WO2024032975A1 - Ventilanordnung und elektrohydraulisches ventil - Google Patents

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WO2024032975A1
WO2024032975A1 PCT/EP2023/068164 EP2023068164W WO2024032975A1 WO 2024032975 A1 WO2024032975 A1 WO 2024032975A1 EP 2023068164 W EP2023068164 W EP 2023068164W WO 2024032975 A1 WO2024032975 A1 WO 2024032975A1
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WO
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valve
slide
sleeve
valve slide
valve sleeve
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Application number
PCT/EP2023/068164
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel WÄSCHEBACH
Marvin Schneider
Wolfgang Petri
Marcel MARZUCZAK-STRICKER
Holger Demmer
Original Assignee
Thomas Magnete Gmbh
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Publication date
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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
    • F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
    • F16K25/005—Particular materials for seats or closure elements
    • 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
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/065—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members
    • F16K11/07—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides
    • 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
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/061—Sliding valves
    • F16K31/0613—Sliding valves with cylindrical slides

Definitions

  • the invention relates to a valve unit.
  • the invention also relates to an electro-hydraulic valve with a valve unit.
  • Valve units for hydraulic valves are known from the prior art. These usually have a valve sleeve and a valve slide guided therein. For example, DE 10 2014 012 306 A1, DE 10 2005 051 177 A1 or DE 101 50 030 A1 show various valves.
  • valve slides and valve sleeves are usually used for valve slides and valve sleeves.
  • DE 10 2018 115 914 A1 discloses an electrohydraulic valve that has a valve slide made of a composite material based on polyetheretherketone and a valve sleeve made of a composite material based on polyphenylene sulfide.
  • valve unit with a valve slide and a valve sleeve in which the valve slide is movably guided.
  • the valve slide is displaceable along the valve sleeve in order to adjust fluid flow through the valve unit differently. This makes it possible, in particular, to provide and block different fluid paths through the valve unit through different positions of the valve slide within the valve sleeve.
  • the valve unit is particularly preferably a multi-way valve and/or designed for use as a proportional valve.
  • the valve slide and the valve sleeve are each formed from a composite material comprising a base polymer and reinforcing fibers.
  • the base polymer is in particular an amorphous or semi-crystalline and particularly preferably water-repellent and/or media-tight, high-temperature-resistant thermoplastic.
  • a water-repellent property means in particular that at the highest operating temperature, water absorption amounts to a maximum of 1% of the weight of the valve slide and/or the valve sleeve.
  • the composite material advantageously has good shape accuracy after primary shaping and/or forming processing.
  • valve slide If the valve slide is moved within the valve sleeve, sliding friction occurs. In particular, it should be taken into account that the valve slide is in close contact with the valve sleeve in order to achieve a tight seal of the valve unit. This means that the fit between the valve slide and the valve sleeve prevents fluid from accidentally passing between the valve slide and the valve sleeve or that such leakage is minimized.
  • base polymers of the valve slide and the valve sleeve are similar, in particular identical.
  • the term similar means in particular that the base polymers have the same repeating groups.
  • valve slide has at least one contact surface with which the valve slide rests on the valve sleeve, the contact surface being machined. This makes it possible to minimize wear despite the similar, in particular identical, base polymers. On the one hand, this ensures that fluid leakage between the valve slide and valve sleeve is minimized at the contact surface, and on the other hand, friction between the valve slide and valve sleeve and thus wear is minimized.
  • an operating medium is present within the valve sleeve during operation of the valve unit. This operating medium leads to a further reduction in the Wear, as the fluid friction minimizes abrasion between the valve slide and valve sleeve.
  • valve slide and/or the valve sleeve is an injection molded part.
  • valve slides and/or valve sleeves can be manufactured cost-effectively.
  • the required shapes and contours can be produced easily and with little effort, and in particular the valve slide and/or valve sleeve have a high level of dimensional accuracy.
  • the reinforcing fibers are not present or are only present in small quantities in the outermost surface layers of the injection molded composite material.
  • the reinforcing fibers are therefore preferably not present on the surface of the valve sleeve.
  • the valve slide is preferably machined after injection molding, the machining being carried out in particular only in partial areas of the valve slide, so that the character of the injection molded part is retained outside the machined partial areas.
  • the base polymer is polyphenylene sulfide.
  • polyphenylene sulfide has optimal media resistance and is therefore ideal for use in the valve slide and/or the valve sleeve.
  • optimal shape accuracy is achieved if the valve slide and/or the valve sleeve are manufactured by injection molding.
  • the reinforcing fibers are in particular carbon fibers and/or glass fibers. On the one hand, these have optimal power transferability and, on the other hand, they are low in weight. The reinforcing fibers can therefore be advantageously used to reinforce the connecting material. The composite material therefore has optimized weight and strength.
  • the reinforcing fibers of the valve slide are carbon fibers and/or the reinforcing fibers of the valve sleeve are glass fibers.
  • the valve slide is, as previously described, machined in particular.
  • the reinforcing fibers which are carbon fibers, lie directly on the contact surface of the valve slide.
  • Carbon has ideal sliding friction properties. Therefore, despite the same base polymer, no increased wear is to be expected when the valve slide slides on the valve sleeve. Rather, wear is minimized by the carbon of the reinforcing fibers.
  • the use of glass fibers increases the strength of the weld seam, which is particularly advantageous for the valve sleeve.
  • the glass fiber reinforced one Base polymer allows a higher permissible elongation than carbon fiber-reinforced base polymer, which increases weld seam strength in particular.
  • the composite material of the valve slide and/or the valve sleeve preferably has polytetrafluoroethylene in addition to the base polymer and the reinforcing fibers.
  • the polytetrafluoroethylene serves in particular as a filler for the composite material. This improves a water repellency property and/or a media resistance and/or friction property of the composite material.
  • the valve sleeve preferably has a mating contact surface which rests on the contact surface of the valve slide. In contrast to the contact surface, the counter contact surface is not machined. A characteristic property of injection molding is therefore particularly advantageous on the mating contact surfaces. The lack of machining prevents the reinforcing fibers of the valve sleeve from reaching a surface of the valve sleeve, in particular a surface of the mating contact surface. The base polymer is therefore always located on the surface of the valve sleeve, in particular on the mating contact surface.
  • a diameter play between the valve slide and the valve sleeve is in particular less than 1.5% of the diameter of the valve slide.
  • the diameter clearance is preferably less than 1.0% of the diameter of the valve slide.
  • the diameter play is alternatively or additionally at least 0.1%, preferably at least 0.2%. This diameter play is present in particular on the contact surface on which the valve slide rests on the valve sleeve. The diameter of the valve slide therefore corresponds to the diameter of the contact surface.
  • Such diameter play ensures, on the one hand, sufficient sealing between the valve slide and valve sleeve, and on the other hand, optimal mobility of the valve slide in the valve sleeve is ensured.
  • Diameter clearances as described above can be achieved easily and with little effort, particularly by designing the valve slide and/or valve sleeve as an injection-molded part and by machining the contact surface of the valve slide.
  • the composite material of the valve sleeve has a volume fraction of between 30% and 50% of reinforcing fibers. In particular, said volume fraction is between 35% and 45%, particularly preferably between 38% and 42%.
  • the composite material of the valve slide has a volume fraction of between 20% and 40% of reinforcing fibers. In particular, said volume fraction is between 25% and 35%, particularly preferably between 28% and 32%.
  • the invention also relates to an electro-hydraulic valve.
  • the valve has an electromagnet and a valve unit as described above.
  • An armature of the electromagnet is coupled to the valve slide of the valve unit in order to move the valve slide within the valve sleeve in at least one direction.
  • An elastic return spring is preferably provided which acts on the valve slide and/or the armature, whereby the valve slide can be returned to an initial position.
  • the electro-hydraulic valve is particularly advantageous for switching hydraulic oil flows, with the hydraulic oil also having a friction-reducing effect between the valve slide and the valve sleeve.
  • Fig. 1 is a schematic view of an electro-hydraulic valve according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic view of a valve unit according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows schematically an electro-hydraulic valve 6 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the electro-hydraulic valve 6 is in particular a hydraulic valve and has an electromagnet 7 with an armature 8 as a drive for the valve 6.
  • the electro-hydraulic valve 6 has a valve unit 1.
  • a valve unit 1 according to a further exemplary embodiment is also shown in FIG.
  • the valve unit 1 has a valve slide 2 and a valve sleeve 3.
  • the valve units 1 in Figure 1 and Figure 2 only enable different valve circuits, but the basic structure and the components used are identical, which is why Figures 1 and 2 are described together below.
  • the valve slide 2 is guided in the valve sleeve 3 and can be moved along a longitudinal axis 100 of the valve sleeve 3 in order to set different fluid flows.
  • valve sleeve 3 An outside of the valve sleeve 3 can be placed against a wall 10, whereby the valve sleeve 3 defines different inlets and/or outlets for fluid.
  • the valve slide 2 is coupled to the armature 8, whereby the armature 8 can move the valve slide 2 in at least one direction along the longitudinal axis 100.
  • the coupling takes place, for example, through an anchor rod 8a.
  • the electromagnet 7 thus serves as a drive for the valve slide 2 and thereby for adjusting the fluid flow.
  • the valve slide 2 is preferably also loaded by a restoring spring 9, whereby a restoring force acts on the valve slide 2 and the armature 8 when a displacement by the armature 8 has taken place.
  • the valve slide 2 is therefore always in the same resting state when the electromagnet 7 is de-energized and only the restoring force of the return spring 9 acts on the valve slide 2.
  • valve slide 2 slides along the valve sleeve 3.
  • the valve slide 2 has several contact surfaces 4 with which the valve slide 2 rests on the valve sleeve 3.
  • the contact surfaces 4 of the valve slide 2 rest on a mating contact surface 5 of the valve sleeve 3, the mating contact surface 5 corresponding in particular to an inner surface of the valve sleeve 3.
  • a leakage of fluid is minimized between the contact surfaces 4 and the counter-contact surface 5, so that reliable switching of the valve unit 1 by moving the valve slide 2 is possible.
  • valve slide 2 and valve sleeve 3 are injection-molded parts that are made of a composite material.
  • the valve slide 2 is made of a composite material with a base polymer and with carbon fibers as reinforcing fibers.
  • the valve sleeve 3 is made of a composite material with a base polymer and glass fibers as reinforcing fibers.
  • the base polymer for both the valve slide 2 and the valve sleeve 3 is polyphenylene sulfide.
  • valve slide 2 is machined on the contact surfaces 4. This results in the carbon fibers of the composite material of the valve slide 2 being open on the contact surface 4.
  • the counter contact surface 5, however, is not machined. This leaves an injection-molded skin, ie the base polymer is predominantly or exclusively present on the mating contact surface 5. Due to the exposed carbon fibers on the Contact surface 4, despite the similar, in particular identical, base polymer of the sliding partners valve slide 2 and valve sleeve 3, an optimal sliding friction is present, which is optimized by the reinforcing fibers, in particular the carbon of the carbon fibers.
  • This allows valve slide 2 and valve sleeve 3 to be manufactured easily and cost-effectively, with wear on the valve unit 1 that occurs due to sliding friction being minimized.
  • the wear is further minimized by the operating medium within the valve unit 1, which is in particular hydraulic oil.
  • the operating medium leads to fluid friction which further reduces wear.
  • the valve sleeve 3 preferably has glass fibers as reinforcing fibers, which leads to higher weld seam strength. This is made possible by the fact that the glass fiber reinforced composite materials allow a higher permissible elongation than is achievable with other fibers as reinforcement.
  • the composite material of the valve sleeve 3 has a volume fraction between 30% and 50%, preferably between 35% and 45%, particularly preferably between 38% and 42%, and that the composite material of the valve slide 2 has a volume fraction between 20% and 40% %, preferably between 25% and 35%, particularly preferably between 28% and 32%, of reinforcing fibers. This means that force absorption by the reinforcing fibers within the composite material is optimized. In this way, the composite material is ideal for use in valve units 1.
  • the composite material of the valve slide 2 and/or the valve sleeve 3 preferably also has polytetrafluoroethylene as a filler.
  • the composite material therefore achieves optimal media tightness, a friction-optimized surface and water-repellent properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit (1) aufweisend einen Ventilschieber (2), und eine Ventilhülse (3), in der der Ventilschieber (2) beweglich geführt ist, wobei der Ventilschieber (2) entlang der Ventilhülse (3) verschiebbar ist, um einen Fluidfluss durch die Ventileinheit (1) unterschiedlich einzustellen, wobei Ventilschieber (2) und Ventilhülse (3) jeweils aus einem Verbundmaterial aufweisend ein Grundpolymer und Verstärkungsfasern ausgebildet sind, wobei die Grundpolymere des Ventilschiebers (2) und der Ventilhülse (3) gleichartig sind, wobei der Ventilschieber (2) zumindest eine Kontaktfläche (4) aufweist, mit der der Ventilschieber (2) an der Ventilhülse (3) anliegt, und wobei die Kontaktfläche (4) spanabhebend bearbeitet ist.

Description

Ventilanordnung und elektrohydraulisches Ventil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektrohydraulisches Ventil mit einer Ventileinheit.
Aus dem Stand der Technik sind Ventileinheiten für Hydraulikventile bekannt. Diese weisen üblicherweise eine Ventilhülse und einen darin geführten Ventilschieber auf. Beispielsweise zeigen die DE 10 2014 012 306 A1 , die DE 10 2005 051 177 A1 oder die DE 101 50 030 A1 verschiedene Ventile.
Wird der Ventilschieber in der Ventilhülse bestimmungsgemäß bewegt, so tritt Gleitreibung auf. Um einen Verschleiß zu minimieren und optimales Ventilverhalten zu erreichen, werden üblicherweise verschiedene Materialien für Ventilschieber und Ventilhülse verwendet. So offenbart die DE 10 2018 115 914 A1 ein elektrohydraulisches Ventil, das einen Ventilschieber aus einem auf Polyetheretherketon basierenden Verbundmaterial und eine Ventilhülse aus einem auf Polyphenylensuflid basierenden Verbundmaterial aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Ventilanordnung bereitzustellen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und zuverlässig und langlebig funktioniert. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die Lösung erfolgt somit durch eine Ventileinheit mit einem Ventilschieber und einer Ventilhülse, in der der Ventilschieber beweglich geführt ist. Der Ventilschieber ist entlang der Ventilhülse verschiebbar, um einen Fluidfluss durch die Ventileinheit unterschiedlich einzustellen. So ist insbesondere ermöglicht, durch unterschiedliche Stellungen des Ventilschiebers innerhalb der Ventilhülse unterschiedliche Fluidpfade durch die Ventileinheit bereitzustellen und zu sperren. Die Ventileinheit ist besonders bevorzugt ein Mehrwegeventil und/oder zur Verwendung als Proportionalventil ausgebildet.
Der Ventilschieber und die Ventilhülse sind jeweils aus einem Verbundmaterial aufweisend ein Grundpolymer und Verstärkungsfasern ausgebildet. Bei dem Grundpolymer handelt es sich insbesondere um einen amorphen oder teilkristallinen und besonders bevorzugt wasserabweisenden und/oder mediendichten hochtemperaturbeständigen Thermoplasten. Unter einer wasserabweisenden Eigenschaft ist insbesondere zu verstehen, dass bei der höchsten auftretenden Einsatztemperatur eine Wasseraufnahme maximal 1 % des Gewichts des Ventilschiebers und/oder der Ventilhülse beträgt. Weiterhin weist das Verbundmaterial vorteilhafterweise eine gute Formgenauigkeit nach einer urformenden und/oder umformenden Verarbeitung auf.
Wird der Ventilschieber innerhalb der Ventilhülse bewegt, so entsteht Gleitreibung. Dabei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass ein enges Anliegen des Ventilschiebers an der Ventilhülse vorgesehen ist, um eine Dichtigkeit der Ventileinheit zu erreichen. Dies bedeutet, dass durch die Passung von Ventilschieber und Ventilhülse verhindert ist, dass Fluid ungewollt zwischen Ventilschieber und Ventilhülse hindurchgelangt bzw. dass eine solche Leckage minimiert ist. Um einen aus der Gleitreibung resultierenden Verschleiß zu minimieren ist aus dem Stand der Technik bekannt, unterschiedliche Grundpolymere für die Gleitpartner zu verwenden. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dass im Gegensatz zu dieser etablierten Lehre die Grundpolymere des Ventilschiebers und der Ventilhülse gleichartig, insbesondere identisch sind. Unter gleichartig ist insbesondere zu verstehen, dass die Grundpolymere gleiche sich wiederholende Gruppen aufweisen. Zusätzlich ist vorgesehen, dass der Ventilschieber zumindest eine Kontaktfläche aufweist, mit der der Ventilschieber an der Ventilhülse anliegt, wobei die Kontaktfläche spanabhebend bearbeitet ist. Dadurch lässt sich ein Verschleiß trotz der gleichartigen, insbesondere identischen Grundpolymere minimieren. So ist einerseits erreicht, dass an der Kontaktfläche eine Leckage von Fluid zwischen Ventilschieber und Ventilhülse, andererseits eine Reibung zwischen Ventilschieber und Ventilhülse und damit ein Verschleiß minimiert ist.
Bei der Herstellung einer Ventilhülse aus einem Verbundmaterial wie zuvor beschrieben bleibt insbesondere eine Randschicht, in der keine oder nur wenige Verstärkungsfasern vorhanden sind und dadurch vorwiegend das Grundpolymer, mit ggf. vorhandenen Zusätzen, vorliegt. Durch die spanabhebende Bearbeitung der Kontaktfläche des Ventilschiebers hingegen werden solche Randschichten entfernt und die Verstärkungsfasern liegen an der Oberfläche, d.h. an der Kontaktfläche, offen vor. Die Verstärkungsfasern, besonders bevorzugt im Falle von Kohlenstofffasern, bieten optimale Gleitreibungseigenschaften. Es hat sich überraschend gezeigt, dass selbst bei gleichartigem, insbesondere identischem, Grundpolymer der Gleitpartner durch die mittels spanabhebender Bearbeitung freigelegten Verstärkungsfasern optimale Gleitreibungseigenschaften erreichbar sind, sodass ein Verschleiß der Ventileinheit minimiert ist. Dadurch kann eine langlebige Ventileinheit einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist im Betrieb der Ventileinheit ein Betriebsmedium innerhalb der Ventilhülse vorhanden. Dieses Betriebsmedium führt zu einer weiteren Absenkung des Verschleißes, da die Flüssigkeitsreibung den Abrieb zwischen Ventilschieber und Ventilhülse minimiert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ventilschieber und/oder die Ventilhülse ein Spritzgussteil ist. Durch die Herstellung von Ventilschieber und/oder Ventilhülse mittels Spritzguss lassen sich Ventilschieber und/oder Ventilhülse kostengünstig fertigen. Gleichzeitig lassen sich benötigte Formen und Konturen einfach und aufwandsarm herstellen, wobei insbesondere eine hohe Formgenauigkeit von Ventilschieber und/oder Ventilhülse vorhanden ist. Bei der spritzgießenden Herstellung liegen in den äußersten Randschichten des spritzgegossenen Verbundmaterials die Verstärkungsfasern nicht oder nur in geringen Mengen vor. Insbesondere liegt eine Spritzgusshaut vor, in der die Verstärkungsfasern nicht oder nur minimal vorhanden sind. Bevorzugt bei der Ventilhülse liegen die Verstärkungsfasern somit nicht an der Oberfläche vor. Der Ventilschieber ist bevorzugt nach dem Spritzguss spanabhebend bearbeitet, wobei die spanabhebende Bearbeitung insbesondere nur in Teilbereichen des Ventilschiebers erfolgt, sodass der Charakter des Spritzgussteils außerhalb der bearbeiteten Teilbereiche erhalten bleibt.
Das Grundpolymer ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Polyphenylensulfid. Insbesondere weist Polyphenylensulfid eine optimale Medienbeständigkeit auf und eignet sich daher optimal zur Verwendung für den Ventilschieber und/oder die Ventilhülse. Außerdem werden optimale Formgenauigkeiten erreicht, wenn der Ventilschieber und/oder die Ventilhülse durch Spritzguss hergestellt sind.
Bei den Verstärkungsfasern handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern. Diese weisen einerseits eine optimale Kraftübertragbarkeit und andererseits ein geringes Gewicht. Somit können die Verstärkungsfasern vorteilhaft zur Verstärkung des Verbindmaterials verwendet werden. Das Verbundmaterial weist daher ein optimiertes Gewicht sowie eine optimierte Festigkeit auf.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Verstärkungsfasern des Ventilschiebers Kohlenstofffasern und/oder die Verstärkungsfasern der Ventilhülse Glasfasern sind. Der Ventilschieber ist, wie zuvor beschrieben, insbesondere spanabhebend bearbeitet. Dadurch liegen unmittelbar an der Kontaktfläche des Ventilschiebers die Verstärkungsfasern, die Kohlenstofffasern sind. Kohlenstoff weist ideale Gleitreibungseigenschaften auf. Somit ist trotz desselben Grundpolymers kein erhöhter Verschleiß beim Gleiten des Ventilschiebers an der Ventilhülse zu erwarten. Vielmehr ist ein Verschleiß durch den Kohlenstoff der Verstärkungsfasern minimiert. Durch die Verwendung von Glasfasern steigt eine Bindenahtfestigkeit, was insbesondere für die Ventilhülse vorteilhaft ist. Der glasfaserverstärkte Grundpolymer erlaubt eine höhere zulässige Dehnung als bei kohlenstofffaserverstärkten Grundpolymer, wodurch insbesondere die Bindenahtfestigkeit steigt.
Das Verbundmaterial des Ventilschiebers und/oder der Ventilhülse weist bevorzugt neben dem Grundpolymer und den Verstärkungsfasern Polytetraflourethylen auf. Das Polytetraflourethylen dient insbesondere als Füllstoff des Verbundmaterials. Dadurch wird eine Wasserabweisungseigenschaft und/oder eine Medienbeständigkeit und/oder Reibungseigenschaft des Verbundmaterials verbessert.
Die Ventilhülse weist bevorzugt eine Gegenkontaktfläche auf, die an der Kontaktfläche des Ventilschiebers anliegt. Die Gegenkontaktfläche ist im Gegensatz zur Kontaktfläche nicht spanabhebend bearbeitet. Somit ist besonders vorteilhaft an den Gegenkontaktflächen eine charakteristische Eigenschaft des Spritzgusses vorhanden. Durch das Fehlen der spanabhebenden Bearbeitung ist insbesondere vermieden, dass die Verstärkungsfasern der Ventilhülse an eine Oberfläche der Ventilhülse, insbesondere an eine Oberfläche der Gegenkontaktfläche gelangen. Somit befindet sich an der Oberfläche der Ventilhülse, insbesondere der Gegenkontaktfläche, stets das Grundpolymer.
Ein Durchmesserspiel zwischen Ventilschieber und Ventilhülse beträgt insbesondere weniger als 1 ,5 % des Durchmessers des Ventilschiebers. Bevorzugt beträgt das Durchmesserspiel weniger als 1 ,0 % des Durchmessers des Ventilschiebers. Das Durchmesserspiel beträgt alternativ oder zusätzlich mindestens 0,1 %, bevorzugt mindestens 0,2 %. Dieses Durchmesserspiel liegt insbesondere an der Kontaktfläche vor, an der der Ventilschieber an der Ventilhülse anliegt. Der Durchmesser des Ventilschiebers entspricht somit dem Durchmesser an der Kontaktfläche. Durch derartige Durchmesserspiele ist einerseits eine ausreichende Dichtigkeit zwischen Ventilschieber und Ventilhülse gegeben, andererseits ist eine optimale Beweglichkeit des Ventilschiebers in der Ventilhülse gewährleistet. Durchmesserspiele wie zuvor beschrieben lassen sich insbesondere durch die Ausbildung von Ventilschieber und/oder Ventilhülse als Spritzgussteil und die spanabhebende Bearbeitung der Kontaktfläche des Ventilschiebers einfach und aufwandsarm erreichen.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verbundmaterial der Ventilhülse einen Volumenanteil zwischen 30% und 50 % von Verstärkungsfasern aufweist. Insbesondere beträgt besagter Volumenanteil zwischen 35 % und 45 %, besonders bevorzugt zwischen 38% und 42 %. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verbundmaterial des Ventilschiebers einen Volumenanteil zwischen 20 % und 40 % von Verstärkungsfasern aufweist. Insbesondere beträgt besagter Volumenanteil zwischen 25 % und 35 %, besonders bevorzugt zwischen 28 % und 32 %. Eine solche Menge an Verstärkungsfasern erlaubt eine ideale Möglichkeit, Zugkräfte aufzunehmen und dadurch eine lange Lebensdauer der Ventileinheit zu erreichen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrohydraulisches Ventil. Das Ventil weist einen Elektromagneten und eine Ventileinheit wie zuvor beschrieben auf. Ein Anker des Elektromagneten ist mit dem Ventilschieber der Ventileinheit gekoppelt, um den Ventilschieber innerhalb der Ventilhülse in zumindest eine Richtung zu verschieben. Bevorzugt ist eine elastische Rückstellfeder vorgesehen, die auf den Ventilschieber und/oder den Anker wirkt, wodurch der Ventilschieber in eine Ausgangslage rücküberführbar ist. Das elektrohydraulische Ventil dient besonders vorteilhaft zur Schaltung von Hydrauliköl-Strömen, wobei das Hydrauliköl zusätzlich zu einem reibungsvermindernden Effekt zwischen Ventilschieber und Ventilhülse bewirkt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines elektrohydraulischen Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ventileinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt schematisch ein elektrohydraulisches Ventil 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das elektrohydraulische Ventil 6 ist insbesondere ein Hydraulikventil und weist als Antrieb des Ventils 6 einen Elektromagnet 7 mit einem Anker 8 auf.
Weiterhin weist das elektrohydraulische Ventil 6 eine Ventileinheit 1 auf. Eine Ventileinheit 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch in Figur 2 gezeigt. Die Ventileinheit 1 weist einen Ventilschieber 2 und eine Ventilhülse 3 auf. Die Ventileinheiten 1 in Figur 1 und Figur 2 ermöglichen lediglich andere Ventilschaltungen, der grundsätzliche Aufbau und die verwendeten Komponenten sind jedoch identisch, weswegen die Figuren 1 und 2 im Folgenden gemeinsam beschrieben werden. Der Ventilschieber 2 ist in der Ventilhülse 3 geführt und kann entlang einer Längsachse 100 der Ventilhülse 3 verschoben werden, um unterschiedliche Fluidflüsse einzustellen.
Eine Außenseite der Ventilhülse 3 ist an eine Wand 10 anlegbar, wodurch die Ventilhülse 3 verschiedene Eingänge und/oder Ausgänge für Fluid definiert. Durch entsprechendes Anordnen des Ventilschiebers 2 in der Ventilhülse 3 können unterschiedliche Fluidpfade durch die Ventileinheit 1 freigegeben oder versperrt werden. Der Ventilschieber 2 ist mit dem Anker 8 gekoppelt, wodurch der Anker 8 den Ventilschieber 2 in zumindest eine Richtung entlang der Längsachse 100 verschoben werden kann. Die Kopplung erfolgt beispielsweise durch eine Ankerstange 8a. Der Elektromagnet 7 dient somit als Antrieb des Ventilschiebers 2 und dadurch zum Einstellen des Fluidflusses. Der Ventilschieber 2 ist bevorzugt außerdem durch eine Rückstellfeder 9 belastet, wodurch eine Rückstellkraft auf den Ventilschieber 2 und den Anker 8 wirkt, wenn eine Verschiebung durch den Anker 8 erfolgt ist. Somit befindet sich der Ventilschieber 2 stets in demselben Ruhezustand, wenn der Elektromagnet 7 stromlos ist und nur die Rückstellkraft der Rückstellfeder 9 auf den Ventilschieber 2 wirkt.
Im normalen Betrieb des Ventils 6 und der Ventileinheit 1 erfolgt ein Gleiten des Ventilschiebers 2 entlang der Ventilhülse 3. Der Ventilschieber 2 weist mehrere Kontaktflächen 4 auf, mit denen der Ventilschieber 2 an der Ventilhülse 3 anliegt. Insbesondere liegen die Kontaktflächen 4 des Ventilschiebers 2 an einer Gegenkontaktfläche 5 der Ventilhülse 3 an, wobei die Gegenkontaktfläche 5 insbesondere einer Innenfläche der Ventilhülse 3 entspricht. Zwischen den Kontaktflächen 4 und der Gegenkontaktfläche 5 ist eine Leckage von Fluid minimiert, sodass ein zuverlässiges Schalten der Ventileinheit 1 durch Verschieben des Ventilschiebers 2 ermöglicht ist.
Die Minimierung der Leckage und die Möglichkeit der Verschiebung des Ventilschiebers 2 wird insbesondere durch ein Durchmesserspiel zwischen Ventilschieber 2 und Ventilhülse 3 an den Kontaktflächen 4 erreicht, das weniger als 1 ,5 %, bevorzugt weniger als 1 ,0 %, und/oder mindestens 0,1 %, bevorzugt mindestens 0,2 %, des Durchmessers des Ventilschiebers 2 an den Kontaktflächen 4 beträgt. Um solche Durchmesserspiele zu erreichen und um die Ventileinheit 1 einfach und kostengünstig herzustellen, sind Ventilschieber 2 und Ventilhülse 3 Spritzgussteile, die aus einem Verbundmaterial hergestellt sind. Der Ventilschieber 2 ist aus einem Verbundmaterial mit einem Grundpolymer und mit Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern ausgebildet. Die Ventilhülse 3 ist aus einem Verbundmaterial mit einem Grundpolymer und Glasfasern als Verstärkungsfasern ausgebildet. Bei dem Grundpolymer handelt es sich sowohl bei dem Ventilschieber 2 als auch bei der Ventilhülse 3 um Polyphenylensulfid.
Der Ventilschieber 2 ist an den Kontaktflächen 4 spanabhebend bearbeitet. Dies führt dazu, dass die Kohlestofffasern des Verbundmaterials des Ventilschiebers 2 an der Kontaktfläche 4 offen vorliegen. Die Gegenkontaktfläche 5 hingegen ist nicht spanabhebend bearbeitet. Somit verbleibt eine Spritzgusshaut, d.h. an der Gegenkontaktfläche 5 liegt vorwiegend oder ausschließlich das Grundpolymer vor. Durch die freiliegenden Kohlenstofffasern an der Kontaktfläche 4 ist trotz gleichartigem, insbesondere identischem, Grundpolymer der Gleitpartner Ventilschieber 2 und Ventilhülse 3 eine optimale Gleitreibung vorhanden, die durch die Verstärkungsfasern, insbesondere den Kohlenstoff der Kohlenstofffasern, optimiert ist. Damit lassen sich Ventilschieber 2 und Ventilhülse 3 einfach und kostengünstig herstellen, wobei ein aufgrund von Gleitreibung auftretender Verschleiß der Ventileinheit 1 minimiert ist. Der Verschleiß ist weiter minimiert durch das Betriebsmedium innerhalb der Ventileinheit 1 , das insbesondere Hydrauliköl ist. Das Betriebsmedium führt zu einer Flüssigkeitsreibung die einen Verschleiß weiter reduziert.
Die Ventilhülse 3 weist bevorzugt Glasfasern als Verstärkungsfasern auf, was zu einer höheren Bindenahtfestigkeit führt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das glasfaserverstärkte Verbundmaterialen eine höhere zulässige Dehnung erlauben als dies bei anderen Fasern als Verstärkung erreichbar ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verbundmaterial der Ventilhülse 3 einen Volumenanteil zwischen 30% und 50 %, bevorzugt zwischen 35 % und 45 %, besonders bevorzugt zwischen 38% und 42 %, und dass das Verbundmaterial des Ventilschiebers 2 einen Volumenanteil zwischen 20% und 40 %, bevorzugt zwischen 25 % und 35 %, besonders bevorzugt zwischen 28% und 32 %, von Verstärkungsfasern aufweist. Somit ist eine Kraftaufnahme durch die Verstärkungsfasern innerhalb des Verbundmaterials optimiert. Das Verbundmaterial eignet sich auf diese Weise optimal zur Verwendung in Ventileinheiten 1.
Das Verbundmaterial des Ventilschiebers 2 und/oder der Ventilhülse 3 weist bevorzugt außerdem Polytetraflourethylen als Füllstoff auf. Das Verbundmaterial erreicht daher eine optimale Mediendichtheit, eine reiboptimierte Oberfläche und eine wasserabweisende Eigenschaft.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Bezugszeichenliste
1 Ventileinheit
2 Ventilschieber
3 Ventilhülse 4 Kontaktfläche
5 Gegenkontaktfläche
6 elektrohydraulisches Ventil
7 Elektromagnet
8 Anker 8a Ankerstange
9 Rückstellfeder
10 Wand
100 Längsachse

Claims

Ansprüche
1. Ventileinheit (1) aufweisend
. einen Ventilschieber (2), und
. eine Ventilhülse (3), in der der Ventilschieber (2) beweglich geführt ist, wobei der Ventilschieber (2) entlang der Ventilhülse (3) verschiebbar ist, um einen Fluidfluss durch die Ventileinheit (1) unterschiedlich einzustellen, wobei Ventilschieber (2) und Ventilhülse (3) jeweils aus einem Verbundmaterial aufweisend ein Grundpolymer und Verstärkungsfasern ausgebildet sind, wobei die Grundpolymere des Ventilschiebers (2) und der Ventilhülse (3) gleichartig sind, wobei der Ventilschieber (2) zumindest eine Kontaktfläche (4) aufweist, mit der der Ventilschieber (2) an der Ventilhülse (3) anliegt, und wobei die Kontaktfläche (4) spanabhebend bearbeitet ist.
2. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das der Ventilschieber (2) und/oder die Ventilhülse (3) ein Spritzgussteil ist.
3. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundpolymer Polyphenylensulfid ist.
4. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern sind.
5. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern des Ventilschiebers (2) Kohlenstofffasern und/oder die Verstärkungsfasern der Ventilhülse (3) Glasfasern sind.
6. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial des Ventilschiebers (2) und/oder der Ventilhülse (3) Polytetraflourethylen aufweist.
7. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (3) eine Gegenkontaktfläche (5) aufweist, die an der Kontaktfläche (4) des Ventilschiebers (2) anliegt, wobei die Gegenkontaktfläche (5) nicht spanabhebend bearbeitet ist.
8. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesserspiel zwischen Ventilschieber (2) und Ventilhülse (3) weniger als 1 ,5 %, bevorzugt weniger als 1,0 %, und/oder mindestens 0,1 %, bevorzugt mindestens 0,2 %, des Durchmessers des Ventilschiebers (2) beträgt. Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial der Ventilhülse (3) einen Volumenanteil zwischen 30% und 50 %, bevorzugt zwischen 35 % und 45 %, besonders bevorzugt zwischen 38% und 42 %, und/oder dass das Verbundmaterial des Ventilschiebers (2) einen Volumenanteil zwischen 20% und 40 %, bevorzugt zwischen 25 % und 35 %, besonders bevorzugt zwischen 28% und 32 %, von Verstärkungsfasern aufweist. Elektrohydraulisches Ventil (6) aufweisend einen Elektromagneten (7) und eine Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anker (8) des Elektromagneten (7) mit dem Ventilschieber (2) der Ventileinheit (1) gekoppelt ist, um den Ventilschieber (2) innerhalb der Ventilhülse (3) in zumindest eine Richtung zu verschieben.
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