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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes Hydraulikventil
mit einem Zu- und Abströmöffnungen für das unter Druck stehende und eine Abströmöffnung
für das drucklose Druckmittel aufweisenden, in einer Bohrung eine Magnetspule aufnehmenden
Gehäuse und einem zusammen mit einem Schieberkolben beispielsweise einstückig ausgebildeten
Anker, welcher über am Schieberkolben angeordnete Stege in einer zur Magnetspule
axial versetzten, Steueröffnungen aufweisenden Führungshülse geführt wird.
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Es ist ein elektromagnetisch gesteuertes Hydraulikventil bekannt,
bei dem ein einstückiges Gehäuse mit einer Bohrung zur Aufnahme einer Magnetspule
versehen ist. In dem inneren, zylindrischen Teil der Magnetspule ist eine ebenfalls
zylindrische Hülse angeordnet, in der ein Anker gleitend geführt ist. An den Anker
ist ein Schieberkolben angekuppelt, der in einer zylindrischen Gehäusebohrung kleineren
Durchmessers verschieblich gelagert ist und durch dessen Betätigung über im Gehäuse
angeordnete Ringnuten ein Druckmedium gesteuert wird. Bei derartigen Hydraulikventilen
ist es darüber hinaus noch bekannt, daß gleichzeitig der Druck des Druckmediums
durch ein in der Druckseite des Hvdraulikventils angeordnetes, an sich bekanntes
Drückregelventil geregelt wird.
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Weiterhin ist es bekannt, um ein schnelles Ansprechen des Druckregelventils
zu erreichen, den Magnetanker gegen zwei hintereinandergeschaltete, einander zu
einer nicht linearen Federkennlinie ergänzende Druckfedern arbeiten zu lassen. Bei
dieser Anordnung entsteht der Nachteil, daß durch den Anker beim Anziehen der Magnetspule
eine erhebliche Federkraft überwunden werden muß, so daß die Magnetspule einen verhältnismäßig
großen Leistungsbedarf aufweist.
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Ferner ist ein elektromagnetisch gesteuertes Hydraulikventil bekannt,
dessen Gehäuse zur Steuerung des Druckmediums im Bereich des Steuerschiebers mit
einer glatten zylindrischen Bohrung versehen ist, die eine an mehreren Stellen durchbrochene
Hülse, in der ein Schieberkolben beweglich angeordnet ist, aufnimmt.
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Beide bekannte Anordnungen weisen gemeinsam den Nachteil auf, daß
sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut sind und aus einer Vielzahl von Einzelheiten
bestehen, so daß eine billige Massenfertigung und ein sicherer, robusten Anforderungen
genügender Betrieb nicht möglich erscheint. Insbesondere bei der erstgenannten Bauart
eines Hydraulikventils erscheint es sehr nachteilig, daß sowohl der Anker als auch
der Schieberkolben geführt sind, was neben anderen Nachteilen eine sehr kostspielige
Doppelpassung erfordert. Ein weiterer beiden Bauarten gemeinsamer Nachteil ist darin
zu sehen, daß der magnetische Kraftfluß der Magnetspule durch eine der Führung des
Ankers dienende Hülse geschwächt wird, so daß zur Erlangung einer bestimmten Zugkraft
des Ankers eine relativ große elektrische Energie aufgewendet werden muß.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung,
ein elektromagnetisch gesteuertes Hydraulikventil der eingangs genannten Art zu
schaffen, bei welchem ein Steuer- und ein Druckregelventil derart miteinander gekoppelt
sind, daß bei kleinstmöglichem Raumbedarf und geringster Leistungsaufnahme ein Höchstmaß
an Betriebssicherheit und Schaltgeschwindigkeit erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Achse
der aus Schieberkolben und Anker gebildeten Einheit ein aus einem in einer mit radialen
Abströmbohrungen versehenen Axialbohrung angeordneten, durch einerseits das Druckmittel
und andererseits durch die Kraft einer Feder beaufschlagten Kolben, der mit dem
Anker bzw. dem Schieberkolben außerdem über einen Mitnehmer im Eingriff steht, bestehendes
Druckventil angeordnet ist.
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Zwar ist es bekannt, innerhalb des Schiebers eines von Hand verschwenkbaren
Mehrwege-Umsteuerventils ein kleines überdruckventil anzuordnen, und ferner hat
man schon im Zusammenhang mit einem hydraulisch betätigten Umschaltventil einen
Schaltstoßverzögerer in Form eines selbstregelnden einstellbaren überdruckventils
vorgesehen. Diese Maßnahmen bieten jedoch keinen Hinweis auf Lösungsmöglichkeiten
für die Probleme, die es im Zusammenhang mit der gestellten Erfindungsaufgabe zu
bewältigen gibt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Axialbohrung
im Bereich des Ankers einen größeren Durchmesser auf als im Bereich des Schieberkolbens
und greift der als Kopf ausgebildete Mitnehmer des Kolbens an der so in der axialen
Bohrung gebildeten Schulter an.
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Das erfindungsgemäße Hydraulikventil weist den Hauptvorteil auf, daß
es bei einem kleinstmöglichen Raumbedarf und geringster Leistungsaufnahme ein Höchstmaß
an Betriebssicherheit und Schaltgeschwindigkeit bietet. Insbesondere hat der zusammen
mit dem Steuerschieber einstückig ausgebildete Magnetanker beim Anziehen der Magnetspule,
d. h. im Verlaufe der Steuerbewegung des Steuerschiebers, praktisch keine dieser
Bewegung entgegenwirkende Federkraft zu überwinden. Durch das Anziehen des Ankers
wird die auf den in der Axialbohrung des Steuerschiebers angeordneten Kolben wirkende
Druckfeder lediglich vorgespannt, so daß der Energiebedarf der Magnetspule auf ein
Mindestmaß beschränkt bleibt und bei geringstmöglicher Leistungsaufnahme der Magnetspule
ein schnelles Schalten des Hydraulikventils erreicht wird.
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Ferner wirkt die gegen den in der Axialbohrung des Steuerschiebers
angeordneten Kolben drückende Feder gleichzeitig als Druckregelfeder für das Druckinedium
und als Rückstellfeder für den Magnetanker und den Steuerschieber.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Zulaufbohrung für die Axialbohrung des Steuerschiebers im Bereich seines freien
Endes und die Abströmbohrungen der Axialbohrung im Bewegungsbereich des gegen die
Druckfeder beweglichen Kolbens angeordnet sind. Dadurch kann das Druckmedium zunächst
über die Zulaufbohrungen in die axiale Bohrung des Steuerschiebers gelangen und
den Kolben erst dann, wenn ein durch Auslegung und Vorspannung der auf den Kolben
wirkenden Druckfeder vorherbestimmbarer Druck erreicht ist, so weit verschieben,
daß es durch die Abströmbohrungen entweichen kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckfeder derart
ausgelegt, daß ihre Druckkraft nur geringfügig kleiner ist als die Zug- bzw. Haftkraft
des Magnetankers, so daß ein sehr schnelles Abreißen
des Magnetankers
bei abgeschalteter Magnetspule und damit eine sehr rasche Rückstellung des Steuerschiebers
erreicht wird.
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Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Hydraulikventil gegenüber
vergleichbaren Steuereinrichtungen dieser Art durch eine besonders einfache Konstruktion
und einen außerordentlich geringen Raumbedarf sowie eine trotz größter Ansprechgeschwindigkeit
sehr geringe Leistungsaufnahme der Magnetspule aus.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beispielsbeschreibung.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles
dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur der Zeichnung ein erfindungsgemäßes
elektromagnetisch gesteuertes Hydraulikventil im Längsschnitt.
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Das Gehäuse 1 weist eine Bohrung mit einem die Magnetspule 2 aufnehmenden
Abschnitt 3 größeren Durchmessers und einem die antimagnetische Hülse 4 aufnehmenden
Abschnitt 5 kleineren Durchmessers auf. Das Gehäuse 1 selbst ist einstöckig ausgeführt
und weist ferner im Bereich der antimagnetischen Hülse 4 einen Anschlußstutzen 6
für den Zufluß des Hydraulikmediums sowie einen Anschlußstutzen 7 für den Abfluß
des drucklosen Hydraulikmediums und einen Anschlußstutzen 8 für den Abfluß des unter
Druck stehenden Hydraulikmediums auf. Die antimagnetische Hülse 4 weist außer der
Mittelbohrung 9 eine Zulaufbohrung 10 sowie Abströmkanäle 11 für das drucklose
Hydraulikmedium sowie Abströmkanäle 12 für das unter Druck stehende Hydraulikmedium
auf. In der Mittelbohrung 9 der antimagnetischen Hülse 4 ist ein Steuerschieberkolben
13 über die an ihm ausgebildeten Stege 14 derart gleitend geführt, daß ein mit ihm
einstöckig ausgebildeter Magnetanker 15 in der Spulenbohrung 16 so geführt wird,
daß an der magnetischen Flußdurchgangsstelle ein möglichst kleiner Luftspalt S entsteht.
Eine mechanische Reibung zwischen Magnetanker 15 und Gehäuse 1 wird somit verhindert.
Die Magnetspule 2 ist direkt, d. h. ohne weitere Teile, in das Gehäuse 1 eingebaut.
Durch diesen direkten Einbau verlaufen die magnetischen Kraftlinien mindestens größtenteils
durch das Gehäuse 1, so daß nur noch ein Polstück 17, welches gleichzeitig die Spulenbohrung
16 verschließt, benötigt wird.
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Der Schieberkolben 13 und der Magnetanker 15 weisen jeweils eine axiale
Bohrung 18/19 auf, deren Durchmesser im Bereich des Schieberkolbens geringer ist
als im Bereich des Magnetankers. Im Bereich des freien Endes des Schieberkolbens
13 sind radiale Zulauf bohrungen 20 angeordnet, welche die axiale Bohrung 18 des
Schieberkolbens 13 mit der Zulaufbohrung der antimagnetischen Hülse 4 verbinden.
Im Bereich des dem Magnetanker 15 zugewandten Endes des Schieberkolbens 13 sind
Abströmbohrungen 21 für das unter Druck stehende Hydraulikmedium angeordnet. In
der axialen Bohrung 18 des Schieberkolbens 13 ist ferner ein gegen die Kraft einer
Feder 22 beweglicher Kolben 23 angeordnet. Der Kolben 23 verschließt bei geöffnetem
Hydraulikventil die Abströmbohrungen 21 für das unter Druck stehende Hydraulikmedium
und stützt sich in dieser Stellung mittels eines Kopfes 24 gegen den durch die Durchmesserveränderung
von der Bohrung 18 zur Bohrung 19 gebildeten Bund 25 ab. Die Feder 22 wirkt einerseits
über den Kopf 24 auf den Kolben 23 und stützt sich andererseits gegen das Polstück
17 ab.
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Arbeitsweise Bei geöffnetem Hydraulikventil strömt das Hydraulikmedium
drucklos durch den Anschlußstutzen 6 und die Zulaufbohrung 10 in die Mittelbohrung
9 der antimagnetischen Hülse 4. Von der Mittelbohrung 9 strömt dann das Hydraulikmedium
ohne Druckerhöhung durch die Abströmkanäle 11 ab. Beim Umschalten des Hydraulikventils
wird zunächst die Magnetspule 2 mit Strom versorgt, so daß der Magnetanker 15 angezogen
wird. Beim Durchlaufen des Luftspaltes L hat dieser praktisch keine Federkraft zu
überwinden, da hierdurch die Feder 22 lediglich vorgespannt wird. Gleichzeitig werden
beim Anziehen des Magnetankers 15 durch den vorderen Steg 14 des Schieberkolbens
13 die Abströmkanäle 11 für das drucklose Hydraulikmedium verschlossen. Das durch
den Anschlußstutzen 6 und die Zulaufbohrung 10
strömende Hydraulikmedium gelangt
nunmehr über die Zulaufbohrungen 20 in die axiale Bohrung 18
des Schieberkolbens
13. Hier baut sich nun ein Druck auf, unter dessen Einfluß der Kolben 23 entgegen
der Kraft der bereits vorgespannten Feder 22 um den Betrag h aus dem Schieberkolben
13 heraus verschoben wird, so daß die nunmehr mit dem Anschlußstutzen 7 korrespondierenden
Abströmbohrungen 21 freigegeben werden. In der angezogenen Stellung hat der Magnetanker
15, bedingt durch den kleinen Restluftspalt L, eine sehr große Zugkraft. Da nun
die Feder 22 so ausgelegt ist, daß ihre Druckkraft nur geringfügig kleiner ist als
die Zugkraft des Magnetankers 15, wird ein sehr schnelles Abreißen des Magnetankers
beim Abschalten der Spulenleistung erreicht.
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Die Erfindung schafft daher ein elektromagnetisch gesteuertes Hydraulikventil,
das einerseits bei geringstem Raumbedarf nur aus einer Mindestzahl von Einzelteilen
besteht und andererseits trotz geringster Leistungsaufnahme eine sehr hohe Schaltgeschwindigkeit
aufweist. Als weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils wäre anzuführen,
daß es bei einem Mindestaufwand an Herstellungskosten robust und absolut funktionssicher
ist.