neben einer radialen Bearbeitung auch eine axiale Bearbeitung der Innenwandung der mittleren Hülse 2, was einen hohen fertigungstechnischen Aufwand darstellt.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil mit einer inneren Hülse 5, die verdrehbar ist und einer mittleren Hülse 14. An einem Ventilgehäuse 7 sind Zu- und Ableitungen 6, 12 für das Fluid angeordnet. In der mittleren Hülse 14 können Steuerkolben 10 gelagert werden, die durch Federn 9 in axialer Richtung, also in Richtung der Längsachse 20 des Ventils, unter Spannung gehalten werden können und die an einer Steuerfläche 19 anliegen. Durch eine Drehung/Rotation der inneren Hülse 5 kann sich die Steuerfläche 19 beispielsweise in ihrer Neigung am Auflageort des Steuerkolbens 10 ändern und die Steuerkolben 10 können in axiale Richtung 20 verschoben werden. Durch die axiale Verschiebung der Steuerkolben 10 kann sich eine Schaltung des Ventils ergeben.
  • 3 zeigt das erfindungsgemäße Ventil in einer Explosionsdarstellung mit der inneren Hülse 5 und der mittleren Hülse 14, wobei in der mittleren Hülse 14 die Steuerkolben 10 angeordnet sind. Die Steuerkolben 10 werden durch Federn 9 unter mechanischer Spannung gehalten und gegen die Steuerfläche 19 gepresst. Durch ein Drehen der inneren Hülse 5 verdreht sich ebenfalls die Steuerfläche 19 und die Steuerkolben 10 können in axialer Richtung verschoben werden.
  • 4 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Ventils mit der inneren Hülse 5, der mittleren Hülse 14 und den Steuerkolben 10. Die Steuerkolben 10 werden durch Federn 9 gegen die Steuerfläche 19 der inneren Hülse 5 gepresst. Wird die innere Hülse 5 gedreht, so verschiebt sich die Steuerfläche 19 ebenfalls und die Steuerkolben 10 können nach unten gedrückt werden oder die Steuerflächen 19 können Raum/Platz nach oben freigeben und die Steuerkolben 10 können nach oben durch die Federn 9 gedrückt werden. Hierdurch ergibt sich daher eine axiale Verschiebung der Steuerkolben. Die axiale Verschiebung kann zu einem Verbinden/Unterbrechen von Ringnuten bzw. Nuten 11, 21 genutzt werden, wodurch Schaltzustände des Ventils realisiert werden können. Nach der Verdrehung kann aufgrund des Anpressens der Steuerkolben 10 gegen die Steuerfläche 19 eine Rückführung der Verdrehung erfolgen, wodurch das Ventil selbsttätig in einen Ausgangszustand überführt wird.
  • 5 zeigt das erfindungsgemäße Ventil in einer Querschnittdarstellung mit den Steuerkolben 10, die innerhalb der mittleren Hülse 14 gelagert sind. Außerdem ist ein mechanischer Anschlag 13 dargestellt, der sicherstellt, dass eine maximale Verdrehung der Steuerflächen 19 nicht überschritten wird.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einem Drehmoment M, das auf die innere Hülse 5 ausgeübt wird, und einem dadurch resultierenden Druck P innerhalb des Systems aufzeigt. Das System kann pneumatisch oder hydraulisch ausgebildet sein. Dargestellt ist, dass vorteilhafterweise durch Variation der Federeigenschaften (weiche/steife Feder) eine unterschiedliche Kennlinie 23, 24 ausgewählt werden kann. Bei Wahl der Kennlinie 23 („weiche“ Feder) ergibt sich durch ein geringes Drehmoment auf die innere Hülse 5 bereits eine hohe Druckveränderung. Wurde eine „steife“ Feder eingesetzt, so ergibt sich durch ein geringes Drehmoment eine nur geringe Druckänderung im System.
  • Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
  • Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    innere Hülse
    2
    mittlere Hülse
    3
    Ringnut
    4
    Ventilschieber
    5
    innere Hülse/Drehschieber
    6
    Zulauf
    7
    äußere Hülse/Ventilgehäuse
    9
    Feder
    10
    Steuerkolben
    11
    Nut
    12
    Rücklauf
    13
    mechanischer Anschlag
    14
    mittlere Hülse
    15
    Längsnut
    16
    Ringnut
    17
    Ringnut
    18
    Winkel α
    19
    Steuerfläche
    20
    Längsachse
    21
    Nut
    22
    Zu- oder Ableitung des Fluids
    23
    „weiche“ Feder
    24
    „harte“ Feder
    P
    Druck
    M
    Drehmoment

Claims (9)

  1. Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms umfassend eine innere Hülse (5) mit einer Steuerfläche (19) und eine mittlere Hülse (14), wobei eine erste Bewegung der inneren Hülse (5) zur mittleren Hülse (14) vornehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil einen Steuerkolben (10) aufweist, wobei durch die erste Bewegung eine zweite Bewegung des Steuerkolbens (10) erfolgt, wodurch das Ventil in einen Schaltzustand überführt wird.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltzustand der Fluidstrom in eine erste oder eine zweite Richtung gelenkt wird oder wobei der Fluidstrom unterbrochen wird.
  3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bewegung eine Verdrehung/Rotationsbewegung/axiale Verschiebung ist und/oder wobei die zweite Bewegung eine Verdrehung/Rotationsbewegung/axiale Verschiebung ist, wobei die axiale Verschiebung eine Verschiebung in Richtung der Längsachse (20) des Ventils ist.
  4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Mittel zum Pressen des Steuerkolbens (10) gegen die Steuerfläche (19) aufweist.
  5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel entlang der Längsachse des Ventils wirkend ausgebildet ist.
  6. Ventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Feder (9) ist.
  7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche (19) zur Längsachse (20) des Ventils geneigt ist und/oder wobei die Steuerfläche (19) durch die erste Bewegung für den Steuerkolben (10) mehr Raum oder weniger Raum in Richtung der Längsachse (20) freigibt.
  8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder beliebig viele Steuerkolben (10) aufweist.
  9. Lenksystem für ein Fahrzeug umfassend ein Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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