WO2023213714A1

WO2023213714A1 - Ventil zur steuerung der strömung eines fluides

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Publication number: WO2023213714A1
Application number: PCT/EP2023/061274
Authority: WO
Inventors: Sebastian Müller; Heiko Patz; Tamás Szili
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: CN119137404A; US20250283551A1; DE102022110949A1; KR20250004014A

Abstract

Es wird ein Ventil (1) vorgeschlagen, das über ein Ventilgehäuse (2) verfügt, in dem ein Ventilglied (13) angeordnet ist, das im Rahmen einer durch eine Antriebseinrichtung (27) hervorrufbaren Hubbewegung (28) in einer Schließstellung (42) und in einer maximalen Offenstellung (43) positionierbar ist. Eine Federeinrichtung (32) bewirkt, dass bei deaktivierter Antriebseinrichtung (27) das Ventilglied (13) eine Zwischen-Offenstellung (41) einnimmt. Die Federeinrichtung (32) enthält eine in der Schließrichtung wirkende Schließfeder (32a) und eine in der Öffnungsrichtung wirkende Öffnungsfeder (32b), die hinsichtlich ihrer Federkräfte (FO, FS) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Zwischen-Offenstellung (41) eine Grundstellung des Ventils (1) bildet.

Description

Festo SE & Co . KG, 73734 Esslingen

Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluides

Die Erf indung betrif f t ein Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluides , mit einem Ventilgehäuse , das eine Ventilkammer begrenzt , in die ein zur Fluideinspeisung dienender Speisekanal und ein einen Fluidaustritt ermöglichender Arbeitskanal einmünden, wobei eine Speisekanalmündung des Speisekanals von einem der Ventilkammer zugewandten Ventilsitz umrahmt ist , dem in der Ventilkammer eine an einer axialen Vorderseite ei nes Ventilgliedes des Ventils angeordnete Verschlussf läche gegenüberliegt , wobei das Ventilglied im Rahmen einer durch eine Antriebskraf t einer Antriebseinrichtung des Ventils hervorrufbare , in der Achsrichtung einer Hauptachse orientierten Hubbewegung in einer mit seiner Verschlussf läche an dem Ventilsitz anliegenden und dadurch den Speisekanal f luiddicht von der Ventilkammer abtrennenden Schließstellung oder in mindestens einer von dem Ventilsitz abgehobenen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal und der in ständiger Fluidverbindung mit dem Arbeitskanal stehenden Ventilkammer f reigebenden Of fenstellung axial bewegbar ist , und wobei das Ventilglied durch eine Schließfeder einer Federeinrichtung des Ventils ständig in Richtung einer Schließstel lung vorgespannt ist .

Ein aus der DE 10 2013 011 759 Al bekanntes Ventil dieser Art hat ein Ventilglied, das durch eine Schließfeder in eine Schließstellung vorgespannt ist , in der es innerhalb einer Ventilkammer an einem eine Speisekanalmündung umrahmenden Ventilsitz anliegt und dadurch einen Fluideintritt aus einem Speisekanal in die Ventilkammer verhindert . Durch Betätigung einer elektrischen Antriebseinrichtung, die auf einem elekt rodynamischen Funktionsprinzip basiert , kann das Ventilglied in mindestens eine von dem Ventilsitz abgehobene Of fenstel lung bewegt und in dieser Of fenstellung gehalten werden, sodass ein in den Speisekanal eingespeistes Druckf luid in die Ventilkammer überströmen und durch einen zu einem Verbraucher führenden Arbeitskanal hindurch aus der Ventilkammer ausströmen kann . Da das Ventilglied bei deaktivierter Antriebseinrichtung die Schließstellung einnimmt , handelt es sich um ein Ventil des Typs "Normalerweise Geschlossen" . Ein solches Ventil hat aufgrund des erforderlichen Strombedarfes energeti sche Nachteile bei Anwendungen, die im Vergleich zur Einhal tung einer Schließstellung regelmäßig eine wesentlich längere Einhaltung einer Of fenstellung erfordern, da die Antriebseinrichtung j eweils über eine entsprechend lange Zeit aktiviert sein muss . Der gleichen Thematik unterliegt ein in der WO 2017/ 080602 Al beschriebenes Ventil .

Elektrisch betätigte Ventile des Typs "Normalerweise Geschlossen" beschreiben auch die DE 2 208 183 Al ,

DE 297 23 707 Ul , DE 10 2014 220 222 Al , EP 0 611 349 Bl und die EP 0 698 738 Bl .

In der EP 1 959 177 Bl und in der US 6 367 766 Bl sind Venti le des Typs "Normalerweise Of fen" beschrieben, die bei deaktivierter Antriebseinrichtung eine eine Fluidströmung ermöglichende Of fenstellung einnehmen . Hier müssen j edoch besonders hohe Antriebskräf te zur Auf rechterhaltung der Schließstellung aufgebracht werden, da nicht nur die Federkraf t ei ner ständig in der Öf f nungsrichtung wirkenden Öf f nungsf eder überwunden werden muss , sondern zusätzlich der auf das Ven- tilglied im Öf f nungssinne einwirkende Fluiddruck . Ein Rückgrif f auf eine schwächere Feder zur Abhilfe der Problematik könnte möglicherweise ein sicheres Öf fnen bei deaktivierter Antriebseinrichtung nicht mehr gewährleisten . Eine Reduzierung der auf den Fluiddruck zurückzuführenden Öf f nungskraf t ließe sich nur mit einer deutlich reduzierten Nennweite und dementsprechend geringeren Durchf lusswerten realisieren .

Es ist die Aufgabe der Erf indung, Maßnahmen zu tref fen, die unter Ermöglichung hoher Durchf lussraten einen energiesparenden und zuverlässigen Betrieb eines Ventils ermöglichen .

Diese Aufgabe wird bei einem Ventil in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst , dass die Federeinrichtung zusätzlich zu der Schließfeder eine das Ventilglied ständig in Richtung der mindestens einen Of fenstel lung vorspannende Öf f nungsf eder aufweist , wobei die Schließfeder und die diesbezüglich entgegengesetzt wirkende Öf f - nungsfeder hinsichtlich ihrer Federkräf te so aufeinander abgestimmt sind, dass das Ventilglied ohne Antriebskräf te der Antriebseinrichtung eine Grundstellung einnimmt , bei der es sich um eine zwischen der Schließstellung und einer maximalen Of fenstellung liegende Zwischen-Of fenstellung handelt .

Auf diese Weise liegt ein Ventil vor , dessen Typ man als "Normalerweise Teilweise Of fen" bezeichnen kann . Die sowohl über eine schließend wirkende Schließfeder und als auch eine öf fnend wirkende Öf f nungsf eder verfügende Federeinrichtung hält das Ventilglied bei deaktivierter Antriebseinrichtung, also wenn seitens der Antriebseinrichtung keine Antriebskräf te auf das Ventilglied ausgeübt werden, in einer als Zwi schen-Of fenstellung bezeichneten Of fenstellung, in der eine Fluidströmung aus dem Speisekanal in die Ventilkammer hinein möglich ist , allerdings mit einer im Vergleich zur maximalen Of fenstellung geringeren Strömungsrate . Die Zwischen- Of fenstellung des Ventilgliedes ist eine Hubstellung, in der die von der Schließfeder erzeugten Schließkräf te und die von der Öf f nungsf eder erzeugten Öf f nungskräf te sich egalisieren, wodurch quasi ein Kraf tnullpunkt vorliegt . Um das Ventil aus gehend von der Zwischen-Of fenstellung zu schließen oder wei ter zu öf fnen, bedarf es von der Antriebseinrichtung auf zubringender , einander entgegengesetzter Antriebskräf te , die allerdings geringer sind als die bei einem reinen "Normalerweise Geschlossen" -Ventil oder einem reinen "Normalerweise Of f en" -Ventil vergleichbarer Nennweite auf zubringenden Antriebskräf te .

Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erf indung gehen aus den Unteransprüchen hervor .

Das Ventil kann prinzipiell als durch Fluidkraf t und insbesondere pneumatisch betätigtes Ventil mit einer entsprechend ausgebildeten Antriebseinrichtung konzipiert sein . Bevorzugt wird allerdings eine Ventilbauform, deren Antriebseinrichtung von einer elektrisch betätigbaren Bauart ist und die man als elektrische Antriebseinrichtung bezeichnen kann . Insbesondere kommt eine auf Lorentzkräf ten basierende elektrodynamische Antriebseinrichtung oder eine auf Reluktanzkräf ten basierende elektromagnetische Antriebseinrichtung zum Einsatz .

Um bei einer elektrisch betätigten Antriebseinrichtung das Ventil ausgehend von der Zwischen-Of fenstellung des Ventilgliedes zu schließen, ist zweckmäßigerweise in einer Spuleneinrichtung der Antriebseinrichtung ein Strom erzeugbar , der eine in der Schließrichtung wirkende Kraf t erzeugt und das Ventilglied gegen die Federkraf t der öf fnend wirkenden Öf f nungsf eder an den Ventilsitz andrückt . Um das Ventil aus gehend von der Schließstellung wieder zu öf fnen, kann die schließend wirkende Antriebskraf t verringert oder entfernt werden . Bei Erreichen der Zwischen-Of fenstellung kann die Stromf lussrichtung in der Spuleneinrichtung umgedreht werden, sodass eine in der Öf f nungsrichtung wirksame Antriebskraf t entsteht , die nun gegen die Schließfeder arbeitet und das Ventil über die Zwischen-Of fenstellung hinaus weiter öf fnet .

Da das Ventilglied für den Schließvorgang ausgehend von der Zwischen-Of fenstellung um einen geringeren als den maximal möglichen Hub verlagert werden muss , sind die auf zubringenden Antriebskräf te entsprechend gering, sodass selbst bei einer großen Nennweite keine Überhitzungsgefahr durch den elektri schen Energieeintrag besteht . Gleiches gilt für das Festhal ten des Ventilgliedes in j eder über die Zwischen- Of fenstellung hinausgehenden Of fenstellung, wobei hier noch ein durch das hindurchströmende Fluid bewirkter Kühlungsef fekt hinzukommt .

Bei einer als besonders günstig erachteten Aus führungs form hat die Antriebseinrichtung eine von einer elektrischen Spuleneinrichtung gebildete erste Antriebskomponente und eine mit der bestromten Spuleneinrichtung zur Erzeugung einer in der Achsrichtung der Hauptachse auf das Ventilglied wirkenden Antriebskraf t in Wechselwirkung stehende zweite Antriebskomponente . Eine dieser beiden Antriebskomponenten bef indet sich am Ventilglied, die andere am Ventilgehäuse . Auf diese Weise lässt sich beispielsweise ein Magnetventil verwirklichen oder vorzugsweise ein als Tauchankerprinzip oder als Tauchspulenprinzip realisiertes elektrodynamisches Wirkprinzip .

Das Ventil enthält zweckmäßigerweise eine zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung ausgebildete Steuerelektronik . In Verbindung mit einer elektrischen Antriebseinrichtung ist die Steuerelektronik insbesondere so ausgebildet , dass sie eine Bestromung der Antriebseinrichtung hervorrufen kann, die wahlweise eine öf fnend auf das Ventilglied wirkende Stromrichtung oder eine schließend auf das Ventilglied wirkende Stromrichtung hat , sodass das Ventilglied ausgehend von der Zwischen-Of fenstellung durch Wahl einer entsprechenden Stromrichtung geschlossen oder weiter geöf fnet werden kann . Wenn eine Hubbewegung über den vollen Hub zwischen der Schließstellung und der maximalen Of fenstellung gewünscht ist , kann die Steuerelektronik beim Durchlaufen der Zwischen- Of fenstellung die Stromrichtung umkehren .

Zweckmäßigerweise lässt sich mittels der Steuerelektronik des Ventils eine Bestromung der Antriebseinrichtung in beiden Stromrichtungen mit variabler Stromstärke hervorrufen . Auf diese Weise können beliebige Teilof fenstellungen zwischen der Schließstellung und der maximalen Of fenstellung stufenlos eingestellt werden . Ein solches Ventil lässt sich bevorzugt als Proportionalventil betreiben .

Die Steuerelektronik ist insbesondere in das Ventilgehäuse integriert oder außen daran angebaut . Sie kann allerdings auch als eine gesonderte Komponente verwirklicht sein . Bei spielsweise enthält sie eine mit einem Mikroprozessor bestückte Leiterplatte .

Um eine präzise Einstellung einer gewünschten Hubstellung und dementsprechend einer angestrebten Durchf lussrate zu ermögli chen, ist es zweckmäßig, wenn das Ventil über eine Positions erfassungseinrichtung verfügt , durch die im Rahmen der Hubbewegung des Ventilgliedes einnehmbare Hubstellungen des Ventilgliedes erfassbar sind . Die Positionserfassungseinrichtung ist insbesondere an die optionale Steuerelektronik angeschlossen, die die von der Positionserfassungseinrichtung als Rückmeldeinformationen gelieferten Positionsdaten des Ventilgliedes verarbeiten kann .

Zweckmäßigerweise verfügt die Steuerelektronik über eine Regelungsfunktionalität . Es ist auf diese Weise eine positions geregelte Ansteuerung der Antriebseinrichtung auf der Grundlage der mittels der Positionserfassungseinrichtung erhältli chen Positionsdaten möglich . Die Positionserfassungseinrichtung verfügt zweckmäßigerweise über mindestens einen Hall - Sensor oder über eine andere Messeinrichtung zur Ermittlung der Hubposition, wobei die andere Messeinrichtung beispiels weise auch für eine laserbasierte oder ultraschallbasierte Positionserfassung ausgebildet sein kann . Zweckmäßigerweise hat die Positionserfassungseinrichtung die Funktionalität ei nes für eine kontinuierliche Positionserfassung ausgelegten Wegmesssystems .

Bevorzugt sind die beiden einander entgegengesetzt auf das Ventilglied einwirkenden Federn der Federeinrichtung kräf temäßig so ausgelegt , dass das Ventilglied in der Zwischen- Of fenstellung zumindest im Wesentlichen eine Halbof fenstel lung einnimmt , in der der für das durch die Speisekanalmündung hindurchtretende Fluid zur Verfügung stehende Strömungs - querschnitt etwa oder genau halb so groß ist wie ein in der maximalen Of fenstellung des Ventilgliedes f reigegebener maxi maler Strömungsquerschnitt .

Insbesondere nimmt das Ventilglied in der Zwischen- Of fenstellung eine Hubstellung ein, in der es sich nur knapp oberhalb des Schließpunktes bef indet , in dem die Verschluss f läche des Ventilgliedes den gehäusefesten Ventilsitz berührt . Sowohl bei der Schließfeder als auch bei der Öf f nungsf eder handelt es sich zweckmäßigerweise j eweils um eine Druckfeder . Eine solche Bauform wird derj enigen einer Rückstellfeder vorgezogen . Sowohl bei der Schließfeder als auch bei der Öf f - nungsfeder handelt es sich insbesondere um eine Schraubenfeder .

Zur Vorgabe der gewünschten Zwischen-Of fenstellung sind die Schließfeder und die Öf f nungsf eder zweckmäßigerweise so aus gebildet , dass sie aufeinander abgestimmte und zweckmäßigerweise voneinander abweichende Kraf t -Weg-Kennlinien und/oder Windungssteigungen haben .

Als besonders vorteilhaf t wird eine Bauform angesehen, bei der die Schließfeder und die Öf f nungsf eder als voneinander gesonderte individuelle Federn der Federeinrichtung ausgebil det sind . Dies begünstigt die aufeinander abgestimmte Auslegung der beiderseitigen Federkräf te und ermöglicht eine besonders platzsparende Unterbringung im Ventilgehäuse , insbesondere dahingehend, dass die Öf f nungsf eder die Schließfeder koaxial umschließt , oder umgekehrt .

Alternativ könnte die Federeinrichtung nur ein einziges Federelement aufweisen, das von dem Ventilglied an einer zwi schen ihren beiden Endbereichen liegenden Stelle abgegrif fen wird, wobei die Abgrif f sstelle entsprechend des gewünschten Federkraf tverhältnisses gewählt ist . Der Zwischenabgrif f lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass das Ventilglied an der betref fenden Stelle an dem einzigen Federelement befestigt wird, wobei die sich axial beidseits an die Abgrif f sstelle anschließenden Längenabschnitte des einstücki gen Federelementes im einen Fall als Öf f nungsf eder und im anderen Fall als Schließfeder fungieren . Bei einem als günstig angesehenen Aufbau verfügt das Ventilglied über einen hutförmigen vorderen Endabschnitt , der eine die Verschlussf läche tragende vordere Bodenwand, eine sich ausgehend von der Bodenwand von der inneren Speisekanal - mündung axial weg erstreckende hülsenförmige Seitenwand und eine mit axialem Abstand zu der vorderen Bodenwand von der Seitenwand radial nach außen abstehende ringscheibenförmige Abstützwand aufweist . Die Schließfeder ist in diesem Fall so angeordnet , dass sie von der hülsenförmigen Seitenwand umschlossen ist und sich einerseits an der Bodenwand des Ventilgliedes und andererseits an einem der Bodenwand axial gegenüberliegend angeordneten gehäusefesten Abstützkörper abstützt . Die Öf f nungsf eder ist so angeordnet , dass sie die hülsenförmige Seitenwand umschließt und sich einerseits innerhalb der Ventilkammer am Ventilgehäuse und andererseits an dem Abstützabschnitt des Ventilgliedes axial abstützt . Die hülsenförmige Seitenwand bef indet sich radial zwischen der Schließfeder und der Öf f nungsf eder , wobei die Schließfeder von der Öf f nungsf eder über zumindest einen Teil ihrer Baulänge mit koaxialer Anordnung umschlossen ist .

Bevorzugt ist das Ventilglied mehrteilig ausgebildet und verfügt über einen einstückigen Ventilglied-Grundkörper , an dem an der der inneren Speisekanalmündung zugewandten Vorderseite als eine weitere Komponente des Ventilgliedes ein bevorzugt scheibenförmiges Dichtelement angeordnet ist , das die mit dem Ventilsitz kooperierende Verschlussf läche def iniert .

Die Verschlussf läche des Ventilgliedes ist zweckmäßigerweise an einem aus einen gummielastischen Material bestehenden Dichtelement ausgebildet .

Die Erf indung lässt sich prinzipiell bei Ventilen beliebiger

Funktionalität realisieren . Besonders vorteilhaf t erweist sich die erf indungsgemäße Ausgestaltung in Verbindung mit ei nem 2/2 -Wegeventil . Die Erf indung lässt sich sowohl bei rei nen Schaltventilen als auch bei Proportionalventilen verwirklichen .

5 Der Ventilsitz kann direkt am Ventilgehäuse ausgebildet sein . Vorzugsweise hat er eine kragenartige , axial erhabene Struktur , wobei er eine ringförmige Dichtkante def iniert , an der die Verschlussf läche in der Schließstellung des Ventilgliedes anliegt . 0 Bei einer vorteilhaf ten Ausgestaltung der Erf indung bef indet sich der Ventilsitz an einem bezüglich des Ventilgehäuses separaten hülsenförmigen Ventilsitzelement , das koaxial zur Hauptachse ausgerichtet ist und das mit bezüglich der Haupt achse variabler Axialposition in einen inneren Endabschnitt des Speisekanals eingesetzt und gehäusefest f ixiert ist . Bei der Montage des Ventils kann die bezüglich des Ventilgehäuses eingenommene Axialposition des Ventilsitzelementes variabel eingestellt und in der eingestellten Sollposition axial unbeweglich am Ventilgehäuse f ixiert werden . Beispielsweise kann0 das Ventilsitzelement in den Endabschnitt des Speisekanals mit variabler Einpresstiefe eingepresst werden . Zusätzlich oder alternativ käme auch eine Klebef ixierung oder eine Schraubf ixierung in Frage . Die Variabilität der Axialposition bei der Ventilmontage bietet die vorteilhaf te Möglichkeit ,5 eine Kalibrierung vorzunehmen, um sowohl die geometrischen Bauteiltoleranzen als auch die Federtoleranzen auszugleichen . Wenn das Ventil über eine elektrische Antriebseinrichtung verfügt , kann das Ventilsitzelement und folglich der Ventil sitz bei der Kalibrierung innerhalb des Ventilgehäuses bei ¬0 spielsweise so lange bzw . so weit verschoben werden, bis bei einem gegebenen elektrischen Strom ein gewünschter Durchf luss erreicht ist . Vor allem um verhältnismäßig große Nennweiten zu realisieren und dennoch die auf zubringenden Antriebskräf te gering zu hal ten, ist es vorteilhaf t , spezielle Druckausgleichsmaßnahmen bezüglich des Ventilgliedes vorzusehen . Diesbezüglich ist es zweckmäßig, wenn das Ventilglied eine axial entgegengesetzt zu der Verschlussf läche orientierte Kompensationsf läche auf weist , die eine in dem Ventilgehäuse ausgebildete Kompensati onskammer begrenzt , die ständig über mindestens einen das Ventilglied durchsetzenden Kompensationskanal mit dem der Verschlussf läche axial vorgelagerten Bereich kommuniziert . Somit herrscht in dem der Verschlussf läche vorgelagerten Bereich und in der Kompensationskammer stets zumindest im Wesentlichen der gleiche Fluiddruck , woraus eine Kompensation der auf das Ventilglied axial einwirkenden Druckkraf t resul tiert .

Eine zumindest im Wesentlichen vollständige Druckkompensation ist möglich, wenn in vorteilhaf ter Weise die Kompensations - f läche des Ventilgliedes zumindest im Wesentlichen und bevorzugt genau gleichgroß ist wie die vom Ventilglied abdeckbare Fläche der inneren Speisekanalmündung, also die vom Ventil sitz umrahmte Fläche . Die Druckkraf tkompensation wirkt sowohl in der Schließstellung als auch in j eder Of fenstellung des Ventilgliedes . Folglich kann das Ventilglied mit einer sehr geringen Antriebskraf t zu seiner Hubbewegung angetrieben und in der j eweils eingestellten Hubstellung festgehalten werden .

Nachfolgend wird die Erf indung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert . In dieser zeigen :

Figur 1 eine bevorzugte Aus führungs form des erf indungsgemäßen Ventils in einem Längsschnitt , wobei das Ventilglied bei Einnahme der Zwischen-Of fenstellung gezeigt ist und wobei strichpunktiert zusätzlich die von dem Ventilglied in der Schließstellung und in der maximalen Of fenstellung eingenommenen Hubstellungen kenntlich gemacht sind, und

Figur 2 eine isometrische Explosionsdarstellung des in Fi gur 1 illustrierten Ventils .

Das in seiner Gesamtheit mit Bezugszif fer 1 bezeichnete Ventil verfügt über ein Ventilgehäuse 2 , das bevorzugt mehrtei lig ausgebildet ist und das in seinem Innern eine Ventilkammer 3 aufweist .

In die Ventilkammer 3 münden mehrere das Ventilgehäuse 2 durchsetzende und von einem Fluid durchströmbare Ventilkanäle 4 , 5 , bei denen es sich exemplarisch um einen Speisekanal 4 und um einen Arbeitskanal 5 handelt . An seinem entgegengesetzten Endbereich mündet der Speisekanal 4 über eine äußere Anschlussöf fnung 4a und der Arbeitskanal 5 über eine äußere Anschlussöf fnung 5a zu einer Außenf läche 6 des Ventilgehäuse 2 aus , sodass insbesondere die Möglichkeit besteht , j eweils eine weiterführende Fluidleitung anzuschließen .

Im Betrieb des Ventils 1 steht der Speisekanal 4 über seine äußere Anschlussöf fnung 4a mit einer externen Druckquelle P in Verbindung, die ein unter Druck stehendes Fluid bereit - stellt , wobei es sich insbesondere um Druckluf t handelt .

Der Arbeitskanal 5 steht im Betrieb des Ventils 1 über seine äußere Anschlussöf fnung 5a mit einem Verbraucher A in Fluidverbindung, bei dem es sich beispielsweise um einen f luidbetätigten Antrieb handelt .

Das Ventil 1 ermöglicht eine Steuerung einer Fluidströmung zwischen dem Speisekanal 4 und dem Arbeitskanal 5 , und zwar durch die Ventilkammer 3 hindurch . Das Ventil 1 erlaubt wahl weise ein Absperren, d . h Verschließen der Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal 4 und der Ventilkammer 3 oder eine Freigabe dieser Fluidverbindung mit der Folge , dass das Druckf luid aus dem Speisekanal 4 durch die Ventilkammer 3 hindurch in den Arbeitskanal 5 überströmen kann .

Der Speisekanal 4 mündet mit einer im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Speisekanalmündung 7 bezeichneten inneren Kanalmündung in die Ventilkammer 3 ein . Die Speisekanalmündung 7 bef indet sich im Bereich einer Bodenf läche 3a der Ventilkammer 3 und ist von einem der Ventilkammer 3 zugewandten ringförmigen Ventilsitz 8 umrahmt . Der Ventilsitz 3 ist zweckmäßigerweise bezüglich eines ihn umschließenden Flächenabschnittes der Bodenf läche 3a kragenförmig erhaben ausgebil det .

Das Ventil 1 hat eine imaginäre Hauptachse 10 . Die Speisekanalmündung 7 und der Ventilsitz 8 sind in der Achsrichtung dieser Hauptachse 10 ausgerichtet , wobei sie insbesondere koaxial dazu angeordnet sind . Die Bodenf läche 3a erstreckt sich insbesondere in einer zu der Hauptachse 10 orthogonalen Ebene .

Der Arbeitskanal 5 mündet beabstandet zu der Speisekanalmündung 7 und dabei insbesondere seitlich in die Ventilkammer 3 ein, wobei seine entsprechende Kanalmündung als Arbeitskanal mündung 12 bezeichnet sei . Während die Fluidverbindung zwi schen der Ventilkammer 3 und dem Arbeitskanal 5 ständig of fen ist , ist die Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal 4 und der Ventilkammer 3 mittels eines Ventilgliedes 13 des Ventils 1 steuerbar . Während das Ventil 1 des Ausführungsbeispiels als ein 2/2 - Wegeventil konzipiert ist , ist durchaus auch eine Bauform mit einer anderen Ventilfunktionalität möglich, beispielsweise mit einer 3/2 -Ventilfunktion . Insbesondere in solchen Fällen kann das Ventil 1 ohne weiteres noch einen oder mehrere wei tere in die Ventilkammer 3 einmündende Ventilkanäle aufwei sen .

Das Ventilglied 13 hat bevorzugt eine längliche Gestalt und weist exemplarisch eine imaginäre Längsachse 14 auf , die mit der Hauptachse 10 zusammenfällt .

Die Ventilkammer 3 ist beim Ausführungsbeispiel vom axialen Endbereich einer sacklochartigen Aufnahmevertiefung 16 des Ventilgehäuses 2 gebildet , in die das Ventilglied 13 eingesetzt ist . Das Ventilglied 13 hat eine axiale Vorderseite 15 , mit der voraus es der Ventilkammer 3 zugewandt ist . Das Ventilglied 13 hat ferner eine der axialen Vorderseite 15 in der Achsrichtung der Hauptachse 10 entgegengesetzte axiale Rückseite 19 .

Die Aufnahmevertiefung 16 ist axial innen von einer am Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Bodenf läche 16a begrenzt , die die Bodenf läche 3a der Ventilkammer 3 bildet . Auf der der Bodenf läche 16a axial entgegengesetzten Außenseite ist die Aufnahmevertiefung 16 durch ein beispielsweise deckelförmiges Verschlusselement 11 des Ventilgehäuses 2 verschlossen . Das Ventilglied 13 bef indet sich axial zwischen der Bodenf läche 3a , 16a und dem Verschlusselement 11 , wobei es die Ventilkammer 3 an einer der Bodenf läche 16a axial gegenüberliegenden Seite begrenzt .

Das Ventilglied 13 weist an seiner axialen Vorderseite 15 ei ne axial orientierte Stirnf läche auf , die eine der Speiseka- nalmündung 7 und dem Ventilsitz 8 zugewandte Verschlussf läche 26 bildet . Auf Veranlassung einer Antriebseinrichtung 27 des Ventils 1 kann das Ventilglied 13 zu einer linearen Hubbewegung 28 angetrieben werden, die in der Achsrichtung der Hauptachse 10 orientiert und in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert ist . Dabei kann das Ventilglied 13 wahlweise in einer nach vorne in Richtung zum Ventilsitz 8 weisenden ersten Bewegungsrichtung 28a oder in einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung 28b nach rückwärts im Sinne eines Entfernens vom Ventilsitz 8 bewegt werden . Die Antriebseinrichtung 27 kann zu diesem Zweck eine entsprechend orientierte Antriebskraf t auf das Ventilglied 13 ausüben .

Im Rahmen der Hubbewegung 28 kann das Ventilglied 13 in unterschiedlichen Hubstellungen positioniert werden . Eine dieser Hubstellungen ist eine aus Figur 1 ersichtliche und ergänzend durch eine strichpunktierte Linie kenntlich gemachte , als Zwischen-Of fenstellung 41 bezeichnete Of fenstellung, in der das Ventilglied 13 mit seiner Verschlussf läche 26 von dem Ventilsitz 8 abgehoben ist , allerdings um einen Betrag, der geringer ist als ein möglicher Maximalbetrag .

Weitere mögliche Hubstellungen des Ventilgliedes 13 sind eine Schließstellung 42 und eine als maximale Of fenstellung 43 bezeichnete Of fenstellung, die in Figur 1 ebenfalls durch j eweils eine strichpunktierte Linie kenntlich gemacht sind .

In der Schließstellung 42 liegt das Ventilglied 13 mit seiner Verschlussf läche 26 unter Abdichtung an dem Ventilsitz 8 an und deckt dabei gleichzeitig die Speisekanalmündung 7 ab . Auf diese Weise ist der Speisekanal 4 in der Schließstellung 42 des Ventilgliedes 13 von der Ventilkammer 3 und dem damit ständig verbundenen Arbeitskanal 5 f luiddicht abgetrennt . Der in der Achsrichtung der Hauptachse 10 gemessene Abstand zwischen dem Ventilsitz 8 und der Verschlussf läche 26 , der auch als axialer Abstand bezeichnet wird, bestimmt einen f reien Strömungsquerschnitt , der dem Fluid bzw . dem f luidi schen Druckmedium für den Übertritt zwischen dem Speisekanal 4 und der Ventilkammer 3 zur Verfügung steht . Der f reie Strömungsquerschnitt bestimmt die auch als Durchf luss bezeichen- bare Strömungsrate des überströmenden Fluides .

In der maximalen Of fenstellung 43 des Ventilgliedes 13 ist die Verschlussf läche 26 in einem größtmöglichen axialen Abstand zu dem Ventilsitz 8 angeordnet . Dieser größtmögliche axiale Abstand ist größer als der in der Zwischen- Of fenstellung 41 zwischen der Verschlussf läche 26 und dem Ventilsitz 8 vorhandene axiale Abstand .

In der maximalen Of fenstellung 43 des Ventilgliedes 13 steht dem in den Speisekanal 4 eingespeisten f luidischen Druckmedi um ein f reigegebener maximaler Strömungsquerschnitt für den Übertritt in die Ventilkammer 3 zur Verfügung . In der Zwi schen-Of fenstellung 41 des Ventilgliedes 13 ist der f reigegebene Strömungsquerschnitt geringer als der maximale Strömungsquerschnitt .

Durch entsprechende Betätigung der Antriebseinrichtung 27 kann das Ventilglied 13 wahlweise zumindest in der Schließstellung 42 , in der maximalen Of fenstellung 43 oder in der Zwischen-Of fenstellung 41 positioniert werden .

Wenn das Ventil 1 als Schaltventil ausgeführt ist , erschöpf t sich die Positionierbarkeit des Ventilgliedes 13 zweckmäßi gerweise in diesen drei Hubstellungen . Bevorzugt ist das Ventil 13 j edoch entsprechend des illustrierten Ausführungsbei spiels als ein stetig einstellbares Proportionalventil ausge- bildet , wobei das Ventilglied 13 außer in der Zwischen- Of fenstellung 41 - insbesondere stufenlos - auch noch in beliebigen anderen, als Teil -Of fenstellungen bezeichenbaren Of fenstellungen zwischen der Schließstellung 42 und der maximalen Of fenstellung 43 positioniert werden kann . In diesen beliebigen anderen Teil -Of fenstellungen ist der Abstand zwi schen der Verschlussf läche 26 und dem Ventilsitz 8 größer oder kleiner als in der Zwischen-Of fenstellung 41 .

Das beispielhaf te Ventilglied 13 hat eine topfartige Gestalt mit einer der axialen Vorderseite 15 zugeordneten Bodenwand 17 und einer von der Bodenwand 17 in Richtung zu der axialen Rückseite 19 ragenden hohlzylindrischen Seitenwand 18 . Durch die Topf form wird ein von der Ventilkammer 3 abgewandter und diesbezüglich auch abgetrennter Ventilglied- Innenraum 22 def iniert .

Das Ventil 1 ist mit einer Federeinrichtung 32 ausgestattet , die , was den Kraf tf luss anbelangt , zwischen das Ventilglied 13 und das Ventilgehäuse 2 eingegliedert ist . Durch die Federeinrichtung 32 wird das Ventilglied 13 in der Zwischen- Of fenstellung 41 festgehalten, wenn die weiter oben schon angesprochene Antriebseinrichtung 27 keine Antriebskräf te auf das Ventilglied 13 ausübt . Mit anderen Worten repräsentiert die Zwischen-Of fenstellung 41 eine Grundstellung des Ventilgliedes 13 , die das Ventilglied 13 bei deaktivierter Antriebseinrichtung einnimmt . Das Ventil 1 ist also bei deakti vierter Antriebseinrichtung 27 (nur) teilweise geöf fnet , sodass man es als Ventil eines neuen Typs "Normalerweise Teil weise Of fen" bezeichnen kann .

Diese Funktionalität resultiert aus einer besonderen Ausgestaltung der Federeinrichtung 32 . Die Federeinrichtung 32 hat zum einen eine Schließfeder 32a und zum anderen eine Öf f - nungsfeder 32b. Bei der Schließfeder 32a handelt es sich um eine Feder, die ständig in Richtung der Schließstellung, exemplarisch also in der ersten Bewegungsrichtung 28a, mit einer als Schließkraft FS bezeichenbaren Federkraft auf das Ventilglied 13 einwirkt. Bei der Öff nungsfeder 32b handelt es sich um eine Feder, die ständig im Öf fnungssinne, exemplarisch also in der zweiten Bewegungsrichtung 28b, mit einer als Öf f nungskraf t FO bezeichenbaren Federkraft auf das Ventilglied 13 einwirkt. Das Ventilglied 13 ist also ständig in einander entgegengesetzte Richtungen der Hauptachse 10 durch Federkräfte FS, FO beaufschlagt, die zum einen von der Schließfeder 32a und zum anderen von der entgegengesetzt wirkenden Öff nungsfeder 32b bereitgestellt sind.

Die Schließfeder 32a und die Öff nungsfeder 32b, die bei gemeinsamer Benennung auch nur als Federn 32a, 32b bezeichnet werden, sind hinsichtlich ihrer Federkräfte FS, FO so aufeinander abgestimmt, dass das Ventilglied 13 ohne wirksame Antriebskräfte der Antriebseinrichtung 27 die beschriebene Grundstellung, also die Zwischen-Offenstellung 41, einnimmt. In der Grundstellung beziehungsweise Zwischen-Offenstellung 41 herrscht zwischen den beiden Federn 32a, 32b an dem Ventilglied 13 ein Kräftegleichgewicht, sodass man von einem Kraftnullpunkt sprechen kann, da keine resultierenden Federkräfte in der Achsrichtung der Hauptachse 10 an dem Ventilglied 13 angreifen.

Jede der beiden Federn 32a, 32b stützt sich einerseits an dem Ventilglied 13 und andererseits direkt oder indirekt am Ventilgehäuse 2 ab.

Wenngleich es prinzipiell möglich wäre, eine oder beide der Federn 32a, 32b als Druckfedern zu realisieren, handelt es sich zweckmäßigerweise entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel um mechanische Federn 32a , 32b .

Die Antriebseinrichtung 27 ist entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels bevorzugt von elektrisch betätigbarer Bauart . Durch Anlegen einer elektrischen Betätigungsspannung kann die Antriebseinrichtung 27 eine in der Achsrichtung der Hauptachse 10 auf das Ventilglied 13 wirkende Antriebskraf t hervorrufen, die unter Überwindung der Federkräf te FS , FO der beiden Federn 32a , 32b eine Hubbewegung 28 des Ventilgliedes 13 in der ersten Bewegungsrichtung 28a oder der zweiten Bewegungsrichtung 28b hervorruf t und durch die das Ventilglied 13 so lange wie gewünscht in einer eingestellten Hubstellung festhaltbar ist . Die Antriebskraf t der Antriebseinrichtung 27 addiert sich j e nach Wirkrichtung zur Schließkraf t FS oder zur Öf f nungskraf t FO .

Vorzugsweise verfügt die elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung 27 über eine erste Antriebskomponente 34 und eine zur Erzeugung der Antriebskraf t mit der ersten Antriebskomponente 34 in Wechselwirkung stehende zweite Antriebskomponente 35 . Eine der beiden Antriebskomponenten 34 , 35 ist am Ventilglied 13 angeordnet , die andere der beiden Antriebskomponenten 34 , 35 ist am Ventilgehäuse 2 angeordnet . Exemplarisch bef indet sich die erste Antriebskomponente 34 am Ventilglied 13 und die zweite Antriebskomponente 35 am Ventilgehäuse .

Eine der beiden Antriebskomponenten 34 , 35 ist zweckmäßigerweise als eine durch Anlegen der erwähnten Betätigungsspannung bestrombare elektrische Spuleneinrichtung 34a ausgebil det . Die vom Ventilglied 13 relativ zum Ventilsitz 8 momentan eingenommene Hubstellung hängt von der Höhe und von der Polarität der an die elektrische Spuleneinrichtung 34a angelegten Betätigungsspannung ab . Die gewählte Polarität bestimmt eine Stromrichtung des durch die Spuleneinrichtung 34a f ließenden elektrischen Stroms und dementsprechend die Wirkrichtung der erzeugbaren Antriebskraf t .

Exemplarisch handelt es sich bei der ersten Antriebskomponente 34 um die Spuleneinrichtung 34a . Selbige ist exemplarisch am Ventilglied 13 angeordnet und insbesondere von dessen Sei tenwand 18 getragen . Sie macht daher die Hubbewegung 28 stets mit . Die Spuleneinrichtung 34a kooperiert bei ihrer Bestro- mung mit der bezüglich dem Ventilgehäuse 2 ortsfesten zweiten Antriebskomponente 35 .

Bevorzugt und entsprechend des illustrierten Ausführungsbei spiels handelt es sich bei der Antriebseinrichtung 27 um eine elektrodynamische Antriebseinrichtung 27 . Die zweite Antriebskomponente 35 enthält in diesem Fall eine Permanentmagneteinrichtung 35a , die nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip mit der Spuleneinrichtung 34a kooperiert .

Exemplarisch taucht die Permanentmagneteinrichtung 35a von der axialen Rückseite 19 her in den Ventilglied- Innenraum 22 hinein . Sie sitzt beispielhaf t auf einem mittig in die Auf nahmevertiefung 16 hineinragenden Tragvorsprung 20 des Verschlusselements 11 , der zum Beispiel stabförmig ausgebildet ist . Insbesondere besteht die Permanentmagneteinrichtung 35a aus mindestens einem und exemplarisch genau einem zu der Hauptachse 10 koaxialen Ringmagnet 44 , der axial beidseits j eweils von einer ringscheibenförmigen ferromagnetischen Flussleitscheibe 45 f lankiert ist .

Vorzugsweise enthält die zweite Antriebskomponente 35 auch noch eine bezüglich dem Ventilgehäuse 2 ortsfeste ferromagnetische Rückschlusshülse 46 , die in die Aufnahmevertiefung 16 koaxial eingesetzt ist und das Ventilglied 13 radial außen umschließt . Die Rückschlusshülse 46 fungiert zweckmäßigerweise gleichzeitig als ein Führungselement zur radialen Abstützung und Linearführung des Ventilgliedes 13 bei der Hubbewegung 28 . Bevorzugt hat das Ventilglied 13 radial außen mehrere axial zueinander beabstandete ringbundartige Führungsrippen 47 , die gleitverschieblich an der Innenumfangs f läche der Rückschlusshülse 46 anliegen . Die über mindestens einen aus gewickeltem Draht bestehenden Spulenabschnitt 48 verfügende Spuleneinrichtung 34a ist zweckmäßigerweise axial zwischen den Führungsrippen 47 angeordnet .

Bei einer Bestromung der Spuleneinrichtung 34a kooperieren die darin f ließenden Ladungsträger mit dem Permanentmagnet feld der Permanentmagneteinrichtung 35a , sodass die sogenannte Lorentzkraf t entsteht , die als Antriebskraf t für das Ventilglied 13 wirksam ist . Die Stromrichtung gibt die Wirkrichtung der Lorentzkraf t und folglich der Antriebskraf t vor , die Stromstärke bestimmt die Höhe der Antriebskraf t .

Beispielhaf t ist die elektrodynamische Antriebseinrichtung 27 als ein Tauchspulenantrieb auf gebaut . Eine Ausgestaltung als Tauchmagnetantrieb mit vertauschter Anordnung der beiden Antriebskomponenten 34 , 35 und einer die Hubbewegung 28 mitmachender Permanentmagneteinrichtung 35a ist j edoch ebenso möglich .

Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die zweite Antriebskomponente 35 anstatt als Permanentmagneteinrichtung 35a als eine ferromagnetische Einrichtung konzi piert , die nach dem Reluktanzprinzip mit der Spuleneinrichtung 34a zusammenwirkt . Es versteht sich, dass auch andere Bauformen von Antriebseinrichtungen 27 zur Betätigung des Ventilgliedes 13 vorgesehen sein können .

Bevorzugt ist das Ventilglied 13 mehrteilig ausgebildet , wobei es über einen insbesondere einstückigen Ventilglied- Grundkörper 48 verfügt , der an der axialen Vorderseite 15 mit einem aus einem Elastomermaterial oder einem anderen gummi - elastischen Material bestehenden Dichtelement 49 bestückt ist . Exemplarisch ist die erwähnte Topf form des Ventilgliedes 13 durch die Form des Ventilglied-Grundkörpers 48 vorgegeben . Die Bodenwand 17 des Ventilgliedes 13 setzt sich aus einem Bodenabschnitt 48a des Ventilglied-Grundkörpers 48 und dem vorne außen an diesen Bodenabschnitt 48a angesetzten Dichtelement 49 zusammen .

Das Dichtelement 43 ist bevorzugt scheibenförmig ausgebildet . Beim Ausführungsbeispiel ist es in den Bodenabschnitt 42a eingeknöpf t , kann aber zusätzlich oder alternativ beispiels weise auch festgeklebt oder festgeschweißt sein . Jedenfalls ist das elastisch nachgiebige Dichtelement 43 in der Achs richtung der Hauptachse 10 durch den Bodenabschnitt 42a des Ventilglied-Grundkörpers 42 abgestützt .

Die Verschlussf läche 26 ist an dem Dichtelement 43 ausgebil det . Zweckmäßigerweise ist die Verschlussf läche 26 auf einen zentralen Bereich der nach vorne weisenden vorderen Stirnf läche des Dichtelementes 49 begrenzt . Der Außendurchmesser des Dichtelementes 49 ist insgesamt größer als der Außendurchmes ser der Verschlussf läche 26 . Insofern ist die Verschlussf läche 26 von einem ringförmigen Flächenabschnitt der vorderen Stirnf läche des Dichtelementes 49 umrahmt , der sich radial nach außen bis zu einer radialen Außenumfangs f läche des Dichtelementes 49 erstreckt . Zweckmäßigerweise enthält das Ventil 1 eine zur elektrischen Ansteuerung der Antriebseinrichtung 27 ausgebildete Steuerelektronik 52 . Die nur schematisch angedeutete Steuerelektronik 52 ist zweckmäßigerweise in das Ventilgehäuse 2 integriert , kann allerdings auch außerhalb des Ventilgehäuses 2 angeordnet sein, wobei sie entweder am Ventilgehäuse 2 montiert oder diesbezüglich getrennt angeordnet sein kann .

Die Steuerelektronik 52 ist zur elektrischen Bestromung der Antriebseinrichtung 27 ausgebildet und ist exemplarisch über mindestens eine elektrische Steuerleitung 53 an die Spuleneinrichtung 34a angeschlossen . Die Steuerleitung 53 ist ins besondere f lexibel , sodass die Permanentmagneteinrichtung 35a die Hubbewegung 28 ungehindert mitmachen kann . Die Steuerelektronik 52 kann die bereits erläuterte variable Bestromung mit variierender Stromstärke und variierender Stromrichtung hervorrufen . An einem elektrischen Eingang 54 der Steuerelektronik 52 sind Betriebsinformationen für die Steuerelekt ronik 52 eingebbar , insbesondere Soll - Stellungsinformationen für eine gewünschte Hubstellung des Ventilgliedes 13 .

Zweckmäßigerweise ist das Ventil 1 mit einer ebenfalls nur schematisch angedeuteten Positionserfassungseinrichtung 55 ausgestattet , die exemplarisch einen an dem beweglichen Ventilglied 13 angeordneten Permanentmagnet 55a und einen orts fest am Ventilgehäuse 2 und dort beispielsweise an dem Verschlusselement 11 angeordneten Hall - Sensor 55b enthält . Durch das Zusammenwirken mit dem Permanentmagnet 55a ist der Hall - Sensor 55b in der Lage , im Rahmen der Hubbewegung 28 einnehmbare Hubstellungen des Ventilgliedes 13 zu detektieren, wobei insbesondere eine stufenlose Detektion j eder Hubstellung einschließlich der Schließstellung möglich ist . Die Positionserfassungseinrichtung 55 ist über mindestens eine Rückmeldelei - tung 56 an die Steuerelektronik 52 elektrisch angeschlossen, um dieser die ermittelten Positionsdaten zuzuführen .

Die Steuerelektronik 52 hat zweckmäßigerweise eine Regelungs funktionalität , die eine positionsgeregelte Ansteuerung der Antriebseinrichtung 27 ermöglicht und dementsprechend eine sehr exakte Positionierung des Ventilgliedes 13 in den gewünschten Soll -Hubstellungen erlaubt .

Die das Ventilglied 13 beauf schlagende Federeinrichtung 32 ist vorzugsweise so ausgelegt , dass das Ventilglied 13 in der Zwischen-Of fenstellung für das durch die Speisekanalmündung 7 hindurchtretende Fluid einen Strömungsquerschnitt f reigibt , der zumindest im Wesentlichen und bevorzugt genau halb so groß ist wie ein in der maximalen Of fenstellung des Ventilgliedes f reigegebener maximaler Strömungsquerschnitt . Im unbetätigten Betriebszustand ist das Ventil 1 in diesem Fall halb geöf fnet . Es versteht sich j edoch, dass dem j eweiligen Anwendungsf all entsprechend die Federeinrichtung 32 beliebig anders auslegbar ist , um in der Zwischen-Of fenstellung einen spezif isch gewünschten Strömungsquerschnitt of fen zu halten .

Die gewünschte Auslegung der Federeinrichtung 32 kann einfach dadurch erfolgen, dass für die Schließfeder 32a und die Öf f - nungsfeder 32b aufeinander abgestimmte Kraf t -Weg-Kennlinien und/oder Windungssteigungen gewählt werden . Beispielhaf t sind die beiden Federn 32a , 32b abweichend voneinander ausgelegt , insbesondere derart , dass die Schließfeder 32a eine steilere Federkennlinie hat als die Öf f nungsf eder 32b .

Die kräf temäßige Auslegung der Federeinrichtung 32 ist exemplarisch dadurch begünstigt , dass es sich bei der Schließfeder 32a und bei der Öf f nungsf eder 32b um voneinander gesonderte , individuelle Federn 32a , 32b der Federeinrichtung 32 handelt . Jede Feder 32a , 32b kann auf diese Weise unabhängig von der j eweils anderen Feder 32b , 32a als eigenständiges Bauteil hergestellt und bereitgestellt werden . Grundsätzlich besteht allerdings die Möglichkeit , ein einziges einstückiges Federelement als Federeinrichtung 32 vorzusehen, das an einer zu den beiden axialen Federenden beabstandeten, als Abgrif f s stelle bezeichenbaren Stelle mit dem Ventilglied 13 verbunden ist , sodass von den sich axial beidseits an die Abgrif f sstel le anschließenden Längenabschnitten des Federelementes der eine die Schließfeder 32a und der andere die Öf f nungsf eder 32b bildet .

Beide Federn 32a , 32b sind bevorzugt als Druckfedern ausgebildet . Dies trif f t auf das illustrierte Ausführungsbeispiel ebenso zu wie eine vorteilhaf te Ausgestaltung beider Federn 32a , 32b als Schraubenfedern . Exemplarisch ist dementsprechend sowohl die Schließfeder 32a als auch die Öf f nungsf eder 32b als eine Schraubendruckfeder gestaltet . Damit verbunden ist die vorteilhaf te Möglichkeit , eine beim Ausführungsbei spiel ebenfalls realisierte Koaxialanordnung der beiden Federn 32a , 32b vorzunehmen, wobei die eine der beiden Federn 32a , 32b die andere der beiden Federn 32b , 32a koaxial zumindest über eine Teillänge hinweg umschließt . Mit anderen Worten überlappen sich die beiden Federn 32a , 32b in der Achs richtung der Hauptachse 10 .

Exemplarisch hat die Schließfeder 32a einen kleineren Durchmesser als die Öf f nungsf eder 32b , wobei die Öf f nungsf eder 32b die Schließfeder 32a mit radialem Abstand umschließt .

Ein die Verschlussf läche 26 aufweisender vorderer Endabschnitt 58 des Ventilgliedes 13 hat bevorzugt eine hutförmige Gestalt . Der vordere Endabschnitt 58 beinhaltet die bevorzugt kreisförmig konturierte Bodenwand 17 , eine sich ausgehend vom Rand der Bodenwand 17 in Richtung zu der axialen Rückseite 19 und damit von der Speisekanalmündung 7 axial weg erstreckende hülsenförmige Seitenwand 59 und eine in einem axialen Abstand zu der Bodenwand 17 in koaxialer Anordnung an der Seitenwand 59 angeordnete ringscheibenförmige Abstützwand 60 , die von der Seitenwand 59 radial nach außen absteht .

Die hülsenförmige Seitenwand 59 und die Abstützwand 60 sind Bestandteile der Seitenwand 18 des insgesamt topf förmig gestalteten Ventilgliedes 13 . An die Abstützwand 60 schließt sich zur axialen Rückseite 19 hin eine hülsenförmige Tragwand 62 an, die ebenfalls einen Abschnitt der Seitenwand 18 bildet und die die erste Antriebskomponente 34 trägt .

Die Bodenwand 17 begrenzt gemeinsam mit der hülsenförmigen Seitenwand 59 einen Längenabschnitt des Ventilglied- Innenraumes 22 . In diesem Ventilglied- Innenraum 22 ist die Schließfeder 32a angeordnet , die folglich von der hülsenförmigen Seitenwand 59 radial außen umschlossen ist . Sie stützt sich einerseits an der der Verschlussf läche 26 axial entgegengesetzten Innenf läche der Bodenwand 17 des Ventilgliedes 13 ab und andererseits an einem der Bodenwand 17 axial gegenüberliegenden gehäusefesten Abstützkörper 23 . Exemplarisch ist der Abstützkörper 63 in vorteilhaf ter Weise von der Permanentmagneteinrichtung 35a gebildet .

Die Öf f nungsf eder 32b bef indet sich innerhalb der Ventilkammer 3 außerhalb des Ventilglied- Innenraumes 22 , wobei sie die hülsenförmige Seitenwand 59 umschließt . Sie stützt sich in der Achsrichtung der Hauptachse 10 einerseits am Ventilglied 13 und andererseits am Ventilgehäuse 2 ab . Bevorzugt erfolgt die Abstützung bezüglich des Ventilgliedes 13 an der der Bodenf läche 16a zugewandten Fläche der Abstützwand 60 und be- züglich des Ventilgehäuses 2 an der Bodenf läche 16a der Auf nahmevertiefung 16 .

Im Betrieb des Ventils 1 nimmt das Ventilglied 13 bei deakti vierter Antriebseinrichtung 27 mangels vorhandener Antriebs kräf te die aus der Zeichnung ersichtliche , eine Zwischen- Of fenstellung 41 def inierende Grundstellung ein . Ausgehend von dieser Grundstellung kann das Ventilglied 13 abhängig von der durch die Steuerelektronik 52 gesteuerten Bestromungs - richtung der Spuleneinrichtung 34a unter Überwindung der öf f nend wirkenden Federkraf t FO der Öf f nungsf eder 32b in Richtung der Schließstellung 42 oder unter Überwindung der schließend wirkenden Federkraf t FS der Schließfeder 32a in Richtung der maximalen Of fenstellung 43 verlagert werden .

Soll ausgehend von der Schließstellung 42 oder ausgehend von der maximalen Of fenstellung 43 ein voller Hub zum Umschalten in die j eweils andere Extremstellung erfolgen, bewirkt die Steuerelektronik 52 beim Durchlaufen der Zwischen- Of fenstellung 41 eine Umkehrung der Stromrichtung in der Spuleneinrichtung 34a .

Ausgehend von der Schließstellung 42 verursacht die Steuerelektronik 52 zunächst eine Verringerung der in der ersten Bewegungsrichtung 28a wirkenden Antriebskraf t , wobei nach Überwindung des in der Zwischen-Of fenstellung 41 liegenden Kraf tnullpunktes die Stromrichtung in der Spuleneinrichtung 34a umgekehrt wird, sodass eine in der zweiten Bewegungsrichtung 28b wirkende Antriebskraf t entsteht . Ausgehend von der maximalen Of fenstellung 43 f indet dieser Betriebsablauf umgekehrt statt .

Die maximale Of fenstellung des Ventilgliedes 13 ist bevorzugt dadurch def iniert , dass das Ventilglied 13 bei seiner in der zweiten Bewegungsrichtung 28b stattf indenden Hubbewegung 28 an einem gehäusefesten Anschlag 70 zur Anlage gelangt . Das Ventilglied 13 wird durch eine entsprechend hohe Antriebs kraf t der Antriebseinrichtung 27 an den Anschlag 70 angedrückt . Zweckmäßigerweise ist der Anschlag 70 von dem Abstützkörper 23 gebildet . Die Schließstellung ergibt sich durch die Anlage der Verschlussf läche 26 an dem Ventilsitz 8 bei der in der ersten Bewegungsrichtung 28a stattf indenden Hubbewegung 28 .

Bevorzugt ist das Ventil 1 mit Mitteln ausgestattet , die an dem Ventilglied 13 eine Kompensation des über den Speisekanal 4 anstehenden Speise- Fluiddruckes bewirken, um die Betäti gungskräf te für das Umschalten und Festhalten des Ventilgliedes 13 so gering wie möglich zu halten . Zu diesen Kompensati onsmitteln gehört eine an dem Ventilglied 13 ausgebildete , axial entgegengesetzt zu der Verschlussf läche 26 orientierte Kompensationsf läche 37 , die beim Ausführungsbeispiel an der Rückseite der Bodenwand 17 ausgebildet ist und eine Kompensationskammer 24 begrenzt , die von einem Teilraum des Ventilglied- Innenraumes 22 gebildet ist . Die Kompensationskammer 24 kommuniziert über einen aufgrund seiner Wirkungsweise als Kompensationskanal 36 bezeichneten Fluidkanal mit dem der Verschlussf läche 26 axial vorgelagerten Bereich im Ventilgehäuse 2 .

Die Kompensationskammer 24 ist exemplarisch radial von einer hülsenförmigen Kammerwand 65 begrenzt , die ein Bestandteil des Ventilgliedes 13 ist und von der Bodenwand 17 weg in Richtung zu der axialen Rückseite 19 ragt . Sie ist koaxial von der hülsenförmigen Seitenwand 59 umschlossen . Zwischen der hülsenförmigen Kammerwand 65 und der hülsenförmigen Sei tenwand 59 bef indet sich ein Ringraum, in dem sich die Schließfeder 32a erstreckt . An der der Bodenwand 17 axial ab- gewandten Rückseite ist die Kompensationskammer 24 durch ei nen gehäusefesten und insbesondere kolbenförmigen Verschluss körper 66 verschlossen, der unter dynamischer Abdichtung an der Innenumfangsf läche der bezüglich des Verschlusskörper 66 axial beweglichen hülsenförmigen Kammerwand 65 anliegt . Exemplarisch ist der Verschlusskörper 66 stirnseitig an dem Tragvorsprung 20 angeordnet .

Der Kompensationskanal 36 durchsetzt insbesondere die Bodenwand 17 des Ventilgliedes 13 , wobei er rückseitig mit der Kompensationskammer 24 kommuniziert und an seiner Vorderseite über eine Abgrif f söf fnung 38 zu der Verschlussf läche 26 aus mündet . Auf diese Weise wird durch den Kompensationskanal 36 der in dem der Verschlussf läche 26 vorgelagerten Bereich herrschende Fluiddruck abgegrif fen, der somit in gleicher Höhe auch in der Kompensationskammer 24 herrscht . Folglich sind die Verschlussf läche 26 und die Kompensationsf läche 37 mit dem gleichen Druck beauf schlagt , sodass eine Kompensation der Druckkräf te eintritt . Besonders vorteilhaf t ist es dabei , wenn die Kompensationsf läche 37 zumindest im Wesentlichen und insbesondere genau gleich groß ist wie die von dem Ventilsitz 8 umrahmte Querschnittsf läche der Speisekanalmündung 7 .

Es ist zweckmäßig, wenn bei dem Ventil 1 Maßnahmen getrof fen sind, die bei der Herstellung einen einfachen Ausgleich eventueller geometrischer Bauteiltoleranzen und/oder Federtoleranzen ermöglichen . Diese Maßnahmen bestehen in einer ent sprechenden Kalibriermöglichkeit . Die Kalibrierung kann durch ein Verschieben des Ventilsitzes 8 relativ zum Ventilgehäuse 2 in der Achsrichtung der Hauptachse 10 erfolgen, um den axi alen Abstand zu der Bodenf läche 16a zu verändern .

Bei einem während der Herstellung des Ventils 1 ausführbaren Kalibrierverfahren wird der Ventilsitz 8 so lange beziehungs - weise so weit axial verschoben, bis bei einer gegebenen Stromstärke des die Spuleneinrichtung 34a durchf liesenden elektrischen Stroms eine gewünschte Durchf lussrate erreicht ist , die während des Kalibrierverfahrens gemessen wird .

Die eine Kalibrierung ermöglichende Verschiebbarkeit des Ventilsitzes 8 ist exemplarisch dadurch realisiert , dass der Ventilsitz 8 stirnseitig an einem bezüglich des Ventilgehäuses 2 separaten, koaxial zu der Hauptachse 10 ausgerichteten hülsenförmigen Ventilsitzelement 67 ausgebildet ist . Das Ventilsitzelement 67 ist mit einer bezüglich der Achsrichtung der Hauptachse 10 variablen Axialposition in einen der äußeren Anschlussöf fnung 4a entgegengesetzten inneren Endabschnitt 68 des Speisekanals 6 eingesetzt und gehäusefest f i xiert . Während des Kalibrierens ist das Ventilsitzelement 67 im Rahmen einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Kalibrierbewegung 69 in der Achsrichtung der Hauptachse 10 relativ zum Ventilgehäuse 2 bewegbar und insbesondere linear verschiebbar . Im betriebsbereiten, fertiggestellten Zustand des Ventils 1 ist die bezüglich des Ventilgehäuses 2 eingestellte Gebrauchsposition des Ventilsitzelementes 67 blockiert , sodass keine unerwünschten Positionsänderungen auf treten können .

Exemplarisch ist das Ventilsitzelement 67 mit variabler Einpresstiefe in den inneren Endabschnitt 68 des Speisekanals 4 eingepresst und kraf tschlüssig f ixiert . Alternativ oder zusätzlich kann zur Fixierung eine Klebeverbindung vorgesehen sein . Ebenfalls möglich ist beispielsweise eine Ausgestaltung des Ventilsitzelementes 67 als Schraubelement mit einem Außengewinde , das in ein in dem inneren Endabschnitt 68 ausgebildetes Innengewinde eingeschraubt ist . In diesem Fall wird bei Erreichen der gewünschten Gebrauchsposition während des Kalibrierens die Gewindeverbindung auf geeignete Weise dauerhaf t blockiert .

Bei einem vorteilhaf ten Kalibriervorgang wird die Spuleneinrichtung 34a mittels der Steuerelektronik 52 oder einer ex¬

5 ternen Stromquelle mit einer vorgegebenen Stromstärke und ei ner vorgegebenen Stromrichtung bestromt , sodass das Ventilglied 13 basierend auf der Summe der an ihm angreifenden Stellkräf te , also der durch den anliegenden Strom erzeugten Antriebskraf t sowie der Schließkraf t FS und der Öf f nungskraf t0 FO der beiden Federn 32a , 32b , eine gewisse Hubstellung einnimmt , worauf das Ventilsitzelement 67 durch die Kalibrierbewegung 69 so weit in der Achsrichtung der Hauptachse 10 relativ zum Ventilgehäuse 2 verstellt wird, bis sich ein gewünschter Durchf luss einstellt . Für die Durchf lussmessung während des Kalibrierens wird ein beliebiger Durchf lusssensor eingesetzt .

Nochmals kurz zusammengefasst , wird das Ventilglied 13 bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel durch die Schließfeder 32a ständig mit einer in der ersten Bewegungsrichtung 28a0 wirkenden, als Schließkraf t FS bezeichneten Federkraf t und durch die Öf f nungsf eder 32b ständig mit einer in der zweiten Bewegungsrichtung 28b wirkenden, als Öf f nungskraf t FO bezeichneten Federkraf t beauf schlagt . Die Zwischen- Of fenstellung 41 des Ventilgliedes 13 bef indet sich dort , wo5 unter Berücksichtigung der Federkennlinien der beiden Federn 32a , 32b die Schließkraf t FS und die Öf f nungskraf t FO gleichgroß sind . Somit lässt sich die als Grundstellung fungierende Zwischen-Of fenstellung 41 durch eine entsprechend aufeinander abgestimmte Auslegung der beiden Federn 32a , 32b wunschgemäß0 vorgeben . Dies kann insbesondere im Rahmen einer Kalibrierung bei der Herstellung des Ventils 1 geschehen . Das Ventil 1 kann optional mit Einstellmitteln ausgestattet sein, die eine nachträgliche Veränderung der Federvorspannung der Schließfeder 32a und/oder der Öf f nungsf eder 32b erlauben, um die Grundstellung auch noch nach der Fertigstellung des Ventils 1 nach Bedarf variieren und einstellen zu können .

Claims

Ansprüche

1. Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluides, mit einem Ventilgehäuse (2) , das eine Ventilkammer (3) begrenzt, in die ein zur Fluideinspeisung dienender Speisekanal (4) und ein einen Fluidaustritt ermöglichender Arbeitskanal (5) einmünden, wobei eine Speisekanalmündung (7) des Speisekanals (4) von einem der Ventilkammer (3) zugewandten Ventilsitz (8) umrahmt ist, dem in der Ventilkammer (3) eine an einer axialen Vorderseite (15) eines Ventilgliedes (13) des Ventils (1) angeordnete Verschlussfläche (26) gegenüberliegt, wobei das Ventilglied (13) im Rahmen einer durch eine Antriebskraft einer Antriebseinrichtung (27) des Ventils (1) hervorruf bare , in der Achsrichtung einer Hauptachse (10) orientierten Hubbewegung (28) in einer mit seiner Verschlussfläche (26) an dem Ventilsitz (8) anliegenden und dadurch den Speisekanal (4) fluiddicht von der Ventilkammer (3) abtrennenden Schließstellung (42) oder in mindestens einer von dem Ventilsitz (8) abgehobenen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal (4) und der in ständiger Fluidverbindung mit dem Arbeitskanal (5) stehenden Ventilkammer (3) freigebenden Offenstellung axial bewegbar ist, und wobei das Ventilglied (13) durch eine Schließfeder (32a) einer Federeinrichtung (32) des Ventils (1) ständig in Richtung der Schließstellung (42) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (32) zusätzlich zu der Schließfeder (32a) eine das Ventilglied (13) ständig in Richtung der mindestens einen Offenstellung vorspannende Öf f nungsf eder (32b) aufweist, wobei die Schließfeder (32a) und die diesbezüglich entgegengesetzt wirkende Öff nungsf eder (32b) hinsichtlich ihrer Federkräfte so aufeinander abgestimmt sind, dass das Ventilglied (13) ohne Antriebskräfte der Antriebseinrichtung (27) eine Grundstellung einnimmt, bei der es sich um eine zwischen der Schließstellung (42) und einer maximalen Offenstellung (43) liegende Zwischen-Offenstellung (41) handelt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (27) von einer elektrisch betätigbaren Bauart ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (27) als eine elektrodynamische Antriebseinrichtung (27) ausgebildet ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (27) eine von einer elektrischen Spuleneinrichtung (34a) gebildete erste Antriebskomponente (34) und eine mit der bestromten elektrischen Spuleneinrichtung (34a) zur Erzeugung einer in der Achsrichtung der Hauptachse (10) auf das Ventilglied (13) wirkenden Antriebskraft in Wechselwirkung stehende zweite Antriebskomponente (35) aufweist, wobei die eine der beiden Antriebskomponenten (34, 35) am Ventilglied (13) und die andere der beiden Antriebskomponenten (34, 35) am Ventilgehäuse (2) angeordnet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung (27) ausgebildete Steuerelektronik (52) aufweist.

6. Ventil nach Anspruch 5 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (52) zur elektrischen Bestromung der Antriebseinrichtung (27) ausgebildet ist, wobei durch sie in der An- triebseinrichtung (27) sowohl eine öffnend auf das Ventilglied (13) wirkende Stromrichtung als auch eine schließend auf das Ventilglied (13) wirkende Stromrichtung erzeugbar ist, zweckmäßigerweise jeweils mit variabler Stromstärke.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Positionserfassungseinrichtung (55) zur Erfassung von im Rahmen der Hubbewegung (28) einnehmbaren Hubstellungen des Ventilgliedes (13) auf weist, wobei zweckmäßigerweise auf der Grundlage von mittels der Positionserfassungseinrichtung (52) erhältlicher Positionsdaten eine positionsgeregelte Ansteuerung der Antriebseinrichtung (27) durchführbar ist .

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (13) in der Zwischen- Offenstellung (41) einen Strömungsquerschnitt für das durch die Speisekanalmündung (7) hindurchtretende Fluid freigibt, der zumindest im Wesentlichen halb so groß ist wie ein in der maximalen Offenstellung (43) des Ventilgliedes (13) freigegebener maximaler Strömungsquerschnitt .

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schließfeder (32a) und bei der Öf f nungsf eder (32b) jeweils um eine Druckfeder handelt.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schließfeder (32a) und bei der Öff nungsf eder (32b) jeweils um eine Schraubenfeder handelt.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (32a) und die Öff nungsf e- der (32b) aufeinander abgestimmte und insbesondere voneinan- der abweichende Kraft-Weg-Kennlinien und/oder Windungssteigungen haben .

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (32a) und die Öff nungsf e- der (32b) als voneinander gesonderte, individuelle Federn (32a, 32b) der Federeinrichtung (32) ausgebildet sind.

13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Schließfeder (32a) und der Öf f nungsf eder (32b) die eine der beiden Federn (32a, 32b) die andere der beiden Federn (32a, 32b) koaxial umschließt.

14. Ventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (13) einen hutförmigen vorderen Endabschnitt (58) hat, mit einer die Verschlussfläche (26) aufweisenden vorderen Bodenwand (17) , einer sich ausgehend von vorderen der Bodenwand (17) von der Speisekanalmündung (7) axial weg erstreckende hülsenförmigen Seitenwand (59) und einer mit axialem Abstand zu der vorderen Bodenwand (17) von der hülsenförmigen Seitenwand (59) radial nach außen abstehenden ringscheibenförmigen Abstützwand (60) , wobei die Schließfeder (32a) von der hülsenförmigen Seitenwand (59) umschlossen ist und sich einerseits an der Bodenwand (17) des Ventilgliedes (13) und andererseits an einem axial gegenüberliegenden gehäusefesten Abstützkörper (23) abstützt und wobei die Öff nungsf eder (32b) die hülsenförmige Seitenwand (59) umschließt und sich innerhalb der Ventilkammer (3) einerseits am Ventilgehäuse (2) und andererseits an der Abstützwand (60) des Ventilgliedes (13) abstützt.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (13) über einen Ventilglied-Grundkörper (48) verfügt, an dessen der Speisekanal- mündung (7) zugewandter Vorderseite ein die Verschlussfläche (26) aufweisendes gesondertes Dichtelement (49) des Ventilgliedes (13) angeordnet ist.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussfläche (26) an einem aus einem gummielastischen Material bestehenden Dichtelement (49) des Ventilgliedes (13) ausgebildet ist.

17. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) als ein 2/2 -Wegeventil ausgebildet ist, bei dem es sich insbesondere um ein Proportionalventil handelt.

18. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der die Speisekanalmündung (7) umrahmende Ventilsitz (8) an einem bezüglich dem Ventilgehäuse (2) separaten, koaxial zu der Hauptachse (10) ausgerichteten hülsenförmigen Ventilsitzelement (67) ausgebildet ist, das mit bezüglich der Hauptachse (10) variabler Axialposition in einen inneren Endabschnitt (68) des Speisekanals (4) eingesetzt und gehäusefest am Ventilgehäuse (2) fixiert ist.

19. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (13) eine axial entgegengesetzt zu der Verschlussfläche (26) orientierte Kompensationsfläche (37) aufweist, die eine in dem Ventilgehäuse (2) ausgebildete Kompensationskammer (24) begrenzt, die ständig über mindestens einen das Ventilglied (13) durchsetzenden und mit mindestens einer Abgriffsöffnung (38) an der Verschlussfläche (26) ausmündenden Kompensationskanal (36) mit dem der Verschlussfläche (26) axial vorgelagerten Bereich kommuniziert, wobei zweckmäßigerweise die Kompensationsfläche (37) gleich groß ist wie die vom Ventilglied (13) abdeckbare Fläche der Speisekanalmündung (7) des Speisekanals (4) .