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Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten für ein Ventil der Hydraulik, insbesondere für ein Schaltventil, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Ventil der Hydraulik, insbesondere ein Schaltventil, mit einem derartigen Elektromagnet gemäß dem Patentanspruch 12.
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Gattungsgemäße Elektromagnete dienen der Betätigung eines hydraulischen Ventils, insbesondere eines Schaltventils, in eine von dessen Schaltstellungen. Dazu wird an eine Spule des Elektromagneten eine Gleichspannung beispielsweise 12 Volt oder 24 Volt, angelegt, so dass aus der daraus resultierenden Magnetkraft ein in der Spule axial beweglicher Anker verstellt wird. Ein mit dem Anker gekoppelter Ventilkörper, insbesondere -kolben nimmt am Ende einer Schaltzeit die Schaltstellung ein. Der Magnetkraft entgegen wirkt meist eine Rückstellfeder, die den Anker beim Abschalten der Bestromung und nachlassender Magnetkraft in dessen Ausgangsstellung zurückbewegt. Zum Halten der Schaltstellung bleibt die Wicklung des Elektromagneten bestromt. Die Wicklung des Elektromagneten ist dabei derart groß ausgelegt, dass eine Überlastung durch Überhitzung der Spule bei dauerhaft anliegendem Schaltstrom verhindert ist.
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Daran nachteilig ist, dass diese so dimensionierte Spule eine entsprechend große Menge Spulendraht mit entsprechend hohem Gewicht und mit dem entsprechend hohen Materialkosten aufweist.
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Um dem Ventil weiterhin die geforderte Schaltkraft und Schaltleistung bereitstellen zu können und gleichzeitig eine Größe der Spule des Elektromagneten verringern zu können, und Gewicht und Kosten einzusparen, sind technische Lösungen bekannt, bei denen ein Elektromagnet mit kleinerer Spule verwendet wird. Dabei wird die Spule zur Beschleunigung des Ankers in Richtung der Schaltstellung für eine kurze Zeit mit einem höheren Strom als dem Nominalstrom der Spule (Anzugsstrom) überbestromt und spätestens bei Erreichen der Schaltstellung mit einem über eine Pulsweitenmodulation verringerten elektrischen Strom (Haltestrom) versorgt. Diese Lösung nutzt den Umstand aus, dass der Anker des Elektromagneten zu Beginn der Schaltung zur Erlangung kurzer Schaltzeiten mit einer starken Magnetkraft beschleunigt werden muss, wohingegen er nach Erreichen der Schaltstellung mit einer vergleichsweise geringen Magnetkraft in der Schaltstellung gehalten werden kann. Zu diesem Zweck ist an einem Stecker, wie er beispielsweise aus dem Datenblatt RD 30362/2013-07 der Anmelderin bekannt ist, über den der Elektromagnet mit einer Spannungsquelle verbunden ist, eine Schaltungsanordnung vorgesehen, wie sie beispielsweise aus der Druckschrift
DE 196 47 215 A1 bekannt ist, über die die Spule des Elektromagneten in Abhängigkeit eines Schaltsignals und der Zeit entweder mit dem überhöhten Anzugsstrom oder mit dem pulsweitenmodulierten, verringerten Haltestrom versorgbar ist. Ebenso sind Lösungen bekannt, in denen die Schaltungsanordnung Teil eines Ansteuermoduls ist. Beispielhaft seien hier die Datenblätter RD 30262 (Schaltschrank/IP2x) oder RD 30250 (Feldinstallation/IP6x) der Anmelderin genannt.
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Da eine derartige Schaltungsanordnung auf den Elektromagneten und dessen geforderte Schaltzeit und Schaltleistung exakt abgestimmt sein muss, hat diese Lösung den Nachteil, dass in der Anwendung stets darauf zu achten ist, dass nur ein aufeinander abgestimmtes Paar aus Stecker und Elektromagnet zum Einsatz kommt. Der prozesstechnische Aufwand, dies sicherzustellen, und ein dafür notwendiges Fachwissen sind erheblich. Als besonders problematisch erweist sich vor diesem Hintergrund beispielsweise der Austausch eines defekten Magneten oder Steckers. Es ergibt sich in der Praxis ein großes Hemmnis diese material-, bauraum- und energiesparende Lösung einzusetzen, und dadurch eine nur geringe Verbreitung in der hydraulischen Ventiltechnik.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten für ein Ventil, insbesondere Schaltventil, zu schaffen, der bei geringem Gewicht und hoher Schaltleistung für den Endanwender einfacher nutzbar oder austauschbar ist. Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist, ein Ventil, insbesondere ein Schaltventil, mit einem derartigen Elektromagneten zu schaffen.
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Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromagneten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite durch ein Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Elektromagneten sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 beschrieben.
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Ein Elektromagnet zur Betätigung eines Ventils der Hydraulik, insbesondere eines Schaltventils, weist eine elektronische Schaltungsanordnung auf, die derart ausgestaltet ist, dass über sie eine Spule des Elektromagneten wenigstens mit einem ersten elektrischen Strom und mit einem demgegenüber, insbesondere über eine Pulsweitenmodulation, verringerten, zweiten elektrischen Strom versorgbar ist. Erfindungsgemäß weist der Elektromagnet eine Verbindungsvorrichtung auf, über die seine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung der Spule mit einer netzseitigen Anschlussvorrichtung – beispielsweise mit einem Anschlussstecker, der mit einer Spannungsquelle eines Stromnetzes verbindbar oder verbunden ist – verbindbar ist. Dabei ist die Verbindungsvorrichtung derart ausgestaltet, dass sie von der netzseitigen Anschlussvorrichtung lösbar ist. Lösbar ist in dieser Druckschrift im Sinne einer zerstörungsfreien und reproduzierbaren Lösbarkeit zu verstehen.
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Anders als beim Stand der Technik ist die Schaltungsanordnung somit nicht mehr fest der netzseitigen Anschlussvorrichtung – dem Anschlussstecker- oder einem vom Elektromagneten und vom Ventil separierten Ansteuermodul zugeordnet, wodurch ermöglicht wird, dass die Schaltungsanordnung mit dem Rest des Elektromagneten eine kompakte Einheit bilden kann. Diese ist dann sogar von Wartungs- oder Betriebspersonal mit nur geringem Fachwissen in einem einfachen Montagevorgang austauschbar. Anders als bei den bekannten Lösungen, bei denen die auf den Elektromagneten abgestimmte Schaltungsanordnung in den netzseitigen Anschlussstecker integriert ist, kann so vermieden werden, dass dem Personal beim Austausch des Elektromagneten oder des Anschlusssteckers eine fehlerfreie Einschätzung abverlangt wird, welcher Anschlussstecker auf welchen Elektromagneten korrekt abgestimmt ist. Dadurch ist das bereits erwähnte Hemmnis in der Verbreitung von Elektromagneten mit hohem Anzugsstrom und geringem Haltestrom in der hydraulischen Ventiltechnik beseitigt, und ein erhebliches Potenzial einer Gewichts-, Bauraum- und Kostenreduktion dieser Lösung ist in der hydraulischen Ventiltechnik einfacher nutzbar.
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Vorzugsweise ist der erste Strom ein Anzugsstrom, über den ein Ventilkörper des Ventils aus einer Ausgangsstellung heraus beschleunigbar ist, und der zweite Strom ist ein Haltestrom, über den der Ventilkörper in einer Übergangsstellung oder in einer Endstellung haltbar ist.
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In einer bevorzugten weitergebildeten Variante ist die Schaltungsanordnung fest mit dem Elektromagneten verbunden, so dass eine korrekte Zuordnung immer sichergestellt ist. Alternativ dazu kann die Schaltungsanordnung lösbar mit dem Elektromagneten sein, wodurch ein Tausch der Schaltungsanordnung möglich ist und eine Charakteristik des Elektromagneten auf einfache Weise änderbar ist. Ebenso kann die lösbare Schaltungsanordnung als Adapter zwischen unterschiedlich ausgebildeten, möglichen Steckeranschlüssen eines Anschlusskabels und einem definierten, am Elektromagneten angeordneten Magnetstecker dienen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung zumindest abschnittsweise innerhalb eines Gehäuses des Elektromagneten angeordnet und somit gut gegen Stoß, Verschmutzung, Feuchtigkeit oder Beschädigung geschützt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung in einem Bereich der Spule oder eines Wicklungsträgers der Spule angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist die Schaltungsanordnung an der Spule oder am Wicklungsträger befestigt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Verbindungsvorrichtung mit fertigungstechnisch geringem Aufwand an ein Gehäuse des Elektromagneten angespritzt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung zumindest abschnittsweise in einer Wandung der angespritzten Verbindungsvorrichtung angeordnet, wodurch sich ein wirksamer Schutz gegen Schmutz, Feuchte oder Beschädigung ergibt.
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In einer dazu alternativen, bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung in eine lösbare Adaptervorrichtung integriert, an der zudem die Verbindungsvorrichtung und eine Anschlussvorrichtung zur Kontaktierung der Spule vorgesehen sind. Diese mehrteilige Ausführung der Adaptervorrichtung mit dem restlichen Elektromagneten erweist sich als sehr vorteilhaft, da so durch einen einfachen Tausch der Adaptervorrichtung dem Elektromagneten eine andere Schaltungsanordnung – und damit eine andere Charakteristik – aufgesetzt werden kann. Weiterhin kann ein am Elektromagneten angeordneter Magnetstecker über verschiedene, entsprechend angepasste Adaptervorrichtungen von verschiedenen Steckeranschlüssen eines Anschlusskabels kontaktiert werden.
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Vorzugsweise ist die Adaptervorrichtung verlustsicher am Gehäuse des Elektromagneten befestigbar.
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Besonders bevorzugt ist ein Steckerbild wenigstens der Verbindungsvorrichtung oder der Anschlussvorrichtung genormt.
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Ist die Schaltungsanordnung Teil der Adaptervorrichtung, so ist sie in einer bevorzugten Weiterbildung zumindest abschnittsweise in einer Wandung, insbesondere einem Boden oder Rand, der Adaptervorrichtung angeordnet. Auch dadurch ergibt sich ein wirksamer Schutz gegen Schmutz, Feuchte oder Beschädigung.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung, insbesondere während der Fertigung des Elektromagneten, zumindest abschnittsweise eingegossen oder umgossen, wodurch sich eine besonders geschützte Anordnung der Schalungsanordnung ergibt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung kompakt auf einer Platine oder in einem Modul zusammengefasst.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung derart ausgestaltet, dass über sie eine Schaltzeit des Ventils, insbesondere Schaltventils, nach der dieses in eine Schaltstellung oder eine Endstellung geschaltet ist, parametrierbar ist. Über die Parametrierung der Schaltzeit kann diese beispielsweise verkürzt oder verlängert werden, wobei eine Verkürzung einem härterem Schalten und eine Verlängerung, beispielsweise von 30 ms auf 100 ms einem weicheren Schalten entspricht.
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Alternativ oder ergänzend ist die Schaltungsanordnung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass über sie eine Übergangsstellung des Ventils, insbesondere Schaltventils, in der dieses weder seine Grundstellung noch seine Schalt- oder Endstellung aufweist, parametrierbar ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltzeit und/oder die Übergangsstellung über ein der Stromversorgung des Elektromagneten über die Schaltungsanordnung aufmoduliertes Bussignal parametrierbar.
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Ein Ventil der Hydraulik, insbesondere ein Schaltventil, hat erfindungsgemäß einen Elektromagneten zur Betätigung des Schaltventils in wenigstens eine Schaltstellung oder Endstellung, der nach wenigstens einem der Aspekte der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist. Dabei kommen die gleichen Vorteile zur Wirkung, die bereits bei der Beschreibung des Elektromagneten angeführt wurden.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Schaltventils in zwei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiels eines Schaltventils in einem Längsschnitt, und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schaltventils in einem Längsschnitt.
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Bis auf die erfindungsgemäße Anordnung einer Schaltungsanordnung 38; 138 zeigen beide Ausführungsbeispiele ein direkt gesteuertes, elektromagnetisch betätigbares Ventil 1; 101, wie es überwiegend beispielsweise aus dem Datenblatt RD 231798/2013-06 der Anmelderin bekannt ist. Um die Beschreibung kurz zu halten und zum Zwecke der Offenbarung, sei daher an dieser Stelle auf diese Schrift verwiesen.
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Gemäß 1 hat ein als 4/3-Wege-Schaltventil ausgestaltetes Ventil 1 ein Ventilgehäuse 2, in dem in einer etwa kreiszylindrischen Ventilbohrung 4 ein Ventilkolben 6 entlang einer Längsachse 8 axial verschieblich aufgenommen ist. Das Ventil 1 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, einen Hochdruckanschluss P (verdeckt) und einen Tankanschluss T. Gemäß 1 ist es in seiner federzentrierten Ausgangsstellung dargestellt. Der Ventilkolben 6 ist über beidseitig des Ventilgehäuses 2 angeordnete Elektromagnete 10 in zwei verschiedene Schaltstellungen schaltbar. Da beide Elektromagnete 10 baugleich ausgeführt sind, ist in 1 lediglich der linke der beiden dargestellt. Die folgende Beschreibung gilt demgemäß auch für den nicht dargestellten, rechten Elektromagnet.
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Der Elektromagnet 10 hat ein Gehäuse 12, in dem eine etwa hohlkreiszylindrisch ausgebildete Spule 14 etwa koaxial zur Längsachse 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 12 ist teilweise aufgeschnitten dargestellt und gibt den Blick frei auf ein etwa koaxial ins Gehäuse 2 eingeschraubtes Polrohr 16. Ein axial beweglicher Mangentanker wird in dieser Darstellung vom Polrohr verdeckt. Die Spule 14, genauer gesagt deren Wicklung, ist in einem Wicklungsträger 20 aufgenommen, der auf das Polrohr 16 aufgeschoben und vom Gehäuse 12 ummantelt ist. Am Ventilkolben 6 ist über einen Federteller 26 ein Endabschnitt einer als Druckfeder ausgestalteten Rückstellfeder 22 abgestützt, die mit ihrem anderen Endabschnitt mit einer Radialschulter des Polrohrs in Anlage ist. Der axial bewegliche Anker ist mit einer Betätigungsstange 24 verbunden, die mit einer Stirnfläche des Ventilkolbens 6 zu dessen Betätigung in Anlage bringbar ist.
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Der Elektromagnet
10 hat an einer radialen äußeren Seite eine als Steckerplatte ausgebildete Verbindungsvorrichtung
28, die außen an das Gehäuse
12 angespritzt ist. Die Verbindungsvorrichtung
28 erstreckt sich dabei quer zur Längsachse
8 mit einem umlaufenden Rand
30, der mit innenseitig mit einer Vergussmasse
32 vergossen ist. Diese ist von drei Kontaktfahnen
34, von aufgrund der Schnittführung lediglich zwei sichtbar sind, durchsetzt. Über die Kontaktfahnen
34 und eine darauf aufgesetzte, als Stecker ausgebildete, netzseitige Anschlussvorrichtung
36 ist die Spule
14 mit einer Spannungsquelle elektrisch verbindbar. Die Kontaktfahnen
34 durchsetzen nicht nur die Vergussmasse
32, sondern auch einen Boden
40 der Verbindungsvorrichtung
28, der an einer Unterseite in Anlage mit dem Gehäuse
12 ist. In den Boden
40 eingegossen ist eine Schaltungsanordnung
38, die über zwei Stromleitungen
42 mit der Spule
14 elektrisch verbunden ist. Über die Schaltungsanordnung
38 ist die Spule
14 mit einem vergleichsweise starken Anzugsstrom, zur Beschleunigung des Ventilkolbens
6 aus seiner Ausgangsstellung heraus, und mit einem vergleichsweise geringen, pulsweitenmodulierten Haltestrom, in dem der Ventilkolben in einer seiner beiden Endstellungen haltbar ist, beaufschlagbar. Derartige Schaltungsanordnungen sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 196 47 215 A1 bekannt, so dass an dieser Stelle auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann.
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Anders als beim Stand der Technik ist die Schaltungsanordnung 38 nicht in den Stecker 36 integriert, sondern unverlierbar an dem Elektromagneten 10 angeordnet. Der Elektromagnet 10 und die Schaltungsanordnung 38 bilden somit eine funktionale und bauliche Einheit, die auf einfache Weise und prozesssicher ausgetauscht werden kann.
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Das zweite Ausführungsbeispiel eines Ventils 101 entspricht im Wesentlichen dem in 1 gezeigten. Abweichend davon ist nun eine Schaltungsanordnung 138 an der Spule 14 stirnseitig befestigt und ist somit innerhalb des Gehäuses 12 des Elektromagneten 110 angeordnet. Demgemäß entspricht die Verbindungsvorrichtung 128 einer herkömmlichen Steckerplatte ohne eine vorbeschriebene Schaltungsanordnung. Da die Schaltungsanordnung 138 bezogen auf die Kontaktfahnen 34 einen größeren Abstand aufweist, sind Stromleitungen 142 länger als im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
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Offenbart ist ein Elektromagnet für ein Ventil, insbesondere Schaltventil, zu dessen Betätigung. Dabei ist dem Elektromagneten – und nicht dem Netz – eine Schaltungsanordnung physisch zugeordnet, über die eine Reduktion eines Schaltstroms möglich ist. Offenbart ist weiterhin ein Ventil, insbesondere ein Schaltventil, mit einem derartigen Elektromagneten.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 101
- Ventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 4
- Ventilbohrung
- 6
- Ventilkörper
- 8
- Längsachse
- 10; 110
- Elektromagnet
- 12
- Gehäuse
- 14
- Spule
- 16
- Polrohr
- 18
- Anker
- 20
- Wicklungsträger
- 22
- Rückstellfeder
- 24
- Betätigungsstange
- 26
- Federteller
- 28; 128
- Verbindungsvorrichtung
- 30
- Rand
- 32
- Vergussmasse
- 34
- Kontaktfahne
- 36
- Stecker
- 38; 138
- Schaltungsanordnung
- 42; 142
- Stromleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19647215 A1 [0004, 0033]
