DE19963499A1 - Ventilanordnung - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Ventilanordnung, bei dem ein Ventilkörper über ein Formgedächtniselement betätigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem in einem Ventilgehäuse geführten Ventilkörper, der über ei­ nen Aktuator aus einer Grundstellung in eine Steuerstellung verschiebbar ist.

Eine derartige Ventilanordnung ist beispielsweise in der Druckschrift "Der Hydrauliktrainer Band 1"; Mannesmann Rexroth GmbH; 1991, S. 194 ff." offenbart. Demgemäß kann die Ventilanordnungen beispielsweise als Wegeschieberventil ausgeführt werden, bei dem der Ventilschieber direkt durch Elektromagnete, Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder oder sonstige mechanisch wirkende Vorrichtung betätigt wird.

Üblicherweise erfolgt die Betätigung über in Luft oder in Öl schaltende Gleichstrom- oder Wechselstrommagnete. Aufgrund der statischen und dynamischen Kräfte werden der­ artige direktgesteuerte Ventile in der Regel nur bis zu ei­ ner Nenngröße von 10 ausgeführt. Eine Überschreitung dieser Grenze ist aufgrund der erforderlichen Baugröße der Ma­ gnete, der Schaltsicherheit und der Standzeit der Magnete nicht sinnvoll.

Ein Problem bei der Verwendung derartiger magnetbetä­ tigter Ventile besteht insbesondere darin, daß es beim Um­ schalten der Magnete zu sogenannten Druck- oder Schaltstös­ sen kommen kann, die zu schwer beherrschbaren Regelabwei­ chungen bei der Ansteuerung eines Verbrauchers oder aber zu einer Schädigung der Hydraulikkomponenten führen können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ansteuerung einer direktbetätigten Ventilanordnung der­ art weiterzubilden, daß die Betriebssicherheit verbessert ist und die Herstellkosten gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die mit einer Änderung des Kri­ stallgefüges einhergehende Formänderung eines aus einer Formgedächtnislegierung hergestellten Bauelementes ausge­ nutzt, um den Ventilkörper anzusteuern. Das sogenannte "Formgedächtnis" von Legierungen (Memory-Effekt) basiert auf einer Gefügeumwandlung bei Über- bzw. Unterschreitung einer bestimmten Temperatur. Als Folge einer Erwärmung tritt eine Rückverformung in den Zustand vor der Gefügeum­ wandlung auf. Aus diesen Formgedächtnislegierungen herge­ stellte Bauelemente ändern ihre Abmessungen in dem Über­ gangsbereich von einem Kristallgefüge zum anderen Kristall­ gefüge um bis zu 5%, so daß erhebliche Stellwege reali­ sierbar sind. Diese Größenveränderung ist um vielfaches größer als diejenige Längenänderung, die aufgrund einer thermischen Ausdehnung des Bauelementes herbeiführbar wäre. Die Art der Formänderung und die Größe der aus der Formän­ derung resultieren Kraft hängen von der Art der Legierung und der Geometrie des Bauteils ab.

Im wesentlichen unterscheidet man zwei Arten des Form­ gedächtniseffektes:
den Einwegeffekt und den Zweiwegeffekt.

Diese beiden Effekte seien im folgenden am Beispiel ei­ nes aus einer Formgedächtnislegierung hergestellten Drahtes erläutert.

Beim Einwegeffekt wird ein derartiger Draht bei einer Erwärmung über eine bestimmte Mindesttemperatur beispiels­ weise um 5% seiner Länge verkürzt. Bei einer Abkühlung von der erhöhten Temperatur auf die Ausgangstemperatur ver­ bleibt der Draht in seiner verkürzten Länge. Um die ur­ sprüngliche Länge wieder zu erreichen, muß der Draht mecha­ nisch gedehnt werden. Die zum Dehnen im abgekühlten Zustand erforderliche Kraft beträgt etwa lediglich ein Viertel der­ jenigen Kraft, welche der Draht bei seiner Verkürzung auf­ bringt.

Beim sogenannten Zweiwegeffekt verkürzt sich der Draht bei einer Erwärmung über eine bestimmte Mindesttemperatur ebenfalls etwa um 5%, er nimmt allerdings bei der Abküh­ lung seine ursprüngliche Länge ein, ohne daß es einer Deh­ nung durch eine äußere Kraft bedarf. Die beim Zweiwegeffekt vom Draht während der Verkürzung aufgebrachte Kraft ist je­ doch geringer als diejenige Kraft, die sich bei einem Draht einstellt, der aus einer Formgedächtnislegierung mit Ein­ wegeffekt hergestellt ist.

Die Form eines derartigen Formgedächtniselementes kann man reversibel auch dadurch ändern, das man den Einwegef­ fekt mit Hilfe einer äußeren Kraft stets von neuem erzeugt. Diese äußere Kraft muß stark genug sein, um beim Abkühlen des Elementes über eine bestimmte Temperatur eine Formände­ rung herbeizuführen, sie darf jedoch nicht so groß sein, daß sie die Formänderung beim darauffolgenden Erwärmen be­ hindern würde.

Die vorgenannten Effekte (Einwegeffekt, Zweiwegeffekt) lassen sich durch geeignete Wahl der Formgedächtnislegie­ rung einstellen. Als besonders geeignete Legierungen haben sich Nickel-Titan-Legierungen oder Eisenbasis-Legierungen herausgestellt. Prinzipiell können auch Kunststoffe mit Formgedächtniseffekt verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird dem aus einer Formgedächtnislegie­ rung hergestellten Formgedächtniselement eine externe Hei­ zung zugeordnet, über die das aus einer Formgedächtnisle­ gierung hergestellte Bauelement auf die zur Gefügeumwand­ lung erforderliche Temperatur aufheizbar ist.

Das Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung kann hierbei durch Beaufschlagung mit elektrischem Strom auch Heizung und Aktuator in einem sein.

Die Ausbildung eines Akuators für eine Ventilanordnung mit einem aus einer Formgedächtnislegierung hergestellten Element, das über eine externe Heizung aufheizbar ist, hat gegenüber den herkömmlichen Lösungen mit Schalt- oder Pro­ portionalmagneten den Vorteil, daß der Schalt- oder Entla­ stungsschlag aufgrund der Form der Hysteresekurve des Form­ gedächtniselementes (langsamer Beginn der Umwandlung, daran anschließend schlagartige vollständige Umwandlung) prak­ tisch nicht auftritt, so daß die eingangs genannten Nach­ teile ausgeräumt sind. Der erfindungsgemäße Akuator zeich­ net sich gegenüber den herkömmlichen Lösungen desweiteren durch einen äußerst einfachen und kompakten Aufbau aus, so daß die Ventilanordnung weniger Bauraum erfordert und preisgünstiger herstellbar ist. Ein weitere Vorteil liegt darin, daß durch Ausnutzen des Memory-Effektes erhebliche Kräfte auf den Ventilkörper aufbringbar sind, so daß auch Ventile mit vergleichsweise großen Nennweiten (< 10) mit dem erfindungsgemäßen Aktuator versehen werden können. Die Größe und Lage des Temperaturintervalls läßt sich durch ge­ eignete Wahl der Legierung auf einfache Weise einstellen. Derartige Formgedächtnislegierungen lassen sich einfach verarbeiten, so daß das Formgedächtniselement äußerst fle­ xibel in der Geometrie an unterschiedliche Anforderungen und geometrische Vorgaben angepaßt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aufheizung des Formgedächtniselementes über eine elektrische Heizung er­ folgt, deren Stromkreis direkt mit dem Formgedächtnisele­ ment verschaltet ist.

Der erfindungsgemäße Aktuator kann beispielsweise in Form eines Drahtes, einer Scheibe oder einer Feder ausge­ bildet sein.

Die Schaltkräfte lassen sich weiter erhöhen, in dem das Formgedächtniselement durch ein Drahtbündel gebildet ist, das vorzugsweise als linearer Körper oder aber als gewic­ kelte Feder ausgeführt ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Formgedächtniselement direkt am Ventilkörper befestigt. In Fällen, in denen es auf eine große Längenänderung ankommt, kann das Formgedächtniselement den Ventilkörper durchsetzen und an der Rückseite des Ventilkörpers angreifen, so daß die wirksame Gesamtlänge des Formgedächtniselements ent­ sprechend der Ventilkörperlänge vergrößert ist. Diese Vari­ ante hat den Vorteil, daß das abschnittsweise in einer Axialbohrung des Ventilkörpers aufgenommene Formgedächt­ niselement durch Druckmittel kühlbar ist, so daß ein schnelles Abkühlen zur Rückstellung des Drahtes möglich ist.

Darüberhinaus hat diese Variante den Vorteil, daß die Axiallänge der Ventilanordnung gegenüber einer Lösung ver­ ringert werden kann, bei der das Formgedächtniselement di­ rekt an einer Stirnseite des Ventilkörpers befestigt ist.

Durch das Vorsehen von mehreren, hintereinander ge­ schalteten Formgedächtniselementen aus unterschiedlichen Legierungen und/oder in unterschiedlichen Geometrien ist eine stetige Ansteuerung des Ventilkörpers möglich, so daß auch Proportionalventile mit erfindungsgemäßen Aktuator ausführbar sind.

Die Ventilanordnung kann beispielsweise als direktbe­ stätigtes oder vorgesteuertes Wegeventil und/oder als vor­ gesteuertes oder direkt betätigtes Druckbegrenzungsventil oder als Druckbegrenzungsventil mit Entlastungsschaltung ausgeführt sein.

Selbstverständlich sind auch andere Ventilkonstruktio­ nen über das erfindungsgemäße Formgedächtniselement mit zu­ geordneter Heizung ansteuerbar.

Die Erfindung ist nicht auf hydraulische Anwendungen begrenzt, sondern kann auch bei Ventilen für Pneumatikan­ wendungen verwendet werden.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 unterschiedliche Varianten eines aus einer Formgedächtnislegierung hergestellten Aktuators für eine Ventilanordnung;

Fig. 2 das Schaltschema eines vorgesteuerten Druckbe­ grenzungsventils, bei dem das Vorsteuerventil über ein Formgedächtniselement betätigbar ist;

Fig. 3 ein Schaltschema eines direkt betätigten Wege­ ventils, dessen Ventilschieber über ein Formgedächtnisele­ ment betätigbar ist und

Fig. 4 ein Schaltschema eines vorgesteuerten Wegeven­ tils, dessen Vorsteuerventile über Formgedächtniselemente ansteuerbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigung von Ventilanord­ nungen nützt man die bei der Erwärmung eines Formgedächt­ niselementes durch die erfolgte Verkürzung bzw. Formände­ rung nutzbare Arbeit aus, um einen Ventilkörper aus einer Grundposition in eine Schaltposition zu verschieben.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip von Ventilanordnungen, deren, Ventilkörper mit einem als Formgedächtniselement ausgeführten Aktuator betätigbar sind. Bei den dargestell­ ten Ausführungsbeispiel ist die Ventilanordnung mit einem Ventilsitz ausgeführt selbstverständlich können auch Ven­ tilschieberkonstruktionen mit den erfindungsgemäßen Aktua­ toren versehen werden.

Die Fig. 1a), 1b) zeigen eine Ventilanordnung 1, bei der ein Ventilkörper 2 über eine Feder, gegen einen Ventilsitz 6 vorgespannt ist. Bei auf dem Ventilsitz 6 auf­ liegendem Ventilkörper 2 ist ein Druckmittelkanal 8 abge­ sperrt.

An dem Ventilkörper 2 greift außerdem ein Formgedächt­ niselement - im folgenden FGE 4 genannt - an. Das FGE 4 ist an eine Heizeinrichtung 10, beispielsweise einen elektri­ schen Stromkreis angeschlossen. Fig. 1a zeigt die Grundpo­ sition mit aufliegendem Ventilkörper 2, in der die Heizein­ richtung 10 nicht angesteuert ist.

Bei Einschalten der Heizeinrichtung 10, d. h., im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel, beim Schließen des Strom­ kreises wird das FGE 4 erwärmt und aufgrund des eingangs geschilderten Memory-Effektes verkürzt. Die durch die Ver­ kürzung des FGE 4 auf den Ventilkörper 2 aufgebrachte Kraft reicht aus, um diesen vom Ventilsitz 6 gegen die Federkraft abzuheben, so daß der Druckmittelkanal 8 aufgesteuert wird. Bei dem in den Fig. 1a), b) dargestellten Ausführungs­ beispiel ist das FGE 4 als Draht oder Drahtbündel mit li­ nearen Drahtelementen ausgeführt. Die Heizung ist so ausge­ legt, daß das FGE 4 über die Mindestumwandlungstemperatur erwärmt wird. Die daraus resultierenden Verkürzung des Drahtes liegt bei etwa 5% seiner Gesamtlänge, also wesent­ lich höher als bei einer thermischen Ausdehnung, so daß die Gesamtlänge des FGE 4 so ausgelegt werden muß, daß der er­ forderliche Öffnungshub des Ventilkörpers 2 durchgeführt wird. Ein Vorteil der FGE 4 ist, daß selbst mit geringen Drahtdurchmessern erhebliche Stellkräfte auf den Ventilkör­ per aufbringbar sind, so daß die Ventilanordnung 1 in einer sehr kompakten Form ausgeführt wird.

Beim Ausschalten der Heizung 10, durch die Unterbre­ chung des Stromkreises kühlt das FGE 4 ab und wird durch die Feder 3 wieder auf seine in Fig. 1a dargestellte Aus­ gangslänge gedehnt, so daß der Ventilkörper 2 in seine Schließposition gebracht wird.

Selbstverständlich ist die Ausbildung der Heizung 10 nicht auf einen elektrischen Stromkreis beschränkt, sondern es können auch andere Heizeinrichtungen, beispielsweise ein Konvektions- oder Strahlungsheizung vorgesehen werden.

In den Fig. 1c), d) ist ein Ausführungsbeispiel ge­ zeigt, bei dem das FGE 4 als Spiralfeder ausgeführt ist. Durch diese Variante wird der Ventilkörper 2 bei abgeschal­ teter Heizung 10 aufgrund der Kraft der Spiralfeder gegen seinen Ventilsitz 6 vorgespannt. Beim Anschalten der Hei­ zung 10 wird die Spiralfeder verkürzt und somit der zugfest mit der Spiralfeder verbundene Ventilkörper 2 vom Ventil­ sitz 6 abgehoben.

Bei dem in Fig. 1e), b) dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist das FGE 4 als Teller- oder Scheibenfeder ausge­ führt. Zur Erhöhung der Federwirkung kann das FGE 4 als Tellerfederpaket ausgeführt sein. Beim Anschalten der Hei­ zung 10 und der damit verbundenen Erwärmung der Tellerfe­ dern werden diese in Radialrichtung verkürzt, so daß sie sich aufwölben und der Ventilkörper 2 vom Ventilsitz 6 ab­ hebt. Für den Fall, daß das FGE 4 den Schließkörper 2 in seine Schließstellung vorspannen soll, muß dieser zugfest mit dem FGE 4 verbunden sein. Ähnlich wie bei dem anhand Fig. 1a), b) beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Ventilkörper 2 zusätzlich durch eine nicht dargestellte Schließfeder in Schließposition vorgespannt sein.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Ventilanordnung als vorgesteuertes Druckbegrenzungsven­ til ausgeführt ist, das zusätzlich zur Druckbegrenzungs­ funktion noch auf drucklosen Umlauf (Entlastung) umgeschal­ tet werden kann. Herkömmliche Druckbegrenzungsventile mit Entlastungsfunktion sind beispielsweise in der eingangs ge­ nannten Druckschrift auf Seite 218 ff. beschrieben. Demge­ mäß ist einem herkömmlichen vorgesteuerten Druckbegren­ zungsventil ein Wegeventil zugeordnet, durch dessen An­ steuerung ein federseitiger Hauptkolbenraum des Druckbe­ grenzungsventils entlastbar ist, so daß das System bei ge­ schlossener Vorsteuerung in drucklosen Umlauf geschaltet werden kann.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der ein der­ artiges vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil des Typs DBW auf einfache Weise durch Verwendung eines FGE 4 realisiert ist.

Das in Fig. 2 dargestellte vorgesteuerte Druckbegren­ zungsventil 12 hat einen Hauptkolben 14, der über eine Druckfeder 16 gegen einen Hauptsitz 18 vorgespannt ist. Ein Eingangsanschluß P des Druckbegrenzungsventils 12 ist über eine Druckleitung mit einem an eine Pumpe 20 angeschlosse­ nen Hydraulikkreislauf 22 verbunden. Bei Überschreiten ei­ nes vorbestimmten Maximaldrucks im Hydraulikkreislauf 22 hebt der Hauptkolben 14 gegen die Kraft der Druckfeder 16 vom Ventilsitz ab, so daß die Verbindung zwischen dem Ein­ gangsanschluß P und dem Tankanschluß T geöffnet wird und das Druckmittel zu einem Tank T hin abströmen kann.

An den Federraum hinter dem Hauptkolben 14 ist ein Vor­ steuerventil 24 angeschlossen, über das sich eine Druckdif­ ferenz Δp über den Stirnflächen des Hauptkolbens 14 ein­ stellen läßt, so daß der maximale Systemdruck durch Ein­ stellung des Vorsteuerventils 24 veränderbar ist. Der Sy­ stemdruck wirkt, solange das Vorsteuerventil 24 geschlossen ist auch im Federraum.

Ein Eingangsanschluß P' des Vorsteuerventils 24 ist über eine Steuerleitung 28 mit dem Federraum am Hauptkolben 14 verbunden. Das Druckmittel wird über einen Kanal 26 zu dem Ventilsitz 6 des Druckbegrenzungsventils 24 geführt, gegen den der Ventilkörper 2 über eine Steuerfeder 30 vor­ gespannt ist. In dieser Grundposition ist die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß P' und einem an den Tank T angeschlossenen Ausgangsanschluß R abgesperrt.

Insoweit entspricht die in Fig. 2 dargestellte Anord­ nung einem herkömmlichen vorgesteuerten Druckbegrenzungs­ ventil, bei dem der Systemdruck durch Veränderung der Span­ nung der Steuerfeder 30 einstellbar ist. Der Systemdruck des Hydraulikkreislaufes 22 liegt am Ventilsitz 6 an, so daß bei Überschreiten eines vorbestimmten Maximaldruckes der Ventilkörper 2 von seinem Ventilsitz 6 abgehoben wird und das Druckmittel zum Tank T abströmen kann. Weil zwi­ schen dem Hydraulikkreislauf 22 einerseits und dem Feder­ raum am Hauptkolben 14 sowie dem Vorsteuerventil 24 ande­ rerseits eine Düse 23 angeordnet ist, entsteht eine Druck­ differenz über dem Hauptkolben 14, so daß der Hauptkolben von seinem Hauptsitz 18 abhebt und Druckmittel aus dem Hy­ draulikkreislauf 22 zum Tank T abfließen kann.

Das Umschalten auf drucklosen Umlauf erfolgt bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel über das FGE 4, das zugfest am Ventilkörper 2 befestigt ist. Beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist das FGE 4 als Draht oder Drahtbündel ausgeführt und mittelbar oder unmittelbar an eine elektrische Heizung 10 angeschlossen. Beim Schließen des Stromkreises der Heizung 10 wird das FGE 4 über die für die Gefügeumwandlung erforderliche kritische Mindesttempe­ ratur erwärmt, so daß der Ventilkörper 2 durch die Verkür­ zung der Länge L des Drahtes von seinem Ventilsitz 6 abge­ hoben wird. Der Federraum der Druckfeder 16 wird dadurch völlig von Druck entlastet, so daß das Druckbegrenzungsven­ til 12 ganz öffnet und auf drucklosen Umlauf geschaltet wird, so daß das Druckmittel drucklos vom Anschluß P zum Anschluß T abströmen kann.

Demgemäß ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestal­ tung des Vorsteuerventils 24 mit einem FGE 4 möglich, das beim Stand der Technik für das Umschalten in den drucklosen Umlauf erforderliche Wegeventil und das Vorsteuerventil durch ein einziges gemeinsames Vorsteuerventil mit FGE zu ersetzen, so daß Druckbegrenzung und druckloser Umlauf über ein einziges Vorsteuerventil steuerbar sind.

Prinzipiell könnte man bei diesem Ausführungsbeispiel auch die Steuerfeder 30 und das FGE 4 durch ein einziges Bauelement ersetzen, indem die Steuerfeder 30 aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt wird.

Die Fig. 3a), b) zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das FGE 4 für die direkte Betätigung eines Wegeven­ tils 32 in Schieberbauweise verwendet wird. Das Wegeventil 32 hat einen Ventilschieber 34, der axial verschiebbar in einer Ventilbohrung 36 eines Ventilgehäuses 38 geführt ist. In der Ventilbohrung 36 münden ein Tankanschluß T, ein Druckanschluß P und weitere Arbeitsanschlüsse A und B. Auf Einzelheiten der Ventilschieber- und Ventilgehäusegeometrie soll hier nicht eingegangen werden, da es sich lediglich um eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Wirkprin­ zips des FGE 4 handelt.

Der Ventilschieber 34 wird über einen Druckfeder 16 in seine dargestellte Grundposition vorgespannt, in der die Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und dem Arbeitsan­ schluß A geschlossen ist. Desweiteren sind beide Stirnflä­ chen des Ventilschiebers 34 über einen Verbindungskanal 40 mit dem Tankanschluß T verbunden und somit mit Tankdruck T beaufschlagt.

Der Ventilschieber 34 hat eine Axialbohrung 42, die von dem FGE 4 durchsetzt wird. Dieses ist an der von der Druck­ feder 16 entfernten Stirnfläche des Ventilschiebers 34 ver­ ankert und durchsetzt mit dem anderen Endabschnitt den Fe­ derraum der Druckfeder 16. Das FGE 4 ist desweiteren in der vorbeschriebenen Weise an eine Heizung 10, beispielsweise an einen elektrischen Stromkreis angeschlossen. Die in Fig. 3a) dargestellte Konstruktion hat den Vorteil, daß das FGE 4 mit einer erheblichen Axiallänge ausgeführt ist, so daß große Stellwege realisierbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das FGE 4 vom Druckmittel umgeben ist, so daß nach dem Abschalten der Heizung 10 eine schnelle Kühlung und somit eine schnelle Ausdehnung des FGE 4 in den Grundzustand möglich ist.

Beim Bestromen der Heizung 10 wird das FGE 4 gemäß Fig. 3b) verkürzt, so daß der Ventilschieber 34 in der Dar­ stellung gemäß Fig. 3 nach links verschoben und der Druck­ anschluß P mit dem Arbeitsanschluß A verbunden wird.

Beim Ausschalten der Heizung 10 dehnt sich das FGE 4 aufgrund der guten Kühlung vergleichsweise schnell wieder auf seine Grundlänge L, so daß der Ventilschieber 34 wieder in die Fig. 3a) dargestellte Grundposition zurückgescho­ ben wird. Diese Bewegung wird von der Druckfeder 16 unter­ stützt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel könnte die Druckfe­ der 16 wiederum aus einer Formgedächtnislegierung herge­ stellt werden, so daß das drahtförmige FGE 4 entfallen könnte.

Fig. 4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Formgedächtniselemente 4 zur Ansteuerung eines vorgesteuerten Wegeventils 44 verwendet werden.

Dieses hat zwei Vorsteuerventile 46, 48, über die die Stirnflächen eines Ventilschiebers 34 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind. Der Ventilschieber 34 ist in einer Ventilbohrung 36 eines Ventilgehäuses 38 geführt, das mit einem Druckanschluß P, zwei Arbeitsanschlüsse A, B und ei­ nem Tankanschluß T ausgeführt ist. In der Grundstellung sind die Anschlüsse gegeneinander abgesperrt. Die An­ schlüsse sind über entsprechende Kanäle und Ringräume mit der Ventilbohrung 36 verbunden. Da es sich hier um eine prinzipielle Erläuterung des Funktionsprinzips handelt, wird wiederum auf eine detaillierte Beschreibung der Ven­ tilgehäuse- und Ventilschiebergeometrie verzichtet.

Jedes Vorsteuerventil 46, 48 hat ein Vorsteuergehäuse 50, das in einen Endabschnitt der Ventilbohrung 36 einge­ setzt ist. Ein Vorsteuerventilkörper 52 ist axial ver­ schiebbar in einer als Sacklochbohrung ausgeführten Vor­ steuerbohrung 54 geführt und über eine Steuerfeder 30 in seine dargestellte Grundposition vorgespannt.

Am Außenumfang des Vorsteuerventilkörpers 52 sind Ring­ kanäle 56, 58, 60 ausgebildet, wobei der Ringkanal 56 über einen Tankkanal 62 mit dem Tankanschluß T verbunden ist. Wie in Fig. 4 angedeutet ist, steht der Ringkanal 56 über eine Verbindungsbohrung 63 in Fluidverbindung mit dem Fe­ derraum des Vorsteuerventilschiebers 52, so daß die benach­ barte Stirnfläche des Vorsteuerventilkörpers 52 mit Tank­ druck T beaufschlagt ist.

Der mittlere Ringraum 58 ist mit einem Druckkanal 66 oder einem Verbindungskanal 72 verbindbar. In der darge­ stellten Grundposition ist der mittlere Ringkanal 58 mit dem zum Druckanschluß P führenden Druckkanal 66 verbunden.

In dem in Fig. 4 linken Ringkanal 60 mündet eine Ra­ dialbohrung 68 des Vorsteuerventilgehäuses 50, über die ei­ ne Verbindung zu einem benachbarten Federraum 70 des Ven­ tilgehäuses 38 hergestellt ist. Der andere Endabschnitt der Radialbohrung mündet in der Innenbohrung 64, die wiederum hydraulisch mit dem Federraum des Vorsteuerventils 48 ver­ bunden ist. In der dargestellten Grundposition ist somit der Federraum 70 über die Radialbohrung 68, die Innenboh­ rung 64 den Federraum der Vorsteuerventilanordnung, die Verbindungsbohrung 63, den Ringkanal 56 und den Tankkanal 62 mit dem Tankanschluß T verbunden. Entsprechendes gilt auch für das Vorsteuerventil 46 und den an diesem angren­ zenden Federraum 74.

Das FGE 4 ist derart am Vorsteuerventilkörper 52 befe­ stigt, daß es diesen beim Erwärmen über die Mindesttempera­ tur aus seiner dargestellten Grundposition nach rechts ver­ schieben kann. Wie gestrichelt angedeutet, kann die Tempe­ ratur des FGE 4 über eine zugeordnete Heizung 10 auf die kritische Mindesttemperatur erhöht werden.

Beim Einschalten dieser Heizung 10 verkürzt sich das FGE 4, so daß der Vorsteuerventilkörper 52 aus der darge­ stellten Grundposition nach rechts bewegt wird. Dabei öff­ net eine als Umfangskante des Ringkanals 58 ausgebildete Steuerkante 76 die Verbindung zum Verbindungskanal 72, so daß der Federraum 70 über den Druckkanal 66, den Ringkanal 58 und den Verbindungskanal 72 mit dem Druckanschluß P ver­ bunden wird. Die andere Stirnfläche des Ventilschiebers 34 ist weiterhin mit dem Druck im Federraum 74 - dem Tankdruck - beaufschlagt. Aufgrund dieser Druckdifferenz über den Stirnflächen des Ventilschiebers 34 wird dieser aus der dargestellten Position nach links verschoben, so daß die Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und dem Arbeitsan­ schluß A und die Verbindung vom Arbeitsanschluß B zum Tank­ anschluß T aufgesteuert wird.

Durch die Verschiebung des Vorsteuerventilschiebers 52 wird desweiteren die Verbindung zwischen der Radialbohrung 68 und dem Tankanschluß T zugesteuert, so daß das Druckmit­ tel (Vorsteueröl) nicht (oder nur gedrosselt) zum Tank T hin abströmen kann.

Beim Abschalten der Heizung 10 wird das FGE 4 durch die Federkraft der Feder 30 wieder in seinen Ausgangszustand gedehnt, so daß der Vorsteuerventilschieber 52 in seine Ausgangsposition bewegt wird.

Die Verbindung des Druckanschlusses P mit dem Arbeits­ anschluß B erfolgt in entsprechender Weise durch Ansteue­ rung des Vorsteuerventils 46.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel könnte man die Steuerfeder 30 und das FGE 4 durch ein einziges Bauelement aus einer Formgedächtnislegierung ersetzen, wobei unter Um­ ständen eine Änderung der Kanalführung erforderlich ist.

Eine proportionale Ansteuerung der eingangs beschriebe­ nen Ventilanordnungen läßt sich erreichen, indem mehrere FGE 4 mit unterschiedlichen Geometrien und aus unterschied­ lichen Legierungen auf geeignete Weise hintereinander ge­ schaltet werden, so daß sich die gewünschte Kennlinie ein­ stellen läßt.

Selbstverständlich ist die Erfindung keinesfalls auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt son­ dern prinzipiell bei jedweder Ventilanordnungsbauart in Hy­ draulik und Pneumatik anwendbar. Als Formgedächtnislegie­ rungen bieten sich Kupfer-Basislegierungen, Ni-Ti-Legierun­ gen oder Eisen-Basis-Legierungen an, es können jedoch auch andere geeignete Legierungen und sogar Kunststoffe mit Memory-Effekt eingesetzt werden.

Offenbart ist eine Ventilanordnung, bei dem ein Ventil­ körper über ein Formgedächtniselement betätigbar ist.

Claims (9)

1. Ventilanordnung mit einem in einen Ventilgehäuse (38, 50) geführten Ventilkörper (2, 34, 52), der in eine Grundstellung vorgespannt ist und über einen Aktuator (4) in eine Steuerstellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator als Formgedächtnisele­ ment (4) aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist und daß dem Aktuator eine Steuereinrichtung (10) zum Einstellen einer Temperaturänderung zugeordnet ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei die Steuerein­ richtung eine elektrische Heizung (10) ist, mit deren Stromkreis das Formgedächtniselement (4) verschaltet ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Form­ gedächtniselement (4) durch einen Draht oder eine Scheibe gebildet ist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, wobei das Formgedächt­ niselement durch ein Drahtbündel gebildet ist.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Form­ gedächtniselement (4) direkt am Ventilkörper (2, 34, 52) befestigt ist oder diesen durchsetzt und an dessen Rückseite abgestützt ist.

6. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei mehrere Formgedächtniselemente (4) mit un­ terschiedlichen Geometrien oder aus unterschiedlichen Formgedächtnislegierungen in Wirkrichtung hintereinan­ der geschaltet sind.

7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei das Formgedächtniselement (4) direkt auf den Ventilschieber (34) eines Ventils, vorzugsweise eines Wegeventils (32) oder auf den Ventilkörper (2, 52) ei­ nes dem Ventil (44) zugeordneten Vorsteuerventils (24, 46, 48) wirkt.

8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Druckbegrenzungsventil (12) ein Vorsteuerventil (24) hat, dessen Ventilkörper (2) über das Formgedächt­ niselement(4) ansteuerbar ist.

9. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei das Formgedächtniselement aus einer NI-TI- Legierung, aus einer Legierung auf Cu-Basis oder Fe-Ba­ sis oder aus einem Memory-Kunststoff hergestellt ist. Das Formgedächtniselement kann als Aktuator für Ven­ tile, beispielsweise Wegeventile, Druckbegrenzungsven­ tile etc. verwendet werden.