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Die
Erfindung betrifft ein Ventilbaukastensystem mit elektromagnetisch
betätigtem
Ventil gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind elektromagnetisch betätigte Ventile bekannt. Ein
durch Magnetkraft betätigtes
Steuerschieber als Stellorgan mit unstetiger (Schaltventile) oder
stetiger (Stellventile) Wirkungsweise bewirkt bestimmte Funktionen
des Ventils wie Schalten und Lenken eines Fluids (Wegeventil), die
Beeinflussung der Volumenstromes (Stromventil) und insbesondere
eine Beeinflussung des Druckes für
hydraulische Anwendungen (Druckventile). Bei letzterer genanter
Ventilfunktion unterscheidet man prinzipiell zwischen der Funktion
als Druckbegrenzungsventil, bei dem der Eingangsdruck begrenzt wird
und bei Erreichen des Einstelldruckes der Zufluss zum Tank freigegeben
wird, und der Funktion als Druckregelventil, bei dem der Druck unabhängig von
der Größe eines
höheren
Vordruckes in nachgeschalteten Leitungen durch Drosselung des Zulaufes
konstant gehalten wird, oder ggf. bei Ansteigen der äußeren Last,
eine zusätzliche
Freigabe des Ablaufes in den Tank freigegeben wird (3-Wege-Druckregelventil).
Letztere Druckventile werden auch als Druckminderventile bezeichnet.
Bei Stromventile wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Fluid über feste
oder einstellbare Drosselquerschnitte beeinflusst, der Volumenstrom
bewirkt eine Druckdifferenz.
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Bei
Wegeventilen ist der Steuerschieber als Längsschieber ausgeführt, der
gleichzeitig mehrere Wege schalten kann. Der Leitungsanschluss zum Tank,
Verbrauchern oder zu einem Druckanschluss erfolgt durch gebohrte
oder gegossene Kanäle
an Ringnuten im Ventilgehäuse.
Ein genuteter Kolben oder eine Innenbohrung im Kolben gibt je nach
Stellung Fließwege
zwischen den verschiedenen Anschlüssen frei.
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Zur
Vermeidung großer
Druckdifferenzen, insbesondere bei hohen Durchflussmengen, erfolgt die
Betätigung
der Schließelemente
verschiedenere Ventilbausysteme nicht nur direkt, sondern auch indirekt
durch so genannte Vorsteuerventile, bei denen ein Schließelement
eines Ventils durch den Mediumsdruck beaufschlagt wird, der von
einem Vorsteuerventil angesteuert wird. Dadurch wird die Druckdifferenz
zwischen Öffnungsbeginn
und -ende sehr klein. Insbesondere in der Mobilhydraulik werden Vorsteuerventilanordnungen
zur direkten oder indirekten Steuerung von Pumpen, Motoren oder
Ventilhauptgruppen verwendet.
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Als
elektromagnetische Betätigung
eines Ventilteiles wird üblicherweise
ein Proportionalmagnetsystem verwendet, bei dem die Hubarbeit eines
in Hubrichtung beweglichen Ankers proportional der Bestromung in
der Wicklung des Magneten ist. Die Kraftwirkung auf den Anker erfolgt
durch ein kennlinienbeeinflussendes Ankergegenstück oder einen Pol, der in dem
Bereich des Ankerhubes in Form eines Konuses ausgestaltet ist. Insbesondere
durch die geometrische Gestaltung des Steuerkonusses kann die Magnetkraft-Hubkennlinie
des Magneten beeinflusst werden. Der Pol weist eine durchgehende
zentrale Bohrung auf, durch die eine Stange als Verlängerung des
Ankers geführt
wird, die einen Stößel für den Steuerschieber
des Ventilteiles bildet.
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Wenn
die oben erwähnten
Baugruppen zu einem Ventil Baukastensystem kombiniert werden sollen,
erfordert dies jeweils eine unterschiedliche Hubarbeit für die Betätigung.
Jedes System benötigt einen
separaten, unterschiedlich ausgelegten Magnetteil, der für eine ganz
bestimmte Ventilkombination ausgelegt wird. Dies betrifft insbesondere
die Kombination mehrerer Ventilteile, bestehend aus Vorsteuer-Pilot-
oder Hauptventilteil, zu einem Gesamtventil. Dies macht die Fertigung
und Herstellung sowohl des Magnetteiles, insbesondere mit Werkzeugen
hergestellten Baugruppen wie Spule, Gehäuse etc, als auch des Ventilteiles
aufwendig.
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Im
Bereich der Hydraulik sind die zu erwartenden Stückzahlen von Ventilteilen und
den zugehörigen
Magnetteilen nicht so hoch, um eine standardisierte Fertigungslinie
sowohl für
die Herstellung von Ventilteilen als auch für Magnetteilen kostengünstig zu
betreiben. Andererseits bestehen bereits für andere Anwendungen sowohl
standardisierte Magnet- als auch Ventilteile, die in großen Stückzahlen
auf standardisierten Fertigungs- und Montagelinien als Massenprodukt
kostengünstig
hergestellt werden können.
Wünschenswert
wäre es,
die für
die Massenherstellung bereits existierenden Bauteilgruppen auch für die Produkte
zu verwenden, die dieses Niveau nicht erreichen können, wie
beispielsweise für
die Hydraulik.
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Zur
Abdeckung verschiedener Funktionen im Bereich der herrschenden Fluidströme und -drücke werden
bereits unterschiedliche standardisierte Ventilteile zu Baugruppen
kombiniert und zu einem Gesamtventil kombiniert. Dem entgegen steht
jedoch die individuelle Anpassung des Elektromagneten an die jeweils
zu beherrschenden Fluidströme
und -drücke.
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DE 198 10 330 A1 zeigt
ein gattungsgemäßes Ventilbaukastensystem
mit einem elektromagnetisch betätigten
Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches
1. Das bekannte Ventilbaukastensystem weist eine festgelegte Verbindungsstelle
auf, wobei durch eine spezielle Anordnung des Gehäuses des
Magnetteiles unterschiedliche hydraulische Ventile in dem selbem
Magnetteil eingesetzt werden können.
Die Verbindungsstelle ist zwischen Gehäuse und Ventilhülse vorgesehen.
Das Gehäuse
für die
Spule im Magnetteil ist als Tiefziehbauteil ausgebildet, das in
einem Ventilblock eingeschraubt ist.
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Die
vorgegebene Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse des Magneten und der Ventilhülse weist
bezüglich
der Verwendbarkeit von unterschiedlichen Ventilen Nachteile auf.
So ist zum Beispiel der Schieberdurchmesser limitiert, da der Schieber
auch die Funktion eines Ankerstößels übernimmt.
Die Beschränkung
des Schieberdurchmessers wird durch einen möglichen Magnetkraftverlust im
Steuerkonus des Magnetteils hervorgerufen, da diese beiden Teile
nicht in die vergebene Verbindungsstelle am Gehäuse des Magnetteils einbezogen
werden, ferner ist die Generierung von vorgesteuerten Ventilen nicht
und die Verwendung von Sitzventilen nur mit eingeschränktem Funktionsbereich
möglich.
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DE 10 2004 014 376
A1 zeigt ein Ventilbaukastensystem, bei dem unterschiedliche
Ventilteile an ein Magnetteil angeschlossen werden können. Das
Gehäuse
des Magenteils weist eine radial nach außen sich erstreckende Flanschteil
auf, die die Verbindungsstelle mit einem einzusetzenden Ventilteil bildet.
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DE 100 02 444 A1 zeigt
ein von einem Magnetteil angetriebenes hydraulisches Ventilteil
mit einem Ventilschieber, wobei der Ventilschieber ein zweigeteiltes
Bauteil aus einer Schieberhülse
und einer daran befestigten und die einem Anker zugewandten Stirnfläche bildenden
Blendenplatte umfasst. Mit dieser Anordnung soll ein verbessertes Dämpfungsverhalten
der Anker- und Schieberbewegung erzielt werden.
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DE 199 32 747 A1 zeigt
ein weiteres Ventilbaukastensystem, bei dem unterschiedliche Ventilteile
an ein Magnetteil angeschlossen werden können. Die Anpassung an eine
vom Ventilteil vorgesehene Kraft-Hub-Kennlinie erfolgt hydraulisch
durch die Anordnung der Anschlüsse
im Ventilteil und die Ausbildung des Ventilschiebers.
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DE 198 08 279 A1 zeigt
ein Ventilbaukastensystem wobei zwischen Magnetteil und Ventilteil
eine Dichtung vorgesehen ist. Die Verbindungsstelle zum Ventilteil
umfasst das Ventilgehäuse,
das einstückig mit
einer Verbreiterung an der Verbindungsstelle ausgebildet ist. Zusätzlich weist
das Gehäuse
des Magnetteils eine weitere Vergrößerung aus. Die Anpassung an
unterschiedliche Kraft-Hub-Kennlinien erfolgt durch Erhöhung des
Ankerstromes im Magnetteil.
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DE 43 32 958 A1 zeigt
ein weiteres Ventilbaukastensystem, wobei die Ventilhülse an der
Verbindungsstelle zum Magnetteil zu einem radial sich erstreckenden
Flanschteil ausgebildet ist, das an eine axiale sich erstreckenden
Verlängerung
des Gehäuseteiles
des Magnetteiles befestigt ist.
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DE 101 25 631 A1 zeigt
eine Ventilanordnung aus einem Ventil- und Magnetteil. Die Verbindungsstelle
der beiden Teile umfasst einen Adapter, der zylinderförmige und
radial sich erstreckende Anschlusssteile aufweist. Das zum Magnetteil
gerichtete Anschlussteil bildet den Pol mit dem Steuerkonus, während das
andere Anschlussteil die Verbindung zu einer Ventilhülse des
Ventilteils bildet. Der Adapter ist ausschließlich für die Verbindung eines bestimmten Ventilteils
mit einem dafür
ausgelegten Elektromagneten vorgesehen.
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Aufgabenstellung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung ein Ventilbaukastensystem zu entwickeln,
das es ermöglicht, mit
wenigen unterschiedlichen Bauteilen ein elektromagnetisch betätigtes Ventil
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 herzustellen, welches Bauteile verwendet, die auch
in größeren Stückzahlen
hergestellt werden. Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Das
erfinderische Baukastensystem ermöglicht es, mit Hilfe einer
definierte Verbindungsstelle oder Schnittstelle zwischen dem magnetischen
und hydraulischen Teil des Ventils unter Berücksichtigung von funktionsgegebenen
Randbedingungen unterschiedliche Ventilteile als Baugruppen zu adaptieren. Dies
geschieht durch die geometrische Gestaltung des Steuerkonusses eines
Kompaktmagneten. Die Innenkontur des Konusses und damit der Konuswinkel
wird variabel gestaltet und beeinflusst damit die Magnetkennlinie
eines standardisierten Kompaktmagneten, der damit für unterschiedliche
Ventilfunktionen im Bereich der Fluidtechnik, wie direkt- oder vorgesteuerte
Ventile oder Druck, Strom oder Wegeventile, zur Verfügung steht.
Das Magnetteil des Magneten umfasst die Bauteile, Spule, Anker und
Joch, die Werkzeug fallend produziert werden können, die jedoch meist in hohen
Stückszahlen
bei einem Hersteller von Elektromagneten schon vorhanden sind. Die Herstellung
solcher „kostenintensiven" Werkzeuge für eine verhältnismäßig geringe
Stückzahl
entfällt. Ferner
besteht die Möglichkeit
durch standardisierte Montageschritte, unterschiedliche Ventilreihen
quasi auf einer Fertigungslinie zu montieren. Die Entwicklungs-
als auch Serienanlaufkosten für
ein Ventil werden durch das erfinderische Baukastensystem erheblich
reduziert.
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Die
funktionsgegebenen Randbedingungen der verwendeten Ventilbaugruppen
werden durch Änderung
des Konuses realisiert. Der gesamte Pol mit den Steuerkonus ist
nun Bestandteil eines einzusetzenden Ventilteils. Da die Kraft-Hub-Kennlinie
eines Elektromagneten im Wesentlichen durch die geometrische Gestaltung
des Steuerkonusses bestimmt wird, wird somit über deren geometrische Anordnung
die gewünschte
Kraft-Hub-Kennlinie für
die gewünschte
Ventilfunktion realisiert. Bei fest vorgegebenen Anord nungen von
Anker, Joch und Zylinderspule wird lediglich durch Ändern der
Geometrie des Steuerkonusses die gewünschte Hubarbeit für das Ventilteil
realisiert. Durch die erfinderische Schnittstelle zwischen Ventilteil
und Magnetteil kann somit ein standardisiertes Spulensystem, das
durch einen an die erforderliche Hubarbeit angepassten Steuerkonus
die erforderliche Hubarbeit erzeugt, an unterschiedlich zu beherrschenden
Fluidströme
und Fluiddrücke
sowie des Ventilteiles angepasst werden. Damit bildet das Spulensystem
eine Baugruppe in einem Ventilbaukastensystem, das für unterschiedliche
Ventilfunktionen Verwendung findet. Das Baukastensystem ermöglicht es,
bei veränderter Bau-
und Arbeitsweise nicht nur auf das gleiche Spulensystem als Magnetteil
zurückzugreifen,
sondern auch bereits in einer anderen Applikation verwendete Ventilteile
neu zu einem Baukasten zusammen zu bauen.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung umfasst das Ventilteil mehrere Ventilkomponenten,
die unterschiedliche Ventile in Form eines Ventilbaukastensystems
umfassen, wie sie bereits durch die
DE 103 22 585 A1 vorgeschlagen werden. Die
dort beschriebenen unterschiedlichen Ventilbaugruppen können jetzt
durch Anpassung des Steuerkonusses mit dem gleichen Spulensystem
oder dem gleichen Kompaktmagneten kombiniert werden. So ist es beispielsweise
möglich,
mit mehreren 3/2 Wege Druckregelventilen, die sich in ihrer Bau-
bzw. Arbeitsweise und damit von ihrer „Performance" unterscheiden, jedoch
den gleichen Spulenkörper
oder einen Kompaktmagneten verwenden, unterschiedliche Fluidströme zu regeln
und damit verschiedene Produktkonzepte zu realisieren.
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Für das erfinderische
Baukastensystem ist weiter vorteilhaft, wenn die Ventilkomponenten
Vorsteuerventile einer Vorsteuerung umfassen, die zusätzlich manuell
oder durch den Magnetteil gesteuert werden. Bei dieser Baugruppe
wird ein Schließelement
des Hauptteils durch den Fluiddruck beaufschlagt, der von einem
Vorsteuerventil angesteuert wird. Somit können große Volumenströme mit einer kleinen
Druckdifferenz realisiert werden. Das Gesamtventil umfasst dabei
eine Vorsteuerstufe, die durch die Baugruppe „Vorsteuerventil" realisiert wird, und
eine Hauptsteuerstufe, die das „Hauptsteuerventil "gekennzeichnet sind.
Zwischen beiden Baugruppen oder Steuerstufen findet eine Verstärkung des Hubweges
statt.
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Die
Verbindungskontur sowohl zum Magnetteil als auch zum Ventilteil
wird vorteilhaft kraft und formschlüssig ausgeführt. Die Ventilhülse des
Ventilteiles ist fest mit dem Pol und dem Steuerkonus verbunden
und bildet ein kompaktes Bauteil, das als Bauteil für unterschiedliche
Funktionen verwendet werden kann.
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In
Richtung des Ventilteiles weist die Ventilhülse vorteilhaft eine weitere
standardisierte Schnittstelle auf, an denen weitere Baugruppen angefügt werden
können.
So weist die Verbindungskontur zum Ventilteil vorteilhaft ein zylinderförmiges Anschlussteil
auf, das an seinem Außendurchmesser
mit dem Innendurchmesser einer Innenbohrung der Ventilhülse verbunden
ist. Weitere Ventilbaugruppen werden lediglich über das Anschlussteil gestülpt und
befestigt. So ist es auch möglich,
für Hauptventilbaugruppen
handbestätigte
Vorsteuerungen einzubauen, mit denen z. B. Funktionen wie Nothand
oder Entlüftungen
generiert werden können.
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Zur
Vermeidung von Undichtigkeiten an der Verbindungsstelle zwischen
dem Ventilteil und dem Magnetteil ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungskontur
Abdichtungen zwischen der Ventilhülse und dem Magnetteil aufweist.
Diese werden vorteilhaft als handelsübliche O-Ringe ausgeführt.
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Das
erfinderische Baukastensystem eignet sich in vorteilhafter Weise
insbesondere bei der Realisierung von hydraulischen Steuerketten.
Anstelle von Höhenverkettungen
und Reihenplatten werden bei dieser Anordnung die Ventile zunehmend
in „Blocktechnik” unter
Verwendung von Ventilen in Patronenbauweise angeordnet, die in genormten
Bohrungen von Steuerblöcken
eingebaut werden. Der als Standardmagnet ausgeführte Magnetteil des Spulensystems
ist in Anpassung an die Patronenbauweise des Ventilteils topfartig
(Topfmagnet) ausgeführt.
Der Magnetteil arbeitet als Proportionalmagnet.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfinderischen Lösung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
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Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine erste Aufbauvariante des erfindungsgemäßen Ventilbaukastensystems.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
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4 zeigt
eine vierte Ausführungsform
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
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6 zeigt
in einer Zusammenschau die einzelnen Baugruppen der 1 bis 5.
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1 bis 5 zeigen
unterschiedliche Ventile, die mit I, II, III, IV und V bezeichnet
sind und jeweils aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt ist. Einige
der Baugruppen der Ventile I, II; III; IV werden,
wie in 6 dargestellt ist, mehrfach für unterschiedliche Ventilreihen
verwendet.
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1 zeigt
ein mit I bezeichnetes direkt gesteuertes proportionales
Druckregelventil oder Druckminderventil, das sich für die Vorsteuerung
größerer Ventile
mobiler und stationärer
Hydrauliken eignet. Das Ventil deckt einen Fluidstrombereich bis zu
8 l/min ab. Das Funktionsprinzip des 3/2 Wegeventils I basiert
auf der hydraulischen Druckrückführung, d.
h. der zu regelnde Druck steht an der Stirnfläche eines Ventilschiebers 21 an
und wirkt damit einer Kraft eines Betätigungselementes 4 entgegen. Die
Gegenkraft wird magnetisch durch einen Elektromagneten erzeugt,
der aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt ist. Somit ergibt sich
bei entsprechender Auslegung der Kraft-Hub Kennlinie des Magneten
einen proportionalen Zusammenwirken zwischen einer Bestromung des
Elektromagneten und dem zu regelnden Druck. Bei Stromzufuhr wird
der Anker 3 nach links verschoben und bewegt den Ventilschieber 21 in
die gleiche Richtung.
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Das
Ventil I umfasst eine Ventilhülse 10, auf deren
Umfangsfläche
Anschlussbohrungen 15, 16 für einen druckbelasteten Anschlusse
P und einen Tankabfluss T angeordnet sind. Der Verbraucheranschluss
A befindet sich an der linken Stirnseite 18 der Ventilhülse 10.
Der Ventilschieber 21 weist auf seiner Umfangsfläche in axialer
Richtung sich erstreckende abschnittsweise angebrachte Nuten oder
Einkerbungen 17 auf, mit denen bei einem Hub des Ventilschiebers 21 die
Anschlüsse
A, P und T miteinander verbunden bzw. von einander getrennt werden
können. Durch
den Hub des Ventilschiebers 21 wird die vorher verschlossene
Fluidzufuhrbohrung 15 des Druckanschlusses P geöffnet und über die
Umfangseinkerbungen oder Nuten 17 am Schieber 21 eine
Verbindung zum Verbraucheranschluss A frei geschaltet. Bei stromlosen
Magneten drückt
eine Druckfeder 22 den Ventilschieber 21 in seine
Ausgangsposition zurück
und öffnet
dafür die
Fluidzufuhrbohrung 16 für den
Tankanschluss T. Die Anschlüsse
A, P und T sind durch Abdichtungen 13 in Form von O-Ringen
gegeneinander und nach außen
abgedichtet. Eine weitere Abdichtung 19 dichtet den Ventilteil 9 gegenüber dem
Magnetteil 1 ab.
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Das
komplett zusammen gebaute Ventil I besteht aus einem Ventilteil 9 und
einem Magnetteil 1. Im linken Teil des in 1 dargestellten
Ventil I ist im Wesentlichen das Ventilteil 9 ersichtlich.
Die Ventilhülse 10 weist
eine axiale Bohrung 2 auf, in welcher der Ventilschieber 21 gelagert
ist. An der dem Magneten entgegengesetzte Stirnseite 18 des
Ventilschiebers 21 ist die zur Realisierung der hydraulischen
Druckrückführung notwendige
Druckfeder 22 angeordnet, die auf ihrer dem Schieber 21 entgegengesetzte
Stirnseite sich auf einer Ringscheibe 23 abstützt und
mit ihrem anderen Ende gegen die Stirnseite 18 des Ventilschiebers 21 drückt.
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Der
Magnetteil 1, der im Wesentlichen die rechte Seite der 1 ausfüllt, umfasst
die zur Führung
des magnetische Flusses notwendigen Bauteile wie die bestromte Zylinderspule 5,
den Pol 12 mit Steuerkonus 6, den Anker 3 und
ein flussführenden Gehäuse 7 mit
Joch 8. Die Verbindungsstelle 32 des Magnetteiles 1 mit
dem Ventilteil 9 bilden nach rechts der Pol mit dem Steuerkonus 6 und
nach links – zum Ventilteil
hin – ein
zylinderförmiges
Anschlussteil 11, das in der dargestellten Ventilausführung gleichzeitig die
Ventilhülse 10 bildet.
Die Verbindungsstelle 32 ist so gestaltet, dass eine gewünschte Kraft-Hub-Kennlinie
zustande kommt, mit der eine Hubarbeit erreicht wird, die durch
die Abmessungen des Ankers 3, Joches 8 und der
Zylinderspule 5 für
unterschiedliche Ventilteile 9 vorgegeben ist. Die Verbindungsstelle 32 zum
Ventilteil 9 weist erfindungsgemäß eine vorgegebene Verbindungskontur
auf, mit der unterschiedliche Baugruppen – auch für andere Ventile (siehe 6) – angeschlossen
werden können.
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Bei
dem Ventil I handelt es sich um ein bereits in großen Stückzahlen
gefertigte Serienprodukt, das entlang einer waagerrechten Zusammenbaulinie 20 (6)
aus mehreren Baugruppen zusammengesetzt ist. Als erste Baugruppe
ganz recht ist in 6 des Ventils I ein
Spulenkörper 24 dargestellt,
der die Zylinderspule 5, das Joch 8 und einen
Deckel 26 mit Anschluss für die Bestromung der Spule 5 beinhaltet. In
die Öffnung
des topfartig angeordneten Spulenkörper 24 wird als weiteres
Bauteil der Anker 3 eingesteckt. Über diese beiden Bauteile wird
dann das Gehäuse 7 als
drittes Bauteil übergestülpt. Diese
Baugruppe bildet zusammen einen Kompaktmagneten 14, der – wie in 6 durch
senkrechte Zusammenbaulinien 25 dargestellt ist – auch beim
Aufbau der Ventile II bis V Verwendung findet.
Die Werkzeuge für die
Herstellung dieser Baugruppen werden durch Ziehen, Stanzen oder
anderen formgebenden Arbeitsverfahren aufwendig hergestellt. Die
Herstellung der mit dem Werkzeug hergestellten Baugruppen ist jedoch
kostengünstig
bei hohen Stückzahlen.
Die Werkzeuge für
diese Baugruppen werden in Sinne eines „Baukastensystems" für weitere
Ventilteile oder Ventilfunktionen verwendet.
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An
den Kompaktmagneten 14 schließt sich das Ventilteil 9 an.
Die Verbindungsstelle 32 hierzu bildet in Richtung des
Kompaktmagneten 14 der Pol 12 mit Steuerkonus 6,
in Richtung des Ventilteils 9 (1) die Ventilhülse 10.
In die offnen Bohrung 2 (1) der Ventilhülse 10 fügt sich
als weiteres Bauteil der Ventilschieber 21 an, an dessen
Stirnseite 18 (1) als sechste Bauteil die Druckfeder 22 befestigt
wird, die sich an ihrem gegenüberliegenden
Ende gegen die Ringscheibe 23 als letztes Bauteil des Ventils I abstützt.
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Da
die oben beschriebenen Baugruppen bzw. Bauteile des Ventils I in
der Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele in gleicher
oder modifizierter Weise auftreten, werden gleiche Funktionsteile
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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2 zeigt
ein weiteres 3/2 Proportional-Druckregel- oder Druckminderventil,
das einen an den Volumenstrombereich des Ventils I anschließenden Bereich
bis zu 10 l/min abdeckt. Auch das Ventil II besteht aus
einem Magnetteil 1 (rechts) und einem Ventilteil 9 (links).
Das proportionale 3 Wege Schieber Ventil weist eine Außendruckentlastung auf.
In der druckentlasteten Arbeitsweise ist der Druckanschluss P geschlossen
und der Verbraucheranschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden. Bei
Bestromung drückt
ein Betätigungselement 4 mit einer
Kraft gegen einen Ventilschieber 21, der proportional dem
angelegten Strom ist, und den Druckanschluss P öffnet.
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Der
Magnetteil 1 des Ventils II besteht im Wesentlichen
aus den gleichen Baugruppen die schon bei dem Ventil I verwendet
wurden, insbesondere aus den „werkzeugfallenden" Baugruppen, wie dem
Spulenkörper 24,
dem Anker 3 sowie dem Gehäuse 7, wie dies aus
den senkrechten Zusammenbaulinien 25 der 6 ersichtlich
ist. Die Baugruppe „Verbindungsteil 32" (6)
des Ventils II bildet in Richtung des Magnetteil 1 den
Pol 12 mit einem modifizierten Steuerkonus 6,
in Richtung Ventilteil 9 ein zylinderförmiges Anschlussteil 11,
auf dessen Außenumfang
die Ventilhülse 10 befestigt
ist, in deren Innenbohrung 2 ein modifizierter Ventilschieber 21 angeordnet
ist. Der Ventilschieber weist eine genutete Umfangsfläche 17 als
Steuerkanten auf sowie an seiner Stirnseite 18 zu einer
Verbraucheranschluss A hin eine Sacklochbohrung. Durch die Hubbewegung des
Schiebers 21 kann der Verbraucheranschluss A jeweils mit
einem Druckanschluss P und/oder einem Tankanschluss T verbunden
oder getrennt werden. O-Ringe
dichten als Abdichtungen 13 die einzelnen Anschlüsse gegeneinander
und nach außen
ab. Eine weitere Abdichtung 19 dichtet den Ventilteil 9 gegenüber dem
Magnetteil 1 ab. An der Stirnseite 18 stützt sich
der Schieber 21 gegen eine Druckfeder 22 ab, die
sich an ihrem gegenüberliegenden
Ende auf eine Ringscheibe 23 am Verbraucheranschluss A
abstützt.
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Der
Verbraucheranschluss A ist stirnseitig (links) angeordnet. Der Arbeitsdruck
wirkt zunächst auf
die komplette linke Stirnseite des Ventilschiebers 21.
Durch einen im Schieber 21 axial angeordneten Durchgang
wird der Arbeitsdruck auf eine reduzierte Fläche mit entgegengesetzter Wirkrichtung
geleitet. Die Reduzierung entspricht genau der Fläche, auf der
ein Zylinderrolle 27 als Druckmeldestift am Ventilschieber 21 anliegt.
Resultierend bleibt als Druckrückwirkfläche genau
der Querschnitt des Druckmeldestiftes erhalten. Durch diese Anordnung
ergibt sich die Möglichkeit,
nur durch Variation des Durchmessers des Druckmeldestiftes das Ventil II auf
andere Druckbe reiche abzuändern.
Bei dem Bauteil „Druckmeldestift" wird hierzu lediglich
der Steuerkonus 6 und der Druckmeldestift 27 ausgetauscht.
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Die
einzelnen Baugruppen des Ventils II sind anhand der waagerechten
Zusammenbaulinie 20 der 6 ersichtlich.
Die Baugruppen, die den Kompaktmagneten 14 des Ventils I umfassen,
wie den Spulenkörper 24,
den Anker 3 und das Gehäuse 7 des Ventils I,
werden entsprechend dem Baukastensystem der Anordnung auch für das Ventil II verwendet. Die
Baugruppe „Verbindungsstelle 32" ist gegenüber der
Ausführung
von Ventil I modifiziert. In Richtung des Kompaktmagneten 14 ist
ein modifizierte Steuerkonus 6 (2) vorgesehen.
Die Stelle in Richtung Ventilteil 9 weißt lediglich ein Anschlussteil 11 (2) auf.
Als weitere Baugruppen folgt die Zylinderrolle 27 und der
Ventilschieber 21. Auf dem Außendurchmesser des Anschlussteils 11 ist
als weitere Baugruppe die Ventilhülse 10 angeordnet.
Sie ist als Baugruppe auch für
die Ventilsysteme II und III vorgesehen.
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Bei
den in den 3 und 4 dargestellten Ventilen III (3)
und IV (4) handelt es sich um direkt
gesteuerte 3/2 Wege-Schieberventile zum Öffnen und Sperren von Anschlüssen innerhalb
der Fluidtechnik. Der Unterscheid zwischen beiden Ventilen liegen
ausschließlich
in der Verwendung von unterschiedlichen Schieberkolben 28 des
Ventilschiebers 21, wodurch ein unterschiedliches Schaltverhalten der
beiden Ventile erreicht werden kann. Ansonsten sind sie bau- und
funktionsgleich. Somit erübrigt
sich eine zusätzliche
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
der 4.
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Die
Ventilfunktionsweise des Ventils III in 3 umfasst
einen Verbraucheranschluss A (links an der Stirnseite des Ventilteiles 9)
und zwei weitere Anschlüsse
P und T, die an der Umfangsfläche
des Ventilteiles 9 angeordnet sind. Die Anschlüsse werden
jeweils durch Abdichtungen 13 in Form von O-Ringen gegeneinander
und nach außen
abgedichtet sind. Eine weitere Abdichtung 19 dichtet den
Ventilteil 9 gegenüber
dem Magnetteil 1 ab. Der Verbraucheranschluss A ist über einen
axial verschiebbaren hohlen Ventilschieber 21 in der Darstellung
der 3 mit dem Tankanschluss T verbunden. Durch eine
axiale Verschiebung eines Ventilschiebers 21 erfolgt über Öffnungen
im Schieber 21 eine Schließung des Tankanschlusses T
und eine gleichzeitige Öffnung des
Anschlusses P. Die Verschiebung erfolgt durch ein Betätigungselement 4,
das durch Magnetkraft des Magnetteils 1 aktiviert wird.
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Die
Verbindungsstelle 32 (6) weist
in Richtung des Ventilteils 9 ein zylinderförmiges Anschlussteil 11 zur
Befestigung einer Ventilhülse 10 auf.
Für die
Befestigung der Ventilhülse 10 an
die Anschlussstelle 11 besitzt deren Kopfstelle eine topfartige
axiale Ausnehmung. Der Aussenwandung der Kopfstelle 28 des
Ventilschiebers 21 und die Innenwandung des linken Anschlussteiles 11 bilden
einen Federraum 31 für
eine Rückstelleinrichtung
des Schiebers 21. Die Druckfeder 22 stützt sich
mit ihrem einen Ende gegen eine Schulter am Kopf 28 des Schiebers
und mit ihrem anderen Ende gegen den Boden der Ausnehmung der Ventilhülse 10.
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Das
Baukastensystem des Ventile III ist aus den zugehörigen Baugruppen
entlang der wagerechten und senkrechten Zusammenbaulinien 25, 20 der 6 ersichtlich.
Für die
Baugruppen „Spulenkörper 24" und „Gehäuse 7" werden die entsprechenden Teile
der Baugruppen der Ventile I oder II verwendet, wie
dies aus der senkrechten Zusammenbaulinie 25 der 6 ersichtlich
ist. Das Bauteil „Anker 3" der Ventile III und IV sind
gegenüber
dem Bauteil „Anker 3" des Ventils I und II zur
Anpassung der veränderten Funktion
der Ventile III und IV leicht modifiziert. Die Baugruppe
Verbindungsteil 32 ist ebenfalls leicht modifiziert, da
der Pol 12 (3) mit dem Steuerkonus 6 (3)
gegenüber
den Ventilanordnungen I und II abgeändert wurde.
Als weitere Baugruppen folgen entsprechend der waagerechten Zusammenbaulinie 20 die
Baugruppen „Ventilschieber 21", „Druckfeder 22" und „Ventilhülse 10". Dem Baukastensystem
entsprechend wird das Bauteil „Ventilhülse 10" sowohl von dem Ventil II als
auch von den beiden Ventilen III und IV verwendet.
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5 zeigt
ein weiteres 3/2 Wege Proportional-Druckregel- oder Druckminderventil.
Das dargestellte direktgesteuerte Ventil V weist die gleiche Funktion
auf wie das in 2 dargestellte Ventile II. Es
unterscheidet sich jedoch in der Arbeitsweise und dem zu regelnden
Volumenstrombereich, der bei dem Ventil V bis zu 25 l/min
beträgt.
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Das
Ventil V weist den gleichen Magnetteil 1 auf,
wie die übrigen
Ventile. Damit sind Spulenkörper 24 (6)
und Gehäuse 7 baugleich
den ande ren Ausführungsbeispielen.
Für die
Neukonzeption dieser Ventilreihe werden somit die teueren „werkzeugfallenden" Baugruppen von schon
bestehender Baugruppen verwendet und brauchen nicht mehr neu konstruiert
werden. Der in der Ventilbaureihe I definierte Kompaktmagnet 14 ist
somit auch für
die Baureihe V verwendbar. Die restlichen Baugruppen sind ventilspezifisch.
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Der
Ventilschieber 21 wird bei dem Ventil V direkt
von der Kraft des Magnetankers 3 über den Ankerhub bewegt. Um
dennoch eine relativ kleine Druckdifferenz bei hohen Volumenströmen zu gewährleisten,
sind im Ventilteil 9 möglichst
große
Kanäle
geöffnet
worden. Die Öffnungen
in der Ventilhülse 10 sind
als Steuerschlitze oder Einkerbungen 28 ausgeführt. Die
Anschlüsse
A, P und T sind alle umfangmäßig angeordnet
und werden, wie bei den übrige
Ventilen, durch Abdichtungen 13 in Form von O-Ringen voneinander
und nach außen
abgedichtet. Eine weitere Abdichtung 19 dichtet den Ventilteil 9 von
dem Magnetteil 1 ab. Da die Magnetkraft im Vergleich zu
den zu bewegenden Massen zu gering ist, wird die vom Verbraucheranschluss
A resultierende Rückwirkkraft
derart reduziert, das sie durch eine Bohrung im Ventilschieber 21 auf
einen Druckmeldestift 29 mit geringerem Durchmesser wirkt.
Der Federraum 31 mit der Druckfeder 22 auf der
linken Seite des Ventilschiebers 21 ist über eine
weitere Bohrung im Schieber 21 mit einer axialen Ausnehmung
im Anschlussteil 11 des Verbindungsteils 32 (6)
verbunden. Überwiegt
die Magnetkraft der vom Verbraucheranschluss A erzeugten Kraft,
fließt
das Arbeitsfluid vom Druckanschluss P zu dem Verbraucheranschluss
A, ist der Druck zu hoch, öffnet
der Ventilschieber 21 den Tankanschluss T. Die Gleichteile
zu den anderen Ausführungsbeispielen
sind das Gehäuse 7,
der Spulenkörper 24 sowie
der Anker 3 mit dem Betätigungselement 4.
-
Die
Baugruppen des Ventils V ergeben sich gemäß der waagerechten
Zusammenbaulinie 20 der 6. Die Baugruppe
Spulenkörper 24 ist
identisch mit der Baugruppe aus allen vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Dies betrifft auch für
die Baugruppe „Gehäuse 7" zu, so dass für das Ventil V auf die
Verwendung des Kompaktmagneten 14 des Ventils I zurückgegriffen
werden kann. Für
den Anker 3 wird die Baugruppe der Ventile III und IV verwendet.
-
Als
nächste
Baugruppe folgt die „Verbindungsstelle 32", die auf Grund eines
modifizierten Pols 12 (5) mit Steuerkonus 6 (5)
geringfügig
abgeändert
ist. Die Baugruppen des Ventilteils 9 (5)
weisen, wie bereits in der Beschreibung des Ventils V erläutert wurde,
gegenüber
den gleichlautenden Baugruppen der anderen Ventile I bis IV einen anderen
Aufbau auf. Dementsprechend folgen als weitere modifizierte Baugruppen
der Ventilschieber 10, der Druckstift 29, die
Druckfeder 22 sowie eine Federlagerung 30, welche
die Druckfeder 22 gegen den Ventilschieber 21 abstützt.
-
Die
Erfindung zeigt, dass mit nur einer als „Kompaktmagneten" definierten Baugruppe,
eine Vielzahl von elektromagnetisch betätigten Ventilkonzepten mit
unterschiedlichen Funktionen und Bauweisen realisiert werden können. Eine
für die
Serienfertigung entwickelte „werkzeugfallende" Baugruppen kann
durch die erfindungsgemäße Schnittstelle für weitere
Neukonzeption von Ventilen verwendet werden.
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- 1
- Magnetteil
- 2
- axiale
Bohrung
- 3
- Anker
- 4
- Betätigungselement
- 5
- Zylinderspule
(Magnetspule)
- 6
- Steuerkonus
- 7
- Gehäuse
- 8
- Joch
- 9
- Ventilteil
- 10
- Ventilhülse
- 11
- Anschlussteil
- 12
- Pol
- 13
- Abdichtung
(Anschlüsse)
- 14
- Kompaktmagnet
- 15
- Fluidzufuhrbohrung
(Anschluss P)
- 16
- Fluidzufuhrbohrung
(Anschluss T)
- 17
- Umfangsnut,
Einkerbungen
- 18
- Schieberstirnseite
- 19
- Abdichtung
(Ventilteil)
- 20
- Waagerechte
Zusammenbaulinie
- 21
- Ventilschieber
- 22
- Druckfeder
- 23
- Ringscheibe
- 24
- Spulenkörper
- 25
- senkrechte
Zusammenbaulinie
- 26
- Deckel
- 27
- Zylinderrolle
(Druckmeldestift)
- 28
- Kolben
(Ventilschieber)
- 29
- Druckmeldestift
- 30
- Federaufnahme
- 31
- Federraum
- 32
- Verbindungsstelle
- P
- Druckanschluss
- A
- Verbraucheranschluss
- T
- Tankanschluss
- I
- Ventil I
- II
- Ventil II
- III
- Ventil III
- IV
- Ventil IV
- V
- Ventil V