DE4244581A1 - Elektromagnetisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventile und elek­ trohydraulische Anwendungen nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Bekannte Betätigungsvorrichtungen dieser Art umfassen einen Elektromagneten mit einer Spule, die in einem Gehäuse aus magnetischem Werkstoff untergebracht ist und ein Magnetfeld zur Betätigung eines beweglichen Ankers erzeugt, der eben­ falls aus magnetischem Werkstoff gefertigt ist. Der Anker betätigt dabei direkt oder indirekt ein Steuerelement, ins­ besondere ein Element zur Steuerung der Richtung, des Druckes oder des Durchsatzes eines Mediums, beispielsweise ei­ nen Ventilschieber, einen Ventilpfropfen usw.

Eine Vorrichtung dieser Art, angewandt bei einem Ventil ist beispielsweise aus der US-PS 3 945 399 bekannt.

Die verschiedenen Positionen des beweglichen Ankers bestim­ men die verschiedenen hydraulischen Verbindungen, die durch das Steuerelement an den Ventilöffnungen gegeben sind, so­ wie die relative Richtungs-, Druck- oder Durchsatzsteuerung in Abhängigkeit bekannter Verbindungsschemata.

Die bekannten Ventile sind in ihrem Aufbau im allgemeinen komplex, sie arbeiten insbesondere relativ langsam, und zwar manchmal im Hinblick auf die auszuübende, elementare Funktion übermäßig langsam.

In dieser Hinsicht umfaßt ein typisches Ventil dieser Art in Längsrichtung aufeinander folgend den beweglichen Anker, den dazu relativ ortsfesten Gegenanker, einen von dem be­ weglichen Anker betätigten Stößer, das eigentliche, von dem Stößer betätigte Element zur Steuerung der Richtung, des Druckes oder des Durchsatzes des Mediums sowie normalerwei­ se auch eine am Ende angeordnete, elastische Rückholfeder, die auf das Steuerelement einwirkt. Wenn das Steuerelement in Form mehr als eines Ventilpfropfens unterschiedlicher Gestalten und/oder Konstruktionen vorliegt, nimmt die kon­ struktive Komplexität des Ventils noch zu, und zwar auf­ grund der Anwesenheit weiterer mechanischer Komponenten und der Notwendigkeit, Sitze und Aussparungen bereitzustellen, welche die Gehäuse für zusätzliche Steuer- und Regulierele­ mente bilden.

In diesen und vielen anderen Fällen ist eine Präzisionsbe­ arbeitung erforderlich, um eine korrekte Positionierung und Ausrichtung der sich bewegenden Elemente mit geringer Gleitreibung zu gewährleisten.

Es ist offensichtlich, daß eine große Anzahl sich bewegen­ der Elemente und die Masse jedes Elementes im allgemeinen das dynamische Ansprechverhalten solcher Betätigungsvor­ richtungen begrenzt, was vollständig im Gegensatz zu den Steuererfordernissen moderner Servosysteme steht, die ein hohes dynamisches Ansprechverhalten verlangen, das durch ein Ansprechen bei Frequenzen in der Größenordnung von 50 bis 100 Hz gekennzeichnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektromag­ netisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung zu vermitteln, insbesondere für Ventile und elektrohydraulische Anwendun­ gen, die im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen dieser Art von einfacher Konstruktion und kompakter Konfiguration ist, nur kleine sich bewegende Massen aufweist und so zu einem hohen elektrischen und mechanischen Wirkungsgrad mit raschem Ansprechen, insbesondere auch zu einem periodischen Ansprechen mit relativ hoher Frequenz führt.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen gelöst durch eine elek­ tromagnetisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung, insbeson­ dere für Ventile und elektrohydraulische Anwendungen, mit einem Gehäuse aus magnetischem Werkstoff, einer Spule in diesem Gehäuse, einem beweglichen Anker, ebenfalls aus mag­ netischem Werkstoff, der in Abhängigkeit von dem durch die Spule erzeugten Magnetfeld wenigstens zwei Positionen ein­ nehmen kann, um so die Richtung und/oder den Druck und/oder den Durchsatz eines Mediums zu steuern oder ein Steuerele­ ment zu betätigen, wobei der bewegliche Anker gleitver­ schieblich in einem Sitz innerhalb eines ortsfesten Füh­ rungskörpers aus magnetischem Werkstoff untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anker gleitver­ schieblich mit einer ortsfesten Führung verbunden ist, wo­ bei wenigstens diese ortsfeste Führung wenigstens einen Durchlaß zur Steuerung der Richtung und/oder des Druckes und/oder des Durchsatzes des Mediums oder zur Betätigung des Steuerelementes aufweist.

Bei einer auf diese Weise ausgestalteten Vorrichtung kann der in oder auf einer ortsfesten Führung gleitbare Anker selbst das Steuerelement eines Ventils in Verbindung mit der Führung zur Steuerung der Richtung, des Druckes und/ oder des Durchsatzes eines Mediums sein, wodurch sich die Anzahl der Bestandteile reduziert und die Struktur und die Konfiguration des Ventils vereinfacht. Der bewegliche Anker kann im wesentlichen hohl ausgebildet und in seinem Inneren gleitverschieblich auf einem ortsfesten Stift geführt sein, welcher die genannte ortsfeste Führung bildet. Der hohle, sich bewegende Anker kann direkt auf ein Steuerelement wir­ ken, das auf dem Stift beweglich ist und am Anker im Inne­ ren seines Hohlraumes angreift. Der bewegliche Anker kann vorteilhafterweise von minimaler Masse sein, ein Ansprechen mit hoher Frequenz bei einer kleinen elektromagnetischen Kraft erlauben und erfordert daher nur eine kleine elektri­ sche Leistung. Der hohle, auf einem Stift kleinen Durchmes­ sers geführte Anker ist gegenüber Verunreinigungen weniger empfindlich und ist daher auf die Dauer von größerer Zuver­ lässigkeit. Die Tatsache, daß der Anker mit der Führung verbunden ist, bedeutet, daß durch einfaches Ersetzen des einen und/oder des anderen durch einen Anker und/oder eine Führung mit unterschiedlicher Ausbildung von inneren Durch­ lässen verschiedene Ventilausführungen und Ventilfunktionen erreichbar sind, beispielsweise Druckregulierventile, Maxi­ maldruckventile, Proportionalventile, Mehrwegventile, etc.

Die geringe erforderliche elektrische Leistung bedeutet, daß die elektronischen Steuersysteme direkt auf dem Ventil untergebracht werden, da keine auf dem Joule-Effekt beru­ henden Heizprobleme auftreten. Dies heißt, daß Modulen oder Bausteine hergestellt werden können, welche die elektromag­ netisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung und deren elek­ tronischen Steuerteil enthalten, insbesondere basierend auf einem Positionswandler verbunden mit dem Steuerelement oder mit dem Betätigungselement selbst, das seinerseits mit dem Steuerelement zur Steuerung der Richtung und/oder des Druckes und/oder des Durchsatzes des Mediums verbunden ist. Ei­ ne hochpräzise mechanische Bearbeitung und/oder spezifische Oberflächenendbearbeitungen sind nicht erforderlich.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeich­ nung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer er­ sten Ausführungsform einer Betäti­ gungsvorrichtung, angewandt bei einem Ventil;

Fig. 1a das konventionelle Symbol des Ven­ tils aus Fig. 1;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform, wiederum ange­ wandt bei einem Ventil;

Fig. 2a das herkömmliche Symbol des Ven­ tils aus Fig. 2;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3a das konventionelle Symbol des Ven­ tils aus Fig. 3;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Betätigungsvorrichtung;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform;

Fig. 5a das herkömmliche Symbol des Ven­ tils aus Fig. 5;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 7, 8 und 9: schematisch mögliche Anwendungen einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung;

Fig. 10 eine Weiterentwicklung des Ven­ tilbausteins aus Fig. 7;

Fig. 11 die Anwendung des Ventilbausteins aus Fig. 10 bei einem Richtungs­ steuerventil;

Fig. 11a das herkömmliche Symbol des Rich­ tungssteuerventils aus Fig. 10;

Fig. 12 eine Abwandlung der Vorrichtung aus Fig. 10, die bei Anwendung auf den Ventilbaustein aus Fig. 11 besonders brauchbar ist;

Fig. 13 eine weitere mögliche Anwendung des Ventilbausteins aus Fig. 10 und

Fig. 14 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfaßt eine elektromag­ netisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung 1, die insbeson­ dere, jedoch nicht ausschließlich, für Ventile und andere elektrohydraulische Anwendungen bestimmt ist, eine Spule 2, die in einem Gehäuse aus magnetischem Werkstoff unterge­ bracht ist, sowie einen Anker 3 aus magnetischem Werkstoff, der zwischen wenigstens zwei Positionen in Abhängigkeit von dem durch die Spule 2 erzeugten Magnetfeld beweglich ist. Die Spule 2 ist über nicht dargestellte Leitungen mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden.

Das Gehäuse besteht aus einem Führungskörper 4 aus magneti­ schem Werkstoff, auf dessen Außenseite die Spule 2 unterge­ bracht ist. Der Führungskörper 4 umfaßt im wesentlichen ei­ nen zylindrischen Abschnitt 5, auf dessen Innenseite sich ein axial gerichteter Sitz 6 befindet, in welchem der be­ wegliche Anker 3 gleitverschieblich ist. Ein oder mehrere Drucklager 7 aus magnetischem Werkstoff umgeben den zylin­ drischen Abschnitt 5 in der Nähe von dessen Enden. Ein Ge­ häuse 8, ebenfalls aus magnetischem Werkstoff, schließt seitlich den magnetischen Strom auf der Außenseite der Spu­ le 2. Ein Deckel 9, der einen Anschlag für den beweglichen Anker 3 in dessen Ruhestellung bilden kann, ist mit Hilfe nicht dargestellter Mittel am Gehäuse der Spule 2 unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Abdichtelementes 10 befestigt. Die Elemente 4, 7 und 8 sind durch nicht darge­ stellte Mittel zusammengehalten.

Der Anker 3 ist mit Spielraum innerhalb des Sitzes 6 gleit­ verschieblich, der eine Länge aufweist, die wenigstens gleich dem Laufweg des Ankers 3 ist. Der Anker 3 wird unter dem Einfluß des von der Spule 2 erzeugten Magnetfeldes ent­ weder zur Basis des Sitzes 6 hin oder zum Deckel 9 hin ge­ zogen, und zwar gegen eine entgegengesetzt gerichtete Kraft, wie weiter unten noch näher erläutert. Der Anker ist vorzugsweise von im wesentlichen hohler Gestalt und ist gleitverschieblich auf oder in einer ortsfesten Führung ge­ führt, insbesondere einem ortsfesten Stift 11, vorzugsweise aus magnetischem Werkstoff. Wie aus der Zeichnung ersicht­ lich, hat der Anker 3 im wesentlichen die Form eines umge­ kehrten Bechers, der inwendig auf demjenigen Teil des Stif­ tes 11 gleitbar ist, der in den Sitz 6 eindringt. Der Stift 11 durchdringt den Führungskörper 4 und ist in diesem fi­ xiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist er in den Körper 4 unter Druck eingepaßt.

Einsätze 12 aus unmagnetischem Material sind vorteilhafter­ weise in dem zylindrischen Abschnitt 5 angeordnet, um den magnetischen Flug so abzulenken, daß der Fluß, der dicht am Anker 3 liegt, gesteigert wird, um so die magnetische An­ ziehungswirkung auf den Anker 3 zu erhöhen. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Vorrichtung 1 von einfachem Aufbau und kompakter Konfiguration. Insbesondere hat der sich bewegende Anker 3 eine minimale Masse und bietet wenig Reibung, was in einem hohen elektrischen und mechanischen Wirkungsgrad resultiert, wobei nur wenig elektrische Betä­ tigungskraft verbraucht wird.

Bei den in den Fig. 1, 2, 3 und 5 dargestellten Ausfüh­ rungsformen wird die Betätigungsvorrichtung 1 zusammen mit Ventilen eingesetzt, in welchem Falle wenigstens der als ortsfeste Führung dienende Stift 11 wenigstens einen Durch­ laß zur Steuerung der Richtung und/oder des Druckes und/ oder des Durchsatzes eines Mediums im Zusammenwirken mit dem beweglichen Anker 3 hat. Der Anker 3 umfaßt vorzugswei­ se eine ringförmige Aussparung 13 in derjenigen Wand, die auf dem Stift 11 gleitet, so daß Mediumdurchlässe geöffnet oder geschlossen werden, wenn sich der Anker 3 in einer seiner verschiedenen Positionen befindet, wie im einzelnen nachstehend noch erläutert werden wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wirkt der Stift 11 als Verteiler und umfaßt einen ersten längsweise gerichte­ ten Kanal 14, der sich in einen ersten Querkanal 15 öffnet, sowie einen zweiten längsverlaufenden Kanal 16, der sich in einen zweiten Querkanal 17 öffnet. Der Kanal 14 kann bei­ spielsweise mit einer Druckmediumquelle und der Kanal 16 mit einem Verbraucher verbunden werden. Der Führungskörper 4 umfaßt einen Kanal 18, der den Sitz 6 mit der Außenseite, beispielsweise einem Auslaß zu einem Sumpf oder Druckme­ diumreservoir verbindet. Die Größe der Aussparung 13 in Axialrichtung ist derart, daß sie die beiden Kanäle 15 und 17 miteinander verbinden kann.

In der dargestellten Position, bei der sich der Anker 3 in Ruhestellung befindet, schließt das Ventil zur Druckmedium­ quelle hin und verbindet den Verbraucher mit dem Ausström­ auslaß. Bei elektrischer Erregung der Spule 2 verschiebt sich der Anker 3 so lange, bis er gegen den Boden des Sit­ zes 6 anschlägt, in welcher Lage die ringförmige Aussparung 13 nunmehr die Druckmediumquelle mit dem Verbraucher ver­ bindet, während der Anker 3 die Verbindung 18 zur Ausström­ öffnung hin verschließt. Vorteilhafterweise definiert der Stift 11 zusammen mit der Innenseite eines Hohlraums 19 im Anker 3 eine Kammer, in der eine Feder 20 untergebracht ist, welche der Bewegung des Ankers 3 entgegenwirkt, wenn dieser unter der Wirkung des von der Spule 2 erzeugten Mag­ netfeldes steht. Die Feder 20 ist zwischen einer Stufe 21 auf dem Stift 11 und der Basis des Hohlraums 19 im Anker 3 angeordnet.

Weiterhin weist der Stift 11 bei der Ausführungsform der Fig. 1 in seinem Endabschnitt, der in den Hohlraum 19 des Ankers 3 eintritt, einen axialen Hohlraum 22 auf, wobei der axiale Hohlraum 22 gleitbar einen Kolben 23 aufnimmt, der an seiner einen Stirnseite am Anker 3 angreift und an sei­ ner anderen Stirnseite zusammen mit der Basis des axialen Hohlraums 22 eine Kammer bildet, die über einen Kanal 24 mit dem Querkanal 17 verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Druckreduzierventil gebildet, da der Bewegung des An­ kers 3 nicht nur durch die Feder 20 sondern auch durch den auf den Kolben 23 wirkenden Druck entgegengewirkt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Position des Ankers 3, um so den Mediumdurchtritt zu drosseln und eine Gleichgewichtsbe­ dingung herzustellen, der den Verbraucher mit einem Druck versieht, der geringer als derjenige der Druckmediumquelle ist. Die Fig. 1a gibt symbolisch das in Fig. 1 darge­ stellte Druckreduzierventil wieder.

Die Ausführungsform in Fig. 2 unterscheidet sich von der­ jenigen der Fig. 1 lediglich durch eine unterschiedliche Anordnung der Durchlässe im Stift 11 und im Anker 3. Der Stift 11 umfaßt einen einzigen längsgerichteten Kanal 14 und einen einzigen Querkanal 15, der mit dem Kanal 14 sowie mit einem Kanal 25 verbunden ist, der zu dem axialen Hohl­ raum 22 im Stift 11 führt. Der Anker 3 umfaßt wiederum eine ringförmige Aussparung 13 sowie einen Kanal 26, der an sei­ nem einen Ende mit dem Hohlraum 19 und an seinem anderen Ende mit dem Sitz 6 und infolgedessen mit dem Auslaßkanal 18 verbunden ist. Diese Ausführungsform stellt ein Maximal­ druckventil dar, bei dem sich die Auslaßöffnung öffnet, wenn ein vorgegebener Druck überschritten wird. Das Schema der Fig. 2a symbolisiert diesen Ventiltyp.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist der Stift 11 keinen axialen Hohlraum 22, keinen Kolben 23 und keinen Ka­ nal 24 auf. Im übrigen ist diese Ausführungsform mit der ge­ mäß Fig. 1 identisch. Im Ergebnis ergibt sich bei der Aus­ führungsform nach Fig. 3 ein Drei-Wege-Richtungssteue­ rungsventil, wie das Schema der Fig. 3a zeigt.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung hervorgeht, lassen sich durch Beibehaltung der gleichen Basisstruktur und Än­ derung lediglich weniger Elemente verschiedene Typen von Richtungs-, Druck- oder Durchsatzsteuerventilen herstellen, wobei die charakteristischen Eigenschaften der Betätigungs­ vorrichtungen gemäß der Erfindung jedesmal beibehalten wer­ den.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 weist der Stift 11 ei­ nen einzigen axialen Durchlaßkanal 14 auf, in dem ein stan­ genförmiges Steuerelement 27 axial gleitverschieblich ist, das seinerseits an einem Stirnende am beweglichen Anker 3 anliegt und an seinem gegenüberliegenden Stirnende einer entgegengesetzt wirkenden, durch den Pfeil F angegebenen Kraft unterworfen ist. Auf diese Weise wird eine Ein-Aus- Vorrichtung oder eine proportionale Betätigungsvorrichtung geschaffen, bei welcher der bewegliche Anker 3 direkt das Steuerelement 27 betätigt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 umfaßt der Stift 11 die Kanäle 14 bis 17 wie in Fig. 1 und 3, jedoch ist die Stufe 21 nicht vorhanden. Der Führungskörper 4 dringt teil­ weise in den Deckel 9 ein, und die Rückholfeder 20 liegt außerhalb des Ankers 3, nämlich zwischen dem Deckel 9 und dem Anker 3. Der magnetische Kreis wird so gebildet, daß der bewegliche Anker zum Deckel 9 hingezogen wird, wenn die Spule 2 stromdurchflossen ist, und zwar gegen die Wirkung der Feder 20. Der Anker 3 umfalt einen durchgehenden, längsweise verlaufenden Kanal 35, der sich von einem Ende des Ankers 3 bis zum anderen erstreckt und kontinuierlich in die ringförmige Aussparung 13 übergeht. Dasjenige Ende des Ankers 3, das dem Deckel 9 benachbart ist, umfaßt eine Bohrung 36, welche das Innere des Sitzes 6 ständig mit dem Hohlraum 19 im Inneren des hohlen Ankers 3 verbindet. Die Kanäle 16 und 18, die mit dem Verbraucher beziehungsweise dem Auslaß verbunden sind, sind nun im Vergleich mit den entsprechenden Kanälen der Ausführungsformen aus Fig. 1 und 3 umgekehrt.

Auf diese Weise wird ein Druckreduzierventil gebildet, wie symbolisch durch das herkömmliche Schema der Fig. 5a ange­ geben. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist sowohl unter konstruktiven als auch funktionellen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wirkt der bewegliche Anker 3 wiederum gegen die entgegengesetzt gerichtete Feder 20, die außerhalb des Ankers 3 zwischen diesem und dem Deckel 9 angeordnet ist. Der Anker 3 ist starr mit dem stan­ genähnlichen Steuerelement 27 verbunden, das gleitbar in dem ortsfesten Stift 11 geführt ist, während der Anker 3 wiederum vom Stift 11 geführt wird. Bei dieser Ausführung ist die in Fig. 4 durch den Pfeil F angegebene, entgegen­ gesetzt wirkende Kraft nicht erforderlich. Das Steuerele­ ment 27 kann in passender Weise mit einem Gleitelement oder einem anderen beweglichen Glied verbunden werden, um auf dieses die von dem Anker aufgrund des von der Spule 2 er­ zeugten Magnetfeldes hervorgerufene Bewegung zu übertragen.

Aus der Beschreibung ergibt sich, daß eine Vorrichtung ge­ mäß der Erfindung ein Ansprechen mit hoher Frequenz in der Größenordnung von 100 Hz oder mehr ermöglicht, und zwar mit kleiner elektromagnetischer und kleiner Federkraft, und zwar aufgrund der minimalen Masse des sich bewegenden An­ kers 3, die bei Miniaturausführungsformen lediglich einige Gramm zu betragen braucht.

Die innere Führung des Ankers 3 auf dem Stift 11, der einen kleinen Durchmesser hat, und der Spielraum zwischen dem An­ ker 3 und dem zylindrischen Abschnitt 5 führen zu niedriger Reibung und geringerer Empfindlichkeit gegenüber im Druck­ medium anwesender Verunreinigungen.

Die erforderliche elektrische Leistung beträgt nur wenige Watt, was zu einem niedrigen Verbrauch elektrischer Energie und weniger Erwärmung führt, so daß es möglich ist, die Steuerelektronik direkt auf dem Ventil unterzubringen, wie beispielsweise in Fig. 7 dargestellt, in welcher das Be­ zugszeichen 28 das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 versehene Ventil bezeichnet. 29 ist die miniaturisierte Steuerelektronik für das Ventil 28 und 30 ein Positions­ wandler mit einem beweglichen Glied 31, das mit der zu steuernden Betätigungsvorrichtung verbunden wird. Das Posi­ tionssignal des beweglichen Gliedes 31 wird in den elektro­ nischen Teil 29 eingespeist, welcher die Leistung und Demo­ dulation für den Wandler ermittelt und als Schnittstelle mit dem zentralen Steuersystem wirkt. All dies kann als ex­ trem kleine Konstruktion von geringem Gewicht ausgebildet werden. Auf diese Weise lassen sich Bausteine oder Modulen in Gestalt selbstgesteuerter elektrohydraulischer Ventile herstellen, bei denen der Betrieb durch einfache Signalmo­ dulation steuerbar ist.

Ein Ventil zusammen mit einer Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung kann in vorteilhafter Weise auch als Servoventil für Ventile oder Ventilstufen zur Steuerung beträchtlicher hy­ draulischer Leistungen eingesetzt werden, wie beispielswei­ se in Fig. 8 dargestellt. Dort steuert ein Ventil 28, das mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung versehen ist, eine Stufe 32, die einen Schieber oder Ventilpfropfen großer Dimension einschließt. Diese werden durch den vom Ventil 28 erzeugten Servodruck positioniert. Eine hydrauli­ sche Kraftübersetzung von 1 : 100 kann auf diese Weise er­ reicht werden.

Die Fig. 9 zeigt eine Anwendung ähnlich derjenigen aus Fi­ gur 8, jedoch mit einer dritten Stufe 33, die einen beweg­ lichen Ventilpfropfen 34 umfaßt. Dieser wird durch den Druck des Mediums der zweiten Stufe 32 gesteuert. Auf diese Weise lassen sich hydraulische Übersetzungen bis zu 1 : 1000 erreichen und es können Leistungen bis zu mehr als 100 kW gesteuert werden.

Die Fig. 10 zeigt einen Ventilmodul oder Ventilbaustein, der von dem Baustein der Fig. 7 abgeleitet ist. Der Kanal 16 des Ventils 28 ist über einen Kanal 16a mit einer Ar­ beitskammer 37 verbunden. Dieser Kanal und diese Kammer sind innerhalb des Bausteins oder Blocks vorgesehen, der auch das Ventil 28 enthält. Das in die Kammer 37 eingelei­ tete Druckmedium wirkt auf einen Kolben 38, mit dem das sich bewegende Element 31 des Positionswandlers 30 im Inne­ ren der Einheit verbunden ist. Der Kolben 38, der innerhalb des Blockes gleitverschieblich ist und über den Block hin­ aus vorsteht, wirkt als ein Übertragungs- oder Steuerglied für die Bewegung eines Ventilgleitelementes, Stößers oder Übertragungsstößels, wie beispielsweise in Fig. 8, 9 und 11 angegeben. Eine Feder 39 definiert die Ruheposition des Kolbens 38, wenn dieser nicht betätigt ist.

Der Ventilbaustein der Fig. 10 kann, wie beispielsweise in Fig. 11 dargestellt, eingesetzt werden. Der Kolben 38 wirkt auf das Gleitelement 40 eines an sich bekannten Rich­ tungssteuerventils 41 mit zwei oder mehr Positionen. Der Aktion des Kolbens 38 wird durch eine Feder 42 entgegenge­ wirkt. Die Einlaßöffnung des Verteilers 41 ist mit 43, die Auslaßöffnung ist mit 44 bezeichnet. Die Kanäle 45 und 46 sind die Strömungsauslässe zum Verbraucher. Das herkömmli­ che Symbol für das Richtungssteuerventil 41 ist in Fig. 11a dargestellt. Die Verbindungen 47 und 48, die innerhalb des Körpers des Ventil 41 ausgebildet sind, führen zu den Kanälen 14 und 16 des Ventils 28.

Die Fig. 12 zeigt eine Abwandlung des Steuerkolbens 38 mit unterschiedlicher Betriebsweise. Der Kolben 38 umfaßt einen inneren Kanal 49, der von der inneren Basis zur seitlichen Außenfläche verläuft und sich in eine Kammer 50 öffnet, die in den Körper der das Ventil 28 einschließenden Ventilan­ ordnung ausgebildet ist. Mit dem Kolben 38 ist ein Plunger 51 verbunden, der innerhalb der Kammer 50 beweglich und von einer Feder 52 in einer Hub-Endposition gehalten wird, in welcher er an einer Schulter 53 des Kolbens 38 anliegt. Ein Drainagekanal ist durch das Bezugszeichen 54 angedeutet.

Diese Ausführungsform ist insbesondere für eine Anwendung bei einem Richtungssteuerventil wie beispielsweise in Fig. 11 dargestellt, nützlich. Wenn bei diesem letzteren Ventil die elektrische Leistung oder der Druck (oder die Servo­ strömung) zufällig ausfällt, wird das Gleitelement 40 in die Endposition seines Hubes positioniert, und zwar durch die Wirkung der gegenläufig gerichteten Feder 42, so daß eine hydraulische Verbindung zwischen den Richtungssteuer­ ventilöffnungen, die gefährlich oder unerwünscht sein könn­ ten, hergestellt wird.

Wenn bei der Ausführungsform nach Fig. 12 die elektrische Leistung oder der Druck ausfällt, wird das Gleitelement 40 in eine Mittelstellung verbracht, in der die Einspeis- und Verbraucheröffnungen geschlossen oder in einem Zustand sind, in dem keine unerwünschten oder gefährlichen Verbin­ dungen geschaffen werden.

Bei der Abwesenheit eines Servodrucks (eine Situation, die auch infolge eines Ausfalls der elektrischen Spannung am Ventil 28 auftreten kann), wird der Kolben 38 durch den Plunger 51 über die Feder 52 in Endposition gebracht, wo­ durch das Gleitelement 40 in seine zentrale (Sicherheits-) Position bewegt wird.

Wenn Steuerdruck vorhanden ist, wirkt dieser über den inne­ ren Kanal 49 auf den Plunger 51, um die Wirkung der Feder 52 zu überwinden und somit den Plunger 51 in einer Position zu halten, in der er seinen Einfluß nicht länger ausübt.

Die Fig. 13 zeigt einen Ventilbaustein, der das Ventil 28 als eine Betätigungseinheit einschließt, die ihrerseits über den Kolben 38 auf eine an sich bekannte Pumpe 55 vari­ abler Leistung einwirkt, um die Pumpe zu steuern und deren Exzentrizität zu variieren.

Die Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vor­ richtung gemäß der Erfindung, bei welcher der Anker 3 sich in einer Hülse 5 bewegt, die von der Spule 2 umgeben ist. Die Spule 2 ist im Gehäuse 8 untergebracht, das seinerseits vom Deckel 9 verschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Anker 3 mit dem Schieber 56 eines Ventils 57 ver­ bunden, dessen Körper 58 die ortsfeste Führung bildet, mit welcher der Anker 3 über den Schieber 56 gleitverschieblich verbunden ist. Dieser Körper umfaßt auch die Durchlässe zur Steuerung der Mediumrichtung.

Die Rückholfeder 39 liegt außerhalb des Ankers 3 und wirkt auf den Schieber 56, wobei sie in einem Hohlraum 60 inner­ halb des Körpers 56 angeordnet ist. An seinem dem Schieber 56 gegenüberliegenden Ende trägt der Anker 3 starr das sich bewegende Element 31 des linearen Positionswandlers 30. Dies ist insbesondere für eine Servosteuerung des Betriebs nützlich. Der elektronische Teil des Ventils kann in vor­ teilhafter Weise in dem Raum 61 zwischen der Spule 2 und dem Deckel 9 untergebracht werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und funktionale Ausführungsform.

Zahlreiche andere Anwendungsvariationen und hydraulische Anordnungen sind dadurch möglich, daß man die Kanäle in der Führung für den Anker 3 und/oder den Anker selbst entspre­ chend ändert.

Claims (22)

1. Elektromagnetisch gesteuerte Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventile und elektrohydraulische An­ wendungen, mit einem Gehäuse aus magnetischem Werk­ stoff, einer Spule in diesem Gehäuse, einem bewegli­ chen Anker, ebenfalls aus magnetischem Werkstoff, der in Abhängigkeit von dem durch die Spule erzeugten Mag­ netfeld wenigstens zwei Positionen einnehmen kann, um so die Richtung und/oder den Druck und/oder den Durch­ satz eines Mediums zu steuern oder ein Steuerelement zu betätigen, wobei der bewegliche Anker gleitver­ schieblich in einem Sitz innerhalb eines ortsfesten Führungskörpers aus magnetischem Werkstoff unterge­ bracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anker (3) gleitverschieblich mit einer ortsfesten Führung (11) verbunden ist, wobei wenigstens diese ortsfeste Füh­ rung (11) wenigstens einen Durchlaß (14, 16) zur Steu­ erung der Richtung und/oder des Druckes und/oder des Durchsatzes des Mediums oder zur Betätigung des Steu­ erelementes aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) im wesentlichen hohl ausgebildet und auf seiner Innenseite von einem die ortsfeste Führung bildenden, ortsfesten Stift (11) gleitverschieblich geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stift (11) durch den Führungskörper (4) in den Sitz (6) eindringt, wobei der Anker (3) im wesentlichen als ein umgekehrter Becher ausgebildet ist, der auf einem Abschnitt des Stiftes (11) inner­ halb des Sitzes (6) gleitverschieblich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anker (3) in seiner Wand, welche auf dem Stift (11) gleitet, eine ringförmige Aussparung (13) aufweist, und der Stift (11) eine Mehrzahl von Durchlässen (14, 16) umfaßt, welche über die ringför­ mige Aussparung (13) miteinander verbindbar oder durch den sich bewegenden Anker (3) verschließbar sind, je nachdem, in welcher Position sich der Anker (3) befin­ det.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (11) wenigstens einen Durchlaß (16) umfaßt, der mit dem Sitz (6) in Verbindung steht, wobei der Führungs­ körper (4) einen Durchlaß (18) aufweist, der den Sitz mit der Außenseite des Führungsblocks verbindet.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (11) mit dem Inneren des Hohlraums (19) im Anker (3) eine Kammer bildet, die eine Feder (20) aufnimmt, die ihrerseits der Bewegung des Ankers (3) entgegenwirkt, die von der Wirkung des durch die Spule (2) erzeugten Magnetfeldes herrührt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (11) einen axialen Hohlraum (22) in demjenigen Endab­ schnitt aufweist, der in den Hohlraum (19) des Ankers (3) eindringt, wobei in dem axialen Hohlraum (22) ein Kolben (23) gleitverschieblich ist, der zwischen sei­ nem einen Ende und der Basis des axialen Hohlraumes (22) eine Kammer definiert, die mit einem Druckkanal (24) des Stiftes (11) in Verbindung steht, wobei der Kolben (23) an seinem der Kammer (22) abgekehrten Ende am Anker (3) angreift.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) einen Kanal (26) umfaßt, der an einem Ende mit der zwischen dem Hohlraum (22), dem Anker (3) und dem Stift (11) und an seinem anderen Ende mit dem vom Führungskörper (4) definierten Sitz (6) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füh­ rungskörper (4) einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt (5) umfaßt, der in seinem Inneren den Sitz (6) für den Anker (3) bestimmt und auf dessen Außen­ seite die Spule (2) untergebracht ist, und daß am Ende des zylindrischen Abschnitts (5) und auf der Außensei­ te der Spule (2) Elemente (8, 9) aus magnetischem Ma­ terial vorgesehen sind, die den magnetischen Kreis ausbilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im zylindrischen Abschnitt (5) Einsätze (12) aus unmagnetischem Werkstoff zur Ableitung des magneti­ schen Flusses zum Anker (3) hin vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (11) in austauschbarer Weise im Führungskörper (4) fi­ xiert ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (11) einen axialen Durchlaß (14) aufweist, in dem ein stangenähnliches Element (27) axial gleitverschieblich ist, an dem seinerseits der Anker (3) angreift.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anker (3) gegen die Wirkung einer Rückholfeder (20) bewegt, die auf der Außenseite des Ankers (3) angeord­ net ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (3) einen durchgehenden, längsweise ver­ laufenden Kanal (35) aufweist, der mit einer auf der Innenseite des Ankers (3) vorgesehenen, ringförmigen Aussparung (13) in Verbindung steht und so angeordnet ist, daß er Kanäle des Stiftes (11) miteinander ver­ bindet, und daß der Anker (3) an seiner Basis weiter­ hin eine Öffnung (36) aufweist, die den Sitz des An­ kers ständig mit dem inneren Hohlraum (19) des Ankers verbindet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anker (3) gegen die Wirkung einer Rückholfeder (20) verschieblich ist, die außerhalb des Ankers (3) angeordnet ist, wobei der Anker (3) starr mit einem stangenähnlichen Steuerelement (27) verbun­ den ist, das gleitverschieblich in der ortsfesten Füh­ rung (11) geführt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (20) zwischen dem Anker (3) und einem Deckel (9) eines Spulengehäuseauf­ baus angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ei­ nem Block enthalten ist, der einen durch die Vorrich­ tung steuerbaren Kanal enthält und mit einer in dem Block ausgebildeten Kammer verbunden ist, wobei in dem Block ein Kolben (31, 38) gleitverschieblich ist, der über den Block hinaus vorsteht und durch ein Medium betätigt wird, das durch die Vorrichtung in die Kammer einleitbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (38) mit dem verschieblichen Element eines Positionswandlers verbunden ist, wobei der Wand­ ler elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden ist, die ihrerseits so angeordnet ist, daß sie die Spule (2) auf der Basis eines Positionssignals des Wandlers betätigt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wandler und die elektronische Ein­ heit beide in dem die Vorrichtung enthaltenden Block enthalten sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (38) betriebsmäßig mit einem Schieber oder einem Ventilpfropfen eines Richtungssteuerventils verbunden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (38) einen inneren Kanal (49) aufweist, der sich von der inneren Basis zur Seitenfläche des Kolbens erstreckt, wo er sich in eine Kammer öffnet, in der sich ein Plunger (51) bewegt, der seinerseits äußerlich mit dem Kolben (38) verbunden ist und einer entgegengesetzt wirkenden elastischen Kraft (52) un­ terliegt, wobei der Plunger an einer Schulter (53) des Kolbens (38) unter der entgegengesetzt wirkenden Kraft angreift, wenn in der Kammer kein Druck herrscht, um so den Kolben in eine Stellung zu verschieben, in wel­ cher der Schieber oder Pfropfen des Richtungssteuer­ ventils in einer Sicherheitsposition ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (38) betriebsmäßig mit einer Pumpe (55) variabler Leistung verbunden ist, um deren Exzentrizität zu steuern und zu verän­ dern.