DE29923204U1

DE29923204U1 - Hydraulisches Wegeventil

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Publication number: DE29923204U1
Application number: DE29923204U
Authority: DE
Original assignee: Tiefenbach Bergbautechnik GmbH
Current assignee: Tiefenbach Control Systems GmbH
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2009-09-15

Description

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Beschreibung: Hydraulisches Wegeventil

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Wegeventil, dessen Steuerkolben (Hauptkolben 3) gegen die Kraft einer Feder (Hauptfeder 18) durch den Stößel eines Magneten (12) aus seiner ersten Stellung (Schließstellung) in seine zweite Stellung (Öffnungsstellung) verstellbar ist nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Dieses Ventil ist allgemein bekannt.

Dabei ist in der einen Stellung des Ventilkolbens (Schließstellung) die Druckkammer (7), in die der Pumpenanschluß (P) mündet, gegenüber der Verbraucherkammer verschlossen, während die Verbraucherkammer mit dem Verbraucher gegenüber der Rücklaufkammer (20) und dem Tankanschluß (R) geöffnet sind, so daß der Verbraucher druckentlastet ist. In der Öffnungstellung ist der Verbraucher mit dem Pumpenanschluß verbunden, während die Druckkammer gegenüber der Rücklaufkammer und dem Tank verschlossen sind.

Dieses Ventil eignet sich insbesondere als Vorsteuerventil für ein Hydraulikventil, das hydraulisch betätigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Ventil so auszugestalten, daß es bei kleinster Baugröße sich als Vorsteuerventil eignet und eine positive Überdeckung hinsichtlich der Schließung der Verbraucherkammer gegenüber dem Rücklauf und der Öffnung der Verbraucherkammer gegenüber der Druckkammer hat. Die Lösung nach Anspruch 1 hat den Vorteil, daß das Ventilgehäuse keine Verbindungen zwischen Rücklaufkanal und Verbraucherkanal vorsehen muß. Das Ventil kann daher insbesondere in einer Ventilpatrone untergebracht werden (Anpruch 4). Dabei ergibt sich eine einfache Möglichkeit der Verstellung der Überdeckung und der öffnungsweite der Verbindung zwischen Verbraucher und Rücklauf, so daß hierüber die Dämpfung der Bewegung des Hauptventils eingestellt werden kann.

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Um zu vermeiden, daß die hydraulischen Kräfte nicht ausreichen, den Stößelkolben sicher von dem Hauptkolben abzuheben und die Rücklaufverbindung zwischen Verbraucheranschluß (Steueranschluß des Hauptventiis) und Rücklauf herzustellen, wird nach Anspruch 2 der Stößelkolben durch eine Sicherheitsfeder gegen die Kraft des Magneten in seine Öffnungsstellung gedrückt, derart daß in der Schließstellung des Hauptkolbens der Zentralkanal geöffnet ist.

Anspruch 3 sieht einen sicheren, leckagefreien Verschluß zwischen der Druckkammer und der Verbraucherkammer (8) vor.

Die fertigungstechnischen Vorteile der Ausbildung nach Anspruch 4 verbinden sich mit einer guten Einstellmöglichkeit für die Überdeckung und die Öffnungsweite der Verbindung zwischen Verbraucher und Rücklauf.

Das in die Verbraucherkammer ragende Verschlußende des Hauptkolbens ist vorzugsweise als Kegelpaarung nach Anspruch 5 ausgebildet.

Die Ausbildung nach Anspruch 6 sowie Anspruch 7 hat den Vorteil, daß der Druckraum gegenüber dem Verbraucherraum und Steueranschluß leckagefrei verschlossen wird. Hydraulische Wegeventile, die als Vorsteuerventile benutzt und elektromagnetisch angesteuert werden, müssen in vielen Anwendungsbereichen (z.B. in Hebezeugen oder im Bergbau) einen hohen Sicherheitsstandard bieten.

Die Ausbildung und Weiterbildung eines elektrohydraulischen Wegeventils nach Anspruch 8 hat den Vorteil, daß Fehler des Magneten oder des Ventils sofort und vorausschauend erkannt werden. Hierzu ist eine Stromsteuereinrichtung in die Ansteuereinrichtung des Magneten integriert. Die Stromsteuereinrichtung sitzt vorzugsweise an oder im Bereich des Magneten. Die Stromsteuereinrichtung besitzt einen elektronischen Spreicher. In den Speicher werden Kennwerte eingespeichert, die die Stromaufnahme des Magneten während des Schaltverlaufs beim Schalten in eine der Schaltstellungen im Idealfall charakterisieren. Der tatsächliche Verlauf des aufgenommenen Stroms des Magneten beim Schalten des Ventils in die Schaltstellung und/oder beim Abschalten des Magneten wird gemessen und zumindest markante Punkte des Istverlaufs oder der gesamte Istverlauf mit den entsprechenden Punkten des Sollverlaufs bzw. mit dem Sollverlauf verglichen und signalisiert. Das Signalisieren der Fehlermeldung erfolgt an dem Ventil selbst, insbesondere durch ein optisches Signal (Anspruch 9).

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Der Vorteil der Ausbildung nach Anspruch 11 besteht darin, daß nicht jede Abweichung signalisiert wird, sondern zuvor durch Versuch ermittelt werden kann, welche Abweichungen im Rahmen der zulässigen Funktionstoleranzen liegen. Es ist für die Funktion eines Vorsteuerventils wesentlich, daß zum einen ausreichende Haltekräfte auf den Ventilkolben einwirken, um den Kolben in seiner angefahrenen Schaltstellung sicher zu positionieren. Zum anderen sollte aber der Stromverbrauch minimiert werden. Bei einem elektrohydraulischen Vorsteuerventil bzw. Wegeventil wird dies durch Ausbildung bzw. Weiterbildung nach Anspruch 12 erreicht. Darüber hinaus kann durch die Stromsteuereinrichtung der Stromverlauf des Magneten während des Schaltvorgangs gemessen und das Erreichen der Schaltstellung erfaßt werden. Nach Abfall des Stromes am Ende des Schaltvorgangs wird der Strom noch einmal im wesentlichen auf das während des Schaltvorgangs durchlaufene größte Maß erhöht und sodann auf den zum Halten der Schaltstellung erforderliche Maß abgesenkt. Bei dieser Ausbildung geschieht dies auch bei Wegeventilen, die mehrere im Schaltweg hintereinander liegende Schaltstufen haben. Es wird hierbei zum einen erreicht, daß der Ventilkolben seine Schaltstellung sicher und mit ausreichender Haltekraft erreicht. Zum anderen wird aber verhindert, daß der Magnet bis zur Sättigung strombeaufschlagt wird und dadurch über das notwendige Maß hinaus belastet, insbesondere erhitzt wird. Der Stromverbrauch und insbesondere auch die Stromspitzen werden auf das notwendige Maß beschränkt.

(m folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig.1: ein hydraulisch angesteuertes Wegeventil, das durch ein elektrohydraulisches

3/2 Vorsteuerventil betätigt wird;
Fig.2: das elektrohydraulische Vorsteuerventil;
Fig.3: die Stromaufnahme beim Schalten des Vorsteuerventils

Das Hauptventil, elektrohydraulisches Steuerventil 15, weist ein elektromagnetisch angesteuertes Vorsteuerventil auf. Das Vorsteuerventil weist ein Ventilgehäuse (Außengehäuse 1) auf, das in einen Ventilkörper (Vorsteuerventil 14, nur in Fig. 1 sichtbar)

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einbaubar ist. In das Außengehäuse 1 ist ein im wesentlichen hohlzylindrisches Ventilgehäuse, durch Gewinde einschraubbar und durch Außendichtungen 22 und 23 zonenweise abdichtbar. In der Patrone 2 ist der Hauptkolben, Ventilkolben 3, an einem Ende gleitend geführt und gegenüber dem Endraum der Patrone durch Dichtung 16 abgedichtet. Der Endraum bildet die Rücklaufkammer 20, die mit dem zum Tank führenden Rücklauf R des Ventils verbunden ist.

In der Stirnseite des Außengehäuses 1, die von der Rücklaufkammer 20 abgewandt ist, ist ein Stößelkolben 4 gleitend gelagert und durch Dichtung 17 nach außen abgedichtet. Der Stößelkolben 4 ragt in den Steuerraum 8, der in diesem Bereich des Außengehäuses 1 und in der Patrone 2 gebildet wird. Der Steuerraum 8 wird gegenüber der Pumpenanschlußkammer 7 abgeschlossen durch einen Innenbund, der einen Sitz 5 bildet. Im Bereich des Sitzes 5 besitzt der Hauptkolben 3 einen Sitzbund 6, der mit dem Sitz 5 der Patrone zusammenwirkt und den Abschluß zwischen der einen Seite der Verbraucherkammer, Steuerraum 8, und der anderen Seite der Pumpenanschlußkammer 7, bildet. Die Pumpenanschlußkammer 7 wird auf der anderen Seite durch die Dichtung 16 begrenzt, die andererseits die Rücklaufkammer 20 begrenzt. Der Hauptkolben 3 weist einen Verbindungskanal (Zentralkanal 21) auf, der einerseits die Rücklaufkammer 20 und andererseits die Steuerkammer 8 miteinander verbindet. Der Stößelkolben 4 ragt mit seinem freien Ende in die Verbraucherkammer, Steuerraum 8.

In der Verbraucherkammer, Steuerraum 8, wirken das Verschlußende 9 des Ventilkolbens und des Stößelkolbens 4 durch Kombination eines Innen- und eines Außenkegels zusammen. Im gezeichneten Fall ist das Sitzende 10 des Hauptkolbens 3 als Außenkegel 9 und das zugewandte Ende 10 des Stößelkolbens 4 als Innenkegel 10 ausgebildet. Damit kann die Steuerkammer 8 mit der Rücklaufkammer 20 verbunden oder davon getrennt werden.

Der Stößel 11 des Stößelkolbens 4 wirkt mit dem (nicht gezeichneten) Stößel des Magneten 12 zusammen, der durch den elektrischen Steueranschluß 13 angesteuert wird. Der Hauptkolben 3 wird durch Hauptfeder 18, die sich an der Stirnseite der Pumpenanschlußkammer 7 im Bereich der Dichtung 16 abstützt, mit seinem Sitzbund 6 gegen den Sitz 5 gedrückt. Die Querschnittsflächen des Sitzes 5/6 und des Kolbenendes des

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Hauptkolben 3 am anderen Ende der Druckkammer 7 entsprechen sich im wesentlichen, so daß der Hauptkolben druckausgeglichen ist und nur durch die Hauptfeder 18 gegen den Sitz 5 gedrückt wird.

Der Stößelkolben kann durch eine Sicherheitsfeder 19 im Sinne des Abhebens vom Sitzende 9 des Hauptkolbens 3 belastet sein. Dazu stützt sich die Sicherheitsfeder 19 einerseits an dem Innenbund 5 der Patrone und andererseits an einem Bund des Stößelkolbens 4 ab.

Zur Funktion:

In der Ruhestellung wird die Druckkammer 7 gegenüber dem Steuerraum 8 verschlossen, indem die Hauptfeder 18 den Hauptkolben 3 mit dem Sitzbund 6 gegen den Sitz 5 drückt. Da der Stößelkolben durch den Magnetstößel nicht belastet ist, drückt die Sicherheitsfeder 19 den Stößelkolben 4 gegen die Stirnseite des Steuerraums 8 oder gegen einen (nicht dargestellten) Anschlag des Magnetstößels. Die Steuerkammer 8 ist über den Zentralkanal 21 mit der Rücklaufkammer 20 verbunden und daher druckentlastet. Das Hauptventil hat damit seine Ausgangsstellung. Bei Ansteuerung des Magneten 12 (Fig.3, Punkt 31) zieht dieser zunächst einen Strom, der bei Überwindung der Federkraft der Sicherheitsfeder (Punkt 32) stark und sodann bis zum Anschlag an das Sitzende des Hauptkolbens 3 etwas weniger stark anwächst. Der Strom erreicht dabei eine erste Stromspitze (Punkt 33). Bei Schließen des Steuerraums gegenüber dem Rücklaufraum durch Anschlag des Stößelkolbens mit Sitzende 10 an das Verschlußende 9 des Hauptkolbens fällt der Strom stark ab (Punkt 34). Nunmehr wird der Hauptkolben 3 gegen die Hauptfeder 18 verschoben. Dadurch steigt der Strom wieder an und erreicht eine zweite Stromspitze (Punkt 35), wenn die Öffnung des Sitzes 5/6 beginnt. Wenn der Hauptkolben 3 gegen seinen Anschlag an der Stirnseite der Rücklaufkammer 20 fährt, fällt der Strom noch einmal stark ab (Punkt 36). Nunmehr wird der Strom noch einmal erhöht auf einen Wert, der dem höchsten der zuvor geschilderten Werte im wesentlichen entspricht (Punkt 37). Dadurch wird sichergestellt, daß der Hauptkolben seine zweite Schaltstellung sicher erreicht hat. In der zweiten Schaltstellung ist die Steuerkammer mit der Druckkammer verbunden und gegenüber der Rücklaufkammer verschlossen. Damit wird der Schieber des Ventils

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durch den Steuerdruck der Druckkammer angesteuert und verstellt. Nunmehr erfolgt eine Stromabsenkung auf einen Haltestrom (ab Punkt 38), der erfahrungsgemäß eine ausreichende magnetische Gegenkraft zur Kraft der Hauptfeder 18 erzeugt. Es wird damit erreicht, daß der Magnet während der Haltezeit, bei der er gegen die Federkraft der Hauptfeder arbeitet, nur gering belastet ist, d.h.: so gering wie vorher durch Rechnung und Versuch als ausreichend ermittelt.

Die Steuereinrichtung 25 enthält einen Speicher, in welchem für einen oder mehrere der Punkte 31 - 38, insbesondere aber für die Spitzenwerte, Grenzwerte und Grenzbereiche eingespeichert sind. Diese Grenzwerte/Grenzbereiche sind zuvor durch Versuch ermittelt worden und stellen die Sollwerte und die Zulässigkeitsgrenzen her. Das heißt: solange der während des Schaltverlaufs auftretende Strom diese Grenzwerte nicht überschreitet, kann davon ausgegangen werden, daß das Ventil und alle seine Teile ihre Funktion in ordnungsgemäßer Weise erfüllen. Wenn jedoch der Strom Maximalwerte überschreitet oder Minimalwerte unterschreitet, so ist dies ein Zeichen, daß das Ventil fehlerhaft ist, z.B. durch Späne festhängt oder durch Verschleiß undicht geworden ist.

Wird auf diese Weise in der Steuereinrichtung eine Abweichung der Istwerte von den eingespeicherten Sollwerten oder eine Überschreitung der Grenzbereiche festgestellt, so erfolgt ein Warnsignal. Im Bergbau oder in sonstigen Großanlagen kann es vorteilhaft sein, dieses Warnsignal in den zentralen Steuerstand zu signalisieren. Für die optische Überwachung einer hydraulischen Anlage kann es dagegen vorteilhaft sein, wenn das Warnsignal auch an dem Ventil z.B. als rote Lampe erscheint.

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Bezugszeichen

1. Ventilgehäuse, Außengehäuse

2. Ventilgehäuse Patrone

3. Hauptkolben Ventilkolben

4. Stößelkolben

5. Sitz, Innenbund

6. Sitzbund

7. Druckkammer, Pumpenanschlußkammer

8. Verbraucherkammer, Steuerraum

9. Sitzende, Verschlußende

10. Sitzende, Innenkegel

11. Stößel

12. Magnet

13. Steueranschluß, elektrisch

14. Vorsteuerventil

15. Hauptventil, elektrohydraulisches Steuerventil

16. Dichtung

17. Dichtung

18. Hauptfeder

19. Sicherheitsfeder

20. Rücklaufkammer

21. Verbindungskanal Zentralkanal

22. Dichtungen

23. Dichtungen

24. Anschläge

25. Stromsteuereinrichtung

Claims

1. Hydraulische Wegeventil,
dessen Steuerkolben (Hauptkolben 3) gegen die Kraft einer Feder (Hauptfeder 18) durch den Stößel eines Magneten (12) aus seiner ersten Stellung (Schließstellung) in seine Zweite Stellung (Öffnungsstellung) verstellbar ist,
und den weiteren Merkmalen:
in der Schließstellung ist die Druckkammer (7) mit dem Pumpenanschluß (P) gegenüber der Verbraucherkammer (8) verschlossen und die Verbraucherkammer mit dem Verbraucher (A) gegenüber der Rücklaufkammer (20) und dem Tankanschluß (R) geöffnet;
in der Öffnungstellung ist die Verbraucherkammer (8) gegenüber der Rücklaufkammer (20) verschlossen;
mit den kennzeichnenden Merkmalen:
die Verbraucherkammer (8) und die Rücklaufkammer (20) sind an den entgegengesetzen Enden des Hauptkolbens (3), und zwar die Verbraucherkammer (8) auf der dem Magneten zugewandten Seite und die Rücklaufkammer (20) auf der davon abgewandten Seite angeordnet;
der Hauptkolben wird durch einen Zentralkanal (21) durchdrungen, welcher die Verbraucherkammer (8) und die Rücklaufkammer (20) mit einander verbindet;
der Magnetstößel wirkt auf einen Stößelkolben ein, der im Ventilgehäuse koaxial zu dem Hauptkolben verschiebbar ist und der ein dem Hauptkolben (3) zugewandtes Sitzende aufweist, durch welches er bei Anschlag an den Hauptkolben den Zentralkanal verschließt.

2. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2 mit den kennzeichenden Merkmalen:
der Stößelkolben wird durch eine Sicherheitsfeder (19) gegen die Kraft des Magneten in seine Öffnungsstellung gedrückt, derart daß in der Schließstellung des Hauptkolbens der Zentralkanal (21) geöffnet ist.

3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
der Kolbenbund, durch welchen in der Schließstellung des Ventilkolbens der Druckanschluß und die Druckkammer (7) gegenüber der Verbraucherkammer (8) und dem Verbraucheranschluß des Ventils verschlossen sind, ist als Sitzkegel ausgebildet, der mit einem entsprechenden Sitz (5) des Ventilgehäuses in der Schließstellung des Ventilkolbens zusammenwirkt.

4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
das Ventilgehäuse besteht aus einem Außengehäuse (1), auf dessen Stirnseite der Magnet angebracht ist, und einem Innengehäuse (Patrone 2);
vorzugsweise ist die Patrone (2) in dem Außengehäuse verschiebbar, insbesondere verschraubbar gelagert, und der Stößelkolben (4) ist im Sinne der Öffnung des Zentralkanals (21) auf Anschlag gegen die Stirnseite des Außengehäuses oder des Magneten bewegbar.

5. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
das in die Verbraucherkammer (8) ragende Ende (Verschlußende 9) des Hauptkolbens (3) ist kegelig ausgebildet und wirkt mit dem mit Innenkegel versehenen Sitzende (10) des Stößelkolbens zur Schließung des Zentralkanals zusammen.

6. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
die Hauptfeder (18) stützt sich einerseits an dem Kolbendbund (6) des Hauptkolbens (3) und andererseits an der Stirnseite der Druckkammer (7) ab.

7. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
die Größe der Sitzfläche am Sitzbund (6) bzw. Sitz (5) entspricht im wesentlichen dem gegenüber der Druckkammer (7) und der Rücklaufkammer (20) gedichteten Querschnitt (Dichtung 16) des Hauptkolbens (3) im Ventilgehäuse (Patrone 2), so daß der Hauptkolben im wesentlichen druckausgeglichen ist.

8. Hydraulisches Wegeventil
mit folgenden Merkmalen:
der Ventilkolben (3) wird durch einen Magnet 12 in eine durch Anschlag vorgegebene Schaltstellung (Öffnungsstellung) verschoben;
insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 und insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche
gekennzeichnet durch:
eine Stromsteuereinrichtung (25), in welcher der Verlauf des aufgenommenen Stromes des Magneten beim Schalten des Ventils in die Schaltstellung und/oder beim Abschalten des Magneten gemessen und ausgewertet wird.

9. Hydraulisches Wegeventil nach Anspruch 8 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
bei der Auswertung werden zumindest markante Punkte des lstverlaufs oder der gesamte Istverlauf mit den entsprechenden Punkten des Sollverlaufs bzw. mit dem Sollverlauf verglichen und Abweichungen als Fehlermeldungen signalisiert.

10. Hydraulisches Wegeventil nach Anspruch 9 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
das Signalisieren der Fehlermeldung erfolgt an dem Ventil selbst, insbesondere durch ein optisches oder akustisches Signal.

11. Hydraulisches Wegeventil nach Anspruch 8 oder 9 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
in der Stromsteuereinrichtung (25) sind die Abweichungen, die als Fehlermeldung signalisiert werden sollen, als Grenzwerte eingespeichert.

12. Hydraulisches Wegeventil nach einem der Ansprüche 8 bis 11 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
durch die Stromsteuereinrichtung wird der Stromverlauf des Magneten während des Schaltvorgangs gemessen und das Erreichen der Schaltstellung erfaßt;
der Strom wird sodann noch einmal im wesentlichen auf das bis dahin erreichte Maß erhöht und sodann auf das zum Halten der Schaltstellung erforderliche Maß abgesenkt.

13. Hydraulisches Wegeventil nach Anspruch 11 mit den kennzeichnenden Merkmalen:
der Ventilkolben ist in mehreren auf einander folgenden Schaltstufen schaltbar;
der Strom wird nach Erreichen der letzten Schaltstufe noch einmal im wesentlichen auf das bis dahin erreichte höchste Maß erhöht und sodann auf das zum Halten der letzten Schaltstufe erforderliche Maß abgesenkt.