Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches
Steuerventil für hydraulischen Schreitausbau mit einem an
eine Hochdruckleitung anschließbaren 3/2-Wegeventil und mit
einem an eine eigensichere Stromversorgung anschließbaren,
von einer Steuerelektronik angesteuerten Gleich
strommagneten zur Steuerung des 3/2-Wegeventils zwischen
einer durch Einwirkung einer Federkraft und/oder der
anstehenden Druckflüssigkeit definierten Schließstellung
und einer durch einen vom Gleichstrommagneten von einer
Ausgangsstellung in seine Schaltstellung bewegten
Schaltstößel herbeigeführten und in der Schaltstellung vom
Schaltstößel aufrechterhaltenen Öffnungsstellung.
Ein Steuerventil mit den vorgenannten Merkmalen ergibt
sich aus der DE 196 46 611 C1; bei dem bekannten Steuer
ventil ist in einem in das Ventilgehäuse eingesetzten, die
Anschlüsse zum Tank, zur Pumpe und zu einem Verbrau
cher beinhaltenden Ventil ein Schließkörper angeordnet, der
von einer Ventilfeder und durch die anstehende Druckflüs
sigkeit auf einem Dichtsitz in seiner Schließstellung gehal
ten bzw. in seine Schließstellung vorgespannt ist. Für die
Umsteuerung des Wegeventils in dessen Öffnungsstellung
ist ein Gleichstrommagnet vorgesehen, der einen Eisenkern,
einen zylindrischen Spulenkörper sowie einen innenliegen
den Anker umfaßt. Bei Erregung des Gleichstrommagneten
bei angelegter Spannung wird der Anker und damit ein mit
dem Anker verbundener Schaltstößel in Richtung des Wege
ventils bewegt, wobei die Bewegung des Schaltstößels auf
den Schließkörper übertragen wird und diesen in die Öff
nungsstellung des Wegeventils zum Verbraucher bewegt.
Solange die Erregung des Gleichstrommagneten aufrechter
halten wird, verbleibt das Wegeventil in dieser den Verbrau
cher zuschaltenden Öffnungsstellung; bei stromlos geschal
tetem Gleichstrommagneten sorgen die Ventilfeder und die
anstehende Druckflüssigkeit für die Rückführung bzw. Um
steuerung des Schließkörpers in dessen Schließstellung.
Mit dem bekannten Steuerventil ist der Nachteil verbun
den, daß eine elektrische Leistung über die Ansteuerung des
Ventils hinaus auch für die Schaltstellung in der Öffnungs
phase des Ventils vorgehalten werden muß. Da bei der heu
tigen Betriebsmittelkonzentration an einzelnen Betriebs
punkten eine hohe Zahl derartiger Steuerventile im Einsatz
steht, ergeben sich trotz des bei dem bekannten Steuerventil
nur noch vergleichsweise geringen elektrischen Leistungs
bedarfs in der Summe nicht unerhebliche Installations- und
Betriebskosten. Es kommt hinzu, daß bei Ausfall der Span
nungsversorgung die Steuerventile automatisch in ihre
Schließstellung umsteuern, was je nach Betriebslage im
Einzelfall unerwünscht sein kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Steuerventil mit den gattungsgemäßen Merkmalen derart
auszulegen, daß der elektrische Leistungsbedarf weiter her
abgesetzt ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Haupt
anspruches genannten Merkmalen gelöst. Die vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand der Unteran
sprüche.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß ein
den Schaltstößel in seiner Schaltstellung festhaltender Per
manentmagnet vorgesehen ist und daß die Steuerelektronik
zur Umpolung des Gleichstrommagneten in Abhängigkeit
von der Umsteuerung des Wegeventils eingerichtet ist der
art, daß für die Steuerung des Wegeventils in dessen Öff
nungsstellung eine gleichsinnige Polung von Permanentma
gnet und Gleichstrommagnet und für die Umsteuerung des
Wegeventils in dessen Schließstellung eine gegensinnige
Polung von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet ein
stellbar ist.
Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß zum
Aufrechterhalten der Öffnungsstellung des Wegeventils die
Stromversorgung des Gleichstrommagneten weiter redu
ziert und gegebenenfalls ganz abgeschaltet werden kann, da
der integrierte Permanentmagnet das Festhalten des Schalt
stößels in dessen die Öffnungsstellung des Wegeventils be
wirkender bzw. aufrechterhaltender Stellung übernimmt.
Zur Ausführung der Umsteuerung des Wegeventils von der
einen in die jeweils andere Betriebsstellung ist eine Umpo
lung des Gleichstrommagneten eingerichtet. So ist die An
steuerelektronik dafür ausgelegt, für die Bewegung des
Schaltstößels in die die Öffnung des Wegeventils herbeifüh
rende Stellung die Polung des Gleichstrommagneten mit der
Polung des Permanentmagneten gleichsinnig einzurichten,
so daß die Feldlinien von Permanentmagnet und Gleich
strommagnet gleichsinnig verlaufen und das bestehende
Magnetfeld des Permanentmagneten verstärkt wird. Auf
grund des so erzeugten Magnetfeldes wird der Anker ange
zogen und der Schaltstößel in seine die Ventilöffnung bewir
kende Stellung verschoben; in dieser Endlage wird der
Schaltstößel ausschließlich durch den Permanentmagnet ge
halten, so daß - je nach der Stärke des Permanentmagneten
- der Gleichstrommagnet in seiner Erregung deutlich redu
ziert bzw. die Stromversorgung für den Gleichstrommagne
ten sogar ganz abgeschaltet werden kann. Soll das Wege
ventil in seine Schließstellung zurückgeführt werden, so
wird die Polung des Gleichstrommagneten gegensinnig zur
Polung des Permanentmagneten eingerichtet, so daß die
Feldlinien von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet
gegensinnig verlaufen und damit die Feldstärke des Perma
nentmagneten geschwächt wird; der Permanentmagnet kann
den Anker mit Schaltstößel nicht mehr in der Schaltstellung
halten, so daß die Ventilfeder und/oder der anstehende Flüs
sigkeitsdruck für die Rückführung des Schließkörpers des
Ventils in dessen Schließstellung sorgen.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgese
hen, daß der Permanentmagnet an dem dem Wegeventil zu
gewandten Ende des zylindrischen Spulenkörpers des
Gleichstrommagneten axial mit dem Spulenkörper fluch
tend oder aber von dem Spulenkörper umgriffen in dem Rin
graum zwischen Spulenkörper und Schaltstößel angeordnet
ist; bei der letztgenannten Lösung ergibt sich eine Verringe
rung der Baugröße des Steuerventils.
Soweit mit der Erfindung einerseits der Vorteil verbunden
ist, daß ein Ausfall der Spannungsversorgung des Gleich
strommagneten nicht zu einer automatischen Schließung des
Steuerventils führt, andererseits aber für die Überführung
des Steuerventils in dessen Schließstellung eine Erregung
des Gleichstrommagneten erforderlich ist, ist nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß dem
Gleichstrommagneten bei Ausfall von dessen Spannungs
versorgung ein schaltbarer Energiespeicher zugeordnet ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin
dung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind.
Es zeigen.
Fig. 1 ein elektro-hydraulisches Steuerventil in einem
Längsschnitt,
Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einer
anderen Ausführungsform,
Fig. 3a, b die Zuordnung der Polung von
Gleichstrommagnet und Permanentmagnet für
die unterschiedlichen Schaltvorgänge in
einer schematischen Darstellung.
In Fig. 1 sind lediglich die für die Steuerung des
Wegeventils erforderlichen Bauteile dargestellt; der Aufbau
des in das Ventilgehäuse 10 eingesetzten 3/2-Wegeventils 11
mit den zugeordneten hydraulischen Anschlüssen ist im
einzelnen in der gattungsgemäßen Druckschrift
DE 196 46 611 C1 eingehend beschrieben.
Wie ebenfalls in der DE 196 46 611 C1 zum Aufbau der
Schaltbetätigung des Wegeventils ausgeführt, sind in dem
Ventilgehäuse 10 zwei Ventile 11 nebeneinander angeordnet,
wobei jedem Wegeventil 11 ein Gleichstrommagnet 12
zugeordnet ist. Die beiden Gleichstrommagnete 12 des
Steuerventils sind mit einer Steckbuchse 13 an eine nicht
dargestellte, eigensichere Stromversorgung angeschlossen.
Die Steckbuchse 13 ist in eine eine mit Dioden bestückte
Leiterplatte 14 eingesetzt, die in horizontaler Lage beide
Gleichstrommagnete 12 überdeckt und in einem das
Ventilgehäuse 10 kopfseitig flach abschließenden
Gehäusedeckel 15 untergebracht ist.
Der einzelne Gleichstrommagnet 12 besteht aus einem
Mantel 16, einem Eisenkern 17, einem zylindrischen Spu
lenkörper 18 sowie einem innenliegenden Anker 19. Durch
die Erregung des Gleichstrommagneten 12 bei angelegter
Spannung wird bei entsprechender, nachfolgend noch zu be
schreibender Polung des Gleichstrommagneten 12 der An
ker 19 in axialer Richtung auf das Wegeventil 11 zu bewegt.
Mit dem Anker 19 ist ein Schaltstößel 20 verbunden, der die
Schaltkraft des Gleichstrommagneten 12 auf das in dem
Ventilgehäuse untergebrachte Wegeventil 11 überträgt. Der
Schaltstößel 20 ist auf ganzer Länge durch den Gleichstrom
magneten 12 und die Leiterplatte 14 hindurchgeführt. Das
kopfseitige Ende des Schaltstößels 20, welches aus dem Ge
häusedeckel 15 austritt und durch eine elastische Haube 21
abgedeckt ist, kann notfalls von Hand zum Öffnen des We
geventils 11 betätigt werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in
axialer Verlängerung des zylindrischen Spulenkörpers 18 im
Bereich des Eisenkerns 17 ein Permanentmagnet 22 ange
ordnet, dessen Polung und Zusammenwirken mit dem
Gleichstrommagneten 12 bei den Schaltstellungen des We
geventils in den Fig. 3a und 3b dargestellt ist. Wie Fig. 3a zu
entnehmen ist, wird zum Verschieben des Ankers 19 mit
Schaltstößel 20 in die Öffnungsstellung des Wegeventils 11
der Gleichstrommagnet 12 über die nicht dargestellte Steu
erelektronik derart gepolt, daß die Feldlinien 23 den Perma
nentmagneten 22 sowie den Gleichstrommagneten 12
gleichsinnig durchlaufen, so daß das bestehende Magnetfeld
des Permanentmagneten 22 verstärkt wird. Aufgrund dieser
Magnetfeldverstärkung wird der Anker 19 mit Schaltstößel
20 in Richtung auf das Wegeventil 11 angezogen, so daß
durch diese lineare Bewegung der in dem Wegeventil 11 an
geordnete Schließkörper in die Öffnungsstellung für die
Versorgung des Verbrauchers gesteuert wird. In dieser die
Öffnungsstellung des Wegeventils herbeiführenden Endlage
wird der Anker 19 mit Schaltstößel 20 von dem Permanent
magneten 22 gehalten, so daß der für die Erregung des
Gleichstrommagneten 12 während des Schaltvorganges be
nötigte Strom abgeschaltet werden kann; in dieser Endlage
wirkt auf den Anker 19 somit nur der Permanentmagnet 22.
Soll das Wegeventil 11 in die Schließstellung von dessen
Schließkörper umgesteuert werden, wird der Gleichstrom
magnet 12 erneut erregt, allerdings mit einer zur Polung des
Permanentmagneten 22 gegenläufigen Polung, wie dies in
Fig. 3b dargestellt ist. Bei dem dort dargestellten Verlauf der
Feldlinien 23 wird das Magnetfeld des Permanentmagneten
22 abgeschwächt, so daß die Feldstärke nicht mehr aus
reicht, um den Anker 19 mit Schaltstößel 20 festzuhalten;
die im Wegeventil angeordnete Ventilfeder, gegebenenfalls
unterstützt durch den anstehenden Druck der Druckflüssig
keit, führt den Schaltstößel 20 und damit den Anker 19 in
die in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Permanentmagnet 22 in dem zwischen Spulenkörper 18
und Schaltstößel 20 bestehenden Ringraum in dem Eisen
kern 17 angeordnet und somit von dem Spulenkörper 18
umgriffen, womit eine Verringerung der Baugröße des Steu
erventils einhergeht.
Bezugszeichen
10
Ventilgehäuse
11
3
/
2
Wegeventil
12
Gleichstrommagnet
13
Steckbuchse
14
Leiterplatte
15
Gehäusedeckel
16
Mantel des Gleichstrommagneten
17
Eisenkern des Gleichstrommagneten
18
Spulenkörper
19
Anker
20
Schaltstöße
21
elastische Haube
22
Permanentmagnet
23
Feldlinien des Permamentmagneten