DE3609901A1 - Elektromagnetisch betaetigtes, hydraulisches schnellschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätig­ tes, hydraulisches Schnellschaltventil.

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätig­ tes, hydraulisches Schnellschaltventil mit wenigstens einem druck-entlasteten Kegelsitzventil, dessen Ventil­ körper in einer Bohrung des Ventils geführt und gelagert ist, und mit einem Topfmagneten, dessen Anker Teil des Ventilkörpers ist und mit dem Kern des Topfmagneten einen Arbeitsluftspalt sowie mit dessen Wand einen parasitären, die Bewegung des Ankers ermöglichenden Luftspalt bildet, wobei die Führung des Ventilkörpers außerhalb des parasi­ tären Luftspaltes angeordnet ist.

Bekannte Schnellschaltventile dieser Art (deutsches Gebrauchsmuster 83 18 739.1) werden auf vielen Einsatzgebieten als Steuer- oder Vorsteuerventile verwen­ det. Sie bilden häufig die Schnittstelle zwischen einer digitalen Schaltungsanordnung, beispielsweise einem Rechner, und einem hydraulischen Arbeitssystem. Solche Ventile müssen über lange Zeit zuverlässig arbeiten, da die Be­ triebsfähigkeit der Gesamtanlage von ihrer richtigen Funktion abhängt. Außerdem sollen die Schaltzeiten kurz und auf reproduzierbare Weise gleich sein, damit die jeweiligen Steuerkennlinien sicher eingehalten werden können.

Die bekannten Schnellschaltventile der oben beschriebenen Art erfüllen die gestellten Aufgaben, es verbleiben jedoch Verbesserungswünsche.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Schnellschaltventile der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich möglichst kostengünstig in großer Stückzahl herstellen lassen und dabei sowohl magnetisch als auch hydraulisch optimierte Eigenschaften besitzen. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Durch die getrennte Ausbildung von Anker und Ventilkörper können die für die jeweilige Funktion günstigsten Materialien verwendet werden, also ein magne­ tisch gutes, beispielsweise weichmagnetisches Material für den Anker und ein beispielsweise hinsichtlich der Bearbeitbarkeit, Zähigkeit, Härtbarkeit günstiger Werk­ stoff für den Ventilkörper in Form eines Kolbens sowie dessen Buchse. Auf die magnetischen Eigenschaften der Werkstoffe braucht dabei wegen der Trennung der magneti­ schen und der hydraulischen Funktion keine Rücksicht genommen zu werden. Da der Ventilkörper keine magnetische Funktion mehr erfüllt, braucht hinsichtlich seiner Abmes­ sungen, insbesondere des Durchmessers keine Rücksicht auf eine magnetische Sättigung genommen zu werden, und der Durchmesser kann folglich so klein gewählt werden, wie es hinsichtlich der hydraulischen Funktion möglich ist. Das wiederum führt zu einer reduzierten Leckage. Außerdem ist eine Reduzierung der Masse möglich, wodurch kürzere Schaltzeiten verwirklicht werden können. Schließ­ lich können sowohl die Magnetkraft als auch die Feder­ rückstellkraft erhöht werden, wodurch ebenfalls eine geringere Leckage auftritt. Bei vorgegebener Durchfluß­ menge ergibt sich durch die Durchmesserverringerung ein größerer Hub und damit eine geringere Schmutzempfind­ lichkeit.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann vorgesehen sein, daß der Ventilkörper und/oder seine Führungsbuchse wenigstens zum Teil aus nichtmagnetischem Material bestehen. Der Anker wird mit Vorteil durch einen Ring aus weichmagne­ tischem Material gebildet, der mit einer zentralen Boh­ rung auf einem zentralen Zapfen am Ende des Ventilkörpers festgelegt ist. Das ermöglicht eine einfache Fertigung der beiden Teile. Die Wand des Topfmagneten bildet zweck­ maßig einen ringförmigen Polschuh, in dessen zentrale Öffnung der Anker unter Bildung des parasitären Luftspal­ tes eintaucht. Der Arbeitsluftspalt ist dann zwischen dem Kern des Topfmagneten und der Stirnfläche des Ankers gebildet. Dabei kann der Arbeitsluftspalt innerhalb oder im Endbereich der Spule liegen, wodurch die magneti­ schen Verluste gering gehalten werden können und damit eine hohe Kraftausbeute und große Flußdichte möglich ist. Bei einer alternativen Ausführungsform weist der Anker eine Scheibe auf, deren Umfangsfläche mit dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Ventilgehäuse den parasitären Luftspalt und deren Stirnfläche mit dem Kern des Topfmagneten den Arbeitsluftspalt bildet.

Der Ventilkörper kann in Weiterbildung der Erfindung an beiden Enden einen zentralen Zapfen zur Festlegung des Ankers besitzen, wobei benachbart zu wenigstens einem Zapfen eine Kegelfläche am Ventilkörper angeordnet ist, die zusammen mit einer ringförmigen inneren Randkante der Führungsbuchse des Ventilkörpers den Ventilsitz bildet. Durch einfaches Umdrehen des Ventilkörpers und entsprechende Anordnung des Ankers auf einem der Zapfen können dann mit völlig gleichen Bauteilen sowohl Ventile hergestellt werden, die im stromlosen Zustand offen sind, als auch Ventile, die im stromlosen Zustand geschlossen sind.

Der Kern des Topfmagneten ist mit Vorteil bezüglich seiner axialen Lage im Ventilgehäuse einstell­ bar. Dadurch lassen sich die Weite des Arbeitsluftspaltes und/oder die Durchflußmenge auf einen gewünschten Wert einstellen.

Bei Rückstellung des Ventilkörpers durch eine Feder kann diese in einer zentralen Bohrung des Topfmagnetkerns angeordnet sein und sich am Ventilkörper abstützen, wobei das Widerlager der Feder durch eine Einstellschraube in einem Gewinde der zentralen Bohrung einstellbar ist. Das ermöglicht die Einhaltung vorgege­ bener Rückstellkräfte .

Für eine "Stromlos-auf"-Ausführung kann ein einstellbarer Anschlag für das dem Anker abgewandte Ende des Ventilkörpers vorgesehen sein.

Der Herstellungsaufwand läßt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch weiter verringern, daß das Ventilgehäuse eine durchgehende Innenbohrung aufweist, in der der Kern, die Spule und der ringförmige Polschuh des Topfmagneten als Baueinheit sowie die Füh­ rungsbuchse des Ventilkörpers und gegebenenfalls der einstellbare Anschlag festgelegt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Schnell­ schaltventil nach der Erfindung, das im stromlosen Zustand des Betätigungs­ magneten offen ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Schnell­ schaltventil ähnlich Fig. 1, das jedoch im stromlosen Zustand des Betätigungs­ magneten geschlossen ist.

Das aus weichmagnetischem Werkstoff bestehende Gehäuse 1 des Schnellschaltventils gemäß Fig. 1 weist einen Flansch 2 auf, mit dem das Ventil in einer Bohrung der zu steuernden Einrichtung festgelegt werden kann, wobei Dichtungsringe 3 für eine Abdichtung sorgen. Die Hydraulikflüssigkeit wird entsprechend dem Pfeil 4 durch eine oder mehrere Querbohrungen 5 in einen Ringraum 6 geführt, der durch eine entsprechende Ausnehmung in einer Führungsbuchse 7 für den Ventilkörper 8 gebildet ist. Der Ringraum 7 steht durch eine oder mehrere Schräg­ bohrungen 9 mit einem weiteren Ringraum 10 in Verbindung, der durch eine von Kegelflächen 11, 12 begrenzte Ausneh­ mung des Ventilkörpers 8 gebildet ist. Im dargestellten geöffneten Zustand des Ventils steht der Ringraum 10 mit einem abflußseitigen Raum 13 in Verbindung. Aus diesem Raum kann die Hydraulikflüssigkeit über Bohrungen 14 einer Anschlagscheibe 15 für den Ventilkörper 9 in Richtung des Pfeils 16 abfließen.

Der Ventilkörper 8 wird durch eine Druckfeder 17 in die dargestellte, geöffnete Lage gedrängt und liegt dabei an der Anschlagscheibe 15 an. Deren Lage in der durchgehenden Bohrung des Gehäuses 1 ist einstell­ bar, beispielsweise durch mehr oder weniger tiefes Ein­ schrauben, so daß auf diese Weise die Weite des Öffnungs­ spaltes zwischen der Kegelfläche 12 des Ventilkörpers 8 und der zugeordneten Dichtungskante 18 der Führungs­ buchse 7 und damit die Durchflußmenge bei vorgegebenem Druck eingestellt werden kann. Die Druckfeder 17 stützt sich als Widerlager an einer Schraube 19 ab, durch deren Verdrehen die Rückstellkraft der Feder 17 und damit das Schaltverhalten des Ventils eingestellt werden kann.

Der Ventilkörper 8 ist präzise und abdichtend in die Führungsbuchse 7 eingepaßt. Beide Teile 7, 8 bestehen aus Werkstoffen, die nichtmagnetisch sein können und im Hinblick auf gute Bearbeitbarkeit, Zähigkeit, Härtbarkeit und andere Eigenschaften gewählt sind. An beiden Enden besitzt der Ventilkörper 8 Zapfen 20, 21. Auf den Zapfen 20 ist ein aus weichmagnetischem Material bestehender, ringförmiger Anker 22 aufgepreßt. Die elektromagnetische Betätigung des Ventils erfolgt mittels eines auf den Anker 22 einwirkenden Topfmagneten, auf dessen Weicheisenkern 23 eine Magnetwicklung 24 unterge­ bracht ist. Die Stromzuführung erfolgt über Leitungen 25, die in Isolierstoffbuchsen 26 geführt sind. Ein ringförmiger Polschuh 27, der mittels einer aus nicht­ magnetischem Material bestehenden Hülse 28 am Kern 23 befestigt ist, bildet den Abschluß einer zusätzlich aus dem Kern 23 , der Wicklung 24 und den Zuleitungen bestehenden Baueinheit, die als Ganzes in die Bohrung des Ventilgehäuses 1 eingeschoben werden kann und mittels eines Rings 29 abgedichtet ist. Der Anker 22 taucht in eine zentrale Bohrung in den Polschuh 27 ein und bildet mit diesem einen die Bewegung ermöglichenden, parasitären Luftspalt 30. Zwischen der Stirnfläche des Ankers 22 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des Kerns 23 liegt der Arbeitsluftspalt 31. Die Weite des parasitären Luftspalts 30 ist verhältnismäßig groß, so daß eine Berührung und damit Reibung zwischen Anker 22 und Polschuh 27 vermieden ist.

Der bei einer Erregung der Wicklung 24 erzeugte Magnetfluß verläuft durch den Kern 23, über den Arbeits­ luftspalt 31, den Anker 22, den parasitären Luftspalt 30, den Polschuh 27 und dann über das Gehäuse 1 zurück zum anderen Ende des Kerns 23. Sowohl der Ventilkörper 8 als auch seine Führungsbuchse 7 sind demgemäß im wesent­ lichen feldfrei und können ohne Rücksicht auf magnetische Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe dimensioniert werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verwendet identische Bauteile wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so daß die gleichen Bezugszeichen benutzt werden. Es ist lediglich der Ventilkörper 8 in umgekehrter Lage in der Führungsbuchse 7 angeordnet, und der Anker 22 sitzt demgemäß auf dem Zapfen 21 statt auf dem Zapfen 22. Die Anschlagscheibe 15 gemäß Fig. 1 kann entfallen. Die Hydraulikflüssigkeit strömt in der dargestellten, geöffneten Lage des Ventils, also bei bestromter Wicklung 24 wiederum in Richtung des Pfeils 4 durch die Öffnung 5 in den Ringraum 6, von dort durch die Schrägbohrung 9 in den Ringraum 10. Nach Passieren des Ventilspalts zwischen der Kegelfläche 12 und der Dichtungskante 18 gelangt die Hydraulikflüssigkeit über eine oder mehrere Längsbohrungen 32 in Richtung des Pfeils 16 nach außen.

Claims (10)

1. Elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil mit wenigstens einem druckentlasteten Kegelsitzventil, dessen Ventilkörper (8) in einer Bohrung des Ventils geführt und gelagert ist, und mit einem Topfmagneten, dessen Anker (22) Teil des Ventilkörpers ist und mit dem Kern (23) des Topfmagneten einen Arbeits­ luftspalt (31) sowie mit dessen Wand (27) einen parasitären, die Bewegung des Ankers (22) ermöglichenden Luftspalt (30) bildet, wobei die Führung (7) des Ventilkörpers (8) außerhalb des parasitären Luftspalts (30) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) als getrenntes Bauteil an den Ventil­ körper (8) angesetzt ist.

2. Schnellschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) und/oder seine Führungsbuchse (7) nichtmagnetisches Material aufweisen oder aus diesem bestehen.

3. Schnellschaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) durch einen Ring aus weichmagnetischem Material gebildet ist, der mit einer zentralen Bohrung auf einem zentralen Zapfen (20, 21) am Ende des Ventilkörpers (8) festgelegt ist.

4. Schnellschaltventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Topfmagneten einen ringförmigen Polschuh (27) bildet, in dessen zen­ trale Öffnung der Anker (22) unter Bildung des parasi­ tären Luftspaltes (30) eintaucht und daß der Arbeitsluft­ spalt (31) zwischen dem Kern (24) des Topfmagneten und der Stirnfläche des Ankers gebildet ist.

5. Schnellschaltventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine Scheibe aufweist, deren Umfangsfläche mit dem aus ferromagneti­ schem Material bestehenden Ventilgehäuse den parasitären Luftspalt und deren Stirnfläche mit dem Kern des Topf­ magneten den Arbeitsluftspalt bildet.

6. Schnellschaltventil nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) an beiden Enden einen zentralen Zapfen (20, 21) zur Festlegung des Ankers (27) aufweist und daß benach­ bart zu wenigstens einem Zapfen (21) eine Kegelfläche (12) am Ventilkörper (8) angeordnet ist, die zusammen mit einer ringförmigen inneren Randkante (18) der Füh­ rungsbuchse (7) des Ventilkörpers (8) den Ventilsitz bildet.

7. Schnellschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf­ magnetkern (23) bezüglich seiner axialen Lage im Ventil­ gehäuse (1) einstellbar ist.

8. Schnellschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit Rückstellung durch eine Feder (17), dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (17) in einer zentralen Bohrung des Topfmagnetkerns (24) ange­ ordnet ist und sich am Ventilkörper (8, 20) abstützt und daß das Widerlager der Feder (17) durch eine Einstell­ schraube (19) in einem Gewinde der zentralen Bohrung einstellbar ist.

9. Schnellschaltventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilgehäuse (1) ein einstellbarer Anschlag (15) für das dem Anker (22) abge­ wandte Ende (21) des Ventilkörpers (8) vorgesehen ist.

10. Schnellschaltventil nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ven­ tilgehäuse (1) eine durchgehende Innenbohrung aufweist, in der der Kern (23) , die Wicklung (24) und der ring­ förmige Polschuh (27) des Topfmagneten als Baueinheit sowie die Führungsbuchse (7) des Ventilkörpers (8) und gegebenenfalls der einstellbare Anschlag (15) festgelegt sind.