DE4016816C2 - Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Wegeventil mit einer Stelleinrichtung zur Betätigung eines Steuerschiebers nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein solches elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung aus der DE-OS 31 16 316 bekannt, das als hydrauli­ sches 4/3-Wegeventil mit zwei Schaltmagneten ausgebildet ist, dessen Steuerschieber von Federn in einer Mittelstellung zentriert ist. Da­ bei ist der Steuerschieber durch abwechselnde Erregung der Schalt­ magneten aus seiner federzentrierten Mittelstellung nach beiden Sei­ ten hin in Schaltstellungen auslenkbar. Bei vorliegendem Wegeventil wird der jeweils nicht erregte Schaltmagnet als Lagesensor verwen­ det, mit dessen Signalen eine möglichst genaue, proportional zu den elektrischen Eingangssignalen verlaufende Verstellung des Steuer­ schiebers angestrebt wird, um das mit Schaltmagneten ausgerüstete Wegeventil als Regelventil benutzen zu können.

Bei derartigen Wegeventilen mit Schaltmagneten ist häufig die Ab­ schaltzeit beim Rückstellen des in seiner äußersten Schaltstellung befindlichen Steuerschiebers in seine federzentrierte Mittelstellung zu lange und diese streut zudem. Dies kann bei Vorgängen, wo ein Hydrozylinder auf einen Punkt genau positioniert werden soll, zu erheblichen Nach­ teilen führen. Um bei derartigen Ventilen eine höhere Schaltfrequenz zu erreichen, wird bereits durch spezielle Maßnahmen versucht, diese Abschaltzeit zu verringern. Zu diesem Zweck war es üblich, stärkere Rückstellfedern für den Steuerschieber zu verwenden oder dickere An­ ti-Klebscheiben im Magnet anzuordnen, um diese Abfallzeiten zu ver­ kürzen. Diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, daß damit immer auch die Schaltleistung des Ventils verringert wird.

Ferner ist ein elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung bekannt (JP-Patent Abstracts 61-74306 A) dessen Steuerschieber von zwei Magnetspulen abwechselnd in zwei Schaltstellungen steuerbar ist, wozu an einem elektrischen Eingang das Eingangssignal umgepolt wird. Um ein schnelles Einschalten des 2-Stellungs-Wegeventils zu erreichen, soll die Einschaltzeit des zum ersten Magneten fließenden Stromes verkürzt werden, indem dieser zusätzlich mit einer Spannungsspitze beaufschlagt wird, die beim Abschalten des Stromes am zweiten Magneten entsteht. Dieses Wegeventil weist nur 2 Schaltstellungen auf, so daß eine zusätzliche Mittelstellung fehlt; ferner fehlen rückstellende Federn, so daß auch eine Rückstellung des Steuerschiebers in seine Mittelstellung durch Federkraft entfällt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektromagnetische Wegeventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor­ teil, daß es auf relativ einfache Weise bei möglichst hoher Schalt­ leistung eine Verkürzung der Abschaltzeit erlaubt und sich damit die Schaltfrequenz des Ventils erhöhen läßt. Durch das kurzzeitige Zu­ schalten des Gegen-Schaltmagneten wird die Haftkraft des Steuer­ schiebers und des Schaltmagneten schneller überwunden und die Schließbewegung des Ventils schneller eingeleitet. Dabei läßt sich der Gegen-Schaltmagnet mit einem relativ hohen Stromstoß kurzzeitig belasten, so daß einerseits die Haftkraft schnell überwunden wird und andererseits eine Rückstellung des Steuerschiebers über seine zentrierte Mittelstellung hinaus unterbleibt. Zudem läßt sich die Schalteinrichtung auf einfache und kostengünstige Weise im elektri­ schen Teil der Stelleinrichtung realisieren. Durch die in den Unter­ ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wegeventils mög­ lich.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, wodurch bei einem doppelt wirkenden Wegeventil schnellere Schließbewegungen aus beiden Schaltstellungen möglich sind. Günstig ist es, wenn gemäß Anspruch 3 und 4 die Größe bzw. Länge des Stromstoßes auf einfache Weise begrenzt wird. Eine besonders einfache und kostengünstige Aus­ bildung ergibt sich nach Anspruch 5. Besonders vorteilhaft läßt sich diese Schalteinrichtung bei einem hydraulischen Wegeventil nach An­ spruch 6 verwenden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein elektromagnetisches Wegeventil mit der erfindungs­ gemäßen Stelleinrichtung in vereinfachter Darstellung und Fig. 2 ein Schaltsymbol des Wegeventils nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisches Wegeventil 10 mit einer zu­ gehörigen Stelleinrichtung 11, die im wesentlichen aus zwei Schalt­ magneten 12, 13 sowie einer letztere ansteuernden Schalteinrichtung 14 besteht.

Das Wegeventil 10 ist ein an sich bekanntes 4/3-Wegeventil, das in einem Gehäuse 15 einen Steuerschieber 16 gleitend aufnimmt. Der Steuerschieber 16 ist von zwei Federn 17, 18 in einer Mittelstellung 19 zentriert, wie es die Fig. 2 näher zeigt. Am Gehäuse 15 sind stirnseitig die beiden Schaltmagnete 12, 13 angeordnet, mit deren Hilfe durch abwechselnde Erregung der Steuerschieber 16 jeweils gegen Federkraft in die Schaltstellungen 21 bzw. 22 auslenkbar ist, die beiderseits der Mittelstellung liegen. Das Wegeventil 10 wird von einer Druckmittelquelle 23 mit Öl versorgt und steuert in an sich bekannter Weise einen doppelt wirkenden Hydrozylinder 24.

Die Schalteinrichtung 14 weist für jeden Schaltmagneten 12, 13 eine zugeordnete Umschalteinrichtung 25 bzw. 26 auf, die untereinander gleich sind, weshalb im folgenden die Umschalteinrichtung 25 erläu­ tert wird, während die Bauelemente der Umschalteinrichtung 26 mit gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Index ' bezeichnet werden. Die dem ersten Schaltmagnet 12 zugeordnete erste Umschalteinrichtung 25 weist einen als Schließer arbeitenden ersten Schalter 27 auf, der mit einem als Öffner arbeitenden zweiten Schalter 28 mechanisch ge­ koppelt ist. Die festen Kontakte 29 bzw. 31 der beiden Schalter 27, 28 sind parallel an den Pluspol einer Gleichstromquelle 32 ange­ schlossen. Der bewegliche Kontakt 33 des ersten Schalters steht mit der Spule des ersten Schaltmagneten 12 in Verbindung, von dem ferner eine Leitung 34 zum Minuspol der Gleichstromquelle 32 führt. Ein be­ weglicher Kontakt 35 des zweiten Schalters 28 steht über eine in Reihe zu letzterem geschaltete Diode 36 mit der Spule des zweiten Schaltmagneten 13 in Verbindung, der in entsprechender Weise über den ersten Schalter 27 in der zweiten Umschalteinrichtung 26 ansteu­ erbar ist. Der erste Schaltmagnet 12 kann somit in einer vom ersten Schalter 27 gesteuerten Weise über einen ersten Strompfad 37 erregt werden, wobei gleichzeitig durch die erste Umschalteinrichtung 25 mit ihrem zweiten Schalter 28 ein erster Hilfsstrompfad 38 beein­ flußbar ist, der die Verbindung zum zweiten Schaltmagnet 13 beein­ flußt. In entsprechender Weise wird der zweite Schaltmagnet 13 vom ersten Schalter 27 in der zweiten Umschalteinrichtung 26 über einen zweiten Strompfad 39 an die Gleichstromquelle 32 gelegt, wobei gleichzeitig über die zweite Umschalteinrichtung 26 und den zweiten Hilfsstrompfad 41 mit der Diode 36 der erste Schaltmagnet 12 beein­ flußbar ist.

In die beiden Hilfsstrompfade 38, 41 ist im Bereich zwischen der Schalt­ einrichtung 14 und der Gleichstromquelle 32 ein Zeitglied 42 ge­ schaltet.

Die Wirkungsweise des elektromagnetischen Wegeventils 10 mit seiner Stelleinrichtung 11 wird wie folgt erläutert, wobei die grundsätz­ liche Schaltfunktion des Wegeventils 10 als an sich bekannt voraus­ gesetzt wird.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Lage der Umschaltvorrichtungen 25, 26 sind die beiden Schaltmagnete 12, 13 nicht erregt, wodurch der Steu­ erschieber 16 von seinen beiden Federn 17, 18 in der gezeichneten Mittelstellung 19 zentriert ist.

Wird nun die erste Umschaltvorrichtung 25 betätigt so schließt der erste Schalter 27 den ersten Strompfad 37, wodurch der erste Schalt­ magnet 12 erregt wird. Gleichzeitig wird durch den mechanisch gekop­ pelten zweiten Schalter 28 der erste Hilfsstrompfad 38 geöffnet. Der erste Schaltmagnet 12 verstellt den Steuerschieber 16 gegen die Kraft der Feder 18 nach rechts in seine erste Arbeitsstellung 21.

Beim Abschalten des Wegeventils 10 muß der Steuerschieber 16 aus seiner ersten Schaltstellung 21 in seine Mittelstellung 19 zurückge­ schoben werden, wozu die Kraft der Feder 18 zur Verfügung steht. Beim Abschalten wird die erste Schaltvorrichtung 25 zurückgestellt, wobei der erste Schalter 27 den ersten Strompfad 37 unterbricht. Auf den ausgelenkten Steuerschieber 16 wirkt dabei eine Haftkraft, die sich aus einer hydraulischen Klebekraft und dem Restmagnetismus im ersten Schaltmagneten 12 ergibt. Beim Rückstellen der Umschaltvor­ richtung 25 wird der erste Hilfsstrompfad 38 vom zweiten Schalter 28 geschlossen. Dadurch wird der passive zweite Schaltmagnet 13 mit einem hohen Stromstoß kurzzeitig beaufschlagt. Dadurch schlägt der Anker des zweiten Schaltmagneten 13 auf den noch geschalteten Steuerschieber 16 und unterstützt dabei die Kraft der Feder 18, wo­ durch die Haftkraft schnell überwunden wird. Auf diese Weise wird ohne Verlust an Schaltleistung im Wegeventil 10 eine relativ kurze Abschaltzeit erreicht, wodurch sich die Schaltfrequenz des Wegeven­ tils erhöhen läßt. Die Dauer dieses Stromstoßes wird durch das Zeit­ glied 42 begrenzt, wodurch die unterstützende Kraft des passiven Schaltmagneten 13 so kurz wirkt, daß der Steuerschieber 16 bei sei­ ner Rückstellung nicht über die Mittelstellung 19 hinaus gedrückt wird. Der bei diesem Abschalten als Gegenmagnet wirkende zweite Schaltmagnet 13 ist für diese Aufgabe optimal vorbereitet, weil sei­ ne Induktivität in der hinteren Endstellung den geringst möglichen Wert hat. Das erlaubt einen raschen Stromaufbau. Der Strompegel kann dabei deutlich über dem Nennstrom liegen. Es handelt sich hier um eine Stromspitze, wobei die Zeitdauer direkt aus dem Stromverlauf ableitbar ist. Sobald der Anker des zweiten Schaltmagneten 13 los­ bricht, ist der Stromanstieg wegen der Gegen-EMK beendet. Wenige Millisekunden danach ist der Strom abzuschalten, damit der Steuer­ schieber 16 nicht über die Mittelstellung 19 hinaus beschleunigt wird. Besonders günstig läßt sich die Stromstoßlänge mit dem Zeit­ glied 42 bestimmen. Bei dieser unterstützenden Wirkung durch den zweiten Schaltmagneten 13 wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß zwar normalerweise die Kräfte des Schaltmagneten 13 in dieser Endstellung relativ gering sind, aber durch den Überstrom und die Tatsache, daß keine Magnetsättigung vorliegt, der Schaltmagnet 13 ansehnliche Kräfte aufbauen kann.

In entsprechender Weise läßt sich der Steuerschieber 16 durch Betä­ tigung der zweiten Umschaltvorrichtung 26 aus der Mittelstellung heraus gegen die Kraft der Feder 17 auch in seine zweite Schalt­ stellung 22 verstellen. Beim anschließenden Abschalten wird in ent­ sprechender Weise der als passiver Gegenmagnet wirkende erste Schaltmagnet 12 mit einem Stromstoß beaufschlagt, der für ein schnelles Abschalten sorgt.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann zum Beispiel die Schalteinrichtung 14 jederzeit mit elektronischen Bau­ elementen realisiert werden, oder auch mit anderen Funktionen kom­ biniert werden. Ferner ist auch eine Bauart des Wegeventils möglich, bei der sich die Federn jeweils zwischen Magnet und Ventilschieber befinden.

Claims (6)

1. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung zur Betätigung eines Steuerschiebers, der von Federn in einer Mittelstellung zentriert ist, aus der heraus er durch die abwechselnde Erregung zweier in entgegengesetzter Richtung auf den Steuerschieber einwirkender Schaltmagnete nach beiden Seiten hin gegen die Kraft der Federn auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (14) vorgesehen ist, die beim Abschalten mindestens des einen Schaltmagneten (12, 13) in einer Schaltstellung des Steuerschiebers (16) den anderen Schaltmagneten (13, 12) mit einem Stromimpuls beaufschlagt, der die von der rückstellenden Feder (17, 18) bewirkte Schließbewegung des Steuerschiebers (16) in seine Mittelstellung (19) unterstützt.

2. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (14) so ausgebildet ist, daß sie beide Schaltmagnete (12, 13) abwechselnd mit die Schließbewegung des Steuerschiebers (16) unterstützenden Stromimpulsen beaufschlagen kann.

3. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (14) ein die Länge des Stromimpulses begrenzendes Bauelement (42) aufweist.

4. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement als Zeitglied (42) ausgebildet ist.

5. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (14) für jeden Schaltmagneten (12, 13) eine zugeordnete Umschaltvorrichtung (25, 26) aufweist, bei der jeweils ein als Schließer arbeitender erster Schalter (27, 27") und ein als Öffner arbeitender zweiter Schalter (28, 28") miteinander gekoppelt sind, wovon der erste Schalter (27, 27") jeweils im Strompfad (37, 39) zum zugeordneten Schaltmagnet (12, 13) und der zweite Schalter (28, 28") mit einer zu letzterem in Reihe liegenden Diode (36, 36") jeweils in einem Hilfsstrompfad (38, 39) zum anderen Schaltmagnet (13, 12) liegt.

6. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (16) Teil des hydraulischen Wegeventils (10) ist, an dessem Gehäuse (15) die Schaltmagnete (12, 13) an entgegengesetzten Stirnseiten angeordnet sind.