WO2015000623A1 - Kolbenventil - Google Patents

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control
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Martin Maier
Markus Rief
Werner Bernhard
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Zf Lenksysteme Gmbh
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    • Y10T137/86646—Plug type
    • Y10T137/86654—For plural lines

Definitions

  • the present invention relates to a valve for controlling a fluid flow and a steering system for a vehicle.
  • Valves are known in the art which switch / control / direct a fluid flow in hydraulic or pneumatic systems.
  • valves For controlling a fluid flow, valves are used which comprise an inner and a middle sleeve and a valve housing.
  • the inner sleeve can be rotated to the middle sleeve, whereby various switching states of the valve can be realized.
  • the connections for the supply and discharge of the fluid are arranged. Since the middle sleeve with respect to the outer sleeve / the valve housing can rotate over 360 °, takes place the supply and discharge of the fluid via annular grooves. To ensure trouble-free operation, the transitions are, for example, rounded. For this purpose, in addition to the radial machining and axial machining must be made.
  • Initial state for example, the fluid flow is passed directly into the return.
  • One object is therefore to provide a valve which can be easily manufactured and / or whose "hydraulic center” is easily adjustable or which is capable of automatically setting its "hydraulic center”.
  • a fluid flow control valve comprising: an inner sleeve having a
  • Control surface and a central sleeve wherein a first movement of the inner sleeve to the central sleeve is vorrisebar, wherein the valve has a control piston, wherein the first movement, a second movement of the control piston takes place, whereby the valve is converted into a switching state.
  • the arrangement of a control piston can be dispensed with axial machining of inner walls to direct the flow of fluid, which significantly simplifies the manufacturing process of the valve.
  • a steering system for a vehicle comprising a valve according to one of claims 1 to 8.
  • a valve is provided, wherein the first movement is a rotation / rotational movement / axial displacement and / or wherein the second movement is a rotation / rotational movement / axial displacement, the axial displacement being a displacement in the direction of Longitudinal axis of the valve is.
  • a valve is provided, the valve having means for pressing the control piston against the control surface.
  • a valve is provided, wherein the means is designed to act along the longitudinal axis of the valve.
  • the automatically adjustable starting situation can be defined as "hydraulic center”.
  • a valve is provided, wherein the means is a spring.
  • the means is a spring.
  • a valve is provided, wherein the control surface is inclined to the longitudinal axis of the valve and / or wherein the control surface releases more space or less space in the direction of the longitudinal axis by the first movement for the control piston.
  • a valve is provided, wherein the valve 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or any number of control piston has. Both by the use of any number of control pistons, as well as the design / mechanical design of the / each control piston, the valve can be scaled in terms of its fluid flow according to the requirements.
  • an idea of the invention can be considered to provide a valve that can be switched by a control piston. As a result, can be dispensed with a complex processing of inner walls of the sleeves of the valve.
  • the individual features can also be combined with each other, which can also be partially beneficial effects that go beyond the sum of the individual effects.
  • FIG. 4 shows a longitudinal sectional illustration of a section of the valve according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the valve according to the invention
  • Fig. 6 curves illustrating the relationship between torque and pressure.
  • Fig. 1 shows a valve of the prior art with a middle sleeve 2 and an inner sleeve 1, wherein the inner sleeve 1 to the middle sleeve 2 can be rotated.
  • the middle sleeve 2 has longitudinal grooves 15, which are required for proper inflow and outflow of the fluid.
  • the longitudinal grooves 15 require in addition to a radial machining and axial machining of the inner wall of the middle sleeve 2, which is a high manufacturing expense.
  • Fig. 2 shows a valve according to the invention with an inner sleeve 5, which is rotatable and a central sleeve 14.
  • On a valve housing 7 supply and discharge lines 6, 12 are arranged for the fluid.
  • control piston 10 can be mounted, which can be held by springs 9 in the axial direction, ie in the direction of the longitudinal axis 20 of the valve, under tension and which bear against a control surface 19.
  • the control surface 19 may change, for example, in its inclination at the bearing point of the control piston 10 and the control piston 10 can be moved in the axial direction 20.
  • the axial displacement of the control piston 10 may result in a circuit of the valve.
  • Fig. 3 shows the valve according to the invention in an exploded view with the inner sleeve 5 and the middle sleeve 14, wherein in the middle sleeve 14, the control piston 10 are arranged.
  • the control piston 10 are held by springs 9 under mechanical tension and pressed against the control surface 19.
  • the control surface 19 By turning the inner sleeve 5, the control surface 19 also rotates and the control pistons 10 can be displaced in the axial direction.
  • 4 shows a longitudinal section of a section of a
  • Valve according to the invention with the inner sleeve 5, the middle sleeve 14 and the control piston 10.
  • the control piston 10 are pressed by springs 9 against the control surface 19 of the inner sleeve 5.
  • the control surface 19 also shifts and the control pistons 10 can be pushed down or the control surfaces 19 can open space / space upward and the control pistons 10 can be pushed upwardly by the springs 9. This therefore results in an axial displacement of the control piston.
  • the axial displacement can be used to connect / disconnect annular grooves 11, 21, whereby switching states of the valve can be realized.
  • FIG. 5 shows the valve according to the invention in a cross-sectional view with the
  • Control piston 10 which are mounted within the middle sleeve 14.
  • a mechanical stop 13 is shown, which ensures that a maximum
  • Fig. 6 is a diagram showing a relationship between a torque M exerted on the inner sleeve 5 and a pressure P resulting thereby within the system.
  • the system may be pneumatic or hydraulic. It is shown that advantageously by varying the spring characteristics (soft / stiff spring) a different characteristic 23, 24 can be selected. When selecting the characteristic curve 23 ("soft" spring) results from a low torque on the inner sleeve 5 already a high

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Abstract

Die Beschreibung umfasst ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms umfassend: eine innere Hülse (5) mit einer Steuerfläche (19) und eine mittlere Hülse (14), wobei eine erste Bewegung der inneren Hülse (5) zur mittleren Hülse (14) vornehmbar ist, wobei das Ventil einen Steuerkolben (10) aufweist, wobei durch die erste Bewegung eine zweite Bewegung des Steuerkolbens (10) erfolgt, wodurch das Ventil in einen Schaltzustand überführt wird.

Description

Kolbenventil
BESCHREIBUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms und ein Lenksystem für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind Ventile bekannt, die in hydraulischen oder pneumatischen Systemen einen Fluidstrom schalten/steuern/lenken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Lenkung eines Fluidstroms werden Ventile eingesetzt, die eine innere und eine mittlere Hülse und ein Ventilgehäuse umfassen. Die innere Hülse kann zur mittleren Hülse verdreht werden, wodurch verschiedene Schaltzustände des Ventils realisiert werden können. Am Ventilgehäuse sind die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung des Fluids angeordnet. Da sich die mittlere Hülse bezüglich der äußeren Hülse/dem Ventilgehäuse um über 360° drehen kann, findet die Zu- und Ableitung des Fluids über Ringnuten statt. Um eine einwandfreie Funktion sicherstellen zu können, sind die Übergänge beispielsweise abgerundet ausgebildet. Hierzu muss neben der radialen Bearbeitung auch eine axiale Bearbeitung vorgenommen werden. Die Einbringung der axialen Nuten an den Innenwänden der mittleren Hülse ist mit einem komplexen Bearbeitungsprozess verbunden. Fertigungstechnisch ist dieser Bearbeitungsprozess kompliziert, insbesondere falls die mittlere Hülse sehr klein ausgebildet ist. Außerdem ist es problematisch die„hydraulische Mitte" eines Ventils bei der Komplettierung /Zusammenbau /Montage einzustellen. Hierzu wird eine aufwändige Steuerung benötigt. Die„hydraulische Mitte" stellt eine
Ausgangs Situation der Anordnung der Hülsen zueinander dar. In diesem
Ausgangszustand wird beispielsweise der Fluidstrom direkt in den Rücklauf geleitet.
Eine Aufgabe ist daher, ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das einfach hergestellt werden kann und/oder dessen„hydraulische Mitte" einfach einstellbar ist oder das in der Lage ist, seine„hydraulische Mitte" selbsttätig einzustellen.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms zur Verfügung gestellt, umfassend: eine innere Hülse mit einer
Steuerfläche und eine mittlere Hülse, wobei eine erste Bewegung der inneren Hülse zur mittleren Hülse vornehmbar ist, wobei das Ventil einen Steuerkolben aufweist, wobei durch die erste Bewegung eine zweite Bewegung des Steuerkolbens erfolgt, wodurch das Ventil in einen Schaltzustand überführt wird. Durch die Anordnung eines Steuerkolbens kann auf eine axiale Bearbeitung von Innenwänden zur Lenkung des Fluidstroms verzichtet werden, wodurch sich der Herstellprozess des Ventils deutlich vereinfacht.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur
Verfügung gestellt, wobei in dem Schaltzustand der Fluidstrom in eine erste oder eine zweite Richtung gelenkt wird oder wobei der Fluidstrom unterbrochen wird. In einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei die erste Bewegung eine Verdrehung/Rotationsbewegung /axiale Verschiebung ist und/oder wobei die zweite Bewegung eine Verdrehung /Rotationsbewegung/axiale Verschiebung ist, wobei die axiale Verschiebung eine Verschiebung in Richtung der Längsachse des Ventils ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Ventil ein Mittel zum Pressen des Steuerkolbens gegen die Steuerfläche aufweist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Mittel entlang der Längsachse des Ventils wirkend ausgebildet ist.
Durch das Anpressen der Steuerkolben an die Steuerfläche kann bei geeigneter Ausführung der Neigung der Steuerfläche gegenüber der Längsachse das Ventil selbsttätig nach einer Verdrehung in seine Ausgangssituation zurückfinden. Die selbsttätig einstellbare Ausgangssituation kann als„hydraulische Mitte" definiert werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Mittel eine Feder ist. Durch die Verwendung einer Feder kann auf einfache Weise ein Anpressdruck auf den Steuerkolben generiert werden.
In einer weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsform wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei die Steuerfläche zur Längsachse des Ventils geneigt ist und/oder wobei die Steuerfläche durch die erste Bewegung für den Steuerkolben mehr Raum oder weniger Raum in Richtung der Längsachse freigibt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil zur Verfügung gestellt, wobei das Ventil 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder beliebig viele Steuerkolben aufweist. Sowohl durch die Verwendung einer beliebigen Anzahl an Steuerkolben, sowie das Design/die mechanische Ausgestaltung der/des einzelnen Steuerkolbens kann das Ventil bezüglich seines Fluidstroms entsprechend den Anforderungen skaliert werden. Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das durch einen Steuerkolben geschaltet werden kann. Hierdurch kann auf eine aufwändige Bearbeitung von Innenwänden der Hülsen des Ventils verzichtet werden. Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
Fig. 1 ein Ventil des Stands der Technik,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Ventil,
Fig. 3 das erfindungsgemäße Ventil in einer Explosionsdarstellung, Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Ventils, Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung des erfindungs gemäßen Ventils, Fig. 6 Kurven zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen Drehmoment und Druck. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt ein Ventil des Stands der Technik mit einer mittleren Hülse 2 und einer inneren Hülse 1, wobei die innere Hülse 1 zur mittleren Hülse 2 verdreht werden kann. Die mittlere Hülse 2 weist Längsnuten 15 auf, die zu einem einwandfreien Zu- und Abfluss des Fluids benötigt werden. Die Längsnuten 15 erfordern neben einer radialen Bearbeitung auch eine axiale Bearbeitung der Innenwandung der mittleren Hülse 2, was einen hohen fertigungstechnischen Aufwand darstellt. Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil mit einer inneren Hülse 5, die verdrehbar ist und einer mittleren Hülse 14. An einem Ventilgehäuse 7 sind Zu- und Ableitungen 6, 12 für das Fluid angeordnet. In der mittleren Hülse 14 können Steuerkolben 10 gelagert werden, die durch Federn 9 in axialer Richtung, also in Richtung der Längsachse 20 des Ventils, unter Spannung gehalten werden können und die an einer Steuerfläche 19 anliegen. Durch eine Drehung/Rotation der inneren Hülse 5 kann sich die Steuerfläche 19 beispielsweise in ihrer Neigung am Auflageort des Steuerkolbens 10 ändern und die Steuerkolben 10 können in axiale Richtung 20 verschoben werden. Durch die axiale Verschiebung der Steuerkolben 10 kann sich eine Schaltung des Ventils ergeben.
Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Ventil in einer Explosionsdarstellung mit der inneren Hülse 5 und der mittleren Hülse 14, wobei in der mittleren Hülse 14 die Steuerkolben 10 angeordnet sind. Die Steuerkolben 10 werden durch Federn 9 unter mechanischer Spannung gehalten und gegen die Steuerfläche 19 gepresst. Durch ein Drehen der inneren Hülse 5 verdreht sich ebenfalls die Steuerfläche 19 und die Steuerkolben 10 können in axialer Richtung verschoben werden. Fig. 4 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen Abschnitt eines
erfindungsgemäßen Ventils mit der inneren Hülse 5, der mittleren Hülse 14 und den Steuerkolben 10. Die Steuerkolben 10 werden durch Federn 9 gegen die Steuerfläche 19 der inneren Hülse 5 gepresst. Wird die innere Hülse 5 gedreht, so verschiebt sich die Steuerfläche 19 ebenfalls und die Steuerkolben 10 können nach unten gedrückt werden oder die Steuerflächen 19 können Raum/Platz nach oben freigeben und die Steuerkolben 10 können nach oben durch die Federn 9 gedrückt werden. Hierdurch ergibt sich daher eine axiale Verschiebung der Steuerkolben. Die axiale Verschiebung kann zu einem Verbinden/Unterbrechen von Ringnuten bzw. Nuten 11, 21 genutzt werden, wodurch Schaltzustände des Ventils realisiert werden können. Nach der Verdrehung kann aufgrund des Anpressens der Steuerkolben 10 gegen die
Steuerfläche 19 eine Rückführung der Verdrehung erfolgen, wodurch das Ventil selbsttätig in einen Ausgangszustand überführt wird. Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Ventil in einer Querschnittdarstellung mit den
Steuerkolben 10, die innerhalb der mittleren Hülse 14 gelagert sind. Außerdem ist ein mechanischer Anschlag 13 dargestellt, der sicherstellt, dass eine maximale
Verdrehung der Steuerflächen 19 nicht überschritten wird. Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einem Drehmoment M, das auf die innere Hülse 5 ausgeübt wird, und einem dadurch resultierenden Druck P innerhalb des Systems aufzeigt. Das System kann pneumatisch oder hydraulisch ausgebildet sein. Dargestellt ist, dass vorteilhafterweise durch Variation der Federeigenschaften (weiche/steife Feder) eine unterschiedliche Kennlinie 23, 24 ausgewählt werden kann. Bei Wahl der Kennlinie 23 („weiche" Feder) ergibt sich durch ein geringes Drehmoment auf die innere Hülse 5 bereits eine hohe
Druckveränderung. Wurde eine„steife" Feder eingesetzt, so ergibt sich durch ein geringes Drehmoment eine nur geringe Druckänderung im System. Es sei angemerkt, dass der Begriff„umfassen" weitere Elemente oder
Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt. Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 innere Hülse
2 mittlere Hülse
3 Ringnut
4 Ventilschieber
5 innere Hülse/Drehschieber
6 Zulauf
7 äußere Hülse/Ventilgehäuse
9 Feder
10 Steuerkolben
11 Nut
12 Rücklauf
13 mechanischer Anschlag
14 mittlere Hülse
15 Längsnut
16 Ringnut
17 Ringnut
18 Winkel α
19 Steuerfläche
20 Längsachse
21 Nut
22 Zu- oder Ableitung des Fluids
23 „weiche" Feder
24 „harte" Feder
P Druck
M Drehmoment

Claims

ANSPRÜCHE
1. Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms umfassend
eine innere Hülse (5) mit einer Steuerfläche (19) und
eine mittlere Hülse (14), wobei eine erste Bewegung der inneren Hülse (5) zur mittleren Hülse (14) vornehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventil einen Steuerkolben (10) aufweist, wobei durch die erste Bewegung eine zweite Bewegung des Steuerkolbens (10) erfolgt, wodurch das Ventil in einen Schaltzustand überführt wird.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltzustand der Fluidstrom in eine erste oder eine zweite Richtung gelenkt wird oder wobei der Fluidstrom unterbrochen wird.
3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bewegung eine Verdrehung/Rotationsbewegung/axiale Verschiebung ist und/oder wobei die zweite Bewegung eine Verdrehung/Rotationsbewegung/axiale
Verschiebung ist, wobei die axiale Verschiebung eine Verschiebung in Richtung der Längsachse (20) des Ventils ist.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Mittel zum Pressen des Steuerkolbens (10) gegen die Steuerfläche (19) aufweist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel entlang der Längsachse des Ventils wirkend ausgebildet ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Feder (9) ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche (19) zur Längsachse (20) des Ventils geneigt ist und/oder wobei die Steuerfläche (19) durch die erste Bewegung für den Steuerkolben (10) mehr Raum oder weniger Raum in Richtung der Längsachse (20) freigibt.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder beliebig viele Steuerkolben (10) aufweist.
9. Lenksystem für ein Fahrzeug umfassend ein Ventil nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
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