DE102020118902A1

DE102020118902A1 - Proportionales hydraulisches Zweistufenventil

Info

Publication number: DE102020118902A1
Application number: DE102020118902.8A
Authority: DE
Inventors: Jason P. Idalski; Andrew Wayne Baker; Pride Steven R. II
Original assignee: Fema Corp of Michigan
Current assignee: Fema Corp of Michigan
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2021-12-30

Abstract

Ein Ventil (100) enthält einen Elektromagneten (210) mit einer Kammer (220), in der ein Stift (212) untergebracht ist, der betätigt wird, wenn der Elektromagnet erregt wird. Das Ventil enthält auch einen Kolben (310), der in einer Hülse (320) untergebracht ist. Die Hülse umfasst einen Versorgungsabschnitt (326) mit einem Versorgungsanschluss (P, Ps), der mit einer Versorgungsquelle (110) in Verbindung steht, und einen Tankabschnitt (324) mit einem Tankanschluss (P, PT), der mit einem Reservoir (120) in Verbindung steht. Der Kolben umfasst einen Körper (312) mit einem ersten Durchgang (318), der Fluid von der Versorgungsquelle aufnimmt, wenn eine Öffnung für den ersten Durchgang mit dem Versorgungsanschluss ausgerichtet ist. Wenn der Elektromagnet erregt wird und die Öffnung für den ersten Durchgang mit dem Versorgungsanschluss ausgerichtet ist, übt Fluid von der Versorgungsquelle (i) eine Kraft auf den Kolbenkörper in einer Betätigungsrichtung durch den Stift aus und (ii) fließt zu einem zweiten Durchgang innerhalb des Ventils.

Description

PRIORITÄTSANSPRÜCHE
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Juni 2020 eingereichten PCT-Anmeldung Nr. PCT/US20/39837 und der am 26. Juni 2020 eingereichten U.S. Patentanmeldung Nr. 16/913,279 . Der gesamte Inhalt der oben genannten Anmeldungen wird hier durch Verweis aufgenommen.
TECHNISCHER BEREICH
Diese Offenlegung betrifft ein proportionales hydraulisches Zweistufenventil.
HINTERGRUND
Hydraulik bezieht sich typischerweise auf die Verwendung von inkompressiblen Fluiden relativ hoher Dichte (d.h. Hydraulikfluid) zur Ausführung von Arbeiten. Hydrauliksysteme können eine Anordnung von einem oder mehreren Hydraulikkreisläufen verwenden, um diese Arbeit auszuführen (z.B. das Bewegen eines Objekts). Ein Hydraulikkreislauf umfasst im Allgemeinen Komponenten, die auf Fluiddynamik basierende Operationen ausführen. Hydraulikkreise steuern häufig den Fluidstrom und damit den Fluiddruck, um die Arbeit entweder innerhalb des Kreises oder außerhalb des Kreises auszuführen. Ein Hydraulikkreis kann mechanisch und/oder elektrisch (z.B. durch elektrische Signale) gesteuert werden. Hydraulikventile sind mechanische Vorrichtungen, die zur Regulierung des Fluidstroms innerhalb eines Hydraulikkreises verwendet werden; sie können zum Schließen einer Leitung, zur Umleitung von unter Druck stehendem Fluid oder zur Steuerung des Flussniveaus zu einem bestimmten Bereich verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Offenlegung sieht ein proportionales hydraulisches Zweistufenventil vor. Das Ventil enthält eine vorgesteuerte Stufe mit einem Elektromagneten, wobei der Elektromagnet eine Magnetkammer umfasst, in der ein Magnetstift untergebracht ist. Wenn der Elektromagnet unter Spannung gesetzt wird, betätigt der Elektromagnet den Magnetstift. Das Ventil enthält auch eine Hauptstufe mit einem Proportional-Kolben, der in einer Kolbenhülse untergebracht ist. Die Kolbenhülse umfasst einen Versorgungsabschnitt mit mindestens einem Versorgungsanschluss, der in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluid-Versorgungsquelle steht, und einen Tankabschnitt mit mindestens einem Tankanschluss, der in Fluidverbindung mit einem Reservoir für das Hydraulikfluid steht. Der Proportional-Kolben enthält einen Kolbenkörper mit einem ersten Fluidkanal, der Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle erhält, wenn eine Öffnung für den ersten Fluidkanal im Kolbenkörper mit der mindestens einen Versorgungsöffnung des Versorgungsabschnitts ausgerichtet ist. Wenn der Elektromagnet erregt wird und die Öffnung für den ersten Fluidkanal im Kolbenkörper mit der mindestens einen Versorgungsöffnung des Versorgungsabschnitts ausgerichtet ist, übt Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle eine Kraft auf den Kolbenkörper in einer Betätigungsrichtung durch den Magnetstift aus und fließt zu einem zweiten Fluidkanal innerhalb der vorgesteuerten Stufe des Ventils. Der zweite Fluidkanal steht in Fluidverbindung mit dem Vorratsbehälter für das Hydraulikfluid.
Implementierungen der Offenlegung können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale umfassen. Bei einigen Implementierungen umfasst der Kolbenkörper mindestens einen Arbeitsanschluss entlang einer zentralen Achse des Kolbenkörpers. In diesem Fall kann der Kolbenkörper eine Kammer entlang der Mittelachse des Kolbenkörpers umfassen, wobei die Kammer den mindestens einen Arbeitsanschluss umfassen kann, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts und dem mindestens einen Tankanschluss des Tankabschnitts kommuniziert. Optional kann der Kolbenkörper eine dem Magnetstift zugewandte obere Fläche aufweisen. In diesem Fall, wenn der Elektromagnet erregt wird und die Öffnung für den ersten Fluidkanal im Kolbenkörper mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts ausgerichtet ist, kann Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle die Kraft auf den Kolbenkörper gegen die obere Fläche des Kolbenkörpers ausüben.
In einigen Beispielen enthält das Ventil eine mechanische Verbindung zwischen der vorgesteuerten Stufe und der Hauptstufe, wobei eine Betätigung des Magnetstiftes den Magnetstift mit der mechanischen Verbindung koppelt, um den Kolbenkörper innerhalb der Kolbenhülse zu bewegen. Dabei kann sich der Kolbenkörper innerhalb der Kolbenhülse in einem ersten und einem zweiten Zustand in Betätigungsrichtung bewegen. Während des ersten Zustands kann die Betätigung des Magnetstifts die mechanische Verbindung in den Kolbenkörper treiben und den Kolbenkörper in eine erste Position bewegen. Während des zweiten Zustands kann sich der Kolbenkörper von der mechanischen Verbindung abkoppeln und die Kraft, die durch das durch den ersten Fluidkanal fließende Hydraulikfluid auf den Kolbenkörper ausgeübt wird, kann den Kolbenkörper entlang der Kolbenhülse von der ersten Position in eine zweite Position bewegen, die weiter von der mechanischen Verbindung entfernt ist. Die mechanische Verbindung kann ein strömungsbegrenzendes Element wie z.B. eine Kugel und einen ringförmigen Sitz für die Kugel umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Kolbenkörper kann eine Verbindungsstange mit einem Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der Innendurchmesser des ringförmigen Sitzes für die Kugel. Hier kann während des ersten Zustands und des zweiten Zustands Hydraulikfluid, das durch den ersten Fluidkanal des Kolbenkörpers strömt, mit dem zweiten Fluidkanal entlang eines Fluidweges zwischen der Verbindungsstange und dem ringförmigen Sitz kommunizieren, und das Hydraulikfluid kann eine entsprechende Kraft auf die Kugel ausüben, damit das Hydraulikfluid zwischen dem ringförmigen Sitz und der Kugel zum zweiten Fluidkanal fließen kann. Das Ventil kann eine Kugelkammer enthalten, in der die Kugel und der ringförmige Sitz für die Kugel untergebracht sind, wobei die Kugelkammer mindestens eine Öffnung enthalten kann, die zumindest teilweise den zweiten Fluidkanal definiert. Bei einigen Implementierungen befindet sich der Tankabschnitt der Kolbenhülse an einer Stelle, die dem Elektromagneten am nächsten liegt, und der erste Durchgang erstreckt sich über eine Länge des Kolbenkörpers von einer oberen Fläche des Kolbenkörpers, wobei eine Länge des ersten Durchgangs größer ist als eine Länge des Tankabschnitts der Kolbenhülse.
Ein weiterer Aspekt der Offenlegung sieht eine erste Stufe eines zweistufigen Ventils vor. Die erste Stufe des zweistufigen Ventils umfasst einen Kolbenkörper mit einem Steuerfluidkanal. Die erste Stufe des zweistufigen Ventils umfasst auch eine Kolbenhülse, in welcher der Kolbenkörper untergebracht ist. Die Kolbenhülse umfasst einen Versorgungsabschnitt mit mindestens einem Versorgungsanschluss in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluid-Versorgungsquelle und einen Tankabschnitt mit mindestens einem Tankanschluss in Fluidverbindung mit einem Reservoir für das Hydraulikfluid. Wenn die erste Stufe deaktiviert wird, ist der Steuerfluidkanal im Kolbenkörper für die Aufnahme von Hydraulikfluid von der Hydraulikfluid-Versorgungsquelle gesperrt. Wenn der Steuerfluidkanal im Kolbenkörper mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts ausgerichtet ist, strömt Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle durch den Steuerfluidkanal, um eine Antriebskraft auf den Kolbenkörper auszuüben, um den Kolbenkörper entlang einer Länge der Kolbenhülse in einer Betätigungsrichtung gegen eine Rückstellkraft zu bewegen.
Dieser Aspekt kann eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale umfassen. In einigen Konfigurationen enthält der Kolbenkörper mindestens einen Arbeitsanschluss entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers. In diesem Fall kann der Kolbenkörper eine Kammer entlang der Mittelachse des Kolbenkörpers umfassen, und die Kammer kann den mindestens einen Arbeitsanschluss umfassen, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts und dem mindestens einen Tankanschluss des Tankabschnitts kommuniziert.
In einigen Beispielen umfasst der Kolbenkörper eine untere Fläche, die so konfiguriert ist, dass sie die Rückstellkraft aufnimmt, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche. Wenn sich in diesem Beispiel der Kolbenkörper entlang der Länge der Kolbenhülse bewegt, vergrößert sich ein Steuervolumen innerhalb der Kolbenhülse im Volumen über die obere Fläche des Kolbenkörpers hinaus. Die Antriebskraft, die durch das Hydraulikfluid aus dem Steuerfluidkanal ausgeübt wird, kann proportional zu einer Zunahme des Steuervolumens über der Oberseite des Kolbenkörpers an Größe zunehmen.
Bei einigen Implementierungen umfasst der Kolbenkörper eine untere Fläche, die zur Aufnahme der Rückstellkraft konfiguriert ist, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche. Bei dieser Ausführung enthält der Kolbenkörper eine Kammer entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers, wobei die Kammer die mindestens eine Arbeitsöffnung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv zwischen der mindestens einen Versorgungsöffnung des Versorgungsabschnitts und der mindestens einen Tanköffnung des Tankabschnitts kommuniziert. Eine Öffnung für den Steuerfluidkanal befindet sich an einer Stelle entlang einer Länge des Kolbenkörpers, die näher an der Bodenfläche des Kolbenkörpers liegt als die mindestens eine Arbeitsöffnung.
In einigen Konfigurationen umfasst der Kolbenkörper eine untere Fläche, die so konfiguriert ist, dass sie die Rückstellkraft aufnimmt, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche. In dieser Konfiguration enthält der Kolbenkörper eine Kammer entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers, und die Kammer enthält die mindestens eine Arbeitsöffnung, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv zwischen der mindestens einen Versorgungsöffnung des Versorgungsabschnitts und der mindestens einen Tanköffnung des Tankabschnitts kommuniziert. Ferner ist ein erster Abstand zwischen dem mindestens einen Arbeitsanschluss und der oberen Oberfläche kleiner als ein zweiter Abstand zwischen einer Öffnung für den Steuerfluidkanal und der oberen Oberfläche.
In einigen Beispielen, wenn der Steuerfluidkanal im Kolbenkörper mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts ausgerichtet ist, fließt ein erster Teil des Hydraulikfluids von der Versorgungsquelle durch den Steuerfluidkanal, um die Antriebskraft auf den Kolbenkörper aufzubringen, und ein zweiter Teil des Hydraulikfluids von der Versorgungsquelle fließt durch den Steuerfluidkanal und aus der Kolbenhülse heraus zum Vorratsbehälter. Hier kann der Kolbenkörper eine untere Fläche, die zur Aufnahme der Rückstellkraft konfiguriert ist, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche aufweisen. Wenn sich der Kolbenkörper entlang der Länge der Kolbenhülse bewegt, kann sich ein Steuervolumen innerhalb der Kolbenhülse im Volumen über der oberen Oberfläche des Kolbenkörpers vergrößern, und als Reaktion auf die Volumenvergrößerung über der oberen Oberfläche des Kolbenkörpers kann sich das Volumen des zweiten Teils der Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle, die durch den Steuerfluidkanal und aus der Kolbenhülse heraus zum Reservoir fließt, verringern.
Bei einigen Implementierungen entspricht eine aktivierte Position für den Kolbenkörper einer Position, bei der mindestens ein Arbeitsanschluss im Kolbenkörper mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts ausgerichtet ist. Wenn sich der Kolbenkörper entlang der Länge der Kolbenhülse in Betätigungsrichtung in die aktivierte Position bewegt, stimmt eine Öffnung des Steuerfluidkanals mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts überein, bevor der mindestens eine Arbeitsanschluss mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts übereinstimmt.
Ein weiterer Aspekt der Offenlegung sieht ein Ventil vor. Das Ventil enthält einen erregbaren Elektromagneten mit einer Magnetkammer, in der ein Magnetstift untergebracht ist. Das Ventil umfasst auch einen Proportional-Kolben mit einem Kolbenkörper und einer Kolbenhülse. Die Kolbenhülse beherbergt den Kolbenkörper und umfasst einen Versorgungsabschnitt mit mindestens einem Versorgungsanschluss in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluid-Versorgungsquelle und einen Tankabschnitt mit mindestens einem Tankanschluss in Fluidverbindung mit einem Reservoir für das Hydraulikfluid. Der Kolbenkörper enthält einen ersten Fluidkanal, der sich von einer ersten Öffnung zu einer zweiten Öffnung erstreckt. Die erste Öffnung ist der Kolbenhülse und die zweite Öffnung dem Magnetstift zugewandt. Das Ventil enthält außerdem eine mechanische Verbindung, die den Magnetstift mit dem Kolbenkörper verbindet. Die mechanische Verbindung umfasst zumindest teilweise einen zweiten Fluidkanal, der sich durch die Kolbenhülse zum Tankabschnitt erstreckt. Das Ventil umfasst auch einen Durchflussweg für Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle, wobei der Durchflussweg den ersten Fluidkanal und den zweiten Fluidkanal umfasst. Wenn der erregbare Elektromagnet entregt ist, ist die erste Öffnung des ersten Fluidkanals nicht mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts ausgerichtet.
Dieser Aspekt kann eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale umfassen. In einigen Beispielen umfasst die mechanische Verbindung eine Kugel und einen ringförmigen Sitz mit einem Innendurchmesser zur Aufnahme der Kugel, wobei der zweite Fluidkanal zwischen der Kugel und dem ringförmigen Sitz entsteht. Hier kann das Ventil ein Steuervolumen zwischen dem ringförmigen Sitz und einer dem Magnetstift zugewandten Oberseite des Kolbenkörpers umfassen.
Bei einigen Implementierungen enthält das Ventil ein Steuervolumen zwischen der mechanischen Verbindung und einer dem Magnetstift zugewandten Oberseite des Kolbenkörpers. Wenn bei dieser Implementierung (i) die erste Öffnung mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss des Versorgungsabschnitts der Kolbenhülse ausgerichtet ist und (ii) die Betätigung des Magnetstifts den zweiten Fluidkanal schließt, vergrößert sich ein Volumen eines Hydraulikfluids, das von der Hydraulikfluid-Versorgungsquelle durch den ersten Fluidkanal zugeführt wird, um das Steuervolumen. Der Tankabschnitt der Kolbenhülse kann näher an der mechanischen Verbindung liegen als der Versorgungsabschnitt der Kolbenhülse.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Implementierungen der Offenlegung sind in den beiliegenden Zeichnungen und der Beschreibung unten aufgeführt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich sein.
Figurenliste

1A und 1B sind schematische Ansichten eines Beispiels von Zweistufenventilen.
2A ist eine Explosionsdarstellung eines Beispiels eines Zweistufenventils.
2B und 2C sind perspektivische Schnittdarstellungen eines Beispielsweise eines Zweistufenventils aus 2A entlang der Schnittlinie A-A.
2D ist eine Querschnittsansicht des Beispiels der Zweistufenventils von 2A im deaktivierten Zustand.
2E ist eine Querschnittsansicht des Beispiels eines Zweistufenventils von 2A in einem Übergangszustand.
2F ist eine Querschnittsansicht des Beispiels eines Zweistufenventils von 2A in einem vorgesteuerten Zustand.
2G ist eine Querschnittsansicht des Beispiels eines Zweistufenventils von 2A im betätigten Zustand.

Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen weisen auf ähnliche Elemente hin.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1A und 1B sind Beispiele für ein Hydraulikventil 100 (z.B. als Hydraulikschema dargestellt). Im Allgemeinen wird das Hydraulikventil 100 in einem Hydrauliksystem 10 implementiert. Ein Hydrauliksystem 10 umfasst typischerweise Komponenten, die fluiddynamische Vorgänge ausführen, die mechanisch und/oder elektrisch (z.B. durch elektrische Signale) gesteuert werden können. Hier umfasst das Hydrauliksystem 10 eine Versorgungsquelle 110, einen Tank 120, ein Steuerelement 130 und eine elektrische Eingangsquelle 140.
Im Allgemeinen ist eine Versorgungsquelle 110, wie z.B. eine Pumpe, ein mechanisches Bauteil, das durch Übertragung von mechanischer Energie auf ein Fluid Fluid-Energie erzeugt (d.h. eine Fluidströmung, die durch die Fluidgeschwindigkeit gesteuert wird). Beispielsweise überträgt eine Motorwelle ein Drehmoment auf eine Pumpenwelle und erzeugt eine Fluidgeschwindigkeit. Hydraulische Pumpen können hydrodynamisch oder hydrostatisch sein. Eine hydrodynamische Pumpe neigt dazu, mit steigendem Kopfdruck, der der Pumpe entspricht, an Kapazität zu verlieren (z.B. aufgrund von Fluidleckage und Druckabfall beim Anhalten der Pumpe). Andererseits fördert eine hydrostatische Pumpe in der Regel unabhängig vom Druck am Auslassanschluss ein festes Fluidvolumen von ihrem Einlass zu ihrem Auslass.
Da es sich bei Hydrauliksystemen, wie z.B. dem Hydrauliksystem 10, um geschlossene Systeme handelt, wird das Hydraulikfluid des Systems häufig gespeichert und/oder in einen Tank 120 zurückgeleitet. Der Tank 120 bezieht sich im Allgemeinen auf einen Niederdruckabschnitt des Hydrauliksystems 10 im Verhältnis zu einem Betriebsdruck der Quelle 110. Mit anderen Worten kann der Tank 120 ein tatsächlicher Vorratsbehälter oder ein zusätzlicher Hydraulikkreislauf sein, der mit einem niedrigeren Druck als dem Betriebsdruck arbeitet. In einigen Implementierungen umfasst das Hydrauliksystem 10 mehr als einen Tank 120. Beispielsweise kann ein Hydrauliksystem 10 einen ersten Tank mit einem Druck und einen zweiten Tank mit einem zweiten Druck, der sich vom ersten Druck unterscheidet, verwenden. In diesem Fall kann das Hydrauliksystem 10 mehr als einen Tank 120 verwenden, da verschiedene Komponenten unterschiedliche Druckanforderungen haben können. Mit anderen Worten kann der Anschluss einiger Komponenten an den ersten Tank 120 zu Druckproblemen im Hydrauliksystem 10 führen. Beispielsweise können bestimmte Hydraulikkomponenten einen niedrigeren Druck als der erste Tank 120 benötigen und somit den zweiten Tank 120 erfordern (z.B. einen Pilottank).
Typischerweise steuert das Hydrauliksystem 10 die Fluiddynamik (z.B. Druck oder Durchfluss) durch das Hydraulikventil 100, um ein Steuerelement 130 zu betätigen. Ein Steuerelement 130 kann sich zum Beispiel auf einen oder mehrere Hydraulikzylinder oder einen Motortyp beziehen, der so konfiguriert ist, dass er Arbeit leistet. Zur Veranschaulichung: wenn das Hydrauliksystem 10 einem industriellen oder landwirtschaftlichen Hydrauliksystem entspricht, sind das eine oder die mehreren Steuerelemente 130 Hydraulikzylinder, welche die Arbeit zur Betätigung hydraulischer Anbaugeräte (z.B. Frontlader, Gabeln, Pflüge, Fräsen, Bodenfräsen usw.) ausführen. Dabei kann das Steuerelement 130 als Hydraulikzylinder jeder Art von Zylindern entsprechen, die Hydraulikfluid verwenden, wie z.B. ein einfachwirkender Zylinder, ein doppeltwirkender Zylinder, ein kolbenstangenloser Zylinder usw.
Unter Bezugnahme auf 1A und 1B ist das Ventil 100 ein einzelnes Hydraulikventil 100, das zwei Stufen umfasst, eine erste Stufe, die als vorgesteuerte Stufe 200 bezeichnet wird, und eine zweite Stufe, die als Hauptstufe 300 bezeichnet wird. Ein zweistufiges Ventil bezieht sich im Allgemeinen auf ein Ventil, bei dem die Funktionalität von zwei Ventilen in einer einzigen Baugruppe kombiniert (oder integriert) ist. Die Integration von mehr als einem Ventil in ein einziges Ventil beinhaltet oft strukturelle Herausforderungen (z.B. Durchfluss-/Öffnungsherausforderungen), Größenbeschränkungen (z.B. die Gewährleistung angemessener Abstände und Oberflächenbereiche, um die erforderlichen hydraulischen Kräfte bereitzustellen oder vorhandene hydraulische Kräfte zu verteilen) und/oder andere Kompatibilitätsprobleme. Hier integriert das Zweistufenventil 100 ein direktgesteuertes Proportionalventil und ein vorgesteuertes Proportionalventil. Ein Proportionalventil (auch als Proportional-Schieberventil bezeichnet) dient zur Steuerung des Durchflusses und/oder des Drucks zu einem Steuerelement 130, indem es eine Antriebskraft aufbringt, um einen Schieber gegen eine Rückstellkraft zu bewegen. Die Rückstellkraft kann eine Federkraft, eine hydraulische Kraft (z.B. vom Steuerelement 130) oder eine Kombination aus beidem sein. In einigen Beispielen werden Elektromagnete, Kraftmotoren oder indirekte Elektromagnete verwendet, um die Kraft auf den Kolben aufzubringen, um eine vorhersehbare Bewegung zwischen den Positionen zu gewährleisten, die die Rückstellkraft überwindet. Obwohl Proportional-Wegeschieberventile sich durch unendliche Stellungen zwischen null bis hundert Prozent Hub des Ventils bewegen, werden Proportional-Wegeschieberventile oft schematisch dargestellt, um die Schlüssel- oder dominierenden Funktionsstellungen zu veranschaulichen, die auftreten, wenn sich der Schieber innerhalb der Hülse bewegt. Zum Beispiel sind die 1A und 1B schematische Diagramme, die die Proportional-Schieberventile mit Balken links und rechts vom Ventil darstellen, um zu kennzeichnen, dass sich der Proportional-Schieber innerhalb einer Hülse bewegt. Dabei haben die Proportional-Schieberventile für die erste Stufe 200 und die zweite Stufe 300 in der vorgesteuerten Stufe 200 drei Stellungen (auch als Zustände bezeichnet) und in der Hauptstufe 300 drei Stellungen (auch als Zustände bezeichnet).
Ohne ihre Integration in das zweistufige Hybridventil 100 (auch einfach als zweistufiges Ventil 100 bezeichnet) haben sowohl das direktgesteuerte Proportionalventil als auch das vorgesteuerte Proportionalventil ihre individuellen Nachteile. Beispielsweise verwendet ein direktgesteuertes Proportionalventil typischerweise einen elektromagnetischen Magneten, um den Kolben direkt gegen die Rückstellkraft anzutreiben. Als solches erzeugt die Architektur des direktgesteuerten Proportionalventils eine relativ geringe Antriebskraft, was die Konstruktion eines direktgesteuerten Proportionalventils anfällig für Ausfälle, z.B. durch Verschmutzung verursachte Ausfälle, macht. Alternativ wird bei einem vorgesteuerten Proportionalventil auch ein elektromagnetischer Magnet verwendet, wobei jedoch der Elektromagnet einen Ventilkegel gegen eine Düse betätigt, um den hydraulischen Vorsteuerdruck zu steuern und den Kolben gegen die Rückstellkraft anzutreiben. Obwohl ein vorgesteuertes Proportionalventil ein wesentlich größeres Kraftpotential als das direktgesteuerte Proportionalventil aufweisen kann, benötigt das vorgesteuerte Proportionalventil weiterhin einen Hydraulikfluidstrom in Form eines Vorsteuerstroms, wenn sich das vorgesteuerte Proportionalventil in einem deaktivierten Zustand befindet. Dadurch, dass das vorgesteuerte Proportionalventil auch in einem deaktivierten Zustand weiterhin Hydraulikfluid benötigt, ist das vorgesteuerte Proportionalventil von Natur aus ineffizient in der Verwendung von Hydraulikfluid.
Im Gegensatz dazu ist das zweistufige Ventil 100 in der Lage, einen Schieber sowohl mit der elektromagnetischen Kraft eines Magneten (wie bei einem direktgesteuerten Proportionalventil) als auch mit zusätzlichem Hydraulikdruck (wie bei einem vorgesteuerten Proportionalventil) anzusteuern. Mit diesem Ansatz ist das Zweistufenventil 100 in der Lage, die großen Kraftpotentiale wie das vorgesteuerte Proportionalventil zu nutzen und gleichzeitig einen kontinuierlichen Bedarf an Hydraulikfluid in einem deaktivierten Zustand zu vermeiden. Das zweistufige Ventil 100 kann für verschiedene Arten der Steuerung zwischen der Quelle 110 und dem Steuerelement 130 eingesetzt werden. Das Zweistufenventil 100 kann als Stromregelventil (z.B. ohne Druckrückführung, wie in 1A gezeigt) oder als Druckregelventil (z.B. mit Druckrückführung, wie in 1B gezeigt) eingesetzt werden. Das Zweistufenventil 100 kann als Dreiwegeventil oder Vierwegeventil konfiguriert werden, wobei jeder „Weg“ dem Anschluss des Zweistufenventils 100 entspricht. Wenn das Zweistufenventil 100 beispielsweise ein Dreiwegeventil ist, enthält das Zweistufenventil 100 drei verschiedene Arten von Anschlüssen, wie z.B. mindestens einen Versorgungsanschluss, mindestens einen Tankanschluss und mindestens einen Steueranschluss (auch als Arbeitsanschluss bezeichnet). Wenn das zweistufige Ventil 100 ein Vierwegeventil ist, enthält das zweistufige Ventil 100 vier verschiedene Arten von Anschlüssen, wie z.B. mindestens einen Versorgungsanschluss, mindestens einen Tankanschluss, mindestens einen ersten Steueranschluss (z.B. für ein erstes Steuerelement) und mindestens einen zweiten Steueranschluss (z.B. für ein zweites Steuerelement). Auch wenn diese Variationen möglich sind, wird der Einfachheit halber die Funktionsweise des Zweistufenventils 100 als Dreiwegeventil und insbesondere in 2A-2G als Dreiwege-Druckregelventil dargestellt und beschrieben.
In 1A und 1B umfasst das zweistufige Ventil 100 die vorgesteuerte Stufe 200 und die Hauptstufe 300. Hier funktioniert die Funktionalität jeder Stufe 200, 300 ähnlich wie ein Dreistellungs-Proportional-Schieberventil (oder kann als solches dargestellt werden). In der vorgesteuerten Stufe 200 erhält ein Elektromagnet 210 ein elektrisches Signal von der elektrischen Eingangsquelle 140. Bei der elektrischen Eingangsquelle 140 kann es sich um eine beliebige Art von Regler oder Steuerungen handeln, die so konfiguriert sind, dass sie ein elektrisches Signal erzeugen, das den Elektromagneten 210 erregen kann. Wenn der Elektromagnet 210 durch ein solches elektrisches Signal erregt wird, wechselt der Elektromagnet 210 die Hauptstufe 300 von einem deaktivierten Zustand (z.B. dargestellt als ein erster Zustand S₁ der Hauptstufe 300) in einen Übergangszustand (z.B. dargestellt als ein zweiter Zustand S2 der Hauptstufe 300), indem sie einen Kolben 310 (z.B. dargestellt in 2A-2G) der Hauptstufe 300 betätigt. Im ersten Zustand S₁ oder im deaktivierten Zustand wird Hydraulikfluid zwischen dem Steuerelement 130 und dem Tank 120 auf der Grundlage einer Verbindung zwischen einem Tankanschluss P, P_T und einem Steueranschluss P, Pc innerhalb der Hauptstufe 300 kommuniziert. Ebenfalls im ersten Zustand S₁ ist ein Versorgungsanschluss P, P_s so verschlossen, dass die Quelle 110 dem Steuerelement 130 oder einer Pilotleitung 302 kein Hydraulikfluid zuführt. Um zu symbolisieren, dass die Pilotleitung 302 kein Hydraulikfluid erhält, ist ein Steueranschluss P, P_P der Hauptstufe 300 im ersten Zustand S₁ als geschlossener Anschluss dargestellt.
Wenn der Befehl an den Elektromagneten 210 weiter ansteigt (z.B. er erhält eine größere Strommenge als der anfängliche Erregerstrom, der durch das elektrische Signal geliefert wird), betätigt der Elektromagnet 210 den Kolben 310 der Hauptstufe 300 in den zweiten Zustand S₂ , in dem Hydraulikfluid von der Quelle 110 zur Pilotleitung 302 zu fließen beginnt, basierend auf einer Fluidverbindung zwischen dem Versorgungsanschluss Ps und dem Steueranschluss P_P . Mit der Fluidverbindung zwischen dem Versorgungsanschluss P_S und dem Vorsteueranschluss P_P kann sich der hydraulische Vorsteuerdruck auf ein Druckniveau aufbauen, das in der Lage ist, den Kolben der Hauptstufe 300 zu betätigen. Hier erzeugt der Vorsteuerdruck eine hydraulische Kraft F gegen den Kolben 310, so dass die Betätigung des Kolbens 310 von der Elektromagnetbetätigung in die Vorsteuerung übergeht. Mit anderen Worten, die hydraulische Kraft F aus dem Vorsteuerdruck übernimmt die Ansteuerung des Kolbens 310 durch den Elektromagneten 210 und treibt den Kolben 310 weiter in einen aktivierten Zustand (z.B. dargestellt als dritter Zustand S₃ ). Während sich der Kolben 310 im zweiten Zustand S₂ befindet, besteht die hydraulische Fluidverbindung zwischen dem Steuerelement 130 und dem Tank 120 aufgrund der Fluidverbindung zwischen dem Steueranschluss P_C und dem Tankanschluss P_T weiterhin, aber diese Fluidverbindung beginnt sich zu schließen, wenn der Kolben 310 in den dritten Zustand S₃ (d.h. den aktivierten Zustand) eintritt. Im aktivierten Zustand oder im dritten Zustand S₃ ist der Tankanschluss P_T geschlossen und die Quelle 110 versorgt sowohl die Pilotleitung 302 (über den Steueranschluss P_P ) als auch das Steuerelement 130 (über den Steueranschluss P_C ) mit Hydraulikfluid. Mit Hydraulikfluid aus der Quelle 110 kann das Steuerelement 130 eine gewisse Arbeit verrichten (z.B. an Hydraulikzylindern oder einem Motor). Zusätzlich oder alternativ zeigt 1B, dass, wenn das zweistufige Ventil 100 eine Druckrückführung enthält, das Steuerelement 130 und/oder der Steueranschluss P_C eine Druckrückführungsleitung 304 enthalten kann, die Hydraulikfluid zur Unterstützung der Rückstellkraft gegen den Kolben 310 bereitstellt.
Bei einigen Implementierungen, wie z.B. 1A und 1B, dient die Pilotleitung 302 als Blende für das Hydraulikfluid. Zum Beispiel hat die Pilotleitung 302 eine Öffnung oder Fläche, die kleiner ist als der Steueranschluss _PP und/oder der Versorgungsanschluss P_S . Aufgrund der Konstruktion dieses kleineren Volumens für die Pilotleitung 302 kann die durch die Pilotleitung 302 fließende Hydraulikfluid einen erhöhten Durchsatz und/oder Druck aufweisen. Mit anderen Worten, das zweistufige Ventil 100 kann so ausgelegt sein, dass es den Druck der Hydraulikfluid für die Pilotleitung 302 steuert, die den Kolben 310 weiterhin in den aktivierten Zustand S₃ treibt. In 1A und 1B bezeichnen die konkaven Leitungen um die Pilotleitung 302 schematisch eine Düse.
Da der Kolben 310 der Hauptstufe 300 zwischen den Zuständen S wechselt, kann die vorgesteuerte Stufe 200 auch wie ein Proportionalventil funktionieren, das zwischen den Zuständen S wechselt. Als Dreistellungs-Proportionalventil stellen die 1A und 1B die vorgesteuerte Stufe 200 mit drei Phasen PH, PH_1-3 dar. Die vorgesteuerte Stufe funktioniert als Proportionalventil durch die Art und Weise, in der dem Magnetstift 212 des Elektromagneten 210 befohlen wird, sich mit Hilfe eines elektrischen Signals von der elektrischen Eingangsquelle 140 durch ein Magnetfeld zu bewegen. Zum Beispiel bewegt sich, wie in 2A-2G gezeigt, der Magnetstift 212 entlang eines Ventilrohrs 218 in der vorgesteuerten Stufe 200 und wechselt die vorgesteuerte Stufe 200 zwischen PH, PH_1-3 . Während die vorgesteuerte Stufe 200 zwischen den Phasen PH übergeht, wird die vorgesteuerte Stufe 200 als Zweiwege-Proportionalventil betrachtet, da die vorgesteuerte Stufe 200 in einigen Konfigurationen einen ersten und einen zweiten Weg enthält, die einem Weg entsprechen, auf dem das Pilot-Hydraulikfluid durch die vorgesteuerte Stufe 200 des zweistufigen Ventils 100 fließt. Zum Beispiel zeigen die 1A und 1B den Weg als Fluidverbindung von der Pilotleitung 302 zur Auslassleitung 202 und dann zum Tank 120. Wie in 2A-2G dargestellt, fließt das Pilot-Hydraulikfluid von der Pilotleitung 302 in einen Teil des vorgesteuerten Ventils 200 und aus einem Durchgang (z.B. als Kanal 424 dargestellt) zum Tank 120. In der ersten Phase PH₁ und der zweiten Phase PH₂ des vorgesteuerten Ventils 200 strömt das Pilot-Hydraulikfluid vom Einlass des Durchgangs zum Auslass des Durchgangs zum Tank 120. In einigen Beispielen besteht der Unterschied zwischen der ersten Phase PH₁ und der zweiten Phase PH₂ darin, dass die Betätigung des Elektromagneten 210 den Einlass des Durchgangs begrenzt oder verkleinert; dadurch entsteht ein Düseneffekt für das Pilot-Hydraulikfluid, wenn es in der zweiten Phase PH₂ vom Einlass des Durchgangs zum Auslass des Durchgangs fließt (z.B. im Vergleich zur ersten Phase PH₁ ohne Begrenzung des Einlasses des Durchgangs).
In einigen Konfigurationen arbeiten die vorgesteuerte Stufe 200 und die Hauptstufe 300 über eine mechanische Verbindung 400 zusammen. In diesem Fall koppelt die mechanische Verbindung 400 die Betätigung des Elektromagneten 210 (z.B. den Magnetstift 212) mit dem Kolben 310 der Hauptstufe 300. Bei gekoppelter Betätigung zwischen der vorgesteuerten Stufe 200 und der Hauptstufe 300 können die Phasen PH der vorgesteuerten Stufe 200 verknüpft werden oder den Zuständen S der Hauptstufe 300 entsprechen. Wenn die Hauptstufe 300 von einem deaktivierten Zustand (dem ersten Zustand S₁ ) in den betätigten Zustand (den dritten Zustand S₃ ) übergeht, durchläuft die vorgesteuerte Stufe 200 drei Phasen PH, PH_1-3 . Mit anderen Worten, wenn die Betätigung des Kolbens 310 von der Elektromagnet- zur Vorsteuerung übergeht, kann die vorgesteuerte Stufe 300 zwischen den drei Phasen PH wechseln, die einer Phase mit offenem Durchfluss oder einer ersten Phase PH, PH₁ , einer Phase mit gedrosseltem Durchfluss oder einer zweiten Phase PH, PH₂ und einer Phase mit geschlossenem Durchfluss PH, PH₃ entsprechen. Wenn sich beispielsweise die Hauptstufe 300 im zweiten Zustand S₂ befindet und die Quelle 110 die Pilotleitung 302 mit Hydraulikfluid versorgt, kann sich die vorgesteuerte Stufe 200 in ihrer ersten Phase PH₁ befinden. Wenn die Betätigung des Kolbens 310 von der Magnetbetätigung in die Steuerung des Pilot-Hydraulikfluids übergeht, kann sich die vorsteuerbetätigte Stufe 200 in die zweite Phase PH₂ verschoben haben, in der der Durchfluss des Pilot-Hydraulikfluids stärker eingeschränkt wird. Da die Hauptstufe 300 zwischen dem zweiten Zustand S₂ und dem dritten Zustand S₃ übergeht, erfordert die Betätigung des Kolbens 310 einen erhöhten Betrag an hydraulischer Kraft gegen die Rückstellkraft durch das Pilot-Hydraulikfluid. Um diese Forderung nach einer Erhöhung der hydraulischen Kraft zu erfüllen, kann die vorgesteuerte Stufe 200 in die dritte Phase PH₃ übergehen, wodurch verhindert wird, dass Pilot-Hydraulikfluid durch den Durchgang zur Auslassleitung 202 austritt. Indem verhindert wird, dass Pilot-Hydraulikfluid durch die Auslassleitung 202 aus dem Zweistufenventil 100 austritt, stellt die vorgesteuerte Stufe 200 sicher, dass das Pilot-Hydraulikfluid innerhalb des Zweistufenventils 100 verbleibt, um genügend Kraft bereitzustellen, um den Kolben 310 in den betätigten Zustand (d.h. den dritten Zustand S₃ ) der Hauptstufe 300 zu treiben.
2A-2G sind Beispiele für ein zweistufiges Ventil 100. In diesen Beispielen umfasst die vorgesteuerte Stufe 200 den Elektromagneten 210 und eine Gehäuseanordnung 220. In einigen Implementierungen umfasst die Gehäuseanordnung 220 ein Hauptgehäuse 222, eine Elektromagnet-Steckverbinder-Gehäuse-Unterbaugruppe 224 und ein Spulengehäuse 226. Die Elektromagnet-Steckverbinder-Unterbaugruppe 224 kann ferner eine Gehäusekappe 224, 224a, eine Elektromagnet-Steckverbinder-Buchse 224, 224b, eine Steckverbinder-Gehäuse-Dichtung 224, 224c und einen Magnetpol 224d enthalten. Die Elektromagnet-Steckverbinder-Baugruppe 224 ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass ein Gegenstecker in die Steckverbinder-Buchse 224b gesteckt werden kann, um mit den aus dem Spulengehäuse 226 herausragenden Anschlüssen Kontakt herzustellen. Der Gegensteckverbinder kann mit der elektrischen Eingangsquelle 140 verdrahtet werden und kann das elektrische Signal von der elektrischen Eingangsquelle 140 übertragen, um den Elektromagneten 210 zu erregen. Dabei können eine oder mehrere Komponenten der Elektromagnet-Steckverbinder-Unterbaugruppe 224 (z.B. die Gehäusekappe 224a oder die Gehäusedichtung 224c) es ermöglichen, die Steckverbinder-Verbindung und/oder den Elektromagneten selbst gegen Elemente der Umgebung, wie z.B. Verunreinigungen oder Feuchtigkeit, abzudichten/zu schützen.
Wie in 2A dargestellt, bezieht sich die Gehäusekappe 224a auf eine äußerste obere Fläche der Elektromagnet-Steckverbinder-Gehäuse-Unterbaugruppe 224, die zumindest teilweise um den Teil der Steckverbinder-Buchse 224b gewickelt ist, der aus einer oberen Fläche der Steckverbinder-Buchse 224b herausragt. Hier ist der Vorsprung der Steckverbinder-Buchse 224b so konfiguriert, dass er einen Gegensteckverbinder aufnimmt und alle Anschlüsse oder internen Verbindungen zumindest teilweise umschließt und/oder gegen potentielle Beschädigung abdichtet. Die Steckverbinder-Gehäuse-Dichtung 224c ist eine weitere Schutzschicht für das Gehäuse 220, die so konfiguriert ist, dass sie eine Schutzbarriere für die internen Komponenten des Elektromagneten 210 bildet. Unterhalb der Steckverbinder-Gehäuse-Dichtung 224c ist eine Folge von Metallwicklungen, die als Spulen 214 bezeichnet werden, in Umfangsrichtung um das Spulengehäuse 226 gewickelt, um ein Magnetfeld entlang einer Mittelachse der Gehäuseanordnung 222 zu erzeugen. Wenn die elektrische Eingangsquelle 140 ein elektrisches Signal in Form von Strom liefert, um den Elektromagneten 210 zu erregen, erzeugen die Spulen 214 ein Magnetfeld.
Eine Elektromagnet 210 bezieht sich typischerweise auf eine Kombination aus einem Anker 216, dem Magnetstift 212 (auch als Stößel bezeichnet) und den Spulen 214. Wenn ein elektrischer Strom an den Elektromagneten 210 angelegt wird (z.B. durch die elektrische Eingangsquelle 140), erzeugen die Spulen 214 das Magnetfeld mit einer Magnetkraft, die in der Lage ist, den Anker 216 in den Magnetstift 212 zu betätigen; der Magnetstift 212 wird um eine gewisse Strecke innerhalb einer Magnetkammer 218 verschoben (z.B. dargestellt als zylindrisches Ventilrohr, das den Anker 216 und den Magnetstift 212 innerhalb des Hauptgehäuses 222 umgibt). Beim Aufbau des zweistufigen Ventils 100 kann die Verschiebung des Magnetstiftes 212 den Magnetstift 212 in Richtung oder in den Kolben 310 treiben. Hier bezieht sich eine Betätigungsrichtung für den Magnetstift 212 auf eine Richtung, die den Kolben 310 gegen die Rückstellkraft des Kolbens drücken würde. In einigen Konfigurationen ist das zweistufige Ventil 100 ein zylindrisches Ventil 100, bei dem die vorgesteuerte Stufe 200 über der Hauptstufe 300 so angeordnet ist, dass der Magnetstift 212 nach unten (z.B. entlang einer Mittelachse des Ventils 100) in Richtung des Kolbens 310 gedrückt wird.
Was den allgemeinen Aufbau der vorgesteuerten Stufe 200 betrifft, so kann das Hauptgehäuse 222 so konstruiert sein, dass es die Komponenten des Elektromagneten 210 und mindestens einen Teil des Spulengehäuses 226 aufnimmt, um die äußere Hülle (d.h. die Außenwände) für die vorgesteuerte Stufe 200 des zweistufigen Ventils 100 zu bilden. Die Steckverbinder-Gehäuse-Unterbaugruppe 224 kann auf dem Spulengehäuse 226 und/oder dem Hauptgehäuse 222 angeordnet werden, um den Elektromagneten 210 innerhalb des Hauptgehäuses 222 zu umschließen. Wenn das zweistufige Ventil 100 im Allgemeinen zylindrisch ist, können die Komponenten der vorgesteuerten Stufe 200 entlang einer Mittelachse der zylindrischen Form ausgerichtet werden. Mit anderen Worten besitzt das Hauptgehäuse 222 zusammen mit dem Spulengehäuse 226 eine hohle Mittelkammer, die so konfiguriert ist, dass der Anker 216 und/oder der Magnetstift 212 von dem von den Spulen 214 erzeugten Magnetfeld umgeben (z.B. in Umfangsrichtung) ist und sich auf der Grundlage der Größe der durch das Magnetfeld erzeugten Magnetkraft entlang der Mittelachse bewegen kann.
Die Hauptstufe 300 umfasst im Allgemeinen den Kolben 310 und eine Kolbenhülse 320. Der Kolben 310 ist so konfiguriert, dass er sich entlang der Innenwände der Kolbenhülse 320 bewegt, so dass sich der Kolben 310 entlang einer Länge der Kolbenhülse 320 verschiebt, um sich zwischen den Zuständen S der Hauptstufe 300 zu bewegen. In einigen Beispielen enthält der Kolben 310 einen Kolbenkörper 312, der im Allgemeinen eine zylindrische Form hat. Der Kolbenkörper 312 kann einen Steueranschlussabschnitt 314 mit einem ringförmigen Steg enthalten, der es ermöglicht, Hydraulikfluid zurückzuleiten (z.B. in den Tank 120) vom oder dem Steuerelement 130 zuzuführen (z.B. von der Quelle 110). Zum Beispiel bezieht sich der ringförmige Steg auf einen umlaufenden Ausschnitt entlang des Körpers 312 des Kolbens 310, wobei der Ausschnitt des Körpers 312 (d.h. der Steueranschlussabschnitt 314) einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der durchschnittliche Außendurchmesser des gesamten Körpers 312 des Kolbens 310. In einigen Konfigurationen führt der ringförmige Steg zu mindestens einem Steueranschluss PC, der innerhalb einer Steueranschlusskammer 316 des Körpers 312 des Kolbens 310 ausgebildet ist. Zum Beispiel enthält der Kolbenkörper 312 eine Steueranschlusskammer 316 als Hohlraum innerhalb des Kolbenkörpers 312 entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers 310. Zur Veranschaulichung zeigen 2B-2G die Steueranschlusskammer 316 als einen Hohlraum innerhalb des Kolbenkörpers 312, der sich von einer unteren Fläche des Kolbens 310 aus erstreckt, die einer oberen Fläche des Kolbenkörpers 310 gegenüberliegt, die dem Magnetstift 212 entlang der Mittelachse des Körpers 312 zugewandt ist.
In einigen Konfigurationen enthält die Kammer 316 mehr als einen Steueranschluss PC entsprechend den Öffnungen, die sich vom Außendurchmesser für den Körper 312 am Steueranschlussabschnitt 314 bis zum Innendurchmesser des Körpers 312, der die Wände der Kammer 316 bildet, erstrecken. Zum Beispiel sind die Steueranschlüsse PC in gleichmäßigem Abstand (z.B. gleichmäßig verteilt) um einen Umfang des Körpers 312 des Kolbenkörpers 310 im Steueranschlussabschnitt 314 des Körpers 312 angeordnet. In einigen Beispielen befindet sich der Steueranschlussabschnitt 314 in der Nähe oder an einem Mittelpunkt entlang einer Länge des Kolbenkörpers 312.
In einigen Konfigurationen ist die Kolbenhülse 320 ein zylindrisches Rohr, das den Körper 312 des Kolbens 310 umhüllt. Hier ist ein Innendurchmesser für die Wände der Kolbenhülse 320 im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Kolbenkörpers 312, um zu verhindern, dass Hydraulikfluid in erheblichem Maße zwischen der Kolbenhülse 320 und dem Körper 312 des Kolbens 310 austritt. Zum Beispiel können die Wände der Kolbenhülse 320 einen hohlen zentralen Hohlraum 322 definieren, den der Körper 312 des Kolbens 310 zumindest teilweise ausfüllt, wenn er sich entlang der Innenwände der Kolbenhülse 320 bewegt. Wenn sich der Körper 312 des Kolbens 310 entlang der Kolbenhülse 320 bewegt, kann der Steueranschlussabschnitt 314 des Körpers 312 mit einem Tankabschnitt 324 der Kolbenhülse 320, mit einem Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320 oder mit keinem der beiden Abschnitte 324, 326 ausgerichtet sein. In einigen Beispielen ist es aufgrund der Fläche des Steueranschlussabschnitts 314 und des Abstands zwischen dem Tankabschnitt 324 und dem Versorgungsabschnitt 326 nicht möglich, den Steueranschlussabschnitt 314 mit beiden Abschnitten 324, 326 gleichzeitig auszurichten. Mit anderen Worten darf das Zweistufenventil 100 keine Konfiguration haben, bei der Hydraulikfluid einfach von der Quelle 110 über das Zweistufenventil 100 in den Tank 120 geleitet wird. Der Tankabschnitt 324 und der Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320 beziehen sich jeweils auf einen Bereich entlang der Länge der Kolbenhülse 320, der entweder Hydraulikfluid von der Quelle 110 (d.h. dem Versorgungsabschnitt 326) aufnimmt oder Hydraulikfluid in den Tank 120 (d.h. den Tankabschnitt 324) zurückführt.
In einigen Beispielen sind der Tankabschnitt 324 und der Versorgungsabschnitt 326 durch eine Dichtung 328 fluidsisoliert, z.B. durch einen O-Ring, der in einer Ringnut um den Umfang der Kolbenhülse 320 sitzt. Zum Beispiel sind in 2B-2G drei ringförmige Dichtungen 328, 328a-c dargestellt. Die erste Ringdichtung 328a befindet sich in der Nähe der vorgesteuerten Stufe 200 des Zweistufenventils 100 und verhindert, dass das Rücklauf-Hydraulikfluid zum Tank 120 aus dem Tankabschnitt 324 austritt (z.B. in eine Umgebung um das Zweistufenventil 100). Die zweite ringförmige Dichtung 328b befindet sich zwischen dem Tankabschnitt 324 und dem Versorgungsabschnitt 326 und verhindert das Austreten von zugeführtem Hydraulikfluid in den Tankabschnitt 324 (z.B. und reduziert den Druck des zugeführten Hydraulikfluids) und/oder das Austreten von Hydraulikfluid, das in den Tank 120 zurückfließt, in den Versorgungsabschnitt 326 (z.B., und sie reduziert auch den Druck des zugeführten Hydraulikfluids). Die dritte Ringdichtung 328c befindet sich an einem Ende des Zweistufenventils 100 gegenüber der vorgesteuerten Stufe 200. Hier verhindert diese dritte Ringdichtung 328c, dass das zugeführte Hydraulikfluid aus der Quelle 110 aus dem Versorgungsabschnitt 326 leckt (d.h. entweicht) (z.B. in eine Umgebung um das Zweistufenventil 100).
Sowohl der Tankabschnitt 324 als auch der Versorgungsabschnitt 326 können jeweils einen oder mehrere Anschlüsse P enthalten, die eine Verbindung des Hydraulikfluids zwischen der Quelle 110, dem Tank 120, dem Steuerelement 130 und/oder der Pilotleitung 302 ermöglichen. In einigen Beispielen, wie z.B. 2A-2G, enthält jeder Abschnitt 324, 326 eine Vielzahl von Anschlüssen P. Zum Beispiel zeigt 2A die Anschlüsse P, die gleichmäßig über den Umfang der Kolbenhülse 320 in jedem Abschnitt 324, 326 verteilt sind. In einigen Implementierungen sind die Anschlüsse P desselben Typs koplanar und entlang des Umfangs der Kolbenhülse 320 verteilt. In 2A sind drei Tankanschlüsse P_T1-3 sichtbar, während drei Versorgungsanschlüsse P_S1-3 sichtbar sind. Dadurch, dass die Anschlüsse P entlang des Umfangs der Kolbenhülse 320 verteilt sind, kann das zweistufige Ventil 100 Stabilität und Gleichgewicht beibehalten, wenn es den Kräften ausgesetzt ist, die mit dem Hydraulikfluid verbunden sind, wenn diese auf die zylindrische Form wirken. Zum Beispiel veranschaulichen die Querschnittsansichten der 2B-2G, dass die Anschlüsse P symmetrisch um den Umfang der Kolbenhülse 320 angeordnet sein können.
In einigen Konfigurationen ist der vertikale Abstand (z.B. entlang der Länge der Kolbenhülse 320) zwischen einem Tankanschluss P_T und einem Versorgungsanschluss Ps ein Abstand, der größer oder gleich einer Länge des Steueranschlussabschnitts 314 des Körpers 312 des Kolbens 310 ist. Durch den Abstand zwischen den Anschlüssen P, der größer als die Länge des Steueranschlussabschnitts 314 ist, ermöglicht die Geometrie der Kolbenhülse 320 relativ zum Körper 312 dem elektronischen Signal und/oder der hydraulischen Kraft F zu wählen, ob das Steuerelement 130 mit einer der Quellen 110 oder dem Tank 120 fluidisch verbunden ist.
Der Kolbenkörper 312 enthält auch einen Pilotkanal 318 als Pilotleitung 302 oder als einen Teil der Pilotleitung 302. Zum Beispiel stellen die 2B und 2C den Pilotkanal 318 als einen Kanal dar, der aus dem Körper 312 des Kolbens 310 herausgebohrt wurde, um es dem Pilot-Hydraulikfluid zu ermöglichen, sich vom Versorgungsabschnitt 326 zu einem Volumen V (z.B. das in den 2B, 2C und 2D-2G gezeigte Steuervolumen V) oberhalb des Körpers 312 des Kolbens 310 innerhalb des Hohlraums 322 der Kolbenhülse 320 zu bewegen. Zum Beispiel befindet sich der Pilotkanal 318 zwischen dem Außendurchmesser des Körpers 312 und dem Innendurchmesser, der den Hohlraum 322 bildet. Basierend auf der Konstruktion des Zweiwegeventils 100 kann eine Öffnung 318o des Pilotkanals 318, welche das Hydraulikfluid von der Quelle 110 empfängt, mit dem Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320 in Fluidverbindung stehen, jedoch nicht mit dem Tankabschnitt 324 der Kolbenhülse 320. Mit anderen Worten ist in einigen Beispielen eine Länge des Pilotkanals 318 innerhalb des Körpers 312 (z.B. die Länge, die sich von der Oberseite des Körpers 312 bis in die Nähe des Versorgungsabschnitts 326 erstreckt) größer als der Abstand zwischen einer Oberseite des Körpers 312 und einem Tankanschluss P_T . Anders ausgedrückt, der Pilotkanal 318 ist nicht in der Lage, fluidisch mit dem Tankanschluss 120 zu kommunizieren. Im Gegensatz dazu kann Pilot-Hydraulikfluid, das durch den Pilotkanal 318 geleitet wird, durch mindestens einen Teil der pilotbetätigten Stufe 200 fließen und über die Auslassleitung 202 zum Tank 120 austreten.
In einigen Beispielen enthält der Kolbenkörper 312 einen Schaft 312s. Hier bezieht sich der Schaft 312s auf eine zylindrische Stange, die sich von einer oberen Fläche des Kolbenkörpers 312 (z.B. der Fläche, die dem Magnetstift 212 zugewandt ist) in Richtung des Magnetstifts 212 erstreckt. In einigen Anwendungen koppelt der Magnetstift 212 mit dem Kolben 310, indem er mit dem Schaft 312s des Körpers 312 des Kolbens 310 gekoppelt wird. Wenn sich der Kolben 310 über die mechanische Verbindung 400 mit dem Magnetstift 212 koppelt, kann der Schaft 312s das Element des Kolbens 310 sein, das sich mit der mechanischen Verbindung 400 koppelt. Mit anderen Worten kann der Schaft 312s die Betätigungskraft aufnehmen, die den Kolben 310 entlang der Kolbenhülse 320 bewegt.
In einigen Konfigurationen erfolgt die auf den Kolben 310 ausgeübte Rückstellkraft durch eine oder mehrere Federn 330. In 2A-2G z.B. wenden eine erste Feder 330, 330a und eine zweite Feder 330, 330b gemeinsam die Rückstellkraft auf den Kolben 310 an. Dabei ist jede Feder 330, welche die Rückstellkraft aufbringt, zwischen der Bodenfläche des Schiebers 310 und dem Ende (z.B. der Endkappe 340) des zweistufigen Ventils 100 im Kammerhohlraum 322 der Kolbenhülse 320 positioniert. Zusätzlich oder alternativ sind eine oder mehrere der Federn 330 in der Kammer 316 des Körpers 312 angeordnet. Unabhängig von der jeweiligen Lage bezieht sich die Rückstellkraft auf eine Kraft, die auf den Kolben 310 entgegen seiner Betätigungsrichtung ausgeübt wird. In einigen Beispielen positioniert die Rückstellkraft auch den Kolben 310 in eine Standardposition. Beispielsweise positioniert die Rückstellkraft den Kolben 310 in die Standardposition, wenn sich das zweistufige Ventil 100 in einem deaktivierten Zustand befindet (z.B. im ersten Zustand S₁ ), in dem der Kolben 310 keine Kraft aufbringt, die der Rückstellkraft entgegenwirkt. In einigen Implementierungen, wie z.B. 1B, liefert eine Steuerleitung 304 von einem Steuerelement 130 oder einem Steueranschluss P_C anstelle einer Federrückstellkraft oder zusätzlich zur Federrückstellkraft Hydraulikfluid gegen den Kolben 310 (z.B. wie in 1B dargestellt).
In einigen Konfigurationen besteht eine mechanische Verbindung 400 zwischen der vorgesteuerten Stufe 200 und der Hauptstufe 300, so dass die mechanische Verbindung 400 als Zwischenglied zur Kopplung des Magnetstiftes 212 mit dem Kolben 310 positioniert ist. In einigen Beispielen, wie in den 2A-2G, umfasst die mechanische Verbindung 400 eine Kugel 410 und eine Kugelkammer 420, in der die Kugel 410 untergebracht ist. Zusätzlich kann die Kugelkammer 420 als eine Form eines restriktiven Elements definiert werden, das z.B. einen Ringsitz 422 oder ein anderes restriktives Merkmal enthält, das in der Lage ist, den Magnetstift 212 und den Kolben 310 während des Betriebs des Ventils 100 zu entkoppeln. Hier kann die Kugelkammer 420 zwischen dem Hauptgehäuse 222 der vorgesteuerten Stufe 200 und der Kolbenhülse 320 der Hauptstufe 300 angeordnet oder eingefügt werden. Die Kugelkammer 420 kann entlang ihrer Mittelachse einen Hohlraum aufweisen. In einigen Beispielen ist die Breite des Hohlraums etwa gleich dem Durchmesser der Kugel 410 und/oder einem Außendurchmesser des Ringsitzes 422. Wenn die Kugelkammer 420 so konfiguriert ist, dass sie den Sitz 422 enthält, ist das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Sitzes 422 kleiner als der Außendurchmesser der Kugel 410. Wenn die Kugel 410 zumindest Teil der mechanischen Verbindung 400 ist, ist der Magnetstift 212 so konfiguriert, dass er die Kugel 410 in ein einschränkendes Element und/oder einen einschränkenden Raum treibt und anfänglich die Antriebskraft für den Kolben 310 liefert (z.B. am Schaft 312s des Kolbens 310). Zum Beispiel ist der Magnetstift 212 so konfiguriert, dass er die Kugel 410 in einen Teil der Kugelkammer 420 treibt (z.B. den Sitz 422 oder einen einschränkenden Teil der Kammer 420). Sobald jedoch der Magnetstift 212 die Kugel 410 vollständig in das Drosselelement (z.B. den Sitz 422) treibt, kann das aus dem Kanals 318 erhaltene Pilot-Hydraulikfluid nicht mehr an der Kugel 410 vorbeifließen, was zu einer erhöhten Ansammlung von Hydraulikfluid aus dem Pilotkanals 318 führt (z.B. in einem Steuervolumen V zwischen der Kugel 410 und der Oberseite des Kolbens 310). Durch Erhöhung der Hydraulikfluidmenge oberhalb des Kolbenkörpers 312 (z.B. im Steuervolumen V) ist die Kraft/der Druck auf der Oberseite des Kolbens 310 aus diesem Hydraulikfluid in der Lage, den Kolben 310 in Richtung der Rückstellkraft in den betätigten Zustand S3 weiter anzutreiben. Dabei wirkt das Sperrelement als mechanischer Anschlag für den Magnetstift 212. Beispielsweise wirkt der Ringsitz 422 als mechanischer Anschlag für den Magnetstift 212, so dass die im Ringsitz 422 sitzende Kugel 410 den Magnetstift 212 daran hindert, den Kolben 310 weiter zu betätigen. Mit anderen Worten verhindert, selbst wenn ein Strom den Magnetstift 212 veranlasst, mehr Kraft auf die Kugel 410 auszuüben, der ringförmige Sitz 422, dass die Kugel 410 einen weiteren Weg zurücklegt, und der Magnetstift 212 ist nicht in der Lage, den Kolben 310 weiter zu betätigen. Obwohl die Figuren das Begrenzungselement als Ringsitz 422 innerhalb der Kugelkammer 420 darstellen, kann sich das Begrenzungselement auf jedes Element beziehen, das den Magnetstift 212 daran hindert, den Kolben 310 weiter zu betätigen, indem es den Weg des Magnetstiftes begrenzt.
In einigen Beispielen enthält die Kugelkammer 420 mindestens einen Fluidkanal 424. In diesen Beispielen verbindet der Fluidkanal 424 die Auslassleitung 202 mit dem Pilotkanal 318 (d.h. der Pilotleitung 302). In einigen Anwendungen verbindet der Fluidkanal 424 die Auslassleitung 202 mit dem Pilotkanal 318 am Boden des Hauptgehäuses 222, wo der Magnetstift 212 den Kolben 310 berühren würde.
2B und 2C veranschaulichen den Strömungsweg für das Pilot-Hydraulikfluid (z.B., der Strömungsweg ist in Pfeilen dargestellt). Wenn der Magnet 210 so erregt wird, dass sich der Kolbenkörper 312 in eine Position bewegt, in der eine erste Öffnung 318o, 3180₁ des Pilotkanals 318 mit einem Versorgungsanschluss Ps der Kolbenhülse 320 ausgerichtet ist, zeigt 2B, dass das Pilot-Hydraulikfluid durch den Kanal 318, der kleiner als der Versorgungsanschluss P_S ist, und aus einer zweiten Öffnung 318o, 318o₂ des Pilotkanals 318 in den Hohlraum 322 oberhalb der Oberseite des Kolbens 310 fließt. Hier hat der Schaft 312s des Kolbens 310 einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Ringsitzes 422. Da der Schaft 312s einen kleineren Durchmesser hat, kann das Pilot-Hydraulikfluid zwischen dem Schaft 312s und der hohlen Innenseite des Ringsitzes 422 hindurchströmen, so dass der Strömungsweg auch das Volumen zwischen dem Schaft 312s und dem Ringsitz 422 einschließt. In 2B wird die Kugel 410 nicht vollständig gegen den Ringsitz 422 gedrückt, daher kann das Pilot-Hydraulikfluid weiterhin zwischen der Kugel 410 und dem Ringsitz 422 fließen, aus dem Fluidkanal 424 der Kugelkammer 420 austreten und die mit dem Tank 120 verbundene Auslassleitung 202 weiterführen. Daher kann der Durchflussweg für das Pilot-Hydraulikfluid den Pilotkanal 318, das Volumen zwischen der mechanischen Verbindung 400 (z.B. ein erstes Volumen zwischen dem Schaft 312s und dem Ringsitz 422 in Kombination mit einem zweiten Volumen zwischen der Kugel 410 und dem Ringsitz 422), den Fluidkanal 424 und die Auslassleitung 202, die mit dem Fluidkanal 424 verbunden ist, umfassen. Unter Bezugnahme auf 2B erstreckt sich der Fluidkanal 424 durch die Wand der Kugelkammer 420 und die Auslassleitung 202 durch die Wand der Kolbenhülse 320 (z.B. zum Tankabschnitt 324 der Kolbenhülse 320).
2C konzentriert sich im Gegensatz zu 2B nicht vollständig auf den Strömungsweg für das Pilot-Hydraulikfluid, sondern auf den Druck, den das Pilot-Hydraulikfluid erzeugt. Wenn beispielsweise der Elektromagnet 210 erregt wird, baut das Pilot-Hydraulikfluid weiterhin Druck gegen die Kugel 410 sowie gegen die Oberseite des Kolbenkörpers 312 auf. Darüber hinaus zeigt diese Figur, dass eine vollständig sitzende Kugel 410 (d.h. eine in den Innendurchmesser des Ringes 422 eingedrückte Kugel 410) verhindert, dass das Pilot-Hydraulikfluid in den Kanal 424 eindringt und einen größeren Druck/eine größere Kraft auf den Kolben selbst in Richtung der Rückstellkraft verursacht. In diesem Szenario wird der größere Druck/die größere Kraft verwendet, um dann den Kolben 310 weiter entlang der Kolbenhülse 320 bis zur betätigten Stelle S₃ zu betätigen.
2D-2G sind Beispiele für das zweistufige Ventil 100, das zwischen den Zuständen S und/oder Phasen PH übergeht, und den hydraulischen Fluss, der diese Zustände/Phasen begleitet. Zur Veranschaulichung des Hydraulikflusses ist das Hydraulikfluid von der Quelle 110 in schwarz ausgefüllten Pfeilen dargestellt, während das Hydraulikfluid, das zum Tank 120 zurückfließt, in schraffierten Pfeilen dargestellt ist. In 2D befindet sich das zweistufige Ventil 100 in einem deaktivierten Zustand (z.B. der erste Zustand S₁ der 1A und 1B). In einem deaktivierten Zustand hat der Elektromagnet 210 kein elektrisches Signal erhalten, das den Elektromagneten 210 erregt. In diesem deaktivierten Zustand ist der Magnetstift 212 vom Kolben 310 zurückgezogen, da auf den Magnetstift 212 keine Betätigungskraft durch ein Magnetfeld der Spulen 214 ausgeübt wird. In einigen Beispielen ist der Magnetstift 212 jedoch in Kontakt mit der Kugel 410, die wiederum in Kontakt mit dem Kolben 310 ist (z.B. der Schaft 312s des Kolbenkörpers 312). Hier ist ohne Erregung des Elektromagneten 210 die Energie zur Erzeugung des Magnetfeldes nicht vorhanden. Ausgehend von diesem deaktivierten Zustand, in dem sowohl der Magnetstift 212 mit der Kugel 410 als auch der Schaft 312s des Kolbenkörpers 310 ebenfalls mit der Kugel 410 gekoppelt ist, kann jede Kraft, die danach durch den Magnetstift 212 mechanisch auf die Kugel 410 ausgeübt wird, gleich der durch den Magnetstift 210 erzeugten Kraft sein. In Bezug auf die Hauptstufe 300 ist der Kolben 310 im deaktivierten Zustand vollständig in Richtung des Magnetstiftes 212 in eine Position zurückgezogen, die auf der Rückstellkraft der Feder(n) 330 beruht. Hier ist die zurückgezogene Position als die Oberseite des Körpers 312 des Kolbens 310 in Kontakt mit einem Boden der Kugelkammer 420 dargestellt. Wie für den ersten Zustand S₁ für die Hauptstufe 300 in 1A und 1B beschrieben wurde, ist bzw. sind im deaktivierten Zustand der/die Versorgungsanschluss(e) P_S blockiert/verschlossen und es besteht eine Fluidverbindung zwischen dem Steuerelement 130 und dem Tank 120. Dementsprechend ist auch der Pilotkanal 318 physisch blockiert und verhindert, dass in diesem Zustand S₁ unerwünschtes Pilot-Hydraulikfluid in einen Teil des zweistufigen Ventils 100 fließt. Für 2D bedeutet dies, dass der Steueranschlussabschnitt 314 des Körpers 312 des Kolbens 310 nicht mit dem Versorgungsabschnitt 326 ausgerichtet ist, sondern teilweise mit dem Tankabschnitt 324 ausgerichtet (d.h. teilweise offen) ist. Aufgrund dieser teilweisen Ausrichtung kann Hydraulikfluid aus dem Steuerelement 130 über eine Fluidverbindung zwischen dem Steueranschluss Pc und dem Tankanschluss P_T in den Tank 120 zurückfließen.
In 2E erhält die vorgesteuerte Stufe 200 einen Befehl (z.B. ein elektrisches Signal), der den Elektromagneten 210 erregt und den Kolben 310 in die Strömungsphase PH₁ des Übergangszustands S₂ überführt (z.B. in 1A und 1B als erste Phase PH₁ für den zweiten Zustand S₂ dargestellt). Auf der Grundlage dieses Befehls wird der Magnetstift 212 teilweise ausgefahren, während er in Kontakt mit der Kugel 410 ist. Durch teilweises Ausfahren des Magnetstiftes 212 (der auch in Kontakt mit der Kugel 410 steht) bewegt der Magnetstift 212 den Schaft 312s des Kolbens 310 (und den Kolben 310) proportional zum Ausfahren des Magnetstiftes. Mit dieser anfänglichen Kopplung zwischen dem Magnetstift 210, der Kugel 410 und dem Kolben 310 (z.B. dem Schaft 312s des Kolbens 310) funktioniert das zweistufige Ventil 100 ähnlich wie ein direktgesteuertes Proportionalventil, da die mechanisch durch den Magnetstift 212 aufgebrachte Kraft durch die Kugel 410 direkt auf den Kolben 310 übertragen wird. In diesem Fall bewegt die Kupplung also den Kolben 310 um eine Strecke entlang der Kolbenhülse 320, die etwa gleich der Strecke ist, die der Magnetstift 212 zurücklegt. In dieser Strömungsphase PH₁ des Übergangszustandes S₂ wird die Öffnung 318o für den Kanal 318 innerhalb des Körpers 312 des Kolbens 310 mit dem Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320 ausgerichtet. Mit dieser Ausrichtung erhält der Pilotkanal 318 Hydraulikfluid von der Quelle 110 und der Kanal 318 überträgt das Pilot-Hydraulikfluid in den Kammerhohlraum 322 der Kolbenhülse 320 oberhalb der Oberseite des Körpers 312. Da die Kugel 410 hier nicht vollständig im Sitz 422 sitzt, strömt das Pilot-Hydraulikfluid aus dem Durchgang 318 zwischen dem Schaft 312s und dem ringförmigen Sitz 422, dann zwischen der Kugel 410 und dem Sitz 422 und durch eine Kombination des Kanals 424 in der Kugelkammer 420 und der Auslassleitung 202 zum Tank 120. In dieser Phase PH₁ des Übergangszustands S₂ ist die auf die Oberseite des Kolbens 310 ausgeübte hydraulische Kraft vernachlässigbar oder minimal, da der Spalt zwischen der Kugel 410 und dem Sitz 422 groß genug ist, um den Aufbau eines signifikanten hydraulischen Steuerdrucks in der Kammeraushöhlung 322 zu verhindern. Bei einer Bewegung des Kolbens 310 in Richtung des Übergangszustands S₂ (d.h. des Zustands, in dem das Ventil von der Elektromagnet- zur Vorsteuerung übergeht) ist die auf den Kolben 310 ausgeübte Gesamtkraft nahezu gleich der Kraft, die von dem Elektromagneten 210 auf den Kolben 310 ausgeübt wird. Darüber hinaus stimmt in dieser Phase PH₁ des Übergangszustands S₂ die Position des Körpers 312 des Kolbens 310 noch immer mit einen Teil des Steueranschlussabschnitts 314 des Körpers 312 des Kolbens 310 mit dem Tankabschnitt 324 der Kolbenhülse 320 und nicht mit dem Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320 überein. Bei dieser Ausrichtung auf den Tankabschnitt 324 kann ein Teil des Hydraulikfluids vom Steuerelement 130 über eine Fluidverbindung zwischen dem Steueranschluss Pc und dem Tankanschluss P_T in den Tank 120 zurückfließen.
Bezugnehmend auf 2F geht das zweistufige Ventil 100 in eine Modulationsphase (oder Drosselphase PH₂ ) des Übergangszustands S₂ über, wenn der Elektromagnet 210 einen weiteren Befehl erhält (z.B. mehr Strom von einem elektrischen Signal der elektrischen Eingangsquelle 140 erhält). Hier erscheint die Modulationsphase PH₂ ähnlich wie in 2E, aber eine leichte Verlängerung des Magnetstiftes 212 hat die Kugel 410 weiter in Richtung des Sitzes 422 getrieben, so dass, obwohl das Pilot-Hydraulikfluid immer noch vom Vorsteuerdurchgang 318 zum Fluidkanal 424 in der Kugelkammer 420 und aus der Auslassleitung 202 fließen kann, das Pilot-Hydraulikfluid beginnt, eine beträchtliche hydraulische Kraft F gegen die Oberseite des Körpers 312 des Kolbens 310 im Kammerhohlraum 322 der Kolbenhülse 320 aufzubauen (z.B., wie durch die Pfeile an der Oberseite des Kolbenkörpers 312 dargestellt). In dieser Modulationsphase PH₂ erhält die untere Fläche der Kugel 410 Druck von der hydraulischen Kraft F. Hier ist die hydraulische Kraft F auf die untere Fläche der Kugel 410 Teil eines Gleichgewichtszustandes mit der Kraft, die vom Magnetstift 212 auf die Kugel 410 ausgeübt wird. In diesem Fall kann die auf den Kolben 310 ausgeübte hydraulische Kraft F direkt proportional zu der vom Magnetstift 212 ausgeübten Kraft sein. Zum Beispiel kann die auf den Kolben 310 ausgeübte Kraft durch die folgende Gleichung dargestellt werden: $F_{K o l b e n, h a u p t} ≅ \frac{A_{K o l b e n, h a u p t}}{A_{S i t z, I D}} (F_{E l e k t r o m a g n e t})$
wobei A_Kolben,Haupt die Oberfläche der Oberseite des Körpers 312 des Kolbens 310 ist, A_Sitz,ID die Fläche des Sitzes 422 auf der Grundlage des Innendurchmessers des Sitzes 422 ist, und F_{Elektromagnet} ist die durch den Magnetstift 212 aufgebrachte Kraft ist.
In einigen Beispielen wird mit dem signifikanten Aufbau des Drucks des Pilot-Hydraulikfluids aufgrund des reduzierten Spalts zwischen der Kugel 410 und dem Sitz 422 die auf den Kolben 310 ausgeübte hydraulische Kraft F den Körper 312 des Kolbens 310 weiter bewegen und somit den Schaft 312s des Kolbens 310 von seiner Kopplung mit der mechanischen Verbindung 400 (z.B. der Kugel 410) entkoppeln. Sobald diese Entkopplung erfolgt ist, kann der Magnetstift 212 keine Betätigungskraft mehr auf den Körper 312 des Kolbens 310 ausüben und die hydraulische Kraft F wird die Bewegung des Kolbens 310 steuern. In der Modulationsphase PH₂ kann die Position des Körpers 312 des Kolbens 310 noch einen kleinen Teil des Steueranschlussabschnitts 314 mit dem Tankabschnitt 324 der Kolbenhülse 320 ausrichten, jedoch nicht mit dem Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320. Bei diesem kleinen Bruchteil der Ausrichtung zum Tankabschnitt 324 kann das Hydraulikfluid vom Steuerelement 130 über die Fluidverbindung zwischen dem Steueranschluss P_C und dem Tankanschluss P_T immer noch in den Tank 120 zurückfließen.
In 2G ist der Kolben 310 in den voll betätigten Zustand übergegangen (z.B. der dritte Zustand S₃ der Hauptstufe 300 und die dritte Phase PH₃ , oder geschlossene Strömungsphase, der vorgesteuerten Stufe 200 aus 1A und 1B). Im voll betätigten Zustand wurde der Elektromagnet 210 durch die elektrische Eingangsquelle 140 in seinen maximalen Zustand gebracht. Hier hat der Magnetstift 212 die Kugel 410 vollständig in den Sitz 422 getrieben und den Kanal 424 zur Auslassleitung 202 zum Tank 120 geschlossen. Zum Beispiel werden die Durchflusspfeile, die dem Durchfluss des Pilot-Hydraulikfluids entsprechen, nicht mehr als Durchgang zwischen der Kugel 410 und dem Sitz 422 angezeigt. In diesem Zustand versorgt die Quelle 110 die Steuerleitung 318 mit Hydraulikfluid. Ohne die Entlüftung oder Entlastung des Vorsteuerhydraulikdrucks zum Tank 120 (z.B. über den Kanal 424 und die Auslassleitung 202) ist die hydraulische Kraft F aus dem Pilot-Hydraulikfluid im Kammerhohlraum für die gesamte Kraft auf den Kolben 310 verantwortlich. Wenn der Kolben 310 in diesen voll betätigten Zustand gefahren wird, stimmt der Steueranschlussabschnitt 314 des Körpers 312 des Kolbens 310 mit dem Versorgungsabschnitt 326 der Kolbenhülse 320 überein. Aufgrund dieser Ausrichtung ist die Quelle 110 in der Lage, das Steuerelement 130 über eine Fluidverbindung zwischen dem Versorgungsanschluss P_S und dem Steueranschluss P_C mit Hydraulikfluid zu versorgen.
Es wurde eine Reihe von Implementierungen beschrieben. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenlegung abzuweichen. Dementsprechend fallen andere Implementierungen in den Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20/39837 PCT [0001]
US 16/913279 [0001]

Claims

Ein Ventil (100) aufweisend: einen erregbaren Elektromagneten (210) mit einer Magnetkammer (220), in der ein Magnetstift (212) untergebracht ist; einen Proportional-Kolben (310) mit einem Kolbenkörper (312) und einer Kolbenhülse (320), wobei die Kolbenhülse (320) den Kolbenkörper (312) aufnimmt und einen Versorgungsabschnitt (326) mit mindestens einem Versorgungsanschluss (P, Ps) in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluid-Versorgungsquelle (110) und einen Tankabschnitt (324) mit mindestens einem Tankanschluss (P, P_T) in Fluidverbindung mit einem Reservoir (120) für das Hydraulikfluid aufweist, wobei der Kolbenkörper (312) einen ersten Fluidkanal (318) aufweist, der sich von einer ersten Öffnung zu einer zweiten Öffnung erstreckt, und wobei die erste Öffnung der Kolbenhülse (320) und die zweite Öffnung dem Magnetstift (212) zugewandt ist; eine mechanische Verbindung (400), die den Magnetstift (212) mit dem Kolbenkörper (312) koppelt, und wobei die mechanische Verbindung (400) zumindest teilweise einen zweiten Fluidkanal (202, 424) aufweist, der sich durch die Kolbenhülse (320) zu dem Tankabschnitt (324) erstreckt; und einen Strömungsweg (202, 424, 318) für Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle (110), wobei der Strömungsweg (202, 424, 318) den ersten Fluidkanal (318) und den zweiten Fluidkanal (202, 424) umfasst, und wobei, wenn der erregbare Elektromagnet (210) entregt wird, die erste Öffnung des ersten Fluidkanals (318) nicht mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist.
Ventil (100) nach Anspruch 1, wobei der Kolbenkörper (312) mindestens einen Arbeitsanschluss (P, P_C) entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers (312) aufweist.
Ventil (100) nach Anspruch 2, wobei der Kolbenkörper (312) eine Kammer (316) entlang der Mittelachse des Kolbenkörpers (312) umfasst, und wobei die Kammer (316) den mindestens einen Arbeitsanschluss (P, Pc) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) und dem mindestens einen Tankanschluss (P, P_T) des Tankabschnitts (324) kommuniziert.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Kolbenkörper (312) eine obere Fläche aufweist, die dem Magnetstift (212) zugewandt ist, und wobei, wenn der Elektromagnet (210) erregt wird und die erste Öffnung für den ersten Fluidkanal (318) im Kolbenkörper (312) mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, das Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle (110) eine Kraft (F) auf den Kolbenkörper (312) gegen die obere Fläche des Kolbenkörpers (312) ausübt.
Das Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die mechanische Verbindung (400) ein strömungsdrosselndes Element umfasst.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die mechanische Verbindung (400) ferner eine Kugel (410) und einen ringförmigen Sitz (422) mit einem Innendurchmesser zur Aufnahme der Kugel (410) aufweist, und wobei der zweite Fluidkanal (202, 424) zwischen der Kugel (410) und dem ringförmigen Sitz (422) entsteht.
Ventil (100) nach Anspruch 6, das ferner ein Steuervolumen (V) zwischen dem ringförmigen Sitz (422) und einer oberen Fläche des Kolbenkörpers (312), die dem Magnetstift (212) zugewandt ist, aufweist.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1-6, das ferner ein Steuervolumen (V) zwischen der mechanischen Verbindung (400) und einer dem Magnetstift (212) zugewandten Oberseite des Kolbenkörpers (312) aufweist, und wobei, wenn (i) die erste Öffnung mit der mindestens einen Versorgungsöffnung (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (326) der Kolbenhülse (320) ausgerichtet ist und (ii) die Betätigung des Magnetstifts (212) den zweiten Fluidkanal (202, 424) schließt, ein Volumen des Hydraulikfluids, das von der Hydraulikfluid-Versorgungsquelle (110) durch den ersten Fluidkanal (318) zugeführt wird, im Steuervolumen (V) zunimmt.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Tankabschnitt (324) der Kolbenhülse (320) näher an der mechanischen Verbindung (400) liegt als der Versorgungsabschnitt (326) der Kolbenhülse (320).
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei sich der Tankabschnitt (120) der Kolbenhülse (320) an einer Stelle befindet, die dem Elektromagneten (210) am nächsten liegt, und sich der erste Fluidkanal (318) entlang einer Länge des Kolbenkörpers (312) von einer oberen Oberfläche des Kolbenkörpers (312) aus erstreckt, und wobei eine Länge des ersten Fluidkanals (318) größer ist als eine Länge des Tankabschnitts (324) der Kolbenhülse (320).
Ein Ventil (100) aufweisend: eine vorgesteuerte Stufe (200) mit einem Elektromagneten (210), wobei der Elektromagnet (210) eine Magnetkammer (220) aufweist, in der ein Magnetstift (212) untergebracht ist, und wobei, wenn der Elektromagnet (210) erregt wird, der Elektromagnet (210) den Magnetstift (212) betätigt; eine Hauptstufe (300) mit einem Proportional-Kolben (310), der in einer Kolbenhülse (320) untergebracht ist, wobei die Kolbenhülse (320) einen Versorgungsabschnitt (326) mit mindestens einem Versorgungsanschluss (P, P_S) in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluid-Versorgungsquelle (110) und einen Tankabschnitt (324) mit mindestens einem Tankanschluss (P, P_T) in Fluidverbindung mit einem Reservoir (120) für das Hydraulikfluid aufweist, wobei der Proportional-Kolben (310) einen Kolbenkörper (312) mit einem ersten Fluidkanal (318) aufweist, der Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle (110) empfängt, wenn eine Öffnung für den ersten Fluidkanal (318) in dem Kolbenkörper (312) mit der mindestens einen Versorgungsöffnung (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, wobei, wenn der Elektromagnet (210) erregt wird und die Öffnung für den ersten Fluidkanal (318) in dem Kolbenkörper (312) mit der mindestens einen Versorgungsöffnung (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle (110) (i) eine Kraft (F) auf den Kolbenkörper (312) in einer Betätigungsrichtung durch den Magnetstift (212) ausübt und (ii) zu einem zweiten Fluidkanal (202, 424) innerhalb der vorgesteuerten Stufe (200) des Ventils (100) strömt, und wobei der zweite Fluidkanal (202, 424) in Fluidverbindung mit dem Reservoir (120) für das Hydraulikfluid steht.
Ventil (100) nach Anspruch 11, wobei der Kolbenkörper (312) mindestens einen Arbeitsanschluss (P, P_C) entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers (312) aufweist.
Ventil (100) nach Anspruch 12, wobei der Kolbenkörper (312) eine Kammer (316) entlang der Mittelachse des Kolbenkörpers (312) aufweist, und wobei die Kammer (316) den mindestens einen Arbeitsanschluss (P, Pc) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) und dem mindestens einen Tankanschluss (P, P_T) des Tankabschnitts (324) kommuniziert.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Kolbenkörper (312) eine obere Fläche aufweist, die dem Magnetstift (212) zugewandt ist, aufweist, und wobei, wenn der Elektromagnet (210) erregt wird und die Öffnung für den ersten Fluidkanal (318) im Kolbenkörper (312) mit der mindestens einen Versorgungsöffnung (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle (110) die Kraft (F) auf den Kolbenkörper (312) gegen die obere Fläche des Kolbenkörpers (312) ausübt.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 11-14, ferner aufweisend eine mechanische Verbindung (400) zwischen der vorgesteuerten Stufe (200) und der Hauptstufe (300), und wobei die Betätigung des Magnetstiftes (212) den Magnetstift (212) mit der mechanischen Verbindung (400) koppelt, um den Kolbenkörper (312) innerhalb der Kolbenhülse (320) zu bewegen.
Ventil (100) nach Anspruch 15, wobei sich der Kolbenkörper (312) innerhalb der Kolbenhülse (320) in einem ersten Zustand (S, S₁) und einem zweiten Zustand (S, S₂) in Betätigungsrichtung bewegt, wobei während des ersten Zustands (S, S₁) die Betätigung des Magnetstifts (212) die mechanische Verbindung (400) in den Kolbenkörper (312) treibt, was den Kolbenkörper (312) in eine erste Position bewegt, und wobei während des zweiten Zustands (S, S₂) der Kolbenkörper (312) von der mechanischen Verbindung (400) entkoppelt ist und die Kraft (F), die auf den Kolbenkörper (312) durch das Hydraulikfluid, das durch den ersten Fluidkanal (318) fließt, ausgeübt wird, den Kolbenkörper (312) entlang der Kolbenhülse (320) von der ersten Position in eine zweite Position bewegt, die weiter von der mechanischen Verbindung (400) entfernt ist.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die mechanische Verbindung (400) ein strömungsbegrenzendes Element umfasst.
Ventil (100) nach Anspruch 17, wobei das strömungsbegrenzende Element eine Kugel (410) und einen ringförmigen Sitz (422) für die Kugel (410) aufweist.
Ventil (100) nach Anspruch 18, wobei der Kolbenkörper (3112) eine Verbindungsstange mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des ringförmigen Sitzes (422) für die Kugel, und wobei während des ersten Zustands (S, S₁) und des zweiten Zustands (S, S₂) Hydraulikfluid, das durch den ersten Fluidkanal (318) des Kolbenkörpers (312) fließt, mit dem zweiten Fluidkanal (202, 424) entlang eines Fluidweges zwischen der Verbindungsstange und dem ringförmigen Sitz (422) in Fluidverbindung steht, und wobei das Hydraulikfluid eine entsprechende Kraft auf die Kugel (410) ausübt, damit das Hydraulikfluid zwischen dem ringförmigen Sitz (422) und der Kugel (410) zu dem zweiten Fluidkanal (202, 424) fließen kann.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, ferner mit einer Kugelkammer (420), in der die Kugel (410) und der ringförmige Sitz (422) für die Kugel (410) untergebracht sind, und wobei die Kugelkammer (420) mindestens eine Öffnung (424) aufweist, die zumindest teilweise den zweiten Fluidkanal (202, 424) definiert.
Ventil (100) nach einem der Ansprüche 11-20, wobei sich der Tankabschnitt (120) der Kolbenhülse (320) an einer Stelle befindet, die dem Elektromagneten (210) am nächsten liegt, und sich der erste Durchgang (318) entlang einer Länge des Kolbenkörpers (312) von einer oberen Oberfläche des Kolbenkörpers (312) aus erstreckt, und wobei eine Länge des ersten Durchgangs (318) größer ist als eine Länge des Tankabschnitts (324) der Kolbenhülse (320).
Eine erste Stufe (300) eines zweistufigen Ventils (100) aufweisend: einen Kolbenkörper (312) mit einem Steuerfluidkanal (318); eine Kolbenhülse (320), die den Kolbenkörper (312) aufnimmt und Folgendes umfasst: einen Versorgungsabschnitt (326) mit mindestens einem Versorgungsanschluss (P, P_S) in Fluidverbindung mit einer Hydraulikfluid-Versorgungsquelle (110) und einen Tankabschnitt (324) mit mindestens einem Tankanschluss (P, P_T) in Fluidverbindung mit einem Reservoir (120) für das Hydraulikfluid, wobei, wenn die erste Stufe (300) deaktiviert ist, der Steuerfluidkanal (318) im Kolbenkörper (312) für die Aufnahme von Hydraulikfluid von der Hydraulikfluid-Versorgungsquelle (110) gesperrt ist, und wobei, wenn der Steuerfluidkanal (318) in dem Kolbenkörper (312) mit der mindestens einen Versorgungsöffnung (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, Hydraulikfluid von der Versorgungsquelle (110) durch den Steuerfluidkanal (318) fließt, um eine Antriebskraft (F) auf den Kolbenkörper (312) auszuüben, um den Kolbenkörper (312) entlang einer Länge der Kolbenhülse (320) in einer Betätigungsrichtung gegen eine Rückstellkraft zu bewegen.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach Anspruch 22, wobei der Kolbenkörper (312) mindestens einen Arbeitsanschluss (P, Pc) entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers (312) aufweist.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach Anspruch 23, wobei der Kolbenkörper (312) eine Kammer (316) entlang der Mittelachse des Kolbenkörpers umfasst, und wobei die Kammer (316) den mindestens einen Arbeitsanschluss (P, P_C) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (326) und dem mindestens einen Tankanschluss (P, P_T) des Tankabschnitts (120) kommuniziert.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach einem der Ansprüche 22-24, wobei der Kolbenkörper (312) eine untere Fläche, die zur Aufnahme der Rückstellkraft konfiguriert ist, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche aufweist, und wobei, wenn sich der Kolbenkörper (312) entlang der Länge der Kolbenhülse (320) bewegt, ein Steuervolumen (322, V) innerhalb der Kolbenhülse (320) im Volumen (V) oberhalb der oberen Fläche des Kolbenkörpers (312) zunimmt.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach Anspruch 24, wobei die durch das Hydraulikfluid aus dem Steuerfluidkanal (318) aufgebrachte Antriebskraft (F) proportional zu einer Zunahme des Steuervolumens (322, V) über der Oberseite des Kolbenkörpers (312) ansteigt.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach einem der Ansprüche 22-26, wobei: der Kolbenkörper (312) eine untere Fläche, die zur Aufnahme der Rückstellkraft konfiguriert ist, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche umfasst; der Kolbenkörper (312) eine Kammer (316) entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers (312) aufweist, wobei die Kammer (316) den mindestens einen Arbeitsanschluss (P, P_C) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) und dem mindestens einen Tankanschluss (P, P_T) des Tankabschnitts (324) kommuniziert; und eine Öffnung für den Steuerfluidkanal (318) an einer Position entlang einer Länge des Kolbenkörpers (312) näher an der Bodenfläche des Kolbenkörpers (312) angeordnet ist als die mindestens eine Arbeitsöffnung (P, Pc).
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach einem der Ansprüche 22-27, wobei: der Kolbenkörper (312) eine untere Fläche, die zur Aufnahme der Rückstellkraft konfiguriert ist, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche aufweist; der Kolbenkörper (312) eine Kammer (316) entlang einer Mittelachse des Kolbenkörpers (312) aufweist, wobei die Kammer (316) den mindestens einen Arbeitsanschluss (P, P_C) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er selektiv zwischen dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, Ps) des Versorgungsabschnitts (326) und dem mindestens einen Tankanschluss (P, P_T) des Tankabschnitts (324) kommuniziert; und ein erster Abstand zwischen dem mindestens einen Arbeitsanschluss (P, P_C) und der oberen Fläche kleiner ist als ein zweiter Abstand zwischen einer Öffnung für den Durchgang des Steuerfluidkanals (318) und der oberen Fläche.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach einem der Ansprüche 22-28, wobei, wenn der Steuerfluidkanal (318) im Kolbenkörper (312) mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, ein erster Teil des Hydraulikfluids von der Versorgungsquelle (110) durch den Steuerfluidkanal (318) fließt, um die Antriebskraft (F) auf den Kolbenkörper (312) aufzubringen, und ein zweiter Teil des Hydraulikfluids von der Versorgungsquelle (110) durch den Steuerfluidkanal (318) und aus der Kolbenhülse (320) heraus zum Reservoir (120) fließt.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach Anspruch 29, wobei: der Kolbenkörper (312) eine untere Fläche, die zur Aufnahme der Rückstellkraft konfiguriert ist, und eine obere Fläche gegenüber der unteren Fläche aufweist, und wenn sich der Kolbenkörper (312) entlang der Länge der Kolbenhülse (320) bewegt, sich ein Steuervolumen (322, V) innerhalb der Kolbenhülse (320) im Volumen (V) oberhalb der oberen Oberfläche des Kolbenkörpers (312) vergrößert und als Reaktion auf die Vergrößerung des Volumens (V) über der oberen Oberfläche des Kolbenkörpers (312) sich das Volumen des zweiten Teils des Hydraulikfluids von der Versorgungsquelle (110), der durch den Steuerfluidkanal (318) und aus der Kolbenhülse (320) heraus zum Reservoir (120) fließt, verringert.
Erste Stufe (300) des zweistufigen Ventils (100) nach einem der Ansprüche 22-30, wobei: eine aktivierte Position für den Kolbenkörper (312) einer Position entspricht, in der mindestens ein Arbeitsanschluss (P, P_C) im Kolbenkörper (312) mit der mindestens einen Versorgungsöffnung (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (110) ausgerichtet ist; und wenn sich der Kolbenkörper (312) entlang der Länge der Kolbenhülse (320) in Betätigungsrichtung in die aktivierte Position bewegt, eine Öffnung des Steuerfluidkanals (318) mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist, bevor der mindestens eine Arbeitsanschluss (P, Pc) mit dem mindestens einen Versorgungsanschluss (P, P_S) des Versorgungsabschnitts (326) ausgerichtet ist.