EP0667459B1 - Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit - Google Patents

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EP0667459B1
EP0667459B1 EP95100336A EP95100336A EP0667459B1 EP 0667459 B1 EP0667459 B1 EP 0667459B1 EP 95100336 A EP95100336 A EP 95100336A EP 95100336 A EP95100336 A EP 95100336A EP 0667459 B1 EP0667459 B1 EP 0667459B1
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piston
valve unit
electromagnet
hydraulic
unit according
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Bernd Niethammer
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Hilite Germany GmbH
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HYDRAULIK-RING ANTRIEBS- und STEUERUNGSTECHNIK GmbH
Hydraulik Ring GmbH
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    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
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    • Y10T137/8667—Reciprocating valve
    • Y10T137/86694—Piston valve
    • Y10T137/86702—With internal flow passage

Definitions

  • the invention relates to an electro-proportional solenoid valve unit according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based, the generic electro-proportional solenoid valve unit the task to train so that the Flow rate of the hydraulic medium depending on the Current with which the electromagnet is applied, steadily changed.
  • the invention is illustrated by one in the drawing Embodiment explained in more detail.
  • the Drawing shows partly in longitudinal section and partly in view an electro-proportional solenoid valve unit according to the invention.
  • the piston of the valve unit in its initial position and in the lower half in one by a pestle shown an electromagnet shifted position.
  • the electro proportional solenoid valve unit has one Electromagnet 1, the plunger 2 of which rests on a piston 3. It is under the force of a compression spring 4, which pushes the piston 3 against the plunger 2.
  • the electromagnet 1 is designed in a known manner, so that it is not described in detail. It is on an installation housing 5 attached, which a receptacle 6 for has a valve housing 7. In it is the piston 3 longitudinally displaceable.
  • the valve housing 7 has connections 8 to 10, via which, controlled by the piston 3, hydraulic medium to or from a consumer in known Way is promoted.
  • On the installation housing 5 are the corresponding consumers and the hydraulic medium containing tank also connected in a known manner.
  • the compression spring 4 is supported on one in the valve housing 7 screwed adjusting screw 11. By different screwing in the adjusting screw 11 in the valve housing 7, the biasing force the compression spring 4 and thus the position of the piston 3 Infinitely adjustable magnetic force.
  • the adjusting screw 11 has a through opening through which the hydraulic medium can flow back to the tank.
  • the piston 3 is facing the adjusting screw 11 Side provided with a recess 12 on the Bottom 13 the compression spring 4 is supported.
  • the piston has a central one that extends in its axial direction Bore 14 in the direction of the plunger 2 of the electromagnet 1 is closed by a floor 15. On the plunger 2 of the electromagnet 1 lies on this base 15 on. A opens radially into the bore 14 of the piston 3 Opening 16 through which the hydraulic medium into the bore 14 of the piston 3 can reach.
  • the outside of the piston has an annular channel 17 which closed against the electromagnet 1 by an annular web 18 is.
  • the piston 3 has another ring channel 19, which is much longer than the ring channel 17 and opposite this ring channel 17 by a Ring web 20 is separated.
  • Shown in the top half of the drawing left end position of the piston 3 is the working connection 10 open to a hydraulic chamber 21 in which the compression spring 4 lies and in which the central bore 14 of the piston 3 opens.
  • Via the radial opening 16 is the central bore 14 with the annular channel 17 of the Piston 3 connected, in which the opening 16 opens.
  • In this left end position of the piston 3 is also the Working port 8 with the ring channel 19 of the piston 3rd connected. Since also the connection 9, which with the (not shown) pump of the hydraulic system via a connection 27 of the built-in housing 5 is connected to the Ring channel 19 is connected, is thus a connection between the working port 8 and the pressure port 9 available.
  • the other working connection 10 of the valve housing 7 is in this left end position of the piston 3 not closed, so that a connection to the hydraulic room 21 exists.
  • the piston 3 has in the left End position distance from the bottom 22 of the valve housing 7. This is a between the piston 3 and the bottom 22 further hydraulic space 23 formed by at least a bore 24 axially penetrating the piston 3, the must not come into contact with the opening 16 with the opposite hydraulic chamber 21 is connected.
  • the piston 3 a further, axially penetrating bore 25, which connects the two hydraulic spaces 21 and 23 with each other.
  • valve unit Unit connected, for example a piston-cylinder unit. If this unit is to be operated, the electromagnet 1 is switched on, causing the plunger 2 is extended. It moves the piston 3 against the force of the compression spring 4. When moving the piston 3 is the connection between the pressure port 9 and the working port 8 closed while the connection between the working connection 10 and the pressure connection 9 is opened. So that can be under pressure Hydraulic medium via the pressure connection 9 and the Ring channel 19 flow to the working connection 10, from which it via a connection 28 of the installation housing 5 to be driven Flow aggregate and put it in the desired one Press way.
  • the holes 24, 25 have in the illustrated embodiment smaller cross section than the central hole 14.
  • the holes 14 and 24, 25 can also be the same Diameter. It is also possible that the Compensating holes 24, 25 larger diameter than that have central bore 14 of the piston 3.
  • the piston 3 designed as a hollow piston Insert socket.
  • the outer wall of one Bush and / or in the inner wall of the bore of the piston can at least one each over the piston or Throughout the socket length can be provided.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Wird der Elektromagnet bei dieser bekannten Ventileinheit (WO-A-93/18327) erregt, dann wird der als Hohlkolben ausgebildete Kolben gegen die Kraft einer Druckfeder verschoben. Dabei wird der eine Arbeitsanschluß zum zu betätigenden Aggregat geöffnet, so daß das Hydraulikmedium über diesen geöffneten Arbeitsanschluß zum Aggregat strömen kann. Das aus dem Aggregat verdrängte Hydraulikmedium gelangt zum anderen Arbeitsanschluß und von dort in den Hohlraum des Kolbens. Von dort aus strömt das Hydraulikmedium zum Tank zurück. Auf der dem Elektromagneten zugewandten Kolbenseite bildet sich in Abhängigkeit des Volumens des Hydraulikmediums, welches durch den im Durchmesser begrenzten Hohlraum des Kolbens fließt, ein hydraulischer Staudruck, der größer ist als der Druck, der auf die gegenüberliegende Kolbenseite wirkt. Dadurch ändert sich mit zunehmender Stromstärke, mit welcher der Elektromagnet die beteiligten Steuerkanten beaufschlagt, die Lage des Kolbens und der Durchfluß des Hydraulikmediums. Sobald ein kritischer Durchflußwert überschritten wird, tritt infolge der wirkenden Druckkräfte auf der Magnetseite des Kolbens, die sich zu den Magnetkräften addieren, eine schlagartige Veränderung der Kolbenposition ein. Unterhalb dieses kritischen Durchflußwertes verläuft die Durchfluß-Strom-Kennlinie noch im gewünschten Maß. Oberhalb dieses kritischen Durchflußwertes tritt jedoch eine unerwünschte schlagartige Änderung des Durchflußvolumens auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit so auszubilden, daß sich die Durchflußmenge des Hydraulikmediums in Abhängigkeit von der Stromstärke, mit welcher der Elektromagnet beaufschlagt wird, stetig verändert.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ventileinheit ist der elektromagnetseitige Hydraulikraum vom benachbarten Ringkanal des Kolbens und dessen Hohlraum getrennt. Dadurch kann sich in diesem Hydraulikraum ein hydraulischer Staudruck nicht bilden. Das vom zu steuernden Aggregat kommende Hydraulikmedium gelangt bei entsprechender Stellung des Kolbens in den Ringkanal und von dort über die Öffnung in den Hohlraum des Kolbens. Dieser Hohlraum ist gegenüber dem elektromagnetseitigen Hydraulikraum abgetrennt, so daß das verdrängte Medium nicht in diesen Hydraulikraum gelangen kann. Somit wird in konstruktiv einfacher Weise ein hydraulischer Staudruck in diesem Hydraulikraum vermieden. Dadurch ändert sich die Durchflußmenge-Strom-Kennlinie der Ventileinheit in gewünschtem Maße stetig; eine schlagartige Änderung der Durchflußmenge tritt nicht auf. Dadurch ist sichergestellt, daß über den gesamten Kennlinienverlauf das zu steuernde oder zu regelnde Aggregat zuverlässig betätigt wird. Über die Ausgleichsleitung wird in einfacher Weise ein Druckausgleich in den beiden Hydraulikräumen zu beiden Seiten des Kolbens erreicht, so daß auf beiden Seiten des Kolbens Druckgleichheit herrscht. Der Elektromagnet kann klein ausgelegt sein, weil es nur zu geringen Verschiebekräften am Kolben kommt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt teilweise im Längsschnitt und teilweise in Ansicht eine erfindungsgemäße Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit. In der oberen Hälfte der Zeichnung ist der Kolben der Ventileinheit in seiner Ausgangsstellung und in der unteren Hälfte in einer durch einen Stößel eines Elektromagneten verschobenen Lage dargestellt.
Die Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit hat einen Elektromagneten 1, dessen Stößel 2 an einem Kolben 3 anliegt. Er steht unter der Kraft einer Druckfeder 4, welche den Kolben 3 gegen den Stößel 2 drückt.
Der Elektromagnet 1 ist in bekannter Weise ausgebildet, so daß er nicht im einzelnen beschrieben wird. Er ist an einem Einbaugehäuse 5 befestigt, das eine Aufnahme 6 für ein Ventilgehäuse 7 aufweist. In ihm ist der Kolben 3 längsverschieblich gelagert. Das Ventilgehäuse 7 hat Anschlüsse 8 bis 10, über die, vom Kolben 3 gesteuert, Hydraulikmedium zu bzw. von einem Verbraucher in bekannter Weise gefördert wird. An das Einbaugehäuse 5 sind der entsprechende Verbraucher sowie der das Hydraulikmedium enthaltende Tank ebenfalls in bekannter Weise angeschlossen.
Die Druckfeder 4 stützt sich an einer in das Ventilgehäuse 7 geschraubten Einstellschraube 11 ab. Durch unterschiedlich weites Einschrauben der Einstellschraube 11 in das Ventilgehäuse 7 läßt sich die Vorspannkraft der Druckfeder 4 und somit die Lage des Kolbens 3 zur Magnetkraft stufenlos einstellen. Die Einstellschraube 11 hat eine Durchgangsöffnung, über die das Hydraulikmedium zum Tank zurückströmen kann.
Der Kolben 3 ist an seiner der Einstellschraube 11 zugewandten Seite mit einer Vertiefung 12 versehen, an deren Boden 13 sich die Druckfeder 4 abstützt. Der Kolben hat eine zentrale, in seiner Achsrichtung sich erstreckende Bohrung 14, die in Richtung auf den Stößel 2 des Elektromagneten 1 durch einen Boden 15 geschlossen ist. An diesem Boden 15 liegt der Stößel 2 des Elektromagneten 1 an. In die Bohrung 14 des Kolbens 3 mündet radial eine Öffnung 16, durch welche das Hydraulikmedium in die Bohrung 14 des Kolbens 3 gelangen kann.
Der Kolben weist außenseitig einen Ringkanal 17 auf, der gegen den Elektromagneten 1 durch einen Ringsteg 18 geschlossen ist. Der Kolben 3 weist einen weiteren Ringkanal 19 auf, der wesentlich länger ist als der Ringkanal 17 und der gegenüber diesem Ringkanal 17 durch einen Ringsteg 20 getrennt ist.
In der in der oberen Hälfte der Zeichnung dargestellten linken Endstellung des Kolbens 3 ist der Arbeitsanschluß 10 zu einem Hydraulikraum 21 offen, in dem die Druckfeder 4 liegt und in den die zentrale Bohrung 14 des Kolbens 3 mündet. Über die radial verlaufende Öffnung 16 ist die zentrale Bohrung 14 mit dem Ringkanal 17 des Kolbens 3 verbunden, in den die Öffnung 16 mündet. In dieser linken Endstellung des Kolbens 3 ist außerdem der Arbeitsanschluß 8 mit dem Ringkanal 19 des Kolbens 3 verbunden. Da auch der Anschluß 9, der mit der (nicht dargestellten) Pumpe des Hydrauliksystems über einen Anschluß 27 des Einbaugehäuses 5 verbunden ist, mit dem Ringkanal 19 verbunden ist, ist somit eine Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß 8 und dem Druckanschluß 9 vorhanden. Der andere Arbeitsanschluß 10 des Ventilgehäuses 7 ist in dieser linken Endstellung des Kolbens 3 nicht verschlossen, so daß eine Verbindung zum Hydraulikraum 21 besteht.
Wie die Zeichnung zeigt, hat der Kolben 3 in der linken Endstellung Abstand vom Boden 22 des Ventilgehäuses 7. Dadurch wird zwischen dem Kolben 3 und dem Boden 22 ein weiterer Hydraulikraum 23 gebildet, der durch mindestens eine den Kolben 3 axial durchsetzende Bohrung 24, die nicht mit der Öffnung 16 in Verbindung kommen darf, mit dem gegenüberliegenden Hydraulikraum 21 verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kolben 3 eine weitere, ihn axial durchsetzende Bohrung 25, welche die beiden Hydraulikräume 21 und 23 miteinander verbindet.
An die Anschlüsse 8 und 10 des Ventilgehäuses 7 ist ein mittels der Ventileinheit zu steuerndes bzw. zu regelndes Aggregat angeschlossen, beispielsweise eine Kolben-Zylinder-Einheit. Soll dieses Aggregat betätigt werden, wird der Elektromagnet 1 eingeschaltet, wodurch der Stößel 2 ausgefahren wird. Er verschiebt den Kolben 3 gegen die Kraft der Druckfeder 4. Beim Verschieben des Kolbens 3 wird die Verbindung zwischen dem Druckanschluß 9 und dem Arbeitsanschluß 8 geschlossen, während die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß 10 und dem Druckanschluß 9 geöffnet wird. Damit kann das unter Druck stehende Hydraulikmedium über den Druckanschluß 9 und den Ringkanal 19 zum Arbeitsanschluß 10 strömen, von dem es über einen Anschluß 28 des Einbaugehäuses 5 zum anzutreibenden Aggregat strömen und es in der gewünschten Weise betätigen. Das aus dem anzutreibenden Aggregat verdrängte Hydraulikmedium kann über den Arbeitsanschluß 8, den Ringkanal 17, die Öffnung 16, die Bohrung 14 des Kolbens 3, den Hydraulikraum 21 und die Durchgangsöffnung der Einstellschraube 11 zurück zum Tank gelangen. Wenn die Steuerelektronik erkennt, daß die Position der Stelleinheit des anzutreibenden Aggregates erreicht ist, wird der Steuerstrom zurückgefahren. Dadurch wird die Magnetkraft verringert und der Kolben 3 unter der Kraft der Druckfeder 5 in eine Mittelstellung zurückgeführt, in der die beiden Ringstege 20 und 26 des Kolbens 3 die beiden Anschlüsse 8 und 10 verschließen. Dadurch bleibt der Hydraulikdruck im anzutreibenden Aggregat aufrechterhalten.
Wird der Elektromagnet 1 abgeschaltet, wird der Kolben 3 unter der Kraft der Druckfeder 4 wieder in seine in der Zeichnung linke Endstellung zurückgeführt, wobei der Stößel 2 entsprechend in das Gehäuse des Elektromagneten 1 zurückgeschoben wird. Dabei wird die Verbindung zwischen dem Anschluß 10 und dem Druckanschluß 9 geschlossen, während die Verbindung zwischen dem Anschluß 8 und dem Druckanschluß 9 durch den Kolben 3 geöffnet wird. Dadurch kann das unter Druck stehende Hydraulikmedium über den Anschluß 10 zum Kolben des anzutreibenden Aggregates gelangen und diesen Kolben wieder zurückschieben.
Über die beiden Bohrungen 24 und 25 im Kolben 3 wird in einfacher Weise ein Druckausgleich in den beiden Hydraulikräumen 21, 23 zu beiden Seiten des Kolbens 3 erreicht. Dadurch herrscht auf beiden Seiten des Kolbens 3 Druckgleichheit. Das Hydraulikmedium strömt in den beiden Bohrungen 24, 25 des Kolbens 3 praktisch nicht, vielmehr bildet sich hier ein statischer Druck aus. Das vor dem Kolben 3 befindliche Hydraulikmedium wird beim Verschieben des Kolbens über die Bohrungen 24, 25 lediglich verdrängt. Hierbei kann auch eine gewisse Dämpfung des Kolbens 3 bei seiner Verschiebebewegung erreicht werden.
Die Bohrungen 24, 25 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel kleineren Querschnitt als die zentrale Bohrung 14. Die Bohrungen 14 und 24, 25 können aber auch gleichen Durchmesser haben. Ebenso ist es möglich, daß die Ausgleichsbohrungen 24, 25 größeren Durchmesser als die zentrale Bohrung 14 des Kolbens 3 haben.
Um die Bohrungen 24, 25 zu erhalten, ist es auch möglich, in den als Hohlkolben ausgebildeten Kolben 3 eine Buchse einzusetzen. In der Außenwandung einer solchen Buchse und/oder in der Innenwandung der Bohrung des Kolbens kann jeweils mindestens eine über die Kolben- bzw. Buchsenlänge durchgehende Vertiefung vorgesehen sein.
Da der Hydraulikraum 23 durch den Ringsteg 18 des Kolbens 3 vom Ringkanal 17 getrennt ist, kann das über den Anschluß 8 aus dem anzutreibenden Aggregat verdrängte Hydraulikmedium nur über diesen Ringkanal 17 und die Öffnung 16 in die Bohrung 14 des Kolbens 3 und von dort zum Tank zurückfließen. Die zentrale Bohrung 14 des Kolbens 3 ist durch den Boden 15 vom Hydraulikraum 23 getrennt. Dadurch wirken sich die beim Verschieben des Kolbens 3 auftretenden Druckdifferenzen nicht auf das Schaltverhalten des Ventiles aus, so daß der gewünschte Kennlinienverlauf erreicht wird. Die Durchflußmenge des Hydraulikmediums ändert sich in Abhängigkeit von der Stromstärke, mit welcher der Elektromagnet 1 beaufschlagt wird, im erforderlichen Maße stetig.

Claims (5)

  1. Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit mit einem Ventilgehäuse (7), in dem durch einen Stößel (2) des Elektromagneten (1) gegen Federkraft (4) ein Kolben (3) verschiebbar ist, der als Hohlkolben ausgebildet ist, der mit zwei Ringkanälen (17, 19) versehen ist, von denen der eine Ringkanal (19) gegen einen federseitigen, mit einem Tankanschluß verbundenen Hydraulikraum (21) getrennt und der andere Ringkanal (17) durch wenigstens eine Öffnung (16) mit dem Hohlraum (14) des Kolbens (3) verbunden ist und die bei bestromtem und unbestromtem Elektromagneten (1) abwechselnd mit zwei Arbeitsanschlüssen (8, 10) in Verbindung zu bringen sind, von denen der eine Arbeitsanschluß (8, 10) jeweils mit einem Druckanschluß (9) und der andere Arbeitsanschluß (10, 8) mit einem Tank verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der federseitige Hohlraum (21) über wenigstens eine Ausgleichsleitung (24, 25) mit einem elektromagnetseitigen Hydraulikraum (23) verbunden ist, der durch einen Boden (15) des Kolbens (3) von dessen Hohlraum (14) getrennt ist.
  2. Ventileinheit nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (2) des Elektromagneten (1) am Boden (15) des Hohlraums (14) des Kolbens (3) anliegt.
  3. Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsleitung (24, 25) im Kolben (3) vorgesehen ist.
  4. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsleitung (24, 25) eine axial verlaufende Bohrung im Kolben (3) ist.
  5. Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) eine stirnseitige Vertiefung (12) aufweist, in die eine Druckfeder (4) ragt.
EP95100336A 1994-02-10 1995-01-12 Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit Expired - Lifetime EP0667459B1 (de)

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DE9402206U DE9402206U1 (de) 1994-02-10 1994-02-10 Elektroproportionalmagnet-Ventileinheit
DE9402206U 1994-02-10

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EP0667459A1 EP0667459A1 (de) 1995-08-16
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