WO2015104130A1 - Ventil - Google Patents

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WO2015104130A1
WO2015104130A1 PCT/EP2014/077409 EP2014077409W WO2015104130A1 WO 2015104130 A1 WO2015104130 A1 WO 2015104130A1 EP 2014077409 W EP2014077409 W EP 2014077409W WO 2015104130 A1 WO2015104130 A1 WO 2015104130A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
closing piston
valve
closing
force
fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/077409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Voehringer
Thomas Nierychlo
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2015104130A1 publication Critical patent/WO2015104130A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F16K17/0433—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with vibration preventing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/08—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means
    • B60K6/12—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable fluidic accumulator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a valve according to the preamble of
  • Valves have a closing piston on which is movably mounted on a cylinder between a closed position and an open position. Through an inlet opening, fluid, in particular liquid, can be introduced into the valve and discharged out of the valve through a drain opening. On the one hand the hydrostatic pressure force of the fluid acts on the closing piston and, moreover, a valve spring applies a closing force to the closing piston which
  • the closing piston also has a baffle surface. At the baffle that is through the
  • Speed is changed as vectorial size, d. H. essentially, the direction of the fluid is changed, and thereby an impulse force is transmitted to the closing piston.
  • the pulse force or a proportion of the pulse force is also aligned opposite to the closing force of the spring. In the closed position of the closing piston, the inlet opening is complete
  • the valve as a pressure relief valve is intended to operate within a volumetric flow range through the valve, e.g. B. between about 0 and 150 l / min, the pressure of the fluid, in particular the liquid, keep constant at the inlet opening, d. H. a flow independent constant pressure at the
  • Closing piston and a valve spring wherein the closing piston has a sealing seat, which in a closed position of the closing piston a
  • Valve comprising a valve cylinder, a closing piston which is movable between a closed position and open position so that in the closed position the valve is closed and in the open position the valve is opened, an inlet opening for supplying a
  • Cylinder space at least one drain opening for discharging the fluid introduced into the cylinder chamber, a connected to the closing piston elastic valve element, in particular valve spring, with which on the
  • a closing force can be applied, which is opposite to one of the fluid applied to the closing piston hydrostatic pressure force, wherein on the closing piston a baffle is formed to change by means of a speed change at the baffle of the
  • Closing piston apply a pulse force and the impulse force
  • Locking piston is oriented applicable closing force, so that the
  • Opening position is movable, wherein on the closing piston a
  • the closing piston can be applied applying closing force and / or on the valve, a stop for limiting the movement of the closing piston is formed.
  • the baffle brings on the closing piston only at a larger volume flow of fluid, in particular liquid, through the valve to the closing piston.
  • Additional impact surface can be an additional impulse force on the even with a small volume flow of fluid conducted through the valve and a correspondingly associated, slightly open intermediate position of the closing piston
  • Closing pistons are applied, so that even at a low
  • volumetric flow a force equilibrium on the one hand between the hydrostatic pressure force and the additional impulse force on the additional impact surface and on the other side of the valve spring applied to the closing piston closing force is an equilibrium of forces, so that even at a low flow through the valve ensures a flow-independent constant pressure at the inlet opening and can be executed.
  • a locking pin is formed on the closing piston and the locking pin forms the front end of the closing piston and / or of the locking pin in the closed position of the closing piston, the inlet opening is closed and / or the diameter of the locking pin is smaller than the maximum diameter of the closing piston, in particular Diameter of the locking pin is less than 80%, 70% or 60% of the maximum diameter of the closing piston and / or the low open intermediate position, a position of the closing piston is at which the closing piston less than 30%, 20%, 10% or 5% of Differenzhubweges of the closing piston between the
  • Baffle larger than the diameter of the locking pin in particular is the Diameter of the closing piston at the baffle is greater than the 1, 2, 1, 5 or 2 times the diameter of the locking pin.
  • the larger diameter of the closing piston on the baffle surface compared to the locking pin is required in order to obtain a sufficiently large impact surface for the fluid, in particular the liquid.
  • Closing piston parallel to the longitudinal axis of the closing piston a tangent to the baffle at an angle between 45 ° and 90 ° aligned to the longitudinal axis and / or in a longitudinal section of the closing piston increases the axial distance of the baffle to the front end of the closing piston with increasing radial distance from the longitudinal axis.
  • Additional impact surface to the front end of the closing piston smaller than, preferably maximum, axial distance of the baffle to the front end of the closing piston, in particular smaller than the 0.9, 0.8 or 0.6 times, preferably maximum, axial Distance of the baffle to the front end of the closing piston.
  • the inlet opening is arranged concentrically and coaxially to the longitudinal axis of the valve and due to this orientation of the baffle and the additional impact surface, the fluid introduced through the inlet opening into the cylinder chamber first on the additional impact surface and only then in the open position or after an intermediate position of the closing piston on the baffle ,
  • the, preferably maximum, radial distance is the
  • Additional impact surface to the longitudinal axis of the valve smaller than, preferably, the minimum, radial distance of the baffle to the longitudinal axis of the valve, in particular less than 0.9, 0.8 or 0.6 times the, preferably minimum, radial distance the impact surface to the longitudinal axis of the valve. Also due to the smaller radial distance of the additional impact surface to the longitudinal axis as in the baffle hits the fluid during introduction of the fluid through the inlet opening at the low open intermediate position of the closing piston substantially exclusively on the additional impact surface. In a further opening of the closing piston, the fluid hits both the impact surface and the additional impact surface, however, the additional impact surface has a smaller rebound surface, so that in the open position, the proportion of
  • the additional impact surface is formed as an annular step.
  • the annular step enables a particularly effective
  • Pulse transfer to the closing piston and on the other hand can be made particularly easily machined to the closing piston.
  • the additional impact surface is formed on the locking pin, in particular occurs on the additional impact surface on a change in the diameter of the locking pin.
  • the additional impact surface within the cylinder space in particular at an axial distance to a
  • the stop for the closing piston is formed on the valve cylinder.
  • the stop can either in one piece on the
  • Valve cylinder or be designed as a supplementary component, which on the
  • Valve cylinder and / or the valve housing is positively and / or non-positively and / or materially secured.
  • the axial orientation of the stop is designed such that the differential stroke of the closing piston between the closed position and the open position with contact of the
  • valve in particular the elastic valve element and the closing piston with the baffle and the
  • Hydraulic hybrid system for a motor vehicle, comprising a hydraulic motor for converting hydraulic energy into mechanical energy, a hydraulic pump for converting mechanical energy into hydraulic energy, an energy storage device for storing hydraulic energy, the hydraulic hybrid system being a valve described in this patent application includes.
  • the hydraulic motor and the hydraulic pump are formed as a swash plate machine and / or the hydraulic motor and the hydraulic pump are connected together as a hydraulic transmission for power transmission from an engine to a drive wheel and the valve is disposed on hydraulic lines of the hydraulic transmission.
  • the elastic valve element is disposed within the cylinder space.
  • the at least one inlet opening in the closed position of the closing piston is completely closed by the closing piston and / or in the open position of the closing piston, the closing piston has the maximum distance to the closed position and / or the closing piston rests against the stop.
  • the valve is at least partially, in particular completely, made of metal, for. As steel or aluminum, and / or plastic.
  • Metal is a particularly durable and durable material for the manufacture of the valve.
  • Plastic advantageously has a low weight, so that thereby the valve has a low weight.
  • a plastic is one
  • valve cylinder or the valve housing and / or the closing piston at least partially, in particular completely, made of plastic.
  • the closing piston is rotationally symmetrical to the longitudinal axis.
  • FIG. 2 shows an enlarged partial longitudinal section of the valve according to FIG. 1 and
  • FIG. 3 shows a greatly simplified representation of a hydraulic hybrid system.
  • FIG. 1 and 2 an embodiment of a valve 1 as a
  • the valve 1 has a two-part valve housing 4, 5 with a first valve housing 4 and a second valve housing 5. At the second
  • Valve housing 5 as a valve cylinder 3 is a cylinder bore formed on which a closing piston 7 is mounted with a sliding bearing axially movable in the direction of a longitudinal axis 39 of the valve 1.
  • the two-part valve housing 4, 5, in particular the first valve housing 4, includes a cylinder chamber 6.
  • an inlet opening 8 is incorporated and also open into the cylinder chamber 6 two drain openings 9 for discharging the fluid, in particular the liquid, from a cylinder chamber 6 in the closing piston 7 in the open position.
  • a closed position of the closing piston 7 is shown.
  • a locking pin 19 closes the inlet opening 8 completely and in a fluid-tight manner on the closing piston 7 so that the hydrostatic pressure force of the fluid at the inlet opening 8 only opens onto the locking pin 19 at the inlet opening 8.
  • a stop 40 is present and the stop 40 limits the lifting movement of the closing piston 9 between the closed position and an open position of the closing piston, wherein the closing piston 9 rests against the stop 40.
  • a low open intermediate position of the closing piston 7 is shown, in which the closing piston 7 is only a small distance away from the closed position.
  • a Differenzhubweg 41 is the stroke of the
  • the axial distance of the closing piston 7 in the intermediate position of the closed position about 10% of Differenzhubweges 41.
  • the valve spring 1 1 brings on the closing piston 7 as shown in FIGS. 1 and 2, a downward vertical clamping force.
  • a baffle 12 and an additional baffle 14 are formed.
  • the additional impact surface 14 is on the locking pin 19 and the baffle 12 is present outside of the locking pin 19 on the closing piston 7.
  • the locking pin 19 opens into an approximately circular segment-shaped portion of the baffle 12 and then the fully circumferentially formed baffle 12 on the rotationally symmetrical closing piston 7 opens with respect to a
  • axis of rotation symmetrical, which corresponds to the longitudinal axis 39, a flat portion.
  • a tangent 34 to this flat portion of the baffle 12 is oriented at an angle ⁇ of about 50 ° to the longitudinal axis 39.
  • Additional impact surface 14 and only then impinges on the baffle 12.
  • a maximum axial distance 37 of the baffle 12 to the front end 13 occurs at a circular segment-shaped undercut of the baffle 12.
  • the additional impact surface 14 is substantially perpendicular, d. H. aligned with a deviation of less than 30 °, 20 °, 10 ° or 5 ° to the longitudinal axis 39, so that even with an increase in the radial distance 36 of the additional impact surface 14, the axial distance 18 of the additional impact surface 14 to the front end 13 of the closing piston 7 remains substantially constant.
  • the additional impact surface 14 is thus formed as an annular step 38.
  • a maximum diameter 33 of the closing piston 7 on the baffle 12 is substantially larger than the
  • Diameter 42 in particular the maximum diameter 42, the
  • a mean diameter 32 of the closing piston 7 on the baffle 12 is substantially greater than the maximum diameter 42 of the locking pin 19 and smaller than a maximum diameter 31 of the closing piston 7, on which the closing piston 9 rests on the cylinder bore on the first valve housing 4 as a sliding bearing.
  • In the closed position of the closing piston acts on the locking pin 19 except the closing force of the closing spring 1 1 only the hydrostatic pressure force of Liquid at the locking pin 19 within the inlet opening 8.
  • Closing piston 7 thus brings the incoming fluid to the additional impact surface 14 an additional impulse force.
  • This additional impulse force substantially compensates for the increase in the closing force due to the lifting movement of the closing piston 7 from the closed position to the slightly open intermediate position.
  • a small volume flow of liquid, for. B. between 7 and 15 l / min (liters per minute) through the valve 1 on. Because of the liquid at the low open intermediate position of the closing piston 7 shown in FIG. 2, a small volume flow of liquid, for. B. between 7 and 15 l / min (liters per minute) through the valve 1 on. Because of the liquid at the
  • Additional impact surface 14 applied additional impulse force can thus be set at the inlet 8 a constant flow independent of the flow at a small flow of fluid or liquid through the valve 1.
  • Closing piston 7 is applied to the baffle 12 impulse force substantially larger than that applied to the additional impact surface 14
  • the maximum volume flow which can be conducted at the constant pressure through the valve 1 is approximately 150 l / min.
  • the required balance of forces is applied mainly by the impulse force at the baffle 12. Due to the structural design of the additional impact surface 14, the pressure limiting valve 2 thus has a substantially flow-independent constant pressure control of the pressure at the inlet opening 8 in the entire volume flow range between 0 and 150 l / min.
  • the lifting movement of the closing piston 7 between the open position and the closed position is limited at the closed position of the first valve housing 4 at the inlet opening 8 and at the open position of the stop 40. In the open position is an upper end of the closing piston 7 on the
  • Opening position of the closing piston 7 is approximately one quarter of the diameter 43 of the inlet opening 8. Also in a further opening of the closing piston 7, d. H. a movement of the closing piston 7 as shown in FIGS. 1 and 2 upwards without the stop 40, would in this further movement of the closing piston 7 at a constant pressure difference between the inlet and outlet opening 8, 9 and no further increase in the flow at the Valve 1 occur. Due to this limitation of the stroke of the closing piston 7 with the stop 40 also has in the
  • valve spring 1 1 Opening position of the closing piston 7, the valve spring 1 1 a low elastic compression, thereby advantageously damage to the valve spring 1 1, z. B. due to a plastic deformation of the valve spring 1 1 due to a very large compression of the valve spring 1 1, can be avoided.
  • the hybrid hydraulic system 20 includes an engine 21 and two shafts 22. With the engine 21 and the shaft 22, the hydraulic pump 24 is driven, thereby delivering hydraulic fluid from the hydraulic pump 24 to the hydraulic motor 23.
  • the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 are each formed as swash plate machines 25. Thereby, by means of the hydraulic lines 26, which connect the hydraulic motor 23 with the hydraulic pump 24 respectively fluid-conducting, the shaft 22 is driven on the hydraulic motor 23 and of the
  • hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 are driven. Due to the design of the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 as a swash plate machine 25, the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 is also used as a continuously variable hydraulic transmission 30. On a hydraulic line 26, the valve 1 is arranged as a pressure relief valve 2. In a required on the drive wheel 28 fast
  • the hydraulic hybrid system 20 also includes a mechanical drive sub-string for exclusive mechanical power transmission from the engine 21 to the two drive wheels 28 (not shown).
  • Hydraulic fluid from the low pressure accumulator 16 and through the
  • Hydraulic motor 23 which acts as a hydraulic pump 24, are stored in the high pressure accumulator 15, because the hydraulic pump 24 is driven by the shaft 22 and thus the drive wheels 28.
  • Hydraulic motor 23 By passing hydraulic fluid under a higher pressure from the high-pressure accumulator 15, through the hydraulic motor 23 and to the low-pressure accumulator 16, the motor vehicle can be driven with hydraulic energy from the high-pressure accumulator 15.
  • Pressure relief valve 2 associated significant benefits. Even with a low open intermediate position of the closing piston 7 with a small, guided by the valve 1 volume flow of liquid is applied by the liquid to the additional impact surface 14, an additional impulse force on the closing piston 7, thereby characterized in the low open intermediate position of the closing piston 7 or the small volume flow of liquid conducted through the valve 1 can compensate for the increase of the closing force exerted by the valve spring 11 on the closing piston 7 due to the lifting movement of the closing piston 7 from the additional impulse force and thereby balance the forces even at low flow rates
  • the stop 40 limits the compression of the valve spring 1 1, so that on the valve spring 1 1 no large compressions occur and damage to the valve spring 1 1, in particular plastic deformation of the valve spring 1 1, can be avoided.

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Abstract

Ventil (1), umfassend einen Ventilzylinder (3), einen innerhalb des Ventilzylinders (3) zwischen einer Schließstellung und Öffnungsstellung beweglichen Schließkolben (7), so dass in der Schließstellung das Ventil (1) geschlossen und in der Öffnungsstellung das Ventil (1) geöffnet ist, eine Zulauföffnung (8) zur Zuführung eines Fluides innerhalb eines von dem Ventilzylinder (3) eingeschlossenen Zylinderraumes (6), wenigstens eine Ablauföffnung (9) zur Abführung des in den Zylinderraum (6) eingeleiteten Fluides, ein mit dem Schließkolben (7) verbundenes elastisches Ventilelement (10), insbesondere Ventilfeder (11), mit welcher auf den Schließkolben (7) eine Schließkraft aufbringbar ist, die entgegengesetzt zu einer von dem Fluid auf den Schließkolben (7) aufbringbaren hydrostatischen Druckkraft ausgerichtet ist, wobei an dem Schließkolben (7) eine Prallfläche (12) ausgebildet ist, um mittels einer Geschwindigkeitsänderung an der Prallfläche (12) des durch die Zulauföffnung (8) einströmenden Fluides an dem Schließkolben (7) in einer Zwischenstellung und der Öffnungsstellung des Schließkolbens (7) auf den Schließkolben (7) eine Impulskraft aufzubringen und die Impulskraft entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement (10) auf den Schließkolben (7) aufbringbaren Schließkraft ausgerichtet ist,so dass der Schließkolben (7) mittels der von dem elastischen Ventilelement (10) aufgebrachten Schließkraft und dem Fluid auf den Schließkolben (7) aufgebrachten hydrostatischen Druckkraft und/oder Impulskraft zwischen der Schließstellung der Öffnungsstellung bewegbar ist, wobei an dem Schließkolben (7) eine Zusatzprallfläche (14) ausgebildet ist, um auch bei einer gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens (7) von dem Fluid auf den Schließkolben (7) an der Zusatzprallfläche (14) eine Zusatzimpulskraft aufzubringen und die Zusatzimpulskraft entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement (10) auf den Schließkolben (7) aufbringbaren Schließkraft ausgerichtet ist und/oder an dem Ventil (1) ein Anschlag (40) zur Begrenzung der Bewegung des Schließkolbens (7) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 und ein hydraulisches Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
Ventile weisen einen Schließkolben auf der zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung beweglich an einem Zylinder gelagert ist. Durch eine Zulauföffnung kann Fluid, insbesondere Flüssigkeit, in das Ventil ein- und durch eine Ablauföffnung aus dem Ventil abgeleitet werden. Auf den Schließkolben wirkt einerseits der hydrostatische Druckkraft des Fluides und außerdem bringt eine Ventilfeder eine Schließkraft auf den Schließkolben auf, welche
entgegensetzt zu der hydrostatischen Druckkraft ausgerichtet ist. Bei einer starken Stauchung der Ventilfeder kann es zu einer plastischen, die Ventilfeder beschädigenden Veränderung der Ventilfeder kommen. Der Schließkolben weist außerdem eine Prallfläche auf. An der Prallfläche wird das durch die
Zulauföffnung einströmende Fluid umgelenkt, so dass dadurch die
Geschwindigkeit als vektorielle Größe geändert wird, d. h. im Wesentlichen die Richtung des Fluides geändert wird, und dadurch eine Impulskraft auf den Schließkolben übertragen wird. Die Impulskraft bzw. ein Anteil der Impulskraft ist ebenfalls entgegengesetzt zu der Schließkraft der Feder ausgerichtet. In der Schließstellung des Schließkolbens ist die Zulauföffnung vollständig
verschlossen und es strömt kein Fluid durch das Ventil, so dass nur die hydrostatische Druckkraft des Fluides und die Schließkraft der Feder auf den Schließkolben wirkt. Ab einem vorgegebenen Mindestdruck öffnet der
Schließkolben.
Das Ventil als ein Druckbegrenzungsventil soll innerhalb eines durch das Ventil geleiteten Volumenstrombereiches, z. B. zwischen ca. 0 und 150 l/min, den Druck des Fluides, insbesondere der Flüssigkeit, an der Zulauföffnung konstant halten, d. h. einen durchflussunabhängigen konstanten Druck an der
Zulauföffnung ermöglichen. Die von der Feder auf den Schließkolben
aufgebrachte Schließkraft nimmt bei der Hubbewegung des Schließkolbens von der Schließstellung zu der Öffnungsstellung aufgrund des Hookeschen
Federgesetzes zu. Um einen durchflussunabhängigen konstanten Druck an der Zulauföffnung zu erhalten ist es notwendig, dass der Anstieg der
federverursachten Schließkraft bei der Hubbewegung des Schließkolbens im Wesentlichen durch die Impulskraft ausgeglichen wird, um ein
Kräftegleichgewicht an dem Schließkolben für den durchflussunabhängigen konstanten Druck an der Zulauföffnung zu erhalten. Dies ist im Wesentlichen möglich, weil mit zunehmender Hubbewegung des Schließkolbens von der Schließstellung zu der Öffnungsstellung die für das Durchleiten zur Verfügung stehende Strömungsquerschnittsfläche zunimmt, d. h. auch der Volumenstrom zunimmt, und damit auch die Impulskraft aufgrund des Umlenkens des Fluides an der Prallfläche.
Bei einer nur gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens, d. h.
einem geringen Abstand des Schließkolbens zu der Schließstellung, tritt an der Prallfläche aufgrund der Geometrie des Schließkolbens im Wesentlichen keine Umlenkung des Volumenstromes an Fluid auf, so dass das Ventil bei geringen Volumenströmen, z. B. im Bereich von 10% des maximalen Volumenstromes, keinen durchflussunabhängigen konstanten Druck an der Zulauföffnung ermöglicht, d. h. innerhalb des geringen Volumenstrombereiches bei
Vergrößerung des Volumenstromes eine Vergrößerung des Druckes an der Zulauföffnung bedingt und umgekehrt. Bis zu dem geringen Volumenstrom von z. B. 15 l/min tritt kein konstanter Druck an der Zulauföffnung auf und erst ab ca. 15 l/min bis zu dem maximalen Volumenstrom mit konstantem Druck von 150 l/min ist ein konstanter Druck an der Zulauföffnung möglich. Dies kann zu Problemen bei Anwendungen führen, bei welchen auch bei einem geringen Volumenstrom ein konstanter Druck notwendig ist. Die DE 10 201 1 076 023 zeigt ein Ventil mit einem Ventilzylinder, einem
Schließkolben und einer Ventilfeder, bei welchem der Schließkolben einen Dichtsitz aufweist, der in einer Schließstellung des Schließkolbens eine
Zulauföffnung des Überströmventils verschließt.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßes Ventil, umfassend einen Ventilzylinder, einen innerhalb des Ventilzylinders zwischen einer Schließstellung und Öffnungsstellung beweglichen Schließkolben, so dass in der Schließstellung das Ventil geschlossen und in der Öffnungsstellung das Ventil geöffnet ist, eine Zulauföffnung zur Zuführung eines
Fluides innerhalb eines von dem Ventilzylinder eingeschlossenen
Zylinderraumes, wenigstens eine Ablauföffnung zur Abführung des in den Zylinderraum eingeleiteten Fluides, ein mit dem Schließkolben verbundenes elastisches Ventilelement, insbesondere Ventilfeder, mit welcher auf den
Schließkolben eine Schließkraft aufbringbar ist, die entgegengesetzt zu einer von dem Fluid auf den Schließkolben aufbringbaren hydrostatischen Druckkraft ausgerichtet ist, wobei an dem Schließkolben eine Prallfläche ausgebildet ist, um mittels einer Geschwindigkeitsänderung an der Prallfläche des durch die
Zulauföffnung einströmenden Fluides an dem Schließkolben in einer
Zwischenstellung und der Öffnungsstellung des Schließkolbens auf den
Schließkolben eine Impulskraft aufzubringen und die Impulskraft
entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement auf den
Schließkolben aufbringbaren Schließkraft ausgerichtet ist, so dass der
Schließkolben mittels der von dem elastischen Ventilelement aufgebrachten Schließkraft und dem Fluid auf den Schließkolben aufgebrachten hydrostatischen
Druckkraft und/oder Impulskraft zwischen der Schließstellung der
Öffnungsstellung bewegbar ist, wobei an dem Schließkolben eine
Zusatzprallfläche ausgebildet ist, um auch bei einer gering geöffneten
Zwischenstellung des Schließkolbens von dem Fluid auf den Schließkolben an der Zusatzprallfläche eine Zusatzimpulskraft aufzubringen und die
Zusatzimpulskraft entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement auf den Schließkolben aufbringbaren Schließkraft ausgerichtet ist und/oder an dem Ventil ein Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Schließkolbens ausgebildet ist. Die Prallfläche bringt auf den Schließkolben nur bei einem größeren durch das Ventil geleiteten Volumenstrom an Fluid, insbesondere Flüssigkeit, eine Impulskraft auf den Schließkolben auf. Mittels der
Zusatzprallfläche kann auch bei einem kleinen durch das Ventil geleiteten Volumenstrom an Fluid und einer entsprechend zugeordneten gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens eine Zusatzimpulskraft auf den
Schließkolben aufgebracht werden, so dass auch bei einem geringen
Volumenstrom ein Kräftegleichgewicht einerseits zwischen der hydrostatischen Druckkraft und der Zusatzimpulskraft an der Zusatzprallfläche sowie auf der anderen Seite der von der Ventilfeder auf den Schließkolben aufgebrachten Schließkraft ein Kräftegleichgewicht vorliegt, so dass auch bei einem geringen Volumenstrom durch das Ventil ein durchflussunabhängiger konstanter Druck an der Zulauföffnung gewährleistet und ausgeführt werden kann. Die
federverursachte Zunahme der Schließkraft kann damit auch bei einer Bewegung des Schließkolbens von der Schließstellung zu einer gering geöffneten
Zwischenstellung des Schließkolbens mittels der Zusatzimpulskraft ausgeglichen werden. In der Öffnungsstellung des Schließkolbens wirkt auf den Schließkolben im Wesentlichen keine oder eine stark verminderte hydrostatische Druckkraft, weil im Wesentlichen keine oder eine stark verminderte Druckdifferenz zwischen der Zulauföffnung und der wenigstens einen Ablauföffnung auftritt.
Insbesondere ist an dem Schließkolben ein Schließzapfen ausgebildet und der Schließzapfen bildet das vordere Ende des Schließkolbens und/oder von dem Schließzapfen in der Schließstellung des Schließkolbens ist die Zulauföffnung verschlossen und/oder der Durchmesser des Schließzapfens kleiner ist als der maximale Durchmesser des Schließkolbens, insbesondere der Durchmesser des Schließzapfens kleiner ist als 80%, 70% oder 60% des maximalen Durchmessers des Schließkolbens und/oder die gering geöffnete Zwischenstellung eine Stellung des Schließkolbens ist bei welcher der Schließkolben weniger als 30%, 20%, 10% oder 5% des Differenzhubweges des Schließkolbens zwischen der
Schließstellung und der Öffnungsstellung von der Schließstellung entfernt ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Durchmesser des Schließkolbens an der
Prallfläche größer als der Durchmesser des Schließzapfens, insbesondere ist der Durchmesser des Schließkolbens an der Prallfläche größer ist als das 1 ,2-, 1 ,5- oder 2-Fache des Durchmessers des Schließzapfens. Der größere Durchmesser des Schließkolbens an der Prallfläche im Vergleich zu dem Schließzapfen ist erforderlich, um eine ausreichend große Prallfläche für das Fluid, insbesondere die Flüssigkeit, zu erhalten.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist in einem Längsschnitt des
Schließkolbens parallel zu der Längsachse des Schließkolbens eine Tangente an der Prallfläche in einem Winkel zwischen 45° und 90° zu der Längsachse ausgerichtet und/oder in einem Längsschnitt des Schließkolbens nimmt der axiale Abstand der Prallfläche zu dem vorderen Ende des Schließkolbens mit zunehmenden radiale Abstand von der Längsachse ab. Aufgrund dieser
Ausrichtung der Tangente an der Prallfläche, d. h. einer einem großen Teil der Prallfläche, kann ein besonders effektiver Impulsübertrag von dem Fluid auf den Schließkolben ausgeführt werden. Der axiale Abstand der Prallfläche nimmt mit zunehmendem radialen Abstand der Prallfläche zu, so dass an dem
Schließkolben an der Prallfläche ein Hinterschnitt ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders effektive Impulsübertragung auf den Schließkolben.
Vorzugsweise ist der, vorzugsweise maximale, axiale Abstand der
Zusatzprallfläche zu dem vorderen Ende des Schließkolbens kleiner als der, vorzugsweise maximale, axiale Abstand der Prallfläche zu dem vorderen Ende des Schließkolbens, insbesondere kleiner als das 0,9-, 0,8- oder 0,6-Fache des, vorzugsweise maximalen, axialen Abstandes der Prallfläche zu dem vorderen Ende des Schließkolbens. Die Zulauföffnung ist konzentrisch und koaxial zu der Längsachse des Ventils angeordnet und aufgrund dieser Ausrichtung der Prallfläche und der Zusatzprallfläche tritt das durch die Zulauföffnung in den Zylinderraum eingeleitete Fluid zuerst auf die Zusatzprallfläche und erst anschließend in der Öffnungsstellung oder nach einer Zwischenstellung des Schließkolbens auf die Prallfläche.
In einer Variante ist der, vorzugsweise maximale, radiale Abstand der
Zusatzprallfläche zu der Längsachse des Ventils kleiner, als der, vorzugsweise minimale, radialen Abstand der Prallfläche zu der Längsachse des Ventils, insbesondere kleiner als das 0,9-, 0,8- oder 0,6-Fache des, vorzugsweise minimalen, radialen Abstandes der Prallfläche zu der Längsachse des Ventils. Auch aufgrund des geringeren radialen Abstandes der Zusatzprallfläche zu der Längsachse als bei der Prallfläche trifft beim Einleiten des Fluides durch die Zulauföffnung bei der gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens das Fluid im Wesentlichen ausschließlich auf die Zusatzprallfläche auf. Bei einem weiteren Öffnen des Schließkolbens trifft das Fluid sowohl auf die Prallfläche als auch auf die Zusatzprallfläche, jedoch weist die Zusatzprallfläche eine geringere Abprallfläche auf, so dass in der Öffnungsstellung der Anteil der
Zusatzimpulskraft vernachlässigbar ist bezüglich der Impulskraft. Zweckmäßig ist die Zusatzprallfläche als eine ringförmige Stufe ausgebildet. Die ringförmige Stufe ermöglicht einerseits eine besonders effektive
Impulsübertragung auf den Schließkolben und kann andererseits besonders einfach spanabhebend an dem Schließkolben hergestellt werden. In einer weiteren Variante ist die Zusatzprallfläche an dem Schließzapfen ausgebildet, insbesondere tritt an der Zusatzprallfläche eine Veränderung des Durchmessers des Schließzapfens auf.
Insbesondere ist in der Schließstellung des Schließkolbens die Zusatzprallfläche innerhalb des Zylinderraumes, insbesondere in einem axialen Abstand zu einem
Ende der Zulauföffnung am dem Zylinderraum, ausgerichtet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Anschlag für den Schließkolben an dem Ventilzylinder ausgebildet. Der Anschlag kann entweder einteilig an dem
Ventilzylinder oder als ergänzendes Bauteil ausgebildet sein, welches an dem
Ventilzylinder und/oder dem Ventilgehäuse form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt ist.
In einer ergänzenden Variante ist die axiale Ausrichtung des Anschlages dahingehend ausgebildet, dass der Differenzhubweg des Schließkolbens zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung mit Kontakt des
Schließkolbens zu dem Anschlag zwischen 50% und 10%, insbesondere zwischen 40 % und 20%, des Durchmessers, insbesondere des maximalen Durchmessers, der Zulauföffnung beträgt. In der Öffnungsstellung des
Schließkolbens an dem Anschlag tritt einerseits somit eine geringe elastische
Verformung des elastischen Ventilelementes, insbesondere der Ventilfeder, auf, so dass dadurch eine plastische und beschädigende Verformung der Ventilfeder im Wesentlichen ausgeschlossen ist und andererseits tritt in der Öffnungsstellung des Schließkolbens bereits der im Wesentlichen maximale durch das Ventil leitbare Volumenstrom auf.
In einer weiteren Variante ist die axiale Ausrichtung des Anschlages
dahingehend ausgebildet, dass der durch das Ventil leitbare Volumenstrom an Fluid bei einer konstanten Druckdifferenz zwischen der Zulauföffnung und der wenigstens einen Ablauföffnung auch bei einer weiteren fiktiven, durch den Anschlag tatsächlich jedoch begrenzten Öffnungsbewegung des Schließkolbens nach dem Anschlag im Wesentlichen keine Erhöhung des Volumenstromes verursachen würde.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Ventil, insbesondere das elastische Ventilelement und der Schließkolben mit der Prallfläche und der
Zusatzprallfläche, dahingehend ausgebildet, dass innerhalb eines durch das Ventil geleiteten Volumenstrombereiches der Druck des Fluides, insbesondere der Flüssigkeit, an der Zulauföffnung im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, konstant ist, so dass das Ventil ein Druckbegrenzungsventil bildet.
Erfindungsgemäßes hydraulisches Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einen Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei das hydraulische Hybridsystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Ventil umfasst.
Insbesondere sind der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe als eine Schrägscheibenmaschine ausgebildet und/oder der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe sind als ein hydraulisches Getriebe miteinander verbunden zur Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor zu einem Antriebsrad und das Ventil ist an Hydraulikleitungen des hydraulischen Getriebes angeordnet. Vorzugsweise ist das elastische Ventilelement innerhalb des Zylinderraumes angeordnet. Zweckmäßig ist die wenigstens eine Zulauföffnung in der Schließstellung des Schließkolbens von dem Schließkolben vollständig verschlossen und/oder in der Öffnungsstellung des Schließkolbens weist der Schließkolben den maximalen Abstand zu der Schließstellung auf und/oder der Schließkolben liegt an dem Anschlag auf.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Ventil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium, und/oder aus Kunststoff. Metall ist ein besonders beständiges und dauerhaftes Material für die Herstellung des Ventils. Kunststoff weist in vorteilhafter Weise ein geringes Gewicht auf, so dass dadurch das Ventil über ein geringes Gewicht verfügt. Vorzugsweise handelt es sich dabei bei einem Kunststoff um einen
glasfaserverstärkten Kunststoff. Vorzugsweise bestehen der Ventilzylinder bzw. das Ventilgehäuse und/oder der Schließkolben wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff.
Zweckmäßig ist der Schließkolben rotationssymmetrisch ausgebildet zu der Längsachse.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ventiles,
Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Ventiles gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Hybridsystems.
Ausführungsformen der Erfindung In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Ventils 1 als ein
Druckbegrenzungsventil 2 für ein hydraulisches Hybridsystem 20 dargestellt. Das Ventil 1 verfügt über ein zweiteiliges Ventilgehäuse 4, 5 mit einem ersten Ventilgehäuse 4 und einem zweiten Ventilgehäuse 5. An dem zweiten
Ventilgehäuse 5 als Ventilzylinder 3 ist eine Zylinderbohrung ausgebildet an welcher ein Schließkolben 7 mit einer Gleitlagerung axial beweglich in Richtung einer Längsachse 39 des Ventils 1 gelagert ist.
Das zweiteilige Ventilgehäuse 4, 5, insbesondere das erste Ventilgehäuse 4, schließt einen Zylinderraum 6 auf. In das Ventilgehäuse 4, 5 ist konzentrisch und koaxial zu der Längsachse 39 des Ventils 1 eine Zulauföffnung 8 eingearbeitet und ferner münden in den Zylinderraum 6 zwei Ablauföffnungen 9 zum Ausleiten des Fluides, insbesondere der Flüssigkeit, aus einem Zylinderraum 6 bei dem Schließkolben 7 in der Öffnungsstellung. In Fig. 1 ist eine Schließstellung des Schließkolbens 7 dargestellt. In der Schließstellung des Schließkolbens 7 schließt ein Schließzapfen 19 an dem Schließkolben 7 die Zulauföffnung 8 vollständig und fluiddicht ab, so dass lediglich auf den Schließzapfen 19 an der Zulauföffnung 8 die hydrostatische Druckkraft des Fluides an der Zulauföffnung 8 mündet. An dem Ventilgehäuse 4, 5, d. h. dem zweiten Ventilgehäuse 5, ist ein Anschlag 40 vorhanden und der Anschlag 40 begrenzt die Hubbewegung des Schließkolbens 9 zwischen der Schließstellung und einer Öffnungsstellung des Schließkolbens, bei welchem der Schließkolben 9 an dem Anschlag 40 aufliegt. In Fig. 2 ist eine gering geöffnete Zwischenstellung des Schließkolbens 7 dargestellt, bei welcher der Schließkolben 7 nur einen geringen Abstand von der Schließstellung entfernt ist. Ein Differenzhubweg 41 ist der Hubweg des
Schließkolbens 7 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung. In der gering geöffneten Zwischenstellung gemäß Fig. 2 des Schließkolbens 7 beträgt der axiale Abstand des Schließkolbens 7 in der Zwischenstellung von der Schließstellung ungefähr 10% des Differenzhubweges 41. In dem zweiten Ventilgehäuse 5 ist eine Aufnahmebohrung ausgebildet innerhalb dessen ein elastisches Ventilelement 10, nämlich die Ventilfeder 1 1 als Spiralfeder 1 1 aus Stahl, angeordnet ist. Die Ventilfeder 1 1 bringt auf den Schließkolben 7 gemäß der Darstellung in Fig. 1 und 2 eine nach unten gerichtete vertikale Schließkraft auf. An dem Schließkolben 7 sind eine Prallfläche 12 und eine Zusatzprallfläche 14 ausgebildet. Die Zusatzprallfläche 14 ist an dem Schließzapfen 19 und die Prallfläche 12 ist außerhalb des Schließzapfens 19 an dem Schließkolben 7 vorhanden. In dem Längsschnitt gemäß Fig. 2 mündet der Schließzapfen 19 zunächst in einen ungefähr kreissegmentförmigen Abschnitt der Prallfläche 12 und anschließend weist die vollständig umlaufend ausgebildete Prallfläche 12 an dem rotationssymmetrischen Schließkolben 7 bezüglich einer
rotationssymmetrischen Achse, welcher der Längsachse 39 entspricht, einen ebenen Abschnitt auf. Eine Tangente 34 an diesen ebenen Abschnitt der Prallfläche 12 ist in einem Winkel α von ungefähr 50° zu der Längsachse 39 ausgerichtet. Mit zunehmenden radialen Abstand 35 der Prallfläche 12 zu der Längsachse 39 nimmt der axiale Abstand 17 der Prallfläche 12 zu einem vorderen Ende 13 des Schließkolbens 7 an dem Schließzapfen 19 ab. Außerdem ist der axiale Abstand 17 der Prallfläche 12 größer als der axiale Abstand 18 der Zusatzprallfläche 14 zu dem vorderen Ende 13, so dass bei dem in Fig. 2 eingezeichneten Strömungsweg des Fluides dieses zuerst auf die
Zusatzprallfläche 14 und erst anschließend auf die Prallfläche 12 auftrifft. Ein maximaler axialer Abstand 37 der Prallfläche 12 zu dem vorderen Ende 13 tritt dabei an einem kreissegmentförmigen Hinterschnitt der Prallfläche 12 auf. Die Zuatzprallfläche 14 ist im Wesentlichen senkrecht, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20°, 10° oder 5° zu der Längsachse 39 ausgerichtet, so dass auch bei einer Zunahme des radialen Abstandes 36 der Zusatzprallfläche 14 der axiale Abstand 18 der Zusatzprallfläche 14 zu dem vorderen Ende 13 des Schließkolbens 7 im Wesentlichen konstant bleibt. Die Zusatzprallfläche 14 ist somit als eine ringförmige Stufe 38 ausgebildet. Ein maximaler Durchmesser 33 des Schließkolbens 7 an der Prallfläche 12 ist wesentlich größer als der
Durchmesser 42, insbesondere der maximale Durchmesser 42, des
Schließzapfens 19. Dadurch weist die Prallfläche 12 eine große Abprallfläche auf. Ein mittlerer Durchmesser 32 des Schließkolbens 7 an der Prallfläche 12 ist wesentlich größer als der maximale Durchmesser 42 des Schließzapfens 19 und kleiner als ein maximaler Durchmesser 31 des Schließkolbens 7, an welchem der Schließkolben 9 auf der Zylinderbohrung an dem ersten Ventilgehäuse 4 als Gleitlagerung aufliegt. In der Schließstellung des Schließkolbens wirkt auf den Schließzapfen 19 außer der Schließkraft der Schließfeder 1 1 nur die hydrostatische Druckkraft der Flüssigkeit an dem Schließzapfen 19 innerhalb der Zulauföffnung 8. Bei einer Zunahme des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeit an der Zulauföffnung 8 auf einen Öffnungsdruck wird die hydrostatische Druckkraft geringfügig größer als die Schließkraft der Ventilfeder 1 1 , so dass dadurch der Schließkolben 7 entgegen der Schließkraft der Schließfeder 1 1 von der Schließstellung in eine gering geöffnete Zwischenstellung bewegt wird und während dieses Hubweges nimmt aufgrund des Hookeschen Gesetztes die Schließkraft der Ventilfeder direkt proportional zu dem Hubweg des Schließkolbens 7 zu. In der in Fig. 2 dargestellten gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens 7 trifft die durch den Ringraum zwischen dem ersten Ventilgehäuse 4 an der Zulaufbohrung
8 und den Schließzapfen 19 einströmende Flüssigkeit im Wesentlichen ausschließlich auf die Zusatzprallfläche 14 auf und nicht auf die Prallfläche 12. Ohne dem Vorhandensein der Zusatzprallfläche 14 würde in der gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens 7 gemäß Fig. 2 die Flüssigkeit auf keine Prallfläche auftreffen und dadurch auch keine Impulskraft oder im
Wesentlichen keine Impulskraft von dem einströmenden Fluid in der gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens 7 auf den Schließkolben 7 aufgebracht werden. In der gering geöffneten Zwischenstellung des
Schließkolbens 7 bringt somit das einströmende Fluid auf die Zusatzprallfläche 14 eine Zusatzimpulskraft auf. Diese Zusatzimpulskraft gleicht im Wesentlichen die Zunahme der Schließkraft aufgrund der Hubbewegung des Schließkolbens 7 von der Schließstellung in die gering geöffnete Zwischenstellung aus. In der in Fig. 2 dargestellten gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens 7 tritt ein geringer Volumenstrom an Flüssigkeit, z. B. zwischen 7 und 15 l/min (Liter pro Minute) durch das Ventil 1 auf. Aufgrund der von der Flüssigkeit an der
Zusatzprallfläche 14 aufgebrachten Zusatzimpulskraft kann somit auch bei einem geringen durch das Ventil 1 geleiteten Volumenstrom an Fluid bzw. Flüssigkeit ein durchflussunabhängiger konstanter Druck an der Zulauföffnung 8 eingestellt werden. Mit einem zunehmenden Öffnen des Schließkolbens 7 trifft die
Flüssigkeit auf die Prallfläche 12 auf und in der Öffnungsstellung oder bei einer
Stellung des Schließkolbens 7 kurz vor der Öffnungsstellung des
Schließkolbens 7 ist die an der Prallfläche 12 aufgebrachte Impulskraft wesentlich größer als die auf die Zusatzprallfläche 14 aufgebrachte
Zusatzimpulskraft, so dass die Zusatzimpulskraft bezüglich der Impulskraft vernachlässigbar ist. Der maximale bei dem konstanten Druck durch das Ventil 1 leitbare Volumenstrom liegt bei ungefähr 150 l/min. Bei größeren Volumenströmen im Bereich zwischen 15 und 150 l/min wird das erforderliche Kräftegleichgewicht überwiegend von der Impulskraft an der Prallfläche 12 aufgebracht. Aufgrund der konstruktiven Ausbildung der Zusatzprallfläche 14 weist das Druckbegrenzungsventil 2 somit im gesamten Volumenstrombereich zwischen 0 und 150 l/min eine im Wesentlichen durchflussunabhängigen konstante Drucksteuerung des Druckes an der Zulauföffnung 8 auf.
Die Hubbewegung des Schließkolbens 7 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung ist an der Schließstellung von dem ersten Ventilgehäuse 4 an der Zulauföffnung 8 begrenzt und an der Öffnungsstellung von dem Anschlag 40. In der Öffnungsstellung liegt ein oberes Ende des Schließkolbens 7 an dem
Anschlag 40 auf. Der Differenzhubweg 41 zwischen der Schließung und
Öffnungsstellung des Schließkolbens 7 beträgt dabei ungefähr ein Viertel des Durchmessers 43 der Zulauföffnung 8. Auch bei einem weiteren Öffnen des Schließkolbens 7, d. h. einer Bewegung des Schließkolbens 7 gemäß der Darstellung in Fig. 1 und 2 nach oben ohne dem Anschlag 40, würde bei dieser weiteren Bewegung des Schließkolbens 7 bei einer konstanten Druckdifferenz zwischen der Zu- und Ablauföffnung 8, 9 auch keine weitere Erhöhung des Volumenstromes an dem Ventil 1 auftreten. Aufgrund dieser Begrenzung des Hubweges des Schließkolbens 7 mit dem Anschlag 40 weist auch in der
Öffnungsstellung des Schließkolbens 7 die Ventilfeder 1 1 eine geringe elastische Stauchung auf, so dass dadurch in vorteilhafter Weise ein Schaden an der Ventilfeder 1 1 , z. B. aufgrund einer plastischen Verformung der Ventilfeder 1 1 aufgrund einer sehr großen Stauchung der Ventilfeder 1 1 , vermieden werden kann.
In Fig. 3 ist ein hydraulisches Hybridsystem 20 dargestellt. Das hydraulische Hybridsystem 20 umfasst einen Verbrennungsmotor 21 und zwei Wellen 22. Mit dem Verbrennungsmotor 21 und der Welle 22 wird die hydraulische Pumpe 24 angetrieben und dadurch Hydraulikflüssigkeit von der hydraulischen Pumpe 24 zu dem hydraulischen Motor 23 gefördert. Der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 sind dabei jeweils als Schrägscheibenmaschinen 25 ausgebildet. Dadurch kann mittels der Hydraulikleitungen 26, welche den hydraulischen Motor 23 mit der hydraulischen Pumpe 24 jeweils fluidleitend verbinden, die Welle 22 an dem hydraulischen Motor 23 angetrieben und von der
Welle 22 wird ein Differentialgetriebe 27 angetrieben. Mit dem Differentialgetriebe 27 sind zwei Radwellen 29 sowie jeweils ein Antriebsrad 28 an den Radwellen 29 verbunden. Dadurch können Antriebsräder 28 des nicht dargestellten
Kraftfahrzeuges durch einen hydraulischen Antriebsteilstrang mit dem
hydraulischen Motor 23 und der hydraulischen Pumpe 24 angetrieben werden. Aufgrund der Ausbildung des hydraulischen Motors 23 und der hydraulischen Pumpe 24 als Schrägscheibenmaschine 25 dient der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 auch als stufenloses hydraulisches Getriebe 30. An einer Hydraulikleitung 26 ist das Ventil 1 als ein Druckbegrenzungsventil 2 angeordnet. Bei einem an dem Antriebsrad 28 erforderlichen schnell
ansteigenden Drehmoment, z. B. beim Hochfahren an einer Bordsteinkante, würde ohne dem Druckbegrenzungsventil 2 der Druck in den Hydraulikleitungen 26 stark ansteigen, was zu einem Schaden der Schrägscheibenmaschinen 25 und/oder einem Abwürgen des Verbrennungsmotors 21 führen kann.
Zweckmäßig weist das hydraulische Hybridsystem 20 auch einen mechanischen Antriebsteilstrang auf zur ausschließlichen mechanischen Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor 21 zu den beiden Antriebsrädern 28 (nicht dargestellt).
Bei einem Betrieb der hydraulischen Pumpe 24 kann ein Teil der
Hydraulikflüssigkeit nicht zu dem hydraulischen Motor 23, sondern durch weitere nicht dargestellte Hydraulikleitungen 26 und nicht dargestellte Ventile von einem Niederdruckspeicher 16 als Energiespeicher zu dem Energiespeicher als Hochdruckspeicher 15 geleitet und gespeichert und dadurch hydraulische Energie in den Hochdruckspeicher 15 gespeichert werden. Ferner kann in einem Rekuperationsbetrieb der hydraulische Motor 23 auch als hydraulische Pumpe 24 betrieben werden um dadurch in einem Rekuperationsbetrieb kinetische Energie des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch das Leiten von
Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 16 und durch den
hydraulischen Motor 23, welcher als hydraulische Pumpe 24 fungiert, in den Hochdruckspeicher 15 gespeichert werden, weil die hydraulische Pumpe 24 von der Welle 22 und damit den Antriebsrädern 28 angetrieben ist. Durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit unter einem höheren Druck von dem Hochdruckspeicher 15, durch den hydraulischen Motor 23 und zu dem Niederdruckspeicher 16 kann das Kraftfahrzeug mit hydraulischer Energie aus dem Hochdruckspeicher 15 angetrieben werden. Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 als
Druckbegrenzungsventil 2 wesentliche Vorteile verbunden. Auch bei einer gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens 7 mit einem geringen, durch das Ventil 1 geleiteten Volumenstrom an Flüssigkeit wird von der Flüssigkeit an der Zusatzprallfläche 14 eine Zusatzimpulskraft auf den Schließkolben 7 aufgebracht, so dass dadurch bei der gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens 7 bzw. dem kleinen durch das Ventil 1 geleiteten Volumenstrom an Flüssigkeit die Zunahme der von der Ventilfeder 1 1 auf den Schließkolben 7 aufgrund der Hubbewegung des Schließkolbens 7 aufgebrachten Schließkraft von der Zusatzimpulskraft ausgeglichen werden kann und dadurch auch bei geringen Volumenströmen ein Kräftegleichgewicht für den
durchflussunabhängigen konstanten Druck an dem Schließkolben 7 erreicht werden kann. Der Anschlag 40 begrenzt die Stauchung der Ventilfeder 1 1 , so dass an der Ventilfeder 1 1 keine großen Stauchungen auftreten und Schäden an der Ventilfeder 1 1 , insbesondere plastische Verformungen der Ventilfeder 1 1 , vermieden werden können.

Claims

Ventil (1 ), umfassend
- einen Ventilzylinder (3),
- einen innerhalb des Ventilzylinders (3) zwischen einer
Schließstellung und Öffnungsstellung beweglichen Schließkolben (7), so dass in der Schließstellung das Ventil (1 ) geschlossen und in der Öffnungsstellung das Ventil (1 ) geöffnet ist,
- eine Zulauföffnung (8) zur Zuführung eines Fluides innerhalb eines von dem Ventilzylinder (3) eingeschlossenen Zylinderraumes (6),
- wenigstens eine Ablauföffnung (9) zur Abführung des in den
Zylinderraum (6) eingeleiteten Fluides,
- ein mit dem Schließkolben (7) verbundenes elastisches Ventilelement (10), insbesondere Ventilfeder (1 1 ), mit welcher auf den
Schließkolben (7) eine Schließkraft aufbringbar ist, die
entgegengesetzt zu einer von dem Fluid auf den Schließkolben (7) aufbringbaren hydrostatischen Druckkraft ausgerichtet ist,
- wobei an dem Schließkolben (7) eine Prallfläche (12) ausgebildet ist, um mittels einer Geschwindigkeitsänderung an der Prallfläche (12) des durch die Zulauföffnung (8) einströmenden Fluides an dem Schließkolben (7) in einer Zwischenstellung und der Öffnungsstellung des Schließkolbens (7) auf den Schließkolben (7) eine Impulskraft aufzubringen und die Impulskraft entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement (10) auf den Schließkolben (7)
aufbringbaren Schließkraft ausgerichtet ist, so dass der
Schließkolben (7) mittels der von dem elastischen Ventilelement (10) aufgebrachten Schließkraft und dem Fluid auf den Schließkolben (7) aufgebrachten hydrostatischen Druckkraft und/oder Impulskraft zwischen der Schließstellung der Öffnungsstellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schließkolben (7) eine Zusatzprallfläche (14) ausgebildet ist, um auch bei einer gering geöffneten Zwischenstellung des Schließkolbens (7) von dem Fluid auf den Schließkolben (7) an der Zusatzprallfläche (14) eine Zusatzimpulskraft aufzubringen und die Zusatzimpulskraft entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement (10) auf den Schließkolben (7) aufbringbaren Schließkraft ausgerichtet ist
und/oder
an dem Ventil (1 ) ein Anschlag (40) zur Begrenzung der Bewegung des Schließkolbens (7) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schließkolben (7) ein Schließzapfen (19) ausgebildet ist und der Schließzapfen (19) das vordere Ende (13) des Schließkolbens (7) bildet und/oder
von dem Schließzapfen (19) in der Schließstellung des Schließkolbens
(7) die Zulauföffnung (8) verschlossen ist
und/oder
der Durchmesser (42) des Schließzapfens (19) kleiner ist als der maximale Durchmesser (31 ) des Schließkolbens (7), insbesondere der Durchmesser (42) des Schließzapfens (19) kleiner ist als 80%, 70% oder 60% des maximalen Durchmessers (31 ) des Schließkolbens (7) und/oder
die gering geöffnete Zwischenstellung eine Stellung des Schließkolbens (7) ist bei welcher der Schließkolben weniger als 30%, 20%, 10% oder 5% des Differenzhubweges des Schließkolbens (7) zwischen der
Schließstellung und der Öffnungsstellung von der Schließstellung entfernt ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (32) des Schließkolbens (7) an der Prallfläche (12) größer ist als der Durchmesser (42) des Schließzapfens (19),
insbesondere der Durchmesser (32) des Schließkolbens (7) an der Prallfläche (12) größer ist als das 1 ,2-, 1 ,5- oder 2-Fache des
Durchmessers (42) des Schließzapfens (19).
Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Längsschnitt des Schließkolbens (7) parallel zu der Längsachse (39) des Schließkolbens (7) eine Tangente (34) an der Prallfläche (12) in einem Winkel zwischen 45° und 90° zu der Längsachse (39) ausgerichtet ist
und/oder
in einem Längsschnitt des Schließkolbens (7) der axiale Abstand (17) der Prallfläche (12) zu dem vorderen Ende (13) des Schließkolbens (7) mit zunehmenden radiale Abstand (35) von der Längsachse (39) abnimmt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der, vorzugsweise maximale, axiale Abstand (18) der Zusatzprallfläche (14) zu dem vorderen Ende (13) des Schließkolbens (7) kleiner ist als der, vorzugsweise maximale, axiale Abstand (17, 37) der Prallfläche (12) zu dem vorderen Ende (13) des Schließkolbens (7), insbesondere kleiner ist als das 0,9-, 0,8- oder 0,6-Fache des, vorzugsweise maximalen, axialen Abstandes (17, 37) der Prallfläche (12) zu dem vorderen Ende (13) des Schließkolbens (7).
Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der, vorzugsweise maximale, radiale Abstand (36) der Zusatzprallfläche (14) zu der Längsachse (39) des Ventils (1 ) kleiner ist, als der, vorzugsweise minimale, radialen Abstand (35) der Prallfläche (12) zu der Längsachse (39) des Ventils (1 ), insbesondere kleiner ist als das 0,9-, 0,8- oder 0,6-Fache des, vorzugsweise minimalen, radialen Abstandes (35) der Prallfläche (12) zu der Längsachse (39) des Ventils (1 ).
7. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzprallfläche (14) als eine ringförmige Stufe (38) ausgebildet ist.
8. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzprallfläche (14) an dem Schließzapfen (19) ausgebildet ist, insbesondere an der Zusatzprallfläche (14) eine Veränderung des Durchmessers (42) des Schließzapfens (19) auftritt.
9. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließstellung des Schließkolbens (7) die Zusatzprallfläche (14) innerhalb des Zylinderraumes (6), insbesondere in einem axialen Abstand zu einem Ende der Zulauföffnung (8) am dem Zylinderraum (6), ausgerichtet ist.
10. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag (40) für den Schließkolben (7) an dem Ventilzylinder (3) ausgebildet ist.
1 1 . Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausrichtung des Anschlages (40) dahingehend ausgebildet ist, dass der Differenzhubweg des Schließkolbens (7) zwischen der
Schließstellung und der Öffnungsstellung mit Kontakt des Schließkolbens (7) zu dem Anschlag (40) zwischen 50% und 10%, insbesondere zwischen 40 % und 20%, des Durchmessers (43), insbesondere des maximalen Durchmessers (43), der Zulauföffnung (8) beträgt.
12. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausrichtung des Anschlages (40) dahingehend ausgebildet ist, dass der durch das Ventil (1 ) leitbare Volumenstrom an Fluid bei einer konstanten Druckdifferenz zwischen der Zulauföffnung (8) und der wenigstens einen Ablauföffnung (9) auch bei einer weiteren fiktiven, durch den Anschlag (40) tatsächlich jedoch begrenzten Öffnungsbewegung des Schließkolbens (7) nach dem Anschlag (40) im Wesentlichen keine Erhöhung des Volumenstromes verursachen würde.
13. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1 ), insbesondere das elastische Ventilelement (10) und der Schließkolben (7) mit der Prallfläche (12) und der Zusatzprallfläche (14), dahingehend ausgebildet ist, dass innerhalb eines durch das Ventil (1 ) geleiteten Volumenstrombereiches der Druck des Fluides, insbesondere der Flüssigkeit, an der Zulauföffnung (8) im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, konstant ist, so dass das Ventil (1 ) ein Druckbegrenzungsventil (2) bildet.
14. Hydraulisches Hybridsystem (20) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen hydraulischen Motor (23) zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie,
eine hydraulische Pumpe (24) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie,
einen Energiespeicher (15, 16) zur Speicherung von hydraulischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Hybridsystem (20) ein Ventil (1 ) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
15. Hydraulisches Hybridsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Motor (23) und die hydraulische Pumpe (24) als eine
Schrägscheibenmaschine (1 ) ausgebildet sind
und/oder
der hydraulische Motor (23) und die hydraulische Pumpe (24) als ein hydraulischen Getriebe (30) miteinander verbunden sind zur
Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor (21 ) zu einem
Antriebsrad (28) und das Ventil (1 ) an Hydraulikleitungen (26) des hydraulischen Getriebes (30) angeordnet ist.
PCT/EP2014/077409 2014-01-08 2014-12-11 Ventil WO2015104130A1 (de)

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