DE102018115918B4 - Elektrohydraulisches Ventil mit einstellbarer Kennlinie - Google Patents

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Abstract

Elektrohydraulisches Ventil (1), mindestens einen Proportionalmagneten (2), eine Ventilhülse (3), einen beweglichen Ventilschieber (4), eine Rückstellfeder (5) und eine Einstellbuchse (8) enthaltend, wobei der Proportionalmagnet (2) gegen eine erste Endfläche (6) des beweglichen Ventilschiebers (4) drückt und die Rückstellfeder (5) auf eine zweite Endfläche (7) des Ventilschiebers (4) drückt, wobei die Federvorspannung der Rückstellfeder (5) einstellbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Rückstellfeder (5) mit ihrer von der Endfläche (7) des Ventilschiebers (4) abgewandten Seite von einer Einstellbuchse (8) abgestützt ist, die ein Innengewinde (9) aufweist, das mit einem in der Ventilhülse (3) angeformten Außengewinde (10) zusammenwirkt,wobei die Ventilhülse (3) und die Einstellbuchse (8) aus Kunststoff bestehen,und wobei die Einstellbuchse (8) und die Ventilhülse (3) miteinander durch Schweißen stoffschlüssig verbunden sind,und wobei die Einstellbuchse (8) in ihrer mittigen Bohrung (12) einen Filterkörper (13) aufnimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Ventil entsprechend dem ersten Patentanspruch, sowie Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Stand der Technik:
  • Elektrohydraulische Ventile sind bekannt und weit verbreitet, als Schaltventile und als Proportionalventile mit stufenloser Steuerung des Drucks oder des Durchflusses.
    Bei niedrigen Arbeitsdrücken, beispielsweise bei Drücken unter 10 bar, verwendet man aus Kostengründen Kunststoff als Material der Ventilhülse.
    Es sind auch elektrohydraulische Ventile mit einstellbarer Kennlinie bekannt, insbesondere Druckventile, deren Druck-Volumenstrom-Kennlinie durch das Einstellen einer Federkraft einer Rückstellfeder verändert werden kann. Dabei wird vorzugsweise die Federkraft durch eine Verschiebung der Federlagerung verändert, mit einer Lagerung der Feder auf einem Einstellelement, nämlich auf einer Einstellbuchse, einer Schraube oder einem Gewindestift.
    Die Druckschrift US 5 118 077 A beschreibt ein einstellbares Ventil.
    Diese bekannte Einstellung der Federkraft ergibt bei einer Verwendung von Kunststoff für die Ventilhülse und für das Einstellelement keine ausreichende Genauigkeit unter den Kräften des Fügeprozesses und keine ausreichende Lebensdauer unter den üblichen Betriebsbedingungen.
  • Die DE 10 2011 010 181 A1 offenbart ein Werkstückteil, insbesondere für Gehäuseanordnungen von beispielsweise Pumpen, Ventilen, etc., bei denen zwei Werkstückteile durch eine Fügezone verbindbar sind, wobei das Werkstückteil einen Laserstrahl-absorbierenden Werkstoff aufweist. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Verbinden mittels Laserstrahlen von Werkstückteilen offenbart, die insbesondere einer Gehäuseanordnung für beispielsweise Pumpen, Ventile, etc. angehören, wobei ein erstes laserstrahltransparentes Werkstückteil und ein zweites Laserstrahl-absorbierendes Werkstückteil durch eine Fügezone miteinander verbunden werden, derart, dass die Laserstrahlen einer Laserstrahlquelle durch das erste Werkstückteil eingeleitet werden und das zweite Werkstückteil im Bereich der Fügezone erwärmt, so dass das zweite Werkstückteil und das erste Werkstückteil in der Fügezone in einen schmelzflüssigen Zustand gelangen und beim anschließenden Erkalten eine Verfestigung der Fügezone erzielt wird.
  • Aufgabe:
  • Das elektrohydraulische Ventil soll eine Vorrichtung zum Einstellen der Kennlinie während der Herstellung des Ventils enthalten, die unter den Kräften und Randbedingungen des Herstellprozesses eine ausreichende Genauigkeit der eingestellten Federkraft der Rückstellfeder ermöglicht und unter den üblichen Betriebsbedingungen des Ventils die Federkraft in der vorgegebenen Genauigkeit hält.
  • Lösung:
  • Die auf die Vorrichtung gerichteten Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 3 angegeben, der letzte Anspruch beschreibt ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Das erfindungsgemäße elektrohydraulische Ventil enthält mindestens einen Proportionalmagneten, eine Ventilhülse, einen Ventilschieber, eine Rückstellfeder und eine Einstellbuchse, wobei der Proportionalmagnet gegen eine erste Endfläche des beweglichen Ventilschiebers drückt und eine Rückstellfeder auf eine zweite Endfläche des Ventilschiebers drückt.
    Die Federvorspannung der Rückstellfeder ist einstellbar, da sie mit ihrer von der Endfläche des Ventilschiebers abgewandten Seite von einer Einstellbuchse abgestützt ist, die mit einem Innengewinde versehen ist, das mit einem Außengewinde zusammenwirkt, das in der Ventilhülse angeformt ist.
    Dabei bestehen die Ventilhülse und die Einstellbuchse aus Kunststoff, und die Einstellbuchse und die Ventilhülse sind miteinander durch Schweißen stoffschlüssig verbunden.
  • Vorzugsweise sind die Einstellbuchse und die Ventilhülse durch Laserschweißen miteinander verbunden, wobei der Laserstrahl von außen auf die Einstellbuchse einwirkt und wobei die Einstellbuchse aus einem Kunststoff besteht, der für die Strahlung des verwendeten Lasers transparent ist, während die Ventilhülse aus einem Kunststoff besteht, der für die Strahlung des verwendeten Lasers nicht transparent ist, sondern die Strahlung absorbiert und in Wärme wandelt. Wegen der Transparenz des Kunststoffs der Einstellbuchse kann der Laserstrahl von außen auf die Einstellbuchse gerichtet werden und mittels einer drehenden Vorrichtung um die Einstellbuchse herumgeführt werden.
  • Vorteilhafterweise weist die Einstellbuchse an ihrer Stirnfläche Nuten auf, die zu einem Einstellwerkzeug passen, das bei dem Vorgang des Einstellens der Vorspannung der Rückstellfeder in die Nuten eingreift, und dabei nur eine sehr geringe, durch Reibung hervorgerufene Axialkraft, aber vorrangig ein Drehmoment überträgt, weil die Seitenflächen der Nuten axial und radial verlaufen.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise nimmt die Einstellbuchse in ihrer mittigen Bohrung einen Filterkörper auf.
  • Zur Herstellung des elektrohydraulischen Ventils wird die Einstellbuchse weggesteuert mittels eines Einstellwerkzeugs eingeschraubt, wobei die Kraft der Rückstellfeder während des Einschraubvorgangs größer ist als die axiale Kraft des Einstellwerkzeugs. Damit wird erreicht, dass sowohl bei dem Einstellen als auch im Betrieb nur jeweils eine Flanke des Innengewindes und nur eine gegenüberliegende Flanke des Außengewindes die Kraft der Rückstellfeder und die Summe der Kräfte von Rückstellfeder und Einstellwerkzeug tragen.
    Nach dem Erreichen der aus einer vorhergehenden Vermessung der Rückstellfeder ermittelten Sollposition wird die Einstellbuchse mittels eines Lasers mit der Ventilhülse verschweißt.
  • Die Sollposition wird ermittelt, indem die Länge der ungespannten Rückstellfeder mit der Länge des Einbauraums für die Rückstellfeder verglichen wird.
    Bei dem Verschweißen durchdringt der Strahl des Lasers die für diesen Strahl transparente Einstellbuchse und trifft auf die Ventilhülse, die für den Strahl des Lasers nicht transparent ist. Dabei wird vorzugsweise der Strahl durch einen Spiegel auf die Einstellbuchse gelenkt. Kann der Spiegel umlaufen, ist die Drehung des Strahls unabhängig von der Schraubbewegung der Einstellbuchse.
  • Die Wegsteuerung besteht vorzugsweise aus einer Messung der Wegdifferenz zwischen einer Endfläche der Einstellbuchse und einer Endfläche der Ventilhülse sowie aus einer durch das motorisch angetriebene Einstellwerkzeug bewirkten Drehung der Ventilhülse. Dabei wird die Drehung bei Erreichen des vorbestimmten Sollwertes für die Wegdifferenz abgeschaltet.
  • Weiter vorzugsweise wird die Messung der Wegdifferenz für diejenigen Drehwinkel der Einstellbuchse, bei denen eine Messung wegen des Durchfahrens einer der Nuten in der Einstellbuchse versagt, durch eine Berechnung der Wegdifferenz aus dem Drehwinkel ersetzt wird, gestützt auf die vorhergehende Messung der Wegdifferenz.
  • Anwendung:
  • Ventile der beschriebenen Gattung werden zur Steuerung von Verstellpumpen für Druck- und Schmierstoffkreisläufe sowie zur Ansteuerung von Kupplungen verwendet, vorzugsweise in Kraftfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Schnittdarstellung der Ventilhülse, der Rückstellfeder und der Einstellbuchse
    • 2 zeigt eine Ansicht der Einstellbuchse und einen Schnitt desselben
    • 3 zeigt eine Darstellung des Schweißverfahrens und des Messverfahrens für die Wegdifferenz
    • 4 beschreibt die Wegsteuerung und das Verfahren zur Berechnung der Wegdifferenz aus dem Drehwinkel
  • Beispielhafte Beschreibung:
  • Das elektrohydraulische Ventil gemäß 1 enthält einen Proportionalmagneten (2), eine Ventilhülse (3), einen Ventilschieber (4), eine Rückstellfeder (5) und eine Einstellbuchse (8).
    Der Proportionalmagnet (2) drückt gegen eine erste Endfläche (6) des beweglichen Ventilschiebers (4) und die Rückstellfeder (5) auf eine zweite Endfläche (7) des Ventilschieber (4).
    Dabei ist die Federvorspannung der Rückstellfeder (5) einstellbar, da sie mit ihrer von der Endfläche (7) des Ventilschiebers abgewandten Seite von der Einstellbuchse (8) abgestützt ist.
    Die Einstellbuchse (8) ist, wie 2 zeigt, mit einem Innengewinde (9) versehen, das mit einem Außengewinde (10) zusammenwirkt, das in der Ventilhülse (3) angeformt ist.
    Die Ventilhülse (3) und die Einstellbuchse (8) bestehen aus Kunststoff, und die Einstellbuchse (8) und die Ventilhülse (3) sind miteinander durch Schweißen stoffschlüssig verbunden.
    Wie in 3 dargestellt, sind die Einstellbuchse (8) und die Ventilhülse (3) vorzugsweise durch Laserschweißen miteinander verbunden, wobei der Strahl (14) des Lasers von einem Spiegel (15) außen auf die Einstellbuchse (8) gelenkt wird.
    Die Einstellbuchse besteht aus einem Kunststoff, der für die Strahlung des verwendeten Lasers transparent ist, während die Ventilhülse (3) aus einem Kunststoff besteht, der für die Strahlung des verwendeten Lasers nicht transparent ist.
    Die Einstellbuchse (8) weist an ihrer Stirnfläche Nuten (11) auf, die zu einem Einstellwerkzeug passen, das bei dem Vorgang des Einstellens der Vorspannung der Rückstellfeder (5) in die Nuten (11) eingreift, wobei die kraftübertragenden Seitenflächen (16) der Nuten (11) axial und radial verlaufen.
    Die Einstellbuchse (8) nimmt in ihrer mittigen Bohrung (12) einen Filterkörper (13) auf.
  • Zur Herstellung des elektrohydraulischen Ventils (1), wird die Einstellbuchse (8) weggesteuert mittels eines Einstellwerkzeugs eingeschraubt, wobei die Kraft der Rückstellfeder (5) während des Einschraubvorgangs größer ist als die axiale Kraft des Einstellwerkzeugs, damit die Rückstellfeder schon bei dem Einschraubvorgang die tragenden Gewindeflanken bestimmt.
    Nach dem Erreichen der aus einer vorhergehenden Vermessung der Rückstellfeder (5) ermittelten Sollposition wird die Einstellbuchse (8) mittels eines Lasers mit der Ventilhülse (3) verschweißt.
    Dabei durchdringt der Strahl (14) des Lasers die für diesen Strahl (14) transparente Einstellbuchse (8) und trifft auf die Ventilhülse (3), die für den Strahl (14) des Lasers nicht transparent ist.
  • Wie 3 und 4 zeigen, besteht die Wegsteuerung aus einer Messung der Wegdifferenz zwischen einer Endfläche der Einstellbuchse (8) und einer Endfläche der Ventilhülse (3) sowie einer durch das motorisch angetriebene Einstellwerkzeug bewirkten Drehung der Ventilhülse (3), wobei die Drehung bei Erreichen des vorbestimmten Sollwertes für die Wegdifferenz abgeschaltet wird.
    Wenn die Messung der Wegdifferenz wegen des Durchfahrens
    einer der Nuten (11) in der Einstellbuchse (8) versagt, wird sie durch eine Berechnung der Wegdifferenz aus dem Restwinkel des Drehwinkels ersetzt, gestützt auf die vorhergehende Messung der Wegdifferenz im Eilgang.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Ventil
    2.
    Elektromagnet
    3.
    Ventilhülse
    4.
    Ventilschieber
    5.
    Rückstellfeder
    6.
    Endfläche
    7.
    Endfläche
    8.
    Einstellbuchse
    9.
    Innengewinde
    10.
    Außengewinde
    11.
    Nut
    12.
    Bohrung
    13.
    Filterkörper
    14.
    Strahl
    15.
    Spiegel
    16.
    Seitenfläche

Claims (4)

  1. Elektrohydraulisches Ventil (1), mindestens einen Proportionalmagneten (2), eine Ventilhülse (3), einen beweglichen Ventilschieber (4), eine Rückstellfeder (5) und eine Einstellbuchse (8) enthaltend, wobei der Proportionalmagnet (2) gegen eine erste Endfläche (6) des beweglichen Ventilschiebers (4) drückt und die Rückstellfeder (5) auf eine zweite Endfläche (7) des Ventilschiebers (4) drückt, wobei die Federvorspannung der Rückstellfeder (5) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (5) mit ihrer von der Endfläche (7) des Ventilschiebers (4) abgewandten Seite von einer Einstellbuchse (8) abgestützt ist, die ein Innengewinde (9) aufweist, das mit einem in der Ventilhülse (3) angeformten Außengewinde (10) zusammenwirkt, wobei die Ventilhülse (3) und die Einstellbuchse (8) aus Kunststoff bestehen, und wobei die Einstellbuchse (8) und die Ventilhülse (3) miteinander durch Schweißen stoffschlüssig verbunden sind, und wobei die Einstellbuchse (8) in ihrer mittigen Bohrung (12) einen Filterkörper (13) aufnimmt.
  2. Elektrohydraulisches Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbuchse (8) und die Ventilhülse (3) durch Laserschweißen miteinander verbunden sind, wobei die Einstellbuchse (8) aus einem Kunststoff besteht, der für die Strahlung des verwendeten Lasers transparent ist, während die Ventilhülse (3) aus einem Kunststoff besteht, der die Strahlung des verwendeten Lasers absorbiert.
  3. Elektrohydraulisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbuchse (8) an ihrer Stirnfläche Nuten (11) zur Aufnahme eines Einstellwerkzeugs aufweist, wobei die Seitenflächen (16) der Nuten (11) axial und radial verlaufen.
  4. Verfahren zur Herstellung eines elektrohydraulischen Ventils (1), das mindestens aus einem Elektromagneten (2), einer Ventilhülse (3), einem Ventilschieber (4), einer Rückstellfeder (5) und einer Einstellbuchse (8) für die Federvorspannung der Rückstellfeder (5) besteht, wobei die Einstellbuchse (8) weggesteuert mittels eines Einstellwerkzeugs eingeschraubt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft der Rückstellfeder (5) während des Einschraubvorgangs größer ist als die axiale Kraft des Einstellwerkzeugs, und wobei nach dem Erreichen der aus einer vorhergehenden Vermessung der Rückstellfeder (5) ermittelten Sollposition die Einstellbuchse (8) mittels eines Lasers mit der Ventilhülse (3) verschweißt wird, wobei der Strahl (14) des Lasers die für diesen Strahl (14) transparente Einstellbuchse (8) durchdringt und auf die Ventilhülse (3) trifft, die den Strahl (14) des Lasers absorbiert, wobei die Wegsteuerung aus einer Messung der Wegdifferenz zwischen einer Endfläche der Einstellbuchse (8) und einer Endfläche der Ventilhülse (3) sowie einer durch das motorisch angetriebene Einstellwerkzeug bewirkten Drehung der Ventilhülse (3) besteht, wobei die Drehung bei Erreichen des vorbestimmten Sollwertes für die Wegdifferenz abgeschaltet wird, wobei die Messung der Wegdifferenz für diejenigen Drehwinkel der Einstellbuchse, bei denen eine Messung wegen des Durchfahrens einer der Nuten (11) in der Einstellbuchse (8) versagt, durch eine Berechnung der Wegdifferenz aus dem Drehwinkel ersetzt wird, gestützt auf die vorhergehende Messung der Wegdifferenz.
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