Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, bestehend aus mindestens einem in einem Ventilgehäuse mittels eines Elektromotors entlang einer Verfahrachse längsverfahrbar angeordneten Ventilkolben, der im Ventilgehäuse angeordnete Fluidanschlussstellen zumindest teilweise miteinander verbindet oder voneinander trennt. Das Ventilgehäuse besteht dabei regelmäßig aus paarweise einander gegenüberliegenden Längs- sowie Stirnseiten und einer Ober- und einer Unterseite.

Die elektromotorische Betätigung von Ventilvorrichtungen ist bekannt. Die- ses Funktionsprinzip bietet zahlreiche Vorteile gegenüber hydraulischen Aktuatoren. Bei Serienanwendungen, wenn Ventilvorrichtungen in einem hydraulischen Wegeventilblock mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Steuerventilsegmenten für Steuersysteme von mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere von Landmaschinen, zum Einsatz kommen, ist für die einzelnen Ventil segmente eine besonders schmale Bauweise anzustreben, um die Gesamtbreite des Wegeventilblocks in annehmbaren und für die jeweilige Einbausituation geeigneten Grenzen zu halten.

Das Dokument US 7 591 448 B2 offenbart eine elektromotorisch betätigba- re Ventilvorrichtung der eingangs genannten Gattung, die für Serienanwendungen, also für Ventilblöcke mit nebeneinander liegenden Steuerventilen, vorgesehen ist. Um eine für die Serienanwendung ausreichend schmale Bauweise der Einzelsegmente zu erreichen, ist bei dieser Lösung ein Innenläufer-Schrittmotor vorgesehen, dessen Drehachse in Richtung der Längsverkettung des betreffenden Ventilblocks verläuft. Um eine schlanke Bauweise mit der bei Serienanwendungen üblichen Segmentbreite von weniger als 44 mm zu erhalten, ist eine schmale Bauform des Schrittmotors mit geringer, in Richtung der Drehachse gemessenen Breite erforderlich, die in dem genannten Dokument mit H angegeben ist. Bei der geringen Effizienz und Leistungsdichte von Schrittmotoren, steht nur ein sehr kleines Drehmoment zur Verfügung, selbst wenn der Motordurchmesser, der in dem erwähnten Dokument mit D bezeichnet ist, im Verhältnis zur axialen Breite H entsprechend groß gewählt ist. Die bekannte Lösung sieht hierfür ein Verhältnis von D/H von mehr als 1 ,6 vor. Das geringe, zur Verfügung stehende Drehmoment bedingt eine starke Untersetzung, wodurch der Aktua- tor bei sehr hohem Rückstellmoment langsam arbeitet, so dass er für einen Einsatz bei Mobilventilen ungeeignet ist. Zudem hat der Schrittmotor aufgrund seines Rastmoments eine hohe Selbsthemmung, was es erschwert, die Ventilvorrichtung mit einer funktional sicheren, federzentrierten Mittelstellung zu versehen. Durch die EP 2 916 052 AI ist eine Ventilscheibe mit einem Grundkörper bekannt, der aus paarweise einander gegenüberliegenden Längs- sowie Stirnseiten und einer Ober- und einer Unterseite gebildet ist und in dem ein Steuerschieber oder Ventilkolben längsverfahrbar aufgenommen ist. Ferner weist die bekannte Lösung ein mit einem Elektromotor antreibbares Zahn- radgetriebe auf, das eine mit dem Steuerschieber oder Ventilkolben verbundene Zahnstange antreibt, die über eine biegeelastische Koppelstange fest mit dem Steuerschieber oder Ventilkolben verbunden ist. Sowohl der Elektromotor als auch das Zahnradgetriebe mit der Zahnstange sind stirnseitig an das Gehäuse der Ventilscheibe angeflanscht, um dergestalt einen schmalen Aufbau für die Ventilscheibe zu erreichen zwecks Aufbau dahingehender Ventilscheiben zu Komplett-Ventilblöcken. Die dahingehend be- kannte Ventilvorrichtung baut demgemäß in Längsrichtung parallel zu ihren Längsseiten gesehen groß auf, und um eine leichte Verschiebbarkeit des Steuerschiebers oder Ventilkolbens über die Zahnstange zu erreichen, ist die biegeelastische Koppelstange dazwischen vorzusehen, was zu einem erhöhten Aufwand auch bei der Montage führt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Ventilvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sich durch ein besonders günstiges Betriebsverhalten auszeichnet, konstruktiv klein auf- baut und kostengünstig in der Realisierung ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Ventilvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 , 2 oder 3 in seiner jeweiligen Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zeichnet sich die dahingehende Erfindung dadurch aus, dass die Antriebsachse des Elektromotors oder deren fiktive Verlängerung die Verfahrachse des Ventilkolbens schneidet. Bei dieser Motoranordnung lässt sich eine schmale Bauweise realisieren, ohne dass das Prinzip des Schrittmotors genutzt werden müsste, vielmehr lassen sich mit Vorteil elektronisch geregelte Elektromotoren einsetzen. Die bei Schrittmotoren gegebenen Nachteile des geringen dynamischen Drehmoments, der starken, erforderlichen Untersetzung mit entsprechend starker Selbsthemmung, kommen dadurch in Wegfall. Insbesondere steht bei einer dahingehenden Anordnung vorzugsweise das Motorgehäuse seitlich nicht über das Ventilgehäuse vor, so dass eine schmale Segment- Bauweise erreicht ist, was eine Rolle spielt, wenn eine Vielzahl solcher Ventile in Nebeneinanderanordnung an Drittbauteilen, wie Bauteilen von Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeugen, anzubringen sind. Gemäß dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 2 und 3 zeichnet sich die Erfindung ferner dadurch aus, dass die Antriebsachse des Elektromotors die Ober- oder Unterseite des Ventilgehäuses oder deren jeweilige fiktive Verlängerung durchgreift oder dass die Antriebsachse des Elektromotors oder deren fiktive Verlängerung parallel oder schräg verlaufend zu den Flu- idanschlussstellen im Ventilgehäuse angeordnet ist, soweit diese aus dem Ventilgehäuse auf dessen Ober- und/oder Unterseite austreten. Hierdurch ist es möglich, im Gegensatz zum Stand der Technik nach der EP 2 916 052 A1 die Antriebseinheit für den Ventilkolben von dem vorderen stirnseitigen Bereich, an dem die bekannte Antriebseinheit weit vorsteht, bevorzugt auf die Oberseite der Ventilvorrichtung zu setzen, was nicht nur platzsparend ist, sondern auch einen Direktantrieb für den Ventilkolben ohne Zwischenschalten biegeelastischer Koppelstangen oder dergleichen ermöglicht. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik, insbesondere kommt es nicht zur Selbsthemmung im Antriebsstrang für den Ventilkolben. Sofern die Antriebsvorrichtung, insbesondere in Form des Elektromotors auf der Oberseite des Ventilgehäuses oder Teilen dieses Ventilgehäuses aufgesetzt ist, kann in platzsparender und den Segmentaufbau unterstützender Weise Teile einer Nothandbetätigung auf der Unterseite des Ventilgehäuses oder Teilen desselben hervortreten.

Die Längsseiten des jeweiligen Ventilgehäuses bilden in ihrer fiktiven Verlängerung parallel zueinander verlaufende Begrenzungsebenen aus, zwischen denen die möglichen Ebenen mit der Verfahrachse liegen, die von der Motor-Antriebsachse respektive deren fiktiver Verlängerung geschnitten werden. Vorzugsweise schneidet die Motor-Antriebsachse die Verfahrachse des Ventilkolbens senkrecht. Es besteht aber auch die Möglichkeit eines sogenannten Quereingriffs, sofern anstelle eines Zahnradritzels-Zahn- stangeneingriffs eine Schnecken- oder sonstige hierfür geeignete Getriebe- anordnung zum Einsatz kommt, auch wenn solche Getriebe selbsthemmend sein sollten. Anders als bei der erwähnten bekannten Lösung nach dem US-Patent kann bei dem einen Rotor und einen Stator aufweisenden Elektromotor das Verhältnis D zu H eines durchschnittlichen Durchmessers D eines fiktiven Kreises durch die Mittelpunkte der Statorspulen, geteilt durch eine Gesamthöhe H der Spulen in einer Richtung parallel zur Antriebsachse des Rotors, kleiner als 1 ,5, vorzugsweise kleiner als 1 , sein. Im Vergleich zum Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung dadurch konstruktiv freier gestaltbar.

In Segmentbauweise kann eine vorgebbare Anzahl von Ventilgehäusen in Nebeneinanderanordnung mit auf ihnen aufgesetzten Elektromotoren vorgesehen sein, wobei die Elektromotoren in Richtung der Nebeneinanderanordnung innerhalb der Grenzen der jeweiligen Ventilgehäuse angeordnet sind.

Eine derartige Nebeneinanderanordnung lässt sich in vorteilhafter Weise durch jeweils eingesetzte Elektromotoren in Form permanenterregter Innenläufer-Synchronmaschinen realisieren.

Die Anordnung kann hierbei mit Vorteil so getroffen sein, dass der jeweilige Motor über einen digitalen Controller mit absoluter Drehpositionserkennung gesteuert ist. Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der Ventilkolben an seinem einen freien Ende eine Zahnstange auf, die mit einem Antriebsritzel des Elektromotors oder eines an den Elektromotor angeschlossenen Getriebes kämmt. Als Getriebe kann mit Vorteil ein Stirnradgetriebe oder ein ein- oder mehrstufiges, insbesondere zweistufiges Planetenradgetriebe vorgesehen sein. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass im Bereich der Zahnstange sich an den Ventilkolben eine vorzugsweise von Hand betätigbare Notbetätigung anschließt.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen sind zumindest die Zahnstange des Ventilkolbens sowie das Antriebsritzel des Elektromotors oder etwaig an diesem Motor angeschlossene Getriebe unter Öl in einer an das Ventilgehäuse angeschlossenen und gegenüber diesem Gehäuse abge- dichteten Kammer betreibbar, die auch Bestandteil des Ventilgehäuses sein kann. Eine derartige Bauweise zeichnet sich durch eine besonders hohe Betriebssicherheit im Langzeitbetrieb aus.

Hinsichtlich der Ausbildung des zugeordneten Wegeventils kann die An- Ordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass am anderen, der Zahnstange abgekehrten Ende der Ventilkolben mittels einer RückStelleinrichtung, vorzugsweise unter Einsatz einer Druckfeder, bei unbetätigtem Elektromotor in eine Neutralstellung zurückgeholt ist. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass in der Neutralstellung ein Druckversorgungsanschluss P von zwei Nutzanschlüssen A, B getrennt ist und dass in gegenüberliegenden Verfahrstellungen, hervorgerufen durch den betätigten Elektromotor, der Ventilkolben einmal den einen A und einmal den anderen B Nutzanschluss mit dem Druckversorgungsanschluss P verbindet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen abgebrochenen, die Ventilgehäuseanordnung nur teilwei se zeigenden Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Ventil Vorrichtung;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 in größerem Maßstab gezeichneten Teil längsschnitt lediglich des Betätigungsteiles des Ausführungsbeispieles und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie III-III von

Fig. 2.

Unter Bezug auf die Zeichnung wird die erfindungsgemäße Ventil Vorrichtung am Beispiel eines LS-Wegeventils in Form eines Schieberventils erläutert. Die Bauweise des Ventilgehäuses mit dem zugehörigen Schieberkolben entspricht bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel der bekannten Ventilvorrichtung, wie sie im Dokument DE 10 2013 021 31 7 A1 offenbart ist, worauf Bezug genommen wird. Der Unterschied der Erfin dung demgegenüber besteht darin, dass ein elektromotorischer Aktuator vorgesehen ist, dessen Bauweise einen besonders vorteilhaften Einsatz der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung für Serienanwendungen bei Ventilblöcken mit eng nebeneinander angeordneten Ventilvorrichtungen ermöglicht. Sofern in der Patentanmeldung die Begriffe„Oberseite" und„Unterseite" verwendet werden, beziehen sich diese Angaben auf eine normale Einbaulage, wie sie in den Figuren dargestellt ist.

In Entsprechung zu der im genannten Dokument offenbarten Lösung ist ein Schieberkolben 1 in einem Ventilgehäuse 3 entlang einer Achse 5 verfahrbar. Das Ventilgehäuse 3 weist paarweise einander gegenüberliegende Längsseiten 2 und Stirnseiten 4 auf. Ferner verfügt das Ventilgehäuse 3 über eine Oberseite 6 und eine Unterseite 8. Gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 sind die dahingehenden Gehäusewandungen strichliniert nur von ihrer jeweiligen Umrisslinie dargestellt. Es versteht sich, dass in jeweils fiktiver Verlängerung die dahingehenden Seiten in Ebenen planparallel ver- laufend in alle Richtungen vorstehen können. Am Ventilgehäuse 3 befinden sich weiter wie bei derartigen Ventilvorrichtungen üblich Gehäuseanschlüsse, wie ein Druckversorgungsanschluss P und zwei Nutzanschlüsse A und B. Die regelmäßig in Form von Bohrungen im Ventilgehäuse 3 eingebrach- ten Anschlüsse P, A, B weisen jeweils strichliniert wiedergegebene Längsachsen 10 auf. Weitere Anschlüsse, wie Tank-Rücklaufanschlüsse oder Anschlüsse z. B. für eine Druckwaage, sind in Fig. 1 nicht beziffert.

Eine im Gehäuseendbereich 7 befindliche Federanordnung 9 gibt in der bei derartigen Wegeventilen üblicher Weise für den Schieberkolben 1 eine

Neutral- oder Mittelstellung vor, wie sie der Schieberkolben 1 in Fig. 1 einnimmt. An dem dem Gehäuseendbereich 7 entgegengesetzten, in Fig. 1 rechtsseitig gelegenen Ende schließt sich an das Ventilgehäuse 3 ein Gehäuseendteil 1 1 an, das eine sich zur Achse 5 koaxial erstreckende innere Kammer 13 enthält, die gegenüber dem Ventilgehäuse 3 über eine Dichtung 1 5 abgedichtet ist, jedoch als Bestandteil des Ventilgehäuses 3 anzusehen ist. In Entsprechung zu der aus dem erwähnten Dokument DE 10 2013 021 31 7 A1 bekannten Ventilvorrichtung erstreckt sich der Schieberkolben 1 mit einem Endabschnitt 17 in die Kammer 13. In ebenfalls der genannten bekannten Lösung entsprechender Weise wirkt der Schieber- Endabschnitt 1 7 innerhalb der Kammer 13 mit einem Betätigungsteil 19 einer Notbetätigung sowie einer Hublängenbegrenzung des Schieberkolbens 1 zusammen. Da diese ebenfalls der aus dem erwähnten Dokument bekannten Lösung mit Stellschrauben 20 und 21 entspricht, erübrigt sich diesbezüglich eine nähere Beschreibung.

Der als Aktuator dienende Elektromotor 23 ist am Gehäuseendteil 1 1 derart angeordnet, dass seine Antriebsachse 25 die Verfahrachse 5 des Schieberkolbens 1 senkrecht schneidet und sich ein am Ende der Motorwelle befind- liches Zahnritzel 27 innerhalb der Kammer 13 befindet. Wie am deutlichsten die Fig. 3 zeigt, ist am Endabschnitt 17 des Schieberkolbens 1 eine Zahnstange 29 befestigt, mit der das Ritzel 27 kämmt. Wie bei der erwähnten bekannten Lösung ist der Schieberkolben 1 in der Kammer 13 unver- drehbar geführt, so dass die Zahnstange 29 bei durch das Ritzel 27 bewirkten Axialbewegungen in Anlage an einem führenden Gleitelement 31 ver- bleibt, das, s. Fig. 3, an der Wand der Kammer 13 befestigt ist. Die nach außen hin abgedichtete Kammer 1 3 steht vom Ventilgehäuse 3 her unter Öl, so dass die von Ritzel 27, Zahnstange 29 und Gleitelement 31 gebildete Getriebeanordnung unter Öl läuft. Dabei ist die Abdichtung gegenüber dem Motorgehäuse 33 des Elektromotors 23 durch eine zur Antriebsachse 25 radiale Rotationsdichtung 35 gebildet. Anstelle des gezeigten Gleitelementes 31 könnte auch ein Wälzlager oder eine Rolle eingesetzt sein.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Elektromotor 23 in Form eines permanenterregten Innenläufer-Synchronmotors vorgesehen. Bei einem Abmessungsverhältnis von D zu H von wesentlich weniger als 1 ,5 und vorzugsweise von weniger als 1 stellt ein permanent erregter Synchronmotor bei einer schlanken Bauweise, die eine enge Nebeneinanderanordnung von Ventilvorrichtungen in Ventilblöcken ermöglicht, ein eine schnelle und sichere Ventilbetätigung ermöglichendes Drehmoment zur Verfügung. Der Antrieb kann über einen Direktantrieb durch Ritzel 27 und Zahnstange 29 erfolgen. Zusätzlich zu einem derartigen Stirnradgetriebe könnte auch ein mehrstufiges, insbesondere zweistufiges, Planetenradgetriebe oder ein exzentrisches Stirnradgetriebe vorgesehen sein. Die geringe oder nicht vorhandene Selbsthemmung des Antriebes mit permanent erregtem Synchron- motor ermöglicht eine einfache Bauweise einer Nothandbetätigung.

Wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, ist für den Antrieb des Ritzels 27 ein Planetenradgetriebe 30 eingesetzt. Um ein zentrales, nicht näher dargestelltes Sonnenrad kämmen die einzelnen Planetenräder 32, die auf ihrer Au- ßenumfangsseite oder Abtriebsseite in Eingriff mit einem Zentralrad 34 innerhalb des Motorgehäuses 33 sind, das wiederum über einen Stangenver- bindungstrieb 36 mit dem anzutreibenden Zahnritzel 27 verbunden ist. Das nicht näher dargestellte Sonnenrad des Planeten radgetriebes 30 wird wiederum von dem Elektromotor 23 entlang dessen Antriebsachse 25 (s. Fig. 1 ) angesteuert respektive angetrieben. Wie die Fig. 1 weiter zeigt, durchgreift die dahingehende Antriebsachse 25 respektive das Motorgehäuse 33 die fiktive Verlängerung der Oberseite 6 des Ventilgehäuses 3. Ferner ist die dahingehende Antriebsachse 25 des Elektromotors 23 parallel zu den Längsachsen 10 der Fluidanschlüsse P, A, B ausgerichtet. Sofern man anstelle des Zahnstangentriebes 29 ein nicht näher dargestelltes und beschriebe- nes Schneckenantriebsteil setzen würde, wäre auch eine Schrägstellung der Antriebsachse 25 des Elektromotors 23 möglich, d.h. die Motorachse 25 würde in einem schrägen Winkel die Oberseite 6 des Ventilgehäuses 3 selbst oder in deren fiktiven Verlängerung schneiden (nicht dargestellt). Für die Steuerung des Motors 23 ist ein Elektronikgehäuse 37 an das Motorgehäuse 33 angegossen und bildet eine gegenüber dem Motorgehäuse 33 abgedichtete Kavität 39, in der eine Elektronikplatine 41 aufgenommen ist. Sowohl die Kavität 39 des Elektronikgehäuses 37 als auch das Motorgehäuse 33 sind voneinander unabhängig gekapselt und gegen Feuchtigkeit von außen abgedichtet. Die Platine 41 kann einen digitalen Controller aufweisen, der die Drehposition des Motors 23 erkennt, beispielsweise durch eine sensorlose Positionsmessung (Rotorlagebestimmung durch die Motorwicklung). Die Ansteuerung kann über einen CAN BUS oder ein analoges Eingangssignal erfolgen.

Wie die Fig. 3 zeigt, ist das Zahnritzel 27 in der Kammer 13 zentral angeordnet, so dass die Antriebsachse 25 des Elektromotors 23 die Verfahrachse 5 senkrecht schneidet. Für den Durchmesser des runden Motorgehäuses 23 in Richtung der Nebeneinanderanordnung in einem Ventilblock steht dadurch die gesamte Breite der jeweiligen Ventil Vorrichtung zur Verfügung. Bei entsprechend geringerem Durchmesser des Elektromotors 23 und des Motorgehäuses 33 wäre auch eine seitliche Versetzung der Antriebsachse 25 von der Verfahrachse 5, beispielsweise in Richtung der in Fig. 3 gezeigten Achse 40, möglich, die senkrecht auf der Verfahrachse 5 steht, wobei die Antriebsachse 25, die die Verfahrachse 5 enthaltende Ebene nach wie vor senkrecht schneiden würde.