Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, bestehend aus mindestens ei nem, in einem Ventilgehäuse längsverfahrbar angeordneten Ventilkolben, der mittels eines Antriebs nebst zugehörigem Antriebsstrang bewegt ein zelne im Ventilgehäuse vorhandene Fluidanschlussstellen miteinander fl u- idführend verbindet oder voneinander trennt.

Eine dahingehende Ventilvorrichtung ist durch DE 10 2015 015 685 A1 be kannt. Zum dahingehenden Ansteuern des Ventilkolbens ist ein Elektromo tor vorgesehen, mit einem Rotor und einem Stator mit Statorspulen, wobei die Antriebsachse des Elektromotors die Verfahrachse des Ventilkolbens in einem Punkt schneidet oder um maximal einen durchschnittlichen halben Durchmesser eines fiktiven Kreises durch die Mittelpunkte der Statorspulen versetzt zu diesem Punkt angeordnet ist. Bei dieser Art der Motoranordnung lässt sich eine insgesamt schmale Segmentbauweise für die Ventilvorrich- tung als Ganzes erreichen, was eine Rolle spielt, wenn eine Vielzahl sol cher Ventile in Nebeneinanderanordnung an Drittbauteilen, wie Bauteilen von Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeugen, anzubringen sind. Ferner las sen sich für diese bekannte Lösung mit Vorteil elektronisch geregelte Elekt romotoren einsetzen und die bei den ansonst üblichen Schrittmotoren gege- benen Nachteile des geringen dynamischen Drehmomentes sowie der star ken, erforderlichen Untersetzung mit entsprechend starker Selbsthemmung kommen dadurch in Wegfall.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalten der beschriebenen Vorteile die Ventilvorrich tung dahingehend weiter zu verbessern, dass eine sichere Positionsüberwa chung für den Ventilkolben der Ventilvorrichtung erhalten ist.

Eine dahingehende Aufgabe löst eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit. Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 mittels einer Sensoreinrich tung die jeweilige Position des Antriebsstranges und damit die jeweilige Po sition des Ventilkolbens im Ventilgehäuse überwacht ist, lässt sich in funkti onssicherer Weise die jeweilige Stellung des Ventilkolbens im Ventilge häuse überwachen, so dass Fehlfunktionen ausgeschlossen sind. Eine dahin gehend genaue Erfassung der Absolut-Position des Ventilkolbens respektive des Steuerschiebers ist für Zwecke funktionalsicherer Systeme ausgespro chen vorteilhaft, um den sogenannten Diagnose-Deckungsgrad für Fluid- Ventile, insbesondere Hydraulik-Ventile, zu vergrößern.

Von großem Vorteil ist dabei weiter, dass die Sensoreinrichtung an eine ent sprechende Auswertelektronik angeschlossen werden kann, die in der Ven tilvorrichtung als Ganzes integriert, direkt eine Anzeige über den Systemzu stand der Ventilvorrichtung zulässt, beispielsweise in dem eine Status-LED- Anzeige in Gehäuseteilen der Ventilvorrichtung integriert ist. Ferner lassen sich Messwerte der Sensoreinrichtung im Rahmen einer elektrischen Längs verkettung mit mehreren miteinander verbundenen Ventilvorrichtungen an eine zentrale Steuer- und Auswerteeinheit weitergeben, beispielsweise im Rahmen einer zentralorganisierten Maschinensteuerung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvor richtung ist vorgesehen, dass der Antrieb ein Elektromotor ist und dass der Antriebsstrang zumindest eine von dem Elektromotor antreibbare Motor welle aufweist, die mit ihrem einen Ende in ein Getriebe ausmündet, das mit einer Getriebewelle ein Antriebsritzel ansteuert, das mit einer Zahn stange kämmt, die mit dem Ventilkolben zusammenwirkt. Aufgrund des Ge triebes lässt sich die hohe Antriebsdrehzahl des Elektromotors für das An triebsritzel, das mit der Zahnstange des Ventilkolbens zusammenwirkt, ent sprechend untersetzen, um dergestalt eine sichere Betätigung für den Ven tilkolben zu ermöglichen, wozu mitbeiträgt, dass der Antriebsstrang in eine Motorwelle und eine Getriebewelle unterteilt ist. Für einen funktionssiche ren Betrieb ist dabei von Vorteil, dass die Motowelle an ihrem anderen, dem Getriebe abgekehrten Ende, über den Elektromotor vorstehend, dreh bar in einem Antriebsgehäuse gelagert ist.

Die Unterteilung des Antriebsstranges in eine Motorwelle und eine Getrie bewelle hat auch den Vorteil, dass die Sensoreinrichtung einen ersten Sen sor aufweisen kann, der die Motorwelle überwacht und dass vorzugsweise zusätzlich ein weiterer Sensor vorhanden ist, der die Getriebewelle über wacht. Dergestalt ist eine Redundanz für die Sensoreinrichtung erreicht und der Sensor, der die Position der Getriebewelle überwacht, ermöglicht eine Detektierung einer Absolut-Position für den Ventilkolben im zugehörigen Ventilgehäuse, was den Diagnose-Deckungsgrad dadurch erhöht, dass re dundante Sensoren verwendet sind und zwar an der Motorwelle sowie an der Getriebewelle.

Der jeweils zum Einsatz kommende Sensor ist ein sogenannter Hall-Sensor, der im Antriebsgehäuse aufgenommen ist und der mit der Motor- bzw. der Getriebewelle zusammenwirkt, die für einen entsprechenden Messwertab griff jeweils einen Permanentmagneten aufweisen. In bevorzugter Weise ist für die Untersetzung der Motordrehzahl zwecks Antrieb des Antriebsritzels für den Zahnstangentrieb des Ventilkolbens zwi schen Motor- und Getriebewelle als Getriebe ein Planetenradgetriebe, vor zugsweise ein zweistufiges Planetenradgetriebe, eingesetzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvor richtung ist vorgesehen, dass der Elektromotor ein bürstenloser Gleich strommotor ist. Die üblicherweise vorhandenen drei Phasen für den dahin gehenden Gleichstrommotor können über eine entsprechende Elektronik kurzgeschlossen werden, mit der Möglichkeit kinetische Energie abzu bauen, da dann der bürstenlose Gleichstrommotor als Generator fungiert. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn bei voll ausgelenktem Ventilkol ben oder Steuerschieber bei einer Rückstellung in eine Null- oder Aus gangsposition mittels eines Energiespeichers, regelmäßig in Form einer Druckfeder, die dahingehende Bewegung beschleunigt erfolgt. Insgesamt ergeben sich dadurch folgende wesentliche Vorteile für die Ventilansteue- rung als Ganzes:

- Kommt es bei hochdynamischen Bewegungen des Motors, z. B. bei maxi maler Beschleunigung in Kombination mit abruptem Spannungsverlust und damit Kontrollverlust über Motor und Elektronik, zu einem elektro mechanischen Abbremsen, entspricht dies einem Fail-Safe-Betrieb für die Ventilvorrichtung.

- Im Stillstand, ohne aktive elektrische Ansteuerung, wird das Haltemoment stark vergrößert und damit eine ungewollte Ventilkolben- oder Steuer schieberbewegung unterbunden.

- Weiter besteht die Möglichkeit, neben dem direkten Kurzschliessen, einen Kurzschluss über einen Leistungswiderstand zu schalten, wobei sich mit tels des Widerstandswertes sich auf diese Art die Bremskraft bestimmen lässt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuse und das Antriebs gehäuse eigenständige, miteinander koppelbare Gehäuseeinheiten darstel len, so dass sich im Bedarfsfall bereits ausgelieferte Ventilgehäuse mit Fluid- anschlussstellen und Ventilkolben respektive Ventilschieber mit einem ent sprechenden Antrieb nebst elektronischer Steuerungsüberwachung nachrüs ten lassen.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Ventilvorrichtung als Ganzes;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Antriebsgehäuse nebst Antriebsstrang der Vorrichtung nach Fig. 1 ;

Fig. 3 in der Art einer Draufsicht, einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit einem Hall-Sensor für die Motorwelle;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Elektromotor nebst Lagerstellen zur drehbaren Führung der Motorwelle;

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem zweistufigen Planetenradgetriebe mit Getriebewelle nebst zugehörigen Sensorteilen, das sich unterhalb des Elektromotors nach der Fig. 4 anschließt;

Fig. 6 eine Ansicht auf das zweistufige Planetenradgetriebe nach der Fig. 4; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht auf das Planetenradgetriebe nach Fig. 5 mit Hohlrad.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die erfindungsgemäße Ventil vorrichtung am Beispiel eines Wegeventiles in Form eines sogenannten Schieberventils näher erläutert. Sofern Begriffe wie „Oberseite", „Oben" und „Unterseite" sowie „Unten" verwendet werden, beziehen sich diese Angaben auf eine normale Einbaulage, wie sie in den Figuren dargestellt ist.

Gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 ist ein Ventilkolben 2 respektive Schieberkolben in einem Ventilgehäuse 4 entlang einer Achse 6 längsver- fahrbar geführt. Das Ventilgehäuse 4 weist paarweise einander gegenüber liegende Fängsseiten 8 und Stirnseiten 10, 12 auf. Ferner verfügt das Ventil gehäuse 4 über eine Oberseite 14 und eine Unterseite 16. Die Unterseite 16, gemäß der Darstellung nach der Fig. 1, ist der einfacheren Darstellung wegen nur abgebrochen dargestellt. Entlang der Oberseite 14 münden die Nutzanschlüsse A, B aus dem Ventilgehäuse 4 aus und entlang der Unter seite 16 die beiden Tankanschlüsse T, die zwischen sich den Druckversor gungsanschluss P aufnehmen. Alle genannten Anschlüsse A, B, P, T stellen die Fluidanschlussstellen des Ventilgehäuses 4 dar.

Eine im linken Gehäuseendbereich befindliche Federanordnung 18 mit ei ner Druckfeder als Energiespeicher, die an die linke Stirnseite 12 des Ventil gehäuses 4 anschließt, gibt in der bei derartigen Wegeventilen üblichen Weise für den Ventilkolben 2 eine Neutral- oder Mittelstellung vor, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Des Weiteren weist das Ventilgehäuse 4 zwei sogenannte federbelastete Druckbegrenzungsventile 20 auf, die zur Absi cherung bei zu hohen Drücken an dem jeweiligen Nutzanschluss A, B den Fluidweg zum zugeordneten Tankanschluss T frei geben und insoweit ei nem ungewollten Druckanstieg entgegenwirken.

Verfährt in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen der Ventilkolben 2 aus sei ner insoweit gezeigten Neutralstellung nach rechts in eine Betätigungsstel lung, wird der Druckversorgungsanschluss P für eine Fluidversorgung unter Druck mit dem Nutzanschluss A verbunden und im Rücklauf erfolgt ein An schluss von Nutzanschluss B in Richtung des rechten Tankanschlusses T. Bei einer Auslenkung des Ventilkolbens nach links wird hingegen der Nutz anschluss B mit dem Pumpenanschluss oder Druckversorgungsanschluss P verbunden und der Nutzanschluss A mit dem linken Tankanschluss T. Der gestalt lässt sich beispielsweise ein hydraulischer Arbeitszylinder aus- und einfahren, der mit seiner Kolbenseite an den Nutzanschluss A fluidführend angeschlossen ist und mit seiner Stangenseite an den Nutzanschluss B. Da hingehende hydraulische Kreislaufführungen sind üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.

Des Weiteren verfügt die Ventilvorrichtung nach der Figur 1 noch über eine Notbetätigung 22, die mit dem Ventilkolben 2 zusammenwirkt und bei spielsweise eine Rückstellung des Ventilkolbens 2 in seine, in Fig. 1 ge zeigte Ausgangs- oder Neutralstellung ermöglicht. Darüber hinaus ist noch eine Hublängenbegrenzung 24 mit zwei Stellschrauben 26, 28 für den Ven tilkolben 2 vorgesehen. Auch die letztgenannte Ausgestaltung ist bei dahin gehenden Ventilvorrichtungen üblich, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.

In Blickrichtung auf die Figur 1 gesehen, schließt sich auf der rechten Stirn seite 10 des Ventilgehäuses 4 ein Antriebsgehäuse 30 an, das einen als Ganzes mit 32 bezeichneten Antriebsstrang aufnimmt. Der Antriebsstrang 32 beinhaltet unter anderem einen Elektromotor 34 als Antrieb, der vor zugsweise als bürstenloser Gleichstrommotor konzipiert ist. Die Einzelhei ten des dahingehenden Elektromotors 34 sind insbesondere in der Fig. 4 dargestellt. Auf der Unterseite respektive am unteren Ende des Elektromo tors 34 schließt sich ein Getriebe 36 an, insbesondere in Form eines Unter setzungsgetriebes. Das dahingehende Getriebe 36 als zweistufiges Plane tenradgetriebe ist insbesondere in der Figur 5 dargestellt. Vorzugsweise lau fen alle bewegbaren Teile des Antriebsstranges 32 im Antriebsgehäuse 30 unter Öl. Des Weiteren ist eine, insbesondere in der Figur 2 gezeigte, Sen soreinrichtung 38 vorhanden, mit zwei Sensoren in Form eines oberen Hall- Sensors 40 und in Form eines unteren Hall-Sensors 42. Die dahingehende Sensoreinrichtung 38 mit ihren beiden Hall-Sensoren 40, 42 erlaubt die je weilige Positionsüberwachung für Teile des Antriebsstranges 32 und erlaubt damit unmittelbar einen Rückschluss auf die jeweilige Position des Ventil kolbens 2 im Ventilgehäuse 4. Wie insbesondere die Figur 4 zeigt, weist der Antriebsstrang 32 eine von dem Elektromotor 34 antreibbare Motor welle 44 auf. Die Motorwelle 44 mündet auf ihren beiden freien Seiten aus dem Gehäuse des Elektromotors 34 aus und ist drehbar in ihrem endseiti gen Bereich in üblichen Lagerstellen 48 geführt. Der im Motorgehäuse 46 aufgenommene Elektromotor 34 weist einen in Statorspulen 50 drehbar ge führten Rotor 52 auf, der mittels Federvorspannung einer Druckfeder 54 in axialer Position im Motorgehäuse 46 drehbar gehalten ist und dergestalt sein Antriebsdrehmoment an die Motorwelle 44 weitergibt. Wie die Dar stellung nach der Fig. 2 zeigt, ist das kastenförmige Motorgehäuse 46 im Antriebsgehäuse 30 integriert.

Die Motorwelle 44 weist in Blickrichtung auf die Figur 4 gesehen an ihrem oberen Ende einen Permanentmagneten 56 auf und des Weiteren sieht man im oberen Bereich Anschlussstellen 58 in Form eines Steckerteils zwecks Stromversorgung der Statorspulen 50. An seinem dem gegenüberliegenden Ende ist die Motorwelle 44 mit einer Art Keilwellenverzahnung 60 versehen zwecks Eingriff in eine zugehörige Aufnahmestelle 62 einer oberen, ersten Planetenstufe 63 des zweistufigen Planetenradgetriebes 36. Wie insbeson dere die Figur 3 zeigt, wirkt der obere Permanentmagnet 56 mit dem im Antriebsgehäuse 30 stationär aufgenommenen oberen Hall-Sensor 40 zu sammen.

In Blickrichtung auf die Figur 5 gesehen, mündet das Getriebe 36 an ihrem unteren Ende in eine Getriebewelle 64 aus, an deren unterem Ende ein An triebsritzel 66 angeordnet ist, das gemäß der Darstellung nach den Figuren 1 und 2 mit einer Zahnstange 68 kämmt, auf deren linker Seite sich der Ventilkolben 2, vorzugsweise in einstückiger Bauweise mit der Zahnstange 68 anschließt. Die Getriebewelle 64 ist im Getriebegehäuse 70 mit dem Getriebe 36 mittels zweier Lagerstellen 72 drehbar, aber axial unverschieb bar geführt. An ihrem, dem Antriebsritzel 66 gegenüberliegenden Ende ist die Getriebewelle 64 wiederum mittels einer Keilwellenverbindung 74 an eine zweite, untere Planetenstufe 75 des Planetenradgetriebes 36 ausgangs seitig festgelegt. Die dahingehende Keilwellenverbindung 74 ragt gemäß der Darstellung nach der Figur 5 noch in einen mittleren Planetenträger 76 des Getriebes 36 hinein, jedoch ohne Ausübung einer Drehmomentenüber- tragung in diesem Bereich. Zwischen den beiden Lagerstellen 72 ist ein weiterer Permanentmagnet 78 vorhanden, der drehfest mit der Getriebe welle 64 zusammenwirkt und den unteren Hall-Sensor 42 (s. Fig. 2) ansteu ert.

Wie insbesondere die Figuren 6 und 7 zeigen, in Verbindung mit der Figur 5, weist das zweistufige Planetenradgetriebe 36 die erste Planetenstufe 63 mit drei Planetenrädern 80 auf, die sich um ein Sonnenrad 82 drehen, das in der Art einer Keilwellenverzahnung 60 in die Aufnahmestelle 62 der ers ten Planetenradstufe 63 eingreift. Die drei Planetenräder 80 mit gleicher Verzahnung sind über Achsen 84 drehbar auf dem ersten, oberen Planeten träger 76 geführt. Ferner kämmen die drei Planetenräder 80 außenumfangs seitig gemäß der Darstellung nach der Figur 7 in einem Hohlrad 86 ab, das gehäusefest mit der Getriebeummantelung 88 verbunden ist. Wie insbeson dere die Darstellung nach der Figur 5 zeigt, durchgreifen die einzelnen Achsen 84 den oberen Planetenträger 76 und sind bis zu einem unteren Planetenträger 90 geführt. Insoweit sind koaxial zu den drei Planetenrädern 80 drei weitere Planetenräder 92 auf den Achsen 84 drehbar geführt und er strecken sich zwischen dem oberen Planetenträger 76 und dem unteren Pla netenträger 90. Die drei weiteren Planetenräder 92 weisen jeweils eine grö ßere Zähnezahl auf als ein Planetenrad 80 der darüberliegenden ersten Pla netenstufe 63. Die drei weiteren Planetenräder 92 bilden mit ihrem zweiten Planetenträger 90 und dem mittleren Sonnenrad 94, das insoweit gleichfalls eine Art Keilwellenverbindung 74 mit den Planetenrädern 92 eingeht, die zweite Planetenstufe 75 des Getriebes 36 aus. Auch insoweit kämmen dann die drei weiteren Planetenräder 92 außenumfangsseitig entlang eines von der Zähnezahl angepassten weiteren Hohlrades 96 ab. Gemäß der Darstel lung nach der Figur 5, ist sowohl das erste Hohlrad 86 als auch das zweite Hohlrad 96 Bestandteil der Getriebeummantelung 88, die gemäß der Dar stellung nach der Figur 2 wiederum integraler Bestandteil des Antriebsge häuses 30 ist.

Wird die Motorwelle 44 mittels des Elektromotors 34 angetrieben, treibt das zugehörige Sonnenrad 82 die drei umlaufenden Planetenräder 80 an und diese nehmen über ihre Achsen 84 die drei weiteren Planetenräder 92 in derselben Umlaufrichtung mit, wobei diese ihre dahingehende Drehbewe- gung an das mittlere Sonnenrad 94 der zweiten Planetenstufe 75 abtriebs seitig weitergeben, die mit der Getriebewelle 64 verbunden für den Zahn stangenantrieb des Ventilkolbens 2 das Antriebsritzel 66 drehend antreibt. Dabei laufen die jeweiligen Planetenräder 80, 92 an ihren zugeordneten Hohlrädern 86, 96 auf der Innenseite der Getriebeummantelung 88 ab. Dergestalt lassen sich sehr hohe Drehzahlen des Elektromotors in geringe Antriebsdrehzahlen für das Antriebsritzel 66 untersetzen.

Für eine dahingehende Antriebsbewegung der Zahnstange 68 nebst Ventil kolben 2 wird dann mittels des oberen Hall-Sensors 40 sowohl die Drehbe- wegung für die Motorwelle 44 überwacht als auch über den unteren Hall- Sensor 42 die Drehbewegung der demgegenüber untersetzt drehenden Ge triebewelle 64. Da das Getriebe 36 ein definiertes Untersetzungsverhältnis vorgibt, lässt sich dergestalt eine redundante Überwachung für die Bewe gung des Ventilkolbens 2 hersteilen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, gemäß der Darstellung nach der Fi gur 1, in das Antriebsgehäuse 30 randseitig einen zusätzlichen Sensor in Form eines Drucksensors 98 aufzunehmen, der über einen Querkanal 100 den Fluiddruck im Bereich des rechten Druckbegrenzungsventils 20 über- wacht.

Des Weiteren ist die Oberseite des Antriebsgehäuses von einem Deckelteil mit darin aufgenommener Platine 102 abgeschlossen. In vorteilhafter Weise ist die genannte Platine 102 waagerecht über dem Elektromotor 34 aufge- nommen, so dass insoweit bauraumsparend die Positionsmessung über den oberen Hall-Sensor 40 erfolgen kann und zwar über den auf der Motor welle 44 sitzenden Permanentmagneten 78. Weiterhin ist hierdurch eine einfache Anbindung der externen Steckerkontakte in Form der Anschluss stellen 58 realisiert, was im Rahmen einfach zu realisierender Einpresskon- takte in die Platine 102 erfolgen kann. Des Weiteren verfügt die Platine 102 über eine nach außen freigelegte LED-Anzeige 104, über die sich der Be triebszustand für die gesamte Ventilvorrichtung ersehen lässt. Über eine auf der Unterseite der Platine 102 angebrachte Steckeranordnung 106, lässt sich darüber hinaus im Rahmen einer Art Längsverkettung (nicht dargestellt) verschiedene hintereinander angeordnete Ventilvorrichtungen gemäß der Darstellung nach der Figur 1 in Segmentbauweise zentral von einer Maschi nensteuerung überwachen und ansteuern.

Des Weiteren sind die beiden Hall-Sensoren 40, 42 über eine gemeinsame, elektrische Versorgungsleitung 108 miteinander verbunden.