DE102022004226A1

DE102022004226A1 - Valve system

Info

Publication number: DE102022004226A1
Application number: DE102022004226.6A
Authority: DE
Inventors: Guntram Schäfer; Johannes Mehnert; Alexander Kolberg
Original assignee: Amr Hydraulik Zwickau GmbH; GPI GES fur PRUEFSTANDUNTERSUCHUNGEN und INGENIEURDIENSTLEISTUNGEN MBH; Gpi Gesellschaft fur Pruefstanduntersuchungen und Ingenieurdienstleistungen Mbh
Current assignee: Amr Hydraulik Zwickau GmbH; GPI GES fur PRUEFSTANDUNTERSUCHUNGEN und INGENIEURDIENSTLEISTUNGEN MBH; Gpi Gesellschaft fur Pruefstanduntersuchungen und Ingenieurdienstleistungen Mbh
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsystem, bestehend aus einem Gehäuse Eingang (2) mit einer Verschraubung Zufluss(1) und einem Gehäuse Ausgang (9) mit einer Verschraubung Abfluss(10) und dass mit einem Gehäuse Eingang (2) eine Steuerscheibe (3) fest gefügt ist und eine drehbar angeordnete Verschlussscheibe (4) zusammen mit einer Steuerscheibe (3) einen Funktionsverbund bildet, wobei eine Verschlussscheibe (4) durch einen Laufring Lager (6) und einem Kugelkranz (7) in einem Gehäuse Ausgang (9) befestigt ist.The present invention relates to a valve system, consisting of a housing inlet (2) with an inlet screw connection (1) and a housing outlet (9) with an outlet screw connection (10), and in that a control disk (3) is firmly joined to a housing inlet (2) and a rotatably arranged closure disk (4) together with a control disk (3) forms a functional connection, wherein a closure disk (4) is fastened in a housing outlet (9) by means of a race bearing (6) and a ball race (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsystem, bestehend aus einem Gehäuse Eingang (2) mit einer Verschraubung Zufluss(1) und einem Gehäuse Ausgang (9) mit einer Verschraubung Abfluss(10) und das mit einem Gehäuse Eingang (2) eine Steuerscheibe (3) fest gefügt ist und eine drehbar angeordnete Verschlussscheibe (4) zusammen mit einer Steuerscheibe (3) einen Funktionsverbund bildet, wobei eine Verschlussscheibe (4) durch einen Laufring Lager (6) und einem Kugelkranz (7) in einem Gehäuse Ausgang (9) drehbar befestigt ist.The present invention relates to a valve system, consisting of a housing inlet (2) with an inlet screw connection (1) and a housing outlet (9) with an outlet screw connection (10), and a control disk (3) is firmly joined to a housing inlet (2), and a rotatably arranged closure disk (4) forms a functional assembly together with a control disk (3), wherein a closure disk (4) is rotatably fastened in a housing outlet (9) by a race bearing (6) and a ball race (7).

Translatorisch arbeitende Steuerventile stellen den Stand der Technik dar. Diese besitzen jedoch zur Schaltung hoher hydraulischer Leistungen den Nachteil, dass durch die Endlagen der Steuerkolben die Einstellung schneller Sollgrößen physikalisch begrenzt sind. Weiterhin werden relativ hohe Energiemengen für die Schaltbewegungen benötigt und die translatorischen Bewegungen der Steuerkolben verursachen hohe Geräuschemissionen. Nicht zuletzt sind Dämpfungseinrichtungen vorgesehen, um die Aufsetzkräfte der Steuerkolben in den Endlagen begrenzen zu können. Weiterhin ist eine Einstellung von beliebigen Zwischenpositionen der Steuerkolben zwischen den Endlagen nur mit hohem Aufwand realisierbar.Translational control valves represent the state of the art. However, these have the disadvantage that the end positions of the control pistons physically limit the setting of fast target values. Furthermore, relatively high amounts of energy are required for the switching movements and the translational movements of the control pistons cause high noise emissions. Last but not least, damping devices are provided in order to be able to limit the contact forces of the control pistons in the end positions. Furthermore, setting any intermediate position of the control pistons between the end positions is only possible with great effort.

Das Grundprinzip eines Wegeventils beruht beispielsweise auf einem Steuerschieber, der in Abhängigkeit seiner translatorischen Auslenkung die Strömungsquerschnitte für die Fluidströme definiert. Während bei Proportionalventilen eine stetige Veränderung der Schieberauslenkung möglich ist, wechseln Schaltventile zwischen mehreren definierten Schaltstellungen zur Richtungsteuerung der Ölströme. Dabei ist die Form der durchströmten Kanäle von der Schieberbauweise des Schließelementes geprägt. Aus der zwangsläufigen Form der Kanäle, mit kleinen Radien und scharfen Kanten ergibt sich ein hoher fluidtechnischer Widerstand. Die entstehenden Druckverluste werden in Wärme umgesetzt.The basic principle of a directional control valve is based on a control slide, which defines the flow cross-sections for the fluid flows depending on its translational deflection. While proportional valves allow a constant change in the slide deflection, switching valves switch between several defined switching positions to control the direction of the oil flows. The shape of the channels through which the oil flows is determined by the slide design of the closing element. The inevitable shape of the channels, with small radii and sharp edges, results in high fluid resistance. The resulting pressure losses are converted into heat.

In der Industrie und im Fahrzeugbau finden vorrangig elektrisch angesteuerte Wegeventile Verwendung. Der Steuerschieber wird durch die Rückstellfedern im Ruhezustand in einer definierten Schaltposition gehalten. Zur Ansteuerung der gewünschten Ventilstellung werden wechselweise die Elektromagnete angesteuert. Zur sicheren Realisierung der Schaltstellungen müssen die Magnete permanent gegen die Kraft der Rückstellfedern wirken.Electrically controlled directional control valves are primarily used in industry and vehicle construction. The control slide is held in a defined switching position by the return springs when at rest. The electromagnets are activated alternately to control the desired valve position. To ensure that the switching positions are achieved safely, the magnets must constantly work against the force of the return springs.

Mit der Druckschrift DE 102010061219 wird vom Anmelder Hydraulik-Ring GmbH ein elektromagnetisches Stellglied offenbart, welches einen bauchgelagerten Anker verwendet, um in einer spanlos dünn gefertigten Hülse eine axiale Bewegung ausführen zu können.With the publication EN 102010061219 The applicant Hydraulik-Ring GmbH discloses an electromagnetic actuator which uses a belly-mounted armature in order to be able to carry out an axial movement in a thin, non-cutting sleeve.

In der Druckschrift DE 102016108071 offenbart die Hilite Germany GmbH ein Hydraulikventil, bei welchem ein Ventilkolben mit Hilfe eines elektromagnetischen Aktuators axial verschiebbar ist.In the print EN 102016108071 Hilite Germany GmbH discloses a hydraulic valve in which a valve piston can be axially displaced by means of an electromagnetic actuator.

Mit der Druckschrift DE 102017104688 offenbart die ECO Holding 1 GmbH einen Kolben für ein Hydraulikventil eines Schwenkmotorverstellers und einer Nockenwelle, wobei der Kolben hohlzylinderförmig ausgeführt ist und sich entlang einer ersten Längsachse in einem Gehäuse axial bewegen lässt.With the publication EN 102017104688 ECO Holding 1 GmbH discloses a piston for a hydraulic valve of a swivel motor adjuster and a camshaft, wherein the piston is designed as a hollow cylinder and can be moved axially along a first longitudinal axis in a housing.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsystem zu offenbaren, mit welchem hohe Leistungen mit minimalem Energiebedarf für die Betätigung der Schaltvorgänge umgesetzt werden können, ohne dass zusätzliche Dämpfungseinrichtungen oder Kühlkomponenten erforderlich sind. Ebenfalls erlaubt die Gestaltung des Ventilsystems einen nahezu vollständig leckagefreien Betrieb. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Ventilsystem gelöst, welches eine Steuerscheibe (3) in einem Gehäuse Eingang (2) aufweist. Eine drehbar gelagerte Verschlussscheibe (4) ist geometrisch so ausgeführt, dass wenigstens ein Durchbruch in einer Verschlussscheibe (4) durch Drehung mit wenigstens eines Durchbruchs in einer Steuerscheibe (3) vollständig geschlossen oder in beliebigen Zwischenstellungen bis zur vollständigen Überdeckung der Durchbrüche in einer Steuerscheibe (3) und einer Verschlussscheibe (4) freigegeben werden kann. Eine Verschlussscheibe (4) wird durch ein Lager, bestehend aus Laufring Lager (6) und Kugelkranz (7) gefügt. Ein Servomotor, bestehend aus Rotor Servomotor (5) und Stator Servomotor (8) stellt die Einstellung einer Winkelstellung von 0° bis 90° oder auch weiterer Winkelstellungen einer Verschlussscheibe (4) sicher. Der Rotor Servomotor (5) besitzt eine feste Verbindung zu einer Verschlussscheibe (4). Der Stator Servomotor (8) ist in einem Gehäuse Ausgang (9) angeordnet. Die Zufuhr eines Fluides erfolgt mittels einer Verschraubung Zufluss (1), welche druckdicht in das Gehäuse Eingang (2) gefügt ist. Das Gehäuse Eingang (2) ist druckdicht mit der Steuerscheibe (3) verbunden. Eine Steuerscheibe (3) ist druckdicht mit einem Gehäuse Ausgang (9) verbunden. Der Abfluss eines Fluides erfolgt mittels einer Verschraubung Abfluss (10), welche druckdicht in das Gehäuse Ausgang (9) gefügt ist. Die Funktion eines Servomotors kann alternativ auch von einem Schrittmotor ausgeführt werden.It is therefore the object of the present invention to disclose a valve system with which high performance can be implemented with minimal energy requirements for actuating the switching processes, without additional damping devices or cooling components being required. The design of the valve system also allows almost completely leak-free operation. According to the invention, the object is achieved by a valve system which has a control disk (3) in a housing inlet (2). A rotatably mounted closure disk (4) is geometrically designed such that at least one opening in a closure disk (4) can be completely closed by rotation with at least one opening in a control disk (3) or can be opened in any intermediate position until the openings in a control disk (3) and a closure disk (4) are completely covered. A closure disk (4) is joined by a bearing consisting of a race bearing (6) and a ball ring (7). A servo motor consisting of a rotor servo motor (5) and a stator servo motor (8) ensures the setting of an angular position from 0° to 90° or also other angular positions of a closure disk (4). The rotor servo motor (5) has a fixed connection to a closure disk (4). The stator servo motor (8) is arranged in a housing outlet (9). The fluid is supplied by means of an inlet screw connection (1), which is fitted pressure-tight into the housing inlet (2). The housing inlet (2) is connected pressure-tight to the control disk (3). A control disk (3) is connected pressure-tight to a housing outlet (9). The fluid is drained by means of an outlet screw connection (10), which is fitted pressure-tight into the housing outlet (9). The function of a servo motor can alternatively be carried out by a stepper motor.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind in eine Steuerscheibe (3) Dichtungen im Bereich des oder der Durchbrüche in der Art eingebracht, dass in der Stellung geschlossen der oder die Durchbrüche vollständig umschlossen sind und dadurch eine Abdichtung gegen eine Verschlussscheibe (4) erfolgt. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtung oder die Dichtungen eine Vorspannung aufweisen. Diese Vorspannung kann durch einen in die Dichtungsnut eingebrachten O-Ring aus einem Kautschukwerkstoff oder durch eine oder mehrere Federn in der Dichtungsnut erzeugt werden.In an alternative embodiment, seals are incorporated into a control disk (3) in the area of the opening(s) in such a way that in the closed position the opening(s) are completely enclosed and thereby a seal against a closure disk (4) is created. It can also be advantageous for the seal or seals to have a pre-tension. This pre-tension can be generated by an O-ring made of a rubber material introduced into the sealing groove or by one or more springs in the sealing groove.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die kontinuierliche Bestimmung der Position der Verschlussscheibe (4) durch einen Servomotor oder einen Schrittmotor welcher einen Winkelgeber besitzt.In an advantageous embodiment, the continuous determination of the position of the closure disc (4) is carried out by a servo motor or a stepper motor which has an angle sensor.

In einer weiteren günstigen Ausführungsform weisen eine Steuerscheibe (3) und eine Verschlussscheibe (4) jeweils zwei runde Durchbrüche auf. Dabei sind die Durchbrüche axial einander zugeordnet und können so durch Rotation einer Verschlussscheibe (4) vollständig geöffnet oder geschlossen werden. Weiterhin kann eine Steuerscheibe (3) zwei schiefe Ebenen in den Zwischenräumen der Durchbrüche mit radialer Erweiterung von null Grad in der Achse zu jeweils 90 Grad am projizierten Außendurchmesser einer Verschlussscheibe (4) aufweisen. Eine Verschlussscheibe (4) weist zwei schiefe Ebenen in den gedachten Quadranten der beiden Durchbrüche mit radialer Erweiterung von null Grad in der Achse zu jeweils 90 Grad am Außendurchmesser einer Verschlussscheibe (4) auf. Diese schiefen Ebenen sind zueinander in der Art gestaltet, dass die Rotation einer Verschlussscheibe (4) auf diesen schiefen Ebenen nicht zu einer Veränderung der Höhe der Verschlussscheibe (4) innerhalb der Funktionseinheit führt.In a further advantageous embodiment, a control disk (3) and a closure disk (4) each have two round openings. The openings are axially assigned to one another and can thus be completely opened or closed by rotating a closure disk (4). Furthermore, a control disk (3) can have two inclined planes in the spaces between the openings with a radial expansion from zero degrees in the axis to 90 degrees in each case on the projected outer diameter of a closure disk (4). A closure disk (4) has two inclined planes in the imaginary quadrants of the two openings with a radial expansion from zero degrees in the axis to 90 degrees in each case on the outer diameter of a closure disk (4). These inclined planes are designed in relation to one another in such a way that the rotation of a closure disk (4) on these inclined planes does not lead to a change in the height of the closure disk (4) within the functional unit.

In weiteren Ausführungsformen können verschiedenste Ausprägungen der Durchbrüche in einer Steuerscheibe (3) und oder in einer Verschlussscheibe (4) realisiert sein. In diesem Zusammenhang sind innerhalb einer Steuerscheibe (3) und oder einer Verschlussscheibe (4) neben kreisrunden Formen auch Formkombinationen oval, elliptisch, dreieckig oder mehreckig möglich. Weiterhin können in die Oberfläche einer Steuerscheibe (3) und oder in einer Verschlussscheibe (4) Materialentnahmen, sogenannte Taschen, im Bereich der Durchbrüche vorhanden sein, um einen sanfteren Druckverlauf einstellen zu können. Ebenfalls können die Durchbrüche nicht parallel zur Drehachse einer Verschlussscheibe (4) in einer Steuerscheibe (3) und oder in einer Verschlussscheibe (4) eingebracht sein.In further embodiments, the various shapes of the openings can be realized in a control disk (3) and/or in a closure disk (4). In this context, in addition to circular shapes, oval, elliptical, triangular or polygonal shape combinations are also possible within a control disk (3) and/or a closure disk (4). Furthermore, material removals, so-called pockets, can be present in the surface of a control disk (3) and/or in a closure disk (4) in the area of the openings in order to be able to set a gentler pressure curve. Likewise, the openings can not be made parallel to the axis of rotation of a closure disk (4) in a control disk (3) and/or in a closure disk (4).

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile sind im Folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert, wobei

schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilsystems im Querschnitt zeigt;
schematisch eine Darstellung der wesentlichen Einzelteile zeigt.

Advantageous embodiments of the present invention, their structure, function and advantages are explained in more detail below with reference to figures, in which

schematically shows a first embodiment of the valve system according to the invention in cross section;
shows a schematic representation of the essential individual parts.

zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemä-ßen Ventilsystems. Demnach wird die Aufgabe durch ein Ventilsystem gelöst, welches eine Steuerscheibe (3) in einem Gehäuse Eingang (2) aufweist. Eine drehbar gelagerte Verschlussscheibe (4) ist geometrisch so ausgeführt, dass wenigstens ein Durchbruch in einer Verschlussscheibe (4) durch Drehung mit wenigstens eines Durchbruchs in einer Steuerscheibe (3) vollständig geschlossen oder in beliebigen Zwischenstellungen bis zur vollständigen Überdeckung der Durchbrüche in einer Steuerscheibe (3) und einer Verschlussscheibe (4) freigegeben werden kann. Eine Verschlussscheibe (4) ist ein Lager, bestehend aus Laufring Lager (6) und Kugelkranz (7) gefügt. Ein Servomotor, bestehend aus Rotor Servomotor (5) und Stator Servomotor (8) stellt die Einstellung einer Winkelstellung von 0° bis 90° einer Verschlussscheibe (4) sicher. Der Rotor Servomotor (5) besitzt eine feste Verbindung zu einer Verschlussscheibe (4). Der Stator Servomotor (8) ist in einem Gehäuse Ausgang (9) angeordnet. Die Zufuhr eines Fluides erfolgt mittels einer Verschraubung Zufluss (1), welche druckdicht in das Gehäuse Eingang (2) gefügt ist. Ein Gehäuse Eingang (2) ist druckdicht mit der Steuerscheibe (3) verbunden. Eine Steuerscheibe (3) ist druckdicht mit einem Gehäuse Ausgang (9) verbunden. Der Abfluss eines Fluides erfolgt mittels einer Verschraubung Abfluss (10), welche druckdicht in das Gehäuse Ausgang (9) gefügt ist. shows schematically a first embodiment of a valve system according to the invention. Accordingly, the object is achieved by a valve system which has a control disk (3) in a housing inlet (2). A rotatably mounted closure disk (4) is geometrically designed such that at least one opening in a closure disk (4) can be completely closed by rotation with at least one opening in a control disk (3) or can be opened in any intermediate position until the openings in a control disk (3) and a closure disk (4) are completely covered. A closure disk (4) is a bearing consisting of a race bearing (6) and a ball ring (7). A servomotor consisting of a rotor servomotor (5) and a stator servomotor (8) ensures the setting of an angular position of 0° to 90° of a closure disk (4). The rotor servomotor (5) has a fixed connection to a closure disk (4). The stator servomotor (8) is arranged in a housing outlet (9). The fluid is supplied by means of an inlet screw connection (1), which is fitted pressure-tight into the housing inlet (2). A housing inlet (2) is connected pressure-tight to the control disc (3). A control disc (3) is connected pressure-tight to a housing outlet (9). The fluid is drained by means of an outlet screw connection (10), which is fitted pressure-tight into the housing outlet (9).

zeigt die einzelnen Bestandteile eines beispielhaften Ventilsystems.

1: Verschraubung Zufluss
2: Gehäuse Eingang
3: Steuerscheibe
4: Verschlussscheibe
5: Rotor Servomotor
6: Laufring Lager
7: Kugelkranz
8: Stator Servomotor
9: Gehäuse Ausgang
10: Verschraubung Abfluss

shows the individual components of an example valve system.

1: Screw connection inflow
2: Housing input
3: Control disc
4: Locking disc
5: Rotor servo motor
6: Race bearing
7: Ball ring
8th: Stator servo motor
9: Housing output
10: Drain screw connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EN 102010061219 [0005]
EN 102016108071 [0006]
EN 102017104688 [0007]

Claims

Valve system, consisting of a housing inlet (2) with an inlet screw connection (1) and a housing outlet (9) with an outlet screw connection (10), characterized in that a control disk (3) is firmly joined to a housing inlet (2) and a rotatably arranged closure disk (4) together with a control disk (3) forms a functional connection, wherein a closure disk (4) is fastened in a housing outlet (9) by a race bearing (6) and a ball race (7).

Valve system according to Claim 1 , characterized in that a closure disk (4) is connected to a rotor servomotor (5) and a stator servomotor (8) is introduced into a housing output (9) or a stepper motor is inserted.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that a control disc (3) has at least one opening which is round or oval or square.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that a closure disc (4) has at least one opening which is round or oval or square.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that a rotatably arranged closure disc (4) opens or closes at least one opening in the control disc (3) by performing a rotation.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that a control disc (3) has at least one seal around at least one opening in the direction of a closure disc (4).

Valve system according to Claim 1 , characterized in that a control disk (3) has a slope in the region of at least one opening and a closure disk (4) also has at least one slope in the region of at least one opening, wherein these slopes are designed such that rotation of a closure disk (4) does not result in axial movement of the functional assembly.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that the number of openings in a control disc (3) and a closure disc (4) are the same.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that preferably two openings are made in a control disk (3) and a closure disk (4), whereby by rotating a closure disk (4) by 90 degrees the openings of the functional assembly are completely released and in the initial state completely closed.

Valve system according to Claim 1 , characterized in that the openings in a control disc (3) and / or in a closure disc (4) do not have an exact axial course.