DE8029580U1

DE8029580U1 - Elektrisch betätigbares Ventil

Info

Publication number: DE8029580U1
Application number: DE19808029580
Authority: DE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1982-01-21

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigbares Ventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Ventil ist Gegenstand einer älteren Patentanmeldung P 29 42 886.2. Dieses Ventil weist den Vorteil auf, daß das hydraulische Ventilteil außerhalb des magnetischen Streufeldes des Elektromagneten liegt. Dadurch wird die Gefahr beseitigt, daß sich im Drucköl mitgeführte, feine ferromagnetische Teilchen verklumpen könnten. Außerdem ist der magnetische Wirkungsgrad dieser bekannten Ventilausbildung sehr hoch.

Dieses Ventil stellt einen elektro-hydraulischen Wandler dar, der als Ausgangsgröße einen von einem zugeführten elektischen Strom abhängigen hydraulischen Druck liefert. Deshalb ist dieses Ventil für Anwendungen geeignet, bei denen im Prinzip die Wirkung als Druckbegrenzungsventil gewünscht wird.

Soll dagegen nicht der hydraulische Druck, sondern der hydraulische Strom beeinflußt werden, ist dieses Ventil nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betätigbares Ventil zu schaffen, das in seiner Eigenschaft als elektro-hydraulischer Wandler als Ausgangsgröße mit einer veränderbaren Drossel arbeitet. Dies bedeutet, daß eine Drosselöffnung analog zum elektrischen Strom verändert wird.

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Sleichzeitig sollen die vorteilhaften Eigenschaften des bekannten Ventiles, wie robuste, kleine, preiswerte, wenig schmutzanfällige Bauweise beibehalten bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Verwendung einer Scheibenfeder anstelle einer hydraulischen Rückwirkung wird die analoge Zuordnung von elektrischem Strom zum veränderbaren Drosselquerschnitt erreicht. Die Rückstellkraft der vorzugsweise verwendeten Scheibenfeder wird mit der Magnetkraft ins Gleichgewicht gesetzt. Durch die Federsteife der Scheibenfeder ergibt sich so die gewünschte Wegänderung und somit die Querschnittsänderung an der Drosselstelle in Abhängigkeit von der Magnetkraft bzw. vom zugeführten elektrischen Strom.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ermöglicht die Abdichtung der Magnetspule gegenüber den mit öl gefüllten Räumen, daß sowohl der Zulauf als auch der Ablauf hochdruckbelastbar sind.

Von Vorteil ist weiterhin, daß durch die kegelige Ausbildung des Schließkörpers und des Ventilsitzes mit einem nur geringen Unterschied der Kegelwinkel eine zusätzliche hydraulische Kraft in Schließrichtung auf den Ventilkörper ausgeübt

wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in dem engen Spalt zwischen Schließkörper und Ventilkörper die Strömungsgeschwindigkeit des Öles stark erhöht wird, wodurch der Druck stark vermindert wird. Durch die anschließende Erweiterung der Strömungsräume wird der Druck wieder zurückgewonnen. Dadurch ¹ ergeben sich unterschiedliche Drücke an der Vorder- und Rückseite des Schließkörpers. Diese Wirkung wird noch verstärkt dadurch, daß auch der Einlaufkanal zu der veränderbaren Drosselstelle mit einem kleinen Winkel, der vorzugsweise unterhalb von 10° liegt, kegelig ausgebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße

Ventil,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der

Scheibenfeder der Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt der Figur 1 in vergrößertem

Maßstab mit einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Das Ventil weist zwei im Querschnitt L-förmige Gehäuseteile, bestehend aus einem eine Magnetspule 1 umgebenden Gehäusemantel 2 und einem die Magnetspule 1 tragenden Eisenkern 3 mit einem Boden 4 auf. Das Gehäuse ist durch einen Deckel 5 verschlossen. Eine durch das Magnetfeld der Magnetspule 1 betätigbare kegelige Rückschlußplatte 6 liegt auf der

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einen Seite der Magnetspule 1 und ist mit einem Betätigungsglied 7 verbunden. Das Betätigungsglied 7 ist als nicht-magnetisierbarer Stößel ausgebildet, der sich durch eine öffnung auf die andere Seite der Magnetspule 1 erstreckt und der an seinem unteren Ende einen Schließkörper 8 in der Form eines Ventilkegels 9 trägt. Der Ventilkegel 9 bildet zusammen mit einem Ventilsitz 10 eine Drosselstelle. Der Ventilsitz 10 ist in einem Einsatz 11 angeordnet, der mit dem Boden 4 des Eisenkernes 3 verbunden ist. Der Einsatz 11 weist einen Einlaufkanal 12 mit einem Zulaufanschluß 13 und einem Rücklaufanschluß 14 auf. Die erwähnte Drosselstelle liegt zwischen dem Zu- und dem Rücklaufanschluß.

Auf der Seite der Rückschlußplatte 6 ist im Ventilgehäuse zwischen dem Gehäusemantel 2 und dem Deckel 5 eine Scheibenfeder 15 eingespannt. Die Scheibenfeder 15 ist an ihrer radial inneren Einspannstelle durch einen Spannring mit der Rückschlußplatte 6 verbunden. An ihrer radial äußeren Einspannstelle ist zwischen der Scheibenfeder 15 und dem Gehäusemantel 2 ein Einstellring 17 angeordnet. Mit Hilfe des Einstellringes 17 und einer zwischen dem Eisenkern 3 und dem Ventileinsatz 11 eingesetzten Einstellscheibe 18 läßt sich der Grundluftspalt zwischen der Rückschlußplatte 6 und dem Eisenkern 3 abstimmen. Im Inneren des Ventiles liegende Räume 19A, 19B, 19C, die die Scheibenfeder 15 und die Rückschlußplatte 6 umgeben, stehen mit dem Rücklaufanschluß 14 in Verbindung. Zwischen dem Betätigungsglied 7 und dem Ventileinsatz 11 ist ein zweckmäßigerweise aus Kunststoff bestehender

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Abstreifring HA angeordnet. Der Abstreifring HA befindet sich damit zwischen den Räumen 19A, 19B und dem Rücklaufanschluß 14. Um die auf den beiden Seiten der Scheibenfeder liegenden Räume 19A und 19B miteinander zu verbinden, ist in der Scheibenfeder 15 eine Druckausgleichsöffnung 20 vorgesehen. Die Räume 19A, 19B, 19C sind gegenüber der Magnetspule 1 durch einen an einem Stützring 21 abgestützen Dichtring 22 abgedichtet. Dadurch ist sowohl der Zulauf als auch der Ablauf hochdruckbelastbar.

um einerseits eine gleichmäßigere Feldliniendichte und damit eine bessere Ausnutzung des Materials und andererseits eine kürzere Feldlinienlänge im Eisenkern 3 zu erreichen, wird die Rückschlußplatte 6 kegelig ausgebildet. Durch diese Maßnahme in Verbindung mit der Verwendung eines Topfmagneten, der durch den Gehäusemantel 2 und den Eisenkern 3 gebildet wird, läßt sich ein hoher magnetischer Wirkungsgrad erreichen.

um genau definierte Einspannverhältnisse der Scheibenfeder 15 und damit reproduzierbare Kennlinien der Feder zu erhalten, werden der Spannring 16 und der Einstellring 17 scharfkantig und zweckmäßigerweise aus gehärtetem Material hergestellt.

Trägt man die Magnetkraft über dem elektrischen Strom auf, so erhält man eine progressive Kennlinie. Die Progression wird durch den mit zunehmender Kraft abnehmenden Luft-Akte 5726 G

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spalt noch gesteigert. Deshalb gibt es keinen linearen Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Drosselquerschnitt. Hätte die Rückstellfeder der Rückschlußplatte linearen Charak ter, könnte ab einem bestimmten Ventilweg die Magnetkraftstei gerung höher sein als die Federrate der Rückstellfeder und das Ventil würde instabil.

Um dies zu verhindern und um eine über einen möglichst großen Bereich stetige Arbeitsweise zu erhalten, wird eine Rückstellfeder mit progressiver Kennlinie ausgewählt. Eine derartige Feder mit progressiver Kennlinie ist beispielsweise die in Figur 1 dargestellte ebene Scheibenfeder 15. Denselben Zweck würde jedoch auch eine Schraubenfeder erfüllen, deren Windungen durch eine besondere Ausbildung beim Zusammendrükken der Feder einzeln nacheinander zur Anlage kommen.

Um unterschiedliche Kennlinien der. bis auf die Druckausgleichsöffnung 20 massiven Scheibenfeder 15 zu erreichen, wird diese mit Durchbrüchen 23 gemäß Figur 2 ausgestattet.

Eine weitere Möglichkeit zur Änderung der Kennlinie der Scheibenfeder besteht darin, daß anstelle der ebenen Scheiben feder 15 eine kegelige Scheibenfeder verwendet wird.

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Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Kennlinie des Ventiles wird dadurch erreicht, daß sowohl der Schließkörper 8 als auch der Ventilsitz 10 kegelig ausgebildet werden. Wie in Figur 3 dargestellt ist, ist der Kegelwinkel 24 des Ventilkegels 9 nur geringfügig kleiner als der Kegelwinkel 25 des Ventilsitzes 10. Ebenso ist es zweckmäßig, daß auch der Einlaufkanal 12 in Richtung auf den Dichtsitz 10 unter einem sehr kleinen Kegelwinkel kegelig ausgebildet ist.

27.10.1980
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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN

Aktiengesellschaft Friedrichshafen

Elektrisch betätigbares Ventil

rt-^t Anspruch

■· 1. Elektrisch betätigbares Ventil mit folgenden Merk-

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!■ - Das Ventil besitzt in einem Magnetteil eine durch die |i Kraft einer Magnetspule betätigbare Rückschlußplatte,

I - die Rückschlußplatte liegt auf der einen Seite der Mail gnetspule und ist mit einem Betätigungsglied verbunden,

das Betätigungsglied erstreckt sich durch eine öffnung jl auf die andere Seite der Magnetspule,

fs - das der Rückschlußplatte abgewandte Ende des Betätigungs-

I gliedes weist einen zwischen einem Zu- und einem Rück-

I laufanschluß liegenden, in Schließrichtung beeinflußba-

;ί ren Schließkörper auf, der zusammen mit einem Ventilsitz

* eine Drosselstelle bildet/

ι; dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückschlußplatte (6) und damit das Betätigungsglied (7) durch eine an einem Ventilgehäuse abgestützte Scheibenfeder (15) gelagert ist.

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2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfeder (15) mit Durchbrüchen (23) versehen ist.
3. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfeder kegelig ausgebildet ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Scheibenfeder (15) an ihrer radial inneren Einspannstelle zwischen der Rückschlußplatte (6) und einem Spannring (16) und an ihrer radial äußeren Einspannstelle zwischen einem Gehäusedeckel (5) und einem Einstellring (17) gehalten ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (16) und der Einstellring (17) aus gehärtetem Material bestehen und an ihren an der Scheibenfeder (15) liegenden Einspannstellen scharfkantig ausgebildet sind.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfeder (15) eine Drvickausgleichsöffnung (20) besitzt.

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7. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenfeder (15) und die Rückschlußplatte (6) umgebende Räume (19A, 19B, 19C) mit dem Rücklaufanschluß (14) in Verbindung stehen.
8. Ventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den die Scheibenfeder (15) und die Rückschlußplatte (6) umgebenden Räumen (19A, 19B, 19C) und der Magnetspule (1) ein in Richtung auf die Magnetspule (1) durch einen Stützring (21) aus nicht magnetisierbarem Material abgestützter Dichtring (22) angeordnet ist.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g.e kennzeichnet, daß die Rückschlußplatte (6) auf ihrer die Magnetspule (1) zugewandten Seite kegelig ausgebildet ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (8) einen Ventilkegel (9) aufweist, und daß der Ventilsitz (10) kegelig ausgebildet ist, wobei der Kegelwinkel (24) des Ventilkegels (9) geringfügig kleiner ist als der Kegelwinkel (25) des Ventilsitzes (10).

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11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (12) in Richtung auf den Ventilsitz (10) unter einem kleinen Winkel kegelig ausgebildet ist.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem den Ventilsitz (10) tragenden Ventileinsatz (11) und dem Betätigungsglied (7) ein Abstreifring (11A) angeordnet ist.

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