WO2015197406A1 - Ventileinrichtung - Google Patents
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- WO2015197406A1 WO2015197406A1 PCT/EP2015/063319 EP2015063319W WO2015197406A1 WO 2015197406 A1 WO2015197406 A1 WO 2015197406A1 EP 2015063319 W EP2015063319 W EP 2015063319W WO 2015197406 A1 WO2015197406 A1 WO 2015197406A1
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- 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
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
- F16K31/40—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor
- F16K31/406—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston
- F16K31/408—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston the discharge being effected through the piston and being blockable by an electrically-actuated member making contact with the piston
Definitions
- the invention relates to a valve device with two pressure connections, which in a first operating state of the valve device in a first
- Pressure port are flowed through, and which are flowed through in a second operating state of the valve device in a second flow direction from the second pressure port to the first pressure port.
- the valve device is, for example, a main flow valve in a hydraulic hybrid drive train of a motor vehicle.
- Hydraulikhybridantriebsstrang is at least one hydraulic machine, which is also referred to as Hydrostat, to the first pressure port of
- Valve device connected.
- the hydraulic machine can be connected directly or via further hydraulic components not mentioned here, in a special case also via a further comparable valve device, to the first pressure connection of the valve device.
- a hydraulic pressure accumulator is connected to the second pressure port of the valve device.
- the hydraulic pressure accumulator can be connected directly or via further hydraulic components not mentioned here to the second pressure port of the valve device.
- Magnetic device is not energized, then the sealing element, for example, by a closing spring, biased in its closed position.
- the sealing element for example, by a closing spring, biased in its closed position.
- the reverse case is also possible.
- the object of the invention is to provide a valve device according to the preamble of claim 1, which is simple in construction and inexpensive to produce.
- the object is in a valve device with two pressure connections, which in a first operating state of the valve device in a first
- Pressure port to be flowed through, and in a second operating state of the valve device in a second flow direction of the second
- valve device comprises a directly connected precursor, which allows in the second operating state, the flow from the second pressure port to the first pressure port.
- the valve device is preferably a main flow valve in a hydraulic drive, in particular in a hydraulic hybrid drive.
- the hydraulic drive comprises at least one hydraulic machine, for example an axial piston machine, which can be operated as a motor and as a pump. Particularly preferably, the
- Hydraulic hybrid drive two hydraulic machines, one of which is preferably operated as a pump, while the other is preferably operated as a motor.
- the first operating state of the valve device is therefore also known as
- the second operating state of the valve device is also referred to as engine operation.
- engine operation By means of the valve device with the directly connected preliminary stage, different flow requirements for the engine operation and the pump operation of a primary hydraulic machine, which is also referred to as primary hydrostat, can be met in a simple manner.
- the solenoid is represented, for example, by an electromagnetic coil which cooperates with an armature, which is moveable to a limited extent in order to open the precursor as required.
- a further preferred embodiment of the valve device is characterized in that the directly connected precursor of the valve device comprises a drain channel which can be closed by a closing body of the precursor and is connected via a connecting channel with the first pressure port.
- the closing body adjusts with a discharge opening of the drainage channel
- Valve seat which is normally closed when the solenoid is de-energized. When the switching magnet is energized, then movement of the armature causes the closing body to lift off the drain opening and release the drainage channel.
- the connecting channel to the first pressure port is designed according to a further aspect of the invention without a check valve.
- a further preferred embodiment of the valve device is characterized in that the outflow channel of the precursor is connected via an annular channel with the connecting channel.
- the drainage channel is recessed, for example, in a valve piece and can be connected via at least one transverse channel with the annular channel.
- a further preferred exemplary embodiment of the valve device is characterized in that the discharge channel of the preliminary stage has a discharge opening with a relatively small diameter. The diameter of the
- Drain opening is preferably so small that the precursor with a
- valve device comprises a check valve piston, which allows in the first operating state, the flow from the first pressure port to the second pressure port.
- Check valve piston is, for example, by a valve spring in his Biased closed position.
- the biasing force of the valve spring is advantageously matched with a pressurized surface of the valve piston, that a relatively small pressure difference is sufficient to a relatively large
- a further preferred embodiment of the valve device is characterized in that the check valve piston in the region of the second pressure port has a through hole, the second
- the through hole can be made relatively large.
- An inlet throttle in the check valve piston can be omitted. As a result, the design effort in the manufacture of the valve device is further reduced.
- valve device is designed as a main flow valve in a hydraulic drive, in particular in a hydraulic hybrid drive.
- the hydraulic drive in particular hydraulic hybrid drive, comprises at least one hydraulic machine, which is also referred to as hydrostat.
- the hydraulic hybrid drive comprises two hydraulic machines, which are also known as
- Hydrostates be designated. To an output of the hydraulic machine or the hydraulic machines, a hydraulic pressure accumulator is connected. Between the output of the hydrostat and the hydraulic pressure accumulator, the valve device according to the invention is connected.
- the invention also relates to a hydraulic hybrid powertrain having a previously described valve means.
- the invention further relates, if appropriate, also to a method for operating a previously described valve device as a main flow valve in a hydraulic drive, in particular in a hydraulic hybrid drive.
- the invention further relates optionally to a precursor
- Valve body a valve piece and / or a check valve piston for a previously described valve device.
- the parts mentioned are separately tradable.
- Figure 1 is a hydraulic circuit diagram of a valve device with a main valve and a pilot valve
- Figure 2 shows an embodiment of a valve device with a direct
- Figure 3 shows a similar embodiment as in Figure 2 without
- valve device 1; 21; 81 shown in different views.
- the valve device 1; 21; 81 comprises a main valve 2; 22; depending on the design also works as a check valve, and a pilot valve 3; 23rd
- the main valve 2 comprises, as seen in Figure 1, in a housing 4; 25 in the axial direction movable back and forth guided sealing element 6.
- the term Axially refers to a longitudinal axis 7 of the valve device. 1 Axial means in the direction or parallel to the longitudinal axis 7.
- the sealing element 6 is biased by a closing spring 8 in its closed position shown in Figure 1. In its closed position, the sealing element 6 interrupts a hydraulic
- the first pressure port 1 1 of the valve device 1 is connected via a first throttle connection 15 to the pilot valve 3.
- the pilot valve 3 is connected between the first throttle connection 15 and a control chamber 10 of the valve device 1.
- the second pressure port 12 of the valve device 1 is connected to the control chamber 10 via a second throttle connection 16.
- the valve device 1 with the two terminals 1 1 and 12 is as
- the hydraulic hybrid powertrain includes an internal combustion engine drive and a hydraulic drive.
- the internal combustion engine drive is designed, for example, as an internal combustion engine and is also referred to as an internal combustion engine.
- the hydraulic drive comprises, for example, two hydraulic machines, which are also referred to as hydrostats.
- the two hydrostats or hydraulic machines can advantageously be operated both as a hydraulic pump and as a hydraulic motor.
- the two hydraulic machines for example, as hydraulic
- Axial piston machines be executed.
- the two hydraulic machines can be hydraulically connected or connected to one another via a hydraulic system.
- the hydraulic system comprises at least one main flow valve, which through the valve device 1; 21; 81 is shown.
- the main flow valve 1; 21; 81 is connected in the hydraulic hybrid powertrain between an output of one of the hydraulic machines and a hydraulic pressure accumulator.
- a main flow valve is connected between the outputs of the hydraulic machines and the hydraulic pressure accumulator.
- the hydraulic pressure accumulator is connected, which is preferably designed as a high-pressure accumulator.
- the pressure prevailing in the hydraulic accumulator is greater than the pressure at the outlet of the hydrostat, which is also referred to as a hydraulic machine.
- Valve device 1; 21; 81 connected hydraulic machine, and vice versa.
- the valve device When the valve device is open to the valve device 1; 21; 81 connected hydraulic machine can be hydraulically driven from the accumulator. Furthermore, the pressure accumulator with open valve device 1; 21; 81 hydraulically through to the
- Valve device 1; 21; 81 connected hydraulic machine to be charged.
- the main valve 2; 22 is also referred to as the main flow valve.
- Pilot valve 3; 23 is also called pilot valve.
- the main valve 2 with the main piston or sealing element 6 can switch large volume flows virtually loss-free with a large main valve lift. Normally, the pressure at the second pressure connection 12, which also prevails in the control chamber 10 via the second throttle connection 16, is greater than the pressure at the first pressure connection 11.
- Pressure port 12 and the pressure at the first pressure port 1 1 is located.
- the balance of forces acting on the sealing element 6 hydraulic forces is designed so that the main valve 2 generates an opening force on the sealing element 6 by lowering the pressure in the control chamber 10 by the pilot valve 3.
- valve device 21 shows a valve device 21 with a main valve 22 and a pilot valve 23 is shown in longitudinal section.
- the pilot valve 23 is according to an essential aspect of the invention designed as a direct connected precursor for the main valve 22.
- the valve device 21 comprises a valve housing 25 with a first pressure port 11 and a second pressure port 12, as in the case of the valve device 1 illustrated in FIG.
- the valve housing 25 comprises a housing body 26, a housing body 27 and a valve piece 40.
- the two housing bodies 26, 27 are pressure-tight. Between the two housing bodies 26, 27 is under
- valve member 40 Interposition of the valve member 40 a shim 28 clamped.
- the housing body 27 is combined with a pole tube.
- the main valve 22 includes a check valve piston 30 which has at its lower end 31 a sealing surface or sealing edge, which abuts sealingly to depict a valve seat 32 of the main valve 22 to a sealing edge or sealing surface of the housing body 26.
- the valve seat 32 is shown closed.
- valve seat 32 When the check valve piston 30 lifts off with its sealing surface from the sealing edge of the housing body 26, the valve seat 32 is opened. With the valve seat 32 open (not shown), a direct connection between the two
- the check valve piston 30 is for displaying the opening movement and the closing movement in the axial direction, that is, in Figure 2 up and down, movable.
- the term axial refers to a longitudinal axis 33 of the valve device 21.
- the non-return valve piston 30 is shortened also referred to as a valve piston 30.
- the valve piston 30 is represented by a valve spring 36 in its in FIG.
- valve spring 36 is arranged in a valve spring chamber 37, which comprises a cavity in the valve piston 30.
- the cavity 37 communicates via a through hole 38 with the pressure port 12 in connection. Therefore, the same pressure prevails in the cavity 37 as at the pressure port 12.
- the valve piston stroke of the main valve 22 is of an armature stroke of the
- a valve piece 40 separates a receiving space for the valve piston 30 of the main valve 22 from the pilot valve 23.
- the valve piece 40 is disposed in a central through hole of the valve housing 25. Between the valve piece 40 and the housing body 26 is a
- the sealing device 39 is arranged.
- the sealing device 39 comprises an O-ring.
- the valve piece 40 comprises a connection channel 41 and a
- the connecting channel 41 starts from a pilot chamber 43 and is in Figures 2 and 3 of a closing body 44 of the
- Connection channel 41 lifts, then the pressure in the pilot chamber 43 can be reduced to the pressure port 11 out.
- the connecting channel 42 extends through the valve piece 40 and connects the pilot chamber 43 with the valve spring chamber or cavity 37 of the
- Main valve 42 Through the connecting channel 42, a pressure equalization between the valve spring chamber 37 or cavity of the main valve 22 and the pilot chamber 43 of the pilot valve or the precursor 23 is achieved.
- the closing body 44 is coupled via an entrainment sleeve 45 and a driver spring 46 and with the interposition of an armature part 48 with an armature 50.
- the armature 50 is reciprocable in the axial direction against the biasing force of an armature spring 52 in the pole tube. An opening movement of the
- Anchor 50 ie a movement of the armature 50 in Figure 2 upward, is effected by energizing an electromagnetic coil, which is a switching magnet 51. As long as the electromagnetic coil is not energized, the remains
- Locking body 44 in its closed position shown in Figure 2, in which the closing body 44 closes the connecting channel 41 in the valve member 40.
- the closing body 44 together with the upper end of the connecting channel 41 in FIG. 2, forms a valve seat 53 of the precursor 23 which is directly connected by the switching magnet 51.
- the connecting channel 41 is connected via at least one transverse channel 55 in the valve piece 40 with an annular channel 54 in connection, which is bounded radially outside of the housing body 26. From the annular channel 54, a connecting channel 61 extends to the first pressure port 11.
- the valve device 21 is preferably as a main flow valve in one
- Hybrid drivetrain in particular a hydraulic hybrid powertrain, associated with a hydraulic machine, which is designed for example as an axial piston machine and is also referred to as Hydrostat.
- a hydraulic machine which is designed for example as an axial piston machine and is also referred to as Hydrostat.
- the first-mentioned hydraulic machine is also referred to as primary hydraulic machine or Primärhydrostat.
- the hydraulic machine In a first operating state, the hydraulic machine, in particular the Primärhydrostat, operated as a pump. Therefore, the first operating state is also referred to as pump operation. In a second operating state, the hydraulic machine, in particular the Primärhydrostat, operated as a motor. Therefore, the second operating state is also referred to as engine operation.
- the valve device 21 according to the invention 81 can easily different flow requirements for engine operation and the
- the pressure at the first pressure port 11 is greater than at the second pressure port 12 due to the greater pressure at the first
- Pressure port 11 opens the check valve piston 30 against the
- the check valve piston 30 is a direct connection between the pressure port 11 and the pressure port 12 in the housing body 26 of the valve housing 25 of the valve device 21; 81 free.
- the pressure at the second pressure port 12 is greater than the pressure at the first Pressure port 11.
- the check valve piston 30 remains in its closed position shown in Figures 2 and 3.
- the switching magnet 51 is supplied with current, so that the armature 50 with the closing body 44 is moved away from the valve piece 40, that is to say in FIGS. 2 and 3, upwards.
- Lock body 44 released. Thereby, hydraulic fluid from the second pressure port 12 through the through-hole 38, the cavity 37, the communication passage 42, the pilot space 43, the drain passage 41, the
- the drainage opening of the drainage channel 41 has, for example, a diameter of 1.3 to 1.7 millimeters. This relatively small diameter can be switched directly with a conventional switching magnet 51. Via the upstream flow path, a maximum flow of, for example, ten liters per minute for the engine operation from the second pressure port 12 to the first pressure port 11 can be represented.
- Check valve piston 30 can be realized without actuation of the solenoid 51 alone by the effective hydraulic forces with the pressure generated from the primary hydrostat significantly larger flows. It suffices to open the valve seat 32 with the check valve piston 30, a relatively low opening pressure of, for example, 0.5 to a bar.
- an inlet throttle in the check valve piston 30 can be replaced by the through hole 38.
- the through hole 38 can be easily made as a bore.
- the connecting channel 61 in the housing body 26 can also be designed as a simple bore. A check valve in the connecting channel 61 is not needed.
- the closing body 44 is fastened directly to the armature 50.
- the closing body 44 is for example as a ball executed and can, for example by crimping, mechanically attached to a lower end 82 in Figure 3 of the armature 50. Therefore, the relatively complicated driver mechanism 45, 46, 48 of the valve device 21 shown in Figure 2 can be omitted.
- the driver mechanism 45, 46, 48 provides in the valve device 21 shown in Figure 2 has the advantage that the
- Switching magnet 51 can be made smaller.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (1) mit zwei Druckanschlüssen (11,12), die in einem ersten Betriebszustand (Pumpenbetrieb) der Ventileinrichtung (1) in einer ersten Strömungsrichtung von einem ersten Druckanschluss (11) zu einem zweiten Druckanschluss (12) durchströmt werden, und die in einem zweiten Betriebszustand (Motorbetrieb) der Ventileinrichtung (1) in einer zweiten Strömungsrichtung von dem zweiten Druckanschluss (12) zu dem ersten Druckanschluss (11) durchströmt werden. Um eine Ventileinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, umfasst die Ventileinrichtung eine direkt geschaltete Vorstufe, die im zweiten Betriebszustand die Durchströmung von dem zweiten Druckanschluss (12) zu dem ersten Druckanschluss (11) ermöglicht.
Description
Beschreibung
Titel
Ventileinrichtung Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit zwei Druckanschlüssen, die in einem ersten Betriebszustand der Ventileinrichtung in einer ersten
Strömungsrichtung von einem ersten Druckanschluss zu einem zweiten
Druckanschluss durchströmt werden, und die in einem zweiten Betriebszustand der Ventileinrichtung in einer zweiten Strömungsrichtung von dem zweiten Druckanschluss zu dem ersten Druckanschluss durchströmt werden.
Stand der Technik
Bei der Ventileinrichtung handelt es sich zum Beispiel um ein Hauptstromventil in einem Hydraulikhybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. In dem
Hydraulikhybridantriebsstrang ist wenigstens eine Hydraulikmaschine, die auch als Hydrostat bezeichnet wird, an den ersten Druckanschluss der
Ventileinrichtung angeschlossen. Die Hydraulikmaschine kann direkt oder über weitere hier nicht angeführte Hydraulikkomponenten, in einem Sonderfall auch über eine weitere vergleichbare Ventileinrichtung, an den ersten Druckanschluss der Ventileinrichtung angeschlossen sein. An den zweiten Druckanschluss der Ventileinrichtung ist ein hydraulischer Druckspeicher angeschlossen. Der hydraulische Druckspeicher kann direkt oder über weitere hier nicht angeführte Hydraulikkomponenten an den zweiten Druckanschluss der Ventileinrichtung angeschlossen sein. Normalerweise ist der Druck in dem hydraulischen
Druckspeicher, also am zweiten Druckanschluss, größer als an einem Ausgang der Hydraulikmaschine, also dem ersten Druckanschluss, der umgekehrte Fall ist jedoch genauso möglich, entsprechend der gewählten Betriebsstrategie des Hydraulikhybridantriebsstrangs. Durch Bestromen der Magneteinrichtung wird das Hauptventil über das Vorsteuerventil geöffnet, wobei ein Dichtelement aus
seiner Schließstellung in eine Öffnungsstellung bewegt wird. Wenn die
Magneteinrichtung nicht bestromt wird, dann ist das Dichtelement, zum Beispiel durch eine Schließfeder, in seine Schließstellung vorgespannt. Der umgekehrte Fall ist ebenfalls möglich.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einer Ventileinrichtung mit zwei Druckanschlüssen, die in einem ersten Betriebszustand der Ventileinrichtung in einer ersten
Strömungsrichtung von einem ersten Druckanschluss zu einem zweiten
Druckanschluss durchströmt werden, und die in einem zweiten Betriebszustand der Ventileinrichtung in einer zweiten Strömungsrichtung von dem zweiten
Druckanschluss zu dem ersten Druckanschluss durchströmt werden, dadurch gelöst, dass die Ventileinrichtung eine direkt geschaltete Vorstufe umfasst, die im zweiten Betriebszustand die Durchströmung von dem zweiten Druckanschluss zu dem ersten Druckanschluss ermöglicht. Bei der Ventileinrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Hauptstromventil in einem Hydraulikantrieb, insbesondere in einem Hydraulikhybridantrieb. Der Hydraulikantrieb umfasst mindestens eine Hydraulikmaschine, zum Beispiel eine Axialkolbenmaschine, die als Motor und als Pumpe betrieben werden kann. Besonders bevorzugt umfasst der
Hydraulikhybridantrieb zwei Hydraulikmaschinen, von denen eine vorzugsweise als Pumpe betrieben wird, während die andere vorzugsweise als Motor betrieben wird. Der erste Betriebszustand der Ventileinrichtung wird daher auch als
Pumpenbetrieb bezeichnet. Der zweite Betriebszustand der Ventileinrichtung wird auch als Motorbetrieb bezeichnet. Durch die Ventileinrichtung mit der direkt geschalteten Vorstufe können auf einfache Art und Weise unterschiedliche Durchflussanforderungen für den Motorbetrieb und den Pumpenbetrieb einer primären Hydraulikmaschine erfüllt werden, die auch als Primärhydrostat bezeichnet wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die direkt geschaltete Vorstufe der Ventileinrichtung einen
Schaltmagneten umfasst. Der Schaltmagnet wird zum Beispiel durch eine elektromagnetische Spule dargestellt, die mit einem Anker zusammenwirkt, der begrenzt hin und her bewegbar geführt ist, um die Vorstufe bedarfsabhängig zu öffnen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die direkt geschaltete Vorstufe der Ventileinrichtung einen Abflusskanal umfasst, der durch einen Schließkörper der Vorstufe verschließbar ist und über einen Verbindungskanal mit dem ersten Druckanschluss verbunden ist. Der Schließkörper stellt mit einer Abflussöffnung des Abflusskanals einen
Ventilsitz dar, der normalerweise geschlossen ist, wenn der Schaltmagnet nicht bestromt wird. Wenn der Schaltmagnet bestromt wird, dann führt eine Bewegung des Ankers dazu, dass der Schließkörper von der Abflussöffnung abhebt und den Abflusskanal freigibt. Der Verbindungskanal zum ersten Druckanschluss ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ohne Rückschlagventil ausgeführt.
Dadurch wird der konstruktive Aufwand bei der Herstellung der Ventileinrichtung weiter reduziert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal der Vorstufe über einen Ringkanal mit dem Verbindungskanal verbunden ist. Der Abflusskanal ist zum Beispiel in einem Ventilstück ausgespart und kann über mindestens einen Querkanal mit dem Ringkanal verbunden sein. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal der Vorstufe eine Abflussöffnung mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweist. Der Durchmesser der
Abflussöffnung ist vorzugsweise so klein, dass die Vorstufe mit einem
preiswerten herkömmlichen Schaltmagneten direkt geschaltet werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung einen Rückschlagventilkolben umfasst, der im ersten Betriebszustand die Durchströmung von dem ersten Druckanschluss zu dem zweiten Druckanschluss ermöglicht. Der
Rückschlagventilkolben ist zum Beispiel durch eine Ventilfeder in seine
Schließstellung vorgespannt. Die Vorspannkraft der Ventilfeder ist vorteilhaft so mit einer druckbeaufschlagten Fläche des Ventilkolbens abgestimmt, dass eine relativ kleine Druckdifferenz ausreicht, um einen relativ großen
Strömungsquerschnitt freizugegeben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagventilkolben im Bereich des zweiten Druckanschlusses ein Durchgangsloch aufweist, das den zweiten
Druckanschluss mit einem Hohlraum in dem Rückschlagventilkolben verbindet. Das Durchgangsloch kann relativ groß ausgeführt sein. Eine Zulaufdrossel in dem Rückschlagventilkolben kann entfallen. Dadurch wird der konstruktive Aufwand bei der Herstellung der Ventileinrichtung weiter reduziert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum in dem Rückschlagventilkolben mit einem
Vorsteuerraum der Vorstufe in Verbindung steht. Zur Darstellung der Verbindung zwischen dem Hohlraum und dem Vorsteuerraum dient zum Beispiel ein Verbindungskanal, der in dem Ventilstück ausgespart ist. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung als Hauptstromventil in einem Hydraulikantrieb, insbesondere in einem Hydraulikhybridantrieb, ausgeführt ist. Der Hydraulikantrieb, insbesondere Hydraulikhybridantrieb, umfasst mindestens eine Hydraulikmaschine, die auch als Hydrostat bezeichnet wird. Vorteilhaft umfasst der Hydraulikhybridantrieb zwei Hydraulikmaschinen, die auch als
Hydrostaten bezeichnet werden. An einen Ausgang der Hydraulikmaschine beziehungsweise der Hydraulikmaschinen ist ein hydraulischer Druckspeicher angeschlossen. Zwischen den Ausgang des beziehungsweise der Hydrostaten und den hydraulischen Druckspeicher ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung geschaltet.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer vorab beschriebenen Ventileinrichtung.
Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Ventileinrichtung als Hauptstromventil in einem Hydraulikantrieb, insbesondere in einem Hydraulikhybridantrieb.
Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls eine Vorstufe, ein
Ventilgehäuse, ein Ventilstück und /oder einen Rückschlagventilkolben für eine vorab beschriebene Ventileinrichtung. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 einen Hydraulikschaltplan einer Ventileinrichtung mit einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Ventileinrichtung mit einer direkt
geschalteten Vorstufe und
Figur 3 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in Figur 2 ohne
Mitnehmermechanismus.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1 bis 3 ist eine Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 umfasst ein Hauptventil 2; 22; das je nach Ausführung auch als Rückschlagventil funktioniert, und ein Vorsteuerventil 3; 23.
Das Hauptventil 2 umfasst, wie man in Figur 1 sieht, ein in einem Gehäuse 4; 25 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführtes Dichtelement 6. Der Begriff
axial bezieht sich auf eine Längsachse 7 der Ventileinrichtung 1 . Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Längsachse 7. Das Dichtelement 6 ist durch eine Schließfeder 8 in seine in Figur 1 dargestellte Schließstellung vorgespannt. In seiner Schließstellung unterbricht das Dichtelement 6 eine hydraulische
Verbindung zwischen einem ersten Druckanschluss 1 1 und einem zweiten Druckanschluss 12. Der erste Druckanschluss 1 1 der Ventileinrichtung 1 ist über eine erste Drosselverbindung 15 an das Vorsteuerventil 3 angeschlossen. Dabei ist das Vorsteuerventil 3 zwischen die erste Drosselverbindung 15 und einen Steuerraum 10 der Ventileinrichtung 1 geschaltet. Der zweite Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 1 ist über eine zweite Drosselverbindung 16 mit dem Steuerraum 10 verbunden.
Die Ventileinrichtung 1 mit den beiden Anschlüssen 1 1 und 12 ist als
Hauptstromventil in einem Hydraulikhybridantriebsstrang (nicht dargestellt) ausgeführt. Der nicht dargestellte Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst einen verbrennungsmotorischen Antrieb und einen hydraulischen Antrieb. Der verbrennungsmotorische Antrieb ist zum Beispiel als Brennkraftmaschine ausgeführt und wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Der hydraulische Antrieb umfasst zum Beispiel zwei Hydraulikmaschinen, die auch als Hydrostaten bezeichnet werden.
Die beiden Hydrostaten oder Hydraulikmaschinen können vorteilhaft sowohl als hydraulische Pumpe als auch als hydraulischer Motor betrieben werden. Dabei können die beiden Hydraulikmaschinen zum Beispiel als hydraulische
Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein. Die beiden Hydraulikmaschinen sind über ein Hydrauliksystem hydraulisch miteinander verbindbar beziehungsweise verbunden. Das Hydrauliksystem umfasst mindestens ein Hauptstromventil, das durch die Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 dargestellt wird.
Das Hauptstromventil 1 ; 21 ; 81 ist in dem Hydraulikhybridantriebsstrang zwischen einen Ausgang einer der Hydraulikmaschinen und einen hydraulischen Druckspeicher geschaltet. Vorteilhaft ist jeweils ein Hauptstromventil zwischen die Ausgänge der Hydraulikmaschinen und den hydraulischen Druckspeicher geschaltet. Dabei ist der Ausgang der Hydraulikmaschinen beziehungsweise des
Hydrostaten an den ersten Druckanschluss 1 1 der Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 angeschlossen. An den zweiten Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 ist der hydraulische Druckspeicher angeschlossen, der vorzugsweise als Hochdruckspeicher ausgeführt ist.
Normalerweise ist der Druck, der in dem hydraulischen Druckspeicher herrscht, größer als der Druck am Ausgang des Hydrostaten, der auch als hydraulische Maschine bezeichnet wird. Durch Öffnen der Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 wird der hydraulische Druckspeicher mit dem Eingang oder Ausgang der an die
Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 angeschlossenen hydraulischen Maschine verbunden, und umgekehrt. Bei geöffneter Ventileinrichtung kann die an die Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 angeschlossene Hydraulikmaschine aus dem Druckspeicher hydraulisch angetrieben werden. Des Weiteren kann der Druckspeicher bei geöffneter Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 hydraulisch durch die an die
Ventileinrichtung 1 ; 21 ; 81 angeschlossene hydraulische Maschine aufgeladen werden.
Das Hauptventil 2; 22 wird auch als Hauptstromventil bezeichnet. Das
Vorsteuerventil 3; 23 wird auch Pilotventil bezeichnet. Das Hauptventil 2 mit dem Hauptkolben oder Dichtelement 6 kann bei großem Hauptventilhub große Volumenströme nahezu verlustfrei schalten. Normalerweise ist der Druck am zweiten Druckanschluss 12, der über die zweite Drosselverbindung 16 auch in dem Steuerraum 10 herrscht, größer als der Druck am ersten Druckanschluss 1 1.
Über das Vorsteuerventil 3 kann der Druck im Steuerraum 10 auf ein
Druckniveau abgesenkt werden, das zwischen dem Druck am zweiten
Druckanschluss 12 und dem Druck am ersten Druckanschluss 1 1 liegt. Die Kräftebilanz der auf das Dichtelement 6 wirkenden hydraulischen Kräfte ist so ausgelegt, dass das Hauptventil 2 bei der Absenkung des Drucks im Steuerraum 10 durch das Vorsteuerventil 3 eine öffnende Kraft auf das Dichtelement 6 erzeugt.
In Figur 2 ist eine Ventileinrichtung 21 mit einem Hauptventil 22 und einem Vorsteuerventil 23 im Längsschnitt dargestellt. Das Vorsteuerventil 23 ist gemäß
einem wesentlichen Aspekt der Erfindung als direkt geschalte Vorstufe für das Hauptventil 22 ausgeführt. Die Ventileinrichtung 21 umfasst ein Ventilgehäuse 25 mit einem ersten Druckanschluss 11 und einem zweiten Druckanschluss 12, wie bei der in Figur 1 dargestellten Ventileinrichtung 1.
Das Ventilgehäuse 25 umfasst einen Gehäusekörper 26, einen Gehäusekörper 27 und ein Ventilstück 40. Die beiden Gehäusekörper 26, 27 sind druckdicht verbaut. Zwischen den beiden Gehäusekörpern 26, 27 ist unter
Zwischenschaltung des Ventilstücks 40 eine Einstellscheibe 28 eingespannt. Der Gehäusekörper 27 ist mit einem Polrohr kombiniert.
Das Hauptventil 22 umfasst einen Rückschlagventilkolben 30, der an seinem unteren Ende 31 eine Dichtfläche oder Dichtkante aufweist, die zur Darstellung eines Ventilsitzes 32 des Hauptventils 22 an einer Dichtkante oder Dichtfläche des Gehäusekörpers 26 dichtend anliegt. In Figur 2 ist der Ventilsitz 32 geschlossen dargestellt.
Wenn der Rückschlagventilkolben 30 mit seiner Dichtfläche von der Dichtkante des Gehäusekörpers 26 abhebt, wird der Ventilsitz 32 geöffnet. Bei geöffnetem Ventilsitz 32 (nicht dargestellt) wird eine direkte Verbindung zwischen den beiden
Druckanschlüssen 11 und 12 freigegeben. Diese Verbindung ist bei
geschlossenem Ventilsitz 32 unterbrochen.
Der Rückschlagventilkolben 30 ist zur Darstellung der Öffnungsbewegung und der Schließbewegung in axialer Richtung, das heißt in Figur 2 nach oben und nach unten, bewegbar. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse 33 der Ventileinrichtung 21. Der Rückschlagventilkolben 30 wird verkürzt auch als Ventilkolben 30 bezeichnet. Der Ventilkolben 30 ist durch eine Ventilfeder 36 in seine in Figur 2 dargestellte
Schließstellung vorgespannt. Die Ventilfeder 36 ist in einem Ventilfederraum 37 angeordnet, der einen Hohlraum im Ventilkolben 30 umfasst. Der Hohlraum 37 steht über ein Durchgangsloch 38 mit dem Druckanschluss 12 in Verbindung. Daher herrscht in dem Hohlraum 37 der gleiche Druck wie am Druckanschluss 12.
Der Ventilkolbenhub des Hauptventils 22 ist von einem Ankerhub des
Vorsteuerventils 23 entkoppelt. Ein Ventilstück 40 trennt einen Aufnahmeraum für den Ventilkolben 30 des Hauptventils 22 von dem Vorsteuerventil 23. Das Ventilstück 40 ist in einem zentralen Durchgangsloch des Ventilgehäuses 25 angeordnet. Zwischen dem Ventilstück 40 und dem Gehäusekörper 26 ist eine
Dichteinrichtung 39 angeordnet. Die Dichteinrichtung 39 umfasst einen O-Ring.
Das Ventilstück 40 umfasst einen Verbindungskanal 41 und einen
Verbindungskanal 42. Der Verbindungskanal 41 geht von einem Vorsteuerraum 43 aus und ist in den Figuren 2 und 3 von einem Schließkörper 44 des
Vorsteuerventils 23 verschlossen. Wenn der Schließkörper 44 von dem
Verbindungskanal 41 abhebt, dann kann der Druck in dem Vorsteuerraum 43 zum Druckanschluss 11 hin abgebaut werden. Der Verbindungskanal 42 erstreckt sich durch das Ventilstück 40 und verbindet den Vorsteuerraum 43 mit dem Ventilfederraum oder Hohlraum 37 des
Hauptventils 42. Durch den Verbindungskanal 42 wird ein Druckausgleich zwischen dem Ventilfederraum 37 oder Hohlraum des Hauptventils 22 und dem Vorsteuerraum 43 des Vorsteuerventils beziehungsweise der Vorstufe 23 erreicht.
Der Schließkörper 44 ist über eine Mitnehmerhülse 45 und eine Mitnehmerfeder 46 und unter Zwischenschaltung eines Ankerteils 48 mit einem Anker 50 gekoppelt. Der Anker 50 ist gegen die Vorspannkraft einer Ankerfeder 52 in dem Polrohr in axialer Richtung hin und her bewegbar. Eine Öffnungsbewegung des
Ankers 50, also eine Bewegung des Ankers 50 in Figur 2 nach oben, wird durch Bestromen einer elektromagnetischen Spule bewirkt, die einen Schaltmagneten 51 darstellt. Solange die elektromagnetische Spule nicht bestromt wird, bleibt der
Schließkörper 44 in seiner in Figur 2 dargestellten Schließstellung, in welcher der Schließkörper 44 den Verbindungskanal 41 in dem Ventilstück 40 verschließt. Der Schließkörper 44 stellt zusammen mit dem in Figur 2 oberen Ende des Verbindungskanals 41 einen Ventilsitz 53 der durch den Schaltmagneten 51 direkt geschalteten Vorstufe 23 dar.
Der Verbindungskanal 41 steht über mindestens einen Querkanal 55 in dem Ventilstück 40 mit einem Ringkanal 54 in Verbindung, der radial außen von dem Gehäusekörper 26 begrenzt wird. Von dem Ringkanal 54 erstreckt sich ein Verbindungskanal 61 zu dem ersten Druckanschluss 11.
Die Ventileinrichtung 21 ist vorzugsweise als Hauptstromventil in einem
Hybridantriebsstrang, insbesondere einem Hydraulikhybridantriebsstrang, einer Hydraulikmaschine zugeordnet, die zum Beispiel als Axialkolbenmaschine ausgeführt ist und auch als Hydrostat bezeichnet wird. Für den Fall, dass neben der Hydraulikmaschine noch eine weitere Hydraulikmaschine vorgesehen ist, wird die erstgenannte Hydraulikmaschine auch als primäre Hydraulikmaschine oder Primärhydrostat bezeichnet.
In einem ersten Betriebszustand wird die Hydraulikmaschine, insbesondere der Primärhydrostat, als Pumpe betrieben. Daher wird der erste Betriebszustand auch als Pumpenbetrieb bezeichnet. In einem zweiten Betriebszustand wird die Hydraulikmaschine, insbesondere der Primärhydrostat, als Motor betrieben. Daher wird der zweite Betriebszustand auch als Motorbetrieb bezeichnet. Mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 21; 81 können auf einfache Art und Weise unterschiedliche Durchflussanforderungen für den Motorbetrieb und den
Pumpenbetrieb der Hydraulikmaschine, insbesondere des Primärhydrostaten, erfüllt werden.
Im Pumpenbetrieb ist der Druck am ersten Druckanschluss 11 größer als am zweiten Druckanschluss 12. Durch den größeren Druck am ersten
Druckanschluss 11 öffnet der Rückschlagventilkolben 30 entgegen der
Vorspannkraft der Ventilfeder 36. Dabei gibt der Rückschlagventilkolben 30 eine direkte Verbindung zwischen dem Druckanschluss 11 und dem Druckanschluss 12 in dem Gehäusekörper 26 des Ventilgehäuses 25 der Ventileinrichtung 21; 81 frei.
Im Motorbetrieb der Hydraulikmaschine, insbesondere des Primärhydrostaten, ist der Druck am zweiten Druckanschluss 12 größer als der Druck am ersten
Druckanschluss 11. In diesem Fall bleibt der Rückschlagventilkolben 30 in seiner in den Figuren 2 und 3 dargestellten Schließstellung.
Im Motorbetrieb wird der Schaltmagnet 51 bestromt, so dass der Anker 50 mit dem Schließkörper 44 von dem Ventilstück 40 weg, das heißt in den Figuren 2 und 3 nach oben, bewegt wird. Dabei wird der Abflusskanal 41 von dem
Schließkörper 44 freigegeben. Dadurch wird Hydraulikmedium vom zweiten Druckanschluss 12 durch das Durchgangsloch 38, den Hohlraum 37, den Verbindungskanal 42, den Vorsteuerraum 43, den Abflusskanal 41, den
Querkanal 55, den Ringkanal 54 und den Verbindungskanal 61 zum ersten Druckanschluss 12 hin entlastet.
Die Abflussöffnung des Abflusskanals 41 hat zum Beispiel einen Durchmesser von 1,3 bis 1, 7 Millimeter. Dieser relativ kleine Durchmesser kann mit einem herkömmlichen Schaltmagneten 51 direkt geschaltet werden. Über den vorab geschalteten Strömungsweg kann ein maximaler Durchfluss von zum Beispiel zehn Liter pro Minute für den Motorbetrieb vom zweiten Druckanschluss 12 zum ersten Druckanschluss 11 dargestellt werden.
Im Pumpenbetrieb können durch das Öffnen des Ventilsitzes 32 mit dem
Rückschlagventilkolben 30 ohne Betätigung des Schaltmagneten 51 allein durch die wirkenden hydraulischen Kräfte mit dem aus dem Primärhydrostaten erzeugten Druck erheblich größere Durchflüsse realisiert werden. Dabei genügt zum Öffnen des Ventilsitzes 32 mit dem Rückschlagventilkolben 30 ein relativ geringer Öffnungsdruck von zum Beispiel 0,5 bis ein bar.
Durch Entfall eines ansonsten benötigten Vorsteuerventils 23 nach dem
Servoprinzip kann eine Zulaufdrossel in dem Rückschlagventilkolben 30 durch das Durchgangsloch 38 ersetzt werden. Das Durchgangsloch 38 kann einfach als Bohrung ausgeführt werden. Darüber hinaus kann der Verbindungskanal 61 in dem Gehäusekörper 26 ebenfalls als einfache Bohrung ausgeführt werden. Ein Rückschlagventil in dem Verbindungskanal 61 wird nicht benötigt.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ventileinrichtung 81 ist der Schließkörper 44 direkt an dem Anker 50 befestigt. Der Schließkörper 44 ist zum Beispiel als Kugel
ausgeführt und kann, zum Beispiel durch Bördeln, mechanisch an einem in Figur 3 unteren Ende 82 des Ankers 50 befestigt werden. Daher kann der relativ aufwendige Mitnehmermechanismus 45, 46, 48 der in Figur 2 dargestellten Ventileinrichtung 21 entfallen. Der Mitnehmermechanismus 45, 46, 48 liefert bei der in Figur 2 dargestellten Ventileinrichtung 21 den Vorteil, dass der
Schaltmagnet 51 kleiner ausgeführt werden kann.
Claims
1. Ventileinrichtung (1;21;81) mit zwei Druckanschlüssen (11,12), die in einem ersten Betriebszustand (Pumpenbetrieb) der Ventileinrichtung (1;21;81) in einer ersten Strömungsrichtung von einem ersten Druckanschluss (11) zu einem zweiten Druckanschluss (12) durchströmt werden, und die in einem zweiten Betriebszustand (Motorbetrieb) der Ventileinrichtung (1;21;81) in einer zweiten Strömungsrichtung von dem zweiten Druckanschluss (12) zu dem ersten Druckanschluss (11) durchströmt werden, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (21;81) eine direkt geschaltete Vorstufe (23) umfasst, die im zweiten Betriebszustand die Durchströmung von dem zweiten Druckanschluss (12) zu dem ersten Druckanschluss (11) ermöglicht.
2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die direkt geschaltete Vorstufe (23) der Ventileinrichtung (21; 81) einen Schaltmagneten (51) umfasst.
3. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die direkt geschaltete Vorstufe (23) der
Ventileinrichtung (21; 81) einen Abflusskanal (41) umfasst, der durch einen Schließkörper (44) der Vorstufe (23) verschließbar ist und über einen Verbindungskanal (61) mit dem ersten Druckanschluss (11) verbunden ist.
4. Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (41) der Vorstufe (23) über einen Ringkanal (54) mit dem Verbindungskanal (61) verbunden ist.
5. Ventileinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abflusskanal (41) der Vorstufe (23) eine Abflussöffnung (bei 59) mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweist.
6. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (21; 81) einen
Rückschlagventilkolben (30) umfasst, der im ersten Betriebszustand die
Durchströmung von dem ersten Druckanschluss (11) zu dem zweiten Druckanschluss (12) ermöglicht.
7. Ventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlagventilkolben (30) im Bereich des zweiten Druckanschlusses (12) ein Durchgangsloch (38) aufweist, das den zweiten Druckanschluss (12) mit dem Hohlraum (37) in dem Rückschlagventilkolben (30) verbindet.
8. Ventileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (37) in dem Rückschlagventilkolben (30) mit einem Vorsteuerraum (43) der Vorstufe (23) in Verbindung steht.
9. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (1;21;81) als Hauptstromventil in einem Hydraulikantrieb, insbesondere in einem Hydraulikhybridantrieb, ausgeführt ist.
10. Vorstufe (23), Ventilgehäuse (25), Ventilstück (40) und/oder
Rückschlagventilkolben (30) für eine Ventileinrichtung (1;21;81) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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