Ventileinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem Hauptventil, das normalerweise geschlossen ist und eine

Rückschlagventilfunktion aufweist.

Stand der Technik

Bei der Ventileinrichtung handelt es sich zum Beispiel um ein Hauptstromventil in einem Hydraulikhybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. In dem

Hydraulikhybridantriebsstrang ist wenigstens eine Hydraulikmaschine, die auch als Hydrostat bezeichnet wird, an den ersten Druckanschluss der

Ventileinrichtung angeschlossen. Die Hydraulikmaschine kann direkt oder über weitere hier nicht angeführte Hydraulikkomponenten, in einem Sonderfall auch über eine weitere vergleichbare Ventileinrichtung, an den ersten Druckanschluss der Ventileinrichtung angeschlossen sein. An den zweiten Druckanschluss der Ventileinrichtung ist ein hydraulischer Druckspeicher angeschlossen. Der hydraulische Druckspeicher kann direkt oder über weitere hier nicht angeführte Hydraulikkomponenten an den zweiten Druckanschluss der Ventileinrichtung angeschlossen sein. Normalerweise ist der Druck in dem hydraulischen

Druckspeicher, also am zweiten Druckanschluss, größer als an einem Ausgang der Hydraulikmaschine, also dem ersten Druckanschluss, der umgekehrte Fall ist jedoch genauso möglich, entsprechend der gewählten Betriebsstrategie des Hydraulikhybridantriebsstrangs. Durch Bestromen der Magneteinrichtung wird das Hauptventil über das Vorsteuerventil geöffnet, wobei ein Dichtelement aus seiner Schließstellung in eine Öffnungsstellung bewegt wird. Wenn die

Magneteinrichtung nicht bestromt wird, dann ist das Dichtelement, zum Beispiel durch eine Schließfeder, in seine Schließstellung vorgespannt. Der umgekehrte Fall ist ebenfalls möglich.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe ist bei einer Ventileinrichtung mit einem Vorsteuerventil und einem Hauptventil, das normalerweise geschlossen ist und eine

Rückschlagventilfunktion aufweist, dadurch gelöst, dass das Hauptventil seitlich versetzt zu dem Vorsteuerventil angeordnet ist. Der Begriff seitlich versetzt bezieht sich insbesondere auf eine Längsachse des Hauptventils, die seitlich versetzt zu einer Längsachse des Vorsteuerventils angeordnet ist. Die versetzte Anordnung führt unter anderem dazu, dass ein Ventilkolbenhub des Hauptventils von einem Ankerhub des Vorsteuerventils entkoppelt wird. Normalerweise geschlossen bedeutet, dass das Hauptventil im unbetätigten Zustand der Ventileinrichtung geschlossen ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch

gekennzeichnet, dass ein Ventilkolben des Hauptventils in einem Aufnahmeraum einer Anschlussplatte angeordnet ist. In der Anschlussplatte ist vorzugsweise nur der Ventilkolben des Hauptventils angeordnet. Ein Steuerraum des Hauptventils ist, zumindest teilweise, außerhalb der Anschlussplatte angeordnet. Das

Vorsteuerventil ist vorzugsweise ebenfalls außerhalb der Anschlussplatte angeordnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben des Hauptventils in einem Ventilstück geführt ist, das in die Anschlussplatte eingelegt ist. An dem Ventilstück ist vorteilhaft auch eine Dichtkante beziehungsweise Dichtfläche ausgebildet, die zur Darstellung eines Ventilsitzes mit einer Dichtfläche beziehungsweise

Dichtkante zusammenwirkt, die an dem Ventilkolben vorgesehen ist. Das

Ventilstück ist vorzugsweise des Weiteren mit mindestens einer Nut ausgestattet, die zur Aufnahme einer Dichteinrichtung dient. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück durch einen Befestigungsflansch in der Anschlussplatte fixiert ist. Das Ventilstück ist vorzugsweise vollständig in einer Ausnehmung aufgenommen, die in der Anschlussplatte für das Ventilstück vorgesehen ist. Der Befestigungsflansch ist zum Beispiel mit Hilfe von

Befestigungsmitteln, wie Schrauben, fest an der Anschlussplatte montierbar.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungskanal in dem

Befestigungsflansch einen Steuerraum des Hauptventils darstellt. Der

Steuerraum des Hauptventils dient zur Aufnahme eines mit Druck

beaufschlagten Hydraulikmediums. Der Druck des Hydraulikmediums in dem Steuerraum kann über das Vorsteuerventil gezielt abgesenkt werden, um ein Öffnen des Hauptventils zu bewirken.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Polrohr des Vorsteuerventils an dem

Befestigungsflansch befestigt ist. Das Polrohr kann vorteilhaft in den

Befestigungsflansch eingeschraubt werden. In dem Polrohr ist ein Anker, vorzugsweise gegen die Vorspannkraft einer Ankerfeder, hin und her bewegbar geführt. Der Anker wird zum Beispiel über eine elektromagnetische Spule betätigt, die außerhalb des Polrohrs angeordnet ist. Über die elektromagnetische Spule kann eine ziehende oder drückende Betätigungskraft auf den Anker ausgeübt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselplatte kraftschlüssig mit dem Polrohr verbunden ist. Die Drosselplatte kann vorteilhaft auf ein Ende des Polrohrs aufgepresst werden. Zur Abdichtung zwischen der Drosselplatte und dem Polrohr dient zum Beispiel eine Beißkante.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussplatte mindestens einen Verbindungskanal aufweist, der das Vorsteuerventil mit dem Aufnahmeraum für den Ventilkolben des Hauptventils verbindet. Von einem Verbindungskanal erstreckt sich mindestens ein weiterer Verbindungskanal vorteilhaft zu einem ersten

Druckanschluss der Ventileinrichtung. Mindestens ein weiterer Verbindungskanal erstreckt sich vorteilhaft von dem erstgenannten Verbindungskanal zu einem zweiten Druckanschluss der Ventileinrichtung. Die beiden Druckanschlüsse der Ventileinrichtung können zum Beispiel mit Hilfe von Anschlusskanälen dargestellt werden, die sich von dem Aufnahmeraum für den Ventilkolben des Hauptventils durch die Anschlussplatte erstrecken.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rückschlagventile in dem Ventilkolben und/oder zwei Rückschlagventile in der Anschlussplatte angeordnet sind. Mit Hilfe der zwei Rückschlagventile, insbesondere mit Hilfe der vier Rückschlagventile, kann auf einfache Art und Weise eine gewünschte Rückschlagventilfunktionalität der Ventileinrichtung dargestellt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung als Hauptstromventil in einem

Hydraulikantrieb, insbesondere in einem Hydraulikhybridantrieb, ausgeführt ist. Der Hydraulikantrieb, insbesondere Hydraulikhybridantrieb, umfasst mindestens eine Hydraulikmaschine, die auch als Hydrostat bezeichnet wird. Vorteilhaft umfasst der Hydraulikhybridantrieb zwei Hydraulikmaschinen, die auch als Hydrostaten bezeichnet werden. An einen Ausgang der Hydraulikmaschine beziehungsweise der Hydraulikmaschinen ist ein hydraulischer Druckspeicher angeschlossen. Zwischen den Ausgang des beziehungsweise der Hydrostaten und den hydraulischen Druckspeicher ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung geschaltet.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Hydraulikhybridantriebsstrang mit einer vorab beschriebenen Ventileinrichtung.

Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Ventileinrichtung als Hauptstromventil in einem Hydraulikantrieb, insbesondere in einem Hydraulikhybridantrieb. Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls eine Anschlussplatte, einen Befestigungsflansch, eine Polrohr, ein Ventilstück und /oder einen Ventilkolben für eine vorab beschriebene Ventileinrichtung. Die genannten Teile sind separat handelbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 einen Hydraulikschaltplan einer Ventileinrichtung mit einem Hauptventil und einem Vorsteuerventil und

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Ventileinrichtung mit einem

Vorsteuerventil und einem Hauptventil, wobei ein Ventilkolbenhub des Hauptventils von einem Ankerhub des Vorsteuerventils entkoppelt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 und 2 ist eine Ventileinrichtung 1 ; 21 in verschiedenen

Ansichten dargestellt. Die Ventileinrichtung 1 ; 21 umfasst ein Hauptventil 2; 22; das je nach Ausführung auch als Rückschlagventil funktioniert, und ein

Vorsteuerventil 3; 23.

Das Hauptventil 2 umfasst, wie man in Figur 1 sieht, ein in einem Gehäuse 4 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführtes Dichtelement 6. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse 7 der Ventileinrichtung 1 . Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Längsachse 7. Das Dichtelement 6 ist durch eine Schließfeder 8 in seine in Figur 1 dargestellte Schließstellung vorgespannt.

In seiner Schließstellung unterbricht das Dichtelement 6 eine hydraulische Verbindung zwischen einem ersten Druckanschluss 1 1 und einem zweiten Druckanschluss 12. Der erste Druckanschluss 1 1 der Ventileinrichtung 1 ist über eine erste Drosselverbindung 15 an das Vorsteuerventil 3 angeschlossen. Dabei ist das Vorsteuerventil 3 zwischen die erste Drosselverbindung 15 und einen Steuerraum 10 der Ventileinrichtung 1 geschaltet. Der zweite Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 1 ist über eine zweite Drosselverbindung 16 mit dem Steuerraum 10 verbunden.

Die Ventileinrichtung 1 mit den beiden Anschlüssen 1 1 und 12 ist als

Hauptstromventil in einem Hydraulikhybridantriebsstrang (nicht dargestellt) ausgeführt. Der nicht dargestellte Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst einen verbrennungsmotorischen Antrieb und einen hydraulischen Antrieb. Der verbrennungsmotorische Antrieb ist zum Beispiel als Brennkraftmaschine ausgeführt und wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Der hydraulische Antrieb umfasst zum Beispiel zwei Hydraulikmaschinen, die auch als Hydrostaten bezeichnet werden.

Die beiden Hydrostaten oder Hydraulikmaschinen können vorteilhaft sowohl als hydraulische Pumpe als auch als hydraulischer Motor betrieben werden. Dabei können die beiden Hydraulikmaschinen zum Beispiel als hydraulische

Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein. Die beiden Hydraulikmaschinen sind über ein Hydrauliksystem hydraulisch miteinander verbindbar beziehungsweise verbunden. Das Hydrauliksystem umfasst mindestens ein Hauptstromventil, das durch die Ventileinrichtung 1 ; 21 dargestellt wird.

Das Hauptstromventil 1 ; 21 ist in dem Hydraulikhybridantriebsstrang zwischen einen Ausgang einer der Hydraulikmaschinen und einen hydraulischen

Druckspeicher geschaltet. Vorteilhaft ist jeweils ein Hauptstromventil zwischen die Ausgänge der Hydraulikmaschinen und den hydraulischen Druckspeicher geschaltet. Dabei ist der Ausgang der Hydraulikmaschinen beziehungsweise des Hydrostaten an den ersten Druckanschluss 1 1 der Ventileinrichtung 1 ; 21 angeschlossen. An den zweiten Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 1 ; 21 ist der hydraulische Druckspeicher angeschlossen, der vorzugsweise als

Hochdruckspeicher ausgeführt ist. Normalerweise ist der Druck, der in dem hydraulischen Druckspeicher herrscht, größer als der Druck am Ausgang des Hydrostaten, der auch als hydraulische Maschine bezeichnet wird. Durch Öffnen der Ventileinrichtung 1 ; 21 wird der hydraulische Druckspeicher mit dem Eingang oder Ausgang der an die

Ventileinrichtung 1 ; 21 angeschlossenen hydraulischen Maschine verbunden, und umgekehrt. Bei geöffneter Ventileinrichtung kann die an die Ventileinrichtung 1 ; 21 angeschlossene Hydraulikmaschine aus dem Druckspeicher hydraulisch angetrieben werden. Des Weiteren kann der Druckspeicher bei geöffneter Ventileinrichtung 1 ; 21 hydraulisch durch die an die Ventileinrichtung 1 ; 21 angeschlossene hydraulische Maschine aufgeladen werden.

Das Hauptventil 2; 22 wird auch als Hauptstromventil bezeichnet. Das

Vorsteuerventil 3; 23 wird auch Pilotventil bezeichnet. Das Hauptventil 2 mit dem Hauptkolben oder Dichtelement 6 kann bei großem Hauptventilhub große Volumenströme nahezu verlustfrei schalten. Normalerweise ist der Druck am zweiten Druckanschluss 12, der über die zweite Drosselverbindung 16 auch in dem Steuerraum 10 herrscht, größer als der Druck am ersten Druckanschluss 1 1. Über das Vorsteuerventil 3 kann der Druck im Steuerraum 10 auf ein

Druckniveau abgesenkt werden, das zwischen dem Druck am zweiten

Druckanschluss 12 und dem Druck am ersten Druckanschluss 1 1 liegt. Die Kräftebilanz der auf das Dichtelement 6 wirkenden hydraulischen Kräfte ist so ausgelegt, dass das Hauptventil 2 bei der Absenkung des Drucks im Steuerraum 10 durch das Vorsteuerventil 3 eine öffnende Kraft auf das Dichtelement 6 erzeugt.

In Figur 2 ist eine Ventileinrichtung 21 mit einem Hauptventil 22 und einem Vorsteuerventil 23 im Längsschnitt dargestellt. Die Ventileinrichtung 21 ist teilweise in einer Anschlussplatte 40 untergebracht, an welche ein

Befestigungsflansch 50 mit dem Vorsteuerventil 23 angebaut ist.

Das Hauptventil 22 umfasst einen Ventilkolben 30, der an seinem unteren Ende 31 eine Dichtfläche oder Dichtkante aufweist, die zur Darstellung eines

Ventilsitzes 32 des Hauptventils 22 an einer Dichtkante oder Dichtfläche eines Ventilstücks 38 anliegt. In Figur 2 ist der Ventilsitz 32 des Hauptventils 22 geschlossen dargestellt.

Wenn der Ventilkolben 30 mit seiner Dichtfläche von der Dichtkante des

Ventilstücks 38 abhebt, wird der Ventilsitz 32 des Hauptventils 22 geöffnet. Bei geöffnetem Ventilsitz 32 (nicht dargestellt) wird eine direkte Verbindung zwischen den beiden Druckanschlüssen 11 und 12 freigegeben. Diese Verbindung ist bei geschlossenem Ventilsitz 32 unterbrochen.

Der Ventilkolben 30 des Hauptventils 22 ist zur Darstellung der

Öffnungsbewegung und der Schließbewegung in axialer Richtung, das heißt in Figur 2 nach oben und nach unten bewegbar. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse 33 des Hauptventils 22.

Der Ventilkolben 30 ist in dem Ventilstück 38 geführt und zusammen mit dem Ventilstück 38 in einem Aufnahmeraum 34 angeordnet, der in der

Anschlussplatte 40 ausgespart ist. Dem Ventilkolben 30 ist eine Ventilfeder 36 zugeordnet, die in einem Ventilfederraum 37 angeordnet ist.

Die Ventilfeder 36 stützt sich mit ihrem in Figur 2 unteren Ende an dem

Ventilkolben 30 ab. Mit ihrem in Figur 2 oberen Ende stützt sich die Ventilfeder 36 an einem Befestigungsflansch 50 ab, der mit Hilfe von symbolisch

angedeuteten Befestigungsschrauben an der Anschlussplatte befestigt ist.

Von dem Aufnahmeraum 34 in der Anschlussplatte 40 geht ein Anschlusskanal 41 aus, der zur Darstellung des ersten Druckanschlusses der Ventileinrichtung 21 dient. Von dem Aufnahmeraum 34 in der Anschlussplatte 40 geht ein weiterer Anschlusskanal 42 aus, der zur Darstellung des zweiten Druckanschlusses 12 der Ventileinrichtung 21 dient. Die Anschlusskanäle 41 und 42 erstrecken sich parallel zueinander und senkrecht zur Längsdachse 33 des Hauptventils 22 der Ventileinrichtung 21.

Von dem Anschlusskanal 41 geht ein Verbindungskanal 45 aus. Ein weiterer Verbindungskanal 46 geht von dem Aufnahmeraum 34 der Anschlussplatte 40 im Bereich des Anschlusskanals 42 aus. Die beiden Verbindungskanäle 45, 46 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse 33 des Hauptventils 22 der Ventileinrichtung 21. Der Verbindungskanal 48 verläuft seitlich versetzt und parallel zur Längsachse 33 des Hauptventils 22 der Ventileinrichtung 21. Der Verbindungskanal 48 definiert eine Längsachse 58 des Vorsteuerventils 23 der Ventileinrichtung 21.

Ein Verbindungskanal 51 ist als Sackloch in dem Befestigungsflansch 50 ausgeführt. Von dem Verbindungskanal 51 erstreckt sich ein Verbindungskanal 52 in einen Aufnahmeraum 53 für das Vorsteuerventil 23 der Ventileinrichtung 21.

Das Vorsteuerventil 23 umfasst eine Magnetbaugruppe 55 mit einer

elektromagnetischen Spule 56, die außerhalb des Befestigungsflanschs 50 angeordnet ist. Die elektromagnetische Spule 56 erstreckt sich radial außerhalb eines Polrohrs 60. Das Polrohr 60 ist mit seinem in Figur 2 unteren Ende in den Befestigungsflansch 50 eingeschraubt. Auf das in Figur 2 untere Ende des Polrohrs 60 ist eine Drosselplatte 61 aufgepresst.

Die Drosselplatte 61 umfasst einen Verbindungskanal 62, der sich von einem Vorsteuerventilraum 63 innerhalb des Polrohrs 60 zu dem Verbindungskanal 48 in der Anschlussplatte 40 erstreckt. Der Vorsteuerventilraum 63 steht über die Verbindungskanäle 51, 52, die den Steuerraum des Hauptventils 22 darstellen, mit dem Ventilfederraum 37 des Hauptventils 22 in Verbindung.

In dem Vorsteuerventilraum 63 ist ein Schließkörper 64 angeordnet, der über eine Mitnehmerhülse 65 und eine Mitnehmerfeder 66 unter Zwischenschaltung eines Ankerteils 68 mit einem Anker 70 der Magnetbaugruppe 55 gekoppelt ist. Der Anker 70 ist gegen die Vorspannkraft einer Ankerfeder 72 in dem Polrohr 60 in axialer Richtung hin und her bewegbar. Eine Öffnungsbewegung des Ankers 70, also eine Bewegung des Ankers 70 in Figur 2 nach oben, wird durch

Bestromung der elektromagnetischen Spule 56 bewirkt.

Solange die elektromagnetische Spule 56 nicht bestromt wird, bleibt der

Schließkörper 64 in seiner in Figur 2 dargestellten Schließstellung, in welcher der Schließkörper 64 den Verbindungskanal 62 in der Drosselplatte 61 verschließt. Der Schließkörper 64 stellt zusammen mit dem in Figur 2 oberen Ende des Verbindungskanals 62 einen Vorsteuerventilsitz 73 dar.

Die Ventileinrichtung 21 umfasst insgesamt vier Rückschlagventile 81 bis 84. Ein erstes Rückschlagventil 81 ist in dem Verbindungskanal 45 angeordnet. Das Rückschlagventil 81 schließt zum Verbindungskanal 48 hin, das heißt, das Rückschlagventil 81 öffnet, wenn der Druck in den Verbindungskanälen 45 und 48 der Anschlussplatte 40 größer als der Druck am ersten Druckanschluss 11 der Ventileinrichtung 21 ist.

Ein zweites Rückschlagventil 82 ist in dem Verbindungskanal 46 angeordnet. Das zweite Rückschlagventil 82 schließt ebenfalls zum Verbindungskanal 48 hin, das heißt, das Rückschlagventil 82 öffnet, wenn der Druck in den

Verbindungskanälen 46 und 48 größer als der Druck am zweiten Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 21 ist.

Ein drittes Rückschlagventil 83 und ein viertes Rückschlagventil 84 sind in dem Ventilkolben 30 des Hauptventils 22 angeordnet. Das Rückschlagventil 83 schließt zum Druckanschluss 11 der Ventileinrichtung 21 hin. Das

Rückschlagventil 84 schließt zum Druckanschluss 12 der Ventileinrichtung 21 hin.