DE10110174A1

DE10110174A1 - Schaltventil

Info

Publication number: DE10110174A1
Application number: DE2001110174
Authority: DE
Inventors: Rene Schulz; Olaf Ohligschlaeger
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Ein Schaltventil mit in einer Ventilhülse angeordnetem Ventilschieber, dem ein Elektromagnet zugeordnet ist, der den Ventilschieber anzutreiben vermag, und dem weiterhin eine Rückstellfeder zugeordnet ist, wobei die Ventilhülse einen Pumpenanschluß, einen Tankanschluß und einen Arbeitsanschluß aufweist, soll so verbessert werden, dass das Schaltventil für große Durchflussleistungen und für große Druckdifferenzen so ausgestaltet wird, dass trotz Verwendung kleiner Elektromagnete sehr schnelle Schaltzeiten erreicht werden. Dazu wird vorgeschlagen, daß der Ventilschieber im Bereich des Tankanschlusses eine Bypass aufweist, über den Druckmittel einer die Rückstellfeder in der Rückstellkraft unterstützenden Kolben-Zylinder-Einheit zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil mit in einer Ventilhülse angeordnetem Ventil schieber, dem ein Elektromagnet zugeordnet ist, der den Ventilschieber anzutrei ben vermag, und dem weiterhin eine Rückstellfeder zugeordnet ist, wobei die Ventilhülse einen Pumpenanschluß, einen Tankanschluß und einen Arbeitsan schluß aufweist.

Derartige Schaltventile sind als 3/2-Wege-Hydraulik-Ventile bekannt. Sie werden z. B. dazu eingesetzt, Arbeitszylinder mit Druckmittel zu versorgen. Sollen derarti ge Arbeitszylinder schnell arbeiten, so müssen die Schaltventile auch bei großen Durchflußleistungen von mindestens 40 l/min und bei Druckdifferenzen von mehr als 50 bar sicher und schnell schalten. Die Strömungskräfte in den Schaltventilen, die den Schaltkräften z. B. der Rückstellfeder entgegenwirken, bewirken jedoch, daß sich unvorteilhaft hohe Schaltkräfte ergeben. Kommen die Strömungskräfte in den Bereich der Kräfte der Rückstellfeder, so ergeben sich langsame Schaltzeiten. Die Schaltzeiten lassen sich z. B. durch Verstärkung der Rückstellfeder beschleu nigen. Da jedoch der Elektromagnet beim Vorschiebevorgang auch gegen die Rückstellfeder arbeiten muß, muß wiederum nachteilig auch der Elektromagnet stärker und damit größer ausgelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltventil für große Durchflußlei stungen und für Druckdifferenzen von mehr als 50 bar so auszugestalten, daß trotz Verwendung kleiner Elektromagnete sehr schnelle Schaltzeiten erreicht wer den.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilschieber im Bereich des Tank anschlusses einen Bypass aufweist, über den Druckmittel einer die Rückstellfeder in der Rückstellkraft unterstützenden Kolben-Zylinder-Einheit zuführbar ist.

Sobald der Magnet stromlos geschaltet wird, bewirkt die Rückstellfeder, dass die Ventilhülse zurückgeschoben wird. Dabei wird der Pumpenanschluß gesperrt und der Arbeitsanschluß mit dem Tankanschluß verbunden, so dass das Druckmittel aus dem Arbeitszylinder in den Tank gelangen kann. Bei den geforderten großen Durchflußleistungen bewirkt das Strömen des Druckmediums vom Arbeitsan schluß zum Tank durch das zunächst kaum offene Schaltventil an den Steuer kanten starke Strömungskräfte, die den Rückstellkräften der Rückstellfeder entge genwirken. Gleichzeitig baut sich jedoch am Tankanschluß ein Druck auf, der sich z. B. aus der Summe des Tankdruckes und der Druckdifferenz über eine Drossel ergibt. Dieser Druck baut sich über den Bypass in der Kolben-Zylinder-Einheit auf. Die Kolben-Zylinder-Einheit bewirkt, dass der Kolben die Rückstellfeder unterstüt zend zurückverschoben wird, so dass sich die Rückstellkräfte vergrößern und da mit die diesen Rückstellkräften entgegenwirkenden Strömungskräfte übersteigen. Ein schnelles Zuschalten des Schaltventils ist damit möglich.

Es hat sich bewährt, dass der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit vom dem Elek tromagneten abgewandten Ende der Ventilhülse und der Kolben vom dem Elek tromagneten abgewandten Ende des Ventilschiebers gebildet wird. Damit wird keine separate Kolben-Zylinder-Einheit notwendig, die jeweils die Masse des Schaltventils vergrößern und dessen Geschwindigkeit dadurch verringern würde.

Wenn die Rückstellfeder im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise ein kompakter Aufbau des Schaltventils.

Es hat sich bewährt, dass die Rückstellfeder einerseits an einer die Ventilhülse am, dem Elektromagneten abgewandten Ende verschließenden Einstellhülse und andererseits an der Stirnfläche des den Kolben bildenden Ventilschiebers abstützt. Über die Einstellhülse läßt sich die Rückstellkraft der Feder optimal justieren. Au ßerdem kann man bei ausgeschraubter Einstellhülse leicht an den Ventilschieber gelangen.

Von Vorteil ist, wenn der Bypass im Ventilschieber angeordnet ist, wobei die ra diale Bohrung im Bereich einer in der Ventilhülse angeordneten Umfangsnut im Tankanschlußbereich endet.

Damit das Schaltventil möglichst schnell schaltet, wird nach Anspruch 8 vorge schlagen, die Steuerkanten im Bereich des Pumpenanschlusses und des Tankan schlusses so zueinander anzuordnen, dass bei negativer Überdeckung der Steu erkanten sich die Strömungskräfte im Betrieb im wesentlichen kompensieren, oh ne daß der Medienstrom vom Pumpenanschluß zum Tankanschluß einen vorge gebenen Grenzwert übersteigt. Damit werden nur kleine Kräfte notwendig, wo durch sich die Schaltzeiten verringern lassen.

Auch den Anker des Elektromagneten mit Druckausgleichsbohrungen zu versehen und/oder den Anker mindestens eine gewichtsvermindernde Aussparung zu ge ben, dient ebenfalls dazu, die Schaltzeiten zu verkürzen, ohne die Magnetkräfte negativ zu beeinflussen.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Schemadarstellung eines vom erfindungsgemäßen Schaltventil gesteuerten Arbeitszylinders und

Fig. 2 das Schaltventil mit Antriebsmagneten im Schnitt.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Schaltventil 1, bei dem es sich um ein 3/2- Wege-Ventil handelt. Das Schaltventil 1 weist einen Pumpenanschluß 2, einen Arbeitsanschluß 3 und einen Tankanschluß 4 auf. Am Arbeitsanschluß 3 ist der Arbeitszylinder 5 angeschlossen. Das Schaltventil 1 weist zum Antrieb einerseits einen Elektromagneten 6 und andererseits eine Rückstellfeder 7 auf. Das Schalt ventil 1 ist im unbestromten Zustand gezeigt, d. h., die an dem Pumpenanschluß 2 angeschlossene Pumpe 30 ist gesperrt und der Arbeitsanschluß 3 ist über das Schaltventil 1 mit dem Tankanschluß 4 verbunden. Zwischen dem Tankanschluß 4 und dem Tank 29 ist eine in ihrem Durchfluß einstellbare Drossel 28 angeordnet.

Fig. 2 zeigt das mit dem Elektromagneten 6 verbundene Schaltventil 1. Der Elektromagnet 6 besteht aus dem Topf 8, in den die Spule 9, das Joch 10 und der Konus 11 eingesetzt sind. Im Joch 10 und Konus 11 ist der Anker 12 geführt. Der Anker 12 weist eine durchgehende Bohrung 13 auf, über die beim Schalten des Elektromagnets 6 ein Druckausgleich erfolgen kann. Der Anker 12 weist weiterhin ein Sackloch 14 auf, welches die Masse des Ankers 12 verringert und damit die Schaltgeschwindigkeit erhöhe, welches jedoch die wirksame Querschnittsfläche des Ankers 12 und damit seine Kraft nicht negativ beeinflußt.

Das Schaltventil 1 wird von einer Ventilhülse 15 gebildet, in der ein Ventilschieber 16 verschiebbar ist. Der Ventilschieber 16 ist einerseits vom Anker 12 und ande rerseits von der Rückstellfeder 7 beaufschlagbar. Im Bereich des Pumpenan schlusses 2, des Arbeitsanschlusses 3 und des Tankanschlusses 4 weist die Ven tilhülse 15 innen jeweils Ringnute 17, 18, 19 auf, während der Ventilschieber 16 Steuerkanten 20, 21 besitzt, die jeweils aus einem Bereich außerhalb der Ring nute 17, 19 in den Bereich der Ringnute 17, 19 verschiebbar sind.

Im Bereich des Tankanschlusses 4 weist der Ventilschieber 16, der Ringnut 19 gegenüberliegend eine radiale Bohrung 22 auf, die in eine zentrale Sackbohrung 23, mündet. Die Sackbohrung 23 verläuft dabei vom dem Elektromagneten 6 ab gewandten Ende des Ventilschiebers 16 bis zur radialen Bohrung 22, so dass da durch ein Bypass 24 entsteht, über den Druckmittel aus dem Tankanschlußbe reich an das dem Elektromagneten 6 abgewandten Ende des Ventilschiebers 16 gelangt, der hier zusammen mit der Ventilhülse 15 und einer Einstellhülse 25 eine Kolben-Zylinder-Einheit 26 bildet. In der Kolben-Zylinder-Einheit 26 ist die Rück stellfeder 7 angeordnet.

Im Bereich der Ringnut 18 des Arbeitsanschlusses 3 weist der Ventilschieber 16 eine Doppelkegelform 27 auf, die während des Rückschiebevorgangs zusätzlich kompensierende Strömungskräfte erzeugt.

Beim Rückschalten des Schaltventils 1 wird der Ventilschieber 16 durch die Rück stellfeder 7 in Richtung auf den Elektromagneten 6 verschoben. Dabei wird der Pumpenanschluß 2 von der Steuerkante 20 des Ventilschiebers 16 abgesperrt. Kurz darauf schiebt sich die Steuerkante 21 des Ventilschiebers 16 über die Kante der Ringnut 19 hinaus, so dass vom Arbeitsanschluß 3 ein Medienstrom zum Tankanschluß 4 erfolgen kann. Durch den sich zurückbewegenden Arbeitszylinder 5 herrscht zunächst am Arbeitsanschluß 4 ein großer Druck, der an der Steuer kante 21 eine Strömungskraft bewirkt, die entgegen der Kraft der Rückstellfeder 7 wirkt.

Das in der Ringnut 19 des Tankanschlusses 4 gelangende Druckmedium teilt sich entsprechend den vorgegebenen Querschnitten, vorzugsweise des einstellbaren Querschnittes der Drossel 28, sowohl in einen Strom, der in den Tank 29 strömt als auch in einen Strom, der über den Bypass 24 in die Kolben-Zylinder-Einheit 26 gelangt. Durch die zwischen Tank 29 und Tankanschluß 4 angeordnete justiere Drossel 28 läßt sich der Druck in der Kolben-Zylinder-Einheit 26 einstellen. Der sich in der Kolben-Zylinder-Einheit 26 aufbauende Druck bewirkt, dass der als Kolben wirkende Ventilschieber 16 in Richtung auf den Elektromagneten 6 ver schoben wird. Damit wird die Kraft der Rückstellfeder 7 unterstützt, die dieser Kraft entgegenwirkende Strömungskraft kann überwunden werden und der Ventilschie ber 16 kann in seine Ausgangsstellung verschoben werden. Dabei läßt der Druck am Arbeitszylinder 5 durch das Abströmen des Druckmediums in den Tank 29 nach. Beim nächsten Arbeitshub des Elektromagneten 6 ist die Kolben-Zylinder- Einheit 26 bereits drucklos, so dass diese Kolben-Zylinder-Einheit 26 dem Elek tromagneten 6 keine Kraft mehr entgegensetzt. Der Elektromagnet 6 muss ledig lich gegen die Kraft der Rückstellfeder 7 anarbeiten.

Bezugszeichenübersicht

1

Schaltventil

2

Pumpenanschluß

3

Arbeitsanschluß

4

Tankanschluß

5

Arbeitszylinder

6

Elektromagnet

7

Rückstellfeder

8

Topf

9

Spule

10

Joch

11

Konus

12

Anker

13

Bohrung

14

Sackloch

15

Ventilhülse

16

Ventilschieber

17

Ringnut

18

Ringnut

19

Ringnut

20

Steuerkante

21

Steuerkante

22

radiale Bohrung

23

Sackbohrung

24

Bypass

25

Einstellhülse

26

Kolben-Zylinder-Einheit

27

Doppelkegelform

28

Drossel

29

Tank

30

Pumpe

Claims

1. Schaltventil (1) mit in einer Ventilhülse (15) angeordnetem Ventilschieber (16), dem ein Elektromagnet (6) zugeordnet ist, der den Ventilschieber (16) anzutreiben vermag, und dem weiterhin eine Rückstellfeder (7) zugeordnet ist, wobei die Ventilhülse (15) einen Pumpenanschluß (2), einen Tankan schluß (4) und einen Arbeitsanschluß (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (16) im Bereich des Tankanschlusses (4) einen By pass (24) aufweist, über den Druckmittel einer die Rückstellfeder (7) in der Rückstellkraft unterstützenden Kolben-Zylinder-Einheit (26) zuführbar ist.

2. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tank (29) und dem Tankanschluß (4) eine Drossel (28) angeordnet ist.

3. Schaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit (26) vom dem Elektromagne ten (6) abgewandten Ende der Ventilhülse (15) und der Kolben vom dem Elektromagneten (6) abgewandten Ende des Ventilschiebers (16) gebildet wird.

4. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (7) im Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit (26) an geordnet ist.

5. Schaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückstellfeder (7) einerseits an einer die Ventilhülse (15) am, dem Elektromagneten (6) abgewandten Ende verschließenden Einstellhül se (25) und andererseits an der Stirnfläche des den Kolben bildenden Ven tilschiebers (16) abstützt.

6. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (24) von zumindest einer sich von dem Elektromagneten (6) abgewandten Ende des Ventilschiebers (16) im wesentlichen achsparallel verlaufenden Sackbohrung (23) und mindestens einer dazu im wesentlichen lotrecht verlaufenden, in die Sackbohrung (23) mündende Querbohrung besteht.

7. Schaltventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackbohrung (23) von einer zentralen Längsbohrung gebildet ist und es sich bei der Querbohrung um eine radiale Bohrung (22) handelt.

8. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilschieber (16) einerseits eine Steuerkante (20) im Bereich des Pumpenanschlusses (2) der Ventilhülse (15) und andererseits eine Steuer kante (21) im Bereich des Tankanschlusses (4) der Ventilhülse (15) vorge sehen ist und daß die Steuerkanten (20, 21) so zueinander angeordnet sind, daß sie eine negative Überdeckung aufweisen, die gerade so groß ist, daß die Strömungskräfte im Betrieb im wesentlichen kompensiert werden, ohne daß der Medienstrom vom Pumpenanschluß (2) zum Tankanschluß (4) einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

9. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12) des Elektromagneten (6) Druckausgleichs-Bohrungen (13) aufweist.

10. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12) mindestens eine gewichtsvermindernde Aussparung aufweist.