DE68916435T2

DE68916435T2 - Schnell ansprechendes, druckausgeglichenes, elektromagnetisches hochdruck-steuerventil.

Info

Publication number: DE68916435T2
Application number: DE68916435T
Authority: DE
Inventors: Morse Taxon
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-07-29
Also published as: US4858956A; EP0435938B1; CA1314784C; JPH04505647A; WO1990003500A1; EP0435938A1; DE68916435D1; ES2015220A6

Description

Diese Erfindung betrifft elektromagnetische Steuerventile im allgemeinen und insbesondere schnellansprechende, druckausgeglichene Hochdruckventile.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

STAND DER TECHNIK

Bei elektrohydraulischen Systemen, wie z.B. verstellbaren Stoßdämpfern, aktiven Aufhängungssystemen, variablen Servolenksystemen und anderen Hochdruck-Strömungsmittelsystemen hatten die Steuerventile eine beträchtliche Größe. Dies war erforderlich, um die Teile aufzunehmen, die erforderlich sind, um das Hochdruck-Strömungsmittel zu steuern und innerhalb der erforderlichen Betriebszeiten zu arbeiter. Diese Ventile erforderten in häufigen Abständen eine Wartung, um Dichtungen zum Unterbinden einer Leckage zu ersetzen. Wenn bei diesen Systemen der Druck schwankte, schwankte auch die Ansprechzeit des Ventils.
Gegenwärtig sind Ventile, die in der Lage sind, in einer Umgebung unterschiedlicher Drücke mit kurzer Ansprechzeit zu arbeiten sehr groß, und sie erfordern zu ihrem Betrieb eine erhebliche Leistung. Dies hängt zum Teil mit der grossen Masse der verschiedenen Teile zusammen, aus denen das Ventil besteht. Außerdem können druckunausgeglichene Ventile normalerweise keine ausreichende Magnetkraft erzeugen, um bei hohem Druck zu arbeiten. Um ein druckausgeglichenes Ventil zu schaffen, kann ein Hülsenventil verwendet werden; dies erfordert jedoch sehr enge Herstellungstoleranzen und wirft Verschmutzungsprobleme auf. Bei derartigen Ventilen verlangsamen Viskositätskräfte die Betriebszeiten, und eine Ventilleckage ist unausweichlich. Verschiedene andere Methoden des Druckausgleichs und der Abdichtung sind eingesetzt worden. Balge, Membrane und elastische Gleitdichtungen sind üblich. All dies erfordert jedoch zusätzliche Badteile. Außerdem beschränkt die Dauerfestigkeit dieser Dichtungsmechanismen ihren Einsatz. Auch beeinträchtigt das Vorhandensein dieser Mechanismen die dynamische Betriebsweise der Ventile.
Ein Beispiel eines elektromagnetischen Steuerventils findet sich in der DE-A-35 32 549, die ein elektromagnetisches Steuerventil (35) beschreibt, welches keine Druckausgleichsmerkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. Dieses Ventil besitzt eine Zweistufen-Magnetbetätigung zum Steuern des Strömungsmittelflusses von einem Einlaß zu einem Auslaß.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein schnellansprechendes, druckausgeglichenes, elektromagnetisches Hochdruck-Steuerventil besitzt ein Gehäuse (12, 112,113) mit einem offenen Ende und einem von dem offenen Ende axial verlaufenden rohrförmigen Kanal, der in einem Auslaß an dem anderen Ende mündet. Ein Ventilsitzglied (20, 120,121) besitzt einen konischen Ventilsitz, der in dem Kanal neben dem Auslaß angeordnet ist. Ein sphärisches Ventilglied (28) ist zu dem Ventilsitzglied axial ausgerichtet und liegt entlang einer Berührungslinie an dem Ventilsitz an. Das sphärische Ventilglied besitzt einen axial verlaufenden Schaft (32,132), der axial in eine Richtung weg von dem konischen Ventilsitz verläuft. Eine Führungslagereinrichtung (40,140) ist in dem rohrförmigen Kanal angeordnet und zu dem Ventilsitz axial ausgerichtet.
Ein Druckausgleichslager (44,144) ist um den Schaft herum angebracht und in der Führungslagereinrichtung angeordnet. Der Durchmesser der Berührungslinie, wo das Ventilsitzglied an dem Ventilsitz anliegt, und der Durchmesser des Lagers sind gleich. Ein Ventilraum (62) verläuft zwischen dem Lager und dem konischen Ventilsitz und besitzt einer Einlaß (64,164) zum Empfang eines Strömungsmittels eines ersten Drucks.
Eine Elektromagneteinrichtung (58,158) ist in dem Gehäuse in einem Ankerraum (60,160) angeordnet, der sich zwischen der Elektromagneteinrichtung und dem Lager erstreckt. Ankermittel (50,150) sind in dem Ankerraun angeordnet und am Ende des Schaftes angebracht. Die Ankermittel sind mit der Elektromagneteinrichtung magnetisch gekoppelt. Außerdem bilden die Ankermittel und das Ventilglied ein einstückiges Teil, das sich hin und her bewegt, wobei der Ventilraum dazwischenliegt.
Ein Auslaßdruck-Kanal (66,166) verläuft von einer Stelle nahe des Auslasses zu dem Ankerraum, um Strömungsmittel eines zweiten Drucks zu übertragen. Das einstückige Teil ist druckausgeglichen, wobei der zweite Druck auf jedes Ende des einstückigen Teils in dem Ventilraum wirkt, und der erste Druck herrscht in dem Ventilraum.
Es ist ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein Hochdruckventil mit auf das Ventilelement und den Anker wirkenden ausgeglichenen Drücken geschaffen wurde, welches einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb erlaubt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß ein Ventil mit positiver Abdichtung unter Verwendung einer Konstruktion mit sphärischem Ventilglied und konischem Ventilsitz geschaffen wurde.
Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung bestehe darin, daß das Ventil in einem System unabhängig von dem in dem System herrschenden Druck betätigt wird.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß das elektromagnetisch betriebene Steuerventil in einer Hochdruckumgebung betreibbar ist und dennoch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb mit kurzer Ansprechdauer erlaubt.
Viele weitere Ziele und Zwecke der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen deutlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen
Fig. 1 ist eine Ansicht des oberen Endes des Ventils;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des Druckausgleichskonzepts der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4A ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, jedoch eines oberen Halbschnittes eines anderen Ausführungsbeispiels;
Fig. 4B ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, jedoch eines unteren Halbschnittes eines weiteren Ausführungsbeispiels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Das Steuerventil der vorliegenden Erfindung ist ungefähr 70 mm lang und 38 mm im Durchmesser. Bei einer speziellen Anwendung zur Steuerung von Maschinen-Einlaß- und -Außlaßventilen ist das Ventil 10 in der Lage, 200 - 250 cc/sec heisses Maschinenöl bei einer Druckdifferenz von 1,4 Mpa zu verarbeiten. Bei dieser Anwendung arbeitet dieses Steuerventil 10 mit einer Ansprechdauer zwischen 1,4 ms und 2,25 ms je nach dem elektronischen Treiberkreis. Die Schließ- Ansprechzeit beträgt zwischen 1,6 ms und 2,2 ms je nach dem elektronischen Treiberkreis. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist das, welches in dem U.S. Patent 4,615,306 beschrieben und beansprucht ist, welches am 07.10.1986 Russell J. Weakman erteilt wurde und den Titel "Engine Valve Timing Control System" hat und welches durch Bezugnahme hierin aufgenommen sei.
Das Steuerventil 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 12 mit einer inneren Bohrung 14 unterschiedlicher Durchmesser mit einer Endkappe 16, die an einem Ende entgegengesetzt zu einem Ventilöffnungsende 18 befestigt ist. In der inneren Bohrung 14 des rohrförmigen Gehäuses 12 und neben dem Ventilöffnungsende 18 ist ein Ventilsitzglied 20 mit einem konischen Ventilsitz 22 angeordnet. Das Ventilsitzglied 20 verläuft von dem Ventilöffnungsende 18 in axialer Richtung. Angepaßt an das Ventilsitzglied 20 ist ein Ventilglied 28 mit einem sphärischen Ende 30 und einem axial verlaufenden Schaft 32. Außerdem ist das Ventilglied 28 so ausgelegt, daß Strömungsmittel an ihm vorbeiströmen kann.
Das Ende des Ventilsitzgliedes 20 gegenüber dem Ventilsitz 22 positioniert ein Ankeranschlagteil 24. Gemeinsam definieren die beiden Teile 20,24 den "Hub" des Ventils 10 mittels des Abstandes zwischen präzise dimensionierten Ansätzen 26 des Ankeranschlagteils 24, die ein Ende des Hubes des Ventilgliedes 28 bilden, und dem Ventilsitz 22, der das andere Ende des Hubes des Ventilgliedes 28 bildet. In einer axialen Bohrung des Ankeranschlagteils 24 ist ein Federverstellteil 34 angeordnet, das mit dem Ankeranschlagteil 24 verschraubt ist und gemeinsam mit dem Ventilglied 28 einen Federraum 36 zur Aufnahme einer Feder 38 bildet.
Ein Führungslagerteil 40 ist zu dem Ankeranschlagteil 24 axial ausgerichtet und steht mit diesem in Berührung. Das Führungslagerteil 40 enthält eine innerhalb enger Toleranzen gehaltene axiale Bohrung 42. In der Bohrung 42 ist ein Druckausgleichslager 44 angeordnet, das die Form einer Scheibe mit einem sphärischen Rand 46 in der Durchmessererstreckung besitzt. Der sphärische Rand 46 gleitet entlang der Seiten der Bohrung 42 und ist so bemessen, daß eine wirksame Abdichtung gebildet wird, selbst wenn die Teile fehlausgerichtet sind. Das Druckausgleichslager 44 besitzt eine zentrale Bohrung 48, die so bemessen ist, daß sie mit engem Sitz den Schaft 32 des Ventilgliedes 28 umgibt. Eine kleine Menge eines Dichtungsmittels wie z.B. ein Tropfen zwischen dem Schaft 32 und dem Druckausgleichslager 44 wird zur Bildung einer Abdichtung verwendet. Das Druckausgleichslager 44 wird durch die Bewegung des Ventilgliedes 28 bewegt. In Berührung mit dem Druckausgleichslager 44 auf der Seite gegenüber dem Ankeranschlagteil 24 ist ein Anker 50 angeordnet. Der Anker 50 besitzt ein Paar 52,54 beabstandeter paralleler Breitseiten senkrecht zur Achse des Gehäuses 12. In einer Breitseite 52 befindet sich ein zentrales, mit einem geschlossenen Ende versehenes Gewindeloch 56, in dem das Ende des Schaftes 32 des Ventilgliedes 28 eingeschraubt und befestigt ist.
Die andere Breitseite 54 des Ankers 50 ist eine große ebene Fläche, die im wesentlichen die Form eines Rechtecks hat, wobei ein Paar gegenüberliegender Seiten des Rechtecks radial und das andere Paar der gegenüberliegenden Seiten parallel zueinander verlaufen. Diese Konstruktion erlaubt es, daß Strömungsmittel an dem Anker 50 vorbeiströmt. Die andere oder große ebene Fläche der Breitseite 54 des Ankers 50 ist mit einer Statoranordnung 58 magnetisch gekoppelt. Zwischen der Statoranordnung 58 und dem Führungslagerteil 40 und entlang der inneren Bohrung 14 ist ein Abstandsstück 59 in Form eines geteilten Ringes angeordnet, welcher einen Ankerraum 60 bildet, der sich von der Stirnseite der Ankeranordnung 58 angrenzend am Anker 50 zu dem Druckausgleichslager 44 erstreckt. Das Abstandsstück 59 bildet ferner einen Spalt zwischen der Stirnseite der Ankeranordnung und dem Anker in der erregten Stellung. Dieser Spalt erleichtert ein schnelles Lösen, wenn der Elektromagnet entregt wird.
Ein zweiter Raum bzw. Ventilgliedraum 62 verläuft von dem Ventilsitzglied 20 zu dem Druckausgleichslager 44. Der Eingang zu dem Ventilgliedraum 62 erfolgt über eine Hochdruck- Einlaßöffnung 64, die durch die Seitenwand des Gehäuses 12 verläuft. Das Strömungsmittel tritt durch die Einlaßöffnung 64 ein, und über mehrere Kanäle in dem Ankeranschlagteil 24, dem Federverstellteil 34 und dem Ventilsitzglied 20 wirkt das Hochdruck-Strömungsmittel auf das Druckausgleichslager 44 und das Ventilglied 28.
Von dem Ventilöffnungsende 18 des Gehäuses 12 verläuft ein innerer Kanal 66 zu dem Ankerraum 60 und ermöglicht hierbei, daß Strömungsmittel zwischen dem Ankerraum 60 und dem Auslaß des Ventils 10 strömt. Mehrere Dichtungen 68, 70, 72 sind vorgesehen, um eine unerwünschte Übertragung von Strömungsmittel und Druck zwischen den Räumen und dem Ende des Steuerventils 10 gegenüber dem Ventilöffnungsende 18 zu verhindern. Eine Dichtung 68 ist zwischen dem Ventilsitzglied 20 und der inneren Wand des Gehäuses 12 vorgesehen, eine zweite Dichtung 70 ist zwischen dem Führungslagerteil 40 und der inneren Bohrung 14 des Gehäuses 12 vorgesehen, und eine dritte Dichtung 72 ist zwischen der Statoranordnung 58 und der inneren Bohrung 14 des Gehäuses 12 vorgesehen.
Mit diesen Dichtungen 68,70,72 wird verhindert, daß Leckage-Flüssigkeit in dem Ankerraum 60 aus dem Ende des Gehäuses 12 heraus bzw. in den Ventilgliedraum 62 hineinströmen kann. Strömungsmittel in dem Ventilgliedraum 62, das typischerweise einen höheren Druck als das Strömungsmittel in dem Ankerraum 60 hat, kann in der gleichen Weise nicht in den Ankerraum 60 oder um das Ventilsitzglied 20 herum aus dem Steuerventil 10 herausströmen.
Im Betrieb wird das druckausgeglichene elektromagnetische Steuerventil 10 der vorliegenden Erfindung, welches ein Ventil mit Zuführung von unten ist, so angeordnet, daß es mit Hochdruck-Strömungsmittel versorgt wird. Hierbei kann es sich um eine Strömungsmittelleitung zum Zuführen des Hochdruck-Strömungsmittels zu dem elektromagnetischen Steuerventil 10 handeln, oder es kann ein Speicherraum sein, in dem das elektromagnetische Steuerventil 10 angeordnet ist. Zwei Dichtungen 74,76 sind an der äußeren Fläche des Gehäuses 12 und auf jeder Seite der Einlaßöffnung 64 angeordnet, um das Ausströmen von Strömungsmittel aus dem Speicherraum in jede Richtung, außer durch die Einlaßöffnung 64 des elektromagnetischen Steuerventils 10, zu verhindern. Das Ventilöffnungsende 18 des Gehäuses 12 ist in einen Ventilauslaßraum untergetaucht, der das gleiche Strömungsmittel wie der äußere Raum, jedoch mit einem deutlich anderen Druck, enthalten kann, wie z.B. in einem geschlossenen Ölsystem nach dem U.S. Patent 4,615,306.
Wie bereits angedeutet, steht der Druck in dem Ventilauslaßraum mit dem Ankerraum 60 über den inneren Kanal 66 in Verbindung. Bei dieser Anordnung sind die beweglichen Teile des Steuerventils 10 wie z.B. das Ventilglied 28 druckausgeglichen. Die Fläche des Druckausgleichslagers 44 und die Fläche des Ventilsitzes 22 an dem Lehrenmaß, wo das Ventilglied und der Ventilsitz einander berühren, sind gleich; die von dem Hochdruck auf das Druckausgleichslager 44 und das Ventilglied 28 ausgeübten Kräfte sind daher gleich und entgegengesetzt gerichtet. In der gleichen Weise sind die von dem Auslaßdruck auf die entgegengesetzte Seite des Druckausgleichslagers 44 und des Ventilsitzes 22 ausgeübten Kräfte gleich und entgegengerichtet. Die Kraft, die von der Vorspannfeder 38 in dem Federverstellteil 34 gegen das Ventilglied 28 ausgeübt wird, hält das Ventil 10 geschlossen.
Wenn die Statoranordnung 58 erregt wird, wirken die Magnetkraftlinien in der Weise, daß sie den Anker 50 gegen die Statoranordnung 58 ziehen, und da der Anker 50 an dem Ventilglied 28 befestigt ist, wodurch ein einstückiges Teil gebildet wird, verläßt das sphärische Ende 30 des Ventilgliedes 28 den Ventilsitz 22, während die Vorspannfeder 38 zusammengedrückt wird. Bei solch einer Betätigung muß die Magnetkraft lediglich die Federkraft, die Trägheit und die Zähigkeitswirkungen des Strömungsmittels überwinden, um das Ventil 10 zu öffnen. Die Größe des Einlaß- und Auslaßdrucks beeinträchtigen die Betriebsweise des Ventilgliedes 28 nicht.
Das Ankeranschlagteil 24 ist so angeordnet, daß es die Bewegung des Ventilgliedes 28 unterbricht, ehe die Fläche der Breitseite 54 des Ankers sich an die Stirnseite der Statoranordnung 58 anlegt. Dies wird durch die Größe des Abstandstückes 59 weiter sichergestellt. Das Strömungsmittel zwischen der Fläche der Breitseite 54 des Ankers 50 und der Stirnseite der Statoranordnung 58 wird herausgedrückt und strömt durch den inneren Kanal 66 zu dem Auslaß des Ventils 10. Um dieses Herausdrücken zu erleichtern, ist die Einkapselung der Statoranordnung 58 bezüglich der Enden des E- Kerns ausgespart. Da dieses Strömungsmittel sich bereits außerhalb des Ventilauslaßraums befand, gehört es nicht zu dem Strömungsmittel, das während der Betätigung des elektromagnetischen Steuerventils 10 berücksichtigt werden muß.
Wenn die Statoranordnung 58 stromlos gemacht wird, kehrt die von der Vorspannfeder 38 ausgeübte Kraft das Ventilglied 28 zu dem Ventilsitz 22 zurück, wodurch das Ventil 10 geschlossen wird. Während des Betriebs des Ventils 10 gleitet das Druckausgleichslager 44 in der Bohrung 42 des Führungslagerteils 40. Wie bereits erwähnt, wird die Herstellungstoleranz zwischen dem Durchmesser der Bohrung 42 und dem äußeren Durchmesser des Druckausgleichslagers 44 sehr gering gehalten, und zwar in der Größenordnung von 0,003 mm im Durchmesser, und der Berührungsdurchmesser zwischen dem sphärischen Ende 30 und dem konischen Ventilsitz 22 wird entsprechend dem Lehrenmaß 78 eingestellt.
Der Eisenteil der Statoranordnung 58 kann eine E-Kern-Konfiguration aus entweder laminierten Abschnitten oder einer einzigen Pulvermetallkonstruktion haben, oder stattdessen kann er einen zylindrischen Elektromagnetaufbau haben. In der gleichen Weise kann der Anker 50 entweder mit einer Breitseiten-Fläche, wie dargestellt, ausgebildet sein, oder er kann ein rechteckiger oder zylindrischer Plunger sein, der in eine Spule passen würde. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Statoranordnung 58 mit einem Epoxyd oder einem spritzgegossenen Kunststoff gefüllt.
Da es sich um ein elektromagnetisches Steuerventil 10 handelt, sind Verstellungen für den Hub, die Federvorspannung und den Luftspalt vorgesehen. Der Hub wird durch die Abmessung von dem Lehrenmaß 78 an dem konischen Ventilsitz 22 zu der Anschlagfläche der Ansätze 26 des Ankeranschlagteils 24 bestimmt. Die Vorspannung der Feder 38 wird auf einen vorgegebenen Wert mittels des Federverstellteils 34 eingestellt, das, wenn es einmal eingestellt ist, in dem Ankeranschlagteil 24 durch irgendwelche Mittel festgeschweißt oder in anderer Weise befestigt wird. Stattdessen kann die Federvorspannung dadurch verstellt werden, daß Unterlagscheiben dazu benutzt werden, die Arbeitslänge der Feder in ihrer normalen Stellung zu ändern. Der Luftspalt wird in der Weise eingestellt, daß die Gesamtstapelung der verschiedenen Teile und der erwünschte "Hub" gemessen und eine geeignete Unterlagscheibe dazu benutzt wird, den Anker 50 von der Statoranordnung 58 um einen Betrag zu beabstanden, der gleich dem Hub plus dem erwünschten Luftspalt ist.
Es wurde somit ein druckausgeglichenes elektromagnetisches Steuerventil 10 gezeigt und beschrieben, das weder Balge noch Membranen verwendet. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Druckausgleichskonzeptes des Steuerventils der Fig. 2. In dem Ventilraum 62 wird der Einlaßdruck P&sub1; auf das Ventilglied 28 und das Druckausgleichslager 44 ausgeübt. Das Ausgleichen des Drucks erfolgt in der Weise, daß der Durchmesser des Druckausgleichslagers 44 auf dem Durchmesser des konischen Ventilsitzes an dem Lehrenmaß an der Ventilsitzverbindungsfläche abgestimmt und dann der Druck P&sub2;, der in dem Ankerraum 60 auf das Druckausgleichslager 44 wirkt, zu dem Druck außerhalb des Ventilsitzes mittels der Strömung durch den Kanal 66 in Beziehung gesetzt wird. Es versteht sich, daß, da es sich um ein druckausgeglichenes, elektromagnetisches Steuerventil 10 handelt, die Strömung in beliebiger Richtung durch Umkehren der Drücke erfolgen kann und der Hochdruck auf der Auslaßseite des Ventils 28 vorgesehen werden kann.
Es wird nun auf die Fig. 4A und 4B Bezug genommen, die andere Ausführungsbeispiele des elektromagnetischen Steuerventils der Fig. 1 sind. In den Fig. 4A und 4B sind die funktionsmäßig gleichen Elemente der Fig. 2 in der Weise bezeichnet, daß die Bezugszeichen in Fig. 2 um 100 erhöht wurden.
Die erste Konstruktion der Fig. 4A ist die obere Hälfte der Figur von der Mittellinie und enthält einen Schnappring 102, der durch das Gehäuse 112 an der Endkappe 116 befestigt ist. Die zweite Konstruktion der Fig. 4B ist die untere Hälfte der Figur und zeigt das eingerollte Gehäuse 113 und der Schnappring 102 ist weggelassen.
Ein weiterer Unterschied der beiden Konstruktionen besteht darin, daß der um das Ventilsitzglied 120 verlaufende O- Ring 104 weggelassen wurde. In Fig. 4A ist der O-Ring 104 gezeigt, während in Fig. 4B das Gehäuse 113 und das Ventilsitzglied 121 im Preßsitz zusammengefügt sind, und der O- Ring ist daher nicht erforderlich.
Ein weiterer Unterschied mit dem Schnappring 102 besteht darin, daß eine Tellerfeder bzw. konische Feder 106 und eine ebene Scheibe 108 zwischen der Endkappe 116 und der Statoranordnung 158 verwendet werden, und in dem eingerollten Gehäuse 113 der unteren Hälfte werden die Tellerfeder und die Scheibe nicht benötigt.
Das Gehäuse 12 hat die Form eines Rohres mit einem Ventilöffnungsende 118, das eine Auslaßöffnung besitzt, wobei das offene Ende des inneren Kanals 166 an diesem Ende vorgesehen ist. Angrenzend an der Auslaßöffnung und innerhalb jedes Gehäuses 112, 113 ist ein konisches Ventilsitzglied 120 und 121 mit einem konischen Sitz angeordnet, der ein Lehrenmaß 178 bildet, wobei eine Hälfte des Lehrenmaßes dargestellt ist. Eine Ventilgliedanordnung 128 mit eine Schaft 132 und einem Ventilglied 122 ist auf das Ventilsitzglied 120, 121 abgestimmt.
Die Ventilanordnung 128 ist mit einem Ankermittel in Form eines Druckausgleichslagers 144 und eines Ankers 150 verbunden. Der Schaft 132 besitzt Anschlagmittel 133 zwischen seinen Enden, die an dem Druckausgleichslager 144 anliegen. Das Ende des Schaftes 132 verläuft durch die zentrale Bohrung 148 des Druckausgleichslagers und ist in dem Loch 156 des Ankers 150 befestigt. Dies entspricht dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit der Ausnahme, daß das Druckausgleichslager 144 keine Gegenbohrung hat, in der die Anschlagmittel 133 angeordnet sind. In den Fig. 4A und 4B sind der Schaft, das Druckausgleichslager und der Anker zusammengebaut, und Dichtungsmittel, falls erforderlich, sind in der Bohrung 148 und dem Loch 156 angeordnet, um eine Strömung darin zu unterbinden.
An dem anderen Ende des Schaftes 132 ist das Ventilglied 122 befestigt, das an einem zweiten Anschlagmittel 135 des Schaftes anliegt. Wenn das Ventilglied 122 an dem zweiter Anschlagmittel 135 fest anliegt, wird ein Tropfen Dichtungsmittel aufgetragen, und dann wird das Ende des Schaltes eingerollt, um das Ventilglied 122 aufzunehmen, wie in Fig. 4A gezeigt ist. Ein Mittel zum Einrollen des Endes besteht im Umlaufnieten. Das Dichtungsmittel dient dazu, eine Strömung zwischen dem Schaft 132 und dem Ventilglied 122 zu verhindern.
Ein Führungslagerteil 140 ist angrenzend an dem Ventilsitzglied 120, 121 zur Führung des Ventilgliedes 122 angeordnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Führungslagerteil 140 mit dem Ventilglied 122 verschweißt. Die Führungsfläche ist die Führungslagerbohrung 142. Zwischen dem Führungslagerteil 140 und den Anschlagflächenansätzen 126 befindet sich eine Unterlagscheibe 141, die für den vorgegebenen Hub des Ventils sorgt. Der Hub ist definiert als der axiale Abstand zwischen den Ansätzen 126 und der benachbarten Stirnseite des Ventilgliedes 122.
Das Ankeranschlagteil 124 ist ein Pulvermetallteil, das das Ankeranschlagteil 24, das Führungslagerteil 40, die Führungslagerbohrung 42 und das Federverstellteil 34 des Ventilteils 10 der Fig. 2 vereinigt. Nach dem Härten werden die beiden Enden des Ankeranschlagteils parallel geschliffen und die Druckausgleichslagerbohrung wird auf das Lehrenmaß 178 geschliffen.
Das Ankeranschlagteil 124 besitzt einen Federraum 136, in dem eine Feder-Unterlagscheibe 137 angeordnet wird, um eine vorgegebene Vorspannung auf die Feder 138 auszuüben.
Wie bei dem Ventil der Fig. 2 ist das Ventil 110 ein schnellansprechendes, druckausgeglichenes, elektromagnetisches Hochdruckventil. Der Hochdruck tritt in das Ventil durch die Einlaßöffnung 164 ein und gelangt in den Federraum 136, wo er an dem Druckausgleichslager 144 und dem Ventilglied 122 angreift. Der niedrige Druck bzw. Auslaßdruck greift an der entgegengesetzten Seite des Ventilgliedes 122 und des Druckausgleichslagers 144 an. Somit kommt es zu einem Ausgleich der Kräfte, und der Anker bewegt sich unter der Anziehung der Statoranordnung 158.
Verschiedene Dichtungen sind in dem gesamten Ventil 110 angeordnet, um sicherzustellen, daß Druck und Strömungsmittel nicht zwischen bestimmten Räumen übertragen werden und aus dem Ventil austreten. Die Dichtung 170 an der Außenfläche des Ankeranschlagteils 124 verhindert, daß Hochdruck aus dem Federraum 136 in den Ankerraum 160 gelangt. Zwei Dichtungen 174 und 176 sind vorgesehen, um das Ventil 110 in einem Anbringungsraum abzudichten. Die Endkappe 116 ist in ihrer Außenfläche mit einer Dichtung 180 versehen, um zu verhindern, daß Strömungsmittel aus dem Ende des Ventils ausströmt. Eine kleine Dichtung 182 ist in einem von der Statoranordnung 158 und der Endkappe 16 gebildeten Raum angeordnet, um die Klemmen 184 der Magnetspule abzudichten.

Claims

1. Schnellansprechendes, druckausgeglichenes, elektromagnetisches Hochdruck-Steuerventil mit einem Gehäuse (12, 112,113), das mit einem offenen Ende und einem rohrformigen Kanal versehen ist, der von dem offenen Ende axial verläuft und in einem Auslaß am anderen Ende mündet, einer Elektromagneteinrichtung (58,158), die in dem Gehäuse angeordnet ist, einem Ventilsitzglied (20,120,121) mit einem konischen Ventilsitz, der in dem Kanal angrenzend an dem Auslaß angeordnet ist, einem sphärischen Ventilglied (28), das zu dem Ventilsitzglied axial ausgerichtet ist, wobei das Ventilglied entlang einer Berührungslinie an dem Ventilsitz anliegt, wobei das sphärische Ventilglied einen axial verlaufenden Schaft (32,132) aufweist, der in axialer Richtung weg von dem konischen Ventilsitz verläuft, einer Führungslagereinrichtung (40,140), die in dem rohrförmigen Kanal angeordnet und zu dem Ventilsitz axial ausgerichtet ist;

einem Druckausgleichslager (44,144), das an dem Schaft vorgesehen und in der Führungslagereinrichtung angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Berührungslinie und der Durchmesser dieses Lagers gleich sind;

einem Ventilraum (62), der zwischen dem Lager und dem konischen Ventilsitz verläuft, wobei der Ventilraum Einlaßmittel (64,164) aufweist, die Strömungsmittel eines ersten Drucks empfangen;

einem Ankerraum (60,160), der zwischen der Elektromagneteinrichtung und dem Lager verläuft;

Ankermitteln (50,150), die in dem Ankerraum untergebracht und an dem Ende des Schaftes angebracht sind, wobei die Ankermittel mit der Elektromagneteinrichtung magnetisch gekoppelt sind und die Ankermittel und das Ventilglied ein einstückiges Teil bilden, das hin und her bewegbar ist, wobei das elektromagnetische Steuerventil dadurch gekennzeichnet ist, daß das Druckausgleichslager (44,144) eine Scheibe ist, die auf dem Schaft angebracht und daran befestigt ist, und

ein Auslaßdruckkanal (66,166) von einer Stelle in Nähe des Ventilauslasses axial zu dem Ankerraum verläuft, um Strömungsmittel eines zweiten Drucks zu übertragen, wobei das einstückige Teil in Druckausgleich mit dem zweiten Druck an jedem Ende und dem ersten Druck in dem Ventilraum steht.

2. Elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Abstandmittel (59) enthält, die die Führungslagereinrichtung zu der Elektromagneteinrichtung beabstandet, um einen Luftspalt zwischen der Elektromagneteinrichtung und den Ankermitteln zu bilden.

3. Elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Ankeranschlagteil (24, 124) in dem Ventilraum zwischen der Führungslagereinrichtung und dem Ventilglied enthält, welches eine Begrenzung für die axiale Bewegung des einstückigen Teils in eine Richtung weg von dem konischen Ventilsitz unter der Steuerung der Elektromagneteinrichtung bildet.

4. Elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorspannfeder (38,138) in dem Ventilraum zum Vorspannen des Ventilgliedes gegen den konischen Ventilsitz enthält, wodurch das elektromagnetische Steuerventil normalerweise geschlossen wird.

5. Elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Federverstellteil (34) für die Vorspannfeder enthält, wobei das Federverstellteil zum Verstellen der Federvorspannung verstellbar ist.

6. Elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Dichtungsmittel (68,70) an dem Ende des Ventilraums enthält.

7. Elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungslager (40,140) und das Ankeranschlagteil (24,124) ein Federverstellteil (34) enthalten und eine aus Pulvermetall hergestellte integrale Struktur bilden.