DE102014015559A1

DE102014015559A1 - Proportionalwirkendes elektrohydraulisches Druckregelventil

Info

Publication number: DE102014015559A1
Application number: DE102014015559.5A
Authority: DE
Inventors: Juri Buss; Jörg Schneider; Thomas Zastrau
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: DE102014015559B4

Abstract

Aufgabe: Das erfindungsgemäße Druckregelventil soll anflanschbar ausgeführt sein, eine sehr geringe Hysterese aufweisen und kostengünstiger herstellbar sein. Lösung: Das Ventilteil (3) ist von dem aus Eisen hergestellten Magnetgehäuse (4) des Elektromagneten (2) vollständig umschlossen und durch einen Flansch (5) mit einem Gerät (6) verbunden. Der Elektromagnet (2) enthält einen Magnetpol (9), der den beweglichen Ventilschieber (6) umschließt sowie alle unbeweglichen Bestandteile des Ventilteils (3) aufweist Anwendung: Elektrohydraulische Vorsteuerung von proportionalwirkenden Wegeventilen in der Mobilhydraulik.

Description

Die Erfindung betrifft ein proportionalwirkendes elektrohydraulisches Druckregelventil entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Solche Druckregelventile sind als solche bekannt und werden zur Vorsteuerung von proportionalwirkenden Wegeventilen beispielsweise in Baumaschinen, Landmaschinen und Forstmaschinen verwendet.
Stand der Technik:
Die gebräuchlichen Druckregelventile, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 20 2010 017 04 beschrieben, weisen eine Ventilhülse auf, die in eine Aufnahmebohrung einer Endkappe eines Wegeventils oder in einen Steuerblock eingeschoben wird. Damit lassen sich große Stückzahlen für unterschiedliche Anwendungen erzielen.
Wenn aber solche Druckregelventile in erheblichen Mengen in kleinen anflanschbaren Steuerblöcken zum Einsatz kommen, die an ein Gerät angeschraubt werden, lassen sich Einsparungen erzielen, indem das Druckregelventil anflanschbar ausgeführt wird und der Steuerblock eingespart wird.
Anflanschbare Ventile sind als solche bekannt, zum Beispiel werden die handelsüblichen Wegeventile der Stationär-Hydraulik überwiegend anflanschbar ausgeführt. Sie werden üblicherweise mittels Montageplatten befestigt. Auch anflanschbare Druckregelventile sind bekannt, beispielsweise beschreibt die Druckschrift DE 10 2012 010 986 A1 ein kunststoffumspritztes Druckregelventil einer solchen Bauform. Dieses Druckregelventil soll in dieser Erfindung weiterentwickelt werden, um widerstandsfähiger und präziser zu sein.
Aufgabe:
Ausgehend von einem sehr widerstandfähigen und präzisen Druckregelventil, wie es in der Druckschrift DE 20 2010 017 04 gezeigt wird, soll das erfindungsgemäße Druckregelventil anflanschbar ausgeführt sein, eine sehr geringe Hysterese aufweisen und kostengünstiger herstellbar sein.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen der Unteransprüche gelöst. Die Unteransprüche zeigen auch vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Das Druckregelventil ist geeignet, einen Vorsteuerdruck für ein nachgeschaltetes Wegeventil oder für eine Hilfsaufgabe der zu steuernden Maschine entsprechend einem elektrischen Steuersignal einzuregeln.
Das Steuersignal liegt vorzugsweise als geregelter elektrischer Strom vor und wird in einem Elektromagneten, der Teil des Druckregelventil ist, in eine Kraft gewandelt, die wegen der besonderen Ausführung, aber bekannten Ausführung des Elektromagneten, insbesondere wegen der Formgebung des Magnetpols dieses Elektromagneten, zu dem elektrischen Strom proportional ist, auch bei unterschiedlich großen Hüben des Magnetankers.
Die Kraft wird von dem Magnetanker mittels eines Stößels auf einen Ventilschieber übertragen.
An diesem Ventilschieber wird die Kraft des Magnetankers mit der hydraulischen Kraft verglichen, die sich aus dem Druck auf die mit dem Arbeitsanschluss verbundene Stirnfläche des Ventilschiebers und der Größe dieser Stirnfläche ergibt.
Überschreitet die Druckkraft des Drucks am Arbeitsanschluss des Ventils die Kraft des Magnetankers, verschiebt sich der Ventilschieber in die Richtung zum Proportionalmagneten und gibt einen variablen Querschnitt für eine Flüssigkeitsströmung von dem Arbeitsanschluss (A) zum Tankanschluss (T) frei. Als Folge davon vermindert sich der Druck am Arbeitsanschluss.
Wenn aber die Kraft des Magnetankers die Druckkraft des Drucks am Arbeitsanschluss überschreitet, verschiebt sich der Ventilschieber von dem Proportionalmagneten weg und gibt einen zweiten variablen Querschnitt für eine Flüssigkeitsströmung von dem Druckanschluss (P) zum Arbeitsanschluss (A) frei. Als Folge davon erhöht sich der Druck am Arbeitsanschluss.
Befinden sich die Kraft des Magnetankers und die Druckkraft im Gleichgewicht, so stellt sich mittels einer Feder eine Mittelstellung des Ventilschiebers ein, in der sich keine Flüssigkeitsströmung zum oder von dem Arbeitsanschluss bildet.
Die beschriebene Regelfunktion kann selbstverständlich nur erfolgen, wenn an dem Druckanschluss (P) ein ausreichender Versorgungsdruck und eine geeignete Durchflussmenge der Druckflüssigkeit zur Verfügung stehen. Außerdem muss am Tankanschluss (T) ein recht niedriger Druck anstehen und der am Arbeitsanschluss (A) angeschlossene Verbraucher darf nur einen geringen Volumenstrom abnehmen.
Die Freigabe von variablen Querschnitten für die Flüssigkeitsströmungen erfolgt durch das Zusammenwirken von innenliegenden Steuerkanten des Ventilschiebers mit außenliegenden Steuerkanten in dem den Ventilschieber umgebenden Magnetpol.
Vorzugsweise wird immer nur einer von den beiden variablen Querschnitten freigegeben, aber es ist auch eine Bauform möglich, bei der die beiden variablen Querschnitte gleichzeitig wirken, dies wird durch die sogenannte Überdeckung der Steuerkanten eingestellt.
Die außenliegenden Steuerkanten sind Bestandteile von Ausdrehungen oder Querbohrungen im Magnetpol, und diese Hohlräume stehen über Längsbohrungen mit den Anschlüssen (P) und (T) in Verbindung.
Die Längsbohrungen sind bei der Anwendung von Ausdrehungen vorteilhafterweise in einem geringen Winkel relativ zur Bohrung für den Ventilschieber angeordnet, damit die Anschlüsse in der Anflanschfläche einen ausreichend großen Abstand voneinander haben.
In der Anflanschflache des Druckregelventils an das übergeordnete Gerät werden die Anschlüsse (A), (P) und (T) zueinander und gegen die Umgebung abgedichtet. Das kann vorteilhafterweise durch eine gemeinsame Flachdichtung geschehen, die für die Anschlüsse Durchlässe aufweist, oder durch drei O-Ringe, die in bekannter Weise gekammert sind, weil sie in passende kreisförmige Nuten eingelegt sind.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil ist sehr widerstandsfähig, weil es ein auch den Ventilteil umfassendes Magnetgehäuse aus tiefgezogenem Eisen aufweist, und es arbeitet bei der Regelung des Druckes sehr präzise, weil es zwei variable Querschnitte zur Verstellung der Flüssigkeitsströmungen aufweist.
Die Hysterese des Druckregelventils ist sehr gering, weil der Magnetanker von dem Ventilschieber sehr genau relativ zum Magnetpol geführt wird, denn der Ventilschieber und der den Magnetanker tragenden Stößel sind einstückig ausgeführt, und der Ventilschieber gleitet mit sehr geringem Spiel im Magnetpol. Dabei ist dieses gemeinsame Bauteil vorteilhafterweise aus einem sehr wenig magnetisierbaren Material hergestellt, beispielsweise aus Messing oder aus austenitischem Stahl, damit sich kein magnetischer Kurzschluss zur Überbrückung des Luftspalts ergibt.
Darüber hinaus ist das Druckregelventil anflanschbar, weil der Ventilteil des Druckregelventils vollständig von dem Magnetgehäuse des Proportionalmagneten umfasst wird und damit der Flansch des Magnetgehäuses die Länge der gesamten Vorrichtung begrenzt. Eine Einbaubohrung in dem Gerät, an das das Druckregelventil angeflanscht wird, ist nicht erforderlich.
Es ergibt sich eine erhebliche Kostenreduzierung der aus dem Druckregelventil und dem übergeordneten Gerät bestehenden Anlage, weil entweder auf eine Einbaubohrung in das Gerät oder auf einen zusätzlichen anflanschbaren Steuerblock mit Einbaubohrung verzichtet werden kann.
Anwendung:
Druckregelventile der beschriebenen Art werden zur elektrohydraulischen Vorsteuerung von proportionalwirkenden Wegeventilen und zur Steuerung von Nebenfunktionen in der Mobilhydraulik verwendet, beispielsweise in Landmaschinen, Baumaschinen und Forstmaschinen. Es sind auch Anwendungen zur Verstellung von hydrostatischen Pumpen bekannt.
Bilder:
1 zeigt das erfindungsgemäße Druckregelventil in einer ersten Ausführung mit Ausdrehungen der Bohrung zur Führung des Ventilschiebers.
2 zeigt das erfindungsgemäße Druckregelventil in einer zweiten Ausführung mit Querbohrungen.
Beispielhafte Ausführung:
Das proportionalwirkende elektrohydraulische Druckregelventil (1) gemäß 1 besteht aus einem Elektromagneten (2), der einen elektrischen Strom in eine proportionale Kraft wandelt, und einem Ventilteil (3), das die genannte Kraft in einen geregelten hydraulischen Druck wandelt.
Der Elektromagnet besteht aus einer Spule, einem Joch, einem Magnetpol (9), einem Magnetgehäuse (4) als Eisenrückschluss und einem Magnetanker (20).
Auch das Ventilteil (3) ist von dem Magnetgehäuse (4) des Elektromagneten (2) vollständig umschlossen.
Ein an das Magnetgehäuse (4) angeformter Flansch (5) verbindet das Druckregelventil mit einem übergeordneten Gerät (6).
Der Ventilteil (3) enthält einen in einer Bohrung (15) beweglichen Ventilschieber (8), der von einem auf die dem Elektromagneten abgewandte Stirnfläche des Ventilschiebers wirkenden Druck einerseits und von der Kraft des Elektromagneten andererseits beaufschlagt ist und mittels eines ersten variablen Querschnitts (11) eine Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss (A) und dem Tankanschluss (T) herstellt und/oder mittels eines zweiten variablen Querschnitts (12) eine Verbindung zwischen dem Druckanschluss (P) und dem Arbeitsanschluss (A) herstellt.
In dem Bild 1 ist der zweite variable Querschnitt (12) in einer geschlossenen Stellung dargestellt.
Der Elektromagnet (2) enthält einen Magnetpol (9), der den beweglichen Ventilschieber (6) umschließt sowie alle unbeweglichen Bestandteile des Ventilteils (3) aufweist, nämlich die mit dem Arbeitsanschluss (A) verbundene Bohrung (15), die außenliegenden Steuerkanten der variablen Querschnitte (11) und (12) sowie die erforderlichen Leitungen zur Verbindung der variablen Querschnitte mit den Anschlüssen (P) und (T).
Ein Magnetanker (20) des Elektromagneten (2) ist mittels eines Stößels (21) mit dem Ventilschieber (8) verbunden, wobei der Stößel (21) und der Ventilschieber (8) einstückig ausgeführt sind und der Magnetanker (20) durch den Ventilschieber (8) geführt wird.
Das Bauteil, das die Funktionen des Stößels (21) und des Ventilschiebers (8) erfüllt, ist bevorzugt aus Messing oder aus einem austenitischen Stahl hergestellt.
In einer ersten Ausführung wirken die variablen Querschnitte (11) und (12) des Ventilteils (3) mit Ausdrehungen (13) und (14) der Bohrung (15) zusammen, um Flüssigkeitsströmungen von dem Anschluss (A) zum Anschluss (T) oder von dem Anschluss (P) zum Anschluss (A) freizugeben.
Die Ausdrehungen (13) und (14) sind durch Längsbohrungen (18) und (19) mit den Anschlüssen (P) und (T) verbunden.
In einer zweiten Ausführung gemäß 2 wirken die variablen Querschnitte (11) und (12) mit Querbohrungen (16) und (17) zusammen, um Flüssigkeitsströmungen von dem Anschluss (A) zum Anschluss (T) oder von dem Anschluss (P) zum Anschluss (A) freizugeben.
Die Querbohrungen (16) und (17) sind durch Längsbohrungen (18) und (19) mit den Anschlüssen (P) und (T) verbunden.
In beiden Ausführungen liegen die Längsbohrungen (18) und (19) in einem Winkel zwischen 0° und 35° relativ zur Längsachse des Druckregelventils. Der Spalt zwischen dem Flansch (5) und dem Gerät (6) wird vorzugsweise durch eine Flachdichtung (7) abgedichtet wird, die drei Öffnungen für die Anschlüsse (P), (A) und (T) aufweist. Alternativ wird der Spalt durch drei O-Ringe abgedichtet, die jeweils den Anschlüssen (P), (A) und (T) zugeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Druckregelventil
2: Elektromagnet
3: Ventilteil
4: Magnetgehäuse
5: Flansch
6: Gerät
7: Dichtung
8: Ventilschieber
9: Magnetpol
11: Variabler Querschnitt
12: Variabler Querschnitt
13: Ausdrehung
14: Ausdrehung
15: Bohrung
16: Querbohrung
17: Querbohrung
18: Längsbohrung
19: Längsbohrung
20: Magnetanker
21: Stößel
A: Arbeitsanschluss
P: Druckanschluss
T: Tankanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 20201001704 [0002, 0005]
DE 102012010986 A1 [0004]

Claims

Proportionalwirkendes elektrohydraulisches Druckregelventil (1), bestehend aus einem Elektromagneten (2), der einen elektrischen Strom in eine proportionale Kraft wandelt, und einem Ventilteil (3), das die genannte Kraft in einen geregelten hydraulischen Druck wandelt, wobei das Ventilteil einen in einer Bohrung (15) beweglichen Ventilschieber (8) enthält, der abhängig von einem Druck am Arbeitsanschluss (A) und von einer Kraft des Elektromagneten mittels eines ersten variablen Querschnitts (11) eine Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss (A) und dem Tankanschluss (T) herstellt und/oder mittels eines zweiten variablen Querschnitts (12) eine Verbindung zwischen dem Druckanschluss (P) und dem Arbeitsanschluss (A) herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteil (3) von einem aus Eisen hergestellten Magnetgehäuse (4), das durch einen Flansch (5) mit einem Gerät (6) verbunden ist, vollständig umschlossen ist und dass der Elektromagnet (2) einen Magnetpol (9) enthält, der den in der Bohrung (15) beweglichen Ventilschieber (6) umschließt sowie alle unbeweglichen Bestandteile des Ventilteils (3) enthält, nämlich die mit dem Arbeitsanschluss (A) verbundene Bohrung (15), eine außenliegende Steuerkante des ersten variablen Querschnitts (11) und eine außenliegende Steuerkante des zweiten variablen Querschnitts (12) sowie die erforderlichen Hohlräume und Leitungen zur Verbindung der variablen Querschnitte mit den Anschlüssen (P) und (T).
Druckregelventil nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetanker (20) des Elektromagneten (2) mittels eines Stößels (21) mit dem Ventilschieber (8) verbunden ist, wobei der Stößel (21) und der Ventilschieber (8) einstückig ausgeführt sind und der Magnetanker (20) durch den Ventilschieber (8) geführt wird.
Druckregelventil nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil, das die Funktionen des Stößels (21) und des Ventilschiebers (8) erfüllt, aus einem austenitischen Stahl oder aus Messing hergestellt ist.
Druckregelventil nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die variablen Querschnitte (11) und (12) mit Ausdrehungen (13) und (14) der Bohrung (15) zusammenwirken, um Flüssigkeitsströmungen von dem Arbeitsanschluss (A) zum Tankanschluss (T) oder von dem Druckanschluss (P) zum Arbeitsanschluss (A) freizugeben.
Druckregelventil nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die variablen Querschnitte (11) und (12) mit Querbohrungen (16) und (17) zusammenwirken, um Flüssigkeitsströmungen von dem Arbeitsanschluss (A) zum Tankanschluss (T) oder von dem Druckanschluss (P) zum Arbeitsanschluss (A) freizugeben.
Druckregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdrehungen (13) und (14) durch Längsbohrungen (18) und (19) mit den Anschlüssen (P) und (T) verbunden sind.
Druckregelventil nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrungen (16) und (17) durch Längsbohrungen (18) und (19) mit den Anschlüssen (P) und (T) verbunden sind.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrungen (18) und (19) in einem Winkel zwischen 0° und 35° relativ zur Längsachse des Druckregelventils liegen.
Druckregelventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen dem Flansch (5) und dem Gerät (6) durch drei O-Ringe abgedichtet wird, die jeweils den Anschlüssen (P), (A) und (T) zugeordnet sind.
Druckregelventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen dem Flansch (5) und dem Gerät (6) durch eine Flachdichtung (7) abgedichtet wird, die drei Öffnungen für die Anschlüsse (P), (A) und (T) aufweist.