DE102008032219A1

DE102008032219A1 - Magnetventil, das als Mehrwege-/Mehrstellungsventil ausgebildet ist

Info

Publication number: DE102008032219A1
Application number: DE200810032219
Authority: DE
Inventors: Eckehart Schulze; Luciano Zanolini; Vincenzo Cecconi
Original assignee: HYCOS Srl
Current assignee: Hydronaut SRL
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-14
Also published as: WO2010004008A1

Abstract

Bei einem der Grundfunktion nach als 4/3-Wege-Schieberventil ausgebildeten Magnetventil (10) ist zur Einstellung der dem Betrieb eines Verbrauchers zugeordneten Funktionsstellung I und II ein Doppelhub-Magnetsystem (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) zugeordneten Ringnuten (91/l, 92 und 91/r) des beweglichen Ventilelements (21) sind bezüglich einer rechwinklig zur Längsachse (16) des Ventils (10) verlaufenden Mittelebene (78/V) symmetrisch angeordnet. Das bewegliche Ventilelement (21) bildet den Anker des Doppelhub-Magnetsystems (17), das von einem zylinrischen, aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Magnetkörper (26) umschlossen ist, der einen insgesamt zylindermantelförmigen Teil des Ventilgehäuses bildet. Es ist eine elektronische Schaltungsanordnung zur 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 ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, das als Mehrwege-/Mehrstellungsschieberventil ausgebildet ist, bei dem zur Einstellung der dem Betrieb eines Verbrauchers zugeordneten Funktionsstellungen I und II ein Doppelhub-Magnetsystem mit zwei Magnetwicklungen vorgesehen ist, durch deren elektronisch steuerbare Erregung dem Betrage nach definiert variierbare Auslenkungen 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-Wege-Magnetventil 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 Doppelhub-Magnetsystems in fortlaufender, rascher, alternierender Folge für unterschiedliche Zeitspannen T1 und aus T2 erregt werden, wobei der Grundstellung des beweglichen Ventilelements 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 f_m des Betrages 1/(T1 + T2), wobei diese Modulationsfrequenz vorzugsweise zwischen 400 Hz und 800 Hz beträgt und das Verhältnis T₁/T₂ zwischen 1/100 und 100/1 veränderbar ist.
Zur diesbezüglichen pulsweitenmodulierten Ansteuerungen des Doppelhub-Magnetsystems 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 Versorgungs-Anschlusskanäle und die Verbraucher-Anschlusskanäle durch das kolbenförmige Ventilelement 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 Raumbereich 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 Verbraucher-Anschlussnuten des feststehenden Ventilelements, den verschiedenen 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 Entlastungs-Strömungspfade, 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 Quermittelebene 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 Versorgungs-Anschlußnut 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 Ventil-Ansteuerung bzw. -Betätigung des beweglichen Ventilelements, insbesondere mittels eines zusätzlichen Schaltmagneten, dessen Anker mit einem axial beweglichen stößelförmigen Betätigungselement bewegungsgekoppelt ist.
In Kombination hiermit ist eine gemäß Anspruch 7 implementierte Sicherheits-Funktionsstellung 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 Positions-Messsystem, zu dessen 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.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Magnetventils ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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 Längsmittelebene des Ventils, im Maßstab 1:1,
2 ein 4/4-Wege-Ventilsymbol zur Erläuterung des Magnetventils gemäß 1 und
3 eine Teilansicht des Ventils gemäß 1 zur Erläuterung einer Sicherheits-Funktionsstellung, in einer der 1 entsprechenden Schnittdarstellung, jedoch in vergrößertem Maßstab.
Das in den 1 bis 3, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete, erfindungsgemäße Magnetventil ist, einschließlich einer Sicherheits-Funktionsstellung, als 4/4-Wege-Ventil ausgebildet, das einen P-Druckversorgungsanschluss 11 hat, an den der Hochdruckausgang eines nicht dargestellten Druckversorgungsaggregats 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 Hydrozylinder 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 Doppelhub-Magnetsystem mit, in Richtung der zentralen Längsachse 16 gesehen, nebeneinander angeordneten Erregerwicklungen 18 und 19 gleicher Auslegung, durch deren alternative Erregung mit Steuerströmen das in der 2 durch sein Ventil-Symbol repräsentierte Magnetventil aus seiner dargestellten Grundstellung 0, in der seine Verbraucheranschlüsse 13 und 14 sowohl gegen den P-Versorgungsanschluss 11 als auch gegen den T-Rücklaufanschluss 12 ab gesperrt sind, in die alternativen erregten Funktionsstellungen I und II steuerbar sind.
In der Funktionsstellung I ist der Druckversorgungsanschluss 11 des Magnetventils 10 mit dem gemäß der Ventilsymbol-Darstellung „gegenüberliegenden” A-Verbraucheranschluss 13 verbunden, und der T-Rücklaufanschluss 12 ist mit dem B-Verbraucheranschluss 14 kommunizierend verbunden. In der Funktionsstellung II 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, insbesondere 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 Erregerwicklungen 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 1 linken Seiten durch einen massiven, insgesamt 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, zylindermantelförmigen 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 Her-Bewegungen die alternativen Funktionsstellungen I und II einstellbar sind.
Dieses bewegliche Ventilelement 21 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 bezeichneten 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 3 Bezug genommen sei, in der die Ventil elemente 21 und 22 des Ventils 10 in der der Funktionsstellung III (2) des Ventils 10 entsprechenden Konfiguration dargestellt sind.
In dieser Konfiguration sind der P-Versorgungsanschluss 11, der T-Rücklaufanschluss 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 Anschlagfläche 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 zylindrisch-stabförmigen gehäusefesten Kolbenelements 22 des Magnetventils 10 erstreckt, an der die Ventilfeder 42 abgestützt ist, welche das Rückstellelement für den Anker 39 des Schaltmagneten 37 bildet, der hierdurch – im stromlosen Zustand seiner Magnetwicklung – mit seiner ringförmigen Endstirnfläche 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. lediglich 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 Positions-Sensor beziehungsweise Weg-Sensor ist in den Darstellungen der 1 und 3 durch einen von dem beweglichen Ventilelement getragenen und dessen Bewegungen mit ausführenden ringförmigen ferromagnetischen 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 Sprengrings 58 mittels eines eigenen, schmalen radial nach innen weisenden Stützringes 59 axial abgestützt ist. An diesem Stützring 59 greift eine Schraubenfeder 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 zugewandten 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 Druck-Wendelfedern 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 Doppelhubmagnetsystems 17 zur Ausführung von Stellbewegungen angesteuert wird, die der Einstellung der Funktionsstellungen I oder II sowie der in diesen Funktionsstellungen wirksamen Strömungsquerschnitte dienen. Derartige Relativbewegungen erfolgen, ausgehend von der in der 1 dargestellten Position des Betätigungsstößels 41 gegen die zunehmende Rückstellkraft 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 Schaltmagneten 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 Schaltmagneten 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 sowie 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 aufgenommen 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 einkoppelbar ist. Der Längskanal steht über zwei „radiale”, kurze schlitzförmige Anschlusskanäle 73l und 73r mit flachen Außennuten 74/l und 74/r des feststehenden Ventilelements 21 in kommunizierender Verbindung, die sich über den gesamten Umfang des feststehenden Ventilelements 21 erstrecken.
Zwischen diesen P-Versorgungsnuten 73/l 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 Außennut 74/l bzw. 74/r angeordnet sind, in die der Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats angekoppelt ist.
Gestaltung und Anordnung dieser Außennuten des feststehenden Gehäuseelements 21 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/l und 74/r angeordneten weiteren flachen Nuten 76 und 77 sind den Verbraucheranschlüssen zugeordnet, wobei die gemäß der Darstellung linke Außennut 76 dem A-Verbraucheranschluss 13 und die andere Außennut 77 dem B-Verbraucheranschluss 14 des Ventils 10 gemäß 2a 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 feststehenden 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 Versorgungsanschluss-Ringnut 82 ist über einen insgesamt mit 83 bezeichneten radialen Anschlusskanal kommunizierend mit dem radial außerhalb der Erregerwicklungen 18 und 19 angeordneten, parallel zu dem P-Versorgungskanal 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 P-Zuführungskanal 12 verläuft, der seinerseits über einen kurzen Anschlusskanal 89 mit der äußeren Nut 84 kommunizierend verbunden ist, durch Ringdichtungen 88/l 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/l und 91/r versehen, die beidseits einer zentralen inneren Ringnut 92 des beweglichen Ventilelements 21 angeordnet sind.
Diese insoweit erläuterte Anordnung der Nuten 91/l, 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/l, 92 und 91/r des beweglichen Ventilelements 21, die der Freigabe oder Absperrung der Ventilströmungspfade in den Funktionsstellungen I und II unterworfen sind, ist eine weitere Innennut 93 des beweglichen Ventilelements vorgesehen, die beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel an der dem Betätigungsstößel 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/l des feststehenden Ventilelements 22 steht.
Diese weitere Innennut 93 ist in der in der 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 II des durch Pulsweitenmodulation gesteuerten Magnetventils 10 einstellbar sind, ist diese Innennut 93 funktionslos.
Die genannte Innennut 93 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 83 mit dem Tank-Anschlusskanal 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 Tank-Rücklaufkanal 12 kommunizierend verbunden bleibt.
Zur Erläuterung eines typischen Funktionsspiels des insoweit seinem Aufbau 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, hülsenförmigen Ventilelement 21 ist dieses gemäß der Darstellung der 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/l des feststehenden Ventilelements 22 steht und demgemäß die Druckanschlussnut 73/l 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-Rücklaufanschlusskanal 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 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 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 Position 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 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 habe 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 (2) führt, gemäß der Darstellung der 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 1 und 3 ”nach links” in die der Funktionsstellung II entsprechende Position gedrängt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0574408 B1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- EUROPA Lehrmittel, „Fachkundeinformationstechnik und Industrieelektronik, 1994, Seite 521 [0033]

Claims

Magnetventil, das als Mehrwege-/Mehrstellungsschieberventil ausgebildet ist, bei dem zur Einstellung der dem Betrieb eines Verbrauchers zugeordneten Funktionsstellungen I und II ein Doppelhub-Magnetsystem (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/l, 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 Doppelhub-Magnetsystems (17) bildet, das von einem zylindrischen, aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Magnetkörper (26) umschlossen ist, der einen insgesamt zylindermantelförmigen 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 II des Ventils (10) zugeordnete Strömungspfade freigebbar oder sperrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Anordnung gehäusefest angeordneter Anschlusskanäle (73/l, 73/r, 83, 89), über die die Versorgungsanschlüsse (11, 12) an die ihnen zugeordneten gehäusefesten Umfangsnuten (74/l, 74/r, 76, 77) des zentralen, festste henden Ventilelements (22) anschließbar sind, bezüglich der genannten Mittelebene (78) des Ventils (10) symmetrisch ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strom-Wegen zugeordneten Verbraucher-Anschlussnuten 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 vorgesehen ist, die zwischen den Verbraucheranschlussnuten angeordnet und ihrerseits symmetrisch bezüglich der genannten Quermittelebene ausgebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die zentrale Versorgungs-Anschlussnut des feststehenden Ventilelements der T-Rücklaufanschluss (12) des Magnetventils (10) angeschlossen ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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.
Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Betätigungsstößel (41) wirkende Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, durch deren Betätigung das bewegliche Ventilelement (21) – im nichtbestromten Zustand des Doppelhubmagnetsystems (17) – in die der Grundstellung (0) des Magnetventils (10) zugeordnete Position bringbar ist.
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.
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 Betätigungsstößel (41) in eine Endstellung drängt, in der eine einer Sicherheitsfunktion des Ventils zugeordnete, weitere Funktionsstellung (III) des Magnetventils (10) wirksam ist.
Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Funktionsstellung (III) des Ventils (10) dessen P- und T-Versorgungsanschlüsse (11, 12) mit mindestens einem Verbraucheranschluss (13 bzw. 14) des Ventils (10) verbunden sind.
Magnetventil nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft des das bewegliche Ventilelement in seine Funktionsstellung III drängenden Rückstellelements (42) signifikant kleiner ist als die Verspannung der Rückstellelemente (61 und 64), die das bewegliche Ventilelement (21) bei stromlosem Doppelhub-Magnetsystem (17) in einer definierten Lage bezüglich des Betätigungsstößels (41) halten.
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 Ventilelements (21) charakteristische elektrische Ausgangssignale erzeugt.