WO2010004008A1 - Magnetventil, das als mehrwege-/mehrstellungsventil ausgebildet ist - Google Patents

Magnetventil, das als mehrwege-/mehrstellungsventil ausgebildet ist Download PDF

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WO2010004008A1
WO2010004008A1 PCT/EP2009/058763 EP2009058763W WO2010004008A1 WO 2010004008 A1 WO2010004008 A1 WO 2010004008A1 EP 2009058763 W EP2009058763 W EP 2009058763W WO 2010004008 A1 WO2010004008 A1 WO 2010004008A1
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valve
valve element
solenoid valve
movable
movable valve
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PCT/EP2009/058763
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Eckehart Schulze
Luciano Zanolini
Vincenzo Cecconi
Horst Bendrich
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Hycos S.R.L.
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • F16K31/0679—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor with more than one energising coil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/061—Sliding valves
    • F16K31/0613—Sliding valves with cylindrical slides

Definitions

  • Solenoid valve which is designed as a multi-way / multi-position valve
  • the invention relates to a solenoid valve, which is designed as Mehrwege- / Mehr eins- spool valve, in which for setting the operation of a consumer associated functional positions I and Il a Doppelhubmagnetsystem is provided with two magnet windings, defined by the e- lektronisch controllable excitation in terms of magnitude variable deflections of a movable valve element with respect to a basic position (0) are einstrubar in which also different flow cross sections of the released in the respective functional positions flow paths are adjustable and with the other, mentioned in the preamble of claim 1, generic determining features.
  • the known solenoid valve is formed in a typical design as a 4/3-way solenoid valve having a centered by valve springs basic position 0, in which all valve ports are shut off from each other and two, by shifting a piston in alternative directions einsteubarer functional positions I and II z.
  • the sum of the excitation periods T1 and T2, for which the excitation windings are energized chosen sufficiently small that the deflection amplitudes in the equilibrium positions of the movable valve member are significantly smaller than its maximum Ausberichthub.
  • the alternative excitation of the two regulator windings takes place with a modulation frequency f m of the amount 1 / (T1 + T2), wherein this modulation frequency is preferably between 400 Hz and 800 Hz and the ratio T 1 ZT 2 between 1/100 and 100/1 is variable ,
  • an electronic control unit is provided by means of which the basic principle explained by way of driving the valve can be implemented.
  • the interior of the valve housing into which the housing-shaped piston-shaped valve element protrudes axially from the connection side is divided by the movable valve element into a relatively large cup-shaped space area and an annular space area communicating with each other via outer longitudinal grooves of the movable valve element.
  • cross-bores emanating from these longitudinal grooves enter into communicating connection.
  • the object of the invention is therefore to improve a solenoid valve of the type mentioned in that it is suitable for comparatively larger volume flows without prejudice to the favorable properties of said valve type, which can be seen in a rapid response.
  • housing-mounted connection channels via which the supply connections are communicatively connected to the housing-fixed circumferential grooves of the fixed valve element, symmetrical with respect to the transverse center plane of the valve, it is largely excluded that unilaterally, “asymmetrically” acting on the movable valve element forces arise and can lead to an undesirable displacement of the movable valve element.
  • connection channels are used in a preferred embodiment of the valve in such a way that is connected to a central supply port of the fixed valve element, the T-return port of the solenoid valve.
  • the proposed according to claim 4 embodiment of a solenoid valve according to the invention enables a particularly simple way of valve actuation or actuation of the movable valve element, in particular by means of an additional switching magnet whose armature is coupled in motion with an axially movable push-shaped actuating element.
  • a safety function position of the valve implemented according to claim 7 is advantageous, which can be represented in a simple manner according to claim 8.
  • position measuring system for its realization an inductive position sensor, for. B. an LVDT sensor may be suitable, the improved dynamics of the valve can be further increased, so that this is particularly suitable for the purposes of control technology.
  • an adjusting device is provided, by means of which the movable valve element for specifying a reference position, from which deflections of the valve body are electrically controlled in the electrically controllable, which is a structurally simple for this actuator by the features of claim 12 and easy-to-use design is specified.
  • the displaceability of the movable valve element makes it possible to In this case, perform a "hydraulic" check of the basic valve position by looking for the position of minimal leakage when the valve is pressurized.
  • a position control circle as outlined by the features of claim 15, a high dynamics of the valve settings reached.
  • Such a control loop can be implemented in a simple manner using conventional microprocessor technology with the means of the software that are available to the person skilled in the art.
  • 1 is an overall view of a specific embodiment of the solenoid valve according to the invention, in section along a longitudinal center plane of the valve, spanned by the parallel axes of a P supply channel and a T return channel, on a scale of 1: 1,
  • FIG. 3 shows a partial view of the valve according to FIG. 1 for explaining a safety function position, in one of the FIGS. speaking sectional view, but on an enlarged scale,
  • FIGS. 1 to 3 or 6 shows a block diagram of a position control circuit suitable for controlling a valve according to FIGS. 1 to 3 or 6,
  • FIG. 5a-c timing diagrams for explaining the function of the position control loop of FIG. 4,
  • Fig. 6 shows another embodiment of an inventive
  • Solenoid valve with means for specifying special reference variables for the valve control, in a representation corresponding to FIG. 1.
  • the solenoid valve 10 has as an actuating system with respect to the central longitudinal axis 16 of the valve 10 is substantially rotationally symmetrical trained, designated overall by 17 Doppelhubmagnetsystem seen in the direction of the central longitudinal axis 16, juxtaposed excitation windings 18 and 19 of the same interpretation, by their alternati- ee excitation with control currents represented in Fig. 2 by its valve symbol solenoid valve from its illustrated home position 0, in which its load ports 13 and 14 are shut off both against the P supply port 11 and against the T-return port 12, in the alternative excited functional positions I and II are controllable.
  • the pressure supply connection 11 of the solenoid valve 10 is connected to the "opposite" A consumer connection 13 according to the valve symbol representation, and the T return connection 12 is communicatively connected to the B consumer connection 14.
  • the functional position II Consumer terminal 13 communicating with the T-return port 12 and the B-consumer port 14 communicating with the pressure supply port 11.
  • the exciter windings 18 and 19 are usually wound on cylindrical bobbins with radially outwardly pointing end flanges extending over the radial thickness of the field windings.
  • the exciter windings 18 and 19, including their bobbins, are embedded in a magnetic body, generally designated 26, made of ferromagnetic material, in particular soft iron, which is essentially symmetrical to its transverse central plane 27 extending at right angles to the central longitudinal axis 16.
  • Supply connection 11, the T-return port 12 and the A- load port and the B-load port of the valve are arranged.
  • This terminal block 33 is suitably made of a non-magnetic material, for. B. aluminum.
  • the cylinder jacket-shaped housing section On the side opposite to the terminal block 33 side of the solenoid valve 10 is connected to its formed by the magnetic body 26, the cylinder jacket-shaped housing section in turn a cylindrically annular housing 34 of a total of 36 designated position sensor, by means of which the position of a movable valve member 21 is detected by whose reciprocating movements take place in the direction of the central longitudinal axis 16, the alternative functional positions I and II are adjustable.
  • This movable valve element 21, which forms the armature of the two excitation windings 18 and 19 comprehensive double magnet system 17 is formed as a basic shape after circular cylindrical tubular, relatively thick-walled sleeve, which consists of magnetizable material, advantageously soft iron material. It encloses coaxially a housing-fixedly arranged, piston-shaped valve element 22, which mediates the centering of the sleeve and its axial guidance, which is slidably disposed on portions of its length, which are arranged between inner annular grooves of the sleeve on the fixed valve element with a sealing sliding fit.
  • a switching magnet designated as a whole by 37, whose armature 39, which is movable when its magnet winding 38 is energized, has a total of 41. recorded actuating tappet with the movable valve element 21 - the valve sleeve - is motion-coupled in the sense of a rigid connection.
  • the P supply port 11, the T return port 12, and the B consumer port 14 are communicatively connected to each other, but blocked off from the A consumer port 13.
  • the valve 10 is as it were hydraulically short-circuited, such that no significant hydraulic forces act on the movable valve element 21 and this is thus urged by the action of a suitably biased return spring 42 in the functional position III of the valve 10, by conditioning the armature 39 of the solenoid 37 is marked on a stop surface 43 remote from the fixed valve element 22, which is formed by the inner surface of the bottom of a pot-shaped housing part 44 of the generally designated 46 housing of the switching magnet 37, which, apart from an inner annular gap 47, the magnetizable Envelope of the magnetic winding 38 of the switching magnet 37 forms.
  • the movement coupling of the armature 39 and the switching magnet 47 with the sleeve-shaped movable valve element 21 conveys the basic shape after elongated rod-shaped actuating plunger 41, which passes through the bore-shaped interior of the housing 34 of the position sensor 36 and into the immediate vicinity of the substantially circular Endstirn Chemistry 48 of its basic form is cylindric risch-rod-shaped housing-fixed piston member 22 of the solenoid valve 10 extends, on which the valve spring 42 is supported, which forms the remindstellele- ment for the armature 39 of the solenoid 37, the thereby - in the de-energized state of its magnetic winding - with its annular end face 49 in Appendix with the inner bottom surface 43 of the cup-shaped housing part 44 of the housing 46 of the switching magnet 37 passes, or is held.
  • the position sensor 36 is without limitation of generality, i. H.
  • LVDT sensor Linear Variable Differential Transformer
  • the LVDT sensor 36 is assumed to be known in terms of its structure and function (see EUROPA Lehrstoff, "Fachismeinformationstechnik und Industrieelektronik, 1994, page 521).
  • This position sensor or displacement sensor is represented in the representations of FIGS. 1 and 3 by a movable valve element and its movements with an executing annular ferromagnetic core 51 and a total of three transformer windings 52, 53 and 54, namely a centrally arranged primary winding 53 and the one side of this arranged secondary windings 52 and 54th
  • the core 51 is arranged on the radially outer side of a pointing to the position sensor 36, thin-walled, tubular extension 56 of the movable valve member 21, which on the housing fixed piston member 22 of the valve 10 side facing away from one inserted into the tubular end portion 57 of the movable valve member 21 Spreng- rings 58 by means of its own, narrow radially inwardly facing support ring 59 is axially supported.
  • a screw spring 61 engages a screw spring 61, the annular end of which is supported on a radially projecting from the actuating plunger 41 support flange 62.
  • the radial dimension after about the switching magnet side support flange 62 corresponding inner support flange 63 of the actuating plunger 41 is provided.
  • a second prestressed coil spring 64 whose other end is in turn supported on a narrow support ring 66, which, the sensor-side support ring 59 opposite, is pressed and held in contact with the snap ring 58.
  • the inner diameter of the two support rings 59 and 66 is slightly larger than the diameter of the axially passing through these portions of the actuating plunger 41, so that smooth movement of the relative movements of the movable valve member 21 is ensured relative to the plunger when the movable valve member 21 by means of Doppelhubmagnetsys- 17 to Execution of actuating movements is controlled, which serve the setting of the functional positions I or Il and the effective in these functional positions flow cross sections. Such relative movements take place, starting from the position shown in FIG.
  • the two springs 61 and 64 have the same spring rate, typically 10 N / m.
  • the return spring 42 is impressed with a basic bias having a typical value around 15N. This basic bias voltage is dimensioned such that, in the currentless state of the switching magnet 37, it is sufficient to hold the armature 39 thereof in abutment with the abutment surface 43 of the cup-shaped housing part 44, irrespective of whether the double-stroke magnet system 17 is energized or not.
  • the actuating plunger 41 is, in order to facilitate the pre-assembly of the assembly comprising the plunger itself and the movable valve element 21, divided between its two support flanges 62 and 63, wherein the part comprising the inner support flange 63 by means of an anchor screw, which in a thread of the other sensor-side flange 61 comprehensive part of the actuating plunger is screwed, is firmly connected.
  • the head 69 of this anchor bolt 68 is recessed within a step bore 71 open towards the housing-fixed valve element, which part takes up the length of the return spring 42 whose other end is received in a pot-shaped depression of the housing-fixed valve element 22.
  • valve element 22 arranged at the housing and the movable, sleeve-shaped valve element 21 are designed in more detail as follows:
  • the cylindrical rod-shaped, fixed valve element 22 has a running inside the same, extending from the pump port over most of the length of the valve element extending inner longitudinal channel 72, in which the high output pressure P of the pressure supply unit can be coupled bar.
  • the longitudinal channel communicates via two "radial" short slot-shaped connection channels 73I and 73R with flat outer grooves 74 / I and 74 / r of the fixed valve element 22, which extend over the entire circumference of the fixed valve element 22.
  • Design and arrangement of these outer grooves of the fixed housing member 22 are symmetrical with respect to a perpendicular to the central longitudinal axis 16 of the solenoid valve 10 extending plane 78, which is also the plane of symmetry of the arrangement of the excitation windings 18 and 19.
  • the further flat grooves 76 and 77 arranged between the P-connection grooves 70 / I and 74 / r are assigned to the load connections, the left outer groove 76 according to the illustration being the A consumer connection 13 and the other outer groove 77 being the B consumer connection 14 associated with the valve 10 of FIG. 3.
  • the consumer connection grooves are connected to connection channels 79 and 81 which are indicated by dashed lines only by short sections and which, with respect to the central longitudinal axis of the valve, also extend azimuthally within the stationary valve element 22.
  • This supply connection annular groove 82 communicates with the radially outward connection of the exciter windings 18 and 19 arranged parallel to the P supply channel 72 extending T-return port 12 via a generally designated 83 radial connection channel, the only outside the Doppelhubmagnetsystems in the terminal block 33rd again adapted to the standard corresponding connection diagram.
  • the radial connection channel 83 is formed in the embodiment chosen for explanation as an annular slot which connects the inner groove 82 with an outer groove 84 of the arranged between the exciter windings magnetizable housing part 86.
  • This outer groove 84 is opposite to an outer, substantially tubular cylindrical portion 87 of the magnetic body of the valve, in which the T-return port 12 extends, which in turn via a short connection channel 89 with the outer groove 84th communicatively connected, sealed by ring seals 88 / I and 88 / r.
  • the sleeve-shaped, axially movable valve element 21, which is displaceable guided by suitable energization of the excitation windings 18 and 19 in alternative directions "back and forth” on the stationary member 22 is on its radially inner side, with the valve member 22 toward open annular grooves 91th 1 and 91 / r provided on both sides of a central inner annular groove 92 of the movable valve element 21.
  • a further inner groove 93 of the movable valve member is provided, which in the illustrated , Special embodiment arranged on the actuating plunger 41 side facing away from the movable valve member 21 and the safety position III of the valve 10 is assigned, in which its cross section in positive overlap with the cross section of the adjacent outer groove 73 / I of the fixed valve member 22 is.
  • This further inner groove 93 is in the configuration shown in FIG. 1 of the valve 10, which corresponds to its locking home position 0, inoperative. Also within the deflection range of the movable valve element 21, within which only the functional positions I and II of the controlled by pulse width modulation solenoid valve 10 are adjustable, this inner groove 93 is inoperative. Said inner groove 93 for the functional position IM is in communication with at least one, radially outer longitudinal groove 94 of the movable valve member 21 with the central inner groove 92 of the movable valve member 21, said inner groove 92 in turn via a gap 95 with the annular gap 83 of the magnetic body 26th is in communicating connection, which in turn is communicatively connected via the short transverse channel 89 to the tank connection channel 12.
  • the width of the central inner groove 92 of the movable valve member 21 is dimensioned sufficiently large that this groove remains communicatively connected to the tank return passage 12 in any possible position of the movable valve member.
  • the P-pressure port 11 and the T-return port 12 are as it were short-circuited and connected to the B-consumer port 14, corresponding to the functional position III shown in FIG. 2.
  • this operates in circulation mode, and there is no pressure on the valve 10 coupled into the consumer.
  • a total of 100 is a position control circuit, by means of which the position of the explanatory example by the valve sleeve 21 fabricated Th armature of the armature of the Doppelhubmagnetsystems 17 of the valve under consideration according to the basic principle known pulse width modulation lations vide is adjustable.
  • FIGS. 5a to 5c For further explanation, reference should now also be made to FIGS. 5a to 5c.
  • a neutral middle position which would correspond to the blocking position between alternative flow positions I and II in the case of a 4/3-way valve assumed for explanation, results, according to the presumed pulse width modulation method, when the pulse duration of the pulses 101 and 102, with which the Windings 18 and 19 are controlled, are the same, d. H. half the period T / 2 correspond.
  • the period duration 7 of the drive cycles, within which both windings 18 and 19 are each exposed to an energizing pulse 101 and 102, is tuned to the valve 10 and its Doppelhubmagnetsystem 17 such that the armature 21 due to its mechanical inertia from the Bestromungsimpulsen 101 and 102nd resulting, in alternative directions acting on him forces can not follow, but in accordance with the resulting forces in an equilibrium position, but in this sense in the sense of a dithering movement with small amplitudes can follow so far that the static friction of this armature is virtually eliminated and only the lower sliding friction must be considered as resistance for deflections.
  • pulse repetition frequencies around 300 Hz are expedient. This means, however, that a sudden change in the setpoint for the position of the armature of Doppelhubmagnetsystems 17 may result in a delay of the armature movement by a "dead time", which may be up to the period 7.
  • the position control loop 100 is designed as follows:
  • the input stage of the position control loop 100 is formed by a summing junction 121, which is connected to a (+) input 122 for a nominal position of the kers 21 of the Doppelhubmagnetsystems 17 or the opening cross section of the actuated by this valve in response to its position characteristic position command signal (S So ⁇ ) is supplied.
  • a (-) - input 123 the summation point 121 is fed the position actual value signal of a position sensor 124, which is a measure of the actual position (S / Sf ) of the position of the armature 21 of the Doppelhubmagnetsystems 17 in a format corresponding to the setpoint signal (S So ⁇ ) is.
  • the output signal of the summation point 121 which is characteristic of the control deviation ⁇ and corresponds to the algebraic sum of the (positively counted) setpoint value signal and the (negatively counted) actual value signal and stands in monotonous relation to the deviation signal ⁇ in the sense of a gain, is a regulator 125 whose output signal (Y signal) is fed to a first input 126/1 of a pulse width modulator 126 which receives the error output signal ⁇ (t) of the summing point 121 at a second input 126/2, which also forms the input variable for the controller 125.
  • the error signal which may be positive or negative, is also input to a processing stage 132 whose output is a measure of the magnitude of the error output Amount of the error signal is greater than a threshold value ⁇ s , a third input 126/3 of the PWM modulator, a signal characteristic for exceeding the value zuchel.
  • the pulse width modulator 126 From a processing of the error output signal ⁇ and the controller output signal (Y), the pulse width modulator 126 generates the driving signals for the magnet windings 18 and 19 according to a fixed or variably definable algorithm in such a manner as to be hereafter apparent Deflection of the armature 21 of the Doppelhubmagnetsystems 17 leads to a reduction of the spring signal ⁇ or the tracking error of the control.
  • the pulse width modulator 126 is implemented with the property that a for the amount exceeding said threshold ⁇ s , which usually occurs when the change takes place between extreme values of the desired position, ie, as shown in Fig. 5a , From a position which corresponds to a predominant time control of one of the two field windings 18 or 19, in a position - beyond the neutral center position of the armature - leads, which lies at a relatively large distance from the center position and in this case the setpoint change in terms of magnitude is significantly greater than the counted from a defined starting position from threshold ⁇ s (see Fig. 5a).
  • the pulse width modulator 126 interrupts the drive period of the duration T which is in progress until the said threshold value is exceeded, which comprises energizing one field winding 18 and energizing the other field winding 19, and starts immediately again a new drive cycle, which begins with the energization of that field coil whose energization leads to a deflection of the armature 21 in the sense of a reduction of the control deviation.
  • FIG. 5b in conjunction with FIG. 5a:
  • the z. B. 2 I 3 may have been the maximum deflection, has been held in one of its two possible flow positions I or Il, to be switched to its other flow positions Il and I, and that this so quickly as possible and with the same amount of deflection compared to a neutral middle position, the z. B. is assumed as a blocking position between the two alternative flow positions of the valve presupposed as a 4/3-way valve.
  • the position command value setting is to be changed from a position one-sided "right" of the neutral position of the armature 21 of the double-stroke magnet system 17 and thus its valve body by the command value level S r to a position "left" of the neutral position, illustrated by the setpoint signal level Si of Fig. 5a, such that the setpoint waveform of the jump function 103 of FIG. 5a corresponds.
  • the amount of this difference is significantly greater than a predetermined threshold ⁇ s , beyond which the pulse width modulator is immediately switched to that operating mode in which that pulse shape of the excitation current pulses 101 and 102 is given, which for the approach of the armature position at the new setpoint Si is suitable.
  • the left coil with the train of pulses 101 ', for 3 A of the period T energizing the left winding 18 and their currentless state corresponds to% of the period duration, while the other excitation winding 19 is energized for 3 A of the period without current and only for% of the cycle duration with exciter current.
  • the previous control cycle which in the illustrated case example begins with a high level pulse 102 / a of the "right" solenoid coil energization 19 and a pulse break of corresponding duration for the "left" solenoid coil 18 and the falling edge 101 e of a field current pulse 101 with which the magnetic coil 18 is energized or with the onset of the next high-level pulse for the right solenoid coil 19 after the time t u , ends, in which the change of the position command value setting starts, continued until after the expiration of the period T, calculated from the time t B , in which this control cycle had begun, with the changed Setpoint associated control cycle begins, which in the case of explanation chosen for the case only at the time t Sn is the case.
  • FIG. 1 to 3 simplified embodiment shows, in which a posi- tion monitoring is not provided and the valve 10 'itself in the type is designed as a common 4/3-way valve, the two alternative flow positions I and II has, in which the flow cross-section with increasing deflection from a provided as a center position "neutral" blocking position in which all four valve ports against each other and against the consumer and against the pressure supply are shut off, depending on the deflection - eg proportional to this - increases.
  • valve 10 the safety position (III) explained with reference to FIG. 2 is not provided, nor is a distance measuring system for monitoring the armature position provided. Nevertheless, the features described below with reference to FIG. 6 are also with valves, as previously explained, can be used for the specified purpose, of course, with expert adaptation of the same to the structural conditions, which are predetermined by the implementation of the additional functions of the aforementioned valve designs.
  • valve 10 Insofar as reference numerals are used in FIG. 6, the elements of the valve 10 described with reference to FIGS. 1 to 3 have already been assigned, this is intended to avoid repetition, the reference to the construction and functional equality or analogy of identical signify elements and also include the reference to the parts of the description assigned to them.
  • the following description of the valve 10 'according to FIG. 6 is therefore intended to be limited to those features which are not realized in the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the valve 10 is provided, without loss of generality, as a "simple" 4/3-way valve having two alternative flow positions I and II and a blocking position "0" when switching from one is taken into the other flow position at least for a short time. Further, it is assumed that the flow positions with the blocking position or with each other have no overlap, ie a displacement of the valve body, in the given case, the valve sleeve 21, from a flow position, with the z. B.
  • a piston movement of a linear cylinder is accompanied, in which a piston rod is extended extended, in the other flow position, which is linked to the return movement of the piston rod, at the moment leads to the reversal of the direction of movement, in the "sharp" control edges of the movable valve member 21 with traverse this corresponding control edge of the fixed valve member 22, ie, the associated control edges of the movable valve member 21 and the fixed valve element 22 coplanar ver. to run.
  • the movable valve element 21 including a tubular extension portion 57, within which the coil springs 61 and 64 are arranged, which are supported on support flanges 62 and 63 of the rod-shaped spring support 41 'comprehensive assembly of the valve 10' according to Fig. 6 in the direction of the longitudinal axis 16 back and forth;
  • one end of the housing 32 protruding end portion 131 of the rod-shaped spring support 41 ' is formed as a threaded rod, which is with its thread with an internal thread of a threaded sleeve 129 engages anchored to a cup-shaped Genzousede- disgust 128 shear.
  • the movable valve member 21 can be fixed by tightening a lock nut 127 in a defined position.
  • an initial position of the movable valve element 21 is selected, with which a relatively small flow cross-section of the valve 10' is given in one of its two flow positions. Then, by turning the assembly comprising the movable valve element 21, the blocking position is determined as the position in which only a minimal amount of leakage oil is left. current occurs. It is understood that this approach to the blocking position can be carried out from both flow positions forth and should also be performed for control purposes, possibly several times.
  • At least one adjusting screw 141 is provided, by means of which the tubular magnetic body member 140 against or by the spring force of a biased return spring 142 in alternative directions is displaced.

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Abstract

Bei einem der Grundfunktion nach als 4/3-Wegeschieberventil ausgebildeten Magnetventil (10) ist zur Einstellung der dem Betrieb eines Verbrauchers zugeordneten Funktionsstellungen I und II ein Doppelhubmagnetsystem (17) vorgesehen mit zwei Erregerwicklungen (18 und 19),durch deren elektronisch steuerbare Erregung definiert variierbare Auslenkungen eines beweglichen Ventilelements (21) in alternativen Richtungen relativ zu einem feststehenden Ventilelement (22) des Ventils (10) einsteuerbar sind, wobei auch verschiedene Durchflussquerschnitte der freigegebenen Strömungspfade einstellbar sind; den Verbraucheranschlüssen (13, 14) und den Versorgungsanschlüssen (11, 12) zugeordnete Ringnuten (91/l, 92 und 91/r) des beweglichen Ventilelements (21) sind bezüglich einer rechtwinklig zur Längsachse (16) des Ventils (10) verlaufenden Mittelebene (78/V) symmetrisch angeordnet.Das bewegliche Ventilelement (21) bildet den Anker des Doppelhubmagnetsystems (17), das von einem zylindrischen, aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Magnetkörper (26) umschlossen ist, der einen insgesamt zylindermantelförmigen Teil des Ventilgehäuses bildet. Es ist eine elektronische Schaltungsanordnungzur steuerbaren Erregung der Magnetwicklungen (18 und 19) vorgesehen, die eine Ansteuerung der alternativen Bewegungen des beweglichen Ventilelements (21) nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation der den Erregerwicklungen zugeleiteten Erregerströme vermittelt. Auch die Anordnung gehäusefest angeordneter Anschlusskanäle (73/I, 73/r, 83, 89), über die die Versorgungsanschlüsse (11, 12) an die zugeordneten gehäusefesten Umfangsnuten (73/I, 73/r, 76, 77) des zentralen, feststehenden Ventilelements (22) anschließbar sind, ist symmetrisch bezüglich der genannten Mittelebene (78) des Ventils (10), wobei vorzugsweise der T-Rücklaufanschluss (12) des Magnetventils (10) an die zentrale Versorgungsanschlussnut des feststehenden Ventilelements (22) angeschlossen ist.

Description

Magnetventil, das als Mehrwege-/Mehrstellungsventil ausgebildet ist
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, das als Mehrwege-/Mehrstellungs- schieberventil ausgebildet ist, bei dem zur Einstellung der dem Betrieb eines Verbrauchers zugeordneten Funktionsstellungen I und Il ein Doppelhubmagnetsystem mit zwei Magnetwicklungen vorgesehen ist, durch deren e- lektronisch steuerbare Erregung dem Betrage nach definiert variierbare Aus- lenkungen eines beweglichen Ventilelements bezüglich einer Grundstellung (0) einsteuerbar sind, in denen auch verschiedene Durchflussquerschnitte der in den jeweiligen Funktionsstellungen freigegebenen Strömungspfade einstellbar sind und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.
Ein derartiges Magnetventil ist durch die europäische Patentschrift EP 0 574 408 B1 bekannt.
Das bekannte Magnetventil ist in typischer Gestaltung als 4/3-Wegemagnet- ventil ausgebildet, das eine durch Ventilfedern zentrierte Grundstellung 0 hat, in welcher sämtliche Ventilanschlüssen gegeneinander abgesperrt sind und zwei, durch Verschiebung eines Kolbens in alternativen Richtungen einsteuerbare Funktionsstellungen I und II, die z. B. alternativen Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens eines hydraulischen Linearzylinders zugeordnet sein können.
Bei dem bekannten Ventil werden die in den alternativen Funktionsstellungen des Ventils freizugebenden Strömungsquerschnitte dadurch eingestellt, dass die beiden Erregerwicklungen des Doppelhubmagnetsystems in fortlau- fender, rascher, alternierender Folge für unterschiedliche Zeitspannen T1 und aus T2 erregt werden, wobei der Grundstellung des beweglichen Ventil- elements das Verhältnis T1/T2 = 1 zugeordnet ist. Hierbei ist die Summe der Erregerzeitspannen T1 und T2, für die die Erregerwicklungen bestromt werden, hinreichend klein gewählt, dass die Auslenkungsamplituden in den Gleichgewichtslagen des beweglichen Ventilelements deutlich kleiner sind als dessen maximaler Aussteuerhub. Die alternative Erregung der beiden Reglerwicklungen erfolgt mit einer Modulationsfrequenz fm des Betrages 1/(T1 +T2), wobei diese Modulationsfrequenz vorzugsweise zwischen 400 Hz und 800 Hz beträgt und das Verhältnis T1ZT2 zwischen 1/100 und 100/1 veränderbar ist.
Zur diesbezüglichen pulsweitenmodulierten Ansteuerungen des Doppelhubmagnetsystems ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, mittels derer die dem Grundprinzip nach erläuterte Art der Ansteuerung des Ventils implementierbar ist.
Bei dem bekannten Magnetventil ist dessen bewegliches Ventilelement als Hülse ausgebildet, die auf einem kolbenförmigen, feststehenden Ventilelement axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Versorgungsanschlusskanäle und die Verbraucheranschlusskanäle durch das kolbenförmige Ventil- element hindurch zur Anschlussseite des Magnetventils geführt sind.
Der Innenraum des Ventilgehäuses, in den das gehäusefeste kolbenförmige Ventilelement von der Anschlussseite her axial hineinragt, ist durch das bewegliche Ventilelement in einen relativ großvolumigen topfförmigen Raum- bereich und einen ringförmigen Raumbereich unterteilt, die über äußere Längsnuten des beweglichen Ventilelements in kommunizierender Verbindung miteinander stehen. Von diesen Längsnuten ausgehende Querbohrungen gelangen, je nach Verschiebung des hülsenförmigen Ventilelements mit Verbraucheranschlussnuten des feststehenden Ventilelements, den ver- schiedenen Funktionen entsprechend, in kommunizierende Verbindung. Je nachdem, welcher Verbraucheranschluss mit dem drucklosen Tankvorratsbehälter des Druckversorgungsaggregats verbunden wird, ergeben sich unterschiedliche Längen der über die Außennuten des beweglichen Ventilelements führenden Entlastungsströmungspfade, mit der Folge, dass ein Druckunterschied zwischen den das Ventilelement gegeneinander abgesetzten Bereichen des Innenraumes des Ventils auftreten kann, der wiederum dazu führt, dass dessen Gleichgewichtslage nicht mehr stabil ist und im Ergebnis der mittels des Ventils steuerbare Volumenstrom bei vorgegebener Nennweite auf einen relativ niedrigen Wert begrenzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Magnetventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass es unbeschadet der günstigen Eigenschaften des genannten Ventiltyps, die in einem raschen Ansprechverhalten zu sehen sind, für vergleichsweise größere Volumenströme geeignet ist.
Diese Aufgabe wird, dem Grundgedanken nach, erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und in weiteren Ausgestaltungen der Erfindung durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 10 gelöst.
Durch die hiernach vorgesehene Anordnung gehäusefest angeordneter Anschlusskanäle, über die die Versorgungsanschlüsse mit den ihnen zugeordneten gehäusefesten Umfangsnuten des feststehenden Ventilelements kommunizierend verbunden sind, symmetrisch bezüglich der Quermittelebe- ne des Ventils, ist weitestgehend ausgeschlossen, dass einseitig, „asymmetrisch" am beweglichen Ventilelement angreifende Kräfte entstehen und zu einer unerwünschten Verschiebung des beweglichen Ventilelements führen können.
Diese strömungstechnisch vorteilhafte Symmetrie der Anordnung der genannten Anschlusskanäle, wie durch die Merkmale des Anspruchs 2 näher spezifiziert, wird in einer bevorzugten Gestaltung des Ventils in der Weise genutzt, dass an eine zentrale Versorgungsanschlussnut des feststehenden Ventilelements der T-Rücklaufanschluss des Magnetventils angeschlossen ist.
Die gemäß Anspruch 4 vorgesehene Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Magnetventils ermöglicht eine besonders einfache Art der Ventilansteuerung bzw. -Betätigung des beweglichen Ventilelements, insbesondere mittels eines zusätzlichen Schaltmagneten, dessen Anker mit einem axial be- weglichen stößeiförmigen Betätigungselement bewegungsgekoppelt ist.
In Kombination hiermit ist eine gemäß Anspruch 7 implementierte Sicher- heitsfunktionsstellung des Ventils vorteilhaft, die auf einfache Weise gemäß Anspruch 8 darstellbar ist.
Hierfür ist durch die Merkmale des Anspruchs 9 eine besonders einfache Art der Aktivierung der Sicherheitsfunktion angegeben.
Durch ein gemäß Anspruch 10 vorgesehenes Positionsmesssystem, zu des- sen Realisierung ein induktiver Positionsgeber, z. B. ein LVDT-Sensor geeignet sein kann, lässt sich die verbesserte Dynamik des Ventils noch weiter steigern, so dass dies insbesondere für Zwecke der Regelungstechnik geeignet ist.
In bevorzugter Gestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils ist eine Stelleinrichtung vorgesehen, mittels derer das bewegliche Ventilelement zur Vorgabe einer Referenzposition, von der aus in alternativen Richtungen erfolgende Auslenkungen des Ventilkörpers elektrisch steuerbar sind ansteuerbar ist, wobei für diese Stelleinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 12 eine baulich einfache und leicht zu bedienende Gestaltung angegeben ist. Die Verschiebbarkeit des beweglichen Ventilelements ermöglicht auf ein- fache Weise eine "hydraulische" Prüfung der Ventilgrundstellung, indem bei druckbeaufschlagtem Ventil die Position minimalen Leckstromes aufgesucht wird.
In Kombination hiermit sind durch die Merkmale der Ansprüche 13 und 14 Gestaltungen eines rohrförmig beweglichen Elements des Magnetkörpers des Ventils angegeben, die eine Justage des Ventils derart ermöglichen, dass z. B. seine Grundstellung exakt derjenigen Art der Stromimpulsmodulation entspricht, bei der das Puls-/Pausenverhältnis den Wert 1 hat.
In Kombination hiermit ist durch einen Lageregel kreis, wie durch die Merkmale des Anspruchs 15 umrissen, eine hohe Dynamik der Ventileinstellungen erreichbar. Ein solcher Regelkreis ist unter Verwendung gängiger Mikroprozessortechnik mit dem Fachmann zu Gebote stehenden ebenfalls gängigen Mitteln der Software auf einfache Weise implementierbar.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Magnetventils ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht eines speziellen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Magnetventils, im Schnitt längs einer durch die parallelen Achsen eines P-Versorgungskanals und eines T-Rücklaufkanals aufgespannten Längsmittelebe- ne des Ventils, im Maßstab 1 :1 ,
Fig. 2 ein 4/4-Wegeventilsymbol zur Erläuterung des Magnetventils gemäß Fig.1 ,
Fig. 3 eine Teilansicht des Ventils gemäß Fig. 1 zur Erläuterung einer Sicherheitsfunktionsstellung, in einer der Fig. 1 ent- sprechenden Schnittdarstellung, jedoch in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zur Ansteuerung eines Ventils ge- maß den Fig. 1 bis 3 oder 6 geeigneten Lageregel kreises,
Fig. 5a bis c Impulsdiagramme zur Erläuterung der Funktion des Lageregelkreises gemäß Fig. 4, und
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Magnetventils mit Einrichtungen zur Vorgabe spezieller Referenzgrößen für die Ventilansteuerung, in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung.
Das in den Figuren 1 bis 3, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete, erfindungsgemäße Magnetventil ist, einschließlich einer Sicherheitsfunktionsstellung, als 4/4- Wegeventil ausgebildet, das einen P-Druckversorgungsanschluss 11 hat, an den der Hochdruckausgang eines nicht dargestellten Druckversorgungsag- gregats anschließbar ist, einen T-Rücklaufanschluss 12, der mit dem drucklosen Vorratsbehälter des Druckversorgungsaggregats kommunizierend verbunden ist, sowie einen ersten (A)-Verbraucheranschluss 13 und einen zweiten (B)-Verbraucheranschluss 14 hat, an die beispielsweise die Antriebsdruckräume eines nicht dargestellten, z. B. als doppelt wirkender Hyd- rozylinder ausgebildeten Verbrauchers anschließbar sind.
Das Magnetventil 10 hat als Betätigungssystem ein bezüglich der zentralen Längsachse 16 des Ventils 10 im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildetes, insgesamt mit 17 bezeichnetes Doppelhubmagnetsystem mit, in Richtung der zentralen Längsachse 16 gesehen, nebeneinander angeordneten Erregerwicklungen 18 und 19 gleicher Auslegung, durch deren alternati- ve Erregung mit Steuerströmen das in der Fig. 2 durch sein Ventilsymbol repräsentierte Magnetventil aus seiner dargestellten Grundstellung 0, in der seine Verbraucheranschlüsse 13 und 14 sowohl gegen den P-Versorgungs- anschluss 11 als auch gegen den T-Rücklaufanschluss 12 abgesperrt sind, in die alternativen erregten Funktionsstellungen I und Il steuerbar sind.
In der Funktionsstellung I ist der Druckversorgungsanschluss 11 des Magnetventils 10 mit dem gemäß der Ventilsymboldarstellung „gegenüberliegenden" A-Verbraucheranschluss 13 verbunden, und der T-Rücklaufanschluss 12 ist mit dem B-Verbraucheranschluss 14 kommunizierend verbunden. In der Funktionsstellung Il hingegen sind der A-Verbraucheranschluss 13 mit dem T-Rücklaufanschluss 12 und der B-Verbraucheranschluss 14 mit dem Druckversorgungsanschluss 11 kommunizierend verbunden.
Die Erregerwicklungen 18 und 19 sind in der Regel auf zylindrische Spulenkörper mit radial nach außen weisenden Endflanschen aufgewickelt, die sich über die radiale Dicke der Erregerwicklungen erstrecken. Die Erregerwicklungen 18 und 19 sind einschließlich ihrer Spulenkörper in einen insgesamt mit 26 bezeichneten Magnetkörper aus ferromagnetischem Material, insbe- sondere Weicheisen, eingebettet, der im wesentlichen symmetrisch zu seiner rechtwinklig zur zentralen Längsachse 16 verlaufenden Quermittelebene 27 ausgebildet ist.
Der Magnetkörper 26, der, abgesehen von zwei je einer der beiden Erreger- Wicklungen 18 bzw. 19 zugeordneten, radial inneren Ringspalten 28 und 29 die Erregerwicklungen 18 und 19 „magnetisch leitend" vollständig umschließt, bildet einen im wesentlichen zylindermantelförmigen, mittleren Teil des insgesamt mit 32 bezeichneten Ventilgehäuses, das an seiner einen, gemäß der Darstellung der Fig. 1 linken Seiten durch einen massiven, ins- gesamt mit 33 bezeichneten Anschlussblock abgeschlossen ist, an dem die in einem üblichen Anschlussbild angeordneten Anschlussmündungen des P- Versorgungsanschlusses 11 , des T-Rücklaufanschlusses 12 und des A- Verbraucheranschlusses sowie des B-Verbraucheranschlusses des Ventils angeordnet sind.
Dieser Anschlussblock 33 besteht zweckmäßigerweise aus einem nicht magnetischen Material, z. B. aus Aluminium.
An der dem Anschlussblock 33 gegenüberliegenden Seite des Magnetventils 10 schließt sich an dessen durch den Magnetkörper 26 gebildeten, zylin- dermantelförmigen Gehäuseabschnitt ein seinerseits zylindrisch ringförmiges Gehäuse 34 eines insgesamt mit 36 bezeichneten Positionssensors an, mittels dessen die Position eines beweglichen Ventilelements 21 erfassbar ist, durch dessen in Richtung der zentralen Längsachse 16 erfolgende Hin- und Herbewegungen die alternativen Funktionsstellungen I und Il einstellbar sind.
Dieses bewegliche Ventilelement 21 , das den Anker des die beiden Erregerwicklungen 18 und 19 umfassenden Doppelmagnetsystem 17 bildet, ist als eine der Grundform nach kreiszylindrisch-rohrförmige, vergleichsweise dickwandige Hülse ausgebildet, die aus magnetisierbarem Material, zweckmäßigerweise Weicheisenmaterial besteht. Sie umschließt koaxial ein gehäusefest angeordnetes, kolbenförmiges Ventilelement 22, das die Zentrierung der Hülse und deren axiale Führung vermittelt, die auf Abschnitten ihrer Länge, die zwischen inneren Ringnuten der Hülse angeordnet sind, auf dem feststehenden Ventilelement mit dichtenden Gleitsitz verschiebbar angeordnet ist.
Als weitere Funktionseinheit des Magnetventils 10 ist ein insgesamt mit 37 bezeichneter Schaltmagnet vorgesehen, dessen bei Bestromung seiner Magnetwicklung 38 bewegbarer Anker 39 über einen insgesamt mit 41 be- zeichneten Betätigungsstößel mit dem beweglichen Ventilelement 21 - der Ventilhülse - im Sinne einer starren Verbindung bewegungsgekoppelt ist.
Zur Vereinfachung der weiteren Erläuterung des Magnetventils 10 insgesamt sei zunächst auf das Zusammenwirken der insoweit erläuterten Bau- und Funktionselemente desselben eingegangen, wobei nunmehr auch auf die vergrößerte Darstellung der Fig. 3 Bezug genommen sei, in der die Ventilelemente 21 und 22 des Ventils 10 in der der Funktionsstellung III (Fig. 2) des Ventils 10 entsprechenden Konfiguration dargestellt sind.
In dieser Konfiguration sind der P-Versorgungsanschluss 11 , der T-Rück- laufanschluss 12 und der B-Verbraucheranschluss 14 kommunizierend miteinander verbunden, jedoch gegen den A-Verbraucheranschluss 13 abgesperrt. Das Ventil 10 ist gleichsam hydraulisch kurzgeschlossen, derart, dass auf das bewegliche Ventilelement 21 keine nennenswerten hydraulischen Kräfte wirken und dieses somit durch die Wirkung einer geeignet vorgespannten Rückstellfeder 42 in die Funktionsstellung III des Ventils 10 gedrängt wird, die durch Anlage des Ankers 39 des Schaltmagneten 37 an einer von dem feststehenden Ventilelement 22 entfernt angeordneten An- schlagfläche 43 markiert ist, die durch die Innenfläche des Bodens eines topfförmigen Gehäuseteils 44 des insgesamt mit 46 bezeichneten Gehäuses des Schaltmagneten 37 gebildet ist, das, wiederum abgesehen von einem inneren Ringspalt 47 die magnetisierbare Umhüllung der Magnetwicklung 38 des Schaltmagneten 37 bildet.
Die Bewegungskopplung des Ankers 39 und des Schaltmagneten 47 mit dem hülsenförmigen beweglichen Ventilelement 21 vermittelt der der Grundform nach langgestreckt stabförmige Betätigungsstößel 41 , der durch den bohrungsförmigen Innenraum des Gehäuses 34 des Positionssensors 36 hindurch tritt und sich bis in die unmittelbare Nähe der im wesentlichen kreisförmigen Endstirnfläche 48 des seinerseits der Grundform nach zylind- risch-stabförmigen gehäusefesten Kolbenelements 22 des Magnetventils 10 erstreckt, an der die Ventilfeder 42 abgestützt ist, welche das Rückstellele- ment für den Anker 39 des Schaltmagneten 37 bildet, der hierdurch - im stromlosen Zustand seiner Magnetwicklung - mit seiner ringförmigen End- Stirnfläche 49 in Anlage mit der inneren Bodenfläche 43 des topfförmigen Gehäuseteils 44 des Gehäuses 46 des Schaltmagneten 37 gelangt, bzw. gehalten ist.
Der Positionssensor 36 ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit, d. h. Ie- diglich zum Zweck der Erläuterung als so genannter LVDT-Sensor (Linearer Variabler Differential Transformator) vorausgesetzt, dessen Wicklungen, die im radial inneren Teil des Sensorgehäuses koaxial mit der zentralen Längsachse 16 des Magnetventils 10 angeordnet sind. Der LVDT-Sensor 36 wird hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktion als bekannt vorausgesetzt (vgl. EUROPA Lehrmittel, „Fachkundeinformationstechnik und Industrieelektronik, 1994, Seite 521 ).
Dieser Positionssensor beziehungsweise Wegsensor ist in den Darstellungen der Fig. 1 und 3 durch einen von dem beweglichen Ventilelement getra- genen und dessen Bewegungen mit ausführenden ringförmigen ferromagne- tischen Kern 51 sowie insgesamt drei Transformatorwicklungen 52, 53 und 54 repräsentiert, nämlich eine zentral angeordnete Primärwicklung 53 und die je einseitig von dieser angeordneten Sekundärwicklungen 52 und 54.
Der Kern 51 ist an der radial äußeren Seite einer zu dem Positionssensor 36 hinweisenden, dünnwandigen, rohrförmigen Verlängerung 56 des beweglichen Ventilelements 21 angeordnet, die an der dem gehäusefesten Kolbenelement 22 des Ventils 10 abgewandten Seite eines in den rohrförmigen Endabschnitt 57 des beweglichen Ventilelements 21 eingesetzten Spreng- rings 58 mittels eines eigenen, schmalen radial nach innen weisenden Stützringes 59 axial abgestützt ist. An diesem Stützring 59 greift eine Schrauben- feder 61 an, deren ringförmig gestaltetes Ende an einem von dem Betätigungsstößel 41 radial abstehenden Stützflansch 62 abgestützt ist.
An dem dem gehäusefesten Kolbenelement 22 des Magnetventils 10 zuge- wandten Ende des Betätigungsstößels ist ein weiterer, der radialen Dimension nach etwa dem schaltmagnetseitigen Stützflansch 62 entsprechender, innerer Stützflansch 63 des Betätigungsstößels 41 vorgesehen. An diesem inneren Stützflansch 63 greift eine zweite vorgespannte Schraubenfeder 64 an, deren anderes Ende wiederum an einem schmalen Stützring 66 abge- stützt ist, der, dem sensorseitigen Stützring 59 gegenüberliegend, in Anlage mit dem Sprengring 58 gedrängt und gehalten ist.
Im stromlosen Zustand der Erregerwicklungen 18 und 19 des Doppelhubmagnetsystems 17 ist die Position des Betätigungsstößels 41 innerhalb der Verlängerung 57 des hülsenförmigen, beweglichen Ventilelements 21 durch das Kräftegleichgewicht der in diesem Fall dem Betrage nach gleichen Vorspannungskräfte der beiden an dem zentralen Sprengring 58 abgestützten Druckwendelfedern 61 und 64 bestimmt.
Der Innendurchmesser der beiden Stützringe 59 und 66 ist geringfügig größer als der Durchmesser des diese Ringe axial durchsetzenden Abschnitts des Betätigungsstößels 41 , damit Leichtgängigkeit der Relativbewegungen des beweglichen Ventilelements 21 gegenüber dem Stößel gewährleistet ist, wenn das bewegliche Ventilelement 21 mittels des Doppelhubmagnetsys- tems 17 zur Ausführung von Stellbewegungen angesteuert wird, die der Einstellung der Funktionsstellungen I oder Il sowie der in diesen Funktionsstellungen wirksamen Strömungsquerschnitte dienen. Derartige Relativbewegungen erfolgen, ausgehend von der in der Fig. 1 dargestellten Position des Betätigungsstößels 41 gegen die zunehmende Rückstell kraft jeweils einer der beiden Schraubenfedern 61 und 64, je nachdem welche der beiden Erregerwicklungen 18 und 19 des Doppelhubmagnetsystems 17 bezogen auf die Zeiteinheit länger bestromt ist und damit eine einseitige Auslenkung des beweglichen Ventilelements in Richtung der resultierenden magnetischen Kraft bewirkt.
Im stromlosen Zustand der Erregerwicklungen 18 und 19 stellt sich diejenige Position des beweglichen Ventilelements 21 bezüglich des Sprengringes 58 ein, in der die beiden Federn 61 und 64 unter derselben Vorspannung stehen, die ihrer Grundvorspannung entspricht, die einen typischen Wert von 40 N hat.
Die beiden Federn 61 und 64 haben dieselbe Federrate, typischerweise eine solche von 10 N/m. Auch der Rückstellfeder 42 ist eine Grundvorspannung eingeprägt, die einen typischen Wert um 15 N hat. Diese Grundvorspannung ist dahingehend bemessen, dass sie im stromlosen Zustand des Schaltmag- neten 37 ausreicht, den Anker 39 desselben in Anlage mit der Anlagefläche 43 des topfförmigen Gehäuseteils 44 zu halten und dies unabhängig davon, ob das Doppelhubmagnetsystem 17 bestromt ist oder nicht.
In dieser Anlageposition des Ankers 39 an dem Gehäuse des Schaltmagne- ten hat der axiale Abstand des dem gehäusefesten Ventilelement 22 zugewandten Stützflansches 63 des Betätigungsstößels 41 von der Endstirnfläche 48 des gehäusefesten Ventilelements 22 seinen maximalen Wert.
Der Betätigungsstößel 41 ist, um die Vormontage der den Stößel selbst so- wie das bewegliche Ventilelement 21 umfassenden Baugruppe zu erleichtern, zwischen seinen beiden Stützflanschen 62 und 63 geteilt, wobei das den inneren Stützflansch 63 umfassende Teil mittels einer Ankerschraube, die in ein Gewinde des den anderen sensorseitigen Flansch 61 umfassenden Teils des Betätigungsstößels anschraubbar ist, fest verbunden ist. Der Kopf 69 dieser Ankerschraube 68 ist innerhalb einer zum gehäusefesten Ventilelement 22 hin offenen Stufenbohrung 71 vertieft angeordnet, die einen Teil der Länge der Rückstellfeder 42 aufnimmt, deren anderes Ende in einer topfförmigen Vertiefung des gehäusefesten Ventilelements 22 aufge- nommen ist.
Zur Implementierung der den verschiedenen Schaltstellungen 0 bis III des Magnetventils 10 entsprechenden verschiedenen Kombinationen freigegebener oder gesperrter Strömungspfade sind das gehäusefest angeordnete Ventilelement 22 und das bewegliche, hülsenförmige Ventilelement 21 mehr im Einzelnen wie folgt ausgebildet:
Das zylindrisch stabförmige, feststehende Ventilelement 22 hat einen innerhalb desselben verlaufenden, sich vom Pumpenanschluss über den größten Teil der Länge des Ventilelements erstreckenden inneren Längskanal 72, in den der hohe Ausgangsdruck P des Druckversorgungsaggregats einkoppel- bar ist. Der Längskanal steht über zwei „radiale", kurze schlitzförmige Anschlusskanäle 73I und 73r mit flachen Außennuten 74/I und 74/r des feststehenden Ventilelements 22 in kommunizierender Verbindung, die sich über den gesamten Umfang des feststehenden Ventilelements 22 erstrecken.
Zwischen diesen P-Versorgungsnuten 73/I und 73/r sind zwei weitere, flache Außennuten 76 und 77 des gehäusefesten Ventilelements 22 vorgesehen, die in axialem Abstand voneinander und von der jeweils benachbarten Au- ßennut 74/I bzw. 74/r angeordnet sind, in die der Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats angekoppelt ist.
Gestaltung und Anordnung dieser Außennuten des feststehenden Gehäuseelements 22 sind symmetrisch bezüglich einer rechtwinklig zur zentralen Längsachse 16 des Magnetventils 10 verlaufenden Ebene 78, die auch Symmetrieebene der Anordnung der Erregerwicklungen 18 und 19 ist. Die zwischen den P-Anschlussnuten 70/I und 74/r angeordneten weiteren flachen Nuten 76 und 77 sind den Verbraucheranschlüssen zugeordnet, wobei die gemäß der Darstellung linke Außennut 76 dem A-Verbraucheran- Schluss 13 und die andere Außennut 77 dem B-Verbraucheranschluss 14 des Ventils 10 gemäß Fig. 3 zugeordnet ist. Die Verbraucheranschlussnuten sind an lediglich durch kurze Abschnitte gestrichelt angedeutete Anschlusskanäle 79 bzw. 81 angeschlossen, die, bezüglich der zentralen Längsachse des Ventil azimutal gegeneinander versetzt ebenfalls innerhalb des festste- henden Ventilelements 22 verlaufen.
Als weitere gehäusefeste Versorgungsnut ist zwischen den Erregerwicklungen 18 und 19 an dem insgesamt zylindernmantelförmigen magnetischen Körper 26 des Magnetventils 10 eine zum beweglichen Ventilelement 21 hin offene Ringnut 82 vorgesehen, die ihrerseits symmetrisch bezüglich der Quermittelebene 78 des Doppelhubmagnetsystems ausgebildet ist.
Diese Versorgungsanschlussringnut 82 ist über einen insgesamt mit 83 bezeichneten radialen Anschlusskanal kommunizierend mit dem radial außer- halb der Erregerwicklungen 18 und 19 angeordneten, parallel zu dem P-Ver- sorgungskanal 72 verlaufenden T-Rücklaufanschluss 12 verbunden, der erst außerhalb des Doppelhubmagnetsystems im Anschlussblock 33 wieder an das der Norm entsprechende Anschlussbild angepasst wird.
Der radiale Anschlusskanal 83 ist bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel als ein ringförmiger Schlitz ausgebildet, der die innere Nut 82 mit einer Außennut 84 des zwischen den Erregerwicklungen angeordneten magnetisierbaren Gehäuseteils 86 verbindet. Diese Außennut 84 ist gegenüber einem äußeren, im wesentlichen rohrförmig zylindrischen Teil 87 des Magnetkörpers des Ventils, in dem der T-Rücklaufanschluss 12 verläuft, der seinerseits über einen kurzen Anschlusskanal 89 mit der äußeren Nut 84 kommunizierend verbunden ist, durch Ringdichtungen 88/I und 88/r abgedichtet.
Das hülsenförmige, axial bewegliche Ventilelement 21 , das durch geeignete Bestromung der Erregerwicklungen 18 und 19 in alternativen Richtungen „vor und zurück" an dem feststehenden Element 22 geführt verschiebbar ist, ist an seiner radial inneren Seite, mit zum feststehenden Ventilelement 22 hin offenen Ringnuten 91/1 und 91/r versehen, die beidseits einer zentralen inneren Ringnut 92 des beweglichen Ventilelements 21 angeordnet sind.
Diese insoweit erläuterte Anordnung der Nuten 91/1, 92 und 91/r des beweglichen Ventilelements 21 ist ihrerseits symmetrisch bezüglich einer Quermittelebene 78/V desselben.
Einseitig von dieser Anordnung der inneren Nuten 91/1, 92 und 91/r des beweglichen Ventilelements 21 , die der Freigabe oder Absperrung der Ventilströmungspfade in den Funktionsstellungen I und Il unterworfen sind, ist eine weitere Innennut 93 des beweglichen Ventilelements vorgesehen, die beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel an der dem Betätigungs- Stößel 41 abgewandten Seite des beweglichen Ventilelements 21 angeordnet und der Sicherheitsstellung III des Ventils 10 zugeordnet ist, in welcher ihr Querschnitt in positiver Überlappung mit dem Querschnitt der benachbarten Außennut 73/I des feststehenden Ventilelements 22 steht.
Diese weitere Innennut 93 ist in der in der Fig. 1 dargestellten Konfiguration des Ventils 10, die seiner sperrenden Grundstellung 0 entspricht, funktionslos. Auch innerhalb des Auslenkungsbereichs des beweglichen Ventilelements 21 , innerhalb dessen lediglich die Funktionsstellungen I und Il des durch Pulsweitenmodulation gesteuerten Magnetventils 10 einstellbar sind, ist diese Innennut 93 funktionslos. Die genannte Innennut 93 für die Funktionsstellung IM steht über mindestens eine, radial äußere Längsnut 94 des beweglichen Ventilelements 21 mit der zentralen Innennut 92 des beweglichen Ventilelements 21 in kommunizierender Verbindung, wobei diese Innennut 92 ihrerseits über einen Spalt 95 mit dem Ringspalt 83 des Magnetkörpers 26 in kommunizierender Verbindung steht, der seinerseits über den kurzen Querkanal 89 mit dem Tankanschlusskanal 12 kommunizierend verbunden ist.
Die Weite der zentralen Innennut 92 des beweglichen Ventilelements 21 ist hinreichend groß dimensioniert, dass diese Nut in jeder möglichen Position des beweglichen Ventilelements mit dem Tankrücklaufkanal 12 kommunizierend verbunden bleibt.
Zur Erläuterung eines typischen Funktionsspiels des insoweit seinem Auf- bau nach erläuterten Magnetventils 10 sei zunächst von einem abgeschalteten Zustand des Gesamtaggregats ausgegangen, in dem sowohl die Erregerwicklung 38 des Schaltmagneten 37 als auch die beiden Erregerwicklungen 18 und 19 des Doppelhubmagnetsystems 17 stromlos sind.
In dieser Situation ist der Anker 39 des Schaltmagneten 37 durch die Wirkung der am gehäusefesten Ventilelement 22 abgestützten Rückstellfeder 42, die an dem Betätigungsstößel 41 angreift, der axial formschlüssig an dem Anker 39 eingehängt ist, bis in Anlage der ringförmigen Endstirnfläche 49 des Ankers an der Bodenfläche 43 des topfförmigen Gehäuseteils 44 des Gehäuses 46 des Schaltmagneten 37 gedrängt und in dieser Position gehalten.
Wegen der Bewegungskopplung des Ankers 39 mit dem beweglichen, hül- senförmigen Ventilelement 21 ist dieses gemäß der Darstellung der Figuren 1 und 3 bezüglich der Quermittelebene 78 nach rechts verschoben, mit der
Folge, dass die weitere Innennut 93 der beweglichen Ventilhülse in positiver Querschnittüberlappung mit der gemäß der Darstellung „linken" Außennut 73/I des feststehenden Ventilelements 22 steht und demgemäß die Druckanschlussnut 73/I über die äußere Längsnut 94 mit der zentralen Ringnut 92 des hülsenförmigen beweglichen Ventilelements 21 und über diese mit dem Ringspalt 83 und dem kurzen radialen Querkanal 89 mit dem T-Rücklaufan- schlusskanal 12 des Ventils kommunizierend verbunden und damit entlastet, „drucklos" ist.
Der P-Druckanschluss 11 und der T-Rücklaufanschluss 12 sind gleichsam kurzgeschlossen und mit dem B-Verbraucheranschluss 14 verbunden, entsprechend der Funktionsstellung III gemäß Fig. 2. Bei einem Einschalten der Pumpe arbeitet diese im Umlaufbetrieb, und es wird keinerlei Druck über das Ventil 10 in den Verbraucher eingekoppelt.
Hiervon ausgehend, führt eine Bestromung der Erregerwicklung 38 des Schaltmagneten 37 zu einer Verschiebung seines Ankers 39, gemäß der Darstellung der Fig. 1 nach links und damit auch wegen der Bewegungskopplung des Ankers 39 über den Betätigungsstößel 41 mit dem beweglichen Ventilelement 21 zu einer entsprechenden Verschiebung desselben, wobei diese Bewegung durch Anschlag des Ankers 39 an der diesem gegenüberliegenden Begrenzungsfläche 98 des fest in dem Gehäuse eingesetzten Polschuhs 97 dem Hub nach beendet ist.
Mit dieser Position des Ankers 39 des Schaltmagneten 37 ist diejenige Posi- tion des vom Anker entfernt angeordneten Stützflansches 63 des Betätigungsstößels 41 verknüpft, die minimalem Abstand dieses Flansches von der gegenüberliegenden Stirnfläche 48 des feststehenden Ventilelements 22 entspricht. Dieser Position des Ankers 39 bzw. des von diesem entfernt angeordneten Stützflansches 63 des Betätigungsstößels 41 entspricht die durch die Ventilfedern 61 und 64 zentrierte Funktionsstellung 0 des Magnetventils 10.
In dieser Position ist die vom Schaltmagneten 37 entfaltete Kraft, die den Betätigungsstößel 41 in der in der Fig. 1 dargestellten Position hält, signifikant höher als die Vorspannung der Rückstellfeder 42, die in dieser Position ihre größte Vorspannung entfaltet, wobei stillschweigend vorausgesetzt ist, dass diese Rückstellfeder 42 dieselbe Federkonstante von z. B. 10 N/m ha- be wie für die beiden Druckwendelfedern 61 und 64 vorausgesetzt. Für einen typischen Wert des axialen Stellhubs des Betätigungsstößels 41 um 3 mm bedeutet dies, dass die Rückstellfeder 42 in ihrem weitest möglich komprimierten Zustand eine Vorspannung von 45 N hat, die von der Stellkraft des Schaltmagneten überdrückt wird.
Bei einer Ansteuerung des Doppelhubmagnetsystems 17 dahingehend, dass das bewegliche Ventilelement 21 aus der Funktionsstellung 0 des Magnetventils 10 heraus eine Auslenkung fährt, die in die Funktionsstellung I (Fig. 2) führt, gemäß der Darstellung der Fig. 1 nach rechts, so ist damit eine Ent- Spannung der "rechten" Druckwendelfeder 61 und eine Kompression der Druckwendelfeder 64 verknüpft, derart, dass ihre Vorspannung in dem Maße anwächst wie diejenige der anderen Druckwendelfeder 61 abnimmt. Entsprechendes gilt sinngemäß für die Zunahme der Federspannung der "linken" Druckwendelfeder 64, wenn das bewegliche Ventilelement gemäß der Darstellung der Fig. 1 und 3 "nach links" in die der Funktionsstellung Il entsprechende Position gedrängt wird.
Zur Erläuterung einer speziellen Art der Ansteuerung eines Ventils, wie anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert, sei nunmehr auf die Fig. 4 Bezug genommen, in der insgesamt mit 100 ein Lageregelkreis bezeichnet ist, mittels dessen die Position des beim Erläuterungsbeispiel durch die Ventilhülse 21 gebilde- ten Ankers des Ankers des Doppelhubmagnetsystems 17 des betrachteten Ventils gemäß einem dem Grundprinzip nach bekannten Impulsweitenmodu- lationsverfahren einstellbar ist. Hierbei werden den Erregerwicklungen 18 und 19 alternierend Stromimpulse zugeführt, deren Widerholfrequenz f ei- nen vorgegebenen Wert hat, mit der eine Periodendauer T (T = 1/f) verknüpft ist, die gleich der Summe der Impulsdauer der Stromimpulse ist, die den Erregerwicklungen 18 und 19 zugeleitet sind.
Zur Erläuterung sei angenommen, dass bei einer alleinigen Erregung der einen Wicklung 18, z. B. der gemäß der Darstellung linken Wicklung 18, der schematisch angedeutete Anker 21 eine Auslenkung nach links erfährt, während bei einer alleinigen Erregung der anderen Wicklung 19 der Anker 21 gemäß der Darstellung der Fig. 4 nach rechts ausgelenkt wird. Ist die Widerholfrequenz f der jeweiligen Stromimpulse hinreichend hoch gewählt, so dass der Anker, der über Rückstellfedern am Gehäuse abgestützt ist, den stoßartig auftretenden elektromagnetischen Kräften nicht folgen kann, so wird er im Ergebnis einer resultierenden Kraft ausgesetzt, die im Wesentlichen durch das Puls-/Pausenverhältnis bestimmt ist, d. h., gesehen in der Darstellung der Fig. 4, der Anker 21 wird nach links ausgelenkt, wenn die „linke" Spule 18 innerhalb der Periodendauer T länger bestromt ist als die „rechte" Spule 19 und umgekehrt nach rechts, wenn die Spule 19 die zeitlich länger erregte Spule ist.
Zur weiteren Erläuterung sei nunmehr auch auf die Fig. 5a bis 5c Bezug ge- nommen.
Gemäß der Darstellung der Fig. 5b, bei der die der „linken" Spule 18 zugeleiteten Stromimpulse 101 eine Dauer tl haben, die beim dargestellten Erläuterungsbeispiels V4 der Periodendauer beträgt, und die der „rechten" Spule 19 zugeleiteten Stromimpulse 102 eine Dauer haben, die 3A der Perioden- dauer 7 beträgt, ergibt sich insgesamt eine Auslenkung des Ankers 21 nach rechts.
Einer neutralen Mittelstellung, der im Falle eines zur Erläuterung angenom- menen 4/3-Wegeventils die Sperrstellung zwischen alternativen Durchflussstellungen I und Il entspräche, ergibt sich nach dem vorausgesetzten Im- pulsweitenmodulationsverfahren dann, wenn die Impulsdauer der Impulse 101 und 102, mit denen die Wicklungen 18 und 19 angesteuert werden, gleich sind, d. h. der halben Periodendauer T/2 entsprechen.
Die Periodendauer 7 der Ansteuerzyklen, innerhalb derer beide Wicklungen 18 und 19 jeweils einem Bestromungsimpuls 101 bzw. 102 ausgesetzt werden, ist auf das Ventil 10 und sein Doppelhubmagnetsystem 17 derart abgestimmt, dass der Anker 21 aufgrund seiner mechanischen Trägheit den aus den Bestromungsimpulsen 101 und 102 resultierenden, in alternativen Richtungen an ihm angreifenden Kräften praktisch nicht folgen kann, sondern sich entsprechend den resultierenden Kräften in eine Gleichgewichtslage gelangt, in dieser jedoch im Sinne einer Zitterbewegung mit kleinen Amplituden soweit folgen kann, dass die Haftreibung dieses Ankers praktisch elimi- niert ist und lediglich die geringere Gleitreibung als Widerstand für Auslenkungen berücksichtigt werden muss. In praxi sind Impulswiederholungsfrequenzen um 300 Hz zweckmäßig. Dies bedeutet jedoch, dass bei einer sprunghaften Sollwertänderung für die Position des Ankers des Doppelhubmagnetsystems 17 eine Verzögerung der Ankerbewegung um eine „Totzeit" resultieren kann, die bis zur Periodendauer 7 betragen kann.
Um den Einfluss einer derartigen Totzeit weitgehend zu vermeiden, ist der Lageregelkreis 100 im Einzelnen wie folgt gestaltet:
Die Eingangsstufe des Lageregelkreises 100 ist durch eine Summierstelle 121 gebildet, der an einem (+)-Eingang 122 ein für eine Sollposition des An- kers 21 des Doppelhubmagnetsystems 17 bzw. den Öffnungsquerschnitt des von diesem betätigten Ventils in Abhängigkeit von seiner Stellung charakteristisches Lagesollwertsignal (SSoιι) zugeleitet ist. An einem (-)-Eingang 123 ist der Summierstelle 121 das Positionsistwertsignal eines Lagesensors 124 zugeleitet, das ein in einem dem Sollwertsignal (SSoιι) entsprechenden Format ein Maß für die Istposition (S/Sf) der Lage des Ankers 21 des Doppelhubmagnetsystems 17 ist.
Das für die Regelabweichung δ charakteristische Ausgangssignal der Sum- mierstelle 121 , das der algebraischen Summe des (positiv gezählten) Sollwertsignals und des (negativ gezählten) Istwertsignals entspricht und im Sinne einer Verstärkung in einem monotonen Zusammenhang mit dem Abweichungssignal δ steht, ist einem Regler 125 zugeleitet, dessen Ausgangssignal (Y-Signal) einem ersten Eingang 126/1 eines Pulsweitenmodulators 126 zugeleitet ist, der an einem zweiten Eingang 126/2 das Fehlerausgangssignal δ(t) der Summierstelle 121 empfängt, das auch die Eingangsgröße für den Regler 125 bildet.
Das Fehlersignal, das „dem Vorzeichen nach" positiv oder negativ sein kann, ist als Eingangssignal auch einer Verarbeitungsstufe 132 zugeleitet, deren Ausgangssignal ein Maß für den Betrag des Fehlerausgangssignals ist. Dieses Fehlerbetragssignal ist einem Komperator 133 zugeleitet, der für den Fall, dass der Betrag des Fehlersignals größer als ein Schwellenwert δs ist, einem dritten Eingang 126/3 des PWM-Modulators ein für das Über- schreiten des Stellenwertes charakteristisches Signal zuleitet.
Aus einer Verarbeitung des Fehlerausgangssignals δ sowie des Reglerausgangssignals (Y) generiert der Pulsweitenmodulator 126 die Ansteuersignale für die Magnetwicklungen 18 und 19 gemäß einem fest oder variabel vor- gebbaren Algorithmus dahingehend, dass eine hiernach sich ergebende Auslenkung des Ankers 21 des Doppelhubmagnetsystems 17 zu einer Verringerung des Federsignals δ bzw. des Nachlauffehlers der Regelung führt.
Des Weiteren ist der Pulsweitenmodulator 126 mit der Eigenschaft imple- mentiert, dass ein für das betragsmäßige Überschreiten des genannten Schwellenwertes δs, das in aller Regel dann eintritt, wenn der Wechsel zwischen Extremwerten der Sollposition erfolgt, d. h., wie in der Fig. 5a veranschaulicht, von einer Position aus, der eine zeitlich überwiegende Ansteuerung einer der beiden Feldwicklungen 18 oder 19 entspricht, in eine Position - jenseits der neutralen Mittelstellung des Ankers - führt, die in einem relativ großen Abstand von der Mittelstellung liegt und hierbei die Sollwertänderung dem Betrage nach signifikant größer ist als der von einer definierten Ausgangsstellung aus gezählte Schwellenwert δs (vgl. Fig. 5a).
Für diesen Fall des Überschreitens des Schwellenwerts δs unterbricht der Pulsweitenmodulator 126 die bis zum Überschreiten des genannten Schwellenwertes in Durchführung befindliche Ansteuerungsperiode der Dauer T, die jeweils eine Bestromung der einen Feldwicklung 18 und eine Bestro- mung der anderen Feldwicklung 19 umfasst, und startet sofort wieder einen neuen Ansteuerungszyklus, der mit der Bestromung derjenigen Feldspule beginnt, deren Bestromung zu einer Auslenkung des Ankers 21 im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung führt. Diese Situation ist durch die Fig. 5b in Verbindung mit der Fig. 5a veranschaulicht:
Für das Sollwertverlaufsdiagramm der Fig. 5a und das Impulsdiagramm der Fig. 5b ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit, d. h. lediglich zum Zweck der Erläuterung, vorausgesetzt, dass das Ventil, nachdem es eine gewisse Zeit mit einer definierten Auslenkung des Ankers 21 , die z. B. 2I3 der maximalen Auslenkung betragen haben mag, in einer seiner beiden möglichen Durchflussstellungen I oder Il gehalten worden ist, in seine andere Durchflussstellungen Il bzw. I umgeschaltet werden soll, und dass dies so rasch wie möglich und mit gleichem Betrag der Auslenkung gegenüber einer neutralen Mittelstellung erfolgen soll, die z. B. als eine Sperrstellung zwischen den beiden alternativen Durchflussstellungen des als 4/3-Wegeventil vorausgesetzten Ventils angenommen sei.
Zum Zweck der Erläuterung sei angenommen, dass der Anker 21 (Fig. 4) in der Ausgangsstellung gemäß Fig. 5a nach rechts ausgelenkt sei, d. h. die gemäß der Darstellung der Fig. 4 rechte Spule 19 innerhalb einer Anregungsperiode der Dauer 7 länger bestromt ist als die linke Spule 18. Diesem Zustand sind die im linken Teil der Fig. 5b dargestellten Stromimpulsfolgen zugeordnet, wobei die „obere" Folge von relativ kurz dauernden Stromimpulsen 101 zur Erregung der gemäß der Darstellung der Fig. 4 linken Magnetspule 18 genutzt ist und die andere „untere" Folge von Impulsen 102, deren Dauer beim angenommenen Fallbeispiel der dreifachen Dauer der Stromim- pulse 101 entspricht, zur Bestromung der gemäß Fig. 4 rechten Magnetspule 19 genutzt ist. Die Periodendauer T eines Erregungszyklus, innerhalb dessen je ein Stromimpuls 101 der linken Spule 18 und ein Stromimpuls 102 der rechten Spule 19 zugeführt ist, ist gleich der Summe der Dauern des kürzer und des länger dauernden Stromimpulses 101 bzw. 102.
Es sei angenommen, dass im Zeitpunkt tu die Positionssollwertvorgabe von einer Position einseitig „rechts" der Neutralstellung des Ankers 21 des Doppelhubmagnetsystems 17 und damit seines Ventilkörpers veranschaulicht durch den Sollwertpegel Sr auf eine Position „links" der Neutralposition ge- ändert werden soll, veranschaulicht durch den Sollwertsignalpegel Si der Fig. 5a, derart, dass der Sollwertsignalverlauf der Sprungfunktion 103 der Fig. 5a entspricht.
Für diesen Fall tritt praktisch im Zeitpunkt tu ein Maximalwert der Abwei- chung des Istwertes der Position des Ankers von dessen Sollwert ein, wobei der qualitative Verlauf der Annäherung des Istwertes an den Sollwert, der in großer zeitlicher Spreizung durch die Verlaufskurve 104 wiedergegeben ist, der Differenz von Soll- und Istwert, d. h. der Regelabweichung δ gemäß der Beziehung
Figure imgf000026_0001
entspricht.
In dem angenommenen Fall ist der Betrag dieser Differenz signifikant größer als ein vorgegebener Schwellenwert δs , ab dessen Überschreiten der Pulsweitenmodulator sofort auf denjenigen Betriebmodus umgeschaltet wird, in welchem diejenige Impulsform der Erregerstromimpulse 101 und 102 gegeben ist, die für die Annäherung der Ankerposition an deren neuen Sollwert Si geeignet ist.
In dem gegebenen Fall, der durch die Fig. 5b repräsentiert ist, wird somit ab dem „Umschalf-Zeitpunkt tu die linke Spule mit der Folge von Impulsen 101 ' beaufschlagt, der für 3A der Periodendauer T eine Bestromung der linken Wicklung 18 und für % der Periodendauer deren stromloser Zustand ent- spricht, während die andere Erregerwicklung 19 für 3A der Periodendauer stromlos und nur für % der Periodendauer mit Erregerstrom beaufschlagt ist.
Wird im Falle einer Änderung der Positionssollwertvorgabe SSoιι (t) und einer hierdurch bedingten Änderung des Positionsistwertes S/s (t) der Schwellen- wert δs dem Betrage nach nicht überschritten, so wird, wie in der Fig. 5c vereinfacht dargestellt, der vorausgehende Regelungszyklus, der bei dem veranschaulichten Fallbeispiel mit einem Hochpegelimpuls 102/a des Erregerstroms für die „rechte" Magnetspule 19 und mit einer Impulspause entsprechender Dauer für die „linke" Magnetspule 18 beginnt und mit der abfallen- den Flanke 101 e eines Erregerstromimpulses 101 , mit dem die Magnetspule 18 bestromt wird bzw. mit dem Einsetzen des nächsten Hochpegelimpulses für die rechte Magnetspule 19 nach dem Zeitpunkt tu, endet, in dem die Änderung der Positionssollwertvorgabe beginnt, fortgesetzt, bis nach Ablauf der Periodendauer T, gerechnet ab dem Zeitpunkt tB, in dem dieser Regel- zyklus begonnen hatte, der mit dem geänderten Sollwert verknüpfte Rege- lungszyklus beginnt, was in dem zur Erläuterung gewählten Fallbeispiel erst im Zeitpunkt tSn der Fall ist.
Aus dem Vergleich der Fig. 5b und 5c ist unmittelbar erkennbar, dass im Fall des Regelzyklus, wie der Darstellung der Fig. 5b zugrunde gelegt, die Rege- lung zu einer rascheren Annäherung an den Positionssollwert führt als im Fallbeispiel gemäß Fig. 5c, weil die Bestromung der Wicklung, die den Anker 21 in Richtung auf die Sollposition „zieht", früher einsetzt. .
Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten des erfindungsgemäßen Magnetven- tils, die im Falle eines Einsatzes dieses Ventils in einem elektrohydrauli- schen Regelkreis für ein rasches Ansprechen der Regelung auf eine sprunghafte Änderung einer Sollwertvorgabe günstig sind, sei nunmehr auf die Fig. 6 Bezug genommen, die ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 vereinfachtes Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem eine Posi- tionsüberwachung nicht vorgesehen ist und das Ventil 10' selbst dem Typ nach als ein gängiges 4/3-Wegeventil ausgebildet ist, das zwei alternative Durchflussstellungen I und Il hat, in denen der Durchflussquerschnitt mit zunehmender Auslenkung aus einer als Mittelstellung vorgesehenen „neutralen" Sperrstellung, in der alle vier Ventilanschlüsse gegeneinander und ge- gen den Verbraucher und gegen die Druckversorgung abgesperrt sind, in Abhängigkeit von der Auslenkung - z. B. proportional zu dieser - zunimmt.
Bei dem Ventil 10' gemäß Fig. 6 ist die anhand der Fig. 2 erläuterte Sicherheitsstellung (III) nicht vorgesehen, und es ist auch nicht ein Wegmesssys- tem zur Überwachung der Ankerposition vorgesehen. Gleichwohl sind die anhand der Fig. 6 nachfolgend geschilderten Merkmale auch bei Ventilen, wie vorausgehend erläutert, zum angegebenen Zweck einsetzbar, selbstverständlich unter fachmännischer Anpassung derselben an die konstruktiven Verhältnisse, die durch die Implementierung der zusätzlichen Funktionen der vorgenannten Ventilausführungen vorgegeben sind.
Soweit in der Fig. 6 Bezugszeichen verwendet sind, die Elementen des anhand der Fig. 1.bis 3 geschilderten Ventils 10 schon zugeordnet worden waren, soll dies, um Wiederholungen zu vermeiden, den Hinweis auf die Bau- und Funktionsgleichheit oder -analogie der identisch bezeichneten Elemen- te bedeuten und auch den Hinweis auf die diesen zugeordneten Beschreibungsteile beinhalten. Die nachfolgende Beschreibung des Ventils 10' gemäß Fig. 6 soll daher auf diejenigen Merkmale beschränkt sein, die bei dem anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht verwirklicht sind.
Bei dem zur Erläuterung herangezogenen Ausführungsbeispiel ist, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, das Ventil 10' als "einfaches" 4/3-Wegeventil -vorausgesetzt, das zwei alternative Durchflussstellungen I und Il hat, sowie eine Sperrstellung "0", die bei einem Umschalten von der einen in die ande- re Durchflussstellung mindestens kurzzeitig eingenommen wird. Weiter sei vorausgesetzt, dass die Durchflussstellungen mit der Sperrstellung bzw. miteinander keine Überdeckung haben, d. h. eine Verschiebung des Ventilkörpers, im gegebenen Fall der Ventilhülse 21 , von der einen Durchflussstellung, mit der z. B. eine Kolbenbewegung eines Linearzylinders einhergeht, bei der eine Kolbenstange ausgefahren ausgefahren wird, in die andere Durchflussstellung, die mit der Rückzugsbewegung der Kolbenstange verknüpft ist, in dem Moment zur Umkehrung der Bewegungsrichtung führt, in dem "scharfe" Steuerkanten des beweglichen Ventilelements 21 mit diesen korrespondierende Steuerkanten des feststehenden Ventilelements 22 ü- berqueren, d. h., die einander zugeordneten Steuerkanten des beweglichen Ventilelements 21 und des feststehenden Ventilelements 22 koplanar ver- laufen. Diese, der Sperrstellung O entsprechende Anordnung des beweglichen Ventilelements 21 an dem feststehenden Ventilelement 22, in der die Symmetrieebene der Anordnung von Versorgungsanschlusselementen und Verbraucheranschlusselementen des beweglichen Ventilelements 21 mit der Symmetrieebene der Versorgungsanschlussnuten und der Verbrauchanschlussnuten des feststehenden Ventilelements 22 zusammenfallen, ist in der Fig. 6 dargestellt; sie ist als Grundstellung des dargestellten Ventils genutzt, die im stromlosen Zustand der beiden Erregerwicklungen justiert werden kann.
Zum Zweck der Justage ist die das bewegliche Ventilelement 21 einschließlich eines rohrförmigen Verlängerungsabschnitts 57, innerhalb dessen die Schraubenfedern 61 und 64 angeordnet sind, die an Stützflanschen 62 bzw. 63 des stabförmigen Federträgers 41 ' abgestützt sind, umfassende Bau- gruppe des Ventils 10' gemäß Fig. 6 in Richtung der Längsachse 16 hin- und herverschiebbar; hierzu ist ein aus dem Gehäuse 32 einseitig herausragender Endabschnitt 131 des stabförmigen Federträgers 41 ' als Gewindestab ausgebildet, der mit seinem Gewinde mit einem Innengewinde einer Gewindehülse 129 in Eingriff steht, die an einem topfförmigen Gehäusede- ekel 128 schubfest verankert ist. Durch Drehen des Gewindeabschnitts 131 ist somit das bewegliche Ventilelement 21 in alternativen Richtungen mit einem für die Justage ausreichenden Hub verschiebbar. Das bewegliche Ventilelement 21 ist durch Anziehen einer Kontermutter 127 in einer definierten Position festlegbar.
Zum Aufsuchen und Einstellen der sperrenden Grundstellung "0" des Ventils 10' wird eine Ausgangsposition des beweglichen Ventilelements 21 gewählt, mit der ein relativ kleiner Strömungsquerschnitt des Ventils 10' in einer seiner beiden Durchflussstellungen gegeben ist. Sodann wird durch Verdrehen der das bewegliche Ventilelement 21 umfassenden Baugruppe die Sperrstellung als diejenige Stellung ermittelt, in der nur noch ein minimaler Lecköl- strom auftritt. Es versteht sich, dass diese Annäherung an die Sperrstellung von beiden Durchflussstellungen her durchgeführt werden kann und zu Kontrollzwecken auch, ggf. mehrfach, durchgeführt werden sollte.
Durch diese "hydraulische" Ermittelung der federzentrierten Neutralstellung des Ventils 10' wird die geometrische Anordnung erzielt, der "elektrisch" das Puls-/Pausenverhältnis "1 " entsprechen sollte.
Um die diesbezügliche Anpassung mit hinreichender Genauigkeit zu ermög- liehen, ist auch das das bewegliche Ventilelement 21 außenseitig umschließende und dieses führende rohrförmige Element 140 des Magnetkörpers 26, das die aus magnetisierbarem Material bestehenden rohrförmigen Endstücke 140/1 und 140/r sowie das zwischen den Erregerwicklungen 18 und 19 angeordnete zentrale Teil mit dem T-Anschlusskanal 83 aus magnetisierba- rem Material und die zwischen diesem und den Endstücken 140/1 und 140/r angeordneten, zur Polkerntrennung dienenden, kurzen ringförmigen Abschnitte 140/pι und 140/pr aus nicht magnetisierbarem Material in der dargestellten Anordnung und Gestaltung umfasst und von den Magnetwicklungen 18 und 19 umschlossen ist, axial verschiebbar gestaltet. Es ist dann in ReIa- tion zu der hydraulisch justierten Position des beweglichen Ventilelements 21 durch Verschieben so justierbar, dass die genannte (Grundstellungs- )Position mit dem Puls-/Pausenverhältnis der Pulsweitenmodulation von 1 anfahrbar ist. Auch hierzu ist mindestens eine Stellschraube 141 vorgesehen, mittels derer das rohrförmige Magnetkörperelement 140 gegen bzw. durch die Federkraft einer vorgespannten Rückstellfeder 142 in alternativen Richtungen verschiebbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetventil, das als Mehrwege-/Mehrstellungsschieberventil ausgebildet ist, bei dem zur Einstellung der dem Betrieb eines Verbrauchers zugeordneten Funktionsstellungen I und Il ein Doppelhubmagnetsystem (17) vorgesehen ist, mit zwei Erregerwicklungen (18 und 19), durch deren steuerbare Erregung dem Betrage nach definiert variierbare Auslenkungen eines beweglichen Ventilelements (21 ) in alternativen Richtungen relativ zu einem feststehenden Ventilelemente (22) bezüglich einer Grundstellung (0) des Ventils (10) einsteuerbar sind, in denen auch verschiedene Durchflussquerschnitte der freigegebenen Strömungspfade einstellbar sind, wobei den Verbraucheranschlüssen (13, 14) und den Versorgungsanschlüssen (11 , 12) zugeordnete Ringnuten (91/1, 92 und 91/r) des beweglichen Ventilelements (21 ) bezüglich einer rechtwinklig zur Längsachse (16) des Ventils (10) verlaufenden Quermittelebene (78/V) des beweglichen Ventilelements (21 ) symmetrisch angeordnet sind, wobei weiter das bewegliche Ventilelement (21 ) den Anker des Doppelhubmagnetsystems (17) bildet, das von einem zylindrischen, aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Magnet- körper (26) umschlossen ist, der einen insgesamt zylindermantelförmi- gen Teil des Ventilgehäuses bildet, sowie mit einer elektronischen Steuereinheit zur Erregung der Magnetwicklung (18 und 19), derart, dass aus einer federzentrierten Grundstellung (0) des beweglichen Ventilelements (21 ) heraus in entgegengesetzter Richtung erfolgende Bewegungen desselben relativ zu dem feststehenden Ventilelement
(22) steuerbar und hierdurch den alternativen Funktionsstellungen I und Il des Ventils (10) zugeordnete Strömungspfade freigebbar oder sperrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Anordnung gehäusefest angeordneter Anschlusskanäle (73/I, 73/r, 83, 89), über die die Versorgungsanschlüsse (11 , 12) an die ihnen zugeordneten gehäusefesten Umfangsnuten (74/I, 74/r, 76, 77) des zentralen, fest- stehenden Ventilelements (22) anschließbar sind, bezüglich der genannten Mittelebene (78) des Ventils (10) symmetrisch ist.
2. Magnetventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Stromwegen zugeordneten Verbraucheranschlussnuten des feststehenden Ventilelements (22) deren Quermittelebene benachbart und zwischen Anschlussnuten angeordnet sind, die für den einen der beiden Versorgungsanschlüsse (11 bzw. 12) vorgesehen sind, und dass für den anderen Versorgungsanschluss nur eine Anschlussnut vorge- sehen ist, die zwischen den Verbraucheranschlussnuten angeordnet und ihrerseits symmetrisch bezüglich der genannten Quermittelebene ausgebildet ist.
3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die zentrale Versorgungsanschlussnut des feststehenden Ventilelements der T-Rücklaufanschluss (12) des Magnetventils (10) angeschlossen ist.
4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass das bewegliche Ventilelement (21 ) bidirektional elastisch an einem Betätigungsstößel (41 ) abgestützt ist, der mit dem beweglichen Ventilelement (21 ) koaxial angeordnet ist und zum Anfahren einer Grundstellung (0) des Ventils axial verschiebbar ist, von der aus durch gesteuerte Bestromung des Doppelhubmagnetsystems (17) die Auslenkungen erfolgen, die alternativen Funktionsstellungen (I oder II) des Ventils (10) zugeordnet sind.
5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Betätigungsstößel (41 ) wirkende Betätigungseinrichtung vor- gesehen ist, durch deren Betätigung das bewegliche Ventilelement (21 )
- im nichtbestromten Zustand des Doppelhubmagnetsystems (17) - in die der Grundstellung (O) des Magnetventils (10) zugeordnete Position bringbar ist.
6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung einen Schaltmagneten (17) umfasst, dessen
Anker (39) mit dem Steuerstößel (41 ) bewegungsgekoppelt ist, wobei eine bei Bestromung der Betätigungseinrichtung erfolgende Auslenkung durch Anschlagwirkung auf denjenigen Betrag begrenzt ist, der der Einnahme der Grundstellung (0) des Ventils zugeordnet ist.
7. Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstößel (41 ) an dem feststehenden Ventilelement über ein elastisches Rückstellelement (42) axial abgestützt ist, das im stromlosen Zustand des Schaltmagneten (37) dessen Anker (39) samt Betätigungs- Stößel (41 ) in eine Endstellung drängt, in der eine einer Sicherheitsfunktion des Ventils zugeordnete, weitere Funktionsstellung (III) des Magnetventils (10) wirksam ist.
8. Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Funktionsstellung (III) des Ventils (10) dessen P- und T-Ver- sorgungsanschlüsse (11 , 12) mit mindestens einem Verbraucheran- schluss (13 bzw. 14) des Ventils (10) verbunden sind.
9. Magnetventil nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Rückstellkraft des das bewegliche Ventilelement in seine Funktionsstellung III drängenden Rückstellelements (42) signifikant kleiner ist als die Vorspannung der Rückstellelemente (61 und 64), die das bewegliche Ventilelement (21 ) bei stromlosem Doppelhubmagnetsystem (17) in einer definierten Lage bezüglich des Betäti- gungsstößels (41 ) halten.
10. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromechanischer oder elektronischer Positionssensor (36) vorgesehen ist, der für die Position des beweglichen Ven- tilelements (21 ) charakteristische elektrische Ausgangssignale erzeugt.
11. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das bewegliche Ventilelement (21 ) bidirektional elastisch über Rückstellfedern (61 , 62) an einem stabförmigen Träger derselben abgestützt ist, der zum Anfahren der Funktionsstellungen des Ventils axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung (129, 131 ) für die
Einstellung einer Referenzposition des beweglichen Ventilelements vorgesehen ist, mittels derer, vorgebbare Durchflussquerschnitte des Ventils, ggf. einschließlich einer Sperrstellung, durch axiale Verschiebung einstellbar ist/sind.
12. Magnetventil nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das gehäusefeste Gewinde in dem der stößeiförmige Träger mit einem Gewindeabschnitt verschraubbar geführt ist, der an einem verschiebefest in einen Gehäusedeckel (128) eingesetzte Hülse (129) angeordnet ist.
13. Magnetventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein das bewegliche Ventilelement (21 ) umschließendes und axial führendes, der Grundform nach rohrförmiges Element (140) des die Erregerwicklungen (18, 19) umschließenden Magnetkörpers (26) seiner- seits axial mit kleinen Hüben verschiebbar angeordnet und in einer
Justageposition festlegbar ist.
14. Magnetventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige bewegliche Element (140) des Magnetkörpers (26) mittels einer vorgespannten Rückstellfeder (142) am Gehäuse (32) axial abgestützt und mittels mindestens einer außeraxial angeordneten, an dem rohrförmigen Element (140) des Magnetkörpers (26) angreifenden rohrförmigen Element (140) des Magnetkörpers (26) angreifenden Stellschraube (141 ) verschiebbar ist.
15. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Einstellung der Position des beweglichen Ventilelements (21 ) ein Lageregelkreis (100) vorgesehen ist, der mit elektrisch steuerbarer Positionssollwertvorgabe und
Istwertrückmeldung mittels eines Lagesensors (36) arbeitet und in einem Pulsweitenmodulationsbetrieb des Doppelhubmagnetsystems mittels einer elektronischen Steuereinheit (125, 126, 133) derart steuerbar ist, dass bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts δs der SolMstwertdifferenz auf einen Modulationsbetrieb übergeht, der mit einer Bestromung derjenigen Magnetwicklung (18 oder 19) beginnt, deren Erregung zu einer das bewegliche Ventilelement (21 ) sofort in Richtung auf seine Sollposition drängenden Kraft führt.
PCT/EP2009/058763 2008-07-09 2009-07-09 Magnetventil, das als mehrwege-/mehrstellungsventil ausgebildet ist WO2010004008A1 (de)

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