DE2347559A1

DE2347559A1 - Hydraulikventil

Info

Publication number: DE2347559A1
Application number: DE19732347559
Authority: DE
Inventors: Helmut Weinzierl
Original assignee: Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1975-03-27

Description

HANS TRAPPENBERG · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE

15. September 1973 WI 201

Pirma HoerMger-Hydraulik KG., 7501 Reichenbach, Birkelweg 4 Hydraulikventil

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil mit elektromagnetischem Antrieb, bestehend aus einem Elektromagneten in dessen mit Hydraulikflüssigkeit gefülltem "nassen¹* einseitig druckdicht verschlossenen Arbeitsraum ein ferromagnetxsch.es Joch und ein frei verschiebbarer Anker eingefügt ist, wobei der Anker direkt oder über ein Zwischenglied als Verschlußkörper auf einen Ventilkörper mit einer zentralen Zuleitungsbohrung für eine Hydraulikzuleitung aufpressbar ist und Verschlußkörper und Ventilkörper jeweils in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Ankerbewegung liegende" zueinander gerichtete plane Oberflächen aufweist.

Derartige Ventile sind insbesondere aus der Hydraulik als Ein-Aus-Ventile bekannt. Hierbei ist im allgemeinen der Verschlußkörper als federnd geführte Stange durch den Anker hindurohgeführt, wodurch er bei satter Anlage des Ankers an das Joch federnd auf dem Ventilkörper aufliegt. Als Vorteil ergibt sich bei einer solchen Anordnung, da die Stirnflächen von Anker und ξοοΤα. aufeinandc liegen, ein absolut sicheres Aufpressen des Verschlußkörpers auf den Ventilkörper. Außerdem übernimmt die federnde Halterung der als Verschlußkörper dienenden Stange sämtliche längentoleranzen, so daß auch die Herstellung eines solchen elektromagnetischen Ventils nicht kritisch ist. Ventile dieser Art lassen sich allerdings¹ nur. als Ein/Aus-Ventil, nicht aber als Druck-Regelventil einsetzen.

-2-

509813/02U

Bei . Druck-Regel ventil en soll durch. Regeln der Spannung des Elektromagneten eines elektromagnetischen Ventils der Durchlassdruck "beziehungsweise die Durchlassmenge gesteuert werden können.

Bei bekannten derartigen Ventilen wird der Weg beschritten, daß das eigentliche Ventil von dem Elektromagneten getrennt und die auch bei dieser Ausführung notwendige Feder zwischen Joch und Anker eingefügt wird. Nunmehr kann die wiederum als Verschlußkörper dienende Stange fest, jedoch längenveränderbar im Anker eingefügt werden, so daß das bei einem Regelventil unzulässige Spiel zwischen Anker- und Verschlußkörperbewegung ausgeschaltet ist. Allerdings müssen derartige Druck-Regelventile sehr genau justiert werden, um nicht nur ein einwandfreies Aufsitzen des Verschlußkörpers auf dem Ventilkörper zu erzielen, sondern um auch die gewünschte Regelcharakteristik zu erreiohen. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die Weg/Kraft-Charakteristik des Elektromagneten kurz vor dem Zusammentreffen der Flächen von Anker·und Joch in einer stark gekrümmten Kurve steil ansteigt, die Justierung der Stange im Anker daher so· erfolgen muß, daß die Weg/Kraft-Kennlinie der Feder einigermassen mit dieser elektromagnetischen Kennlinie übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, ergeben sich von der gewünschten Steuerkennlinie sehr stark abweichende Werte. Wegen diesem Zwang zur äußerst genauen Justierung sowie auch wegen des verhältnismäßig komplizierten Aufbaus konnten sich derartige Ventile in größerem Maße nicht durchsetzen. Statt dessen werden Regel-Ventile verwendet, bei denen der Verschlußkörper mittels eines kleinen aufgesetzten Elektromotors über ein Gewinde angehoben wird.

Weiter bekannt sind Hydraulikventile mit elektromagnetischem Antrieb die aus einem Elektromagneten bestehen, dessen Arbeitsraum einerseits von einem mit Zu- und Ableitungen für die Hydraulikflüssigkeit versehenen, aus ferromagnetischem Material bestehenden Ventilkörper und andererseits von einem aus nichtferromagnetishcem Material bestehenden Deckel druckdicht ver-

509813/0244 "³"

schlossen ist, wobei sich im verbleibenden Arbeitsraum unter dem Einfluss der elektromagnetischen Kräfte sowie des Drucks der Hydraulikflüssigkeit ein Anker frei verschieben kann. Der Anker dient bei dieser Ausführung gleichzeitig als Verschlußkörper, so daß die komplizierte Herstellung und schwierige Justierung der von dem Anker zu betätigenden Stange in Wegfall kommt. Außerdem wird das gesamte Hydraulikventil dadurch in seinem Volumen wesentlich kleiner, wie auch die Stromaufnahme zum Regeln eines derartigen Ventils geringer ist. Nachteilig macht sich bei einem derartigen Ventil allerdings die !latterneigung bemerkbar, da die Dämpfung einmal durch die großen Massen des herkömmlichen Ventils wie auch durch die sich bei dem herkömmlichen Ventil durch dessen Konstruktion automatisch ergebenden Dämpfungskammern fehlen. Diese fehlende Dämpfung macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn nach einem noch nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag Ventilkörper und Verschlußkörper so ausgebildet sind, daß sie in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Ankerbewegung liegende, zueinander gerichtete plane Bberflächen aufweisen. Bei einem derartigen Hydraulikventil ist der Anker im Arbeitszustand nur ganz geringfügig vom Joch abgehoben, so daß nur ein verhältnismäßig geringer magnetischer Widerstand vorhanden ist. Kleinste Abstandsänderungen zwischen Anker und Joch führen daher zu großen Änderungen der magnetischen Kräfte, wodurch zwar der Leistungsbedarf eines derartigen Hydraulikventils sehr klein gehalten werden kann, wodurch jedoch auch die Flatterneigung sehr erhöht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Hydraulikventil anzugeben, das die Vorteile der herkömmlichen Ventile, also deren gute Regelbarkeit ohne Neigung zum Flattern mit den Vorteilen der Hydraulikventile verbindet, deren Anker direkt als Versohlußkörper benutzt wird. Dies wird bei einem Hydraulikventil der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Ventilkörper oder dem dem Ventil-

-4-50981 3/02U

körper anliegende Teil des ferromagnetischen Jochs einen koaxial zur Zuleitungsbohrung etwa im Abstand des Durchmessers des Verschlußkörpers liegenden, mit der Hydraulik-Ableitung verbundenen Ringkanal aufweist, und daß im Verschlußkörper ein ringförmiger Ablaufkanal ebenfalls koaxial, jedoch mit geringem radialen Abstand zur Zuleitungsbohrung angebracht ist. Hierbei kann der ringförmige Ablaufkanal über mindestens eine grabenförmige Vertiefung im Ventilkörper oder im Verschlußkörper zu dem Ringkanal führen.

Durch, die erfindungsgemäße Ausbildung 4von Ventilkörper und Verschlußkörper wird erreicht, daß sich zwischen diesen beiden Bauelementen beim Betrieb des Ventils ein aus strömender Hydraulikflüssigkeit bestehendes Polster bildet, das die Bewegung des Ankers "beziehungsweise des als Verschlußkörper dienenden Zwischengliedes in beiden Richtungen dämpft. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Bewegung des¹ Ankers beziehungsweise des Zwischengliedes auf den Ventilkörper zu durch die Masse der Hydraulikflüssigkeit zwischen diesen Bauelementen gedämpft wird, jedoch aucheine entgegengesetzte Kraftwirkung durch das strömende Medium, das durch die Verengung zwischen Verschlußkörper und Ventilkörper hindurchtreten muß, herbeigeführt wird. Die letztgenannte Wikrung stellt sich insbesondere an der Engstelle zwischen der Zuleitungsbohrung und dem ringförmigen Ablaufkanal ein, da an dieser Stelle die größte Strömungsgeschwindigkeit herrscht; die Polsterwikrung entsteht insbesondere zwischen den Flächen von Ventilkörper und Ver-+ schlußkörper die zwischen dem ringförmigen Ablaufkanal und dem Ringkanal liegen. TJm den Durchlauf durch das Ventil nicht zu sehr beeinträchtigen, können hierbei in erfindungsgemäßer Weise grabenförmige Vertiefungen direkt von dem Ablaufkanal zu dem Ringkanal führen, ohne daß jedoch der erfindungsgemäße Effekt beeinträchtigt wird.

Im Anker beziehungsweise im Zwischenglied eines derartigen Hydraulik ventils muß in an sich bekannter Weise eine Entlastungsbohrung

B09813/02U

beziehungsweise ein Entlastungskanal vorgesehen sein, um die Hydraulikflüssigkeit auch hinter den Anker "beziehungsweise das Zwischenglied zu führen. Um nun den erfindungsgemäßen Dämpfungseffekt nicht zu stören, wird nach der Erfindung die Einmündung zu dieser Entlastungsöffnung seitlich am Anker beziehungsweise am Zwischenglied vorgesehen. Dadurch "bleibt nicht nur die Symmetrie der einander zugekehrten Flächen von Ventilkörper und Verschlußkörper erhalten, sondern es entfallen auch direkte Störungen durch den Druckausgleich der Hydraulikflüssigkeit _Vor und hinter dem Anker beziehungsweise dem Zwischenglied wie auch die dadurch hervorgerufenen Verwirpelungen.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird zwischen Anker und Ventilkörper ein im Joch geführter, frei beweglicher, vorzugsweise zylindrischer Schiebebolzen ale Verschlußkörper vorgesehen, Dieser Verschlußkörper hat den Vorteil, daß er durch seine Masse weiterhin die Bewegungen des Systems dämpft. Außerdem wird durch einen derartigen Schiebebolzen die elektromagnetische Arbeitsfläche zwischen Joch und Anker von der Ventilfläche zwischen Ventilkörper und Verschlußkörper getrennt, wodurch es möglich ist den Abstand des Ankers vom Joch den optimalen Betriebsbedingungen anzupassen. Dies ist deshalb besonders wichtig, weil durch die dadurch mögliche Anpassung des magnetischen Widerstandes an die Druckverhältnisse zwischen Ventilkörper und Verschlußkörper eine nahezu lineare Regelcharakteristik des Hydraulikventils erreicht werden kann. Zweckmäßigerweise wird hierzu der Schiebebolzen geringfügig langer ausgeführt als der Abstand zwischen Jochöberkante und Ventilkörper, was auf einfachste Weise dadurch erreicht werden kann, daß der Schiebebolzen gemeinsam auf gleicher Höhe wie das Joch geschliffen und die Längenvergrößerung des Schiebebolzens durch Aufgalvanisieren einer oberflächenvergüteten Schicht er-· räciit wird. Dadurch kann die Länge des Schiebebolzens sehr genau, bei verhältnismäßig einfacher Herstellung bestimmt werden.

509813/02U

Schliesslich ist es selbstverständlich auch noch möglich, das Hydraulikventil degressiv zu regeln, wobei also der Verschlußkörper unter Einwirkung des elektromagnetischen Feldes vom Ventilkörper abgehoben wird. Hierzu ist selbstverständlich das Joch auf der Gegenseite anzubringen und es ist außerdem der Verschlußkörper beziehungsweise der Anker durch eine Federkraft auf den Ventilkörper aufzupressen. Von Vorteil ist hierbei, wenn der Schiebebolzen aus ferromagnetischem Material besteht, da dadurch die elektromagnetische Wirkung des Ankers unterstützt wird.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispielse des erfindungsgemäßen Hydraulikventils schematisch dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Ventil im Längsschnitt,

Fig. 2 einen in ein Joch eingesetzten Schiebebolzen, Fig. 3 die Unteransicht von Fig. 2 und Fig. 4 einen Längsschnitt wie Fig. 1, jedoch bei einem degressiv wirkenden Ventil.

Der Arbeitsraum eines Elektromagneten 1 ist einseitig druckdicht durch einen Deckel 2 verschlossen, durch den eine Notbetätigung hindurchgeführt ist. Andererseits ragt in den Arbeitsraum ein ferromagnetisches Joch 4 hinein, in dem ein Sohiebebolzen 5 längsverscniebbar geführt wird. Im Arbeitsraum selbst befindet sich dann noch der ebenfalls längsverschiebbar Anker 6. Der Schießbolzen 5 sitzt auf einem Ventilkörper 7 auf, der mit Zu- (8) und Ableitungsbohrungen 9 versehen ist.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Hydraulikventils verschiebt der Druck der über die Zuleitungsbohrung 8 herangeführten Hydraulikflüssigkeit den Schiebebolzen 5 und damit auch den Anker 6 in Richtung auf den Deckel 2. Das Hydraulikventil ist hiermit vollkommen geöffnet und die Hydraulikflüssigkeit fließt über die Zuleitungsbohrung 8, den Spalt zwischen dem Schiebebolzen 5 und

-7-5Q9813/02U

dem Ventilkörper 7 zu einem Ringkanal 10 und von dort durch die Ableitungsbohrungen 9 wieder ab. Ist der Elektromagnet 1 voll erregt, wird der Anker. 6 und damit auch der Schiebebolzen 5 in Richtung auf den Ventilkörper 7 verschoben, wodurch der Schiebebolzen 5 als Verschlußkörper fest auf dem Ventilkörper 7 aufliegt, und damit die Zuleitungsbohrung'8 dicht verschliesst. In einem Zwischenzustand, wird sich ein Gleichgewicht zwischen dem Druck der Hydraulikflüssigkeit und der magnetischen Kraft des Elektromagneten 1 so einstellen, daß sich stets ein bestimmter Durchlaßdruck beziehungsweise eine bestimmte Durchlaßmenge ergibt.

In Mg. 2 ist das Joch 4 mit dem Schiebebolzen 5 nochmals separat herausgezeichnet. Hier, wie auch in Fig. 3 ist deutlich ein ringförmiger Ablaufkanal 11, sowie, eine von diesem Ablaufkanal 11 zu dem Ringkanal 10 führende grabenförmige Vertiefung 12 erkennbar. Bei abgehobenem, als Verschlußkörper dienenden Schiebebolzen 5 fliesst also die Hydraulikflüssigkeit zwischen den Flächen des Ventilkörpers 7 und des Schiebebolzens 5 zu dem Ablaufkanal 11 und von dort weiter über die grabenförmige Vertiefung 12 oder über die gesamte Fläche zwischen dem ringförmigen Ablaufkanal 11 lind dem Ringkanal 10 in den Ringkanal 10 und von dort durch die Ableitungen 9 ah. Hierbei bildet sich zwischen den gegenüberliegende Flächen des Ventilkörpers und des Verschlußkörpers beziehungsweise des Schiebebolzens 5 ein Polster aus strömender Hydraulikflüssigkeit das die Bewegungen des Schiebebolzens 5 beziehungsweise des Ankers 6 entsprechend dämpft.

Insbesondere aus den Figuren 2 und 3 ist noch ein ringförmiger Entlastungskanal 13 ersichtlich, in den eine Entlastungsböhrung 14» 15 einmündet. Die seitliche Einmündung der Entlastungsbohrung 14 in den Entlastungskanal 13 vermeidet Rückwirkungen des hinter dem Schiebebolzen 5 beziehungsweise um den Anker 6 gestauten Drucköls auf die Einstellung des Schiebebolzena 5 relativ zu dem Ventilkörper 7.

-8-

509813/0244

In Jig. 4 ist in gleicher Darstellung wie in Pig. 1 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils gezeigt. TJm das Ventil degressiv steuern zu können, ist hier eine Feder 15 vorgesehen, die den Anker 6 und-damit auch den Schiebebolzen 5 gegen den Ventilkörper 7 presst. Beim Einwirken einer elektromagnetischen Kraft wird der Anker 6 gegen die Kraft der Feder 15 zu dem hier auf der Deckelseite angeordneten Joch 24 verschoben, wodurch der Schießbolzen 5 von dem Ventilkörper 7 abgehoben wird. Zweckmäßigerweise wird hierbei der Schiebebolzen 5 aus ferromagnetische!!! Material gefertigt, um die Wirkung des Ankers 6 zu unterstützen. Statt der Notbetätigung 3 ist bei diesem Ventil eine Einstellmöglichkeit für die Feder 15 durch die mit einer Kappe 16 abgedeckten Justierschraube 17 gegeben.

-9-

509813/0244

Claims

Patentansprüche

Hydraulikventil mit elektromagnetischem Antrieb, bestehend aus einem Elektromagneten in dessen mit Hydraulikflüssigkeit gefülltem "nassen" einseitig druckdicht -verschlossenen Arbeitsraum ein ferromagnetisches Joch und ein frei verschiebbarer Anker eingefügt ist, wobei der Anker direkt oder über ein Zwischenglied als Verschlußkörper auf einen Ventilkörper mit einer zentralen Zuleitungsbohrung für eine Hydraulikzuleitung aufpressbar ist undVerschlußkörper und Ventilkörper jeweils in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Ankerbewegung liegende zueinander gerichtete plane Oberflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ventilkörper (7) oder der dem Ventilkörper (7) anliegende Teil des ferromagnetisehen Jochs (4) einen koaxial zur Zuleitungsbohrung (8) etwa im Abstand des Durchmessers des Verschlußkörpers liegenden, mit der Hydraulik-Ableitung (9) verbundenen Ringkanal (10) aufweist, und daß im Verschlußkörper ein ringförmiger Ablaufkanal (11) ebenfalls koaxial jedoch mit geringem radialem Abstand zur Zuleitungsbohrung (8) angebracht ist.

Hydraulikventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der ringförmige Ablaufkanal (11) über .mindestens eine grabenförmige Vertiefung (12) im Ventilkörper (7) oder im Verschlußkörper zu dem Ringkanal (10) führt.

Hydraulikventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß im Anker (6) beziehungsweise im Zwischenglied eine an sich bekannte Entlastungsbohrung (14_f15) vorgesehen ist, und daß die Einmündung zu dieser Entlastungsbohrung seitlich am Anker(6) beziehungsweise am Zwischenglied vorgesehen ist.

S09813/02U

4. Hydraulikventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch, gekennzeichnet,

daß' zwischen Anker (6) und Ventilkörper (7) ein im Joch (4) geführter frei beweglicher vorzugsweise zylindrischer Schiebebolzen (5) als Verschlußkörper vorgesehen ist.

5. Hydraulikventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schiebebolzen (5) geringfügig länger ist als der Abstand zwischen Jochoberkante und Ventilkörper (7).

6. Hydraulikventil nach Anspruch 4_f
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schiebebolzen (5) aus ferromagnetxschem Material ist, und daß der Anker (6) durch Federkraft " (15) auf den Schiebebolzen (5) aufgepresst ist.

5098-13/02U

Leerseite