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Die Erfindung betrifft ein Vorspannventil mit zumindest zwei Schaltstufen, mit einem Ventilgehäuse und zumindest einem in einer Bohrung des Ventilgehäuses verschiebbar gelagerten Ventilelement zum Öffnen und Schließen einer Passage für das Hydraulikmedium, wobei das Ventilelement in Schließrichtung von einem elastischen Element beaufschlagt ist, und bei dem ein Steueranschluss vorgesehen ist, über welchen das Ventilelement ebenfalls in Schließrichtung mit einer Kraft beaufschlagbar ist, wobei in der Passage eine durch das Ventilelement sperrbare erste Durchströmöffnung vorgesehen ist, deren Querschnittsfläche kleiner ist als die Querschnittsfläche der Bohrung hinter der ersten Durchströmöffnung, sowie eine hydraulische Betätigungsanordnung, insbesonders für Deckel, Türen, Verdecke und dergleichen an Fahrzeugen, mit zumindest einem doppeltwirkenden, vorzugsweise gleichgängigen Arbeitszylinder, dessen Arbeitsräume über je ein Rückschlagventil mit einer Druckmittelquelle und über zumindest eine sperrbare Überström-Ventilanordnung mit zumindest zwei Knoten miteinander in Verbindung stehen, die zumindest eine Schaltanordnung zur Beeinflussung des die Schaltanordnung passierenden Volumensstroms des Hydraulikmediums enthält, welche zumindest ein vorstehend beschriebenes Vorspannventil umfasst.
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Bei einer beispielsweise aus der
AT 405 749 B bekannten Anordnung der eingangs genannten Art steht der jeweils unter Druck stehende Arbeitsraum des Arbeitszylinders über ein automatisch schaltendes Umschaltventil mit der Eingangsseite des Proportional-Druckventils in Verbindung. Unter Zugrundelegung einer empirisch oder auf sonstig geeignete Weise ermittelten bzw. festgelegten Systemdruckkurve kann das Proportional-Druckventil so angesteuert werden, daß der Systemdruck jeweils nur knapp oberhalb des für die momentane Bewegungsphase erforderlichen Druckes liegt, was vielfältigste Vorteile bei derartigen Betätigungsanordnungen bietet.
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Durch die
EP 1 101 692 A2 ist ein Vorspannventil der eingangs genannten Art und eine hydraulische Betätigungsanordnung gezeigt, welche einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder umfasst, dessen Arbeitsräume über je ein gegenseitig entsperrbares Rückschlagventil mit je einer Seite einer umschaltbaren Druckmittelquelle in Verbindung stehen. Jeder Arbeitsraum ist über zumindest ein Druckbegrenzungs-Vorspannventil mit einem Druckmittelreservoir verbunden und zumindest ein Arbeitsraum ist zusätzlich über zumindest ein weiteres Vorspannventil über eine Steuerleitung mit der Druckmittelquelle verbunden und dadurch hydraulisch sperrbar.
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In der
DE 43 34 843 A1 ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung beschrieben, bei der je ein Arbeitsraum eines doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinders mit einer Druckmittelquelle über je ein Wechselventil mit integrierten, gegenseitig entsperrbaren Rückschlagventilen versorgt wird. Weiters ist eine sperrbare Überström-Ventilanordnung vorgesehen, die aus einem Überström-Ventil und vier Rückschlagventilen besteht.
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Um im Notbetrieb eine Reduzierung des zur Bewegung des sonst hydraulisch betätigten Teils nötigen Handkraft zu erzielen, ist in der
DE 197 40 029 C2 vorgeschlagen worden, ein Druckbegrenzungsventil mit zwei unterschiedlichen Betriebspunkten vorzusehen, so dass nach Überwinden eines ersten höheren Schwellenwertes zu Beginn der Betätigung anschließend ein geringerer Druck notwendig ist, um das Ventil geöffnet zu halten und das Teil händisch in die gewünschte Stellung zu bringen. Allerdings ist bei dieser Anordnung das Ventilelement dauernd vom gerade herrschenden Betriebsdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt und der erste Druckschwellenwert muss dem maximal möglichen oder gewünschten Systemdruck entsprechen, was zu sehr hohen zu überwindenden Anfangskräften im Notbetrieb führt. Überdies ist das zweistufige Vorspannventil der
DE 197 40 029 C2 mit einem zylindrisch abgestuften Dichtelement versehen, so dass ein wesentlich größerer Weg zur Öffnung der ersten, höheren Druckstufe notwendig ist, was eine längere Einwirkung einer höheren Kraft zu Beginn der Handbetätigung nötig macht.
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Zweistufige Ventile ganz allgemein zeigen auch beispielsweise die
DE 41 30 832 C1 , wobei hier aber die beiden Stufen nicht hintereinander in ein- und derselben Durchströmpassage vorgesehen sind, die
US-5,918,628 A mit einem Rückschlagventil, bei welchem keinerlei Hinweise über die Kräfteverhältnisse vor und nach dem Aufdrücken des Ventils gegeben sind, da lediglich die Durchströmquerschnitte im Verlauf der Öffnungsbewegung von Bedeutung sind. Zwei unabhängig voneinander funktionierende und hintereinandergeschaltete Ventilelemente, ohne Hinweis auf eine geregelte Bewegungsabfolge und unterschiedliche Druckstufen, bietet das Sicherheits-Rückschlagventil der
US 3,916,946 A . Die
DE 1 089 348 A zeigt zwei- und mehrstufige Überdruckventile mit stufenweise selbsttätig veränderlichen Ansprechdrücken. Die erste Stufe weist einen Ventilkörper mit einer kegelförmigen Stirnfläche auf, der von einer Seite mittels einer Feder gegen einen Sitz gepresst und von der anderen Seite mit dem in einem Druckkanal herrschenden Druck beaufschlagt wird.
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Ein Vorspannventil in Serie mit einem die Verbindungsleitung zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitsräumen einer Arbeitszylinder-Anordnung vollständig freigebenden oder sperrenden Schaltventil offenbart die
EP 1 223 345 A2 . Damit soll mit einer einfach aufgebauten Anlage und unabhängig von der Art der eingesetzten Vorspannventile eine sichere Stop- und Haltefunktion für das von der Arbeitszylinder-Anordnung bewegte Bauteil, beispielsweise eine Fahrzeugtür oder -klappe, erreicht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Vorspannventil zu schaffen, welches eine sichere Schließfunktion bei Normalbetrieb der Hydraulikanlage mit niedrigen und weich ineinander übergehenden Schaltstufen bei manueller Betätigung des normalerweise automatisch betätigten Teils des Fahrzeugs vereint, sowie eine Betätigungsanordnung der beschriebenen bekannten Art unter Verwendung eines vorstehend beschriebenen Vorspannventils anzugeben, bei welcher im Normalbetrieb eine einfache und dennoch sichere Trennung der beiden Arbeitsseiten des hydraulischen Systems gewährleistet werden kann, während andererseits eine komfortable manuelle Betätigung, allenfalls auch bei Ausfall der automatischen Betätigung eine Notbetätigung, mit möglichst geringem Kraftaufwand und weichen Übergängen zwischen den einzelnen Schaltstufen sowohl zu Beginn als auch bei Beendigung der manuellen Betätigung möglich ist. Dabei soll auch eine sichere Haltefunktion gegeben sein.
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Die Aufgabe wird mit einem Vorspannventil gemäß Anspruch 1 und einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst. Das einleitend beschriebene erfindungsgemäße Vorspannventil ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Schaltstufe mit einer durch ein weiteres, radial entkoppeltes Ventilelement sperrbaren zweiten Durchströmöffnung vorgesehen ist, deren Querschnittsfläche der Größe der Bohrung hinter der ersten Durchströmöffnung entspricht, wobei das weitere Ventilelement in einer Verlängerung der ersten Bohrung mit größerer Querschnittsfläche als die zweite Durchströmöffnung geführt ist. Damit ist die schnellstmögliche Freigabe eines großen Öffnungsquerschnittes gewährleistet, die für den raschen und komfortablen Schaltübergang notwendig ist, während das sichere Schließen der einzelnen Stufen und damit der sichere und schnelle Rückgang zur Haltefunktion des Ventils durch die radiale Entkoppelung der Ventilelemente der einzelnen Schaltstufen gewährleistet ist, da radiale Fertigungstoleranzen oder radiale Verschiebungen bzw. leichte Verkantungen im Betrieb ausgeglichen werden können. Letzteres Merkmal gewährleistet dabei auch die Unabhängigkeit in der Schließbewegung der beiden Ventilelemente, da damit ein Verklemmen der beiden Ventilelemente ineinander verhindert ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die letzte Schaltstufe durch eine seitlich in die Bohrung für das letzte Ventilelement mündende Ausströmöffnung und dieses letzte Ventilelement gebildet ist, welches in einer ersten Endstellung diese Ausströmöffnung komplett abdeckt und in einer zweiten Endstellung diese Ausströmöffnung völlig freigibt.
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Eine sichere und eindeutige Ausgangsstellung ist dabei gegeben, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal alle Ventilelemente vom elastischen Element auf die erste Durchströmöffnung hin beaufschlagt sind und zumindest in der Schließstellung des Vorspannventils aneinander anliegen. Das elastische Element ist im erfindungsgemäßen Vorspannventil vorzugsweise durch eine Feder realisiert.
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Eine Verkleinerung des Bauvolumens ist möglich, wenn zumindest zwei Ventilelemente einander überlappen, wobei eines der Ventilelemente in einer Sackbohrung des zweiten Ventilelementes geführt ist.
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Einen sicher abdichtenden Sitz und eine dennoch rasche Öffnung eines großen Ventilquerschnittes bietet eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, bei welcher das die erste Durchströmöffnung steuernde vordere Ende des Ventilelementes der ersten Schaltstufe kegelförmig ausgeführt ist.
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Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass das vordere Ende des Ventilelementes metallisch dichtend mit der Kante der Durchströmöffnung zusammenwirkt und das Ventilelement in der Bohrung metallisch dichtend geführt ist.
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Leichte Verkantungen der Ventilelemente gegenüber dem zugehörigen Ventilsitz können zur Erzielung einer sicheren Abdichtwirkung ausgeglichen werden, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das vordere Ende des Ventilelementes mit einer Einführfase versehen ist.
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Dieser Ausgleich radialer Abweichungen wird weiters erleichtert durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher der Körper des Ventilelementes, ausgehend von der Einführfase bzw. dem kegelförmigen Anfangsstück, einen geringeren Aussendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Sackbohrung des Ventilelementes der nächstfolgenden Schaltstufe.
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Ein Kippen des Ventilelementes in der Sackbohrung zur Ausgleich radialer Abweichungen wird ermöglicht bzw. erleichtert durch eine Variante, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das hintere, in der Sackbohrung aufgenommene Ende des Ventilelementes durch einen Zapfen gebildet ist.
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Dennoch ist die sichere Führung insbesonders bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilelementes sichergestellt, bei der am hinteren, in der Sackbohrung aufgenommenen Ende des Ventilelementes eine umlaufende Auskragung mit im wesentlichen dem Innendurchmesser der Sackbohrung des Ventilelementes der nächstfolgenden Schaltstufe entsprechendem Außendurchmesser vorgesehen ist.
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Die sichere Schließwirkung des Ventils kann in einfacher Weise dadurch sichergestellt werden, dass ein Kolben vorgesehen ist, der mittels des am Steueranschluss anliegenden Druckes auf das der Durchströmöffnung gegenüberliegende Ende des Ventilelements der letzten Schaltstufe hin mit einer Kraft beaufschlagbar ist.
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Vorteilhafterweise kann ein weiteres Merkmal der Erfindung darin bestehen, daß allenfalls verschließbare Zu- bzw. Abführpassagen für Hydraulikmedium in die entsprechende Bohrung für das jeweilige Ventilelement für zumindest eine Schaltstufe vorgesehen sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine allenfalls verschließbare Zu- bzw. Abführpassage für Hydraulikmedium in die Bohrung des Ventils hinter dem letzten Ventilelement vorgesehen ist, kann damit eine einfache Dämpfungsanordnung für die Bewegungen des bzw. der Ventilelemente zumindest beim Öffnen realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß ein erfindungsgemäßes Vorspannventil über eine Steuerleitung mit der Druckmittelquelle verbunden und dadurch hydraulisch sperrbar ist, und welches Vorspannventil zumindest zwei unterschiedliche Druckschwellenwerte aufweist. Bei normal arbeitendem Hydrauliksystem ist durch die Steuerleitung das Vorspannventil sicher geschlossen gehalten, so dass die automatische Betätigung der Arbeitszylinder ordnungsgemäß erfolgen kann, wobei der maximal zulässige Systemdruck durch herkömmliche Druckbegrenzungseinrichtungen bestimmt ist. Bei erwünschter manueller Betätigung oder auch für den Fall einer Notbetätigung bei Ausfall des Hydraulikaggregates oder ähnlichen, den Normalbetrieb verhindernden Störungen wird die Sperrwirkung lediglich durch die Einstellungen im oder am Vorspannventil bestimmt, welches daher für die Kräfte bei manueller Notbetätigung, d. h. „weicher” und komfortabler, ausgelegt ist. Die mindestens zwei unterschiedlichen Druckschwellenwerte des Vorspannventils werden durch mindestens zwei Schaltstufen dieses Ventils realisiert, welche Schaltstufen radial entkoppelte Ventilelemente aufweisen, wie sie weiter oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Vorspannventil erläutert sind.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform, bei der für beide Bewegungsrichtungen lediglich ein aufwendiges, mehrstufiges Vorspannventil benötigt wird, umfaßt die Überström-Ventilanordnung zumindest vier in Graetz-Schaltung angeordnete Rückschlagventile, wobei zwischen den beiden inneren Knoten der Graetz-Schaltung das Vorspannventil eingesetzt und ausgangsseitig über je ein Rückschlagventil mit beiden Druckmittelleitungen verbunden ist, wobei jedes dieser Rückschlagventile in an sich bekannter Weise in Richtung zur jeweiligen angeschlossenen Druckmittelleitung öffnet und mit dieser Druckmittelleitung an einer Stelle zwischen den entsperrbaren Rückschlagventilen und dem jeweils zugehörigen Arbeitsraum des Arbeitszylinders verbunden ist. Damit wird auch das ausgangsseitig des Vorspannventils abgesteuerte Hydraulikmedium unmittelbar in den Druckmittelkreis zum jeweils einsaugenden Arbeitsraum rückgeführt, was verschiedenste Vorteile bietet bzw. Verbesserungen des Verfahrensablaufes ermöglicht, insbesonders im Zusammenhang mit sogenannten Gleichgangzylindern.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überström-Ventilanordnung zwei separate Verbindungen zwischen den Arbeitsräumen mit je einem Vorspannventil umfaßt, wobei die Vorspannventile gegensinnig orientiert und über eine Steuerleitung mit der Druckmittelquelle verbunden und dadurch hydraulisch sperrbar sind.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben, daß eine Verbindungsleitung von der ersten Schaltstufe des Vorspannventils zur darauffolgenden Schaltstufe vorgesehen ist, in welcher Verbindungsleitung eine Drossel eingesetzt ist. Damit wird beim Öffnen des Vorspannventils ein gezieltes Nachsaugen des Arbeitsmediums und damit die Vermeidung eines Vakuums ermöglicht, was nachfolgende Druckschläge (Kavitation) verhindert. Beim Schließen des Vorspannventils dagegen kann nach Abdichten der höheren Schaltstufe das Arbeitsmedium gezielt aus dem Raum der niedrigeren Schaltstufe abfließen, bis auch diese Stufe sicher abdichtet.
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Um das Abfließen des Arbeitsmediums zum drucklosen Knoten der Überström-Ventilanordnung und damit das Abbauen von Druckspitzen sowie eine Schaltverzögerung bezüglich des Durchschaltens des Vorspannventils zu ermöglichen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass von der Verbindungsleitung, zwischen der ersten Schaltstufe des Vorspannventils und der ersten Drossel eine weitere Leitung zum zweiten Knoten der Überström-Ventilanordnung abzweigt, in welche Leitung vorzugsweise eine zweite Drossel eingesetzt ist.
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Weiters kann in besonders vorteilhafter Weise in der Verbindungsleitung ein von der ersten zur zweiten Stufe hin öffnendes Rückschlagventil eingesetzt sein, vorzugsweise zwischen dem Drosselelement und der zweiten Schaltstufe des Vorspannventils.
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Vorzugsweise führt eine Abführleitung für das Hydraulikmedium von zumindest einem sich beim Schließen des Vorspannventils verkleinernden Ventilraum, vorzugsweise dem Ventilraum der zweiten Stufe, weg und ist darin ein zu diesem Ventilraum hin schließendes Rückschlagventil vorgesehen. Damit kann beim Schließen des Ventils nach Beendigung der manuellen Betätigung das Arbeitsmedium rasch aus den beim Schließen des Ventils sich verkleinernden Volumina abfließen und das rasche Stoppen und Halten des betätigten Bauteils in der jeweiligen Stellung gewährleisten.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Abführleitung von der Verbindungsleitung von einer Stelle zwischen dem Vorspannventil und dem Rückschlagventil abzweigt und zwischen dem Drosselelement und dem Vorspannventil wieder in die Verbindungsleitung einmündet.
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Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante parallel zur Drossel ein vom Vorspannventil weg sperrendes Rückschlagventil vorgesehen ist, kann durch dieses Rückschlagventil der Raum hinter dem ersten Ventil mit Arbeitsmedium gefüllt werden, was zur Verhinderung eines Druckabfalls bzw. Vakuums hinter der ersten Schaltstufe dient und einen weicheren Übergang zwischen den Schaltstufen bewirkt.
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Eine weichere Ventilbewegung und damit ein weicheres Schalten des Ventils bei Handbetätigung ist durch eine Ausführungsform möglich, bei welcher zumindest eine der Schaltstufen des Vorspannventils, vorzugsweise die letzte Schaltstufe, mit einer Dämpfungsanordnung versehen ist.
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Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß die Dämpfungsanordnung durch die Verbindungsleitung von der oder jeder bedämpften Schaltstufe zum zweiten Knoten der Überström-Ventilanordnung und einem darin eingesetzten Drosselelement gebildet ist.
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Um die Dämpfungswirkung jederzeit sicherzustellen, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform parallel zum Drosselelement ein in Richtung zum Vorspannventil öffnendes Rückschlagventil vorgesehen, über welches die Dämpfungsanordnung immer mit Arbeitsmedium versorgt werden und damit ihre ordnungsgemäße Funktion sichergestellt werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Vorspannventil samt zugehörigem Schaltplan in der Basisvariante, 2 ist ein Längsschnitt samt Schaltplan für eine erweiterte Ausführungsform mit erhöhter Funktionalität und Komfort, 3 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Ventilelemente in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, und 4 einen hydraulischen Schaltplan einer Betätigungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit Gleichgang-Arbeitszylinder und einem erfindungsgemäßen Vorspannventil.
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Den Aufbau eines erfindungsgemäßen Vorspannventils 16 samt einer allenfalls vorgesehenen zugehörigen hydraulischen Schaltung zur Verbesserung seiner Funktion wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert.
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In einem Gehäuse 20 sind ein Eingangsanschluss 21 und ein Ausgangsanschluss 22 für das Druckmittel vorgesehen, zwischen welchen eine Passage 23 für das Druckmittel verläuft. Ein erstes, in einer Bohrung 24 verschiebbares Ventilelement 25 öffnet oder schließt im Zuge seiner Bewegung in der Bohrung 24 einen ersten, dem Eingangsanschluß 21 nächstliegenden Ventilsitz 26 für das Druckmittel. Das vordere Ende des Ventilelements 25 ist dabei in Form eines Ventilkegels 27 ausgeführt und wirkt mit dem vorzugsweise kreisrunden und ebenen Ventilsitz 26 zusammen, der durch den Ventilkegel 27 des Ventilelementes 25 metallisch dichtend verschlossen werden kann. Durch den Unterschied im Querschnitt des Ventilsitzes 26 gegenüber dem größeren Querschnitt der Bohrung 24 im Gehäuse 20 des Vorspannventils 16 werden zwei unterschiedliche Druckschwellenwerte realisiert, wobei nach Überwinden eine anfänglich höheren Druckschwellenwertes ein Absinken des zum Offenhalten des Ventils 16 notwendigen Druckniveaus erfolgt.
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Durch die kegelförmige Ausbildung des Ventilelementes 25 ist ein sicherer Dichtsitz in Verbindung mit raschem Freigeben eines möglichst großen Durchlassquerschnittes gewährleistet, d. h. es ist ein rasches Umschalten von einem Druckschwellenwert auf den zweiten Druckschwellenwert sichergestellt. Außerdem wird durch den Ventilkegel 27 ein automatisches Zentrieren des Ventilelementes 25 und damit ein sicheres Abdichten selbst bei radialer Abweichung der Mittelachsen oder einer relativen Verkippung von Ventilsitz 26 und Ventilelement 25 zueinander sichergestellt.
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Die Bohrung 24 geht nach einer bestimmten Länge in einen Abschnitt 28 mit noch größerem Querschnitt über, in welchem Abschnitt 28 wiederum ein weiteres Ventilelement 29 axial verschiebbar geführt ist. Dieses Ventilelement 29 gibt bei Verschiebung in gleichem Sinn wie das Ventilelement 25, jedoch um einen noch größeren Weg, den durch den Übergang von der Bohrung 24 in den Abschnitt 28 gebildeten zweiten Ventilsitz frei. Damit ist aufgrund des unterschiedlichen Querschnittes eine weitere Schaltstufe im erfindungsgemäßen Vorspannventil 16 realisiert, die zum Öffnen einen höheren Druck erfordert als zum anschließenden Offenhalten. Dabei kann diese Führung des Ventilelementen 29 direkt durch die Innenwandung des Abschnittes 28 bewirkt werden, allenfalls durch daran ausgebildete oder damit verbundene Führungselemente.
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Das Ventilelement 29 ist gemäß einer anderen Ausführungsform für die Führung, einer Art indirekten Führung im Abschnitt 28 der Bohrung 24 im Ventilgehäuse 20, vorteilhafterweise in einer Sackbohrung 30a eines weiteren Ventilelements 30 mit Spiel aufgenommen, welches Ventilelement im Abschnitt 28 ebenfalls verschiebbar geführt ist, wobei es eine seitlich in diesem Abschnitt 28 vorgesehene Öffnung 32 mit Verbindung zum Ausgangsanschluß 22 öffnet oder schließt, je nach dem Ausmaß seiner axialen Verschiebung. Um weiter die Baulänge des Vorspannventils 16 zu verringern, kann natürlich, wie dies in 3 im Detail zu erkennen ist, schon das erste Ventilelement 25 auch in einer Sackbohrung 29a des zweiten Ventilelementes 29 aufgenommen und geführt sein.
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Durch das weitere Ventilelement 30 und die Öffnung 32 ist eine weitere Schaltstufe des mehrstufigen Vorspannventils 16 gebildet. Auch diese weitere Ventilstufe zeigt die oben für die beiden ersten Stufen erläuterte Charakteristik, so dass insgesamt ein Vorspannventil 16 gegeben ist, welches von einem höchsten Druckschwellenwert zum Öffnen stufenweise auf immer niedrigere Druckniveaus für das Offenhalten über.
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Selbstverständlich sind alle Ventilelemente 25, 29, 30 in Schließrichtung durch ein elastisches Element beaufschlagt, welches durch die auf das dritte Ventilelement 30 auf dessen dem Eingangsanschluß 21 gegenüberliegendes Ende einwirkende Schließfeder 33 gebildet ist. Diese Schließfeder 33 ist in dem Abschnitt 34 der Bohrung 24 hinter dem dritten Ventilelement 30 eingespannt, welcher Abschnitt 34 auch mit Arbeitsmedium gefüllt ist, um einen Dämpfungsraum für die Bewegung der Ventilelemente 25, 29, 30 darzustellen.
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Weiters kann auf die Rückseite des dritten Ventilelementes 30 ein Steuerkolben 35 einwirken, der über die im Ventilgehäuse 20 ausgearbeitete Steuerpassage 36 mit Arbeitsmedium über die Steuerleitung 18 beaufschlagt ist, solange die Pumpe 11 arbeitet. Um die Vorspannung der Schließfeder 33 verändern zu können, kann der Steuerkolben 35 in einem Einstellkolben 37 bzw. sonstigen verstellbaren Anschlag für die Schließfeder 33 geführt sein.
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Die drei Ventilelemente 25, 29 und 30 sind vorteilhafterweise axial voneinander entkoppelt und daher prinzipiell unabhängig voneinander verschiebbar, wobei sie, was von besonderer Bedeutung ist, in jedem Fall radial entkoppelt sind, wie dies genauer in der Detailansicht der 3 zu erkennen ist. In ähnlicher Art, wie das Vorderende 27 des Ventilelementes 25 der ersten Stufe kegelförmig ausgebildet ist, ist das vordere Ende 29b des Ventilelementes 29 der zweiten Stufe des Vorspannventils 16 mit einer Einführfase versehen, um das Einführen in den Ringraum der Bohrung 24 hinter dem ersten Ventilsitz 26 zu erleichtern und auch in geringfügig verkipptem oder radial versetztem Zustand zu ermöglichen. Dieses Verkippen der Ventilelemente 25, 29 wird noch dadurch in größerem Ausmaß ermöglicht bzw. erleichtert, dass der Körper des jeweiligen Ventilelementes 25, 29, ausgehend von der Einführfase 29b bzw. dem kegelförmigen Anfangsstück 27, einen geringeren Aussendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Sackbohrung 29a, 30a des Ventilelementes 29, 30 der nächstfolgenden Schaltstufe.
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Selbst wenn die Ventilelemente aufeinanderfolgender Schaltstufen des Vorspannventils 16 durch die Schließfeder 33 aneinandergedrückt sind, kann dieses Verkippen des jeweiligen Ventilelementes 25 bzw. 29 in der Sackbohrung 29a bzw. 30a des Ventilelementes 29 bzw. 30 der nächsten Schaltstufe erfolgen, da vorteilhafterweise am hinteren Ende des jeweiligen Ventilelementes 25 bzw. 29 ein Zapfen 25c bzw. 29c vorgesehen ist. Dieser Zapfen 25c bzw. 29c bildet den Anschlag des jeweiligen Ventilelementes 25 bzw. 29 am Boden der Sackbohrung des nächstfolgenden Ventilelementes 29 bzw. 30. Auch das Ende des letzen Ventilelementes 30 kann durch einen Zapfen 30c gebildet sein, der dann als Zentrierhilfe oder -halterung für die Schließfeder 33 genutzt werden kann.
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Am hinteren, in der Sackbohrung 29a, 30a des nächstfolgenden Ventilelementes 29 bzw. 30 aufgenommenen Ende der ersten Ventilelemente 25, 29 ist eine umlaufende Auskragung 25d, 29d mit im wesentlichen dem Innendurchmesser der Sackbohrung 29a, 30a des Ventilelementes 29, 30 der nächstfolgenden Schaltstufe entsprechendem Außendurchmesser am jeweiligen Ventilelement vorgesehen.
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In der Überström-Ventilanordnung kann zur Erhöhung des Schaltkomforts, d. h. zur Erzielung noch weicherer und leiserer Übergänge zwischen den einzelnen Stufen des mehrstufigen Vorspannventils 16 dieses Vorspannventil mit einer unmittelbar zugehörigen hydraulischen Schaltung kombiniert sein, wie dies in 1 in einer Basis-Variante und in 2 in einer erweiterten Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist.
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Der Eingangsanschluß 21 des Vorspannventils 16 ist dabei mit dem ersten Knoten 1 der als Überström-Ventilanordnung eingesetzten Schaltung verbunden und der Ausgangsanschluß 22 mit dem zweiten Knoten 2 dieser Schaltung. Dabei ist vorteilhafterweise zwischen diesem zweiten Knoten 2 und dem Vorspannventil 16 noch die erwähnte ergänzende hydraulische Schaltung zur Verbesserung der Funktionalität des Ventils 16 vorgesehen.
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So kann beispielsweise in der Basisvariante der 1 dieser zusätzlichen hydraulischen Schaltung der Dämpfungsraum 34 hinter dem dritten Ventilelement 30 durch eine vom Knoten 2 ausgehende Leitung 38 mit Druckmittel beaufschlagt bzw. befüllt werden. In der mehr Komfort und Funktionalität bietenden Ausführungsform der 2 sind in dieser Leitung 38 in paralleler Anordnung eine Drossel 39 und vorteilhafterweise optional auch noch ein zusätzliches Rückschlagventil 40 vorgesehen sind, welches Rückschlagventil 40 in Richtung vom Dämpfungsraum 34 weg schließt.
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Von der zweiten Schaltstufe des Vorspannventils 16, d. h. der Bohrung 28, geht eine Leitung 41 zum ersten Abschnitt 24, d. h. zur ersten Stufe des hier beispielsweise dreistufigen Vorspannventils 16, aus, in welcher Verbindungsleitung 41 eine Drossel 42 eingesetzt ist. Diese beispielsweise als Düse ausgeführte Drossel 42 gestattet beim Öffnen des Vorspannventils 16 das definierte Nachsaugen von Arbeitsmedium und damit eine Vermeidung von Vakuum und nachfolgenden Druckschlägen (Kavitation). Da beim Schließen des Vorspannventils 16 die Drossel 42 nach dem Abdichten der zweiten Stufe ein definiertes weiteres Abfließen von Medium aus der Bohrung 28 der zweiten Ventilstufe gestattet, kann damit ein sicheres weiteres Schließen des Vorspannventils 16 erzielt werden, bis die erste Stufe schließlich abdichtet und damit die geschlossene Ausgangsposition des Vorspannventils 16 wieder erreicht ist. Die Drossel bzw. Düse 42 kann auch als flache Anspiegelung und damit Undichtigkeit direkt am Kolben 29 der zweiten Stufe des Vorspannventils 16 ausgebildet sein.
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Eine Schaltverzögerung beim Öffnen des Vorspannventils 16 ist durch eine weitere Drossel 44 zu erzielen, welche in einer weiteren Leitung 43 eingebaut ist, die von der Verbindungsleitung 41 abzweigt und zum zweiten Knoten 2 der Überström-Ventilanordnung führt.
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Beim Schließvorgang des Vorspannventils 16 wird in der Basisvariante der 1 die Entleerung der Ringräume 24, 28 der ersten Ventilstufen ebenfalls in definierter Weise über die beiden Drosseln 42, 44 ermöglicht.
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Diese für den ordnungsgemäßen und weichen Schließvorgang wichtige Entleerung speziell des Ringraumes 28 erfolgt in der in 2 dargestellten Komfortvariante über eine Verbindungsleitung 46 und das darin befindliche Rückschlagventil 47.
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Auch in der Komfortvariante sollte natürlich die Schaltverzögerung für die erste Ventilstufe verwirklicht sein, was durch die Drossel 42 gewährleistet ist, die in der Verbindungsleitung 41 eingesetzt ist. Wie durch strichlierte Darstellung angedeutet ist, kann parallel zur Drossel 42 ein vom Vorspannventil 16 weg sperrendes Rückschlagventil 47 vorgesehen sein.
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In der Verbindungsleitung 41 zwischen der ersten und zweiten Stufe des Vorspannventils 16 kann zusätzlich ein in Richtung zum zweiten Ringraum 28 öffnendes Rückschlagventil 45 eingesetzt sein, das das Nachsaugen von Hydraulikmedium in diesen Ringraum gestattet.
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In einer Betätigungsanordnung für beispielsweise ein Fahrzeugtür od. dgl., für die ein beispielhafter hydraulischer Schaltplan in 4 dargestellt ist, kann ein Vorspannventil 16 samt zugehöriger Schaltung wie oben erläutert vorteilhaft zum Einsatz kommen. Der Arbeitszylinder 1 in 4 weist auf beiden Seiten des Kolbens 2 Arbeitsräume 3, 4 auf, die hier zufolge der beidseitig herausgeführten Kolbenstange 5 so ausgebildet sind, daß das bei einer axialen Verstellung des Kolbens 2 auf der einen Seite ausgeschobene Volumen gleich groß dem auf der anderen Seite nachgesaugten Volumen an Hydraulikmedium ist. Die beiden Arbeitsräume 3, 4 sind über Druckmittelleitungen 6, 7 und Rückschlagventile 8, 9, denen allenfalls Drosseln 10 vorgeschaltet sein können, mit einer Pumpe 11 verbunden.
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Über eine Überström-Ventilanordnung mit zwei Knoten, deren Aufbau in einer möglichen Ausführungsform nachfolgend näher beschrieben wird, ist eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 3, 4 gegeben, die einerseits ein Überschieben des Hydraulikmediums zwischen den Arbeitsräumen 3, 4 erlaubt, wenn die Pumpe 11 nicht arbeitet und andererseits auch eine Einflußnahme auf das durchströmende Hydraulikmedium und damit auch die Bewegung des Arbeitszylinders 1 gestattet. Die Überström-Ventilanordnung umfaßt hier in besonders vorteilhafter Weise eine Graetz-Schaltung von vier Rückschlagventilen 12, 13, 14, 15, in welcher Schaltung ein mehrstufiges Vorspannventil 16 als wesentliches Element für die Schaltanordnung zur Beeinflussung des Volumsstroms des Hydraulikmediums vorgesehen ist, welches Vorspannventil 16 als Rückschlagventil ausgelegt ist. Das Rückschlagventil 16 ist dabei derart in die Graetz-Schaltung integriert, dass es vom ersten Knoten 1, der zwischen den Rückschlagventilen 12 und 13 liegt, zum zweiten Knoten 2 hin, welcher zwischen den dem Arbeitszylinder 1 entfernt liegenden Rückschlagventilen 14 und 15 liegt, öffnet.
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Anstelle der Graetz-Schaltung, die die Verwendung lediglich eines Vorspannventils 16 für beide Bewegungsrichtungen des Arbeitszylinders 1 ermöglicht, könnten selbstverständlich auch zwei separate Überströmleitungen vorgesehen sein. Darin wäre jeweils ein Vorspannventil 16 eingesetzt, beide Vorspannventile natürlich gegensinnig orientiert und mit einer gemeinsamen oder auch für jedes Ventil separaten Steuerleitung 18 mit der Pumpe des Hydrauliksystems verbunden, um sie für den automatischen Betrieb der Betätigungsanlage hydraulisch gesperrt zu halten.
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Allenfalls kann ein Filter 17 zwischen dem Vorspannventil 16 und den beiden dem Arbeitszylinder 1 nächstliegenden Rückschlagventilen 12, 13 der Überström-Ventilanordnung eingebaut sein. Um bei Normalbetrieb die Betätigung des Arbeitszylinders 1 nicht durch die Graetz-Schaltung 12 bis 15 und das Vorspannventil 16 zu beeinflussen, kann das Vorspannventil 16 über die Steuerleitung 18 hydraulisch gesperrt werden. Wenn die Pumpe 11 hingegen nicht arbeitet oder eine andere Störung zum Druckabfall in der Steuerleitung 18 führt, kommen die Voreinstellungen des Ventils 16 in bezug auf Vorspannung, Öffnungsdruck, usw. zum Tragen.
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Im Normalbetrieb wird der maximale Systemdruck auf der jeweiligen Seite des Arbeitszylinders 1 über die Druckbegrenzungs-Vorspannventile 19 bestimmt, welche bei Erreichen bzw. Überschreiten eines einstellbaren Druckniveaus in den Tank absteuern.
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Im folgenden wird die Funktion der in 4 dargestellten Betätigungsanordnung erläutert, bei welcher durch die nicht-reversierbare Pumpe 11 die Betätigung in einer Arbeitsrichtung automatisch erfolgen kann, in der Gegenrichtung aber manuell erfolgen muss. Beim hydraulischen Öffnen (oder Schließen) fährt der Arbeitszylinder 1 nach links, da der Arbeitsraum 3 mit Druck von der Pumpe 11 beaufschlagt wird. Über die Leitung 18 ist dabei das Vorspannventil 16 in der Graetz-Schaltung 12, 13, 14, 15 hydraulisch gesperrt. Der Druck im Arbeitsraum 3 kann sich bis auf den Wert aufbauen, bei dem das Druckbegrenzungsventil 19 öffnet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Systems ist ein Druckentlastungsventil 19a vorgesehen.
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Bei Ausfall oder erwünschtem, gezieltem Abschalten der Druckmittelquelle 11, etwa bei einem Ausfall der Stromversorgung, sperren sofort die Rückschlagventile 8 und 9 und halten derart den normalerweise hydraulisch bewegten Teil in seiner gegenwärtigen Stellung fixiert. Gleichzeitig fällt auch der Druck in der Steuerleitungen 18 ab, so dass das Vorspannventil 16 funktionsfähig wird und die zum nun manuellen Bewegen des Fahrzeugteils notwendige Kraft durch die Druckschwellenwerte dieses Vorspannventiles 16 bestimmt ist. Letzteres gilt auch für die allein manuell mögliche Bewegung des Arbeitszylinders 1 nach rechts. Der höchste der Druckschwellenwerte, gegeben durch die Verhältnisse der ersten Ventilstufe des Ventilelementes 25, sorgt im Einsatzfall als Haltedruck für das Fixieren betätigten Teils des Fahrzeuges in der jeweiligen Stellung, z. B. auch bei Schrägstellung des Fahrzeugs oder gegen Winddruck od. dgl. Soll nun eine manuelle Bewegung stattfinden, muss der Benutzer diesen Haltedruck überwinden, was dann zum Umschalten des Vorspannventils 16 auf seinen zweiten bzw. dritten, jeweils niedrigeren Druckschwellenwert führt, so dass die dann zum weiteren Bewegen des Teils nötige Kraft stufenweise deutlich geringer wird als die Haltekraft. Aufgrund der Mehrstufigkeit, der Dämpfungseinrichtung und der ergänzenden hydraulischen Schaltung ist einerseits ein weicher Übergang von der Haltekraft auf die niedrigeren Druckniveaus gewährleistet als auch ein rasches Schließen des Vorspannventils 16 und damit Zurückkehren in die Stellung für die sichere hydraulische Fixierung des Fahrzeugteiles.
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Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen möglich, bei welchen mit einer reversierbaren Pumpe 11 eine automatische Betätigung in beide Arbeitsrichtungen möglich ist, solange das Vorspannventil 16 oder solange die beiden Vorspannventile 16 in allfälligen separaten Verbindungsleitungen der beiden Arbeitsräume 3, 4, über die Steuerleitung(en) 18 gesperrt sind.
