[0001] Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit zur Kontrolle eines Fluides, insbesondere
einer Hydraulikflüssigkeit, mit wenigstens einem ersten Aktor, insbesondere einer
ersten elektro-magnetischen Spule, zum Betätigen und/oder Verstellen eines ersten
Stellelementes eines ersten Vorsteuerventils in Richtung einer ersten Stellachse und
einem zweiten Aktor, insbesondere einer zweiten elektro-magnetischen Spule, zum Betätigen
und/oder Verstellen eines zweiten Stellelementes eines zweiten Vorsteuerventils in
Richtung einer zweiten Stellachse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Ventile sind Komponenten zur Steuer- bzw. Regelung des Energieflusses in hydraulischen
oder pneumatischen Systemen. Sie beeinflussen die Strömungsrichtung, den Druck oder
den Volumenstrom des Fluides, d.h. der Hydraulikflüssigkeit oder des Druckgases bzw.
der Druckluft. Ventile können als Einschraubventilpatrone, Plattenventile oder Aufbauventile
ausgeführt und mit einem Magnet angesteuert werden. Für die Betätigung bzw. für den
Schaltvorgang wird meistens einer Spule ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Dieses
Feld verschiebt den Magnetanker, der mittels geeigneten Verbindungselementen eine
axiale Verschiebung/Verstellung des Ventilkolbens/-schiebers bewirkt.
[0003] Es werden bereits sog. Doppelkolbenventile bzw. Doppelschieberventile eingesetzt,
die als eine Baueinheit zwei, insb. mittels je einer Spule bzw. einem Aktor steuerbare
bzw. regelbare Ventile bzw. sog. Kolben/Schieber/Stellelement umfassen. Solche Anordnungen
haben gegenüber Einzelspulenanordnungen mehrere Vorteile, da die Positionen der beiden
Spulen/Aktoren und somit der beiden Steuerventile einzeln gesteuert werden können.
Hierbei kann jedes der beiden Ventile bzw. jeder der beiden Kolben/Stellelemente u.a.
die Drücke und/oder Volumenströme getrennt in den Arbeitsleitungsanschlüssen A oder
B steuern/kontrollieren und dies jeweils unabhängig voneinander.
[0004] Diese sog. "Doppelkolbenventile" werden in Fachkreisen auch als sog. "getrennte Steuerkanten
Regelung" bezeichnet und ermöglichen eine unabhängige Zu- und Abflussregelung beispielsweise
der zu steuernden Apparatur/Maschine wie z.B. eine Kolben-Zylindereinheit, linearer
oder rotatorischer Hydraulikmotor oder dergleichen. Im Vergleich hierzu sind in konventionellen
Ventilen die Steuerkanten des Kolbens/Schiebers starr mit einander verbunden und können
nicht separat bzw. unabhängig voneinander geregelt werden.
[0005] Durch die Trennung der Steuerkanten können mit einem sog. "Doppelkolbenventil" verschiedenste
herkömmliche Ventil- und Kolbenarten ersetzt werden, was eine Reduktion der Variantenvielfalt
ermöglicht. Die getrennte Steuerkantenregelung vereint gerade auch bei einer schnellen
Stellzeit des Kolbens/Schiebers/Stellelementes verschiedene Regelungsmöglichkeiten
wie v.a. Druck-, Strom- und/oder Lageregelung.
[0006] Durch die gezielte Regelung des zu- und/oder abfließenden Fluids bzw. Ölstroms kann
auf die Einsatzbedingung beispielsweise bei Fahrzeugen wie im Baggerbereich etc. bei
der Zylinderbewegung gezielt z.B. je nach Last bzw. Füllung der Bagger-Schaufel etc.
eingegangen werden. Dies reduziert u.a. Energieverluste durch unnötiges Regeln des
Zuflusses oder Abflusses. Wenn z.B. nur einer davon geregelt werden muss, kann das
andere Ventil bzw. die andere Steuerkante beispielsweise komplett geöffnet und somit
Druck- bzw. Strömungsverluste an dieser "anderen" Steuerkante reduziert bzw. minimiert
werden. Diese Regelungsmöglichkeit spart Energie und somit z.B. auch Treibstoff im
Fahrzeug sowie Abgasbelastungen ein.
[0007] Darüber hinaus sind zum Beispiel aus der
EP 2 456 985 B1 oder der
WO 2011/009 705 A1 Ventileinheiten bekannt geworden, wobei den beiden Ventilen bzw. Kolben/Schieber
zusätzlich jeweils ein sog. "Pilotventil" vorgeschaltet wird. Das bedeutet, dass ein
Vorsteuerventil jeweils ein diesem zugeordnetes Hauptventil hydraulisch bzw. pneumatisch
betätigt bzw. den jeweiligen Hauptkolben/-schieber axial verstellt.
[0008] Der Nachteil an diesen Systemen ist beispielsweise, dass diese durch die Vorsteuerung
groß aufbaut werden. Dazu kommt dass, wenn eine Mengenregelung gewünscht ist, der
Hauptkolben proportional gesteuert werden muss. Dabei wird über das Vorsteuerventil
gezielt Fluid/Öl in eine Kammer des Hauptkolbens eingebracht, bis dieser sich in der
richtigen Position befindet, danach wird das Vorsteuerventil wieder geschlossen. Die
Regelung des Hauptkolbens ist sehr komplex, denn das Fluid/Öl besitzt verschiedene
Fließcharakteristiken, je nach Temperatur und Druck. Dies macht eine Regelung des
Hauptkolbens äußerst komplex. Ein Nachteil hierbei ist, dass die Verbraucher durch
den maximal möglichen Volumenstrom des notwendigen Reduzierventils begrenzt sind und
ein Klemmen durch Verschmutzung des Reduzierventils ebenfalls eine Gefahr darstellt.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
[0009] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Ventileinheit der eingangs genannten
Art vorzuschlagen, die die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise vermeidet,
insbesondere platzsparender ausgeführt und/oder eine besonders energiesparende Regelung
realisiert werden kann.
[0010] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Ventileinheit der einleitend genannten Art,
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten
Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
[0011] Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Ventileinheit dadurch aus, dass
die erste Stellachse des ersten Vorsteuerventils und die zweite Stellachse des zweiten
Vorsteuerventils im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
[0012] Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass die Ventileinheit kompakter bzw. platzsparender
ausgeführt werden kann und zudem verbesserte Strömungsverhältnisse zwischen Vorsteuerventil
bzw. Pilotventil und Hauptventil realisierbar sind. Letzteres führt zu einer verbesserten
Regelung bzw. schnelleren und/oder energiesparenderen Betriebsweise.
[0013] Beim Stand der Technik gemäß der
EP 2 456 985 B1 sind dagegen die beiden Vorsteuerventile bzw. Pilotventile in Richtung deren Stellachsen
nebeneinander angeordnet, das hießt, dass die beiden Stellachsen der beiden Vorsteuerventile
bzw. Pilotventile koaxial zueinander angeordnet sind. Dementsprechend "lang" bzw.
"breit" ist die bekannte Ventileinheit aufgebaut, was vergleichsweise viel Platz bzw.
Bauraum beansprucht.
[0014] Zudem sind bei diesem Stand der Technik die beiden Hauptventile bzw. deren Stellachsen
quer bzw. senkrecht zu den Vorsteuerventilen bzw. Pilotventilen, d.h. zu deren Stellachsen,
angeordnet. Auch diese Queranordnung der Vorsteuerventile bzw. Pilotventile in Bezug
zu den Hauptventilen benötigt relativ viel Bauraum und die Fluidleitung zwischen dem
jeweiligen Vorsteuerventil bzw. Pilotventil und dem zugehörigen Hauptventil entsprechend
lang und strömungstechnisch komplex/aufwendig.
[0015] Dagegen kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch die parallele Anordnung der beiden
Stellachsen der beiden Vorsteuerventile bzw. Pilotventile, d.h. der ersten und der
zweiten Stellachse, eine vorteilhaft kompakte Anordnung der des jeweiligen Vorsteuerventils
bzw. Pilotventils zum zugehörigen Hauptventil verwirklicht werden. So können sowohl
Bauraum bzw. Platz minimiert und zudem die Strömungsverhältnisse von/zu bzw. zwischen
Vorsteuerventil bzw. Pilotventile zu zugehörigem Hauptventil optimiert und damit strömungstechnisch
verbessert werden. Folglich können sowohl die Schnelligkeit als auch die Energieverhältnisse
bzw. Energieverluste der erfindungsgemäßen Ventileinheit verbessert/optimiert werden.
[0016] Beispielsweise können die Vorsteuerventile bzw. Pilotventile im Wesentlichen parallel
zu den jeweiligen Hauptventilen angeordnet werden. Entsprechend verkürzt können Zuflussleitung
und Abflussleitung zwischen dem Vorsteuerventil bzw. Pilotventil und dem jeweiligen
bzw. zugeordneten Hauptventil werden. Dies verbessert u.a. das Ansprechverhalten bzw.
die Schaltzeiten. So ist nämlich durch die Queranordnung der Stellachse des Vorsteuerventiles
in Bezug zur Stellachse des Hauptventils wie beim o.g. Stand der Technik immer eine
der beiden Leitungen zwischen den zugeordneten Ventilen vergleichsweise lang.
[0017] Vorteilhafterweise ist die erste Stellachse des ersten Vorsteuerventils zugleich
die dritte Stellachse des ersten Hauptventils, wobei das erste Stellelement des ersten
Vorsteuerventils und das dritte Stellelement des ersten Hauptventils koaxial zueinander
angeordnet sind. Mit dieser vorteilhaften koaxialen Anordnung der beiden zugeordneten
Ventile, d.h. Vorsteuerventil bzw. Pilotventil und Hauptventil, bzw. deren Stellelemente
werden die Fluidleitungen bzw. Fluidverbindungen zwischen den beiden Ventilen minimiert.
Dementsprechend platzsparend bzw. klein dimensionierbar ist dies realisierbar. Auch
ergeben sich kurze bzw. schnelle Schaltzeiten/Regelungsstrecken, was von großem Vorteil
ist.
[0018] Vorzugsweise ist (auch) die zweite Stellachse des zweiten Vorsteuerventils zugleich
die vierte Stellachse des zweiten Hauptventils, wobei das zweite Stellelement des
zweiten Vorsteuerventils und das vierte Stellelement des zweiten Hauptventils koaxial
zueinander angeordnet sind. Demzufolge ist nicht nur das erste Ventilpaar, d.h. erstes
Vorsteuerventil bzw. Pilotventil und zugehöriges erstes Hauptventil, sondern auch
das zweite Ventilpaar, d.h. zweite Vorsteuerventil bzw. Pilotventil und zugehöriges
zweites Hauptventil, platzsparend bzw. klein dimensionierbar. Auch hierbei werden
die Fluidleitungen bzw. Fluidverbindungen zwischen den beiden Ventilen bzw. des Ventilpaares
minimiert, so dass sich auch hier kurze bzw. schnelle Schaltzeiten/Regelungsstrecken
ergeben. Dementsprechend kompakt und platzsparend ist die erfindungsgemäße Ventileinheit
umzusetzen, die zudem auch sehr schnell arbeitet.
[0019] Generell wird durch diese vorteilhafte Integration des/der Vorsteuerventile in das/die
Hauptventile eine deutliche Verbesserung in Bezug auf den Platzbedarf als auch in
Bezug auf Fluidströmung/-leitung und somit die Regelung verwirklicht.
[0020] Beim erfindungsgemäßen "Kolben-im-Kolben-Prinzip" bzw. der Integration des/der Vorsteuerventile
in das/die Hauptventile, werden die Stellelemente der Vorsteuerventile, d.h. das erste
und/oder das zweite Stellelement, über den/die Aktoren ausgelenkt/verstellt. Durch
die Steuerkanten im jeweiligen Vorsteuerventil wird ein Druckungleichgewicht im Hauptventil
bzw. an dessen Stellelement, d.h. dem dritten und/oder vierten Stellelement, erzeugt,
wobei das Druckungleichgewicht bewirkt, dass das Hauptventil bzw. dessen Stellelement
hydraulisch/pneumatisch dem zugehörigen Vorsteuerventil bzw. dessen Stellelement "nachfolgt".
Das bedeutet, dass das jeweilige Hauptventil in vorteilhafter Weise hydraulisch/pneumatisch
verstellt wird, nämlich vom jeweiligen Vorsteuerventil.
[0021] Sobald das Hauptventil bzw. an dessen Stellelement, d.h. dem dritten und/oder vierten
Stellelement, die Position/Stellung des Vorsteuerkolbens erreicht hat, sind in vorteilhafter
Weise die Steuerkanten somit passiv geschlossen (worden) und das Hauptventil bzw.
an dessen Stellelement, d.h. das dritte und/oder vierte Stellelement, kommt durch
das vorhandene Druckgleichgewicht zur Ruhe. Dabei muss eine Elektronik bzw. elektrische
und/oder elektronische Kontrolleinheit nicht aktiv eingreifen, insb. in ein Bremsen
bzw. Verlangsamen/Stoppen des Hauptventils bzw. an dessen Stellelement, d.h. des dritten
und/oder vierten Stellelements.
[0022] Je größer die Verschiebung zwischen dem Stellelement des Hauptventils und dem Stellelement
des zugehörigen Vorsteuerventils ist, umso größer sind die Öffnungsspalte bzw. Durchflussquerschnitte
des jeweiligen Vorsteuerventils. Hieraus ergibt sich ein größerer Volumenstrom in
eine Vorkammern des Hauptventils, was diesen schneller nachstellen lässt. Dies kann
als Proportionalregler bezeichnet werden.
[0023] In bisherige, eingangs genannte Ventilansteuerungen muss der Systemdruck auf ein
kleines Druckniveau reduziert werden. Die Vorsteuerventile des Stands der Technik
arbeiten üblicherweise mit ca. 5 - 30 bar. Gemäß der Erfindung wirkt sich ein steigender
Systemdruck jedoch positiv auf die Nachführung des Hauptventils bzw. dessen Stellelementes
aus. Die Stellkraft kann als F=A*p angegeben werden, wobei F die Stellkraft beschreibt
und sich aus der wirksamen Fläche A des Stellelementes und dem Druck p ergibt. Im
Vergleich zum o.g. Stand der Technik ist Stellkraft mit steigendem Druck immer größer.
Hieraus ergibt sich gemäß der Erfindung ein Ventil, das im Prinzip keine Leistungsgrenzen
aufweist. Durch die begrenzte Vorsteuerkraft (hydraulisch oder elektrisch, motorisch)
begrenzen Strömungsimpulse beim Stand der Technik aufgrund des Druckunterschiedes
(sog. "delta P") die Leistungsfähigkeit.
[0024] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Positionssensor/Wegsensor
zur Erfassung einer Position/Stellung von wenigstens einem der Stellelemente vorgesehen.
Bevorzugt sind hierbei wenigstens ein erster Positionssensor zur Erfassung einer Position/Stellung
des dritten Stellelementes des ersten Hauptventils und ein zweiter Positionssensor
zur Erfassung einer Position/Stellung des vierten Stellelementes des zweiten Hauptventils
vorgesehen.
[0025] So wird mit Hilfe des/der Positionssensoren bzw. Wegsensoren die Position/Stellung
vor allem des/der Hauptventile detektiert, insb. deren Stellelemente, d.h. des dritten
und/oder vierten Stellelementes. Folglich kann eine besonders exakte bzw. genaue Regelung/Kontrolle
der Fluidströme bzw. der Betriebsweise der Ventileinheit gemäß der Erfindung und somit
der zu steuernden/kontrollierenden Maschinen, Apparaturen, Geräte bzw. Pneumatik-/Hydraulikaktoren
wie rotatorische oder lineare Motoren, Zylinderkolbeneinheiten etc..
[0026] Die Auslenkung bzw. Stellung/Position des/der Vorsteuerventile bzw. Pilotventile
kann in vorteilhafter Weise über den/die (ersten und/oder zweiten) Aktoren bzw. elektro-magnetische
Spulen, erfasst werden. Demzufolge ist bei dieser Variante der Aktor bzw. die Spule
als (dritter/vierter) Positionssensor bzw. Wegsensor gemäß der Erfindung ausgebildet.
[0027] Grundsätzlich ist durch Verwendung eines Permanentmagneten, der mittels der Spule
elektromagnetisch bewegt werden kann, ein sehr schneller Aktor realisierbar, was bzgl.
Regelung der Ventileinheit gemäß der Erfindung von großem Vorteil ist. Durch das schnelle
Ansprechverhalten des Aktors und somit des/der Vorsteuerventile bzw. Pilotventile
können präzise und schnelle Stellungskorrekturen umgesetzt werden.
[0028] Vorzugsweise sind wenigstens der erste Positionssensor koaxial zur ersten/dritten
Stellachse und/oder der zweite Positionssensor koaxial zur zweiten/vierten Stellachse
angeordnet. Hiermit kann eine sehr kompakte, mehrere Positionssensoren umfassende
Ventileinheit gemäß der Erfindung als Baueinheit bzw. innerhalb eines gemeinsamen
Ventilgehäuses verwirklicht werden.
[0029] Vorteilhafterweise sind in Richtung der ersten/dritten Stellachse betrachtet wenigstens
das dritte Stellelement des ersten Hauptventils zwischen dem ersten Aktor und dem
ersten Positionssensor angeordnet und/oder in Richtung der zweiten/vierten Stellachse
betrachtet wenigstens das vierte Stellelement des zweiten Hauptventils zwischen dem
zweiten Aktor und dem zweiten Positionssensor angeordnet.
[0030] Alternativ oder in Kombination hierzu sind in Richtung der ersten/dritten Stellachse
betrachtet wenigstens das erste Stellelement des ersten Vorsteuerventils zwischen
dem ersten Aktor und dem ersten Positionssensor angeordnet und/oder in Richtung der
zweiten/vierten Stellachse betrachtet wenigstens das zweite Stellelement des zweiten
Vorsteuerventils zwischen dem zweiten Aktor und dem zweiten Positionssensor angeordnet.
[0031] Mit diesen vorgenannten Maßnahmen wird erreicht, dass im Wesentlichen alle regelungstechnischen
Komponenten koaxial zueinander und somit platzsparend angeordnet werden können. So
ist auf der einen Seite des/der Stellelemente der Aktor bzw. die Spule und auf der
anderen bzw. gegenüberliegenden Seite der Sensor/Positionssensor angeordnet. Durch
die starre bzw. direkte Verbindung/Anordnung von Aktor und (erstem/zweiten) Stellelement
sowie Positionssensor und (drittem/vierten) Stellelement wird eine toleranzarme und
somit besonders genaue Positionserfassung bzw. Regelung/Kontrolle der Ventileinheit
gemäß der Erfindung realisierbar.
[0032] Generell kann bei Bedarf die erfindungsgemäße Ventileinheit weitere Sensoren und/oder
Komponenten umfassen, z.B. zur
[0033] Erfassung einer Temperatur, einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder wenigstens ein
Druckbegrenzungsventil zur Kontrolle/Regelung eines Druckes, insb. des von einer Druckpumpe
generierten Betriebsdruckes. Auch kann die erfindungsgemäße Ventileinheit wenigstens
eine elektronische und/oder elektrische Kontrolleinheit zur Kontrolle von einzelnen
oder mehreren Elementen bzw. Komponenten aufweisen.
[0034] Beispielsweise kann die Kontrolleinheit die Signale/Daten der Sensoren, insb. Positionssensoren,
zur Kontrolle/Steuerung der Aktoren/Spulen und/oder zum Daten/Informationsaustausch
mit einer externen, zweiten Kontrolleinheit verwenden. Letzteres ermöglicht in vorteilhafter
Weise ein Austausch mit z.B. einer zentralen Kontrolleinheit eines Fahrzeugs wie eines
Baggers, wobei die Stellung eines Hubzylinders oder dergleichen sensorisch erfasst
und der zentralen Kontrolleinheit weitergeleitet und wiederum in vorteilhafter Weise
mit der "interne" Kontrolleinheit der Ventileinheit verbunden werden kann. Die verbessert
die Regelung zusätzlich. Beispielsweise wird hier ein vorteilhafter Datenbus wie ein
CAN, CAnopen etc. und/oder ein Prozessor verwendet. Auch kann eine drahtlose Daten-/Signalverbindung
vorgesehen werden, womit mobile Telekommunikationsgeräte, z.B. Smartphone, Tablet
etc., in ein vorteilhaftes Netzwerk eingebunden werden können.
[0035] Generell ist von Vorteil, für eine erfindungsgemäße Regelung die Drücke an/in den
Anschlüssen A, B, P und T zu kennen bzw. zu erfassen. Weiterhin ist es vorteilhaft
die Stellung des Hauptkolbens/-stellelementes zu erfassen bzw. zu erkennen. Hieraus
kann in vorteilhafter Weise durch das Druckgefälle zwischen den zu verbindenden Kanälen/Leitungen
und über die Viskosität (veränderlich zur Öltemperatur) der genaue fließende Volumenstrom
errechnet und eine Feinregelung ermöglicht werden. Um ein vorteilhafte Volumenstrom-,
aber auch Druckregelung zu ermöglichen, ist für die Ansteuerung eine vorteilhafte
Elektronik bzw. o.g. Kontrolleinheit und softwaretechnische Programmierung von besonderer
Bedeutung. Weiterhin entstehen weitere Regelungsmöglichkeiten die eine Rekuperation
des Systemdruckes bzw. Öldrucks im System ermöglichen.
[0036] Grundsätzlich ist gemäß der Erfindung von Vorteil, dass die Kolbenvorsteuerung über
ein kleineres Vorsteuerventil verwirklicht wird, womit große Stellkräfte des Hauptkolbens
bzw. Hauptventils realisiert werden können. Somit kann der Vorsteuerungsaktor bzw.
die Spule des "Pilotventils" verhältnismäßig klein ausgebildet werden, d.h. bzgl.
Stellkraft sowie Bauraum, wobei der hydraulische Systemdruck als Verstellkraft für
das Hauptventil genutzt wird. Hierbei wird der Hauptkolben üblicherweise entweder
auf der linken oder rechten Seite mit Druck beaufschlagt und somit diesen in ein Ungleichgewicht
gebracht, so dass dieser verstellt wird. Dementsprechend wächst die Stellkraft für
das Hauptventil mit dem hydraulischen Druck.
[0037] Als wesentliche Kriterien für ein erfindungsgemäßes System sind z.B. ein Systemdruck
von bis zu ca. 500 bar, Ansteuerung der Druckpumpe für lastabhängige Leistungsbereitstellung
elektronisches und hydraulisches sog. "Loadsensing" (LS), Regelung nach max. Bedarf,
Notlauffunktion bei Sensorausfall, sog. "Performance Levels" von Standardventilen
deutlich übertreffen (Sicherheit, Stellzeiten von kleiner ca. 20ms zur sensiblen Druckregelung,
Variantenvielfaltsreduzierung und/oder Bedarfsanpassung auf Zu- und Abflussströme.
[0038] Als weitere erreichbare Eigenschaften der Ventileinheit gemäß der Erfindung können
genannt werden, z.B. Platinen-Kommunikation untereinander, Hauptsteuerplatinen-Kommunikation
mit dem Fahrzeug, Ermittlung von Drücken, Volumenströme und zur Verfügung Stellung
für das Fahrzeug, Erkennung von Verschleiß und Rückmeldung an Fahrzeug, Notlauffunktion,
Redundanz der Elektronik höheres Performance Level (PL) und/oder Leistungsbedarfserkennung
und Order bei der Pumpe.
[0039] Realisierbare Vorteile der Ventileinheit gemäß der Erfindung sind u.a. Energieeinsparung
durch Rekuperation, Energieeinsparung durch verbesserte Regelung von Zu- und Abflüssen
und/oder Datensammlung und Rückmeldung von Lastzuständen im Betrieb zur weiteren Optimierung
von Verbräuchen.
Ausführungsbeispiel
[0040] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
[0041] Im Einzelnen zeigt:
- Figur 1
- schematisch im Schnitt eine Ventileinheit gemäß der Erfindung und
- Figur 2
- schematisch im Schnitt eine vergrößerte Darstellung der Ventileinheit gemäß Figur
1.
[0042] In den Figuren ist eine Ventileinheit 15 bzw. ein sog. "Doppelfolgeventil" 15 gemäß
der Erfindung schematisch dargestellt. Diese Ventileinheit 15 umfasst innerhalb eines
Gehäuses 13 unter anderem zwei Spulen 7 bzw. Aktoren 7, die ein erstes bzw. zweites
Stellelement 4 bzw. Vorsteuerkolben 4 eines Vorsteuerventils bzw. eines sog. "Pilotventils"
verstellen bzw. mit diesen über eine Verbindung 16 starr verbunden sind, so dass mittels
elektrischer Strombeaufschlagung der Spule 7 eine Verstellung des Vorsteuerkolbens
4 längs einer Verstellachse 14 verwirklicht wird.
[0043] Die elektrische Strom-/Spannungsversorgung erfolgt vorzugsweise mittels eines Kabels
12 und insb. mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Kontrolleinheit. Dies
kann durch/auf einer Platine 5.1 bzw. Platine 5.2 umgesetzt werden. Die Platinen 5.2
bzw. 5.2 sind u.a. auch für die Versorgung und/oder Auswertung bzw. Weiterleitung
von Signalen/Informationen/Daten von Sensoren 3, 6, insb. Drucksensoren 3, Positionssensoren
6, nicht näher dargestellten Temperatursensoren oder dergleichen, ausgebildet. Die
Spule 7 bzw. sog. "Tauchspule" 7 kann auch in vorteilhafter Weise als Weg-/Positionssensor
ausgebildet/verwendet werden, insb. unter Zuhilfenahme der Kontrolleinheit.
[0044] Wie in Figur 1 deutlich wird, sind zwei Spulen 7 jeweils längs einer Längsachse 14
angeordnet, wobei die beiden Längsachsen 14 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet
sind. Zudem sind jeweils ein Stellelement 4 bzw. Vorsteuerkolben 4 längs der Längsachsen
14 zwischen je einer Spule 7 und je einem Positionssensor 6 angeordnet. Hierbei erfasst
jedoch der Positionssensor 6 nicht die Stellung/Position des Vorsteuerkolbens 4, sondern
jeweils eines Hauptkolbens 8 bzw. eines (dritten/vierten) Stellelementes 8 eines Hauptventils.
[0045] Zwischen dem Stellelement 4 bzw. Vorsteuerkolben 4 des Pilotventils und dem Stellelement
8 bzw. Hauptkolben 8 des Hauptventils ist jeweils eine Dicht-/Druckhülse 10 und eine
längs der Achse 14 verstellbare Steuerhülse 9 angeordnet. Die Stellelemente 4 bzw.
Vorsteuerkolben 4 des Pilotventils und die Stellelemente 8 bzw. Hauptkolben 8 des
Hauptventils sowie die Steuerhülsen 9, Druckhülsen 10 als auch die Spulen 7 und die
Positionssensoren 6 sind jeweils zueinander koaxial um/längs einer gemeinsamen Stellachse
14 angeordnet. Hierdurch kann eine besonders kompakte Platz sparende Baueinheit realisiert
werden.
[0046] Zudem sind besonders kurze Fluidverbindungen bzw. Fluidleitungen zwischen Pilotventil
und dem diesen jeweils zugeordneten bzw. von diesem gesteuerten Hauptventil realisiert.
Das heißt vorliegend, dass die Fluidleitung bzw. Hydraulikverbindung lediglich vom
Stellelement 4 bzw. Vorsteuerkolben 4 des Pilotventils über die Steuerhülse 9 zum
Stellelement 8 bzw. Hauptkolben 8 des Hauptventils ausgebildet ist. Hierbei sind vorteilhafte
radiale Durchlässe 11 und/oder ringförmige Ausnehmungen 17 der zuvor genannten Komponenten/Elemente
vorhanden. Diese Ausgestaltung bzw. Anordnung bildet eine vorteilhafte Druckwaage
aus, so dass sich durch eine Verstellung des Stellelementes 4 bzw. Vorsteuerkolbens
4 eine längs der Achse 14 ausgebildete Verstellung der Steuerhülse 9 und zudem bzw.
hierdurch eine längs der Achse 14 ausgebildete Verstellung des Stellelementes 8 bzw.
des Hautkolbens 8 des Hauptventils ergibt. Das bedeutet, dass das Hauptventil hydraulisch
bzw. pneumatisch durch Verstellen des Vorsteuerventils bzw. dessen Vorsteuerkolbens
4 mittels der Spule 7 betätigt/verstellt wird. Hierdurch können sehr hohe Arbeitsdrucke
des Hauptventils bzw. der Anschlüsse A, B von z.B. ca. 500 bar mittels vergleichsweise
kleiner Vorsteuerkräfte von z.B. ca. 10 - 20 N gesteuert werden.
[0047] Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Steuerkanten der Stellelemente 4 bzw. Vorsteuerkolben
4 des Pilotventils und der Stellelemente 8 bzw. Hauptkolben 8 des Hauptventils sowie
der Druckhülsen 10 kann eine besonders schnelle und sichere Betriebsweise verwirklicht
werden. Auch kann durch die vorgenannten Elemente/Komponenten eine vorteilhafte Dichtigkeit
der Ventile, d.h. der Schieber bzw. Stellelemente 4, 8 des Vorsteuerventils bzw. des
Pilotventils und/oder des Hauptventils erreicht werden.
[0048] Durch die doppelte Ausführung der koaxialen Anordnung der zuvor genannten Komponenten
bzw. Ventile, d.h. Vorsteuerventils bzw. des Pilotventils und des jeweiligen Hauptventils
bzw. deren Stellelemente 4, 8, innerhalb des Gehäuses 13 ist eine getrennte Steuerung/Kontrolle
der Arbeitsanschlussleitungen A und B für z.B. einen hydraulischen, doppeltwirkenden
Hub-/Stell-Zylinder und/oder einen Hydraulikmotor etc. realisierbar.
Bezugszeichenliste
[0049]
- 1
- Sekundärdruckabsicherung
- 2
- Anschluss
- 3
- Drucksensor
- 4
- erstes/zweites Stellelement/Ventilkolben
- 5.1
- Platine/Leiterplatte
- 5.2
- Platine/Leiterplatte
- 6
- Wegsensor
- 7
- Aktor/Spule
- 8
- Hauptkolben/Stellelement
- 9
- Steuerhülse
- 10
- Druckhülse
- 11
- Durchlass
- 12
- Kabel
- 13
- Gehäuse
- 14
- Achse
- 15
- Ventileinheit
- 16
- Verbindung
- 17
- Ausnehmung
- A
- Arbeitsanschluss
- B
- Arbeitsanschluss
- P
- Pumpenanschluss
- T
- Tankanschluss/Rücklauf
1. Ventileinheit (15) zur Kontrolle eines Fluides, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit,
mit wenigstens einem ersten Aktor (7), insbesondere einer ersten elektro-magnetischen
Spule (7), zum Betätigen und/oder Verstellen eines ersten Stellelementes (4) eines
ersten Vorsteuerventils in Richtung einer ersten Stellachse (14) und einem zweiten
Aktor (7), insbesondere einer zweiten elektro-magnetischen Spule (7), zum Betätigen
und/oder Verstellen eines zweiten Stellelementes (4) eines zweiten Vorsteuerventils
in Richtung einer zweiten Stellachse (14), wobei das erste Vorsteuerventil zum Steuern
und/oder Verstellen eines dritten Stellelementes (8) eines ersten Hauptventils in
Richtung einer dritten Stellachse (14) und das zweite Vorsteuerventil zum Steuern
und/oder Verstellen eines vierten Stellelementes (8) eines zweiten Hauptventils in
Richtung einer vierten Stellachse (14) vorgesehen sind, wobei die dritte Stellachse
(14) des dritten Stellelementes (8) des ersten Hauptventils und die vierte Stellachse
(14) des vierten Stellelementes (8) des zweiten Hauptventils im Wesentlichen parallel
zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellachse (14) des ersten Vorsteuerventils und die zweite Stellachse (14)
des zweiten Vorsteuerventils im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellachse (14) des ersten Vorsteuerventils zugleich die dritte Stellachse
(14) des ersten Hauptventils ausbildet.
3. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (4) des ersten Vorsteuerventils und das dritte Stellelement
(8) des ersten Hauptventils koaxial zueinander angeordnet sind.
4. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stellachse (14) des zweiten Vorsteuerventils zugleich die vierte Stellachse
(14) des zweiten Hauptventils ausbildet.
5. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellelement (4) des zweiten Vorsteuerventils und das vierte Stellelement
(8) des zweiten Hauptventils koaxial zueinander angeordnet sind.
6. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionssensor (6) zur Erfassung einer Position/Stellung von wenigstens
einem der Stellelemente (4, 8) vorgesehen ist.
7. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Positionssensor (6) zur Erfassung einer Position/Stellung des
dritten Stellelementes (8) des ersten Hauptventils und ein zweiter Positionssensor
(6) zur Erfassung einer Position/Stellung des vierten Stellelementes (8) des zweiten
Hauptventils vorgesehen sind.
8. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Positionssensor (6) koaxial zur ersten/dritten Stellachse (14)
und/oder der zweite Positionssensor (6) koaxial zur zweiten/vierten Stellachse (14)
angeordnet sind.
9. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der ersten/dritten Stellachse (14) betrachtet wenigstens das dritte Stellelement
(8) des ersten Hauptventils zwischen dem ersten Aktor (7) und dem ersten Positionssensor
(6) angeordnet und/oder in Richtung der zweiten/vierten Stellachse (14) betrachtet
wenigstens das vierte Stellelement (8) des zweiten Hauptventils zwischen dem zweiten
Aktor (7) und dem zweiten Positionssensor (6) angeordnet sind.
10. Ventileinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der ersten/dritten Stellachse (14) betrachtet wenigstens das erste Stellelement
(4) des ersten Vorsteuerventils zwischen dem ersten Aktor (7) und dem ersten Positionssensor
(6) angeordnet und/oder in Richtung der zweiten/vierten Stellachse (14) betrachtet
wenigstens das zweite Stellelement (4) des zweiten Vorsteuerventils zwischen dem zweiten
Aktor (7) und dem zweiten Positionssensor (6) angeordnet sind.