DE102014203395A1

DE102014203395A1 - Mehrfachschaltventil mit Hubausgleichselement

Info

Publication number: DE102014203395A1
Application number: DE102014203395.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Halter; Rene Salewski; Matthias Koepf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrfachschaltventil (1), insbesondere für eine Kupplung eines Nutzfahrzeuggetriebes, mit einem Ventilgehäuse (2), das über eine Einlassöffnung (3) und eine Auslassöffnung (4) mit einem Druckmedium (5) durchströmbar ist, mit einem axial beweglichen Hohlanker (6) zum Schließen und Öffnen der Auslassöffnung (4) und mit einem in diesem Hohlanker (6) koaxial beweglich angeordneten Innenanker (10) zum Schließen und Öffnen einer im Hohlanker (6) ausgebildeten Durchtrittsöffnung (11), wobei der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) zum Schließen der ihnen jeweils zugeordneten Öffnung (4; 11) jeweils federbeaufschlagt in eine erste Position gedrückt sind und zum Öffnen der ihnen jeweils zugeordneten Öffnung (4; 11) jeweils mittels eines Aktivierungselementes (20) in eine zweite Position bewegbar sind, wobei sich in einer Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils (1) der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) in ihrer jeweiligen ersten Position befinden, sich in einer ersten Durchström-Schaltstellung der Hohlanker (6) in seiner ersten und der Innenanker (10) in seiner zweiten Position befinden und sich in einer zweiten Durchström- Schaltstellung der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) in ihrer jeweiligen zweiten Position befinden. Erfindungsgemäß sind der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) jeweils zwischen ihren beiden Positionen über eine zueinander unterschiedliche Hubhöhe bewegbar, so dass der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) zueinander eine Hubdifferenz aufweisen. Ferner weist der Hohlanker (6) und/oder der Innenanker (10) ein Hubausgleichselement (16) auf, mittels dem diese Hubdifferenz ausgleichbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrfachschaltventil gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
Aus der DE 103 05 157 A1 ist ein elektromagnetisches Doppelschaltventil bekannt, das ein Gehäuse mit Anschlussstücken für Zu- und Abströmleitungen für ein Druckmedium aufweist. Ferner umfasst das Doppelschaltventil eine Magnetspule sowie zwei innerhalb der Spule beweglich angeordnete Anker zum Öffnen und Verschließen der Leitungsanschlüsse. Einer der beiden Anker ist als Hohlanker mit einer geschlossenen Stirnseite ausgebildet. In diesem Hohlanker ist ein Innenanker koaxial beweglich angeordnet. Der Hohlanker weist Durchtrittsöffnungen für das Druckmedium auf, von denen eine Durchtrittsöffnung durch eine Dichtfläche des Innenankers verschließbar ist. Der Hohlanker und der Innenanker dieses Doppelschaltventils besitzen konstruktionsbedingt dieselbe Hubhöhe. Diese ist jedoch im Falle des Innenankers, der im Vergleich zum Hohlanker eine kleinere Nennweite aufweist, nicht erforderlich, da durch das weitere Öffnen über das Optimum des Innenankers hinaus keine zusätzliche nutzbare Fläche freigestellt wird. Infolgedessen geht beim überweiten Öffnen des Innenankers Energie sowie wertvolle Zeit zum Öffnen und Schließen der kleineren Nennweite des Ventils verloren.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird ein Mehrfachschaltventil, insbesondere für eine Kupplung eines Nutzfahrzeuggetriebes, vorgeschlagen, das ein Ventilgehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung aufweist, über die das Ventilgehäuse mit einem Druckmedium, insbesondere mit Luft oder Öl, durchströmbar ist. Des Weiteren weist das Mehrfachschaltventil einen axial beweglichen Hohlanker zum Schließen und Öffnen der Auslassöffnung und einen in diesem Hohlanker koaxial beweglich angeordneten Innenanker zum mittelbaren und/oder unmittelbaren Schließen und Öffnen einer, insbesondere im Hohlanker ausgebildeten, Durchtrittsöffnung auf. Die Durchtrittsöffnung erstreckt sich vorzugsweise vom inneren Hohlraum des Hohlankers bis zu seiner Außenfläche, so dass das Druckmedium vom inneren des Hohlankers nach außen treten kann. Sowohl der Hohlanker als auch der Innenanker sind zum Schließen der ihnen jeweils zugeordneten Öffnung – d.h. im Falle des Hohlankers die Auslassöffnung und im Falle des Innenankers die Durchtrittsöffnung – jeweils federbeaufschlagt in eine erste Position gedrückt. Des Weiteren ist sowohl der Hohlanker als auch der Innenanker zum Öffnen der ihnen jeweils zugeordneten Öffnung mittels eines Aktivierungselementes, insbesondere mit einer Magnetspule, jeweils in eine zweite Position bewegbar. Das Mehrfachschaltventil kann hierbei ein einziges Aktivierungselement aufweisen, das beiden Ankern zugeordnet ist, oder alternativ dazu zwei Aktivierungselemente aufweisen, von denen jeweils eines einem der beiden Anker zugeordnet ist.
Das Mehrfachschaltventil ist in eine Schließ-Schaltstellung, eine erste Durchström-Schaltstellung und eine zweite Durchström-Schaltstellung schaltbar. In der Schließ-Schaltstellung ist sowohl die Auslassöffnung des Ventilgehäuses als auch die Durchtrittsöffnung des Hohlankers verschlossen. In der ersten Durchström-Schaltstellung ist das Mehrfachschaltventil mit einer ersten Nennweite geöffnet, nämlich im Umfang der Durchtrittsöffnung. Die Durchtrittsöffnung weist einen kleineren Durchmesser auf als die Austrittsöffnung. In der zweiten Durchström-Schaltstellung ist das Mehrfachschaltventil mit einer zweiten, insbesondere zur ersten größeren, Nennweite geöffnet. Hierfür ist die Auslassöffnung vollständig geöffnet. In der Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils befinden sich der Hohlanker und der Innenanker in ihrer jeweiligen ersten Position. In der ersten Durchström-Schaltstellung befinden sich der Hohlanker in seiner ersten Position und der Innenanker in seiner zweiten Position. In einer zweiten Durchström-Schaltstellung befinden sich der Hohlanker und der Innenanker in ihrer jeweiligen zweiten Position.
Erfindungsgemäß sind der Hohlanker und der Innenanker jeweils zwischen ihren beiden Positionen über eine zueinander unterschiedliche Hubhöhe bewegbar. Der Hohlanker und der Innenanker weisen somit zueinander eine Hubdifferenz auf. Des Weiteren weist das Mehrfachschaltventil ein Hubausgleichselement auf, mittels dem diese Hubdifferenz ausgleichbar ist. Das Hubausgleichselement ist am Hohlanker und/oder am Innenanker ausgebildet. Der Hohlanker und der Innenanker sind somit mittels des Hubausgleichselementes derart voneinander entkoppelt, dass diese über zueinander unterschiedliche Hubhöhen bewegbar sind. Infolgedessen muss keiner der beiden Anker bedingt durch den anderen einen zusätzlichen Hubweg zurücklegen. Stattdessen kann die Hubhöhe für jeden Anker exakt auf dessen Nennweite ausgelegt werden. Hierdurch können, insbesondere in Bezug auf den Innenanker, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kürzere Ventilöffnungs- und Ventilschließzeiten erzielt werden, wodurch wiederum die Ansprechzeiten des Mehrfachventils verbessert werden. Des Weiteren wird das Mehrfachschaltventil hierdurch energieeffizienter, da insbesondere der Innenanker nunmehr einen kürzeren Hubweg zurücklegen muss. Bedingt durch den verkürzten Hubweg wird natürlich auch die Lebensdauer des Mehrfachschaltventils verlängert, zumal insbesondere die kleinere Nennweite des Mehrfachschaltventils häufiger benötigt wird als dessen im Vergleich dazu größerer Nennweite.
Vorteilhaft ist es, wenn die Hubhöhe des Innenankers kleiner als die Hubhöhe des Hohlankers ist. Bei aktiviertem Innenanker ist das Mehrfachschaltventil in seiner ersten Durchström-Schaltstellung mit einer ersten, im Vergleich zur zweiten Nennweite kleineren, Nennweite geöffnet. Diese kleine Nennweite wird bei vielen Anwendungen, insbesondere bei der Ansteuerung eines Aktuators einer Nutzfahrzeugkupplung, im Vergleich zur großen Nennweite häufiger benötigt, so dass der Innenanker im Vergleich zum Hohlanker während seiner gesamten Produktlebenszeit häufiger aktiviert wird. Durch die reduzierte Hubhöhe des Innenankers kann somit die Lebensdauer des Mehrfachschaltventils deutlich vergrößert werden.
Das Mehrfachschaltventil kann sehr bauraumsparend und konstruktiv einfach umgesetzt werden, wenn das Hubausgleichselement am Innenanker ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Hubausgleichselement im Bereich des der Durchtrittsöffnung zugewandten Innenankerendes ausgebildet. Hierdurch kann das Hubausgleichselement vorteilhafterweise zusätzlich zum Schließen der Durchtrittsöffnung ausgebildet sein.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement gegenüber dem Innenanker zwischen einer ersten und zweiten Position axial beweglich ist. Das Hubausgleichselement ist somit relativbeweglich zum Innenanker ausgebildet. Hierdurch kann die Hubdifferenz zwischen dem Hohlanker und dem Innenanker ausgeglichen werden.
Demnach weist der Innenanker in Axialrichtung mit seinem in der ersten Position befindlichen Hubausgleichselement eine größere Länge auf, als wie wenn sich das Hubausgleichselement in seiner zweiten Position befindet. Vorzugsweise reicht der Innenanker, insbesondere dessen Hubausgleichselement, somit in der Schließ-Schaltstellung bis zum Hohlanker, um dessen Durchtrittsöffnung zu schließen, und kann zugleich in der zweiten Durchström-Schaltstellung teleskopartig in den Innenanker eingeschoben werden, so dass der Innenanker selbst keinen zusätzlichen Hubweg zurücklegen muss. Hierdurch kann mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Entkopplung des Hohlankers vom Innenanker und ein Hubausgleich bewirkt werden, so dass der Innenanker mit einer im Vergleich zum Hohlanker kleineren Hubhöhe ausgebildet sein kann.
Um sowohl die Hubhöhe des Innenankers reduzieren als auch eine zuverlässige Abdichtung der Durchtrittsöffnung gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement in seiner ersten Position zumindest teilweise, insbesondere mit einer zumindest der Hubdifferenz entsprechenden axialen Länge, in Richtung der Durchtrittsöffnung über das Innenankerende hinausragt.
Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement mittels eines Federelementes in seine erste Position und/oder in der Schließ-Schaltstellung zum zuverlässigen Abdichten in und/oder gegen die Durchtrittsöffnung und/oder die Innenfläche des Hohlankers gedrückt ist. Hierbei ist das Federelement vorzugsweise im Bereich seines dem Hubausgleichselement abgewandten Endes am Ventilgehäuse abgestützt.
Damit der Hohlanker beim Bewegen von seiner ersten in seine zweite Position über eine größere Hubhöhe als der Innenanker bewegbar ist, ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement in seiner zweiten Position im Vergleich zu seiner ersten Position zum Innenanker, insbesondere zum Innenankerende, hin bewegt ist. Hierdurch kann die Länge des mit dem Hubausgleichselement ausgebildeten Innenankers reduziert werden, so dass der Innenanker im Vergleich zum Hohlanker mit einer geringeren Hubhöhe ausgebildet werden kann. Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement über eine der Hubdifferenz entsprechende Hubhöhe zum Innenanker hin bewegbar ist.
Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement derart zum Innenanker hin bewegbar ist, dass das Hubausgleichselement vollständig in den Innenanker hineinbewegt ist und/oder im Wesentlichen bündig mit dem Innenankerende abschließt. Hierdurch kann das Mehrfachschaltventil insbesondere in seiner Axialrichtung sehr platzsparend ausgebildet werden.
Um beim axialen Bewegen des Hubausgleichselementes ein Verklemmen ausschließen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement, insbesondere vom Hohlanker und/oder Innenanker, in Axialrichtung des Mehrfachschaltventils geführt ist.
Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn der Innenanker einen zu seinem Innenankerende hin offenen Hohlraum aufweist. Vorzugsweise ist das Hubausgleichselement in diesem Hohlraum axial beweglich aufgenommen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn in diesem Hohlraum zusätzlich das Federelement zumindest teilweise aufgenommen ist. Neben dem axial beweglichen Aufnehmen des Hubausgleichselementes bewirkt der Hohlraum ferner eine axiale Führung des Hubausgleichselementes. Hierdurch kann der Innenanker mit seinem teleskopartig ein- und ausfahrbaren Hubausgleichselement sehr einfach und robust ausgebildet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das in seiner ersten Position befindliche Hubausgleichselement vom Innenanker in Axialrichtung in Richtung der Durchtrittsöffnung formschlüssig gehalten ist. Hierfür kann am Innenumfang des Hohlraums im Bereich des Innenankerendes und/oder der Öffnung des Hohlraums eine Innenumfangsverjüngung ausgebildet sein, die einen geringeren Durchmesser aufweist als das Hubausgleichselement, so dass dieses nicht vollständig aus der Öffnung des Hohlraums austreten kann. Durch diese formschlüssige Kopplung des Hubausgleichselementes mit dem Innenanker ist vorteilhafterweise das Hubausgleichselement beim Bewegen des Innenankers von seiner ersten in seine zweite Position mit diesem mitbewegbar. Der Innenanker und das Hubausgleichselement stellen somit eine zwischen der ersten und zweiten Position des Innenankers bewegbare Einheit dar. Zusätzlich ist jedoch das Hubausgleichselement zum Innenanker relativbeweglich ausgebildet. Infolgedessen muss das Hubausgleichselement nicht separat mittels eines Aktivierungselementes angesteuert werden, sondern bewegt sich automatisch beim Aktivieren des Innenankers mit diesem mit.
Vorzugsweise ist das Hubausgleichselement aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet, so dass eine unbeabsichtigte Bewegungseinleitung durch das elektromagnetische Aktivierungselement ausgeschlossen wird.
Zur Ausbildung der Hubdifferenz ist es vorteilhaft, wenn das Innenankerende in der Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils von der die Durchtrittsöffnung aufweisenden Innenfläche des Hohlankers in Axialrichtung beabstandet ist, insbesondere mit einem der Hubdifferenz entsprechenden Abstand. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn in dieser Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils das in seiner ersten Position befindliche und/oder über das Innenankerende hervorstehende Hubausgleichselement die Durchtrittsöffnung verschließt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Mehrfachschaltventil trotz der unterschiedlichen Hubhöhen zwischen Innenanker und Hohlanker vollständig geschlossen ist.
Zum Öffnen der Durchtrittsöffnung ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement zum Schalten des Mehrfachschaltventils aus der Schließ-Schaltstellung in die erste Durchström-Schaltstellung zusammen mit dem Innenanker in dessen zweite Position mitbewegbar ist. Hierdurch wird das Mehrfachschaltventil im Umfang seiner ersten kleineren Nennweite geöffnet.
Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement in der ersten Durchström-Schaltstellung vom Innenanker zur Durchtrittsöffnung beabstandet, insbesondere in seiner ersten Position, gehalten ist. Dies wird insbesondere durch einen entsprechend ausgebildeten Formschluss zwischen dem Innenanker und dem Hubausgleichselement bewirkt.
Um das Mehrfachschaltventil in seiner zweiten größeren Nennweite zu öffnen, ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement in der zweiten Durchström-Schaltstellung mittels des Hohlankers, insbesondere mittels dessen Innenfläche, in seine zweite Position gedrückt ist. Vorzugsweise ist das Hubausgleichselement somit vollständig in dem Innenanker versenkt, so dass in Axialrichtung die Innenfläche des Hohlankers im Wesentlichen bündig an dem Innenankerende anliegt. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Innenankerende und/oder das Hubausgleichselement die Durchtrittsöffnung verschließen, wobei vorzugsweise das Innenankerende an der die Durchtrittsöffnung aufweisenden Innenfläche des Hohlankers anzuliegen vermag. Hierdurch kann vermieden werden, dass das Druckmedium über die Einlassöffnung durch die Durchtrittsöffnung gelangt und infolgedessen ein ausschließlicher Druckmediumsstrom von der Einlassöffnung unmittelbar zur Auslassöffnung gewährleistet ist. Das Mehrfachschaltventil ist somit in seiner größeren Nennweite vollständig geöffnet.
Um eine gute Abdichtung der Durchtrittsöffnung mittels des Hubausgleichselements sicherstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Hubausgleichselement eine Kugel oder einen Stift mit einem Kugelkopf ist. Ferner wird hierdurch ein sehr gutes Ansprechverhalten des Mehrfachschaltventils in seiner ersten Nennweite sichergestellt. Das Hubausgleichselement kann hierbei aus einem Metall oder Kunststoff bestehen.
Vorteilhaft ist es, wenn das Hubausgleichselement derart mit dem Innenanker gekoppelt ist, dass es gemeinsam mit dem Innenanker zwischen seiner ersten und zweiten Position bewegbar ist.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Steuern eines Mehrfachschaltventils. Vorzugsweise ist dieses Mehrfachschaltventil gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Bei diesem Verfahren wird ein Hohlanker und ein Innenanker über ein elektromagnetisches Aktivierungselement, insbesondere eine Magnetspule, angesteuert. Der Hohlanker und der Innenanker werden mittels einer Stromsteuerung und/oder Stromregelung aktiviert. Hierbei wird zum Heben des Innankers eine erste Stromstärke und zum Heben des Hohlankers eine zur ersten Stromstärke größere zweite Stromstärke eingesteuert oder eingeregelt.
Vorgeschlagen wird auch ein weiteres Verfahren zum Steuern eines Mehrfachschaltventils. Vorzugsweise ist dieses Mehrfachschaltventil gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Bei diesem Verfahren wird ein Hohlanker und ein Innenanker über ein elektromagnetisches Aktivierungselement, insbesondere eine Magnetspule, angesteuert. Der Hohlanker und der Innenanker werden mittels einer Zeitsteuerung aktiviert. Hierbei wird zum Heben des Innenankers eine konstante Spannung über eine erste Zeitdauer und zum Heben des Hohlankers dieselbe Spannung über eine zweite, im Vergleich zur ersten längeren Zeitdauer am Aktivierungselement angelegt.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Mehrfachschaltventils in einer Schließ-Schaltstellung,
2 eine schematische Schnittdarstellung des Mehrfachschaltventils in einer ersten Durchström-Schaltstellung, in der das Mehrfachschaltventil mit einer ersten kleinen Nennweite geöffnet ist,
3 eine schematische Schnittdarstellung des Mehrfachschaltventils in einer zweiten Durchström-Schaltstellung, in der das Mehrfachschaltventil mit einer im Vergleich zur ersten größeren zweiten Nennweite geöffnet ist, und
4 eine graphische Darstellung des Ventilanzugstroms bei einem zeitgesteuerten Mehrfachschaltventil.
Die 1 bis 3 zeigen eine schematische Schnittansicht eines Mehrfachschaltventils 1 in unterschiedlichen Schaltstellungen. Das Mehrfachschaltventil 1 kann gemäß 1 in eine Schließ-Schaltstellung, gemäß 2 in eine erste Durchström-Schaltstellung und gemäß 3 in eine zweite Durchström-Schaltstellung geschalten werden. In der Schließ-Schaltstellung ist das Mehrfachschaltventil 1 vollständig geschlossen. Gemäß einer ersten kleinen Nennweite von insbesondere 2 mm ist das Mehrfachschaltventil 1 in seiner in 2 dargestellten ersten Durchström-Schaltstellung geöffnet. In der dazu größeren zweiten Durchström-Schaltstellung ist das Mehrfachschaltventil 1 mit einer Nennweite von insbesondere 3,5 mm geöffnet.
Gemäß 1 umfasst das Mehrfachschaltventil 1 ein Ventilgehäuse 2, das eine Einlassöffnung 3 und eine Auslassöffnung 4 aufweist. Über die Einlassöffnung 3 und Auslassöffnung 4 kann das Ventilgehäuse mit einem Druckmedium 5 durchströmt werden (vgl. 2 und 3). Im Folgenden wird die Anordnung der Einlass- 3 und Auslassöffnung 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es versteht sich von selbst, dass die Einlassöffnung 3 und die Auslassöffnung 4 in einem alternativen Ausführungsbeispiel zueinander auch vertauscht angeordnet sein können. In diesem Fall wäre dann die gemäß 1 dargestellte Einlassöffnung 3 als Auslassöffnung und die gemäß 1 dargestellte Auslassöffnung 4 als Einlassöffnung ausgebildet.
Das Druckmedium 5 kann vorliegend Druckluft sein. Ebenso kann das Druckmedium auch Öl, Hydraulikflüssigkeit, Bremsflüssigkeit oder ein anderes geeignetes Druckmedium bzw. Fluid sein. Zum Schließen und Öffnen der Auslassöffnung 4 weist das Mehrfachschaltventil 1 einen Hohlanker 6 auf. Der Hohlanker 6 ist im Ventilgehäuse 2 zwischen einer in 1 dargestellten ersten Position und einer in 3 dargestellten zweiten Position axial beweglich ausgebildet. In seiner in 1 dargestellten ersten Position liegt der Hohlanker 6 mit einem stirnseitig ausgebildeten Dichtelement, insbesondere einer ersten Dichtfläche 7, an einer Innenfläche 8 des Ventilgehäuses 2 im Bereich der Auslassöffnung 4 an. Um eine zuverlässige Abdichtung zwischen der ersten Dichtfläche 7 des Hohlankers 6 und der Innenfläche 8 des Ventilgehäuses 2 sicherstellen zu können, ist der Hohlanker 6 mittels eines ersten Federelementes 9 federbeaufschlagt in seine in 1 dargestellte erste Position gedrückt.
Zusätzlich zum Hohlanker 6 weist das Mehrfachschaltventil 1 einen Innenanker 10 auf. Dieser ist ebenfalls axial, insbesondere koaxial, beweglich im Inneren des Hohlankers 6 angeordnet. Vorzugsweise ist der Innenanker 10 im Hohlanker 6 axial geführt. Der Innenanker 10 dient zum Schließen und Öffnen einer ersten Durchtrittsöffnung 11 des Hohlankers 6. Die erste Durchtrittsöffnung 11 erstreckt sich von der Innenseite des Hohlankers 6 bis zu dessen Außenseite. Die erste Durchtrittsöffnung 11 ist im Wesentlichen koaxial zur Auslassöffnung 4, zum Hohlanker 6 und/oder zum Innenanker 10 ausgebildet. Zusätzlich zu dieser ersten Durchtrittsöffnung 11 weist der Hohlanker 6 eine zweite Durchtrittsöffnung 12 auf. Analog zur ersten Durchtrittsöffnung 11 erstreckt sich auch diese zweite Durchtrittsöffnung 12 von der Innenfläche des Hohlankers 6 bis zu dessen Außenfläche. Die erste Durchtrittsöffnung 11 ist an der Stirnseite des, insbesondere im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten, Hohlankers 6 ausgebildet. Die zweite Durchtrittsöffnung 12 ist im Gegensatz dazu seitlich am Hohlanker 6, insbesondere im Bereich seiner Mantelfläche und/oder im Bereich seines der Auslassöffnung 4 zugewandten Hohlraumendes angeordnet.
In einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Durchtrittsöffnung 12 auch entfallen oder die stirnseitig im Bereich des der Auslassöffnung 4 abgewandten Endes des Hohlankers 6 ausgebildete Öffnung als Durchtrittsöffnung dienen. Der Hohlanker 6 würde somit in seiner Längsrichtung vom Druckmedium durchströmt werden.
Der Innenanker 10 ist koaxial zum Hohlanker 6 zwischen einer in 1 dargestellten ersten Position und einer in 2 sowie 3 dargestellten zweiten Position axial beweglich. Der Innenanker 10 weist an seinem der Auslassöffnung 4 abgewandten Ende ein zweites Federelement 13 auf mittels dem der Innenanker 10 in seiner ersten Position gehalten ist. Beim Bewegen des Innenankers 10 aus seiner in 1 dargestellten ersten Position in seine in 2 bzw. 3 dargestellte zweite Position wird das zweite Federelement 13 gespannt.
In der in 1 dargestellten Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils 1 ist das Innenankerende 14 von der Innenfläche 15 des Hohlankers 6 beabstandet. Zum Schließen der ersten Durchtrittsöffnung 11 weist der Innenanker 10 ein Hubausgleichselement 16 auf. Das Hubausgleichselement 16 ragt in der in 1 dargestellten Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils 1 über das Innenankerende 14 in Richtung der ersten Durchtrittsöffnung 11 hervor. In dieser ersten Position des Hubausgleichselementes 16 verschließt dieses die erste Durchtrittsöffnung 11. Um ein zuverlässiges Verschließen dieser ersten Durchtrittsöffnung 11 sicherstellen zu können, ist das Hubausgleichselement 16 mittels eines dritten Federelementes 17 in seine in 1 dargestellte erste Position federbeaufschlagt gedrückt.
Der Innenanker 10 weist einen Hohlraum 18 auf. Dieser weist im Bereich des Innenankerendes 14 eine, insbesondere stirnseitig am Innenanker 10 angeordnete, Öffnung 19 auf. Durch diese Öffnung 19 ragt das Hubausgleichselement 16 über das Innenankerende 14 hervor, so dass es die erste Durchtrittsöffnung 11 verschließt. Das Hubausgleichselement 16 ist in dem Hohlraum 18 axial beweglich aufgenommen, wobei es durch die Innenfläche des Hohlraums 18 im Innenanker 10 axial geführt ist.
Das Hubausgleichselement 16 ist in seiner in 1 dargestellten ersten Position in Axialrichtung in Richtung der ersten Durchtrittsöffnung 11 mit dem Innenanker 10 formschlüssig gekoppelt. Hierfür weist der Innenanker 10 im Bereich der Öffnung 19 eine Innendurchmesserverjüngung auf, so dass das Hubausgleichselement 16 nur teilweise aus der Öffnung 19 austreten kann. Die Innendurchmesserverjüngung weist hierfür einen kleineren Durchmesser als das kugelförmige Hubausgleichselement 16 auf. Vorzugsweise sind das zweite Federelement 13 und das dritte Federelement 17 derart zueinander ausgelegt, dass das Hubausgleichselement 16 zusammen mit dem Innenanker 10 aufgrund ihrer einseitig formschlüssigen Kopplung in der in 1 dargestellten Schließ-Schaltstellung nur mittels des dritten Federelementes 17 in ihre jeweilige erste Position gedrückt sind, wobei das Hubausgleichselement 16 hierbei an der ersten Durchtrittsöffnung 11 ansteht und diese verschließt. Wie bereits vorstehend erwähnt, weist der Innenanker 10 in der Schließ-Schaltstellung einen Abstand zur Innenfläche 15 des Hohlankers 6 auf. Um den Innenanker 10 in dieser ersten beabstandeten Position zu halten, ist das zweite Federelement 13 in der Schließ-Schaltstellung vorzugsweise auf Zug gespannt, so dass der Innenanker 10 eine von der Innenfläche 15 wegzeigende Zug-Federkraft erfährt. Im Gegensatz dazu ist das dritte Federelement 17 auf Druck gespannt, so dass der Innenanker zugleich, insbesondere aufgrund des unidirektionalen axialen Formschlusses mit dem Hubausgleichselement 16, eine zur Innenfläche 15 hinzeigende Druck-Federkraft erfährt. Hierbei ist die Druck-Federkraft des dritten Federelementes 17 höher als die Zug-Federkraft des zweiten Federelementes 13. Durch diese beiden zueinander entgegengesetzt wirkenden Federelemente 13, 17 wird der Innenanker 10 in seiner ersten Position beabstandet zur Innenfläche 15 des Hohlankers 6 gehalten.
Um das Mehrfachschaltventil 1 in seine erste Durchström-Schaltstellung gemäß 2 oder in seine zweite Durchström-Schaltstellung gemäß 3 zu schalten, weist dieses ein Aktivierungselement 20 auf. Das Aktivierungselement 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Magnetspule, die in Abhängigkeit der Zeitdauer, mit der sie mit einer Spannung beaufschlagt wird, eine unterschiedlich große Stromstärke erzeugt, mittels der eine entsprechende Magnetkraft hervorgerufen wird. Mittels des Aktivierungselementes 20 kann der Hohlanker 6 und/oder der Innenanker 10 aus ihrer in 1 dargestellten jeweiligen ersten Position in eine in 3 dargestellte jeweilige zweite Position angehoben werden. Die Steuerung des Aktivierungselementes 20 ist vorzugsweise als Stromsteuerung oder -regelung ausgebildet. Hierbei wird eine bekannte erste Stromstärke zum Betätigen des Innenankers 10 und eine bekannte zweite Stromstärke zum Betätigen des Hohlankers 6 eingesteuert bzw. eingeregelt. Vorzugsweise ist die erste Stromstärke kleiner als die zweite Stromstärke. Alternativ hierzu kann die Ansteuerung aber auch über eine Zeitsteuerung erfolgen. Hierbei wird zum Ansteuern des Innenankers 10 über eine erste bekannte Zeitdauer eine konstante Spannung angelegt. Zum Ansteuern des Hohlankers 6 wird die konstante Spannung über eine zweite bekannte Zeitdauer angelegt. Hierbei ist die erste Zeitdauer kürzer als die zweite Zeitdauer.
In der in 1 dargestellten Schließ-Schaltstellung ist das Aktivierungselement 20 inaktiv, so dass der Innenanker 10 und der Hohlanker 6 mittels ihrer jeweiligen Federelemente 9, 13, 17 und/oder durch den Druck des Druckmediums 5 (aufgrund der abbildungsgemäßen Anordnung der Einlass- 3 und Auslassöffung 4) in ihrer jeweiligen ersten Position gehalten und/oder in diese federbeaufschlagt gedrückt sind.
2 zeigt das Mehrfachschaltventil 1 in seiner ersten Durchström-Schaltstellung. In dieser befindet sich der Hohlanker 6 in seiner ersten Position, in der die erste Dichtfläche 7 mittels des ersten Federelementes 9 gegen die Innenfläche 8 des Ventilgehäuses 2 gedrückt ist. Um das Mehrfachschaltventil 1 mit seiner ersten kleinen Nennweite zu öffnen, wird der Innenanker 10 mittels des Aktivierungselementes 20 aus seiner in 1 dargestellten ersten Position über eine erste Hubhöhe in seine in 2 dargestellte zweite Position angehoben. Aufgrund der unidirektionalen formschlüssigen Kopplung zwischen Hubausgleichselement 16 und Innenanker 10 bewegt sich das Hubausgleichselement 16 ohne Relativbewegung zum Innenanker 10 mit diesem mit. Das Hubausgleichselement 16 verbleibt somit in seiner ersten Position ohne Relativbewegung gegenüber dem Innenanker 10. Beim Anheben des Innenankers 10 und Hubausgleichselementes 16 wird das Mehrfachschaltventil 1 mit seiner ersten kleinen Nennweite geöffnet. Hierbei kann das Druckmedium 5 über die Einlassöffnung 3 in das Ventilgehäuse 2 einströmen und dringt über die zweite Durchtrittsöffnung 12 in das Innere des Hohlankers 6 ein. Durch die vom Hubausgleichselement 16 freigegebene zweite Durchtrittsöffnung 12 kann das Druckmedium 5 wieder aus dem Inneren des Hohlankers 6 austreten und strömt wieder durch die Auslassöffnung 4 aus dem Ventilgehäuse 2 aus. Dadurch, dass die erste Durchtrittsöffnung 11 einen kleineren Durchmesser aufweist als die dazu im Wesentlichen koaxial angeordnete Auslassöffnung 4, ist das Mehrfachschaltventil 1 mit seiner ersten Nennweite geöffnet, die vorzugsweise 2 mm beträgt.
In der in 2 dargestellten ersten Durchström-Schaltstellung ist sowohl das zweite Federelement 13 als auch das dritte Federelement 17 gestaucht, so dass sowohl der Innenanker 10 als auch das Hubausgleichselement 16 in Richtung der ersten Position des Innenankers 10 federbeaufschlagt sind. Beim Deaktivieren des Aktivierungselementes 20 wird der Innenanker 10 und das Hubausgleichselement 16 somit wieder in die Schließstellung zurückgedrückt (vgl. 1).
Alternativ kann das Mehrfachschaltventil 1 aber auch von seiner in 2 dargestellten ersten Durchström-Schaltstellung in die in 3 dargestellte zweite Durchström-Schaltstellung geschalten werden. In dieser liegt das Dichtelement, insbesondere die Innenfläche 15 und/oder ein Dichtring, des Hohlankers 6 und/oder das Hubausgleichselement 16 dichtend an dem Innenankerende 14 an. Hierzu ist das Hubausgleichselement 16 federbeaufschlagt in Richtung der ersten Durchtrittsöffnung 11 gedrückt. Somit ist diese vollständig geschlossen.
Um das Mehrfachschaltventil 1 in die zweite Durchström-Schaltstellung zu schalten, wird das Aktivierungselement 20 im Falle der Zeitsteuerung über eine im Vergleich zur Aktivierung der ersten Durchström-Schaltstellung längere Zeitdauer mit einer Spannung beaufschlagt, wodurch der Hohlanker 6 über eine zweite Hubhöhe aus seiner in 1 und 2 dargestellten ersten Position in seine in 3 dargestellte zweite Position angehoben wird. Alternativ kann dieses Anheben aber auch, wie bereits vorstehend erwähnt, über eine Stromsteuerung und/oder -regelung erfolgen. Die zweite Hubhöhe des Hohlankers 6 entspricht hierbei der Summe aus der ersten Hubhöhe des Innenankers 10 und der dritten Relativhubhöhe des Hubausgleichselementes 16. Demnach gelangt der Hohlanker 6 bei seinem Anheben zunächst mit dem Hubausgleichselement 16 in Kontakt. Hierbei hat er nun eine Hubhöhe zurückgelegt, die der Hubhöhe des Innenankers 10 entspricht. Sobald der Hohlanker 6 mit dem über das Innenankerende 14 hervorstehenden Hubausgleichselement 16 in Kontakt getreten ist, drückt der Hohlanker 6 das Hubausgleichselement 16 tiefer in den Hohlraum 18 des Innenankers 10 hinein. Hierbei wird das Hubausgleichselement 16 aus seiner in 1 und 2 dargestellten ersten Relativposition relativ zum Innenanker 10 in seine in 3 dargestellte zweite Relativposition über die dritte Hubhöhe eingeschoben. Der Hohlanker 6 weist somit eine größere Hubhöhe auf als der Innenanker 10.
Gemäß 3 ist das Mehrfachschaltventil 1 in seiner zweiten Durchström-Schaltstellung mit einer zweiten, im Vergleich zur ersten Durchström-Schaltstellung größeren, Nennweite, insbesondere von 2 mm bis 5 mm, geöffnet. Hierbei kann das Druckmedium 5 im Wesentlichen unmittelbar über die Einlassöffnung 3 in das Ventilgehäuse 2 einströmen und über die Auslassöffnung 4 wieder ausströmen.
Aus der in 3 dargestellten zweiten Durchström-Schaltstellung kann das Mehrfachschaltventil 1 erneut wieder in seine erste Durchström-Schaltstellung gemäß 2 oder in seine Schließ-Schaltstellung gemäß 1 geschalten werden. So wird das Mehrfachschaltventil 1 beim Deaktivieren des Aktivierungselementes 20 vollständig geschlossen, indem der Hohlanker 6 durch das erste Federelement 9, und der Innenanker 10 zusammen mit dem Hubausgleichselement 16 über das erste und/oder dritte Federelement 13, 17 in ihre jeweilige erste Position zurückgedrückt werden. Alternativ kann aber auch nur ausgehend von der in 3 dargestellten zweiten Durchström-Schaltstellung der Hohlanker 6 deaktiviert werden, so dass dieser gemäß 2 von seinem ersten Federelement 9 zurück in die erste Position gedrückt wird. Hierbei kommt auch das Hubausgleichselement 16 wieder frei, so dass dieses vom dritten Federelement 17 aus seiner in 3 dargestellten zweiten Position wieder erneut aus dem Hohlraum 18 des Innenankers 10 gemäß seiner in 2 dargestellten ersten Position herausgedrückt wird.
4 zeigt eine graphische Darstellung des Ventilanzugstroms des zeitgesteuerten Mehrfachschaltventils 1. Hierbei wird zum Schalten des Innenankers 10 eine konstante Spannung über eine erste Zeitdauer angelegt. Diese beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 5 ms. Zum Heben des Hohlankers 6 wird dieselbe Spannung über eine zweite, im Vergleich zur ersten längere Zeitdauer am Aktivierungselement 20 angelegt, wobei diese vorliegend 10 ms beträgt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Mehrfachschaltventil
2: Ventilgehäuse
3: Einlassöffnung
4: Auslassöffnung
5: Druckmedium
6: Hohlanker
7: Erste Dichtfläche
8: Innenfläche
9: Erstes Federelement
10: Innenanker
11: Erste Durchtrittsöffnung
12: Zweite Durchtrittsöffnung
13: Zweites Federelement
14: Innenankerende
15: Innenfläche
16: Hubausgleichselement
17: Drittes Federelement
18: Hohlraum
19: Öffnung
20: Aktivierungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10305157 A1 [0002]

Claims

Mehrfachschaltventil (1), insbesondere für eine Kupplung eines Nutzfahrzeuggetriebes, mit einem Ventilgehäuse (2), das über eine Einlassöffnung (3) und eine Auslassöffnung (4) mit einem Druckmedium (5) durchströmbar ist, mit einem axial beweglichen Hohlanker (6) zum Schließen und Öffnen der Auslassöffnung (4) und mit einem in diesem Hohlanker (6) koaxial beweglich angeordneten Innenanker (10) zum Schließen und Öffnen einer im Hohlanker (6) ausgebildeten Durchtrittsöffnung (11), wobei der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) zum Schließen der ihnen jeweils zugeordneten Öffnung (4; 11) jeweils federbeaufschlagt in eine erste Position gedrückt sind und zum Öffnen der ihnen jeweils zugeordneten Öffnung (4; 11) jeweils mittels eines Aktivierungselementes (20) in eine zweite Position bewegbar sind, wobei sich in einer Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils (1) der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) in ihrer jeweiligen ersten Position befinden, sich in einer ersten Durchström-Schaltstellung der Hohlanker (6) in seiner ersten und der Innenanker (10) in seiner zweiten Position befinden und sich in einer zweiten Durchström-Schaltstellung der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) in ihrer jeweiligen zweiten Position befinden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) jeweils zwischen ihren beiden Positionen über eine zueinander unterschiedliche Hubhöhe bewegbar sind, so dass der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) zueinander eine Hubdifferenz aufweisen, und dass der Hohlanker (6) und/oder der Innenanker (10) ein Hubausgleichselement (16) aufweist, mittels dem diese Hubdifferenz ausgleichbar ist.
Mehrfachschaltventil nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubhöhe des Innenankers (10) kleiner ist als die Hubhöhe des Hohlankers (6).
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16) im Bereich des der Durchtrittsöffnung (11) zugewandten Innenankerendes (14) ausgebildet und/oder gegenüber dem Innenanker (10) zwischen einer ersten und einer zweiten Position axial beweglich ist.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16) in seiner ersten Position zumindest teilweise, insbesondere mit einer zumindest der Hubdifferenz entsprechenden Länge, in Richtung der Durchtrittsöffnung (11) über das Innenankerende (14) hinausragt und/oder mittels eines Federelementes (17) in die erste Position gedrückt ist.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16) in seiner zweiten Position im Vergleich zu seiner ersten Position zum Innenanker (10) hin bewegt ist, insbesondere über eine der Hubdifferenz entsprechende Hubhöhe und/oder insbesondere derart, dass das Hubausgleichselement (16) vollständig in den Innenanker (10) hineinbewegt ist und/oder im Wesentlichen bündig mit dem Innenankerende (14) abschließt.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16), insbesondere vom Hohlanker (6) und/oder Innenanker (10), in Axialrichtung geführt ist.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenanker (10) einen zu seinem Innenankerende (14) hin offenen Hohlraum (18) aufweist, in dem das Hubausgleichselement (16) axial beweglich aufgenommen ist.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in seiner ersten Position befindliche Hubausgleichselement (16) vom Innenanker (10) in Richtung der Durchtrittsöffnung (11) formschlüssig gehalten ist, so dass das Hubausgleichselement (16) beim Bewegen des Innenankers (10) von seiner ersten in seine zweite Position mit diesem mitbewegbar ist.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließ-Schaltstellung des Mehrfachschaltventils (1) das Innenankerende (14) von der die Durchtrittsöffnung (11) aufweisenden Innenfläche (15) des Hohlankers (6) in Axialrichtung beabstandet ist und/oder dass das in seiner ersten Position befindliche und/oder über das Innenankerende (14) hervorstehende Hubausgleichselement (16) die Durchtrittsöffnung (11) verschließt.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16) zum Schalten des Mehrfachschaltventils (1) aus der Schließ-Schaltstellung in die erste Durchström-Schaltstellung zusammen mit dem Innenanker (10) in dessen zweite Position, insbesondere mittels Formschluss, mitbewegbar ist und/oder dass das Hubausgleichselement (16) in der ersten Durchström-Schaltstellung vom Innenanker (10) zur Durchtrittsöffnung (11) beabstandet, insbesondere in seiner ersten Position, gehalten ist.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16) in der zweiten Durchström-Schaltstellung mittels des Hohlankers (6), insbesondere mittels dessen Innenfläche (8), in seine zweite Position gedrückt ist und/oder das Innenankerende (14) und/oder das Hubausgleichselement (16) die Durchtrittsöffnung (11) verschließt.
Mehrfachschaltventil nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubausgleichselement (16) eine Kugel oder ein Stift mit Kugelkopf ist.
Verfahren zum Steuern eines Mehrfachschaltventils (1), insbesondere gemäß einem oder mehrere der vorherigen Ansprüche, bei welchem ein Hohlanker (6) und ein Innenanker (10) über ein elektromagnetisches Aktivierungselement (20) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) mittels einer Stromsteuerung und/oder Stromregelung aktiviert werden, wobei zum Heben des Innankers (10) eine erste Stromstärke und zum Heben des Hohlankers (6) eine zur ersten Stromstärke größere zweite Stromstärke eingesteuert oder eingeregelt wird.
Verfahren zum Steuern eines Mehrfachschaltventils (1), insbesondere gemäß einem oder mehrere der vorherigen Ansprüche, bei welchem ein Hohlanker (6) und ein Innenanker (10) über ein elektromagnetisches Aktivierungselement (20) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlanker (6) und der Innenanker (10) mittels einer Zeitsteuerung aktiviert werden, wobei zum Heben des Innankers eine konstante Spannung über eine erste Zeitdauer und zum Heben des Hohlankers (6) dieselbe Spannung über eine zweite, im Vergleich zur ersten längere Zeitdauer am Aktivierungselement (20) angelegt wird.