DE102007022059A1 - Hubmagnetanordnung - Google Patents

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Johannes Alken
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Thomas Schmitz
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetanordnung (1) zur Ansteuerung eines Ventils, das ein Gehäuse (2) mit einem Ankerraum (3), einen Ankerkolben (4), der in dem Gehäuse (2) längsverschieblich aufgenommen ist und eine Zentralbohrung (6) aufweist, eine in dem Ankerraum angeordnete Spule (7), die den Ankerkolben zumindest teilweise umschließt, eine Federeinrichtung (10), die auf den Ankerkolben (4) axial entgegen einer von der Spule erzeugten Antriebskraft wirkt, und eine Einstelleinrichtung umfasst, mittels der die Vorspannung der Federeinrichtung eingestellt werden kann, wobei die Federeinrichtung (10) in der Zentralbohrung (6) zumindest teilweise aufgenommen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetanordnung zur Ansteuerung eines Ventils.
  • Im Stand der Technik sind Magnetventile bekannt, bei denen das bewegliche Stellelement von einem Hubmagneten angetrieben wird und die zum Einschieben in eine Bohrung bestimmt sind. Solche Magnetventile werden als Cartridge-Ventile bezeichnet. Sie bestehen in ihrem Ventilteil aus einer feststehenden Ventilhülse, die von Außen mit einer Reihe von ringförmigen Nuten versehen ist, die zum einen durch Bohrungen im Aufnahmeblock zuströmendes oder abfließendes Fluid gleichmäßig am Umfang der Hülse verteilen. Weitere Nuten dienen als Aufnahme für O-Ringe, die die Ringnuten gegeneinander abdichten. Damit wird gewährleistet, dass das Fluid in den äußeren Ringnuten sich auf verschiedenem Druck befinden kann, ohne dass ein Austausch von Fluid zwischen diesen Kammern stattfindet (äußere Leckage). Durch Zulauföffnungen (z. B. Bohrungen) kann das Fluid in das Innere der Hülse gelangen. Ein in axialer Richtung verschiebbares Stellelement (Ventil- oder Steuerschieber) bildet in Verbindung mit den Zulauföffnungen variable Blenden und Kanäle aus (Steuerkanten), mit denen sich der Durchfluss und die Druckdifferenz zwischen den verschiedenen Ringnuten des Fluids beeinflussen lassen.
  • Die Verschiebung des Steuerschiebers in axialer Richtung erfolgt durch einen mit dem Ventil direkt verbundenen Hubmagneten in der Bauweise eines Proportionalmagneten. Durch die Gestaltung des Steuerkonusses im Polkern des Magneten wird ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen erzeugter Magnetkraft und dem elektrischen Spulenstrom erzeugt. Ist der Magnet dazu noch so konstruiert, dass die Kraft in einem bestimmten Arbeitsbereich des Magneten unabhängig vom Hub ist, so kann mittels einer externen Feder erreicht werden, dass bei einem eingeprägten Strom der Schieber des Ventils, der mit dem Ankerkolben direkt oder über eine Stange gekoppelt ist, sich proportional zum Strom verschiebt und somit das Ventil steuert.
  • Massabweichungen von den Sollmaßen, die bei der Fertigung der Einzelteile unvermeidbar sind, sowie Schwankungen in den Fertigungsprozesse führen dazu, dass die Ventile unterschiedliche Kennlinien im Zusammenhang von Strom und Arbeitsdruck aufweisen. Die sich ergebende Streuung führt zu unterschiedlichen Arbeitsdrücken bei den Ventilen bei gleichem Strom durch die Spule. Um zu verhindern, dass diese Streuungen in der Anwendung des Ventils zu Problemen führen, wird üblicherweise ein Toleranzband für die zulässigen Abweichungen der Arbeitsdrücke definiert, welches während einer Prüfung des Ventils überwacht wird.
  • Im Bereich der Mobilhydraulik werden häufig Druckregel- oder Druckminderventile (PDMV) verwendet. Bei diesen Ventilen wird der Druck unabhängig von der Größe des höheren Vordruckes in nachgeschalteten Leitungen durch Drosselung des Zulaufes konstant gehalten, ggf. bei ansteigenden äußeren Lasten auch durch zusätzliche Freigabe des Ablaufes.
  • Im Rahmen einer automatisierten Ansteuerung von Ventilen oder die Nutzung mehrerer parallel geschalter Arbeitsgeräte in der Mobilhydraulik ist die vorgegebene Bandbreite des Arbeitsdruckes nicht mehr ausreichend. Es ist eine höhere Präzision erforderlich. Dies ist realisierbar, wenn das Ventil eine Möglichkeit zur Einstellung der Hub-Kraft-Kennlinie aufweist. Wird diese Einstellung im eingebauten Zustand durchgeführt werden, können darüber hinaus auch Fertigungstoleranzen des Gesamtsystems ausgeglichen werden.
  • Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik sind ventilseitige Einstellungen bekannt, die von der Seite der Ventilhülse aus erfolgen, bei denen Blenden oder dergleichen auf eine definierte Tiefe angepasst oder eingeschraubt werden können.
  • Eine weitere Einstellmöglichkeit kann über eine Veränderung der Vorspannung des Rückstellelementes (z. B. Schraubenfeder) erfolgen, das den Ventilschieber gegen den Ankerkolben drückt. Dabei ist von Bedeutung, welcher der beiden Kraftangriffpunkte der Feder zum Ändern der vorgespannten Federlänge bewegt wird. Der Vektor der Kraft des Magneten und der der Feder sind entgegengesetzt. Bei der Bewegung des Ankers und des Schiebers bewegt sich die Kontaktfläche zwischen Feder und Schieber stets mit, wohingegen die Seite, gegen die sich die Feder abstützt, nicht bewegt wird. Für eine dauerhafte Einstellung des Ventils auf einen oder mehrere Betriebspunkte muss diese – im Betrieb – nicht bewegte Federaufnahmefläche im Rahmen der Justierung des Ventils angepasst werden.
  • Angestrebt wird eine Einstellung auf der Magnetseite. Dies hat den Vorteil, einzelne Ventile oder das Gesamtsystem einzustellen, während das Ventil eingebaut ist. Einzelne oder mehrere Betriebspunkte können somit mit einer hohen Genauigkeit angefahren werden. Dies kann erfolgen, ohne dass ein Zugang zur hydraulischen Seite des Ventils erfolgen muss.
  • DE 197 16 856 zeigt ein Magnetventil mit einer Hubeinstellung des Ankerkolben, bei der zwischen einem ringförmigen Anschlag und dem Magnetanker eine Verbindung hergestellt wird, die anstelle eines kraftschlüssigen eine formschlüssige Anschlag verwendet der plastisch verformbar ist. Im Ankerkolben ist eine Druckfeder angeordnet, die sich auf den elastischen Anschlag abstützt. Es erfolgt eine Änderung der Vorspannung der Feder mit dem Nachteil, dass der Ankerhub beeinflusst wird, was zu einer negativen Beeinflussung des Arbeitspunktes des Ventils führt. Durch die plastische Komponente ist darüber hinaus auch keine Nachjustierung mehr möglich.
  • Eine weitere Einstellung durch die Änderung der Vorspannung der Feder im Magnetteil ist in DE 195 42 642 A1 gezeigt. Der Anker ist in seiner Grundstellung durch eine Druckfeder vorgespannt, aus der er bei Ansteuerung bewegbar ist und sich über eine gehäuseseitiges Widerlager und ein Ankerwiderlager abstützt. Die Einstellung erfolgt über eine Betätigungsstange, die aus dem Magnetgehäuse herausgeführt ist. Durch die Anordnung ist es möglich, auch bei stoßendem Magneten eine Nachjustierung über eine Änderung der Vorspannung der Feder zu erzielen, Die Hubmagnetanordnung gemäß DE 195 42 642 A1 unterliegt jedoch dem Nachteil, dass der Verstellmechanismus für die Druckfeder eine zusätzliche Federeinrichtung notwendig macht und einen großen Bauraum beansprucht.
  • DE 103 56 799 A1 zeigt ein Magnetventil in Form eines Hubmagneten, bei dem die Axialverschiebung des Ankers gegen die Kraft einer Feder erfolgt. Die Vorspannung der Feder lässt sich über eine Stellschraube einstellen, die über ein drehgelagertes Druckrohr des Hubmagneten verdrehbar ist. Die Stellschraube und das Druckrohr sind drehfest, jedoch in Axialrichtung zu einander verschiebbar verbunden. Durch das Drehen des Druckrohres wird die Axialposition der Stellschraube verändert.
  • DE 40 22 395 A1 zeigt ein weiteres Magnetventil, bei dem der Anker mit einem Einstellglied axial verstellt wird. Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt über eine Änderung der Federvorspannung.
  • DE 10 2004 035 501 A1 zeigt einen Hubmagneten mit einstellbarer Magnetkraft. Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt in einem Überdeckungsbereich zwischen einem Gehäusemantel des Magneten und einem axial verschiebbaren Einstellstift. Die Einstellvorrichtung steht mit dem Polrohr in Wirkkontakt, ist von außen zugänglich und als Drehhülse ausgeführt, die auf dem Polrohr axial geführt ist und eine Außengewinde aufweist, das mit einem Innengewinde des Gehäusemantels kämmt. Die Rückstellfeder für den Anker ist im Ankerinnenraum angeordnet. Der Anker ist über die Rückstellfeder vorgespannt. Durch eine Betätigung der Drehhülse erfolgt eine Beeinflussung des Ankerhubes. Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt über eine Vergrößerung des Überdeckungsbereiches zwischen der Einstellvorrichtung und der Gehäusewandung. Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt hier durch eine Veränderung der wirksamen Fläche des Magnetfeldes.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die magnetseitige Einstellung und Nachjustierung des Arbeitspunktes eines Magnetventils mit einfachen Mitteln zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Hubmagnetanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Eine erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung dient der Ansteuerung eines Ventils, insbesondere eines Druck- oder Wegeventils, und umfasst ein Gehäuse mit einem Ankerraum, einen Ankerkolben, der in dem Gehäuse längsverschieblich aufgenommen ist und eine Zentralbohrung aufweist, eine in dem Ankerraum angeordnete Spule, die den Ankerkolben zumindest teilweise umschließt, eine Federeinrichtung, die auf den Ankerkolben axial entgegen einer von der Spule erzeugten Antriebskraft wirkt, und eine Einstelleinrichtung, mittels der die Vorspannung der Federeinrichtung eingestellt werden kann, wobei die Federeinrichtung in der Zentralbohrung zumindest teilweise aufgenommen ist.
  • Durch die zumindest teilweise Aufnahme der Federeinrichtung in der Zentralbohrung sind die Abmessungen der Hubmagnetanordnung insbesondere bezüglich der Längsachse des Gehäuses vorteilhaft verringert. In dem Gehäuse sind somit alle Anpassungen an die Federeinrichtung wie Führungsbuchsen, Anschläge oder dergleichen erforderlich, da die Anordnung und die Wirkungsweise der Federeinrichtung in die Zentralbohrung des Ankerkolbens hinein verlegt sind.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Einstelleinrichtung eine Betätigungsstange umfassen, die mit ihrem einen Ende öldicht aus dem Gehäuse heraus geführt und verschieblich dazu lösbar festgesetzt werden kann. Mit ihrem anderen Ende ist die Betätigungsstange in die Zentralbohrung des Ankerkolbens hinein geführt, wobei die Federeinrichtung an einem in dem Ankerkolben ausgebildeten ersten Widerlager und an einem an der Betätigungsstange ausgebildeten zweiten Widerlager abgestützt ist. Infolge dieser einzigen Betätigungsstange der Einstelleinrichtung, welche Betätigungsstange das genannte zweite Widerlager für die Federeinrichtung bildet, ist die Gesamtanzahl von Bauelementen zur Veränderung der Vorspannung der Federeinrichtung vorteilhaft klein gehalten. Ein Verschieben der Betätigungsstange bezüglich des Gehäuses und damit des zweiten Widerlagers wirkt sich unmittelbar auf die Federvorspannung der Federeinrichtung und damit auf den Betriebspunkt eines Ventils aus, wobei das Verschieben der Betätigungsstange bei laufendem Betrieb des Ventils erfolgen kann, ohne dass ein Zugang zur hydraulischen Seite des Ventils erfolgen muss.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Festsetzung der Betätigungsstange relativ zum Gehäuse dauerhaft gewählt sein, z. B. durch eine geeignete Einpressung der Betätigungsstange in einer Öffnung des Gehäuses. Nach einem ersten Einpressen der Betätigungsstange in die Öffnung bleibt die axiale Position der Betätigungsstange bezüglich des Gehäuses unveränderlich. Auch wenn bei einer solchen Einpressung der Betriebspunkt des Ventils bei dessen laufendem Betrieb nicht veränderlich ist, ist jedoch die Einstellung des Ventils vor dessen Erstinbetriebnahme wesentlich erleichtert.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die in der Zentralbohrung des Ankerkolbens angeordnete Federeinrichtung den Ankerkolben in seine Ausgangsstellung vorspannen, wenn die Spule stromlos ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann außerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens eine weitere Federeinrichtung vorgesehen sein, die den Ankerkolben in seine Ausgangsstellung drückt. In jedem Fall wirkt die innerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens angeordnete Federeinrichtung der von der Spule erzeugten Antriebskraft axial entgegen, wobei durch eine Veränderung der Federvorspannung einzelne oder mehrere Betriebspunkte mit sehr hoher Genauigkeit angefahren werden können. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Zentralbohrung im Wesentlichen vollständig entlang einer Längsachse des Ankerkolbens. Dies ermöglicht zum einen eine Aufnahme von Federeinrichtungen in Form einer Spiralfeder mit großer Windungsanzahl, falls eine entsprechend hohe Federkraft erforderlich ist. Des weiteren kann die Zentralbohrung an ihrer Seite, die dem ersten Widerlager entgegengesetzt ist, durch einen Stift verschlossen sein, der in die Zentralbohrung eingeschraubt, eingepresst oder in ähnlicher Weise darin gehalten ist. Der Stift überträgt die Bewegung des Ankerkolbens auf einen Ventilschieber eines Magnetventils, dessen Antrieb die erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung sicherstellt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das erste Widerlager innerhalb des Ankerkolbens durch einen radial nach innen gerichteten Schulterabschnitt ausgebildet sein. Hierdurch ist in einfacher Weise ein geeignetes und betriebssicheres Abstützen einer Stirnseite der Federeinrichtung an eine Anschlagsfläche des Ankerkolbens sichergestellt. Das zweite Widerlager ist zweckmäßigerweise an einer endseitigen Stirnseite der Betätigungsstange ausgebildet, die sich durch die Federeinrichtung hindurch erstrecken kann. Hierdurch ist eine Wirkung der Federeinrichtung über ihre volle Länge gewährleistet. Das zweite Widerlager an der endseitigen Stirnseite der Betätigungsstange kann in Form eines T-förmigen Querschnitts ausgebildet sein, an dessen Schulterabschnitt sich der daran angrenzende Endbereich der Federeinrichtung anlegt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Betätigungsstange durch ein Joch des Gehäuses hindurch nach außen geführt sein. Hierzu weist das Gehäuse bzw. ein randseitig daran angebrachtes Kappenelement eine Austrittsöffnung auf, die an den Außendurchmesser der Betätigungsstange angepasst ist. Über geeignete Dichtungen oder dergleichen ist hierbei sichergestellt, dass der Ankerraum trotz dieser Öffnung des Gehäuses für die Betätigungsstange öldicht nach außen hin abgeschlossen bleibt. Das Ende der Betätigungsstange, das sich außerhalb des Gehäuses befindet, kann mit einer Verstelleinrichtung gekoppelt sein, so dass die Betätigungsstange relativ zu einer Längsachse des Gehäuses verschieblich ist. Eine solche Verschiebung der Betätigungsstange führt wie erläutert zu einem Verschieben des zweiten Widerlagers innerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens, so dass dadurch die Vorspannung der Federeinrichtung wie gewünscht verändert wird. Ein solches Verstellen der Betätigungsstange kann dadurch erzielt werden, dass die Betätigungsstange an ihrer Außenumfangsfläche in dem Bereich, der durch das Gehäuse öldicht hindurch geführt ist, ein Außengewinde aufweist. Dieses Außengewinde wirkt mit einem an der Kontaktfläche ausgebildeten Innengewinde zusammen, so dass die Betätigungsstange durch ein Verdrehen um ihre Achse entlang der Längsachse des Gehäuses verlagerbar ist. Die Anzahl von anteiligen oder ganzzahligen Umdrehungen der Betätigungsstange um ihre Achse stellt dabei ein einfaches und präzises Maß für ein Verschieben bezüglich der Längsachse des Gehäuses dar. Unter Berücksichtigung der gewählten Gewindesteigung für das Außen- bzw. Innengewinde lässt sich somit dass zweite Widerlager gezielt um eine bestimmte Strecke innerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens verschieben, indem die Betätigungsstange um ein vorbestimmtes Maß um ihre Achse verdreht wird. Auf dem Außengewinde der Betätigungsstange kann außerhalb des Gehäuses eine Kontermutter aufgeschraubt sein, die nach Erreichen einer ausgewählten Betriebsposition ein Verschieben der Betätigungsstange relativ zum Gehäuse verhindert.
  • Alternativ zum Vorsehen eines Gewindes an Betätigungsstange bzw. Gehäuse kann ein axiales Verschieben der Betätigungsstange relativ zum Gehäuse ebenfalls durch eine Pressverbindung oder dergleichen erfolgen. Die Betätigungsstange ist hierbei in einer Öffnung des Gehäuses geeignet eingepresst, wobei das Passmaß zwischen Betätigungstange und der Öffnung so gewählt ist, dass die Betätigungsstange bei einem ausgewählten Betriebspunkt rutschsicher in der Öffnung fixiert ist. Ein Verstellen des Betriebspunkts des Ventils erfolgt dadurch, dass die Einpressung der Betätigungsstange mittels einer geeigneten Verstelleinrichtung wegüberwacht verändert werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung eignet sich insbesondere zur Anwendung für ein Magnetventil, dass zum Beispiel als Cartridge-Ventil ausgeführt sein kann. Das Kraftgleichgewicht, das sich durch eine an einer Stirnfläche eines Ventilschiebers wirkende Strömungskraft und der durch die Spule erzeugte Magnetkraft, die auf den Ankerkolben wirkt, einstellt, ermöglicht ein Verstellen der Vorspannung für die Federeinrichtung, ohne dass sich dies auf den Ankerhub auswirkt. Anders ausgedrückt, ist durch die erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung in Verbindung mit einem Cartridge-Ventil eine Einstellung bzw. Nachjustierung des Arbeitspunktes im Wege einer Veränderung der Federvorspannung, die auf den Ankerkolben wirkt, möglich, ohne dabei den Ankerhub zu beeinflussen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine prinzipiell vereinfachte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung,
  • 2 eine Querschnittsansicht eines Magnetventils, das mit der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung gemäß 1 versehen ist,
  • 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs 1 von 2,
  • 4 eine Querschnittsansicht des Ventils gemäß 2, einschließlich seiner Druckstufe mit Einlass- und Auslasskanal,
  • 5 eine Seitenansicht des Magnetventils von 4 aus Richtung des Pfeils a von 4, und
  • 6 ein Diagramm für verschiedene Betriebspunkte eines Magnetventils mit der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung, wobei eine Druckdifferenz als Funktion des Spulenstroms aufgetragen ist.
  • 1 zeigt eine prinzipiell vereinfachte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1. Die Hubmagnetanordnung umfasst ein Gehäuse 2, das einen Ankerraum 3 bildet. Innerhalb des Ankerraums 3 ist ein Ankerkolben 4 bezüglich einer Längsachse 5 des Gehäuses 2 verschieblich aufgenommen. Der Ankerkolben weist eine Zentralbohrung 6 auf, die sich im Wesentlichen vollständig entlang einer Längsachse des Ankerkolbens erstreckt. In dem Ankerraum 3 ist zusätzlich eine Spule 7 angeordnet, die den Ankerkolben 4 umschließt. Angrenzend zum Ankerkolben 4 ist innerhalb der Spule 7 des weiteren ein Steuerkonus 8 vorgesehen, der für einen Antrieb des Ankerkolbens 4 durch die von der Spule 7 erzeugte Magnetkraft in bekannter Weise erforderlich ist.
  • Eine Betätigungsstange 9 ist Teil einer Einstelleinrichtung, wobei die Betätigungsstange 9 mit einem Ende (in 1 rechts gezeigt) öldicht aus dem Gehäuse 2 heraus geführt ist. Das andere Ende der Betätigungsstange 9 ragt in die Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 hinein, wobei die Stirnseite dieses Endes der Betätigungsstange 9 einen T-förmigen Querschnitt aufweist und somit ein Widerlager 11 bildet. Innerhalb der Zentralbohrung 6 ist eine Federeinrichtung in Form einer Spiral-Druckfeder 10 aufgenommen, wobei sich die Betätigungsstange 9 durch die Feder 10 hindurch erstreckt. Die Feder 10 ist zwischen dem Widerlager 11 an der Stirnseite der Betätigungsstange 9 und einem Schulterabschnitt 12, der in einem Randbereich des Ankerkolbens 4 radial nach innen gerichtet ist, abgestützt. In der Zentralbohrung 6 ist an ihrer dem Schulterabschnitt 12 entgegengesetzten Seite ein Stift 13 befestigt, der durch eine mittige Bohrung 14 des Steuerkonus 8 hindurch geführt ist und mit einem Ventilschieber eines Magnetventils in Verbindung steht.
  • In der Position gemäß 1 ist der Ankerkolben 4 in seiner Ausgangsstellung gezeigt, wenn die Spule 7 stromlos ist. Bei einem Bestromen der Spule 7 treibt die dabei erzeugte Magnetkraft den Ankerkolben 4 in 1 nach links an, d. h. in Richtung des Steuerkonus 8. Hierbei wird die Längsverschiebung des Ankerkolbens 4 innerhalb des Ankerraums 3 mittels des Stifts 13 auf den Ventilschieber des Magnetventils (4) übertragen, um den Fluidstrom zwischen dem Einlass- und Auslasskanal des Magnetventils zu steuern. Das Verschieben des Ankerkolbens 4 in dem Ankerraum 3 in der 1 nach links bei bestromter Spule 7 erfolgt gegen die Kraft der Feder 10. Dies bewirkt, dass die Feder 10 bei einem Entregen der Spule 7, wenn kein äußeres Magnetfeld mehr auf den Ankerkolben 4 wirkt, den Ankerkolben 4 zurück in seine Ausgangsstellung drückt.
  • Das erfindungsgemäße Einstellen bzw. Verändern der Federvorspannung wird wie folgt durchgeführt:
    Die Betätigungsstange 9 kann mit ihrem Ende, welches aus dem Gehäuse 2 öldicht heraus geführt ist, relativ zur Längsachse 5 des Gehäuse verschoben werden. Durch ein Verschieben der Betätigungsstange 9 wird die Position des Widerlagers 11 innerhalb der Zentralbohrung 6 und damit der verfügbare Federweg für die Feder 10 geändert. Falls die Betätigungsstange 9 in das Gehäuse 2 hinein bewegt wird, wandert das Widerlager 11 innerhalb der Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 in 1 nach links, d. h. weg von dem Schulterabschnitt 12. Da sich hierbei der Abstand zwischen dem Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 vergrößert, verringert sich somit die Vorspannung für die Feder 10, die zwischen diesen beiden Widerlagern 11, 12 abgestützt ist. Nachdem eine gewünschte Vorspannung für die Feder 10 durch ein Verschieben der Betätigungsstange 9 erzielt worden ist, kann diese bezüglich des Gehäuses 2 lösbar festgesetzt werden, so dass ein versehentliches Verschieben der Betätigungsstange 9 ausgeschlossen ist und der gewählte Betriebspunkt für den Ankerkolben 4 erhalten bleibt. Ein Erhöhen der Vorspannung für die Feder 10 funktioniert entsprechend umgekehrt, indem die Betätigungsstange 9 zunächst gelöst wird und anschließend aus dem Gehäuse 2 herausbewegt wird. Hierbei verringert sich der Abstand des Widerlagers 11 bezüglich des Schulterabschnitts 12, wodurch die Vorspannung für die Feder 10 vergrößert wird. Der Vorteil einer solchen Verstellung der Vorspannung für die Feder 10 liegt darin, dass dies bei laufendem Betrieb des Magnetventils erfolgen kann, weil ein Zugang zur hydraulischen Seite des Ventils nicht erforderlich ist. Durch ein sukzessives Verschieben der Betätigungsstange 9 in das Gehäuse 2 hinein oder daraus heraus lassen sich einzelne oder mehrere Betriebspunkte mit einer sehr großen Genauigkeit anfahren und entsprechend ein Arbeitspunkt des Ventils einstellen. Eine Beeinflussung des Ankerhubs findet hierbei nicht statt, da die Strömungskraft, die an der Stirnseite des Ventilschiebers des Ventils angreift, dem entgegen wirkt.
  • Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 eine Integration der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1 in ein Magnetventil erläutert.
  • 2 zeigt eine Längsquerschnittansicht durch ein Magnetventil 16 entlang dessen Längsachse 17. Das Gehäuse 2 in der Hubmagnetanordnung 1 bildet gleichzeitig ein Gehäuse des Magnetventils 16. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erläutert, ist innerhalb des Gehäuses 2 ein Ankerraum 3 ausgebildet, in dem ein Ankerkolben 4 längsverschieblich bezüglich der Längsachse 17 aufgenommen ist. Das Gehäuse 2 ist in seinem in 2 rechts gezeigten Bereich durch ein Kappenelement 18 verschlossen, das in eine stirnseitige Öffnung 19 des Gehäuses 2 eingesetzt ist. Dichtmittel in Form von O-Ringen 20 gewährleisten eine öldichte Abdichtung des Ankerraums 3 nach außen zur Umgebung hin.
  • In dem in 2 links gezeigten Bereich des Gehäuses ist der Steuerkonus 8 eingesetzt, der sich nach innen in den Ankerraum 3 hinein erstreckt. Zwischen dem Steuerkonus 8 und einer Innenfläche des Gehäuses 2 ist die Spule 7 aufgenommen, die den Ankerkolben teilweise umschließt. Zwischen einer Stirnseite der Spule 7 und dem Kappenelement ist innerhalb des Ankerraums 3 eine Jochscheibe 21 positioniert, die einen festen Sitz der Spule 7 gewährleistet. Zwischen dem Steuerkonus 8 und der Spule 7 ist ebenfalls ein O-Ring 20 vorgesehen, um eine Öldichtigkeit des Gehäuses in seinem in 2 links gezeigten Bereich sicherzustellen.
  • Der Ankerkolben 4 ist innerhalb des Ankerraums 3 durch eine Führungsbuchse 22 verschieblich geführt. Der Ankerraum 3 selbst ist mit Öl gefüllt, woraus eine gute Schmierung des Ankerkolbens 4 bei einer Längsverschiebung resultiert.
  • Der Ankerkolben 4 weist zumindest eine Druckausgleichsbohrung 23 auf, die sich in Längsrichtung des Ankerkolbens 4 hindurch erstreckt und eine Fluidverbindung zu beiden Stirnseiten des Kolbens bildet. In die Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 hinein ist die Betätigungsstange 9 geführt, die mit ihrem anderen Ende durch eine Öffnung 24 des Kappenelements 18 aus dem Gehäuse 2 heraus geführt ist. Wie bereits in 1 erläutert, ist innerhalb der Zentralbohrung 6 eine Druckfeder 10 aufgenommen, die sich zwischen dem an einer Stirnseite der Betätigungsstange 9 ausgebildeten Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 des Ankerkolbens 4 abstützt. Die Betätigungsstange 9 weist entlang ihres Außenumfangs, der in Kontakt mit der Öffnung 24 des Kappenelements 18 steht, ein Außengewinde 25 auf. Daran angepasst ist in der Öffnung 24 ein Innengewinde 26 ausgebildet. Durch ein Verdrehen um ihre Achse lässt sich die Betätigungsstange 9 in das Gehäuse 2 hinein schrauben bzw. daraus heraus schrauben, wobei sich das Widerlager 11 entsprechend von dem Schulterabschnitt 12 weg bewegt bzw. darauf hinzu bewegt. Bei einem Hineindrehen der Betätigungsstange 9 in das Gehäuse 2 vergrößert sich der Abstand des Widerlagers 11 zum Schulterabschnitt 12, wodurch die Vorspannung für die Druckfeder 10 verringert wird. Umgekehrt bedeutet dies, dass bei einem Herausschrauben der Betätigungsstange 9 aus dem Gehäuse 2 heraus der Abstand zwischen dem Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 verringert wird, wodurch die Vorspannung der Druckfeder 10 vergrößert wird.
  • Die Betätigungsstange 9 ist an ihrem freien Ende außerhalb des Gehäuses 2 mit einem Sechskant 28 versehen, auf den ein Werkzeug zum Verdrehen der Betätigungsstange 9 um ihre Achse aufgesteckt werden kann. Das Außengewinde der Betätigungsstange 9 erstreckt sich bis in einen Bereich außerhalb des Kappenelements 18, so dass eine Kontermutter 27 aufgeschraubt sein kann. Falls die Kontermutter 27 gegen eine Stirnseite des Kappenelements 18 festgeschraubt ist, ist die Betätigungsstange 9 in ihrer ausgewählten Betriebsstellung gegen eine selbsttätiges Verdrehen gesichert und somit in ihrer axialen Position bezüglich des Gehäuses 2 festgesetzt.
  • In die Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 ist an ihrer in 2 links gezeigten Seite der Stift 13 eingepasst, der durch eine Führungsbuchse 29 innerhalb der mittigen Bohrung 14 des Steuerkonus 8 verschieblich geführt ist. Der Stift 13 dient dazu, eine axiale Verschiebung des Ankerkolbens 4 innerhalb des Ankerraums 3 an einen Ventilschieber zu übertragen, wie nachstehend in 4 noch im Detail erläutert.
  • Der Bereich I von 2 ist in der Längsquerschnittansicht von 3 vergrößert dargestellt. In das Kappenelement 18 ist ein Führungsflansch 30 eingestemmt, in dessen Zentralbohrung 30a die Betätigungsstange 9 verschieblich hindurch geführt ist. Ein auf der Betätigungsstange 9 aufgebrachter O-Ring 20 gewährleistet dabei eine Öldichtigkeit des Ankerraums 3 nach außen. In der in 3 gezeigten Position ist der Ankerkolben 4 durch die Druckfeder 10 in seine Ausgangsstellung vorgespannt. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert, läßt sich durch ein Hineindrehen der Betätigungsstange 9 in das Gehäuse 2 die Vorspannung der Druckfeder 10 verringern, da hierbei sich der Abstand zwischen dem Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 vergrößert. Umgekehrt kann die Vorspannung für die Druckfeder 10 vergrößert werden, wenn die Betätigungsstange 9 aus dem Gehäuse 2 heraus geschraubt wird. Die Kontermutter 27 setzt die Betätigungsstange 9 axial bezüglich des Gehäuse 2 bzw. dessen Kappenelement 18 fest, wenn eine ausgewählte Betriebsstellung eingestellt ist.
  • In 4 ist das Magnetventil 16 vollständig in einer Längsquerschnittansicht gezeigt. In den Steuerkonus 8 ist eine Ventilhülse 31 verstemmt, wobei auf die Ventilhülse ein Deckel 35 aufgesetzt ist, der ebenfalls an einer Stirnseite des Steuerkonus 8 befestigt ist. Ein O-Ring 20 zwischen dem Steuerkonus 8 und dem Deckel 35 stellt die erforderliche Öldichtigkeit des Ankerraums 3 sicher. In der Ventilhülse 31 sind ein Einlasskanal 32 und ein Auslasskanal 33 ausgebildet, wobei ein längsverschieblich in der Ventilhülse geführter Ventilschieber 34 eine Fluidverbindung zwischen Einlasskanal 32 und Auslasskanal 33 steuert. Hierzu sind nach Art eines Cartridge-Ventils an einer Innenumfangsfläche der Ventilhülse 31 bzw. an einer Außenumfangsfläche des Ventilschiebers 34 Nuten oder dergleichen vorgesehen, durch die bei geeigneter Stellung des Ventilschiebers 34 das Fluid vom Einlasskanal 32 zum Auslasskanal 33 strömen kann.
  • An einer Stirnseite des Deckels 35 und stromaufwärts des Einlasskanals 32 ist ein Filter 36 angebracht. Stromabwärts des Auslasskanals 33 ist an der Ventilhülse 31 ein weiterer Filter 37 angebracht. Beide Filter 36, 37 dienen zur Filterung des durchströmenden Fluids und zum Einfangen von Fremdpartikeln oder dergleichen. An einer Außenumfangsfläche der Ventilhülse 31 sind weitere O-Ringe 20 angeordnet, die eine Dichtigkeit des Ölraums zur Umgebung hin gewährleisten.
  • Der Ventilschieber 34 weist einen Schulterabschnitt 38 auf, der sich in Richtung der Ventilhülse 31 erstreckt. Angrenzend zu diesem Schulterabschnitt ist der Ventilschieber 34 mit dem Stift 13 verbunden. Eine Axialbewegung des Stifts 13 wird somit auf den Ventilschieber 34 übertragen, und umgekehrt. In einer Öffnung 39 der Ventilhülse 31, die dem Steuerkonus 8 gegenüber liegt, ist eine Sitzfläche 40 ausgebildet. Auf einer Außenumfangsfläche des Stifts 13 ist eine weitere Druckfeder 41 angeordnet, die sich mit ihrem in 4 rechts gezeigten Ende an dem Schulterabschnitt 38 und mit ihrem in 4 links gezeigten Ende an der Sitzfläche 40 abstützt. Die Druckfeder 41 dient dazu, den Ankerkolben 4 in seine Ausgangsstellung vorzuspannen. Somit wird der Ankerkolben 4 sowohl durch die Druckfeder 10 und die Druckfeder 41 in seine Ausgangsstellung vorgespannt. In Abweichung von der in 4 gezeigten Ausführungsform ist ein Vorspannen des Ankerkolbens 4 in seine Ausgangsstellung auch ohne die Druckfeder 41 möglich. Ebenfalls ist es möglich, den Ankerkolben 4 ausschließlich durch die Druckfeder 41 in seine Ausgangsstellung vorzuspannen, wobei dann die Druckfeder 10 primär zur Ansteuerung eines ausgewählten Betriebspunkt des Magnetventils 16 dient.
  • Die erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung 1 eignet sich dazu, die Vorspannung der Druckfeder 10 im laufenden Betrieb des Magentventils 16 zu verändern und damit einen entsprechenden Betriebspunkt des Magnetventils 16 exakt einzustellen, indem die Betätigungsstange 9 über den Sechskant 28 in Längsrichtung bezüglich des Gehäuses 2 verstellt. Die Strömungskraft, die auf eine Stirnseite des Ventilschiebers 34 wirkt, führt zu einem Kraftgleichgewicht mit der von der Spule 7 erzeugten Magnetkraft, die auf den Ankerkolben 4 wirkt. Dies hat zur Folge, dass eine Veränderung der Vorspannung für die Druckfeder 10 den Ankerhub des Ankerkolbens 4 nicht beeinflusst.
  • 5 zeigt eine Seitenansicht des Magnetventils 16 aus Richtung des Pfeils a von 4. Das Gehäuse 2 weist einen Befestigungsflansch 42 auf, in dem Durchgangslöcher 43 für ein geeignetes Befestigen des Magnetventils 16 ausgebildet sind. In der Seitenansicht von 5 sind der Sechskant 28 der Betätigungsstange 9 und auch die Kontermutter 27 zu erkennen.
  • 6 zeigt ein Kennliniendiagramm für das Magnetventil 16, welches mit der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1 bestückt ist. In dem Kennliniendiagramm von 6 ist die Druckdifferenz ΔP auf der Ordinate als Funktion des Stroms (Abszisse) aufgetragen, der an die Spule 7 angelegt wird. Die Kennlinie 1 stellt eine Grundstellung der Betätigungsstange 9 dar, in der sie vollständig in das Gehäuse 2 hinein gedreht ist. Die Kurven 2 bis 4 zeigen eine geänderte Betriebsstellung für die Betätigungsstange 9, in der sie bezogen auf die Grundstellung jeweils um eine Umdrehung aus dem Gehäuse 2 bzw. dessen Kappenelement 18 heraus gedreht ist. Dies bedeutet, dass in den Betriebsstellungen gemäß der Kurven 2 bis 4 der Abstand des Widerlagers 11 zum Schulterabschnitt 12 sukzessive verringert ist, woraus eine sukzessive Erhöhung der Federvorspannung für die Druckfeder 10 resultiert. Entsprechend ist bei den Kurven 2, 3 bzw. 4 die erforderliche Stromaufnahme für die Spule 7 größer, um in der Ventilhülse 31 zwischen dem Einlass- und Auslasskanal 32, 33 die gleiche Druckdifferenz zu erzielen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - DE 4022395 A1 [0013]
    • - DE 102004035501 A1 [0014]

Claims (19)

  1. Hubmagnetanordnung (1) zur Ansteuerung eines Ventils, umfassend: ein Gehäuse (2) mit einem Ankerraum (3), einen Ankerkolben (4), der in dem Gehäuse (2) längsverschieblich aufgenommen ist und eine Zentralbohrung (6) aufweist, eine in dem Ankerraum (3) angeordnete Spule (7), die den Ankerkolben (4) zumindest teilweise umschließt, eine Federeinrichtung (10), die auf den Ankerkolben (4) axial entgegen einer von der Spule (7) erzeugten Antriebskraft wirkt, und eine Einstelleinrichtung, mittels der die Vorspannung der Federeinrichtung (10) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (10) in der Zentralbohrung (6) zumindest teilweise aufgenommen ist.
  2. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 1, bei der die in der Zentralbohrung (6) des Ankerkolben (4) angeordnete Federeinrichtung (10) den Ankerkolben (4) in seine Ausgangsstellung vorspannt.
  3. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Ankerkolben (4) durch eine ausserhalb der Zentralbohrung (6) angeordnete weitere Federeinrichtung (41) in seine Ausgangsstellung vorgespannt ist.
  4. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zentralbohrung (6) sich im Wesentlichen vollständig entlang einer Längsachse des Ankerkolbens (4) erstreckt.
  5. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Federeinrichtung (10) im Wesentlichen vollständig innerhalb der Zentralbohrung (6) aufgenommen ist.
  6. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Einstelleinrichtung eine Betätigungsstange (9) umfasst, die einenends öldicht aus dem Gehäuse (2) herausgeführt und verschieblich dazu festsetzbar ist und anderenends in die Zentralbohrung (6) des Ankerkolbens (4) hineinragt, wobei die Federeinrichtung an einem in dem Ankerkolben (4) ausgebildeten ersten Widerlager (12) und an einem an der Betätigungsstange (9) ausgebildeten zweiten Widerlager (11) abgestützt ist.
  7. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 6, bei der die Festsetzung der Betätigungsstange (9) bezüglich des Gehäuses wahlweise lösbar ist, so dass durch eine Verschiebung der Betätigungsstange (9) ein Betriebspunkt des Ventils einstellbar ist.
  8. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 6, bei der die Festsetzung der Betätigungsstange (9) bezüglich des Gehäuses dauerhaft ist.
  9. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das erste Widerlager durch einen radial nach innen gerichteten Schulterabschnitt (12) des Ankerkolbens (4) ausgebildet ist.
  10. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die Zentralbohrung (6) an ihrer dem ersten Widerlager entgegengesetzten Seite durch einen Stift (13) verschlossen ist, mittels dessen die Bewegung des Ankerkolbens (4) auf einen Ventilschieber (34) eines Magnetventils (16) übertragbar ist.
  11. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der das zweite Widerlager (11) an einer endseitigen Stirnseite der Betätigungsstange (9) ausgebildet ist.
  12. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 11, bei der das zweite Widerlager (11) in Form eines T-förmigen Querschnitts ausgebildet ist.
  13. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei der die Betätigungsstange (9) durch ein Joch (18) des Gehäuses (2) hindurch geführt ist.
  14. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 13, bei der das Ende der Betätigungsstange (9), das sich ausserhalb des Gehäuses (2) befindet, mit einer Verstelleinrichtung gekoppelt ist, so dass die Betätigungsstange (9) relativ zu einer Längsachse (5) des Gehäuses (2) verschieblich ist.
  15. Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei der eine Aussenumfangsfläche der Betätigungsstange (9) in dem Bereich, der durch das Gehäuse (2) öldicht hindurchgeführt ist, ein Aussengewinde (25) aufweist, das mit einem an einer Kontaktfläche des Gehäuses (2) ausgebildeten Innengewinde (26) zusammenwirkt, so dass die Betätigungsstange (9) durch ein Verdrehen um ihre Achse entlang der Längsachse des Gehäuses (2) verlagerbar ist.
  16. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 15, bei der auf dem Aussengewinde (25) der Betätigungsstange (9) ausserhalb des Gehäuses (2) eine Kontermutter (27) aufgeschraubt ist, die die Betätigungsstange (9) in einer ausgewählten Betriebsposition gegen ein Verschieben relativ zum Gehäuse (2) sichert.
  17. Hubmagnetanordnung (1) nach Anspruch 14, bei der die Betätigungsstange (9) in dem Gehäuse (2) einpressbar ist, wobei eine Verschiebung der Betätigungsstange (9) bezüglich des Gehäuses (2) mittels einer wegüberwachten Einpressung erfolgt.
  18. Magnetventil (16), mit einer Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
  19. Magnetventil (16) nach Anspruch 18, das als Cartridge-Ventil ausgeführt ist.
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