DE3119049A1 - "vorrichtung mit einem elektromagneten und einem von diesem gesteuerten ventil" - Google Patents

Description

P.5605 Stph

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz

Vorrichtung mit einem Elektromagneten und einem von diesem gesteuerten Ventil

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit elektromagnetischer Betätigung eines ein hydraulisches Druckmittel steuernden Ventils, mit einem Ventilgehäuse, das einen Druckmittelzufuhrkanal, einen Druckmittelabfuhrkanal und einen Druckmittelsteuerkanal aufweist, wobei das Ventil im Ventilgehäuse beweglich derart angeordnet ist, dass es entweder den Druckmittelzufuhrkanal mit dem Druckmittelsteuerkanal verbindet und dessen Verbindung zum Abfuhrkanal sperrt oder den Druckmittelsteuerkanal mit dem Druckmittelabfuhrkanal verbindet und die Verbindung des Steuerkanals mit dem Zufuhrkanal sperrt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art hat der Elektromagnet einen schwenkbaren Anker, der eine aus dem Magnetgehäuse herausragende Platte aufweist, die die Schwenkbewegungen des Ankers mitmacht und sich zwischen zwei gegeneinander gerichteten, von hydraulischem Druckmittel durchströmten Düsen erstreckt. In hydraulischer Wirkungsverbindung mit den beiden Düsen steht das Ventil, das als

doppeltwirkender Schieberkolben ausgebildet ist und dessen Stellung in Abhängigkeit von der zwischen den Düsen befindlichen Ankerplatte beeinflusst wird. Je nach der Stellung des Schiebers findet dann die Verbindung des Steuerkanals mit dem Zufuhrkanal oder dem Abfuhrkanal statt, wobei die drei Kanäle zweifach angeordnet sind. Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass sie konstruktiv aufwendig ist, dass sie wegen der Schmutzempfindlichkeit der Düsen eine geringe Betriebssicherheit aufweist, dass sie nur für Drücke bis etwa 200 bar verwendbar ist und dass sie wegen der Abdichtung mittels des Schieberkolbens beträchtliche Leckverluste an hydraulischem Druckmittel aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art von geringerem konstruktivem Aufwand zu schaffen, die für Drücke bis 1000 bar verwendbar ist, sowie geringere Leckverluste und höhere Betriebssicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Ventil als Tellerventil mit einem sich in Bewegungsrichtung des Ankers des Elektromagneten erstreckenden und mit dem Anker zur direkten Uebertragung von dessen Bewegung auf das Ventil verbundenen Schaft sowie mit zwei ringförmigen, einander gegenüberliegenden Dichtflächen ausgebildet ist, die mit zwei ringförmigen, beiderseits des Ventiltellers im Ventilgehäuse angeordneten Sitzflächen zusammenwirken, dass der Durchmesser des im Ventilgehäuse dichtend geführten Schaftes gleich dem inneren Durchmesser der Sitzflächen im Ventilgehäuse ist und dass der Ventilteller eine die Dichtflächen in radialer Richtung nach aussen überragende, scheibenartige Verlängerung aufweist, deren radiale Begrenzungsflächen zusammen mit zu ihnen parallelen Flächen im Ventilgehäuse die Bewegungen des Ventils dämpfende Spalte bilden.

Durch die direkte Verbindung des Magnetankers mit dem Ventil lässt sich der konstruktive Aufwand für die Vorrichtung beträchtlich vermindern, was auch eine kompakte Bauweise erlaubt. Hierzu trägt auch bei/ dass schmutzempfindliche Düsen wegfallen. Durch die Verwendung des Tellerventils ist die Abdichtung zwischen den verschiedenen Kanälen besser zu verwirklichen als bei der bekannten Vorrichtung/ so dass keine nennenswerten Leckverluste auftreten. Durch die Bemessung des Schaftdurchmessers gleich dem inneren Durchmesser der Sitzflächen im Ventilgehäuse lässt sich ein weitgehender Druckausgleich am Tellerventil erreichen. Dadurch, dass das Tellerventil zwischen den Dichtflächen mit der scheibenartigen Verlängerung versehen ist, wird es möglich, die Bewegungen des Ventiltellers kurz vor seinem Auftreffen die jeweilige Sitzfläche im Ventilgehäuse zu dämpfen. Dies gestattet, die ringförmigen Sitz- und Dichtflächen in ihrer wirksamen Breite sehr schmal zu bemessen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axial-Schnitt durch die Vorrichtung, 25

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt einer

abgewandelten Ausführungsform und 30

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV - IV

in Fig. 3.

Gemäss Fig. 1 weist ein Ventilgehäuse 1 einen Zufuhrkanal 2 für ein unter hohem Druck, z.B. 1000 bar, stehendes Druckmittel auf, das von einer nicht dargestellten Druck-

mittelquelle kommt. Das Ventilgehäuse 1 weist ausserdem einen Druckmittelsteuerkanal 3 auf, der zu einer nicht dargestellten Einrichtung führt, die von dem im Kanal 3 strömenden Druckmittel gesteuert wird, z.B. einem Brennstoffeinspritzventil einer Dieselbrennkraftmaschine. Die beiden Kanäle 2 und 3 sind über ein im Ventilgehäuse 1 verschiebbar angeordnetes Tellerventil 5 verbindbar. In . Fig. 1 unterhalb des Tellerventils 5 ist in einem in das Ventilgehäuse 1 eingesetzten Teil 6 ein Druckmittelabfuhrkanal 4 vorgesehen, über den das im Steuerkanal 3 zurückströmende Druckmittel zu einer nicht gezeichneten Auffangvorrichtung für das Druckmittel gelangt. Von dem Kanal 4 zweigt ein Kanal 4' ab, der in den oberen Teil des Ventilgehäuses mündet und als Leckablauf dient.

Im Ventilgehäuse 1 ist zwischen den Kanälen 2 und 3 eine ringförmige Sitzfläche 7 vorgesehen, die mit einer ebenfalls ringförmig ausgebildeten Dichtfläche 8 am Tellerventil 5 derart zusammenwirkt, dass die wirksame Sitzbreite durch den Durchmesser D der Bohrung 2 und den äusseren Durchmesser D¹ der Sitzflächenpartie 8 am Ventil 5 gegeben ist (Fig. 2). Eine der Sitzfläche 7 entsprechende Sitzfläche 9 ist an der oberen ringförmigen Stirnfläche des eingesetzten Teils 6 vorgesehen, die den Abfuhrkanal· 4 umgibt und mit einer zweiten kreisförmigen Dichtfläche 10 am Tellerventil 5 zusammenwirkt. Die Dichtfläche 10 entspricht hinsichtlich der Sitzausbildung der Dichtfläche 8 und liegt dieser gegenüber. Durch diese Bauweise ist es möglich, ohne ausführungstechnische Schwierigkeiten eine äusserst.

schmale Sitzbreite einhalten zu können, die durch das Flächen-

F · -ν (jvon F;

verhältnis —— bestimmt ist und maximal SS^beträgt. Das Tellerventil 5 ist über die Dichtflächen 8 und 10 hinaus in radialer Richtung verlängert. Diese Verlängerung bildet eine Scheibe 40, deren obere und untere Begrenzungsfläche 37 bzw. 38 je rechtwinklig zur Achse des Ventilschaftes verläuft und um ein geringes Mass gegenüber den Dicht-

flächen 8 bzw. 10 zurückversetzt ist. Im Bereich der Scheibe 40 sind die radial an die Sitzflächen 7 und 9 anschliessenden Flächen des Ventilgehäuses 1 bzw. des eingesetzten Teils 6 parallel zu den Begrenzungsflächen 37 und 38 der Scheibe 40 ausgebildet, so dass in der jeweiligen Schliessstellung des Tellerventils 5 zwischen den Flächen 37 bzw. 38 der Scheibe 40 und der benachbarten Fläche des Ventilgehäuses 1 bzw. des eingesetzten Teils 6 ein schmaler Spalt verbleibt. Dieser Spalt hat die Aufgabe, die Bewegungen des Tellerventils zu dämpfen, wenn es sich einer der beiden Schliessstellungen nähert. Diese Art der Dämpfung hat u.a. den Vorteil, dass das Einsetzen der gedämpften Bewegung von thermisch bedingten Dehnungsunterschieden unbeeinflusst ist.

Das Tellerventil 5 ist an seiner oberen Seite (Fig. 1) mit einem Schaft 11 von zylindrischem Querschnitt versehen. Im Bereich des Zufuhrkanals 2 hat der Schaft 11 einen Abschnitt 11' mit verringertem zylindrischem Querschnitt. Mit dem zylindrischen Querschnitt ist der Schaft 11 in einer Bohrung 12 des Ventilgehäuses 1 mit geringem Spiel dichtend geführt. Der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts des Schaftes 11 ist gleich dem inneren Durchmesser der Sitzflächen 7,9. An den Schaft 11 schliesst sich nach oben eine Stange 13 an, die sich durch einen Elektromagneten 14 hindurch erstreckt, der ebenfalls im Ventilgehäuse 1 untergebracht ist.

Der Elektromagnet 14 besteht im wesentlichen aus einem Anker in Form eines dünnwandigen, stumpfwinkligen Hohlkegels 15 und einem zweiteilig ausgebildeten Kern 16, 16', dessen dem Hohlkegel benachbarte Kegelflächen den Luftspalt begrenzen und die stromdurchflossenen Leiter enthalten. Der Aufbau des Elektromagneten ist in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung P.5604 der gleichen Anmelderin näher beschrieben.

Zur Verbindung des Ankers 15 mit der Stange 13 des Tellerventils 5 ist eine die Stange 13 umgebende Hülse 17 vorgesehen, die an ihrem in Fig. 1 unteren Ende flanschartig verdickt ist und mit diesem verdickten Ende auf einer Ringscheibe 18 abgestützt ist, die ihrerseits auf einem Tellerfederpaar 19 ruht. Das Tellerfederpaar 19 stützt sich über einen Ring 20 am Schaft 11 des Tellerventils 5 ab. Am in Fig. 1 oberen Ende der Hülse 17 ist diese nach innen hin verdickt ausgebildet und stützt sich mit diesem Ende an einem Tellerfederpaar 21 ab, das auf seiner Oberseite über eine Ringscheibe 22 sich an einem zweiteiligen Ring 23 abstützt, der am oberen Ende der Stange 13 in eine konisch ausgebildete Nut eingreift. Der zweiteilige Ring 23 wird im zusammengebauten Zustande durch einen leicht vorstehenden Rand der Scheibe 22 in radialer Richtung fixiert. Auf der Hülse 17 sitzen in axialer Richtung übereinander zwei Hülsen 24 und 25, zwischen denen der Anker 15 eingespannt ist. Zwischen dem unteren Ende der Hülse 24 und dem flanschartig verdickten Ende der Hülse 17 ist eine Zentrierspinne 26 eingespannt, die mehrere gekrümmte, radiale Arme aufweist, deren äussere Enden zwischen dem Magnetkern 16 und dem Ventilgehäuse 1 eingespannt sind. Eine gleichartige Zentrierspinne 27 ist zwischen dem oberen Ende der Hülse 25 und einem auf das obere Ende der Hülse aufgeschraubten Ring 28 einerseits und dem Kern 16' und einer Tellerfeder 29 andererseits eingespannt. Durch die beschriebene Verbindung wird eine direkte Uebertragung der Bewegung des Ankers 15 auf das Tellerventil 5 ermöglicht, wobei durch die Tellerfederpaare 19 und 21 axiale Relativbewegungen zwischen dem Tellerventil und dem Anker möglich sind, weil es vorkommen kann, dass der Ventilteller schon aufsitzt, während der Anker noch nicht an seinem Anschlag angekommen ist. Die Justierung der inneren Anschläge des Ankers gegenüber den Sitzpositionen des Ventils 5 werden im Ventilgehäuse 1 durch Zusammenwirken mit einem Ring 20' bzw. veränderter Vorspannung der Tellerfeder 29 durch den

Deckel 30 erreicht. Ausserdem besteht zwischen der Stange 13 und der Hülse 17 erhebliches radiales Spiel, das über die Scheiben 18 bzw. 22 eine freie radiale Einstellung von Ventil- und Magnetachse ermöglicht. 5

Im Betrieb der Vorrichtung wird - wenn Druckmittel über den Steuerkanal 3 zu der zu steuernden Einrichtung fliessen soll - der Magnet so erregt, dass der Anker 15 in Fig. 1 abwärts gezogen wird und dabei das Tellerventil 5 mit seiner Dichtfläche 10 auf die Sitzfläche 9 presst. Es ist dann der Durchfluss von unter hohem Druck stehendem Druckmittel über den Zufuhrkanal 2 zum Steuerkanal 3 freigegeben. Wenn die Zufuhr von Druckmittel unterbrochen werden soll, wird der Magnet so erregt, dass der Anker 15 sich in die obere in Fig. 1 gezeichnete Stellung bewegt und damit auch das Tellerventil 5, so dass dessen Dichtfläche 8 gegen die Sitzfläche 7 gezogen wird und der Steuerkanal 3 mit dem Abfuhrkanal 4 in offener Verbindung steht. Es strömt nunmehr also Druckmittel aus dem Steuerkanal 3 über den Kanal 4 ab. Da die Bewegungen sehr schnell wechseln, sind die dynamischen Beanspruchungen der Dichtflächen 8,10 und der Sitzflächen 7,9 beträchtlich, so dass es sich empfiehlt, diese Teile aus hochfestem Werkstoff herzustellen, z.B. aus einsatzgehärtetem Stahl, der eine hohe spezifische Flächenpressung zulässt. Durch die beschriebene Dämpfungsvorrichtung in Form der Scheibe 40 am Tellerventil 5 entsteht bei Annäherung des Ventils an die betreffende Sitzfläche im Spalt neben dieser Fläche eine Verdrängungswirkung auf das hydraulische Druckmittel, so dass hier auf einfache, zuverlässige und billige Weise eine Dämpfung erreicht wird. Dank dem, dass die ringförmigen Sitzflächen 7 und 9 sehr schmal ausgebildet sind und ihr innerer Durchmesser dem Durchmesser des zylindrischen Teils des Schaftes 11 entspricht, sind die hydraulischen Kräfte am Tellerventil praktisch ausgeglichen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 ist das Tellerventil 5 auf seiner dem Schaftabschnitt 11' entgegengesetzten Seite mit einem Führungszapfen 39 versehen. Der Führungszapfen ragt in den Abfuhrkanal 4 und weist einen kreuzförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt des Führungszapfens 39 ist so bemessen, dass der gesamte Strömungsquerschnitt zwischen ihm und dem umgebenden Kanal 4 gleich gross ist wie der Strömungsquerschnitt des Zufuhrkanals 2 im Bereich des Abschnittes II¹ des Ventilschaftes. Durch diese Gestaltung wird einerseits eine gute Führung des Tellerventils und andererseits ein guter Ausgleich der Druckverluste auf Zu- und Abflusseite erreicht.

Anstelle der beschriebenen Ausbildung der Dicht- und Sitzflächen in flacher Form ist es auch möglich, diese Flächen kegelförmig auszubilden. Um Dicht- und Sitzflächen zu schaffen, die hohe Flächenpressungen zulassen, ist es auch möglich, die genannten Flächen mit einer Hartmetallpanzerung zu versehen.
20

Anstelle des in beiden Richtungen magnetisch wirksamen Elektromagneten kann auch ein in einer Richtung magnetisch wirksamer Elektromagnet mit dem Tellerventil 5 verbunden sein. Ein solcher Magnet für sehr schnelle Bewegungen ist in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung P.5603 der gleichen Anmelderin beschrieben.

LeeYseite

Claims (7)

1. Gebrüder Sulzer AG P.5605 Stph

   Patentansprüche

   Vorrichtung mit elektromagnetischer Betätigung eines ein hydraulisches Druckmittel steuernden Ventils, mit einem Ventilgehäuse, das einen Druckmittelzufuhrkanal, einen Druckmittelabfuhrkanal und einen Druckmittelsteuerkanal aufweist, wobei das Ventil im Ventilgehäuse beweglich derart angeordnet ist, dass es entweder den Druckmittelzufuhrkanal mit dem Druckmittelsteuerkanal verbindet und dessen Verbindung zum Abfuhrkanal sperrt oder den Druckmittelsteuerkanal mit dem Druckmittelabfuhrkanal verbindet und die Verbindung des Steuerkanals mit dem Zufuhrkanal sperrt, dadurch g e k e η η ζ eichnet, dass das Ventil als Tellerventil mit einem sich in Bewegungsrichtung des Ankers des Elektromagneten erstreckenden und mit dem Anker zur direkten üebertragung von dessen Bewegung auf das Ventil verbun-

   denen Schaft sowie mit zwei ringförmigen, einander gegenüberliegenden Dichtflächen ausgebildet ist, die mit zwei ringförmigen, beiderseits des Ventiltellers im Ventilgehäuse angeordneten Sitzflächen zusammenwirken, dass der Durchmesser des im Ventilgehäuse dichtend geführten Schaftes gleich dem inneren Durchmesser der Sitzflächen im Ventilgehäuse ist und dass der Ventilteller eine die Dichtflächen in radialer Richtung nach aussen überragende, scheibenartige Verlängerung aufweist, deren radiale Begrenzungsflächen zusammen mit zu ihnen parallelen Flächen im Ventilgehäuse die Bewegungen des Ventils dämpfende Spalte bilden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzflächen im Ventilgehäuse und die Dichtflächen am Tellerventil aus hochfestem Werkstoff bestehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen dem Schaft des Tellerventils und dem Anker des Elektromagneten elastische Glieder vorgesehen sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ dass die Verbindung zwischen dem Schaft des Tellerventils und dem Anker so ausgebildet ist/ dass der Schaft relativ zum Anker radial beweglich ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerventil auf der dem Schaft abgewendeten Seite einen in den Druckmittelabfuhrkanal ragenden Führungszapfen aufweist, der zwischen sich und dem Druckmittelabfuhrkanal einen Strömungsquerschnitt freilässt, der gleich gross dem Strömungsquerschnitt des Druckmittelzufuhrkanals im Bereich des Schaftes ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet im Ventilgehäuse angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Elektromagneten in axialer Richtung justierbar ist.