DE10125811C2 - Schnellschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnellschaltventil mit in einer Ventilhülse angeordnetem Ventilschieber, dem ein Elektromagnet und mindestens zwei, dessen Kraft entge­ genwirkende Rückstellfedern zugeordnet sind, wobei der Ventilschieber in minde­ stens drei Positionen bewegbar ist.

Schnellschaltventile können als 3/2-Wege-Hydraulik-Ventile ausgebildet sein. Mit ihnen sollen Schaltzeiten im Bereich einer Millisekunde realisiert werden. Hier sind jedoch trotz Stromsteuerung und Übererregung des Elektromagneten Grenzen in Bezug auf die Kraft und den Hub des Ventilschiebers gesetzt. Das bedeutet, dass bei größeren Hüben die Schaltzeiten im Millisekunden-Bereich nicht mehr erreicht werden können. Soll jedoch im Bereich von Millisekunden geschaltet werden kön­ nen, so muss mit sehr kleinem Hub gearbeitet werden. Bei regelmäßig geforderten großen Druckunterschieden und großen Durchflüssen ergeben sich jedoch wegen der bei geringen Hüben äußerst geringen Überdeckung der Steuerkanten erhebli­ che Leckagen. Hinzu kommt, dass die großen Durchflussmengen auch große Strömungskräfte bewirken, die den Schaltkräften z. B. der Rückstellfeder entge­ genwirken, so dass unvorteilhaft starke Federn und damit wieder große Schalt­ kräfte des Elektromagneten benötigt werden, um den starken Rückstellfedern ent­ gegenzuwirken.

Die DE 34 22 214 C2 offenbart ein gattungsgemäßes Schnellschaltventil. Hier lässt sich neben einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung eine teilweise Offen-Stellung ansteuern, bei der sich nur geringe Durchflussmengen ergeben, die ein feinfühliges durch kleine Stellgeschwindigkeiten ausgezeichnetes Steuern eines Stellmotors ermöglichen. Eine Maßnahme zur Beschleunigung des Schalt­ verhaltens des Ventils wird damit nicht aufgezeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schnellschaltventil für große Durch­ flussleistungen und für Druckdifferenzen von mehr als 50 bar so auszugestalten, dass trotz Verwendung kleiner Elektromagnete und kurzer Schaltzeiten geringe innere Leckagen insbesondere bei längeren Pausen zwischen zwei aufeinander­ folgenden Offenstellungen realisiert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilschieber in mindestens zwei verschiedene Schließstellungen bringbar ist, dass der Rückstellfeder mindestens eine zweite Feder geringerer Steifigkeit zugeordnet ist, dass die Rückstellfeder nur über Teilbereiche des Ventilschieberweges zusammendrückbar ist, und der Elek­ tromagnet im Betrag seiner Erregung vorgebbar steuer- bzw. regelbar ist

Das Vorsehen von mindestens zwei verschiedenen Schließstellungen gewährlei­ stet, dass das Ventil zwar in beiden Schließstellungen geschlossen ist, dass je­ doch in der Schließstellung, in der ein kleinerer Ventilschieberweg zurückgelegt wurde, noch verhältnismäßig große Leckagen auftreten, während in der zweiten Schließstellung, die einen größeren Ventilschieberweg erfordert, das Schnell­ schaltventil kaum noch Leckagen aufweist. Erreicht wird das Anfahren der zwei verschiedenen Schließstellungen durch eine der Rückstellfedern zugeordnete zweite Feder geringerer Steifigkeit. Im unbestromten Zustand des Elektromagne­ tens verschieben die Rückstellfeder und die zweite Feder den Ventilschieber in die entfernte Schließstellung, in der kaum Leckagen auftreten. Aus dieser Stellung heraus kann der Elektromagnet durch eine Vorerregung durch Vorbestromung den Ventilschieber gegen die geringere Kraft der zweiten Feder in die vordere Schließ­ stellung verfahren, die zwar größere Leckagen bewirkt, aus der jedoch ein Schnellschalten mit kleinem Hub möglich ist. Durch volle Erregung aufgrund voller Bestromung des Elektromagneten wird der Ventilschieber gegen die Kraft der Rückstellfeder und ggfs. gegen die Kraft der zweiten Feder in seine Offenstellung verschoben. Hierzu ist nur noch ein kurzer Ventilschieberweg notwendig, der da­ mit die schnellen Schaltzeiten gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Schnellschaltventil wird während der regelmäßig langen Zeiten, in denen es geschlossen bleibt, unbestromt gelassen, so dass die entfernte Schließstellung mit geringer Leckage angefahren ist. Soll das Ventil schal­ ten, so wird es voll bestromt und schaltet auf. Beim anschließenden Abschalten wird jedoch die Vorbestromung beibehalten, so dass der Ventilschieber lediglich in die vordere Schließposition fährt, von der aus er sehr schnell wieder geöffnet wer­ den kann.

Es hat sich bewährt, die zweite Feder parallel zur Rückstellfeder anzuordnen. Da­ bei hat die zweite Feder einen längeren Federweg als die Rückstellfeder. Die Rückstellfeder wird erst nach Vorbestromung, im Bereich der vorderen Schließ­ stellung wirksam.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die zweite Feder in Reihe mit der Rück­ stellfeder anzuordnen. Dazu ist es vorteilhaft, auf der Rückstellfeder eine Füh­ rungshülse vorzusehen, die ein Ende der zweiten Feder führt. Im Bereich zwi­ schen der vorderen und der hinteren Schließstellung wird dabei lediglich die zweite Feder zusammengedrückt. Wird die vordere Schließstellung erreicht, so ist die zweite Feder vollkommen zusammengedrückt. Im Bereich der vorderen Schließstellung wird nunmehr die Rückstellfeder wirksam.

Von Vorteil ist, dass der Elektromagnet durch die Regelvorrichtung in zwei Stufen erregbar ist. Eine der Stufen wird durch die Vorbestromung erreicht, um den Ven­ tilschieber in die vordere Schließposition zu bringen. Die zweite Stufe stellt die volle Bestromung des Elektromagneten dar, um das Ventil zu öffnen. Dabei kann entweder eine Wicklung vorgesehen werden, die entweder mit einem Vorstrom und mit dem vollen Erregerstrom beaufschlagt wird, oder aber es werden zwei Wicklungen vorgesehen, wobei eine der Wicklungen zur Vorerregung durch die Vorbestromung dient, während die zweite Wicklung zum Öffnen des Ventils den vollen Erregerstrom aufgeschaltet bekommt.

Um ein schnelles Rückschalten aus der Offenstellung in die vordere Schließstel­ lung zu erreichen, besteht die Möglichkeit, den Elektromagneten umzupolen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Ventilschieber mit einem Bypass zu verse­ hen, über den Druckmittel in eine die Rückstellfeder in ihrer Rückstellkraft unter­ stützende Kolbenzylindereinheit führbar ist.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Schnellschaltventil im Schnitt in unbestromtem Zu­ stand,

Fig. 2 das Schnellschaltventil nach Fig. 1 in vorbestromtem Zustand,

Fig. 3 das Schnellschaltventil nach Fig. 1 in voll bestromtem Zustand und

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Schnellschaltventil mit zur Rückstellfeder in Reihe angeordneter zweiter Feder.

Fig. 1 Zeit ein Schnellschaltventil 1 bestehend aus einem Elektromagneten 2, einer Ventilhülse 3 und einem Ventilschieber 4. Der Elektromagnet besteht aus einem Topf 5 in dem das Joch 6 und der Konus 7, die Spule 8 und der Anker 9 untergebracht sind. Der Ankerstößel 10 arbeitet auf den Ventilschieber 4.

In der Ventilhülse 3 ist neben dem Ventilschieber 4 die Rückstellfeder 11 ange­ ordnet. Die Rückstellfeder 11 stützt sich einerseits an der Einstellhülse 12 ab. In Fig. 1 ist zwischen dem Ventilschieber 4 und dem der Einstellhülse abgewandten Ende der Rückstellfeder 11 ein freier Raum gezeigt. Erst nach Verschieben des Ventilschiebers aus der gezeigten hinteren Schließstellung, in der kaum Leckver­ luste auftreten, in die vordere Schließstellung stößt der Ventilschieber an die Rückstellfeder 11 an.

Weiterhin ist zwischen der Einstellhülse 12 und dem Ventilschieber 4 die zweite Feder 13 vorgesehen, welche parallel zur Rückstellfeder 11 angeordnet ist. Die zweite Feder 13 verschiebt den Ventilschieber 4 und den Ankerstößel 10 mit An­ ker 9 in die in Fig. 1 gezeigte hintere Schließstellung.

In Fig. 2 ist die Spule 8 vorbestromt. Der Anker 9 hat über den Ankerstößel 10 den Ventilschieber 4 gegen die Kraft der zweiten Feder 13 gegen die Rückstellfe­ der 11 verschoben. In dieser Schließstellung ist der Pumpenanschluss 14 gerade noch gesperrt. Die Leckage vom Pumpenanschluss 14 zum Arbeitsanschluss 15 bzw. zum Tankanschluss 16 ist jedoch größer als bei der Schaltstellung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt die voll bestromte Spule 8, welche den Anker 9 ganz nach links ver­ schoben hat. Über den Ankerstößel 10 ist auch der Ventilschieber 4 ganz nach links gegen die Kraft der Rückstellfeder 11 und der zweiten Feder 13 in die Offen- Stellung verschoben worden. Der Tankanschluss 16 ist abgesperrt, während eine Verbindung vom Pumpenanschluss 14 zum Arbeitsanschluss 15 hergestellt wur­ de.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Beispiel eines Schnellschaltventils 1'. Hier sind die Rückstellfeder 11' und zweite Feder 13' in Reihe geschaltet. Um die zweite Feder 13' zu führen, ist auf die Rückstellfeder 11' eine Führungshülse 17 aufgesetzt. Die Fig. 4 zeigt die Spule 8 in nicht erregtem Zustand. Wird die Spule 8 vorbestromt, so fährt der Anker 9 gegen die Kraft der zweiten Feder 13' sowie der Rückstellfe­ der 11' nach links. Die Feder 11' hat jedoch eine höhere Steifigkeit als die zweite Feder 13', so dass zunächst nur die zweite Feder 13' so lange zusammengedrückt wird, bis die Rückstellfeder 11' an der Einstellhülse 12 anschlägt.

Wird die Spule 8 im Anschluss daran voll bestromt, so wird auch die Rückstellfe­ der 11' zusammengedrückt, so dass der Ventilschieber 4 in die Offenstellung fährt.

Bezugszeichenübersicht

1

Schnellschaltventil

2

Elektromagnet

3

Ventilhülse

4

Ventilschieber

5

Topf

6

Joch

7

Konus

8

Spule

9

Anker

10

Ankerstößel

11

Rückstellfeder

12

Einstellhülse

13

zweite Feder

14

Pumpenanschluss

15

Arbeitsanschluss

16

Tankanschluss

17

Führungshülse

Claims (5)

1. Schnellschaltventil (1) mit in einer Ventilhülse (3) angeordnetem Ventil­ schieber (4), dem ein Elektromagnet (2) und mindestens zwei, dessen Kraft entgegenwirkende Rückstellfedern (11, 13) zugeordnet sind, wobei der Ventilschieber in mindestens drei Positionen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass von den Positionen des Ventilschiebers (4) mindestens zwei Positio­ nen verschiedene Schließpositionen sind.

2. Schnellschaltventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (4) einen Bypass aufweist, über den Druckmittel von einem Tankanschluß (16) des Ventils einer die Rückstellfeder (11) in ihrer Rückstellkraft unterstützenden Kolben-Zylinder-Einheit zuführbar ist.

3. Schnellschaltventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) über eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung in zwei Stufen erregbar ist.

4. Schnellschaltventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) für die unterschiedlichen Erregung durch unter­ schiedliche Bestromung unterschiedliche Wicklungen aufweist, die getrennt und/oder gemeinsam von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung ansteuer- bzw. regelbar sind.

5. Schnellschaltventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) über die Steuer- bzw. Regelvorrichtung umge­ polt ansteuerbar ist, um die vom Vorhub herrührende Kraft schneller abzu­ bauen.