DE102015211081A1

DE102015211081A1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: DE102015211081A1
Application number: DE102015211081.8A
Authority: DE
Inventors: Otto Mueller; Udo Riegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (81) mit einem Vorsteuerventil (83) und einem Hauptventil (82), das einen Ventilkolben (90) mit einer Steuerraumzulauföffnung (94) und einer Steuerraumablauföffnung (97) umfasst, der unter Ausbildung eines Kolbenführungsspalts (130) in einem Führungsbereich (132) eines Ventilgehäusekörpers (86) geführt ist. Um die Ventileinrichtung, insbesondere im Hinblick auf eine im Betrieb auftretende unerwünschte Pulsation und/oder Geräuschentwicklung, zu verbessern, weist der Ventilkolben (90) des Hauptventils (82) in dem Führungsbereich (132) eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung (141) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem Hauptventil, das einen Ventilkolben mit einer Steuerraumzulauföffnung und einer Steuerraumablauföffnung umfasst, der unter Ausbildung eines Kolbenführungsspalts in einem Führungsbereich eines Ventilgehäusekörpers geführt ist.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 222 874 A1 ist eine Ventileinrichtung mit einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil bekannt, das einen Schließkörper umfasst, der durch eine Magneteinrichtung mit einem Anker betätigbar ist, um einen ersten Druckanschluss der Ventileinrichtung mit einem zweiten Druckanschluss der Ventileinrichtung zu verbinden, wobei der Anker unter Zwischenschaltung einer Federeinrichtung so mit dem Schließkörper des Vorsteuerventils gekoppelt ist, dass eine begrenzte Bewegung des Ankers ohne den Schließkörper des Vorsteuerventils ermöglicht wird, wobei der Schließkörper des Vorsteuerventils durch eine Magneteinrichtung über den Anker relativ zu einer Steuerraumablauföffnung bewegbar ist, die in einem Ventilkolben des Hauptventils vorgesehen ist, der eine Steuerraumzulauföffnung aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem Hauptventil, das einen Ventilkolben mit einer Steuerraumzulauföffnung und einer Steuerraumablauföffnung umfasst, der unter Ausbildung eines Kolbenführungsspalts in einem Führungsbereich eines Ventilgehäusekörpers geführt ist, insbesondere im Hinblick auf eine im Betrieb auftretende unerwünschte Pulsation und/oder Geräuschentwicklung, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einer Ventileinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem Hauptventil, das einen Ventilkolben mit einer Steuerraumzulauföffnung und einer Steuerraumablauföffnung umfasst, der unter Ausbildung eines Kolbenführungsspalts in einem Führungsbereich eines Ventilgehäusekörpers geführt ist, dadurch gelöst, dass der Ventilkolben des Hauptventils in dem Führungsbereich eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung aufweist. Der Kolbenführungsspalt ist vorzugsweise als Kolbenringspalt ausgeführt und stellt vorteilhaft einen hydraulischen Widerstand, insbesondere eine Drosseleinrichtung mit einer hohen Temperaturempfindlichkeit dar. Durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung in dem Führungsbereich können auf der einen Seite unerwünschte Fehlfunktionen durch Nichtöffnen des Hauptventils vermieden werden, wenn ein Durchfluss durch die Steuerraumablauföffnung zu gering ist, um einen Zufluss an Fluid aus einem Hochdruckbereich in einen Steuerraum des Hauptventils und eine Leckage am Ventilkolben zu dominieren. Dadurch wird eine einwandfreie Funktion der Ventileinrichtung auch in Betriebsbereichen mit Temperaturen, die deutlich unter dem Gefrierpunkt liegen, sichergestellt. Auch bei hohen Temperaturen, die deutlich über einer normalen Raumtemperatur von zwanzig Grad Celsius liegen, wird durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung in dem Führungsbereich sichergestellt, dass das Hauptventil immer ordnungsgemäß öffnet. Dadurch wird ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung aufgetretener Zielkonflikt zwischen einem möglichst großen Durchmesser der Steuerraumzulauföffnung für ein langsames hydraulisches Öffnen und gleichzeitig einem möglichst kleinen Durchmesser der Steuerraumzulauföffnung gelöst, um auch bei niedrigen Temperaturen ein Öffnen des Hauptventils sicherzustellen. Durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass sich beim Öffnen des Hauptventils der Zulauf in den Steuerraum auf mindestens zwei Steuerraumzulauföffnungen verteilt, von denen durch die Anordnung der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung in dem Führungsbereich nur eine bei niedrigen Temperaturen durchströmt wird. Bei mittleren bis hohen Temperaturen gelangt vorzugsweise mit Hochdruck beaufschlagtes Hydraulikmedium sowohl durch die „normale“ Steuerraumablauföffnung als auch durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung in dem Führungsbereich in den Steuerraum. Dabei stellt der Kolbenführungsspalt in Kombination mit der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung eine Drossel dar, durch die bei niedrigen Temperaturen kein oder nur eine unwesentliche Menge an Hydraulikmedium in den Steuerraum gelangt.
Die Steuerraumzulauföffnung stellt eine Zulaufdrossel dar und wird verkürzt auch als Z-Drossel bezeichnet. Analog stellt die Steuerraumablauföffnung eine Ablaufdrossel dar, die verkürzt auch als A-Drossel bezeichnet wird. Die Z-Drossel hat einen definierten Durchmesser und die Aufgabe, über einen weiten Viskositätsbereich ein Öffnen des Hauptventils sicherzustellen.
Die Z-Drossel hat einen geringeren Durchmesser als die A-Drossel. Der Durchfluss durch die beiden Drosseln ist temperaturabhängig, weil sich die Viskosität des Hydraulikmediums mit der Temperatur ändert.
Bei mittleren Temperaturen kann der Durchfluss durch die Z-Drossel als konstant angenommen werden. Bei mittleren Temperaturen ändert sich der Durchfluss durch die Ablaufdrossel auch nicht mehr. Allerdings ändert sich bei mittleren Temperaturen der Durchfluss durch den Kolbenführungspalt oder Kolbenringspalt, der eine parasitäre Zulaufdrossel darstellt.
Durch eine geeignete Größenwahl der Ablaufdrossel und der Zulaufdrossel kann bei tiefen Temperaturen sichergestellt werden, dass das Hauptventil ordnungsgemäß öffnet. Durch die Größenauswahl wird sichergestellt, dass der Durchfluss durch die Z-Drossel und die parasitäre Z-Drossel, also durch den Kolbenführungsspalt, immer kleiner als der Durchfluss durch die A-Drossel des geöffneten Vorsteuerventils ist.
Bei hohen Temperaturen steigt der Duchfluss durch die parasitäre Z-Drossel, also durch den Kolbenführungsspalt. Dabei steigt der Durchfluss durch den Kolbenringspalt oder Kolbenführungsspalt mit dem Kehrwert der Viskosität an. Der zunehmende Durchfluss durch die Z-Drossel und durch die parasitäre Z-Drossel kann dann nicht mehr durch die A-Drossel abgeführt werden.
Bei tiefen Temperaturen hat die parasitäre Z-Drossel viskositätsbedingt keine oder nur eine untergeordnete Wirkung. Der Durchfluss durch den Kolbenringspalt ist dann vernachlässigbar. Der Durchfluss durch die A-Drossel verringert sich zwar auch, aber nicht so stark, dass ein Öffnen des Hauptventils verhindert würde.
Je nach Größenauswahl der Drosseln kann es passieren, dass das Hauptventil zu schnell öffnet. Ein zu schnelles Öffnen des Hauptventils bewirkt eine Druckwelle, die in Hydrauliksystemen zu unerwünschten Drucküberschwingern führt. Das verursacht unter anderem ebenfalls unerwünschte Geräusche.
Eine Vergrößerung der Z-Drossel führt bei niedrigen Temperaturen dazu, dass sich die Öffnungszeit des Gesamtsystems verlängert, da es dann länger dauert, bis der Druck in dem Steuerraum über die Ablaufdrossel abgebaut ist. Dadurch kann die Druckwelle reduziert werden. Außerdem kann der Geräuschpegel reduziert werden.
Allerdings kann es passieren, dass das Ventil bei niedrigen und bei hohen Temperaturen nicht mehr korrekt öffnet. Bei hohen Temperaturen dominieren die Zulaufdrossel und der Kolbenführungsspalt die Ablaufdrossel. Bei tiefen Temperaturen ist der Kolbenführungsspalt zu vernachlässigen.
Allerdings ist der Durchfluss durch die vergrößerte Z-Drossel bei den tiefen Temperaturen so groß, dass der Druck im Steuerraum nicht schnell genug über die A-Drossel abgebaut werden kann, um ein Öffnen des Hauptventils zu bewirken. Somit ist die Vergrößerung der Z-Drossel bei extremen Temperaturen nicht unbedingt zielführend.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt wird die Z-Drossel durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung variabel gestaltet. Die Summe des Durchflusses durch die Z-Drossel, also der Durchfluss durch die Z-Drossel selbst und der Durchfluss durch den Kolbenführungsspalt, ist gleich dem Durchfluss durch die A-Drossel. Dabei ist der Durchfluss durch die A-Drossel konstant. Das heißt, der Durchfluss durch die A-Drossel kann so groß wie möglich eingestellt werden.
Durch die mindestens eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung kann der Durchfluss durch den Kolbenführungsspalt oder Kolbenringspalt bei mittleren Temperaturen erhöht werden. Dadurch kann die Öffnungsgeschwindigkeit des Hauptventilkolbens reduziert werden. Das wiederum wirkt sich positiv auf die Geräuschentwicklung aus. Darüber hinaus wird die Druckwelle durch die geringere Öffnungsgeschwindigkeit reduziert.
Die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung in dem Führungsbereich stellt eine Art Verzweigung in dem Kolbenführungsspalt dar. Ein Teil des Durchflusses geht, wie bisher, über die gesamte Länge des Kolbenführungsspalts. Ein Teil des Durchflusses geht über die mindestens eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung direkt in den Steuerraum.
Bei extrem tiefen Temperaturen ist der Durchfluss durch den Kolbenführungsspalt und durch die mindestens eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung zu vernachlässigen. Mit zunehmender Viskosität geht der Durchfluss durch den Kolbenführungsspalt und die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung gegen null.
Bei hohen Temperaturen kommt es darauf an, dass die mindestens eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung nur so groß ist, also so klein gewählt wird, dass das Hauptventil noch stabil öffnet. Bei mittleren Temperaturen kann die Öffnungsgeschwindigkeit des Hauptventils wirksam verringert werden. Bei extrem niedrigen Temperaturen entfaltet die mindestens eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung keine Wirkung mehr.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben des Hauptventils in dem Führungsbereich mehrere zusätzliche Steuerraumzulauföffnungen aufweist. In dem Führungsbereich können zum Beispiel zwei zusätzliche Steuerraumzulauföffnungen diametral in dem Ventilkolben vorgesehen sein. Es können aber auch drei oder mehr zusätzliche Steuerraumzulauföffnungen in dem Führungsbereich des Ventilkolbens vorgesehen sein. Durch die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen wird auch bei niedrigen Temperaturen sichergestellt, dass eine ausreichende Menge Hydraulikmedium in den Steuerraum gelangt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen über einen Umfang des Ventilkolbens verteilt sind. Die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ventilkolbens verteilt, um einen unerwünschten Einfluss von Desachsierungseffekten auf den Durchfluss zu minimieren.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen spiralförmig über den Ventilkolben verteilt sind. Dabei sind die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen zum Beispiel auf einer Spirale in verschiedenen Höhen oder axialen Abständen angeordnet. Dadurch kann besonders vorteilhaft eine sanftere Zunahme eines Zulaufs in den Steuerraum zu dem Zeitpunkt des Beginns einer Bewegung des Ventilkolbens erreicht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Spalthöhe des Kolbenführungsspalts zwischen zwanzig und vierzig Mikrometer beträgt. Durch die möglichst geringe Spalthöhe des Kolbenringspalts wird auch bei einer maximalen Druckdifferenz und maximalen Temperaturen ein ausreichender Durchfluss zu dem Steuerraum sichergestellt. Bei niedrigen Temperaturen reduziert sich der Durchfluss durch den Kolbenringspalt umgekehrt proportional zur Viskosität, so dass er im Vergleich zum Durchfluss durch die reguläre oder normale Steuerraumzulauföffnung vernachlässigbar ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung beziehungsweise der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen von einem Anfang des Führungsbereichs so gewählt ist, dass bei hohen Temperaturen eine Leckageströmung in dem Kolbenführungsspalt größer als ein Durchfluss durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung beziehungsweise durch die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen ist. Der axiale Abstand wird auch als Höhe des Kolbenringspalts bezeichnet. Der Anfang des Führungsbereichs wird zum Beispiel durch einen Freistich einer Ausnehmung in dem Ventilgehäuse definiert.
Die minimale Höhe des Kolbenringspalts zwischen dem Freistich der Ausnehmung, die vorzugsweise als Ringraum ausgeführt ist, und der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung beziehungsweise den zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen wird vorzugsweise so gewählt, dass bei hohen Temperaturen der Leckagestrom im Kolbenringspalt größer ist als der Durchfluss durch die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen. Hohe Temperaturen bedeutet, dass die Temperaturen deutlich größer als die normale Umgebungstemperatur von zwanzig Grad Celsius sind. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse der Ventileinrichtung. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu der Längsachse.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung beziehungsweise die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen verrundete Einlaufkanten aufweist beziehungsweise aufweisen. Die Einlaufkantenverrundung kann zum Beispiel mit Hilfe einer Einlauffase von einem halben Millimeter dargestellt werden. Durch die höhere Einlaufkantenverrundung kann ein Strömungsbeiwert der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen deutlich erhöht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein effektiver Öffnungsquerschnitt der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung beziehungsweise eine Summe von effektiven Öffnungsquerschnitten der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen etwa fünfzig bis achtzig Prozent einer herkömmlichen Zulaufdrossel entspricht beziehungsweise entsprechen. Dadurch kann das Betriebsverhalten der Ventileinrichtung bei unterschiedlichen Temperaturen entsprechend verschiedenen Viskositäten des Hydraulikmediums weiter optimiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung als Hauptstromventil für einen Hydraulikhybridantriebsstrang ausgeführt ist. Der Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst mindestens eine Hydraulikmaschine, die auch als Hydrostat bezeichnet wird. Vorteilhaft umfasst der Hydraulikhybridantriebsstrang zwei Hydraulikmaschinen, die auch als Hydrostaten bezeichnet werden. An einen Ausgang der Hydraulikmaschine beziehungsweise der Hydraulikmaschinen ist ein hydraulischer Druckspeicher angeschlossen. Zwischen den Ausgang des Hydrostaten und den hydraulischen Druckspeicher ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung geschaltet. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer vorab beschriebenen Ventileinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Ventileinrichtung als Hauptstromventil in einem Hydraulikhybridantriebsstrang.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Ventilkolben für eine vorab beschriebene Ventileinrichtung. Der Ventilkolben ist gegebenenfalls separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 einen Hydraulikschaltplan einer herkömmlichen Ventileinrichtung mit einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil;
2 eine herkömmliche Ventileinrichtung mit einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil gemäß dem Folgekolbenprinzip im Längsschnitt und
3 einen Ausschnitt aus 2 mit zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen in einem Führungsbereich eines Ventilkörpers.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 3 ist eine Ventileinrichtung 1; 21; 81 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Ventileinrichtung 1; 21; 81 umfasst ein Hauptventil 2; 22; 82, das je nach Ausführung auch als Rückschlagventil funktioniert, und ein Vorsteuerventil 3; 23; 83.
Das Hauptventil 2 umfasst, wie man in 1 sieht, ein in einem Gehäuse 4; 25; 85 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführtes Dichtelement 6. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse 7 der Ventileinrichtung 1. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Längsachse 7. Das Dichtelement 6 ist durch eine Schließfeder 8 in seine in 1 dargestellte Schließstellung vorgespannt.
In seiner Schließstellung unterbricht das Dichtelement 6 eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten Druckanschluss 11 und einem zweiten Druckanschluss 12. Der erste Druckanschluss 11 der Ventileinrichtung 1 ist über eine erste Drosselverbindung 15 an das Vorsteuerventil 3 angeschlossen. Dabei ist das Vorsteuerventil 3 zwischen die erste Drosselverbindung 15 und einen Steuerraum 10 der Ventileinrichtung 1 geschaltet. Der zweite Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 1 ist über eine zweite Drosselverbindung 16 mit dem Steuerraum 10 verbunden.
Die Ventileinrichtung 1 mit den beiden Anschlüssen 11 und 12 ist als Hauptstromventil in einem Hydraulikhybridantriebsstrang (nicht dargestellt) ausgeführt. Der nicht dargestellte Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst einen verbrennungsmotorischen Antrieb und einen hydraulischen Antrieb. Der verbrennungsmotorische Antrieb ist zum Beispiel als Brennkraftmaschine ausgeführt und wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Der hydraulische Antrieb umfasst zum Beispiel zwei Hydraulikmaschinen, die auch als Hydrostaten bezeichnet werden.
Die beiden Hydrostaten oder Hydraulikmaschinen können vorteilhaft sowohl als hydraulische Pumpe als auch als hydraulischer Motor betrieben werden. Dabei können die beiden Hydraulikmaschinen zum Beispiel als hydraulische Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein. Die beiden Hydraulikmaschinen sind über ein Hydrauliksystem hydraulisch miteinander verbindbar beziehungsweise verbunden. Das Hydrauliksystem umfasst mindestens ein Hauptstromventil, das durch die Ventileinrichtung 1; 21; 81 dargestellt wird.
Das Hauptstromventil 1; 21; 81 ist in dem Hydraulikhybridantriebsstrang zwischen einen Ausgang einer der Hydraulikmaschinen und einen hydraulischen Druckspeicher geschaltet. Vorteilhaft ist jeweils ein Hauptstromventil zwischen die Ausgänge der Hydraulikmaschinen und den hydraulischen Druckspeicher geschaltet. Dabei ist der Ausgang der Hydraulikmaschinen beziehungsweise des Hydrostaten an den ersten Druckanschluss 11 der Ventileinrichtung 1; 21; 81 angeschlossen. An den zweiten Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 1; 21; 81 ist der hydraulische Druckspeicher angeschlossen.
Normalerweise ist der Druck, der in dem hydraulischen Druckspeicher herrscht, größer als der Druck am Ausgang des Hydrostaten, der auch als hydraulische Maschine bezeichnet wird. Durch Öffnen der Ventileinrichtung 1; 21; 81 wird der hydraulische Druckspeicher mit dem Eingang oder Ausgang der an die Ventileinrichtung 1; 21; 81 angeschlossenen hydraulischen Maschine verbunden, und umgekehrt. Bei geöffneter Ventileinrichtung kann die an die Ventileinrichtung 1; 21; 81 angeschlossene Hydraulikmaschine aus dem Druckspeicher hydraulisch angetrieben werden. Des Weiteren kann der Druckspeicher bei geöffneter Ventileinrichtung 1; 21; 81 hydraulisch durch die an die Ventileinrichtung 1; 21; 81 angeschlossene hydraulische Maschine aufgeladen werden.
Das Hauptventil 2; 22; 82 wird auch als Hauptstromventil bezeichnet. Das Vorsteuerventil 3; 23; 83 wird auch Pilotventil bezeichnet. Das Hauptventil 2 mit dem Hauptkolben oder Dichtelement 6 kann bei großem Hauptventilhub große Volumenströme nahezu verlustfrei schalten. Normalerweise ist der Druck am zweiten Druckanschluss 12, der über die zweite Drosselverbindung 16 auch in dem Steuerraum 10 herrscht, größer als der Druck am ersten Druckanschluss 11.
Über das Vorsteuerventil 3 kann der Druck im Steuerraum 10 auf ein Druckniveau abgesenkt werden, das zwischen dem Druck am zweiten Druckanschluss 12 und dem Druck am ersten Druckanschluss 11 liegt. Die Kräftebilanz der auf das Dichtelement 6 wirkenden hydraulischen Kräfte ist so ausgelegt, dass das Hauptventil 2 bei der Absenkung des Drucks im Steuerraum 10 durch das Vorsteuerventil 3 eine öffnende Kraft auf das Dichtelement 6 erzeugt.
In den 2 und 3 ist eine Ventileinrichtung 21; 81 mit einem Hauptventil 22; 82 und einem Vorsteuerventil 23; 83 gemäß dem Folgekolbenprinzip im Längsschnitt dargestellt. Die Ventileinrichtung 21; 81 umfasst ein Ventilgehäuse 25; 85 mit einem ersten Druckanschluss 11 und einem zweiten Druckanschluss 12, wie bei der in 1 dargestellten Ventileinrichtung 1.
Das Ventilgehäuse 85 oder Polrohr 25 umfasst einen Gehäusekörper 26; 86 und einen Gehäusekörper oder Polrohrkörper 27. Die beiden Gehäusekörper 26, 27; 86 sind druckdicht verbaut. Zwischen den beiden Gehäusekörpern 26, 27; 86 ist eine Einstellscheibe 28 eingespannt, die einen Hub des Hauptventils 22 begrenzt. Das Hauptventil 22 umfasst einen Ventilkolben 30; 90, der an seinem unteren Ende 31; 91 eine Dichtfläche aufweist, die zur Darstellung eines Ventilsitzes 32; 92 an einer Dichtkante des Gehäusekörpers 26; 86 dichtend anliegt. In 2 ist der Ventilsitz 32; 92 geschlossen.
Wenn der Ventilkolben 30; 90 mit seiner Dichtfläche von der Dichtkante des Gehäusekörpers 26; 86 abhebt, wird der Ventilsitz 32; 92 geöffnet. Bei geöffnetem Ventilsitz 32; 92 (nicht dargestellt) wird eine direkte Verbindung zwischen den beiden Druckanschlüssen 11 und 12 freigegeben. Diese Verbindung ist bei geschlossenem Ventilsitz 32; 92 unterbrochen.
Der Ventilkolben 30; 90 ist zur Darstellung der Öffnungsbewegung und der Schließbewegung in axialer Richtung, das heißt in den 2 und 3 nach oben und nach unten, bewegbar. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse 33; 93 der Ventileinrichtung 21; 81.
Der Ventilkolben 30; 90 weist ein sich in radialer Richtung, das heißt quer zur Längsachse 33; 93, erstreckendes Durchgangsloch 34; 94 auf, das den zweiten Druckanschluss 12 mit einem Steuerraum 35; 95 im Inneren des Ventilkolbens 30; 90 verbindet. Das Durchgangsloch 34; 94 stellt eine gedrosselte Steuerraumzulauföffnung dar und wird daher auch als Zulaufdrossel bezeichnet.
Ein Durchgangsloch 37; 97 erstreckt sich in axialer Richtung durch den Ventilkolben 30; 90 und stellt eine gedrosselte Steuerraumablauföffnung dar. Daher wird das Durchgangsloch 37; 97 auch als Ablaufdrossel bezeichnet.
Das Durchgangsloch 37; 97 dient zur Darstellung eines Ventilsitzes 40; 100 des Vorsteuerventils 23; 93. Das Durchgangsloch 37; 97 ist durch einen Rückschlagventilkörper, vorzugsweise in Form einer Rückschlagkugel, 41; 101 in den 2 und 3 von unten verschließbar. Eine Bewegung des Rückschlagventilkörpers 41; 101 in 2 nach unten wird durch eine Hülse 42; 102 begrenzt.
Nach oben ist das Durchgangsloch 37; 97 in den 2 und 3 durch einen Schließkörper 44; 104 verschlossen. Der Schließkörper 44; 104 stellt zusammen mit dem Durchgangsloch 37; 97 den Ventilsitz 40; 100 des Vorsteuerventils 23; 83 dar. Der Schließkörper 44; 104 ist an einem in den 2 und 3 unteren Ende eines Dichtelements 45; 105 des Vorsteuerventils 23; 83 befestigt, zum Beispiel durch eine Bördelverbindung.
Das Dichtelement 45; 105 stellt ein Ankerteil 48; 108 dar, das relativ zu einem Anker 50; 110 in axialer Richtung begrenzt bewegbar ist. Der Anker 50; 110 ist durch eine Ankerfeder 52 in 2 nach unten vorgespannt. Durch die Vorspannkraft der Ankerfeder 52 wird der über das Ankerteil 48; 108 und den Schließkörper 44 mit dem Anker 50; 110 gekoppelte Ventilkolben 30; 90 in seine dargestellte Schließstellung bewegt beziehungsweise in der dargestellten Schließstellung gehalten, wenn eine dem Anker 50; 110 zugeordnete Magneteinrichtung nicht bestromt ist.
An dem in den 2 und 3 unteren Ende des Ankerteils 48; 108 ist der Schließkörper 44; 104 befestigt. Das in 2 obere Ende des Ankerteils 48; 108 weist einen Bund 54; 114 auf. In axialer Richtung zwischen dem Bund 54; 114 und dem Schließkörper 44; 104 weist das Ankerteil 48; 108 einen Absatz 55; 115 auf.
Das Ankerteil 48; 108 beziehungsweise das Dichtelement 45; 105 ist über eine Mitnehmereinrichtung 60; 120 mit dem Anker 50; 110 gekoppelt. Die Mitnehmereinrichtung 60; 120 ist als Mitnehmerhülse ausgeführt, die mit einem ersten Ende 61; 121, dem in den 2 und 3 oberen Ende, fest mit dem Anker 50; 110 verbunden ist. Ein zweites Ende 62; 112, das in den 2 und untere Ende, der Mitnehmereinrichtung 60; 120 weist radial nach innen umgebogene Mitnehmerklauen auf, die einen Anschlag für das Ankerteil 48; 108, insbesondere den Absatz 55; 115 des Ankerteils 48; 108, darstellen.
Eine Federeinrichtung 64; 124 ist in axialer Richtung zwischen den Mitnehmerklauen am zweiten Ende 62; 112 der Mitnehmereinrichtung 60; 120 und dem Bund 54; 114 des Ankerteils 48; 108 beziehungsweise Dichtelements 45; 105 vorgespannt. Wenn die Magneteinrichtung (nicht dargestellt) der Ventileinrichtung 21; 81 bestromt wird, dann wird der Anker 50; 110 entgegen der Vorspannkraft der Ankerfeder 52, in den 2 und 3 nach oben, gezogen.
Bei entsprechender Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druckanschluss 12 und dem ersten Druckanschluss 11 wird der Schließkörper 44; 104 des Vorsteuerventils 23; 83 in seiner dargestellten Schließstellung gehalten. Durch die feste Verbindung zwischen dem Schließkörper 44; 104 und dem Ankerteil 48; 108 verbleibt das Ankerteil 48; 108 zunächst ebenfalls in seiner dargestellten Schließstellung.
Die Mitnehmereinrichtung 60; 120 bewegt sich dann zusammen mit dem Anker 50; 110 entgegen der Vorspannkraft der Federeinrichtung 64; 124 in 2 nach oben, bis das zweite Ende 62; 122 der Mitnehmereinrichtung 60; 120 an dem Absatz 55; 115 des Ankerteils 48; 108 anschlägt. Diese Bewegung des Ankers 50; 110 ohne das Ankerteil 48; 108 wird auch als Ankerfreiweg bezeichnet.
Bei einer weiteren Bewegung des Ankers 50; 110 nach oben sorgt die Mitnehmereinrichtung 60; 120 dafür, dass das Ankerteil 48; 108 mit nach oben bewegt wird, so dass der Schließkörper 44; 104 aus dem Ventilsitz 40; 100 gerissen wird. Das damit verbundene Öffnen in der Ablaufdrossel 37; 97 führt dazu, dass der Ventilkolben 30; 90 des Hauptventils 22; 82 öffnet.
Das Schließen des Hauptventils 22; 82 wird durch eine Unterbrechung der Bestromung des Vorsteuerventils 23; 83 ausgelöst. Die Ankerfeder 52 und die Federeinrichtung 64; 124 bringen den Anker 50; 110 und das Ankerteil 48; 108 in die Schließstellung. Dann schließt der Ventilkolben 30; 90 des Hauptventils 22; 82 druckabhängig.
Der Ventilkolben 90 ist in 3 in einem Kolbenführungsspalt 130, der als Kolbenringspalt ausgeführt ist, in dem Ventilgehäusekörper 86 des Gehäuses 85 der Ventileinrichtung 81 geführt. Ein Führungsbereich 132 für den Ventilkolben 90 wird in 3 unten von einer Ausnehmung 134 in dem Gehäusekörper 86 begrenzt. Durch einen Freistich 135 in dem Gehäusekörper 86 wird ein Beginn des Führungsbereichs 132 mit dem Kolbenführungsspalt 130 definiert.
Der Ventilkolben 90 umfasst zusätzlich zu der Steuerraumzulauföffnung 94, die auch als normale oder herkömmliche Steuerraumzulauföffnung bezeichnet wird, zwei weitere Steuerraumzulauföffnungen 141, 142 in dem Führungsbereich 132.
Eine Durchmesserdifferenz des Kolbenringspalts 130 zwischen einem Außendurchmesser des Ventilkolbens 90 und einem Innendurchmesser des Gehäusekörpers 86 in dem Führungsbereich 132 wird auch als Spalthöhe bezeichnet.
Ein axialer Abstand zwischen dem Freistich 135 und den zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen 141, 142 wird auch als Höhe des Kolbenringspalts 130 oder Kolbenführungsspalts 130 bezeichnet.
Durch eine möglichst geringe Spalthöhe des Kolbenringspalts oder Kolbenführungsspalts 130 wird auch bei maximaler Druckdifferenz und maximaler Temperatur ein ausreichender Durchfluss durch die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen 141, 142 sichergestellt. Bei niedrigen Temperaturen reduziert sich der Durchfluss durch den Kolbenringspalt oder Kolbenführungsspalt 130 umgekehrt proportional zur Viskosität.
Die minimale Höhe des Kolbenringspalts zwischen dem Freistich 135 des Ringraums 134 und den zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen 141, 142 wird vorteilhaft so gewählt, dass bei hohen Temperaturen ein Leckagestrom im Kolbenführungspalt 130 größer ist als der Durchfluss durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung 141, 142. Besonders bevorzugt sind, anders als dargestellt, drei zusätzliche Steuerraumzulauföffnungen 141, 142 über einen Umfang des Ventilkolbens 90 gleichmäßig verteilt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013222874 A1 [0002]

Claims

Ventileinrichtung (1; 21; 81) mit einem Vorsteuerventil (3; 23; 83) und einem Hauptventil (2; 22; 82), das einen Ventilkolben (30; 90) mit einer Steuerraumzulauföffnung (34; 94) und einer Steuerraumablauföffnung (37; 97) umfasst, der unter Ausbildung eines Kolbenführungsspalts (130) in einem Führungsbereich (132) eines Ventilgehäusekörpers (26; 86) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (90) des Hauptventils (82) in dem Führungsbereich (132) eine zusätzliche Steuerraumzulauföffnung (141) aufweist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (90) des Hauptventils (82) in dem Führungsbereich (132) mehrere zusätzliche Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) aufweist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) über einen Umfang des Ventilkolbens (90) verteilt sind.
Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) spiralförmig über den Ventilkolben (90) verteilt sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spalthöhe des Kolbenführungsspalts (130) zwischen zwanzig und vierzig Mikrometer beträgt.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung (141, 142) beziehungsweise der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) von einem Anfang des Führungsbereichs (132) so gewählt ist, dass bei hohen Temperaturen eine Leckageströmung in dem Kolbenführungsspalt (130) größer als ein Durchfluss durch die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung (141, 142) beziehungsweise die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) ist.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Steuerraumzulauföffnung (141, 142) beziehungsweise die zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) verrundete Einlaufkanten aufweist beziehungsweise aufweisen.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein effektiver Öffnungsquerschnitt der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnung (141, 142) beziehungsweise eine Summe von effektiven Öffnungsquerschnitten der zusätzlichen Steuerraumzulauföffnungen (141, 142) etwa fünfzig bis achtzig Prozent einer herkömmlichen Zulaufdrossel entspricht beziehungsweise entsprechen.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (1; 21; 81) als Hauptstromventil für einen Hydraulikhybridantriebsstrang ausgeführt ist.
Ventilkolben (30; 90) für eine Ventileinrichtung (1; 21; 81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.