Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Schaltelement zur Steuerung oder Regelung eines Druckes in einer hydraulischen Versorgungseinheit.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche hydraulische Schaltelemente, insbesondere hydraulische Ventile, bekannt, mit denen eine hydraulische Funktionseinheit mit Druck beaufschlagt werden kann oder ein Steuerdruck für eine hydraulische Funktionseinheit gesteuert und geregelt werden kann.

So ist beispielsweise aus der DE 10 2015 202 022 A1 ein Überströmventil für eine hydraulische Hochdruckpumpe bekannt, in der ein Steuerkolben beweglich gegen eine Druckfeder verschiebbar ist und bei Überschreiten eines durch die Druckfeder definierten Druckniveaus eine Rücklaufbohrung freigibt, um den Druck in einem Hydrau- likraum des Überströmventils zu reduzieren. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass der Druck in dem Hydraulikraum nicht bestimmt werden kann und somit eine Funktionsüberprüfung des Überströmventils mittels einer Diagnoseeinheit nicht möglich ist.

Darüber hinaus sind Druckhalte- und Druckregelventile bekannt, welche zusätzlich einen Drucksensor zur Ermittlung eines hydraulischen Drucks in einem Funktionsraum des Ventils aufweisen. Ein solcher Drucksensor ist jedoch vergleichsweise teuer und führt zu einer deutlichen Kostenerhöhung bei der Herstellung und Montage des Ventils.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches Schaltelement bereitzustellen, bei dem eine Funktionsüberprüfung oder eine Druckermittlung ohne einen kostenintensiven Drucksensor möglich ist.

Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes hydraulisches Schaltelement mit einem Gehäuse, einem Funktionsraum, einer Anschlussöffnung zum Anschluss einer Druckquelle an das hydraulische Schaltelement und einem relativ zum Gehäuse beweglichen Steuerelement gelöst, wobei das bewegliche Steuerelement oder ein mit dem beweglichen Steuerelement in Wirkverbindung stehender Gehäuseabschnitt eine Drossel aufweist, welche eine mit der Druckquelle verbindbare Anschlussöffnung des hydraulischen Schaltelements mit einem Funktionsraum des hydraulischen Steuerelements hydraulisch verbindet, wobei an dem Gehäuse Mittel zur Erkennung einer Position des beweglichen Steuerelements angeordnet sind. Durch die Überwachung einer Position des beweglichen Steuerelements, insbesondere eines Kolbens, kann auf einen in dem hydraulischen Schaltelement anliegenden Druck geschlossen wer- den, wodurch ein zusätzlicher Drucksensor entfallen kann. Dadurch können die Kosten für das hydraulische Schaltelement gesenkt werden, insbesondere bei einfachen hydraulischen Schaltelementen, in denen es eher um eine qualitative Druckmessung, d.h. die Überprüfung, ob ein hydraulischer Steuerdruck überhaupt anliegt, als um eine quantitative Druckmessung geht.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Schaltelements möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerelement gegen eine Federkraft einer Feder verschiebbar ist, wenn die Anschlussöffnung mit einem Betriebsdruck beaufschlagt wird. Dabei wird das bewegliche Steuerelement bei einer Druckbeaufschlagung des hydraulischen Schaltelements gegen die Feder verschoben. Dabei kann aus der Verformung der Federung und der damit ver- bundenen Verschiebung des Steuerelements gegen die Feder auf einen Druck in dem hydraulischen Schaltelement geschlossen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Steuerelement einen metallischen Abschnitt aufweist. Durch einen metallischen Abschnitt kann die Po- sition des Steuerelements auf einfache Art und Weise über einen elektromagnetischen Effekt ermittelt werden. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in oder an dem Gehäuse eine elektrische Spule zur Erfassung einer Position des beweglichen Steuerelements angeordnet ist.

Dadurch kann die Position des beweglichen Steuerelements über eine induktive Wirkung des metallischen Abschnitts des beweglichen Steuerelements erfasst werden und diese Induktivität ermöglicht somit eine qualitative und quantitative Aussage über den in dem hydraulischen Schaltelement vorliegenden Druck.

Alternativ kann die Position des beweglichen Steuerelements auch anhand eines kapazitiven Effekts bestimmt werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn sich der Durchmesser des beweglichen Steuerelements in dem von der elektrischen Spule erfassten Bereich, vorzugsweise kontinuierlich, verändert, um anhand eines sich ändernden Ab- stands und einer damit verbundenen sich verändernden Kapazität auf die Lage des beweglichen Steuerelements in dem Gehäuse zu schließen. Somit ist eine Aussage zu dem Druck in dem hydraulischen Schaltelement möglich.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerelement einen ersten Abschnitt zur Aufnahme einer Feder und einen zweiten Abschnitt zur Ausbildung des Funktionsraums aufweist, wobei der zweite Abschnitt aus einem Kunststoff ausgebildet ist, in welchen ein metallisches Röhrchen zur Ausbil- dung der Drossel eingelegt ist. Durch einen ersten, formstabilen Abschnitt, insbesondere einen Magnetanker, des beweglichen Steuerelements ist eine vereinfachte Aufnahme der Feder in dem hydraulischen Schaltelement möglich. Bevorzugt ist dieser erste Abschnitt metallisch, insbesondere aus einem Stahl, ausgebildet, um eine induktive Wirkung auf die elektrische Spule auszuüben und somit eine einfache Ermittlung der Position des beweglichen Steuerelements zu ermöglichen. Der zweite Abschnitt ist vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildet, um das Gewicht (und damit verbunden die Trägheit) des beweglichen Steuerelements zu reduzieren. Um eine Drossel in einem Kunststoffteil auszubilden, ist es vorteilhaft, wenn in das Kunststoffteil bei der Urformung, insbesondere in einem Spritzgussprozess, ein metallisches Röhrchen zur Ausbildung der Drossel eingelegt wird, welche in diesem Urformungsprozess stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem zweiten Abschnitt des Steuerelements verbunden wird. Zwar ließe sich prinzipiell eine Drossel in dem zweiten Abschnitt des Steuerelements auch durch eine entsprechende Werkzeuggeometrie ausbilden, je- doch ist es für einen langen, dünnen Kanal wie eine Drossel vorteilhaft, diesen durch ein Einlegeteil auszubilden, da das Werkzeug in diesem Bereich ansonsten sehr dünn und damit verschleißanfällig ausgebildet werden müsste. Zudem erleichtert ein Einlegeteil das Ausformen eines Spritzgussteils gegenüber einem zweiten Abschnitt, in dem eine Drossel mittels Formgebung des Werkzeuges eingebracht ist.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn in dem zweiten Abschnitt des Steuerelements eine Öffnung ausgebildet ist, welche in radialer Richtung einen Ausgleich zwischen einem Zapfen des ersten Abschnitts und dem zweiten Abschnitt ermöglicht. Aus Gründen der Führung und der Dichtheit ist es vorteilhaft, wenn jeweils an dem ersten Abschnitt und an dem zweiten Abschnitt des Steuerelements ein Führungsbereich ausgebildet ist, mit dem der jeweilige Abschnitt in der Bohrung des Gehäuses geführt ist. Um bei engen Toleranzen bezüglich des Führungsspiels in der Bohrung ein Verklemmen des Steuerelements zu vermeiden, weist der zweite Abschnitt des Steue- relements eine Öffnung auf, welche in radialer Richtung hinreichend Spiel hat, um einen Achsversatz zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Steuerelements auszugleichen. Dadurch wird die Gefahr eines Verklemmens des beweglichen Steuerelements reduziert. Zudem ist eine hydraulische Abdichtung erleichtert, da die Lage des Steuerelements zur Bohrung im Gehäuse verbessert wird und somit ein gleichmäßiger Anpressdruck an den Dichtflächen, insbesondere an einer umlaufenden Mantelfläche des beweglichen Steuerelements, erreicht werden kann.

Alternativ ist vorgesehen, dass der zweite Abschnitt des Steuerelements durch eine Öffnung den ersten Abschnitt des Steuerelements zentriert, wobei in diesem Fall nur an einem der Abschnitte, vorzugsweise an dem fluidbeaufschlagten zweiten Abschnitt, eine Führungsfläche zum Führen des Steuerelements in der Bohrung des Gehäuses vorgesehen ist. Dadurch kann die Gefahr eines Verklemmens des beweglichen Steuerelements reduziert werden.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drossel durch einen an der Mantelfläche des Steuerelements oder einen mit der Mantelfläche des Steuerelements in Wirkverbindung stehenden Gehäuseabschnitt als eine Spiralnut ausgebildet ist. Dadurch kann auf ein Einlegeteil verzichtet werden, wodurch sich die Fertigung des beweglichen Steuerelements vereinfachen lässt.

Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Erkennung einer Position des beweglichen Steuerelements einen Sensor umfassen, mit dem eine Position oder eine Positionsveränderung des beweglichen Steuerelements detektiert werden kann. Alternativ zu einer induktiven Ermittlung der Position des beweglichen Steuerelements kann die Position des beweglichen Steuerelements auch über einen Positionssensor, beispielsweise einen Hallsensor oder einen magnetoresistiven Sensor erfasst werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hydraulische Schaltelement als ein Druckhalteventil oder ein Druckregelventil ausgebildet. Das erfindungsgemäße, hydraulische Schaltelement eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen ein vergleichsweise geringer Druckunterschied zwischen der einen Endposition des beweglichen Steuerelements und der anderen Endposition vorherrscht.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Drucks einer Flüssigkeit in einem hydraulischen Schaltelement mit einem Gehäuse, einem Funktionsraum, einer Anschlussöffnung zum Anschluss einer Druckquelle an das hydraulische Schaltelement und einem relativ zum Gehäuse beweglichen Steuerelement vorgeschlagen, wobei das bewegliche Steuerelement oder ein mit dem beweglichen Steuerelement in Wirkverbindung stehender Gehäuseabschnitt eine Drossel aufweist, welche die Anschlussöffnung mit dem Funktionsraum hydraulisch verbindet, wobei in Abhängigkeit der Position des beweglichen Steuerelements auf einen Druck in dem hydraulischen Steuerelement geschlossen wird.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinier- bar. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion in den Zeichnungen jeweils mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen: eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen, hydraulischen Schaltelements in Form eines Druckhalteventils;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, hydrauli- sehen Schaltelements in einer Schnittdarstellung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Schaltelements 1 dargestellt. Das hydraulische Schaltelement 1 umfasst ein Gehäuse 9, in welchem eine zentrale Bohrung 24 zur Aufnahme eines beweglichen Steuerelements 2 ausgebildet ist. Das bewegliche Steuerelement 2 umfasst einen ersten Abschnitt 5, welcher als ein metallischer Anker 14 ausgebildet ist, und einen zweiten Abschnitt 18, welcher als ein Kolben 19 aus einem Kunststoff ausgeführt ist. In dem Kolben 19 ist eine Drossel 3 ausgebildet, welche durch ein in den Kolben 19 eingebrachtes, metallisches Röhrchen 20 ausgebildet wird. An dem ersten Abschnitt 5 und an dem zweiten Abschnitt 18 ist jeweils eine Führungsfläche ausgebildet, mit welcher der jeweilige Abschnitt 5, 18 in der zentralen Bohrung 24 des Gehäuses 9 geführt ist. Der erste Abschnitt 5 des beweglichen Steuerelements 2 weist eine Öffnung 23 auf, in welche ein Zapfen des zweiten Abschnitts 18 des beweglichen Steuerelements 2 mit einer Spielpassung aufgenommen ist. Die Spielpassung ermöglicht einen Ausgleich zwischen dem ersten Abschnitt 5 und dem zweiten Abschnitt 18 in radialer Richtung, um einen Versatz, insbesondere einen Koaxialitätsfehler oder einen Rundlauffehler, zwischen dem ersten Abschnitt 5 und dem zweiten Abschnitt 18 des Steuerelements 2 auszugleichen. Dabei ist der erste Abschnitt 5 mittels eines Verbindungselements 4, vorzugsweise mittels eines Sicherungsrings 15, mit dem zweiten Abschnitt 18 des be- weglichen Steuerelements 2 verbunden. In der zentralen Bohrung 24 ist eine Feder 6 angeordnet, welche in einer Ausnehmung des ersten Abschnitts 5 des beweglichen Steuerelements 2 aufgenommen ist. In dem hydraulischen Schaltelement 1 ist ein Funktionsraum 8 ausgebildet, welcher durch den zweiten Abschnitt 18 des bewegli- chen Steuerelements 2 und das Gehäuse 9 des hydraulischen Schaltelements 1 begrenzt wird. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Drossel 3 als axiale Drosselbohrung 17 exzentrisch zu einer Mittelachse des Kolbens 19 ausgebildet. Alternativ kann die Drosselbohrung 17 auch als zentrische Bohrung mit einer zusätzli- chen Querbohrung an der dem Anker 14 zugewandten Seite des Kolbens 19 ausgeführt sein. Alternativ zu einem in den Kolben 19 eingespritzten metallischen Röhrchen 20 kann die Drossel 3 auch nachträglich in den Kolben 19 eingebracht werden.

Alternativ zu einer zweiteiligen Ausführung des beweglichen Steuerelements 2 kann das Steuerelement 2 auch einteilig ausgeführt werden, wobei bei einer einteiligen Ausführung ein metallischer Werkstoff für das Steuerelement 2 bevorzugt ist. Anstelle eines metallischen Ankers 14 kann auch ein metallischer Einsatz oder ein metallischer Abschnitt 13 des beweglichen Steuerelements 2 vorgesehen werden. Alternativ kann auch bei einer zweiteiligen Ausführung des beweglichen Steuerelements 2 der Kolben 19 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, ausgeführt werden.

In das Gehäuse 9 ist eine elektrische Spule 10 eingelassen, über welche eine Position oder eine Positionsveränderung des metallischen Ankers 14 erfasst werden kann. Das Gehäuse 9 weist ein Anschraubflansch 7 auf, welches sich über eine in radialer Richtung über eine Grundform des Gehäuses 9 erhebt. Der Anschraubflansch 7 weist eine nicht dargestellte Öffnung auf, über welche das Schaltelement 1 mittels eines einfachen Verbindungselements, vorzugsweise mittels einer Schraube, mit einer Funktionseinheit, beispielsweise einen Motorblock eines Verbrennungsmotors, verbinden lässt. Das Gehäuse 9 umfasst einen als Spüldrosselgehäuse 16 bezeichneten Abschnitt zur Aufnahme des zweiten Abschnitts 18 des beweglichen Steuerelements 2, welcher eine Anschlussöffnung 12 zum Anschluss an eine Druckquelle 1 1 , beispielsweise einen Druckspeicher oder eine Pumpe, aufweist. Das Spüldrosselgehäuse 16 weist ferner eine zweite Anschlussöffnung 25 zur Verbindung mit einer Funktionsein- heit auf. An dem Spüldrosselgehäuse 16 ist eine umlaufende Nut 26 zur Aufnahme einer Dichtung 21 ausgebildet, um einen hydraulisch dichten Einbau des Gehäuses 9 an einer Funktionseinheit, insbesondere einem Motorblock, zu ermöglichen. Anstelle einer elektrischen Spule 10 kann in dem Gehäuse 9 auch ein Hallsensor oder ein magnetoresistiver Sensor zur Erfassung einer Position oder einer Positionsveränderung des beweglichen Steuerelements 2 vorgesehen sein. Alternativ zu einem Anschraubflansch 7 kann das Gehäuse 9 ein Außengewinde aufweisen, mit welchem das Gehäuse 9 in eine Funktionseinheit, beispielsweise einen Motorblock eines Ver- brennungsmotors, eingeschraubt werden kann.

Nachfolgend ist die Funktion eines erfindungsgemäßen, hydraulischen Schaltelements 1 bei einer Verwendung als Druckregelventil an einem Abstützelement an einem Verbrennungsmotor beschrieben. Bei Stillstand des Verbrennungsmotors liegt an der Anschlussöffnung 12 kein Öldruck an, und das bewegliche Steuerelement 2 wird durch die Feder 6 in Richtung der Anschlussöffnung 12 bis an einen Endanschlag 27 im Spüldrosselgehäuse 16 verschoben. Bei einem Motorbetrieb des Verbrennungsmotors und nicht geschaltetem Abstützelement liegt an der der Anschlussöffnung 12 zugewandten Stirnseite 29 des Kolbens 19 der Motoröldruck an, und an der zweiten Anschlussöffnung 25 ein Spüldruck, welcher niedriger als der Druck an der Stirnseite 29 des Kolbens 19 ist. Dadurch werden der Kolben 19 und der damit verbundene Anker 14 gegen die Feder 6 verschoben, wodurch sich das bewegliche Steuerelement in Richtung der Feder 6 verschiebt. Bei Motorbetrieb des Verbrennungsmotors und geschaltetem Abstützelement liegt sowohl an der Stirnseite 29 des Kolbens 19 als auch an der zweiten Anschlussöffnung 25 der Motoröldruck an. Dadurch ist die auf Grund des Öldrucks auf den Kolben 19 wirkende Kraft ausgeglichen, sodass die Feder 6 das bewegliche Steuerelement 2 in Richtung des Endanschlags 27 im Spüldrosselgehäuse 16 verschiebt. Da die Induktivität einer Magneteinheit, welche die elektrische Spule 10 und das Gehäuse 9 sowie den Anker 14 umfasst, von der Position des Ankers 14 abhängig ist, ergeben sich in den beiden Endlagen des beweglichen Steuerelements 2 unterschiedliche Induktivitäten. Diese können in einem Steuergerät des Verbrennungsmotors ausgewertet werden und auf diese Weise ermittelt werden, in welcher Position sich der Anker 14 und somit das bewegliche Steuerelement 2 befindet.

Dadurch kann überwacht werden, ob an der zweiten Anschlussöffnung 25 bzw. einem mit der zweiten Anschlussöffnung 25 verbundenen Abstützelement der Motoröldruck anliegt. ln Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Schaltelements 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Drossel 3 nicht durch eine Bohrung in das bewegliche Steuerelement 2 eingebracht, sondern in Form einer Spiralnut 22 in eine Mantelfläche 28 des bewegli- chen Steuerelements 2, insbesondere des Kolbens 19, eingebracht. Alternativ kann die Drossel 3 auch durch einen Kanal, insbesondere einen spiralförmigen Kanal, an einem mit der Mantelfläche 28 des beweglichen Steuerelements 2 in Wirkverbindung stehenden Gehäuseabschnitt des Gehäuses 9, insbesondere des Spüldrosselgehäuses 16 ausgebildet sein.

Alternativ kann auch das Spüldrosselgehäuse 16 zumindest teilweise entfallen, wenn das bewegliche Steuerelement 2 in einer Aufnahmebohrung in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet wird. In diesem Fall sind jedoch eine zusätzliche Verliersicherung und ein zusätzlicher Endanschlag an dem Gehäuse 9 oder an der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes notwendig. Dabei ersetzt die Wandung der Aufnahmebohrung das Spüldrosselgehäuse 16, was zu einer entsprechend aufwendigen Bearbeitung des Zylinderkopfes führt und daher weniger bevorzugt ist.

Bezuqszeichenliste

hydraulisches Schaltelement

Steuerelement

Drossel

Verbindungselement

erster Abschnitt

Feder

Anschraubflansch

Funktionsraum

Gehäuse

elektrische Spule

Druckquelle

Anschlussöffnung

metallischer Abschnitt

Anker

Sicherungsring

Spüldrosselgehäuse

Drosselbohrung

zweiter Abschnitt

Kolben

Röhrchen

Dichtung

Spiralnut

Öffnung

Bohrung

zweite Anschlussöffnung

umlaufende Nut

Endanschlag

Mantelfläche

Stirnseite