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Die
Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, die mit mindestens einem
Schaltmagneten verbunden ist, mit einem Ventilgehäuse mit
darin angebrachten Fluidanschlußstellen,
wie Pumpen-, Nutz- und Tankanschlüssen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1.
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Dahingehende
Ventilvorrichtungen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen
auf dem Markt frei erhältlich.
In Verbindung mit Schaltmagneten sind sie wichtiger Bestandteil
der sog. Proportionalventil – Technik.
Die dahingehende Technik ist dadurch charakterisiert, dass ein elektrisches
Eingangssignal als Spannung in einem elektronischen Verstärker entsprechend
der Spannungshöhe
in einen elektrischen Strom umgesetzt ist. Proportional zu diesem
elektrischen Strom als Eingangsgröße erzeugt dann ein Proportionalmagnet
als Schaltmagnet die Ausgangsgröße Kraft
oder Weg. Diese Größen Kraft
oder Weg werden als Eingangssignal für das Hydraulikventil eingesetzt
und bedeuten proportional dazu einen bestimmten Volumenstrom oder
einen Druck. Für
den Verbraucher und damit für
das Arbeitselement an der Maschine bedeutet das neben der Beeinflussung
der Richtung die stufenlose Beeinflussung der Geschwindigkeit und
der Kraft. Gleichzeitig kann noch entsprechend dem zeitlichen Verlauf,
z.B. Änderung des
Volumenstromes in der Zeit, die Beschleunigung oder Verzögerung stufenlos
beeinflußt
werden (vgl. Arno Schmitt, Einstieg in die Propor tionalventil – Technik
in „Der
Hydrauliktrainer",
Band 2, Mannesmann-Rexroth
GmbH, 1989). Je nachdem, welche Funktion im Vordergrund steht, also
die Wegefunktion, die Stromfunktion und/oder die Druckfunktion,
findet die Proportionalhydraulik Anwendung bei Wegeventilen, Stromventilen
oder sog. Druckventilen.
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Die
technischen Vorteile der Proportionalventiltechnik liegen in den
kontrollierten Schaltübergängen, der
stufenlosen Steuerung der Sollwerte und der Reduzierung der hydraulischen
Einrichtungen für
bestimmte Steuerungsaufgaben. Ferner sind mit Proportionalventilen
schnelle und exakte Bewegungsabläufe
möglich
bei gleichzeitiger Verbesserung und Genauigkeit der Steuervorgänge. Es
hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannten Ventilvorrichtungslösungen auch
auf dem Gebiet der Proportionalventiltechnik für manche Steuerungsaufgaben, wie
bei doppelt wirkenden hydraulischen Arbeitszylindern, bei denen
unter Vermeidung mechanischer Kopplungsglieder die Ansteuerung für Positionieraufgaben
erfolgt, Wünsche
offen läßt, insbesondere
im Hinblick auf die Funktionssicherheit des Gesamtsystems sowie
des raschen Reagierens.
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Durch
die
DE 43 19 162 A1 ist
eine gattungsgemäße Ventilvorrichtung
bekannt, mit zwei gegenüberliegenden
mit einem Ventilgehäuse
verbundenen Betätigungsmagneten,
mit im Ventilgehäuse
angebrachten Fluidanschlußstellen
in Form mindestens eines Pumpenanschlusses P, mindestens zweier Nutzanschlüsse A, B
und mindestens zweier Tankanschlüsse
T
1, T
2 und mit einem
Ventilkolben, der radiale Vorsprünge
aufweist, die jeweils einer Fluidanschlußstelle A, B, T
1,
T
2 im Ventilgehäuse zuordenbar sind und fluidführenden
Wegen zwischen den Vorsprüngen,
wobei die Vorsprünge
in einer Neutralstellung den Weg zu dem jeweiligen zuordenbaren
Nutzanschluss A, B teilweise oder vollständig versperren, oder wobei
bei freigehal tenen Nutzanschlüssen
A, B der jeweilige Pumpenanschluss P durch den zuordenbaren Vorsprung
vollständig
gesperrt ist. Die bekannte Lösung
betrifft ein Hydraulikventil, das zum Steuern eines hydraulischen
Aktuators in einem System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeuges verwendbar
ist. Bei der bekannten Lösung
ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass etwaige Störeinflussgrößen das hydraulische Ventilsystem
in nachteiliger Weise beeinflussen.
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Durch
die
DE 39 34 287 A1 ist
ein Magnetventil mit einer Steuermagnet-Anordnung bekannt, bei dem der Ventilkolben
zur Ansteuerung eines Pumpen- und Tankanschlusses P, T sowie zweier Nutzanschlüsse A, B
im Sinne einer Merkmalsausgestaltung des kennzeichnenden Teils des
Patentanspruches 1 mit einem am Ventilgehäuse angreifenden Betätigungsmagneten
versehen ist, mit mindestens zwei in axialer Richtung nebeneinander
angeordneten Spuleneinrichtungen, die die Verfahrbarkeit des Ventilkolbens
in beiden gegenläufigen
Richtungen aus einer Neutralstellung heraus ermöglichen. Auch bei dieser bekannten
Lösung
ist nicht ausgeschlossen, dass das Ventilsystem nachteilig beeinflußt wird.
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Durch
die
DE 31 19 445 A1 ist
ein elektro-hydraulisches Steuerventil bekannt, mit einem Hauptgehäuse als
Ventilgehäuse,
das eine Axialbohrung umschließt,
in der ein Ventilglied als Ventilkolben verstellbar ist. Die Enden
des Ventilkolbens bestehen aus magnetisierbarem Material und dem
Gehäuseteil sind
als Betätigungseinrichtungen
Solenoidvorrichtungen an den äußeren Enden
der Axialbohrung zugeordnet, um durch Erregung der einen oder der
anderen Solenoidvorrichtung das Ventilglied in Richtung auf das
eine oder andere Ende der Axialbohrung zu ziehen. Zur Kompensation
von Störeinflußgrößen weist
die dahingehend bekannte Lösung
im Sinne einer weiteren Merkmalsausgestaltung des kennzeichnenden
Teiles des Patentan spruches Druckmelderkolben auf, die den Ventilkolben
an seinen beiden Enden durchgreifen. Trotz der Möglichkeit der Beeinflussung
der Störeinflußgrößen über den
jeweiligen Druckmelderkolben, läßt diese
bekannte Lösung noch
Wünsche
offen, was die vollständige
Kompensation solcher Störungen
betrifft.
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Demgemäß liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ventilvorrichtungen
dahingehend weiter zu verbessern, dass sie in dem genannten Aufgabenbereich
zu verbesserten Ergebnissen führt,
was die Kompensierung von Störeinflußgrößen anbelangt,
insbesondere unter Einbezug einer erhöhten Funktionssicherheit bei
reduzierten Kosten. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Ventilvorrichtung mit
dem Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 der Betätigungsmagnet mit mindestens
zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Spuleneinrichtungen
versehen ist, die die Verfahrbarkeit des Ventilkolbens in beiden
gegenläufigen
Richtungen aus seiner Neutralstellung heraus ermöglichen, dass der Ventilkolben
an seinen beiden Enden von jeweils einem Druckmelderkolben durchgriffen
ist, der sich mit seinem einen Ende jeweils an feststehenden Teilen
(Abschlußdeckel)
des Ventilgehäuses
oder des Betätigungsmagneten
abstützt
und der Druckmelderkolben einen weiteren fluidführenden Kanal im Ventilkolben durchgreift,
der mit dem jeweils zuordenbaren Tankanschluß verbindbar ist, ist eine
Kompensierung von außenwirkenden
Störeinflußgrößen vollständig möglich, da
diese als Rückmeldung über das
hydraulische System an den jeweiligen Druckmelderkolben weiter gegeben
und derart kompensierbar sind. Mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
ist es also möglich,
unmittelbar Steuerbefehle hydraulisch, zeitnah und funktionssicher
weiter zu geben, sowie von außen
kommende Störeinflußgrößen wirksam
zu kompensieren, ohne dass der eigentliche Steuerbefehl hiervon
beeinträchtigt
wäre. Aufgrund
der wenigen Komponenten baut die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung, die nur
einen doppelt wirkenden Betätigungsmagneten,
vorzugsweise Proportionalmagneten benötigt, funktionssicher auf und
ist kostengünstig
in der Herstellung sowie im späteren
Betrieb, auch bezogen auf die Wartung.
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Kommt
es bei einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung,
bedingt durch die Aktivierung des Betätigungsmagneten in einer Richtung,
beispielsweise hervorgerufen durch einen entsprechenden Ausschlag
bei einem Arbeitszylinder, zu einer Verschiebebewegung des Kolbens
in korrespondierender Richtung, vergrößert sich auf der einen Seite
der Teil des freien Querschnittes des Nutzanschlusses A oder B,
der dem Pumpenanschluß P
zugewandt ist, und der weitere Nutzanschluß B bzw. A wird entsprechend
im Querschnitt durch den Vorsprung des Ventilkolbens reduziert, und
zwar wiederum nur auf der Seite, die dem Pumpenanschluß P zugewandt
ist. Entsprechend verringert sich dann das Querschnittsvolumen des
Nutzanschlusses A oder B gegenüber
dem zugeordneten Tankanschluß T1 bzw. T2 bis auf
Null und der zuordenbare Tankanschluß T2 bzw.
T1 wird verstärkt mit aus dem Nutzanschluß B bzw.
A verdrängtem
Fluid versorgt, sofern sich insoweit der Nutzanschlußquerschnitt
von B bzw. A zum Tankanschluß T2 bzw. T1 vergrößert. Vom
Tank aus gelangt dann das Fluid wieder über eine Hydraulikpumpe zurück zum Pumpenanschluß P des
Gehäuses
für einen
weiteren Umlauf im hydraulischen System.
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Wird
also der Betätigungsmagnet
oder ein weiterer Betätigungsmagnet
dahingehend beaufschlagt, dass die Verschiebeposition aus der Neutralstel lung
in der anderen Richtung erfolgt, erhöht sich der Nutzquerschnitt
des Nutzanschlusses B zum Pumpenanschluß P und entsprechend verringert
sich A, soweit der Pumpenanschluß P angesprochen ist. Die dahingehende
Stellung entspricht dann dem umgekehrten Anschlag bei dem Arbeitszylinder.
Da im Grunde das geschlossene System zwischen den Nutzanschlüssen A und
B hydraulisch vorgespannt ist, wird bedingt durch den jeweiligen
Betätigungsmagneten
die Auslenkung des Ventilkolbens aus der Neutralstellung unmittelbar
vorgenommen und es kommt direkt und zeitverzögerungsfrei sowie ohne Schlupf
zur Betätigungsauslenkung.
In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, dass die dahingehende Anordnung
zu einem sehr steif ausgelegten Betätigungssystem führt, das
sehr funktionssicher ist und kostengünstig realisiert werden kann.
Ferner kann bei der Auslenkung des Ventilkolbens aus der Neutralstellung
der Tankanschluß T1 oder T2 angedrosselt
werden, der dem Nutzanschluß A,
B mit vergrößertem Nutzquerschnitt
zugewandt ist.
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Bei
einer anders gearteten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
ist bei einer ersten Variante vorgesehen, dass die Vorsprünge in der
Neutralstellung den Weg zu dem jeweiligen zuordenbaren Nutzanschluß A, B vollständig versperren
oder dass bei frei gehaltenen Nutzanschlüssen A, B der jeweilige Pumpenanschluß P durch
den zuordenbaren Vorsprung vollständig gesperrt ist. Die dahingehenden
Sperrlösungen
in der Neutralstellung stellen sicher, dass im geschlossenen Hydraulikkreis das
System vorgespannt ist und aus dieser gesicherten Sperrstellung
kann die Ansteuerung des hydraulischen Kreises veranlaßt werden,
sobald der jeweilige Betätigungsmagnet
die Auslenkung des Ventilkolbens in gegenläufigen Richtungen veranlaßt. Insoweit
kommt es bei der ersten Ausführungsform
dieser erfindungsgemäßen Variante
zu einer Variierung der Querschnitte an den beiden Nutzanschlüssen A,
B bei konstantem Öffnungsquerschnitt
des Pumpenanschlusses P sowie einer Veränderung der Querschnittssituation
bei den beiden Tankanschlüssen
T1, T2. Bei der
zweiten Variante bleiben die Querschnitte der Nutzanschlüsse A, B
unangetastet und Veränderungen
ergeben sich insoweit nur beim Querschnitt des Pumpenanschlusses
P sowie bei den zugehörigen
Tankanschlüssen
T1, T2.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich in hydraulischen Systemen mit
Differentialarbeitszylindern oder Schwenkmotoren erwiesen, die beiden Ausführungsformen
einer Ventilvorrichtung in den geschlossenen Hydraulikkreis zu integrieren,
vorzugsweise parallel zueinander anzuordnen, um dergestalt die teilweise
geöffnete
durch die gesperrte Ausführungsform
bei Ausfall und umgekehrt zu ersetzen. Da die beiden Ausführungsformen
der Ventilvorrichtung nach zwei verschiedenen Funktionsmustern arbeiten,
die auf gegenteiligen Wirkprinzipien beruhen, ist insofern die Funktionssicherheit
in hydraulisch geschlossenen Systemen deutlich erhöht.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung weist
das Ventilgehäuse
auf seiner einen Seite den Betätigungsmagneten
auf und auf seiner gegenüberliegenden
Seite einen Dämpfungsraum,
dessen Volumen mittels des verschiebbaren Ventilkolbens veränderbar
ist. Ferner ist vorzugsweise der Ventilkolben bei unbestromtem Betätigungsmagneten
mittels zweier Kraftspeicher, insbesondere in Form von Druckfedern,
in der Neutralstellung gehalten. Aufgrund des Dämpfungsraumes und der Kraftspeicher ist
eine sichere Mittenjustierung für
das Gesamtsystem erreicht, auch im Falle von einwirkenden Störeinflüssen von
außen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
anhand verschiedener Ausführungsformen
nach der Zeichnung näher
erläutert. Dabei
zeigen die
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1 bis 3 im
Längsschnitt
in drei verschiedenen Einstellpositionen eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung, wobei
die 3 insoweit geän dert
ist, als dort eine andere Realisierung des Druckmelderkolbens realisiert
ist;
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4 und 5 ebenfalls
im Längsschnitt eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
in zwei verschiedenen Varianten und in eingenommener Neutralstellung,
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6 in
der Art eines hydraulischen Schaltplanes die Anwendung des erfindungsgemäßen Ventilsystems
bei einem doppelt wirkenden, hydraulischen Arbeitszylinder.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
anhand der ersten Ausführungsform
nach den 1 bis 3 näher erläutert.
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Die
in 1 im Längsschnitt
dargestellte Ventilvorrichtung weist in Blickrichtung auf die Figur gesehen
rechts einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Magneten auf.
Der dahingehende Betätigungsmagnet 10 in
Form eines Proportionalmagneten ist in üblicher und daher nicht näher beschriebener
Art und Weise mit einem Ventilgehäuse 12 verbindbar,
das im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. In dem Ventilgehäuse 12 sind
Fluidanschlußstellen
eingebracht in Form mindestens eines Pumpenanschlusses P, zweier
Nutzanschlüsse
A, B sowie zweier Tankanschlüsse
T1, T2. Innerhalb
des Ventilgehäuses 12 ist
längsverfahrbar
ein Ventilkolben 14 geführt,
der außenumfangsseitig
radiale Vorsprünge 16, 18 aufweist.
Der radiale Außenumfang
des jeweiligen Vorsprunges 16, 18 ist derart gewählt, dass
er an der Innenumfangsseite des Ventilgehäuses 12 abgleiten kann.
Bei der Ausfüh rungsform
nach der 1 sind die beiden mittleren
radialen Vorsprünge 16 den Nutzanschlüssen A,
B zugeordnet und die beiden axial an den Enden des Ventilkolbens 14 angeordneten
Vorsprünge 18 den
beiden Tankanschlüssen
T1, T2. Zwischen
den Vorsprüngen 16, 18 sowie
zwischen den beiden Vorsprüngen 16 selbst
ist der Ventilkolben 14 im Durchmesser reduziert, so dass
insoweit fluidführende
Wege 20, 22, 24 zwischen dem Innenumfang
des Ventilgehäuses 12 und
dem jeweils reduzierten Außendurchmesser
des Ventilkolbens 14 gebildet sind. Bei der Ausführungsform
nach der 1 greifen die beiden radialen
Vorsprünge 16 in der
Neutralstellung der Ventilvorrichtung in den freien Fluiddurchlaßquerschnitt
der Nutzanschlüsse
A, B ein. Die Vorsprünge 16, 18 sind
jeweils kreiszylindrisch ausgebildet und der jeweilige Anschluß A, B,
P, T1, T2 kann aus
mehreren, vorzugsweise diametral einander gegenüberliegenden Bohrungen innerhalb des
Ventilgehäuses 12 bestehen,
wobei zuordenbare Bohrungen eines Anschlusses in einer gemeinsamen Längsebene
zu der Längsachse 26 der
Ventilvorrichtung verlaufen.
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Auf
seinen beiden gegenüberliegenden
Seiten weist das Ventilgehäuse 12 jeweils
einen Raum 28, 30 auf, dessen jeweiliges Volumen
mittels des verschiebbaren Ventilkolbens 14 veränderbar
ist. Ist der Magnet 10 gemäß der Darstellung nach der 1 in
seiner unbestromten Stellung, ist der Ventilkolben 14 mittels
zweier Kraftspeicher in Form der beiden Druckfedern 32, 34 in
der bereits angesprochenen Neutralstellung gehalten. Die erste Druckfeder 32 stützt sich
dabei mit ihrem einen freien Ende an einem Abschlußdeckel 36 des
Ventilgehäuses
ab und mit ihrem anderen Ende an der freien Stirnseite des in Blickrichtung
auf die 1 gesehen linken Endes des Ventilkolbens 14.
Die andere Druckfeder 34 ist im Magneten 10 selbst
integriert, was im folgenden noch näher erläutert werden wird.
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Der
jeweilige Pumpenanschluß P
ist in Richtung der Längsachse 26 des
Ventilgehäuses 12 gesehen
zwischen den jeweiligen Nutzanschlüssen A, B angeordnet und diese
wiederum zwischen den jeweiligen Tankanschlüssen T1,
T2. In Blickrichtung auf die 1 gesehen
ist also die Anordnung der Anschlüsse im Ventilgehäuse 12 von
links nach rechts gesehen wie folgt: Erster Tankanschluß T1, erster Nutzanschluß A, Pumpenanschluß P, zweiter
Nutzanschluß B,
zweiter Tankanschluß T2. Des weiteren ist der erste Raum als Dämpfungsraum 28 über eine Drosselstelle 38 im
Ventilgehäuse 12 angeordnet und
mit einem nicht näher
dargestellten Tank verbindbar, in den die Tankanschlüsse T1, T2 münden. Wie
sich des weiteren aus der 1 ergibt,
ist der Ventilkolben 14 an seinen beiden Enden von jeweils einem
Druckmelderkolben 40, 42 durchgriffen. Der jeweilige
Druckmelderkolben 40, 42 stützt sich mit seinem einen freien
Ende jeweils an feststehenden Teilen des (Abschlußdeckels 36)
des Ventilgehäuses 12 oder
des Magneten 10 ab, wobei hierfür sich der Druckmelderkolben 42 an
einer stangenartigen Verlängerung 44 abstützt, die
den Magneten 10 entlang der Längsachse 26 der Ventilvorrichtung
durchgreift und die mit ihrem einen freien Ende über eine hülsenartige Verbreiterung 46 am
Druckmelderkolben 42 anstößt und mit ihrem anderen freien
Ende an einem Abschlußboden 48 des
Magneten 10.
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Zum
anderen freien Ende mündet
der jeweilige Druckmelderkolben 40, 42 in einen
Kanal 50 des Ventilkolbens 14, wobei der jeweilige
Kanal 50 zumindest fluidführend mit dem jeweils zuordenbaren Nutzanschluß A, B verbindbar
ist, indem dieser in einen durchgehenden Querkanal 52 im
jeweiligen Vorsprung 16 mündet. Der jeweilige Druckmelderkolben 40, 42 durchgreift
darüber
hinaus einen weiteren fluidführenden
Kanal 54 im Ventilkolben 14, der mit dem jeweils
zuordenbaren Tankanschluß T1, T2 verbindbar
ist. Der sich jeweils an feststehenden Teilen abstützende Druck melderkolben 40, 42 greift
an seinem freien stirnseitigen Ende den jeweils anstehenden Druck
in den Nutzanschlüssen
A, B auf und gibt dergestalt eine Rückmeldung auf das System. Während der
Dämpfungsraum 28 tatsächlich bedingt über die
Drosselstelle 38 eine Dämpfungscharakteristik aufweist,
fehlt eine wirksame Dämpfung
bei dem zweiten Raum 30 insoweit, als über einen Längskanal 56 ein Fluidaustausch
zwischen dem Inneren des zweiten Dämpfungsraumes 30 und
dem zweiten Tankanschluß T2 möglich
ist.
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Der
besseren Darstellung wegen wird der Aufbau des Magneten, insbesondere
Proportionalmagneten, sowie der Außenaufbau des Ventilgehäuses 12 anhand
der 2 weiter erläutert.
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Der
Magnet 10 weist zwei elektrische Spulenwicklungen 58, 60 auf,
wobei die Spulenwicklungen derart aufgebaut, angesteuert und bestromt
werden, dass bei Erregung der Spulenwicklung 58 der Magnet 10 „drückend" wirkt und bei Betätigung der Spulenwicklung 60 „ziehend". „Drückend" bedeutet, dass bei
Erregung der Spulenwicklung 58. sich der Magnetanker 62 des
Magneten 10 in Blickrichtung auf die 2 gesehen
von rechts nach links bewegt und „ziehend" bedeutet, dass bei Erregung der Spulenwicklung 60 der
angesprochene Magnetanker 62 aus seiner Endlage nach der 2 sich
in seine rechtsseitige Endlage bewegt gemäß der Darstellung nach der 3.
Bei „drückender" Anordnung schiebt der
Magnetanker 62 über
eine Betätigungshülse 64 und
entgegen der Kraftwirkung der ersten Druckfeder 32 den
Ventilkolben 14 von rechts nach links in die Endlage gemäß der Darstellung
nach der 2.
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Die
dahingehende Bewegung des Magnetankers 62 wird über die
zweite Druckfeder 34 unterstützt. Bei „ziehender" Anordnung wird der Magnetanker 62 in
Blickrichtung auf die 2 gesehen von links nach rechts
bewegt entgegen der Wirkung der zweiten Druckfeder 34,
wobei die dahingehende „ziehende" Bewegung über die
erste Druckfeder 32 unterstützt wird. Kommt dabei der Magnetanker 62 an
seine rechte Endlage, nimmt er eine Position ein gemäß der Darstellung
nach der 3. Der Magnetanker 62 ist
in einem Polrohr 66 geführt,
wobei für den
Erhalt einer sauberen und gerichteten Magnetlinienführung zwei
magnetische Trennungen 68 vorhanden sind. Das Polrohr 66 ist
nach außen
hin über den
Abschlußboden 48 druckdicht
abgeschlossen und im übrigen
ist der Magnet 10 vorzugsweise außenumfangsseitig mit einem
Kunststoffmaterial unter Bildung des Gehäuses 70 umspritzt.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite ist der Magnet 10 über ein Magnetgehäuse 72 verschlossen,
das mit einer flanschartigen Verbreiterung versehen dem Festlegen
der Ventilvorrichtung an nicht näher
dargestellten Gehäuseteilen
eines hydraulischen Bauteils dient, das mittels der Ventilvorrichtung
anzusteuern ist. Der Magnetanker 62 ist wiederum von einem
Längskanal
durchgriffen, um dergestalt bei der Hin- und Herbewegung einen Druckausgleich
herbeiführen
zu können,
was dem Auftreten von Hemmungen entgegenwirkt. Mittig ist der Magnetanker 62 von
der bereits angesprochenen stangenartigen Verlängerung 44 durchgriffen,
die auch eine Betätigungshülse 64 durchgreift,
in der der Druckmelderkolben 42 teilweise geführt ist.
Der Aufbau dahingehender „ziehender" und „drückender" Magnete 10 ist
im Stand der Technik bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht
näher eingegangen
wird.
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Um
die Ventilvorrichtung in der Art eines Cartridge-Ventils, also in
der Form einer Einschraubpatrone in einer hydraulischen Aufnahmekomponente
(nicht dargestellt) festlegen zu können, ist vorgesehen, dass
außenumfangsseitig
in sich zum Magneten 10 erweiternden Stufen in radial angeord neten
Gehäusevorsprüngen 76 Dichteinrichtungen 78 üblicher Art
aufgenommen sind, die insoweit die Abdichtung vornehmen. Ferner
ist am stirnseitig freien Ende des Magnetgehäuses 72 eine weitere
Dichteinrichtung 78 in Form eines O-Dichtringes vorgesehen,
der sich wiederum an einem absatzartig sich verbreiternden Vorsprung 80 anordnen
läßt, der
insoweit dann die Abdichtung gegenüber nicht näher dargestellten Gehäuseteilen
der hydraulischen Einrichtung vornimmt, an der die Ventilvorrichtung
mit ihrem Schaltmagneten 10 über die flanschartige Verbreiterung 74 festlegbar
ist.
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Um
die Anzahl der Abbildungen zu reduzieren, wird gemäß der Darstellung
nach der 3 bei einer geänderten
Variante der ersten Ausführungsform
deutlich, dass es auch möglich
ist, den Druckmelderkolben 42 radial zur Längsachse 26 versetzt im
Ventilkolben 14 anzuordnen, so dass dieser sich dann gleichfalls
an feststehenden Teilen des Magneten 10 abstützen kann,
hier in Form der freien Stirnseite des Magnetgehäuses 72. Im Hinblick
auf diese Abstützung
ist die Abstützung über die
stangenartige Verlängerung 44 nicht
mehr notwendig, so dass diese insoweit entfallen kann und der Magnetanker 62 kann
unmittelbar über
eine Betätigungsstange 82 auf die
in Blickrichtung auf die 3 gesehen rechte Seite des Ventilkolbens 14 einwirken.
Des weiteren kann die angesprochene Drosselstelle 38 im
Ventilgehäuse 12 nicht
nur mit einem festen Drosselquerschnitt realisiert sein, wie dargestellt,
sondern vielmehr auch mit einem variablen Querschnitt, bei dem der
zugewandte radiale Vorsprung 18 mit seiner vorderen Steuerkante 84 einen
freien, nicht näher
dargestellten Drosselquerschnitt im Ventilgehäuse beeinflußt.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung
anhand eines Arbeitsbeispiels nach den 1 bis 3 näher erläutert, wobei
die 1 die mittlere Neutralstellung betrifft, die 2 die äußerst linke
Anschlagstellung und die 3 die äußerst rechte Anschlagstellung
bezogen auf die jeweils maximal mögliche Verfahrposition des
Magnetankers 62. Zwischen der Neutralstellung und der maximalen
Auslenkstellung in der einen bzw. in der anderen Richtung sind in
Abhängigkeit
des Systemzustandes, an dem die Ventilvorrichtung in den vorzugsweise
geschlossenen hydraulischen Kreis eingebracht ist, Zwischenstellungen
möglich.
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Ist
die Ventilvorrichtung in ihrer in der 1 gezeigten
Neutralstellung, sind die Spulenwicklungen 58, 60 des
Magneten 10 nicht bestromt und der Ventilkolben 14 wird
ausschließlich über die
beiden Druckfedern 32, 34 in der in der 1 gezeigten
Mittellage gehalten. Insoweit wäre
ein hydraulisches Positioniersystem nicht betätigt, beispielsweise mit Differentialzylinder
oder Schwenkmotor. Die dahingehende Ventilstellung würde dann
beispielsweise der nicht ausgefahrenen Mittelstellung eines hydraulischen
Arbeitszylinders 86 (vgl. 6) entsprechen. Der
fortwährend
betriebene hydraulische Kreis 90 wird über den Pumpenanschluß P und
eine Hydropumpe 92 versorgt, wobei dann gleichermaßen Druck
in den Nutzanschlüssen
A und B ansteht sowie in den Tankanschlüssen T1 und
T2. Insoweit wird der vom Pumpenanschluß P gelieferte,
unter Druck stehende Fluidstrom zwischen Nutzanschlüssen A,
B und Tankanschlüssen
T1, T2 in Abhängigkeit
der Stellung des Ventilkolbens 14 sinnfällig aufgeteilt. Da in den
entsprechenden Zuleitungen zu den Nutzanschlüssen A, B (nicht dargestellt)
gleichermaßen
der Druck ansteht, ist eine Art vorgespannte Drucksäule im hydraulischen
System realisiert und eine Ansteuerung findet nicht statt bzw. bei
einem hydraulischen Zylinder bleibt dessen Kolben 88 in
der jeweils eingenommenen Arbeitsposition.
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Will
nun eine Bedienperson eine Betätigung für den Arbeitszylinder 86 herbeiführen, wird
der Magnet 10 betätigt,
beispielsweise die Spulenwicklung 58 bestromt, und in „drückender" Wirkung wird der Ventilkolben 14 von
rechts nach links verschoben, also von seiner Ausgangs- oder Neutralstellung
nach der 1 in die ausgelenkte Position
nach der 2, die der Maximalstellung entspricht.
Es ist deutlich, dass in Abhängigkeit
der Stärke
der Magnetkraft, hervorgerufen durch die Spulenwicklung 58, sich
auch Zwischenstellungen einstellen können zwischen der Neutralstellung
nach der 1 und der maximal möglichen
linken Auslenkstellung nach der 2. Bei der
Schaltstellung nach der 2 wird nun verstärkt das
Fluid vom Pumpenanschluß P kommend
an den Anschluß A
abgegeben, wohingegen der Anschluß B gesperrt ist. Das über das
hydraulische System aber dann verdrängte Fluid, bedingt durch den
verstärkten
Zufluß über A, ist
dann über
den verbreiterten Nutzungsquerschnitt von B in Richtung zu T2 als Tankanschluß gedrosselt abführbar, wohingegen
die Zufuhr zum Tankanschluß T1, betreffend den Nutzanschluß A, im
wesentlichen auf Null zurückgefahren
ist.
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Will
man nun in gegenläufiger
Richtung den Zylinder 86 ansteuern, bestromt man die Spulenwicklung 60 und
es kommt zu einer „ziehenden" Anordnung des Magneten 10 mit
der Folge, dass nach Durchfahren der Neutralstellung nach der 1 der Ventilkolben 14 seine
in Blickrichtung auf die 3 gesehen äußerst rechte Stellung einnimmt.
Nun ist der Tankanschluß T2 entsprechend abgesperrt und es gelangt
vermehrt Fluid vom Pumpenanschluß P zum Nutzanschluß B, wobei
das dahingehend verdrängte
Fluid aus dem hydraulischen Kreis dann verstärkt über den Nutzanschluß A zum
Tankanschluß T1 hin abgeführt werden kann, wobei in Abhängigkeit, wie
die Radialvorsprünge 18 zu
den Tankanschlüssen
T1, T2 liegen, der
dahingehende Abfluß zum
Tank gedrosselt vonstatten geht. In der dahingehenden Schaltdarstellung
wäre dann
eine gegenläufige
Situation zu der Schaltdarstellung nach der 2 eingenommen.
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Kommt
es im Betrieb der hydraulischen Einrichtung zu Störungen,
findet eine Verarbeitung dieser externen Störeinflußgrößen über die Druckmelderkolben 40, 42 statt,
da insoweit der Störeinfluß über die
Nutzanschlüsse
A und B an den jeweils zuordenbaren Druckmelderkolben 40, 42 weitergegeben
wird, der insoweit durch eine gegenläufige Druckansteuerung des
Ventilkolbens 14 versucht, der Störgröße zu begegnen. Versucht beispielsweise eine
externe Störeinflußgröße über die
Zuleitung zum Nutzanschluß B
in Richtung auf den Ventilkolben 14 die Drucksituation
zu verändern,
verändern sich
insgesamt die Druckverhältnisse
an dem Druckmelderkolben 40, 42 derart, dass eine
gegenläufige Druckresultierende
entsteht, die versucht, den Ventilkolben 14 in seiner jeweiligen
ausgelenkten Stellung zu halten. Dergestalt ist es beispielsweise
möglich, den
Kolben 88 des Arbeitszylinders 86 in seiner jeweils
eingenommenen Arbeitsstellung zu halten.
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Die
nachfolgende Ausführungsform
wird nur noch insoweit erläutert,
als sie sich wesentlich von der vorangegangenen unterscheidet und
für dieselben
Bauteile werden demgemäß dieselben
Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt die 4 eine erste Variante
der zweiten Ausführungsform
und die 5 eine zweite.
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Bei
der Variante nach der 4 decken die mittleren Vorsprünge 16 die
Nutzanschlüsse
A, B ab, wobei die dahingehend vollständig gesperrte Stellung der
Neutralstellung nach der 1 der ersten Ausführungsform
entspricht. Werden wieder in entsprechender Art und Weise die Spulenwicklungen 58, 60 des
Magneten 10 bestromt, kommt es zu einem Schaltverhal ten
der Ventilvorrichtung in der Art eines Schieberventils und die Vorsprünge 16 geben die
entsprechenden Nutzanschlüsse
A, B in der jeweils einen Richtung frei, was wiederum dazu führt, dass
in Abhängigkeit
der Auslenkung des Ventilkolbens 14 einmal mehr Fluid vom
Pumpenanschluß P kommend
nach A oder B verdrängt
wird und mithin zu den zuordenbaren Tankanschlüssen B nach T2 bzw. A
nach T1. Die dahingehend zweite Ausführungsform der
Ventilvorrichtung kann vorzugsweise in hydraulischen Gesamtkreisen
parallel zu der Ventilvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
angeordnet sein, um dergestalt beim Ausfall eine der beiden Ventilvorrichtungen
die volle Funktionsfähigkeit
im hydraulischen Kreislauf mit Differentialzylinder oder Schwenkmotor
aufrechtzuerhalten, wobei die gegenläufige Wirkanordnung einmal
vom geöffneten
in den geschlossenen Zustand und einmal vom geschlossenen in den
geöffneten
Zustand zu erhöhter
Redundanz und Sicherheit führt.
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Bei
der zweiten Variante der zweiten Ausführungsform nach der 5 ist
der mittlere Pumpenanschluß P
von nur einem Radialvorsprung 16 des Ventilkolbens 14 abgedeckt.
Insoweit ist dann bei einer Betätigung
des Magneten 10 in der einen oder anderen Richtung nur
eine Vergrößerung des
Zulaufs über den
Nutzanschluß P
möglich,
wobei in Abhängigkeit der
Verschieberichtung für
den Ventilkolben 14 über die
zuordenbaren Spulenwicklungen einmal der Nutzanschluß A, einmal
der Nutzanschluß B
die vom Pumpenanschluß P
kommende Fluidmenge erhält bei
gleichzeitiger Androsselung des zuordenbaren Tankanschlusses T1 bzw. T2 über die
Radialvorsprünge 18.
Ansonsten verhält
sich die zweite Ausführungsvariante
vergleichbar den bereits vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Mit
den genannten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
ist in der Art eines Schieberventils eine verbesserte Lösung gege ben
im Rahmen der Proportional-Ventilsteuertechnik, was insbesondere
deren Einsatz in sicherheitstechnisch relevanten Bereichen geboten
erscheinen läßt.
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Der
prinzipielle Schaltplan der vorstehend genannten Ventilvorrichtung
mit der in der Hydraulik üblichen
Schaltdarstellung eines Ventils ist in der 6 wiedergegeben.
Die dort eingesetzten Bezugszeichen wurden bereits im vorherigen
Anmeldetext entsprechend erwähnt
und das Ventil der Ventilvorrichtung ist in ihrer unbetätigten Mittenstellung
gezeigt; ebenso ist der hydraulische Arbeitszylinder 86 in
seiner Mittelstellung dargestellt, bei der sich der Kolben 88 in
der Mitte befindet und die beiden Fluidräume des Arbeitszylinders 86 sind
mit denselben Volumina versehen und im übrigen fluidführend an den
hydraulischen Kreis 90 angeschlossen.