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Die
Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein mittels eines Elektromagneten
steuerbares Hydraulikventil, wie es insbesondere in Steuerungen
bei automatischen Cabrio-Verdeckabläufen eingesetzt wird.
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Bei
der Steuerung von Cabrio-Verdeckabläufen werden 3/2-Magnetventile
verwendet, die einen Pumpenanschluss, einen Verbraucheranschluss
und einen Tankanschluss besitzen und entweder den Pumpenanschluss
mit dem Verbraucheranschluss oder den Verbraucheranschluss mit dem
Tankanschluss verbinden, um das Cabrio-Verdeck zu schließen und
zu öffnen.
Die Bewegungsabläufe
werden durch Gewichts- und Kinematikkräfte bestimmt, wobei in bestimmen
Positionen eine Bewegung bereits durch das Eigengewicht des Verdecks
erfolgt. Dadurch ergeben sich bisweilen unerwünscht hohe Bewegungsgeschwindigkeiten
und ein ungebremstes Einfahren in die Anschläge, was zu störenden Geräuschen und
Rückprallen
führt.
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Dies
liegt daran, dass die 3/2-Magnetventile in Sitzbauweise ausgeführt sind
und bereits ein geringfügiges
Abheben des Dichtkörpers
vom Dichtsitz zu einem ungedrosselten Volumenstrom vom Verbraucheranschluss
zurück
zum Tank zur Folge hat. Zwar wäre
es theoretisch denkbar, durch exakte Steuerung der Lage des Dichtkörpers zum
Dichtsitz, beispielsweise mittels eines geeignet ausgebildeten Magnetantriebs,
zwischen der offenen und der geschlossenen Position des Sitzventils
variabel einstellbare Drosselpositionen zu realisieren, mittels
derer der zum Tank zurückfließende Volumenstrom
so gesteuert werden kann, dass ein sanftes Einfahren des Verdecks
in die Anschläge
realisierbar ist. Jedoch ist der Hubweg des Dichtkörpers eines
Sitzventils in der Regel zu kurz, um eine exakte Steuerung zuzulassen.
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Außerdem ragt
bei den bekannten Ventilen ein Stößel in den Dichtsitz hinein,
der beim Verschließen
des Dichtsitzes aus dem Dichtsitz gedrängt wird und dabei den Pumpenanschluss öffnet. Wollte
man nun den Dichtsitz durch geeignetes Ansteuern des zugehörigen Dichtkörpers als
variable Drossel ausbilden, so wäre
im Regelbereich dieser Drossel die Verbindung zur Pumpe mehr oder
weniger stark geöffnet,
und es bestünde
im Regelbereich ein unerwünschter
Kurzschluss zwischen Pumpe und Tank.
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Daher
werden stattdessen beispielsweise feste Drosseln oder ein regelbares
Druckbegrenzungsventil im Tankanschluss vorgesehen, die einen Gegendruck
aufbauen, der den vom Verbraucher in den Tank zurückfließenden Volumenstrom
abbremst. Die Verwendung fester Drosseln beschränkt den Einsatz des Ventils
jedoch auf einen bestimmten Anwendungsfall. Dagegen ist ein regelbares
Druckbegrenzungsventil zwar für
unterschiedliche Anwendungsfälle
geeignet, erfordert jedoch einen hohen Aufwand an Bauraum.
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In
der
WO 2004/036057
A2 wird zur Überwindung
dieser Problematik ein klein bauendes steuerbares Magnetventil mit
integrierter, regelbarer Drossel vorgeschlagen. Das Besondere an
diesem Ventil, welches auch als 2/2-Ventil realisierbar ist und beispielsweise
lediglich einen Verbraucheranschluss mit einem Tankanschluss verbindet,
besteht darin, dass ein Schieber, an dessen einem axialen Ende in herkömmlicher
Weise ein Dichtkörper
zum Verschließen
einer als Dichtsitz ausgebildeten axialen Fluideintrittsöffnung vorgesehen
ist, gleichzeitig dazu dient, radiale, zum Tankanschluss führende Fluidaustrittsöffnungen
zu verschließen.
Der Hub des Schiebers umfasst dann die folgenden Bereiche bzw. Positionen.
In einer ersten Position, in der der Schieber nicht betätigt ist
und mittels einer Schraubenfeder in eine Ausgangsposition gedrückt ist,
sind sowohl der axiale Dichtsitz als auch die radialen Fluidaustrittsöffnungen
zum Tank geöffnet;
einen ersten Hubabschnitt, über
den der Schieber mit seiner äußeren Umfangsoberfläche die
Fluidaustrittsöffnungen
zunächst
teilweise und schließlich
vollständig
nach Art eines Schieberventils verschließt, wobei das Sitzventil noch
offen ist; und einen zweiten Hubabschnitt, über den der Schieber bis in
eine zweite Position verschoben wird, in der er mit dem Dichtkörper an
seinem axialen Ende den axialen Dichtsitz verschließt. Der
erste Hubabschnitt stellt eine regelbare Drossel dar, die am Ende
des ersten Hubab schnitts, d. h. bei geschlossenen radialen Fluidaustrittsöffnungen,
lediglich noch geringfügige
Leckageströme
zulässt. Durch
das anschließende
Schließen
des axialen Dichtsitzes sollen auch diese Leckageströme gestoppt
werden.
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Es
hat sich allerdings gezeigt, dass die Dichtwirkung dieses kombinierten
Schieber-Sitz-Ventils noch
nicht perfekt ist. Es wird vermutet, dass Restleckageströme auf einen
nicht perfekt schließenden Dichtsitz
zurückzuführen sind.
Durch Steigerung der Fertigungsgenauigkeit lässt sich diesem Problem zwar
begegnen. Jedoch verursacht dies wiederum erheblich erhöhte Fertigungskosten,
die mit in Massen hergestellten Ventilen, wie sie in Cabrio-Verdecksteuerungen
zum Einsatz kommen, nicht vereinbar sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kombiniertes Schieber-Sitz-Ventil der vorgenannten
Art mit verbesserter Dichtwirkung vorzuschlagen.
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Die
Erfindung beruht auf der prinzipiellen Überlegung, das Schieberventil
und das Sitzventil radial voneinander zu entkoppeln, wobei jedoch
vorzugsweise die axiale Kopplung der beiden Ventile erhalten bleiben
soll, so dass bei einer axialen Verschiebung des Schiebers gegen
den Dichtsitz zunächst
die radialen Fluidaustrittsöffnungen
verschlossen werden. Die radiale Entkopplung der beiden Ventilfunktionen
wird erreicht, indem die mit dem Dichtsitz zusammenwirkende Dichtfläche einen
von der Dichtfläche
der Schieberdichtung unabhängigen radialen
Freiheitsgrad in einem solchen Maße besitzt, dass sich – bei gewöhnlichen
Betriebskräften – die Dichtfläche der
Sitzdichtung selbstständig
und unabhängig
von der Dichtfläche
der Schieberdichtung in dichtender Weise radial zum Dichtsitz ausrichten
kann, wenn der Schieber mit der Dichtfläche gegen den Dichtsitz geschoben
wird.
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Ein
solches Ventil kann als 2/2-Wegeventil eingesetzt werden, kann aber
auch insbesondere zur Steuerung von Cabrio-Verdeckabläufen in
einem 3/2-Wegeventil mit z.B. elektromagnetisch gesteuerter Schieberposition
realisiert sein.
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Durch
die radiale Entkopplung der Dichtflächen von Schieberdichtung und
Sitzdichtung wird es einerseits möglich, den (radialen) Dichtspalt
der Schieberdichtung klein zu wählen,
beispielsweise mit einem Dichtspalt von 0,01 mm, um bei geschlossenen
Fluidaustrittsöffnungen
Volumenströme
aufgrund von Spaltleckagen möglichst
gering zu halten, und es wird andererseits ermöglicht, dass sich beim Aufsitzen
auf dem Dichtsitz das zugehörige
Dichtelement automatisch zum Dichtsitz radial zentrieren kann, ohne
dass sich dies auf den Dichtspalt auswirkt. Wäre das mit dem Dichtsitz zusammenwirkende
Dichtelement wie im Stand der Technik starr mit der Schieberdichtung
verbunden, so würde
sich die radiale Verlagerungsfähigkeit
des Dichtelements auf das Maß des
radialen Dichtspalts der Schieberdichtung beschränken und zusätzlich in
ungünstiger
Weise auf den Dichtspalt der Schieberdichtung zurückwirken.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
das erfindungsgemäße Prinzip
in einem kombinierten Schieber-Sitz-Ventil der eingangs genannten
Art zu verwirklichen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich
auf zwei bevorzugte Varianten.
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Gemäß einer
ersten Variante umfasst der Schieber einen Stift, an dessen axialem
Ende sich die mit dem Dichtsitz zusammenwirkende Dichtfläche befindet,
sowie des Weiteren eine den Stift umschließende Hülse, deren Umfangsoberfläche eine zweite,
die radialen Fluidaustrittsöffnungen
verschließende
Dichtfläche
bildet, wobei der Stift innerhalb der Hülse radial auslenken kann.
Die Hülse
und der Stift sind lediglich hinsichtlich ihrer axialen Verschieblichkeit
miteinander gekoppelt, beispielsweise über einen Mitnehmer am Stift
oder an der Hülse.
Da der Stift innerhalb der Hülse
radial auslenkbar ist, sind die mit dem axialen Dichtsitz zusammenwirkende Dichtfläche am Stift
und die mit den radialen Fluidaustrittsöffnungen zusammenwirkende Dichtfläche der
Hülse radial
voneinander entkoppelt.
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Der
Einsatz der Hülse
bietet gegenüber
dem Stand der Technik den weiteren Vorteil, dass bei einer Verschiebung
des Schiebers in einfacher Weise ein Druckausgleich stattfinden
kann, indem das Fluid, üblicherweise
Hydrauliköl,
zwischen dem Stift und der Hülse
hindurchströmen
kann. Beim eingangs beschriebenen Stand der Tech- Technik war es noch notwendig, in aufwendiger
Weise Durchflussbohrungen im Schieber vorzusehen, um einen Druckausgleich
durch den Schieber hindurch in axialer Richtung zu ermöglichen.
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Obwohl
der Stift innerhalb der Hülse
radial auslenkbar ist, um dem Stift die Möglichkeit zu gegen, sich relativ
zum Dichtsitz zu zentrieren, ist es zweckmäßig, den Stift innerhalb der
Hülse zu
lagern, dann aber mit einem ausreichend großen radialen Spiel, um noch
die automatische Zentrierung zu ermöglichen. Das Lagern des Stifts
mit großem
Spiel verhindert undefinierte radiale Positionen des Stifts innerhalb
der Hülse
und garantiert damit eine gleichbleibende Funktionalität des Ventils.
Beispielsweise kann der Stift über
eine Durchmesservergrößerung des
Stifts in der Hülse
gelagert werden, wobei die Durchmesservergrößerung über den Umfang vorzugsweise
nicht konstant ist, sondern Aussparungen oder dergleichen besitzt,
die Fluidpassagen in axialer Richtung bilden, um den Druckausgleich
durch die Lagerung hindurch zu gestatten. Anstelle einer Lagerung über eine
Durchmesservergrößerung des
Stifts kann die Lagerung auch derart erfolgen, dass der Innendurchmesser
der Hülse über einen
kurzen axialen Abschnitt reduziert ist.
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In
entsprechender Weise kann der Stift auch mit seinem freien axialen
Ende, welches die mit dem Dichtsitz zusammenwirkende Dichtfläche aufweist, radial
mit radialem Spiel gelagert werden. Dazu kann das Stiftende z.B.
in einem einseitig offenen Hohlzylinder axial verschieblich geführt sein,
wobei die als Dichtsitz ausgebildete axiale Fluideintrittsöffnung im geschlossenen
Ende dieses einseitig offenen Hohlzylinders ausgebildet ist.
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Ähnlich wie
im Stand der Technik wird der Schieber mittels eines Federelements
in eine Ausgangslage gedrängt,
aus der heraus er entgegen der Federkraft in die Schließposition
des Ventils bewegbar ist. Eine kinematische Umkehr derart, dass
der Schieber mittels des Federelements in eine Ausgangsposition
gedrängt
wird, in der das Ventil geschlossen ist, und entgegen der Federkraft
in eine geöffnete
Position verschiebbar ist, ist ebenso möglich.
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Sofern
das erfindungsgemäße Prinzip
durch die vorbeschriebene Hülse
mit darin radial auslenkbarem Stift realisiert ist, wirkt die Federvorspannkraft in
axialer Richtung auf die Hülse
und wird von der Hülse über einen
Mitnehmer auf den Stift übertragen. Die
Federvorspannkraft kann aber auch direkt auf den Stift wirken, sofern
die Hülse
auf dem Stift gegen eine relative Axialverschiebung gesichert ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stützt sich die Vorspannfeder
mit ihrem anderen Ende gegen eine Justagehülse ab, die gegen axiales Verrutschen
fixiert ist. Mittels der Justagehülse kann die axiale Lage der
Vorspannfeder unabhängig
von der axialen Position des Dichtsitzes während des Zusammenbauens der
Ventilkomponenten justiert und so auf eine gewünschte Vorspannkraft eingestellt
werden.
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Gemäß einer
zweiten Variante zur Realisierung des erfindungsgemäßen radialen
Entkoppelns der Sitzventilfunktion von der Schieberventilfunktion, die
ggf. auch mit der zuvor beschriebenen ersten Variante kombinierbar
ist, besteht darin, dass die mit dem Dichtsitz zusammenwirkende
Dichtfläche
des Schiebers durch einen Dichtkörper
gebildet wird, der in einer Aufnahme des Schiebers so gehalten wird, dass
er zumindest in radialer Richtung verlagerbar ist. Im Gegensatz
zur zuvor beschriebenen ersten Variante, bei der der Schieber eine
Hülse mit
darin radial verlagerbarem Stift aufweist, der an einem axialen
Ende die mit dem Dichtsitz zusammenwirkende Dichtfläche besitzt,
wird bei der zweiten Variante die radiale Verlagerbarkeit der Dichtfläche dadurch
erzielt, dass ein die Dichtfläche
bildender Dichtkörper radial
verlagerbar im Schieber oder Schieberstift montiert ist. Bei dem
Dichtkörper
handelt es sich vorzugsweise um ein sphärisches Element, insbesondere
um eine Kugel, wie dies aus dem eingangs genannten Stand der Technik
grundsätzlich
bekannt ist. Dort ist die Kugel allerdings fest in eine Aufnahme
am axialen Ende des Schiebers eingepresst.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung dieser zweiten Variante sieht vor, den
Dichtkörper
am Grund der Aufnahme auf einer Vorspannfeder abzustützen, so dass
der Dichtkörper
beim Aufsetzen auf dem Dichtsitz gegen die Vorspannfederkraft geringfügig in die Aufnahme
hineingedrückt
wird in eine Position, in der es ihr möglich ist, in radialer Richtung
auszuweichen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen
erläutert.
Darin zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein steuerbares 3/2-Magnetventil mit nicht ausgelenktem Schieber,
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2 einen
Querschnitt durch das Ventil aus 1 entlang
der Linie II-II,
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
der Darstellung gemäß 1,
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4 die
Darstellung gemäß 3,
jedoch mit geringfügig
ausgelenktem Schieber,
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5 die
Darstellung gemäß 3 mit
deutlich ausgelenktem Schieber,
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6 die
Darstellung gemäß 3 mit
maximal ausgelenktem Schieber und
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7 ein
alternatives Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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In 1 ist
ein 3/2-Magnetventil gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Das Ventil umfasst im Wesentlichen zwei Komponenten,
nämlich
einen volumenmäßig vergleichsweise
großen
elektromagnetischen Stellantrieb 10 und die das eigentliche
Ventil bildende, durch den elektromagnetischen Stellantrieb 10 steuerbare Ventilbaugruppe 20.
Die Ventilbaugruppe 20 umfasst ein Ventilgehäuse 21,
welches nach Art einer Patrone in einer Aufnahme 11 des
elektromagnetischen Stellantriebs 10 eingesetzt ist. Ein
Stift 22 ragt axial aus dem Ventilgehäuse 21 heraus und
liegt mit seinem herausragenden Ende gegen einen Anker 12 des elektromagnetischen
Stellantriebs 10 an. Über
eine elektromagnetische Spule 13 kann eine axial wirkende
Kraft auf den Anker 12 ausgeübt werden, um auf diese Weise
den Stift 22 im Ventilgehäuse 21 axial zu verlagern.
Dabei wirkt die Kraft einer im Ventilgehäuse 21 montierten
Spiralfeder 31 der Ankerbewegung entgegen, wie nachfolgend
in Bezug auf 3 noch genauer erläutert wird.
Die axiale Position des Stifts 22 ist daher abhängig von
der an die Spule 13 angelegten Spannung. 1 zeigt
das Gesamtventil im unbestromten Zustand, also mit nicht ausgelenktem Stift 22. 3 zeigt
die Ventilbaugruppe 20 vergrößert, ebenfalls in dem unbestromten
Zustand, während
die 4 und 5 die Ventilbaugruppe 20 im leicht
bzw. etwas stärker
bestromten Zustand und die 6 im maximal
bestromten Zustand zeigen.
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Bezug
nehmend auf 3 weist das Ventilgehäuse 21 im
Wesentlichen drei Anschlüsse
auf, nämlich
einen axialen Anschluss, der hier mit P bezeichnet ist, weil er
in der Regel den Anschluss zur Pumpe bildet, einen zweiten Anschluss,
der hier mit A bezeichnet ist und in der Regel zu einem Verbraucher
führt,
also beispielsweise zu einem Stellkolben für die Betätigung eines Cabrio-Verdecks,
und einen dritten Anschluss, der hier mit T bezeichnet ist, weil er
in der Regel zum Tank führt,
und der mehrere Fluidaustrittsöffnungen 23 umfasst,
von denen in der Darstellung gemäß 3 zwei
Fluidaustrittsöffnungen 23a, 23b zu
sehen sind.
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Die
Ventilbaugruppe 20 weist eine erste Fluidkammer 24 und
eine zweite Fluidkammer 25 auf, die durch eine hier als
einseitig offene zylindrische Hülse 26 ausgebildete
Trennwand voneinander getrennt sind. Diese Trennwand besitzt eine
zentrale Öffnung 27,
durch die Fluid von der ersten Fluidkammer 24 in die zweite
Fluidkammer 25 eintreten kann und die auf der Seite zur
zweiten Fluidkammer 25 als Dichtsitz 28 ausgebildet
ist. Durch axiales Verschieben des Stifts 22 mittels des
Ankers 12 gegen den Dichtsitz 28 lässt sich
die Fluideintrittsöffnung 27 zuverlässig abdichten.
Dazu trägt
der Stift 22 an seinem dem Anker 12 abgewandten
axialen Ende einen Dichtkörper 29 mit
konvex ausgebildeter Dichtfläche 30.
Als Dichtkörper 29 dient
eine in einer Aufnahme des Stifts 22 gehaltene Kugel. Die
Kugel kann beispielsweise in die Aufnahme eingepresst sein oder die Öffnung der
Aufnahme kann so weit nach radial innen gebördelt sein, dass die Kugel 29 in
der Aufnahme zurückgehalten
wird.
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In
der in 3 dargestellten Position des Stifts 22 ist
die Fluideintrittsöffnung 27 offen,
so dass eine Fluidverbindung zwischen dem Verbraucheranschluss A
und dem Tankanschluss T besteht. Wie 2 zeigt,
ist der Stift 22 im Querschnitt II-II so beschaffen, dass
das Fluid seitlich an dem Stift 22 vorbeiströmen kann.
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Im
geschlossenen Zustand der Fluideintrittsöffnung 27 sind die
beiden Fluidkammern 24, 25 vollständig voneinander
isoliert. In diesem in 6 dargestellten Zustand sind
stattdessen der Pumpenanschluss P mit dem Verbraucheranschluss A
verbunden. Dies wird erreicht mittels eines Stößels 32, der im unbestromten
Zustand des Ventils durch die Fluideintrittsöffnung 27 hindurch
in den Dichtsitz 28 ragt und beim Verschließen der
Fluideintrittsöffnung 27 (maximal
bestromter Zustand) mittels des Dichtkörpers 29 aus dem Dichtsitz 28 in
axialer Richtung herausgeschoben wird, wodurch der Stößel 32 mit
seinem gegenüberliegenden
Ende eine Federbelastete Dichtkugel 33 aus einem Ventilsitz 34 heraushebt, um
eine Fluiddurchtrittsöffnung
zum Pumpenanschluss P freizugeben.
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Mit
dem Stift 22 in axialer Richtung verschieblich gekoppelt
ist eine Hülse 35 (3).
Die Hülse 35 stützt sich
dabei einseitig gegen einen Mitnehmer 36 ab, der sich wiederum
gegen eine auf dem Stift 22 fixierte Justagehülse 37 abstützt. Dadurch
wird die Hülse 35 über den
Mitnehmer 36 und die Justagehülse 37 axial in Richtung
auf den Dichtsitz 28 verschoben, wenn der Stift 22 zum
Dichtsitz hin verschoben wird. Die Hülse 35 und der damit über Mitnehmer 36 und
Justagehülse 37 gekoppelte
Stift 22 entsprechen gemeinsam dem aus dem Stand der Technik
bekannten Schieber. Es sind auch andere Varianten der axialen Kopplung
zwischen Hülse 35 und
Stift 22 denkbar. Die dargestellte Ausführungsvariante ist jedoch sowohl
herstellungstechnisch als auch bei der Montage der Ventilbaugruppe 20 wenig aufwendig.
Insbesondere lässt
sich mittels der Justagehülse 37 die
Hülse 35 beim
Montieren der Ventilbaugruppe 20 relativ zum Stift 22 so
positionieren, dass die Hülse 35 bei
geschlossener Fluideintrittsöffnung 27 die
Fluidaustrittsöffnungen 23 um
ein Mindestmaß überdeckt.
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Wie
zuvor bereits erwähnt,
dient die Vorspannfeder 31 dazu, die Hülse 35 und den damit
gekoppelten Stift 22 in die entgegengesetzte Richtung zu
drücken,
so dass die Fluideintrittsöffnung 27 im unbestromten
Zustand des Ventils geöffnet
ist. Dazu stützt
sich die Feder 31 mit einem Ende an der Hülse 35 und
mit einem anderen Ende an einer Federjustagehülse 38 ab. Die Federjustagehülse 38 ist über ihren
Außenumfang
durch Presssitz fest in dem Ventilgehäuse 21 eingepasst.
Beim Zusammenbauen der Ventilbaugruppe 20 kann auf diese
Weise die Federvorspannung durch geeignete axiale Positionierung der
Federjustagehülse 38 im
Ventilgehäuse 21 auf eine
gewünschte
Vorspannkraft eingestellt werden, und zwar unabhängig von der axialen Position
des davon getrennt ausgebildeten Dichtsitzes 28. Bei dem
eingangs diskutierten Stand der Technik war die den Schieber in
seine Ausgangsposition drängende Feder
noch gegen die einseitig offene zylindrische Hülse 26 abgestützt, so
dass die Federvorspannkraft nicht exakt einstellbar, sondern abhängig von
der axialen Positionierung der zylindrischen Hülse 26 war. Die axiale
Position der zylindrischen Hülse 26 wird aber
durch andere Randbedingungen bestimmt, nämlich durch den gewünschten
Hub des Stifts 22.
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Um
zu verhindern, dass der Stift 22 innerhalb der Hülse 35 eine
beliebige radiale Position einnimmt, wird der Stift 22 innerhalb
der Hülse 35 an zwei
Stellen 39, 40 geführt. Dazu ist der Durchmesser
des Stifts 22 an den betreffenden Stellen entsprechend
vergrößert. Alternativ
können
der Innendurchmesser der Hülse 35 und/oder
der Innendurchmesser der einseitig offenen zylindrischen Hülse 26 entsprechend
verringert sein. Der Stift 22 kann im Querschnitt an den
Stellen 39, 40 beispielsweise wie in 2 gezeigt
geformt sein, so dass Fluidpassagen in axialer Richtung frei bleiben.
Wesentlich für
die Erfindung ist, dass die Lagerung des Stifts 22 innerhalb der
Hülse 35 und
der einseitig offenen zylindrischen Hülse 26 ein ausreichend
großes
radiales Spiel zur Verfügung
stellt, welches beim Aufsitzen des Dichtkörpers 29 auf dem Dichtsitz 28 eine
radiale Zentrierung in einem solchen Maße zulässt, dass sich der Dichtkörper 29 bei
gewöhnlichen
Betriebskräften
in dichtender Weise radial zum Dichtsitz ausrichten kann, wenn der
Schieber 22 gegen den Dichtsitz 28 geschoben wird.
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Nachfolgend
wird anhand der 3 bis 6 die Wirkungsweise
des Ventils erläutert.
Dabei zeigt 3 die Ausgangsposition mit unbestromtem Elektromagnet.
Selbstverständlich
kann der Magnetantrieb auch durch andere Antriebe zur axialen Verschiebung
des Stifts 22 ersetzt werden. Bei einer geringfügigen Bestromung
(4) schiebt der Anker 12 den Stift 22 und
mit dem Stift 22 über
die Justagehülse 37 und
den Mitnehmer 36 auch die Hülse 35 in Richtung
auf den Dichtsitz 28. Das Ausmaß dieser Verschiebung ergibt
sich aus einem Kräfteverhältnis zwischen
der Vorspannkraft der Feder 31 und der axialen Kraft des
Ankers 12, die wiederum von der an der Spule 13 anliegenden
Spannung abhängt.
Bei der in 4 dargestellten Position sperrt
die Hülse 35 die
erste Fluidaustrittsöffnung 23a vollständig, und die
zweite Fluidaustrittsöffnung 23b bereits
teilweise. Dadurch wird die vom Verbraucheranschluss A durch die
Fluideintrittsöffnung 27 zum
Tankanschluss T fließende
Fluidströmung
deutlich gedrosselt, aber noch nicht vollständig gesperrt. Weitere Fluidaustrittsöffnungen 23 sind über den
Umfang des Ventilgehäuses 21 verteilt.
Statt der zwei dargestellten Fluidaustrittsöffnungen 23a, 23b können beispielsweise 10 Bohrungen
vorgesehen sein, die unterschiedliche Eintrittsdurchmesser oder Öffnungsgeometrien
besitzen können
und/oder in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sein
können.
Die Eintrittsquerschnitte und axialen Lagen bestimmen die Steigung der
Drosselkennlinie des Ventils. Die Fluidaustrittsöffnungen 23 können alternativ
auch als Ringspalt ausgebildet sein, der durch Verschieben des Stifts 22 mittels
der Hülse 35 zunehmend
verdeckt bzw. freigegeben wird, wodurch der Ringspalt als einstellbare Drossel
wirkt.
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5 zeigt
das Ventil in einem etwas stärker bestromten
Zustand, in welchem die Hülse 35 alle Fluidaustrittsöffnungen 23 zum
Tankanschluss T vollständig
verschließt.
Der Dichtkörper 29 sitzt
noch nicht auf dem Dichtsitz 28 auf, sondern berührt gerade
ein Ende des Stößels 32, über den
die Dichtkugel 33 aus dem Ventilsitz 34 gehoben
werden kann. In dieser Situation beschränken sich etwaige Volumenströme auf Leckageströme vom Verbraucheranschluss
A durch den Dichtspalt der Hülse 35 zum Tankanschluss
T. Durch die radiale Entkopplung des Dichtkörpers 29 von der Hülse 35 kann
dieser Dichtspalt vergleichsweise klein dimensioniert werden.
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Beim
weiteren Verschieben des Stifts 22 in Richtung auf den
Dichtsitz 28 hebt der Stößel 32 die Dichtkugel 33 aus
dem Ventilsitz 34. Für
einen kurzen Moment ist somit die zweite, zum Tankanschluss T führende Fluidkammer 25 mit
dem Pumpenanschluss P verbunden. Da aber der Tankanschluss T mittels
der Hülse 35 zu
diesem Zeitpunkt bis auf geringfügige
Leckageströme
gesperrt ist, ist dieser „Kurzschluss" unproblematisch. 6 zeigt
dann schließlich
das Ventil im maximal bestromten Zustand, in dem sich der Dichtkörper 29 relativ
zum Dichtsitz 28 zentriert hat und fest auf dem Dichtsitz 28 aufsitzt.
Die Dichtkugel 33 ist mittels des Stößels 32 in dieser
Situation so weit aus dem Ventilsitz 34 herausgehoben,
dass eine Fluidströmung
vom Pumpenanschluss P zum Verbraucheranschluss A, beispielsweise
zum Schließen
eines Cabrio-Verdecks, ungehindert fließen kann.
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Anstatt
des Sitzventils 33, 34 kann der Stößel 32 auch
ein anders geartetes Ventil betätigen.
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7 betrifft
ein zweites Ausführungsbeispiel
zur Lösung
der eingangs genannten Aufgabenstellung. Dieses zweite Ausführungsbeispiel
kann mit dem ersten Ausführungsbeispiel
kombiniert werden, löst
die Aufgabe aber auch, wenn sie in herkömmlichen Ventilen mit einstückig ausgebildetem
Schieber, wie sie z.B. in der eingangs diskutierten
WO 2004/036057 A2 beschrieben
sind, realisiert wird.
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Bei
diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird
der radiale Freiheitsgrad für
die mit dem Dichtsitz 28 zusammenwirkende Dichtfläche 30 dadurch hergestellt,
dass der am axialen Ende des Stifts 22 aufgenommene Dichtkörper 29 in
der Aufnahme radial verlagerbar gehalten ist. Auf einen radialen
Freiheitsgrad für
den Stift 22 kann dann verzichtet werden, und dieser kann
in herkömmlicher
Weise zusammen mit der die Schieberdichtungsfunktion übernehmenden
Hülse 35 als
starrer, integraler Schieber ausgebildet sein.
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Zur
Erläuterung
dieses zweiten Ausführungsbeispiels
genügt
daher eine Detailansicht des mit dem Dichtsitz 28 zusammenwirkenden
Stift- bzw. Schieberendes gemäß 7.
Dementsprechend ist der hier wieder als Dichtkugel realisierte Dichtkörper 29 am
axialen Ende des Stifts 22 in einer Aufnahme 41 lose
gehalten, so dass er sich in radialer Richtung verlagern kann, um
eine Zentrierung seiner Dichtfläche 30 relativ
zu dem in 7 nicht dargestellten Dichtsitz 28 zu
ermöglichen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Dichtkörper 29 zusätzlich in
axialer Richtung gegen die Vorspannkraft einer Feder 42 verlagerbar.
Diese Maßnahme
dient dazu, undefinierte Lagen des Dichtkörpers 29 in der Aufnahme 41 sowie
Klappergeräusche
zu vermeiden.