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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Umschaltsitzventil für eine Leistungs-Trennschaltervorrichtung sowie eine Leistungs- Trennschaltervorrichtung mit einem derartigen hydraulischen Umschaltsitzventil.
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An Leistungs- Trennschaltervorrichtungen werden extreme Anforderungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Schaltzeit gestellt. So müssen die Schalter zum Öffnen und Schließen der Kontakte regelmäßig innerhalb von wenigen Millisekunden oder weniger und bei hohen Spannungen von bis zu 1.200 kV schalten. Derartig schnelle Schaltzeiten sind notwendig, um bei Hochspannungsleitungen mit Wechselstrom den Null- Durchgang zu erwischen, sodass ein Lichtbogen und gefährliche Funkenschläge verhindert werden können.
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Hierfür hat es sich bewährt, dass die Leistungs- Trennschaltervorrichtungen einen Hydraulikzylinder - beispielsweise einen Differentialzylinder - aufweisen, welcher die Kontakte des Schalters öffnet und schließt. Die Ansteuerung des Hydraulikzylinders erfolgt hierbei über ein Umschaltsitzventil, welches den Hydraulikzylinder einerseits mit einer Druckquelle und andererseits mit einem Tank verbindet. Als Druckquelle kommt im Prinzip jede geeignete Druckquelle in Betracht, also insbesondere Pumpen und Druckspeicher. Als Druckspeicher haben sich vor allem hydraulisch vorgespannte Federspeicher als geeignet erwiesen, da diese ohne eine erneute hydraulische Vorspannung bis zu drei Schaltzyklen erlauben.
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Aufgrund der hohen Anforderungen an die Leistungs- Trennschaltervorrichtung sind entsprechend hohe Anforderungen auch an das hydraulische Umschaltsitzventil zu stellen. Insbesondere muss das Umschaltsitzventil die kurze Schaltzeit und gleichzeitig ein Vielzahl an Schaltspielen ermöglichen.
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Derartige hydraulische Umschaltsitzventile sind beispielsweise aus der
EP 1 302 958 A1 und der
EP 2 282 065 A1 der Anmelderin bekannt. Derartige Umschaltsitzventile haben ein Gehäuse, welches eine Kammer bildet. Das Gehäuse weist einen Druckanschluss, einen Arbeitsanschluss für den Hydraulikzylinder, wenigstens einen Vorsteueranschluss sowie einen Tankanschluss auf. In der Kammer ist ein druckvorgesteuert linear zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung bewegbares Schließglied in Form eines Kolbens mit einer ersten und einer zweiten Sitzfläche angeordnet. Die erste Sitzfläche wirkt in der ersten Schaltstellung mit einem ersten in der Kammer angeordneten Ventilsitz leckagefrei zusammen, und die zweite Sitzfläche wirkt in der zweiten Schaltstellung mit einem zweiten in der Kammer angeordneten Ventilsitz leckagefrei zusammen. Die Sitzflächen bei den Umschaltsitzventilen der
EP 1 302 958 A1 und der
EP 2 282 065 A1 sind am Umfang des Kolbens angeordnet und wirken mit entsprechenden Sitzflächen am Innenumfang der Kammer zusammen. So ist in einer Schaltstellung der Arbeitsanschluss mit dem Tankanschluss verbunden, sodass der angesteuerte Hydraulikzylinder eine öffnende Bewegung beim Schalter hervorruft. Entsprechend ist in der anderen Schaltstellung der Druckanschluss mit Arbeitsanschluss verbunden, sodass der am Arbeitsanschluss angeschlossene Hydraulikzylinder eine schließende Bewegung des Schalters hervorruft. Ferner zeigt die
DE 10 2004 005 315 B3 ein Differenzdruck-Proportionalventil.
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Die aus dem vorgenannte Stand der Technik bekannten hydraulischen Umschaltsitzventile erfüllen die Anforderungen, welche an derartige Ventile beim Einsatz in Leistungs- Trennschaltervorrichtungen gestellt werden. Gleichwohl sind die bekannten Ventile verhältnismäßig teuer in der Herstellung. So müssen diese Umschaltsitzventile eine Vielzahl an Dichtungen für die einwandfreie Funktion aufweisen. Insbesondere wenn das Gehäuse spanabhebend hergestellt ist, müssen für die Dichtungen aufwändige Dichtungssitze in Form von Nuten in das Gehäuse eingebracht werden. Auch sind die im Inneren der Kammer am Innenumfang liegenden Ventilsitze aufwändig in der Herstellung. Hierdurch erhöhen sich insgesamt der Herstellungs- und der Bearbeitungsaufwand sowie mithin auch die Kosten für das Umschaltsitzventil.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein hydraulisches Umschaltsitzventil für eine Leistungs- Trennschaltervorrichtung aufzuzeigen, welches kostengünstiger hergestellt werden kann und gleichzeitig den hohen Anforderungen in Bezug auf die kurze Schaltzeit und die Anzahl an Schaltspielen gerecht wird.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem hydraulischen Umschaltsitzventil für eine Leistungs-Trennschaltervorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Umschaltsitzventil zeichnet sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Umschaltsitzventilen dadurch aus, dass das Schließglied eine Ringhülse ist, wobei die erste Sitzfläche zumindest teilweise durch eine erste Stirnfläche der Ringhülse gebildet ist, und die zweite Sitzfläche zumindest teilweise durch eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche der Ringhülse gebildet ist. Somit sind die Sitzflächen nicht an der äußeren Umfangsfläche des Schließglieds angeordnet, sondern befinden sich zumindest teilweise an den Stirnflächen des als Ringhülse ausgebildeten Schließglieds. Mithin sind auch die Ventilsitze nicht am Innenumfang der Kammer angeordnet, sondern entsprechend an axialen Enden der Kammer. Dies reduziert den Bearbeitungs- und Herstellungsaufwand und spart Dichtungen, wobei gleichzeitig die Anforderungen an eine kurze Schaltzeit und die Anzahl an Schaltspielen eingehalten werden.
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Zweckmäßigerweise ist der erste Ventilsitz kugelig und die erste Sitzfläche kegelig. Hierdurch erfolgt eine Selbstzentrierung der Ringhülse beim Montieren. Ferner kann so auch ein kleinerer, beispielsweise temperaturbedingter Versatz während des Betriebs beim Schalten in die erste Schaltstellung ausgeglichen werden. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der zweite Ventilsitz und die zweite Sitzfläche entsprechend ausgebildet sind.
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Es ist von Vorteil, wenn das Gehäuse eine Aufnahmevertiefung und ein Kugelsegment mit einer Grundfläche und einer Kugelkalotte aufweist. Die Kugelkalotte ist zumindest teilweise in der Aufnahmevertiefung beweglich angeordnet, und der zweite Ventilsitz ist durch die Grundfläche des Kugelsegments gebildet. Insbesondere kann die Aufnahmevertiefung ein Sackloch mit einem kegeligen Ende sein. Dies hat den Vorteil, dass die Ringhülse beim Montieren zentriert wird. Darüber hinaus werden so auch etwaige Winkelversätze ausgeglichen, da die Kugelkalotte sich in der Aufnahmevertiefung ausgleichend bewegen kann. Ferner kann so insgesamt auch eine verbesserte Dichtheit erreicht werden. Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, dass das Gehäuse auf beiden axialen Seiten eine derartige Aufnahmevertiefung mit einer Kugelkalotte aufweist.
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In vorteilhafter Weise ist in der Kammer eine innere Hülse mit einer Durchlasskammer angeordnet. Die Ringhülse umschließt die innere Hülse zumindest abschnittsweise, wobei die Ringhülse dazu ausgebildet ist, die Durchlasskammer in der ersten oder der zweiten Schaltstellung gegenüber dem Druckanschluss leckagefrei abzudichten und den Arbeitsanschluss mit dem Tankanschluss zu verbinden. Insbesondere ist es hierbei von Vorteil, wenn die Ringhülse dazu ausgebildet ist, die Durchlasskammer in der anderen Schaltstellung mit dem Druckanschluss und dem Arbeitsanschluss zu verbinden und den Tankanschluss gegenüber dem Druckanschluss und dem Arbeitsanschluss leckagefrei abzudichten. So kann die Ringhülse beispielsweise in der ersten Schaltstellung den Druckanschluss abdichten und den Arbeitsanschluss mit dem Tankanschluss verbinden und in der anderen Schaltstellung den Druckanschluss mit dem Arbeitsanschluss verbinden sowie den Tankanschluss abdichten. Hierdurch wird eine sehr präzise Führung der Ringhülse entlang der inneren Hülse in der Kammer erreicht. Darüber hinaus können so die Schaltstellungen besonders einfach erreicht werden.
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Zweckmäßigerweise weist die innere Hülse eine kugelige Anschlagfläche mit einer Federbohrung auf, wobei die Anschlagfläche an der Grundfläche des Kugelsegments anliegt und ein in der Federbohrung aufgenommenes Federelement dazu ausgebildet ist, auf die Grundfläche des Kugelsegments eine Federkraft auszuüben. Dies ermöglicht eine Zentrierung des Kugelsegments beim Schalten von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung.
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Bevorzugt ist zwischen der Ringhülse und der inneren Hülse eine Vorsteuerkammer zur Bewegung der Ringhülse zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung gebildet. Die Ringhülse weist wenigstens eine die Ringhülse in radialer Richtung durchsetzende und in die Vorsteuerkammer mündende Vorsteuerbohrung auf, wobei die Vorsteuerbohrung mit dem Vorsteueranschluss verbunden ist. Somit kann über die Druckvorsteuerung ein entsprechender Druck in der Vorsteuerkammer aufgebaut werden, sodass die Ringhülse relativ zur inneren Hülse von einer Schaltstellung in die andere Schaltstellung bewegt werden kann.
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Es ist von Vorteil, wenn die Ringhülse einen ersten Abschnitt und einen durchmesserkleineren zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt über einen ringförmigen Verbindungsabschnitt verbunden sind. Eine einen Teil der Vorsteuerkammer bildende Innenfläche des ringförmigen Verbindungsabschnitts bildet eine erste ringförmige Beaufschlagungsfläche, wobei eine Außenfläche des ringförmigen Verbindungsabschnitts eine zweite ringförmige Beaufschlagungsfläche bildet. Die zweite ringförmige Beaufschlagungsfläche ist über den Druckanschluss mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar. Somit wird durch einen Druckaufbau in der Vorsteuerkammer die erste ringförmige Beaufschlagungsfläche mit Druck beaufschlagt, sodass die Ringhülse relativ zur inneren Hülse von der ersten in die zweite Schaltstellung bewegt wird. Sobald der Vorsteueranschluss über ein entsprechendes Vorsteuerventil mit dem Rücklauf verbunden wird, liegt kein Vorsteuerdruck mehr in der Vorsteuerkammer und an der ersten Beaufschlagungsfläche an, sodass der über den Druckanschluss gelieferte Hochdruck auf die zweite Beaufschlagungsfläche wirkt und die Ringhülse aus der zweiten in die erste Schaltstellung bewegt. Hierdurch wird eine besonders einfache aber zuverlässige Druckvorsteuerung zur Bewegung der Ringhülse zwischen den beiden Schaltstellungen bereitgestellt.
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Zweckmäßigerweise ist die Ringhülse zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung um einen Hubweg bewegbar. Die Kammer hat eine Vorsteuerbewegungskammer, in welcher sich die Vorsteuerbohrung um den Hubweg bewegbar ist, wobei die Vorsteuerbewegungskammer wenigstens eine in radialer Richtung vertiefte erste Tasche aufweist, und die erste Tasche eine axiale Erstreckung hat, die kleiner ist als der Hubweg. Hierdurch kann gezielt eine Dämpfung der Bewegung der Ringhülse eingestellt werden. So ist beispielsweise denkbar, die erste Tasche derart in der Vorsteuerbewegungskammer anzuordnen, dass diese direkt am axialen Ende der Vorsteuerbewegungskammer in Richtung der ersten Schaltstellung angeordnet ist. Somit ist die erste Tasche direkt wirksam, wenn die Ringhülse von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung bewegt wird, was ein schnelles Schalten des Umschaltsitzventils ermöglicht. Dadurch, dass die erste Tasche jedoch noch vor Aufsetzen der zweiten Sitzfläche auf den Ventilsitz seine Wirkung verliert, kann erreicht werden, dass die zweite Sitzfläche gedämpft am zweiten Ventilsitz aufsetzt. Über die Anordnung der ersten Tasche in der Vorsteuerbewegungskammer kann somit die Bewegung der Ringhülse gezielt beschleunigt und das Aufsetzen gezielt gedämpft werden. Mithin kann der Verschleiß an den Sitzflächen bzw. an den Ventilsitzen merklich reduziert werden Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die Vorsteuerbewegungskammer eine in radialer Richtung vertiefte zweite Tasche aufweist, und die zweite Tasche eine axiale Erstreckung hat, die kleiner ist als der Hubweg. Die erste Tasche und die zweite Tasche laufen jeweils nur teilweise in Umfangsrichtung der Vorsteuerbewegungskammer um und überdecken sich in axialer Richtung wenigstens teilweise. Über diese Anordnung kann in beide Schaltrichtungen eine Dämpfung erzielt werden, insbesondere wenn die jeweilige Tasche am jeweiligen axialen Ende der Vorsteuerbewegungskammer angeordnet ist. Hierbei ergibt sich eine Überlappung in axialer Richtung in einem mittleren Bereich der Vorsteuerbewegungskammer, sodass die Ringhülse bei der Bewegung um den Hubweg am Anfang und am Ende des Hubwegs gedämpft an dem jeweiligen Ventilsitz aufsitzt und sich in einem Zwischenbereich dennoch schneller bewegen kann. Daher kann der Verschleiß sowohl der Ringhülse als auch der Ventilsitze merklich reduziert werden, während die Schaltzeit weiter verkürzt wird. Insbesondere sind die axialen Erstreckungen der erste Tasche und der zweiten Tasche so gewählt, dass diese jeweils ca. ¾ des Hubwegs betragen.
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Es ist von Vorteil, wenn die erste Tasche nur über einen ersten Vorsteuerkanal mit dem wenigstens einen Vorsteueranschluss und die zweite Tasche nur über einen zweiten Vorsteuerkanal mit dem wenigstens einen Vorsteueranschluss verbunden ist. Denkbar ist auch, dass das Gehäuse zwei Vorsteueranschlüsse aufweist, wobei die erste Tasche über den ersten Vorsteuerkanal nur mit einem ersten Vorsteueranschluss und die zweite Tasche nur über den zweiten Vorsteuerkanal mit einem zweiten Vorsteueranschluss verbunden ist. So können die erste und die zweite Tasche über entsprechende Vorsteuerventile separate voneinander angesteuert werden und auch separat voneinander mit dem Rücklauf verbunden werden.
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Bevorzugt sind in der Vorsteuerbewegungskammer eine dritte Tasche und eine vierte Tasche angeordnet, wobei die dritte Tasche über den ersten Vorsteuerkanal nur mit der ersten Tasche verbunden ist, und wobei die vierte Tasche über den zweiten Vorsteuerkanal nur mit der zweiten Tasche verbunden ist. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die dritte Tasche der ersten Tasche und die vierte Tasche der zweiten Tasche in der Vorsteuerbewegungskammer gegenüberliegen, wobei die dritte Tasche dieselbe axiale Erstreckung wir der erste Tasche hat und die vierte Tasche dieselbe axiale Erstreckung wir die zweite Tasche hat. So kann eine Selbstzentrierung der Ringhülse bei Druckbeaufschlagung erreicht werden. Hierbei ist es auch von Vorteil, wenn die Anzahl der Vorsteuerbohrungen so gewählt ist, dass wenigstens drei Vorsteuerbohrungen auf ein Taschenpaar treffen.
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Zweckmäßigerweise weist das Umschaltsitzventil eine Verrastung auf, wobei die Verrastung dazu ausgebildet ist, die Ringhülse in der ersten Schaltstellung und/ oder in der zweiten Schaltstellung zu halten. Insbesondere ist eine mechanische Verrrastung von Vorteil, beispielsweise eine federbelastete Kugelverrastung. Diese Kugelverrastung kann die Ringhülse in der ersten und/ oder in der zweiten Schaltstellung halten, um die Anforderungen an die Selbsthaltung des hydraulischen Umschaltsitzventils zu erfüllen. Mithin nimmt die Ringhülse aufgrund äußerer Einflüsse keine Zwischenstellung ein, wenn diese beispielsweise transportiert wird. Selbstverständlich sind die Verrastungskräfte aber verhältnismäßig gering, sodass diese durch die Druckvorsteuerung ohne weiteres gelöst werden.
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Bevorzugt ist tankseitig und/ oder druckseitig eine einstellbare Drossel angeordnet. So kann über die tankseitig angeordnete Drossel die Geschwindigkeit, mit welcher der Arbeitsanschluss zum Tankanschluss hin entlastet wird fein eingestellt werden. Entsprechend kann über die druckseitig angeordnete Drossel die Geschwindigkeit, mit welcher der Arbeitsanschluss mit Druck beaufschlagt wird fein eingestellt werden. Insbesondere können die einstellbaren Drosseln jeweils ein teilzylinderförmiges Schließglied aufweisen, welcher je nach Rotationsstellung einen Drosselspalt verändert.
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Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Leistungs- Trennschaltervorrichtung mit einem Hydraulikzylinder zum Öffnen und Schließen von Kontakten eines Schalters gemäß Anspruch 15. Der Hydraulikzylinder ist über ein vorstehend beschriebenes und erfindungsgemäßes hydraulisches Umschaltsitzventil nach einem der vorherigen Ansprüche an eine Druckquelle und einen Tank angeschlossen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt schematisch
- 1 ein Blockschaltbild einer Leistungs- Trennschaltervorrichtung mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Umschaltsitzventil;
- 2 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße hydraulische Umschaltsitzventil mit der Ringhülse in der ersten Schaltstellung;
- 3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße hydraulische Umschaltsitzventil mit der Ringhülse in der zweiten Schaltstellung;
- 4 eine perspektivische Ansicht der Ringhülse;
- 5 einen ersten Längsschnitt durch das Gehäuse des erfindungsgemäßen hydraulischen Umschaltsitzventils; und
- 6 einen zweiten Längsschnitt durch das das Gehäuse des erfindungsgemäßen hydraulischen Umschaltsitzventils.
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In 1 ist ein Blockschaltbild einer Leistungs- Trennschaltervorrichtung 100 mit einer elektrohydraulischen Steuervorrichtung 110 gezeigt. Die Leistungs- Trennschaltervorrichtung ist dazu ausgebildet, über einen Schalter 101 die Kontakte 103, 104 einer stromführenden Leitung 102 wahlweise zu schließen oder zu trennen. Hierzu kann der Kontakt 103 aus der in 1 gezeigten Trennschaltung über einen hydraulischen Differentialzylinder 105 aus der gezeigten Trennstellung in eine Schließstellung bewegt werden. Der Differentialzylinder 105 ist doppelseitig mit Druck beaufschlagbar. Wie dargestellt ist die kolbenstangenseitige Arbeitskammer über eine Arbeitsleitung 106 mit einer von einer Druckquelle gespeisten Druckleitung 112 verbunden. In der gezeigten Ausführung besteht die Druckquelle aus einer über ein Rückschlagventil 108 angeschlossenen Pumpe 107 und einem Federspeicher 109. Die kolbenseitige Kammer des Differentialzylinders 105 ist über eine weitere Arbeitsleitung 111 an einen Arbeitsanschluss 5 eines hydraulischen Umschaltsitzventils 1 angeschlossen.
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Die Pumpe 107 kann beispielsweise eine Konstantpumpe mit verhältnismäßig geringer Förderleistung insbesondere zum Laden des Federspeichers 109 sein. Der Federspeicher 109 ist so ausgelegt, dass insgesamt drei Schalzyklen des Schalters 101 ohne Nachladen möglich sind. Die Umschaltzeit des hydraulischen Umschaltsitzventils 1 in die Trennstellung beträgt vorzugsweise weniger als 10 Millisekunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind dem Umschaltsitzventil 1 eine tankseitige einstellbare Drossel 38 und einen druckseitig einstellbare Drossel 39 zugeordnet, um die Umschaltgeschwindigkeit und/ oder -zeit fein einstellen zu können.
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Das hydraulische Umschaltsitzventil 1 weist ein eine Kammer 3 bildendes Gehäuse 2 auf. In die Kammer 3 münden ein Druckanschluss 4, ein Arbeitsanschluss 5, ein Tankanschluss 6 sowie Vorsteueranschlüsse 7, 8. Die Vorsteueranschlüsse 7, 8 sind an Vorsteuerventile 114, 115, 116 der elektrohydraulischen Steuervorrichtung 110 angeschlossen, sodass ein in der Kammer 3 angeordnetes Schließglied in Form einer Ringhülse 9 zwischen einer ersten Schaltstellung S1 (vgl. 2) und einer zweiten Schaltstellung S2 (vgl. 3) bewegt werden kann. In der ersten Schaltstellung S1 ist der Druckanschluss 4 gegenüber dem Tankanschluss 6 und dem Arbeitsanschluss 5 leckagefrei abgedichtet. Der Arbeitsanschluss 5 ist mit dem Tankanschluss 6 verbunden, sodass der Differentialzylinder 105 in der Trennstellung ist bzw. in diese bewegbar ist. In der zweiten Schaltstellung S2 ist der Druckanschluss 4 mit dem Arbeitsanschluss 5 verbunden, wobei der Tankanschluss 6 gegenüber dem Druckanschluss 4 und dem Arbeitsanschluss 5 leckagefrei abgedichtet ist. In der zweiten Schaltstellung S2 wird der Differentialzylinder über die Arbeitsleitung 111 kolbenseitig mit Druck beaufschlagt, wodurch der Kontakt 103 mit dem Kontakt 104 geschlossen wird und der Schalter 101 die Leitung 102 schließt.
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Um die Ringhülse 9 von der ersten Schaltstellung S1 in die zweite Schaltstellung S2 zu bewegen, wird der Magnet m2 des als 2/2- Wegeventil ausgebildeten Vorsteuerventils 115 bestromt. Hierdurch wird der Druck in der Druckleitung 112 über den Vorsteueranschluss 8 auf die Ringhülse 9 übertragen, sodass sich die Ringhülse 9 aus der in 2 gezeigten Schaltstellung S1 in die in 3 gezeigte Schaltstellung S2 bewegt. Um die Ringhülse 9 aus der zweiten Schaltstellung S2 in die erste Schaltstellung S1 zu bewegen, wird wenigstens einer der Magneten m1, m3 der beiden Vorsteuerventile 114, 116 bestromt, sodass der Vorsteueranschluss 8 mit dem Tank 113 verbunden wird. Über den am Vorsteueranschluss 7 anliegenden Hochdruck aus der Druckleitung 112 wird die Ringhülse 9 aus der zweiten Schaltstellung S2 in die erste Schaltstellung S1 bewegt. Wie dargestellt sind die Vorsteuerventile 114, 116 ebenfalls als 2/2- Wegeventile ausgebildet. Aus Redundanzgründen sind hier zwei parallele Vorsteuerventile 114, 116 vorgesehen.
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Nachfolgend wird der Aufbau des hydraulischen Umschaltsitzventils 1 näher beschrieben. Wie in 2 bis 4 dargestellt ist die Ringhülse 9 rohrförmig ausgebildet und weist einen ersten Abschnitt 27 sowie einen durchmesserkleineren zweiten Abschnitt 28 auf. Der erste Abschnitt 27 und der zweite Abschnitt 28 sind durch einen ringförmigen Verbindungsabschnitt 29 verbunden.
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Darüber hinaus weist die Ringhülse eine erste Sitzfläche 10 am ersten Abschnitt 27 und eine zweite Sitzfläche 11 am zweiten Abschnitt 28 auf. Die erst Sitzfläche 10 ist eine Kegelfläche welche teilweise von einer ersten Stirnfläche 14 an einem axialen Ende der Ringhülse 9 gebildet wird. Die erste Sitzfläche 10 sitzt in der ersten Schaltstellung S1 an einem ersten Ventilsitz 12 des Gehäuses 2 auf. Der erste Ventilsitz 12 ist eine in der Kammer 3 angeordnete Kugelfläche, welche an einem Gehäuseeinsatz 40 ausgebildet ist. Der Gehäuseeinsatz 40 ist über einen Gehäusedeckel 41 befestigt, beispielsweise angeschraubt, und bildet ein axiales Ende der Kammer 3. Die zweite Sitzfläche 11 ist am anderen axialen Ende an der zweiten Stirnfläche 15 der Ringhülse 9 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Sitzfläche 11 ein umlaufender Vorsprung, welcher in axialer Richtung vorsteht. Der zweite Ventilsitz 13 ist an einer Grundfläche 18 eines Kugelsegments 17 ausgebildet. Wie in 3 dargestellt sitzt die zweite Sitzfläche 11 in der zweiten Schaltstellung S2 am zweiten Ventilsitz 13 auf, wodurch der Tankanschluss 6 leckagefrei abgedichtet ist. Das Kugelsegment 17 weist neben der planen Grundfläche 18 eine Kugelkalotte 19 auf, welche in einer Aufnahmevertiefung 16 des Gehäuses 2 beweglich angeordnet ist. Die Aufnahmevertiefung 16 ist als Sackloch mit kegeligem Ende ausgebildet, wodurch ein axialer Ausgleich sowie ein Winkelausgleich beim Aufsetzen der zweiten Sitzfläche 11 erreicht wird.
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Zwischen dem Gehäuseeinsatz 40 und dem Kugelsegment 17 ist eine innere Hülse 20 klemmend in der Kammer 3 angeordnet. Die innere Hülse 20 ist gegenüber dem Gehäuseeinsatz 40 mit einer Dichtung 42 abgedichtet. Ferner weist die innere Hülse 20 eine kugelige Anlagefläche 22 auf, welche an der Grundfläche 18 des Kugelsegments 17 anliegt. Von der kugeligen Anlagefläche 22 erstreckt sich eine Federbohrung 23 in axialer Richtung, wobei ein Federelement 24 in der Federbohrung 23 aufgenommen ist und eine Federkraft auf die Grundfläche 18 ausübt. Hierdurch erfolgt eine Zentrierung des Kugelsegments 17 beim Schalten in die zweite Schaltstellung S2 und eine Selbstzentrierung der inneren Hülse 20 bzw. der Ringhülse 9 sowohl im Betrieb als auch bei der Montage, wobei das Zusammenspiel von innerer Hülse 20 und Ringhülse 9 nun im Folgenden noch genauer beschrieben wird.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt umschließt die Ringhülse 9 die innere Hülse 20 zumindest abschnittsweise und ist entlang der inneren Hülse 20 um den Hubweg x zwischen der ersten Schaltstellung S1 und der zweiten Schaltstellung S2 bewegbar. Die innere Hülse 20 weist eine Durchlasskammer 21 mit ersten Einlassöffnungen 43 und zweiten Einlassöffnungen 44 auf. Die Ringhülse 9 weist Arbeitseinlassöffnungen 45 auf, welche in beiden Schaltstellungen S1, S2 in fluidischer Verbindung mit dem Arbeitsanschluss 5 sind. In der ersten Schaltstellung S1 sind die ersten Einlassöffnungen 43 radial innerhalb des ersten Abschnitts 27 der Ringhülse 9 angeordnet und der Druckanschluss 4 ist leckagefrei abgedichtet. Die Hydraulikflüssigkeit kann in der ersten Schaltstellung S1 über den Arbeitsanschluss 5 und die Arbeitseinlassöffnungen 44 in den zweiten Abschnitt 28 der Ringhülse 9 eintreten und von hier über den Tankanschluss 6 zum Tank 113 ablaufen. In der zweiten Schaltstellung S2 ist der Tankanschluss 6 leckagefrei abgedichtet und die ersten Einlassöffnungen 43 sind fluidisch mit dem Druckanschluss 4 verbunden. Unter Hochdruck stehende Hydraulikflüssigkeit kann über den Druckanschluss 4 in die Kammer 3 eintreten und durch die ersten Einlassöffnungen 43 in die Durchlasskammer 21 strömen. Die Hydraulikflüssigkeit kann dann durch die zweiten Einlassöffnungen 44 aus der Durchlasskammer 21 über den zweiten Abschnitt 28 der Ringhülse 9 durch die Arbeitsöffnungen 44 zum Arbeitsanschluss 5 strömen.
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Wie vorstehend bereits erwähnt wird die Ringhülse 9 druckvorgesteuert zwischen der ersten Schaltstellung S1 und der zweiten Schaltstellung S2 bewegt. Hierzu ist eine Vorsteuerkammer 25 zwischen der Ringhülse 9 und der inneren Hülse 20 gebildet. Die Ringhülse 9 weist eine Vielzahl an Vorsteuerbohrungen 26 am zweiten Abschnitt 28 auf, welche die Ringhülse 9 in radialer Richtung durchsetzen. Zum Bewegen der Ringhülse von der ersten Schaltstellung S1 in die zweite Schaltstellung S2 wird das Vorsteuerventil 115 geschaltet, sodass der Vorsteueranschluss 8 mit Druck beaufschlagt wird. Die druckbehaftete Hydraulikflüssigkeit strömt dann durch die Vorsteuerbohrungen 26 entlang eines zwischen der Ringhülse 9 und der inneren Hülse 20 gebildeten Spalts 46 in die Vorsteuerkammer 25. Die Vorsteuerkammer 25 wird teilweise durch eine Innenfläche des Verbindungsabschnitts 29 gebildet, welche eine erste ringförmige Beaufschlagungsfläche 30 darstellt. Der Druck in der Vorsteuerkammer 25 steigt an und die Ringhülse 9 wird in die zweite Schaltstellung S2 bewegt. Hierdurch wirkt der am Druckanschluss 4 anliegenden Hochdruck zum einen auf die erste Stirnfläche 14 der Ringhülse 9 sowie auf eine zweite ringförmige Beaufschlagungsfläche 31, welche an einer Außenfläche des Verbindungsabschnitts 29 gebildet ist. Die Flächen sind so aufeinander abgestimmt, dass die Ringhülse 9 in die zweite Schaltstellung S2 bewegt wird bzw. in dieser gehalten wird, sofern der Vorsteueranschluss 8 mit Druck beaufschlagt ist.
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Durch Schalten eines der Vorsteuerventile 114, 116 wird der Vorsteueranschluss 8 entlastet und mit dem Tank 113 verbunden. Der Druck in der Vorsteuerkammer 25 bricht rasch zusammen und es wird kein Druck mehr auf die erste Beaufschlagungsfläche 30 ausgeübt. Jedoch wird weiterhin Druck über den Druckanschluss 4 auf die zweite Beaufschlagungsfläche 31 ausgeübt, welche größer ist als die erste Stirnfläche 14, sodass die Ringhülse 9 in die erste Schaltstellung S1 bewegt wird. Hierbei wird die Hydraulikflüssigkeit in der Vorsteuerkammer 25 durch den Spalt 46 und die Vorsteuerbohrungen 26 über den Vorsteueranschluss 8 zum Tank 113 entlastet.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Gehäuses 2, wobei die Ringhülse 9. die innere Hülse 20, der Gehäuseeinsatz 40 und der Gehäusedeckel 41 nicht dargestellt sind. Wie zu erkennen hat die Kammer 3 eine Vorsteuerbewegungskammer 32, in welcher sich die Vorsteuerbohrungen 26 um den Hubweg x bewegen, wenn die Ringhülse 9 zwischen der ersten Schaltstellung S1 und der zweiten Schaltstellung S2 geschaltet wird. Die Vorsteuerbewegungskammer 32 weist eine erste Tasche 33 und eine zweite Tasche 34 auf. Die erste und zweite Tasche 33, 34 sind in radialer Richtung vertieft und haben jeweils eine axiale Erstreckung AE1, AE2 die kleiner ist als der Hubweg x. Die erste Tasche 33 und die zweite Tasche 34 laufen jeweils nur teilweise in Umfangsrichtung der Vorsteuerbewegungskammer 32 um, sodass sich die erste Tasche 33 und die zweite Tasche 34 in axialer Richtung der Kammer 3 bzw. der Vorsteuerbewegungskammer 32 überlappen bzw. positiv überdecken. Die erste Tasche 33 ist nur über einen ersten Vorsteuerkanal 35 mit dem Vorsteueranschluss 8 verbunden und die zweite Tasche 34 ist nur über einen zweiten Vorsteuerkanal 36 mit dem Vorsteueranschluss 8 verbunden. Die erste Tasche 33 und die zweite Tasche 34 bedingen eine Dämpfung der Bewegung der Ringhülse 9, da sich so über den Hubweg x eine Änderung des Volumenstroms an Hydraulikflüssigkeit in oder aus der Vorsteuerkammer 25 ergibt. Die axiale Erstreckung AE1 der ersten Tasche 33 ist hierbei so gewählt, dass die erste Tasche 33 nach ca. ¾ des Hubwegs x endet, wodurch die Hydraulikflüssigkeit nur noch über den Spalt 46 zum Vorsteueranschluss 8 abfließen kann, sodass sich insgesamt eine Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit der Ringhülse 9 ergibt. Mithin wird die erste Sitzfläche 10 gedämpft am ersten Ventilsitz 12 aufgesetzt, wenn die Ringhülse 9 aus der zweiten Schaltstellung S2 in die erste Schaltstellung S1 bewegt wird. Dementsprechend ist die axiale Erstreckung AE2 der zweiten Tasche 34 so gewählt, dass die zweite Tasche 34 ebenfalls nach ca. ¾ des Hubwegs x endet. Mithin kann Hydraulikflüssigkeit über die zweite Tasche 34 zufließen, sodass die zweite Sitzfläche 11 gedämpft am zweiten Ventilsitz 13 aufgesetzt wird, wenn die Ringhülse 9 aus der ersten Schaltstellung S1 in die zweite Schaltstellung S2 bewegt wird.
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Wie in 6 dargestellt sind zur Zentrierung der Ringhülse 9 bei Druckbeaufschlagung in der Vorsteuerbewegungskammer 32 gegenüberliegend der ersten Tasche 33 eine dritte Tasche 47 und gegenüberliegend der zweiten Tasche 34 eine vierte Tasche 48 angeordnet. Die erste Tasche 33 ist mit der dritten Tasche 47 über den ersten Vorsteuerkanal 35 verbunden, wobei die zweite Tasche 34 mit der vierten Tasche 48 über den zweiten Vorsteuerkanal 36 verbunden ist. Ferner hat die dritte Tasche 47 dieselbe axiale Erstreckung wie die erste Tasche 33 und die vierte Tasche 48 hat dieselbe axiale Erstreckung wie die zweite Tasche 34. Die Anzahl der Vorsteuerbohrungen 26 ist so gewählt, dass jeweils mindestens drei Vorsteuerbohrungen 26 auf ein Taschenpaar treffen, sodass die Ringhülse 9 insgesamt gleichmäßig mit Druck beaufschlagbar ist.
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Ferner weist das hydraulische Umschaltsitzventil 1 Verrastungen 37 in Form federbelasteter mechanischer Kugelverrastungen auf. Jede Verrastung 37 ist so ausgelegt, dass eine Kugel der Verrastung 37 über eine Feder radial einwärts in Richtung der Ringhülse 9 gedrückt wird. Die Ringhülse 9 weist zwei umlaufende und axial beabstandete Nuten am ersten Abschnitt 27 auf, in welche die Kugeln jeweils in der ersten Schaltstellung S1 oder in der zweiten Schaltstellung S2 einrasten. Die Federkraft ist hierbei so ausgelegt, dass die Kugeln durch die Druckvorsteuerung entrastet werden, die Ringhülse 9 aber im drucklosen Zustand sicher in der jeweiligen Schaltstellung S1, S2 halten können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulisches Umschaltsitzventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kammer
- 4
- Druckanschluss
- 5
- Arbeitsanschluss
- 6
- Tankanschluss
- 7
- Vorsteueranschluss
- 8
- Vorsteueranschluss
- 9
- Ringhülse
- 10
- erste Sitzfläche
- 11
- zweite Sitzfläche
- 12
- erster Ventilsitz
- 13
- zweiter Ventilsitz
- 14
- erste Stirnfläche
- 15
- zweite Stirnfläche
- 16
- Aufnahmevertiefung
- 17
- Kugelsegment
- 18
- Grundfläche
- 19
- Kugelkalotte
- 20
- innere Hülse
- 21
- Durchlasskammer
- 22
- Anschlagfläche
- 23
- Federbohrung
- 24
- Federelement
- 25
- Vorsteuerkammer
- 26
- Vorsteuerbohrung
- 27
- erster Abschnitt
- 28
- zweiter Abschnitt
- 29
- Verbindungsabschnitt
- 30
- erste Beaufschlagungsfläche
- 31
- zweite Beaufschlagungsfläche
- 32
- Vorsteuerbewegungskammer
- 33
- erste Tasche
- 34
- zweite Tasche
- 35
- erster Vorsteuerkanal
- 36
- zweiter Vorsteuerkanal
- 37
- Verrastung
- 38
- tankseitig einstellbare Drossel
- 39
- druckseitig einstellbare Drossel
- 40
- Gehäuseeinsatz
- 41
- Gehäusedeckel
- 42
- Dichtung
- 43
- erste Einlassöffnung
- 44
- zweite Einlassöffnung
- 45
- Arbeitseinlassöffnung
- 46
- Spalt
- 47
- dritte Tasche
- 48
- vierte Tasche
- 100
- Leistungs-Trennschaltervorrichtung
- 101
- Schalter
- 102
- stromführende Leitung
- 103
- Kontakt
- 104
- Kontakt
- 105
- Differentialzylinder
- 106
- Arbeitsleitung
- 107
- Pumpe
- 108
- Rückschlagventil
- 109
- Federspeicher
- 110
- elektrohydraulische Steuervorrichtung
- 111
- Arbeitsleitung
- 112
- Druckleitung
- 113
- Tank
- 114
- Vorsteuerventil
- 115
- Vorsteuerventil
- 116
- Vorsteuerventil
- S1
- erste Schaltstellung
- S2
- zweite Schaltstellung
- x
- Hubweg
- AE1
- axiale Erstreckung der ersten Tasche
- AE2
- axiale Erstreckung der zweiten Tasche