DE19522187C2 - Fluidsteuerventil - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil
zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit oder des Druckes
eines Fluids.
Unter den Elektromagnetventilen ist ein hydraulisches Druck
steuerventil zum Steuern eines hydraulischen Druckes be
kannt, welches beispielsweise in der
japanischen Patentanmeldung JP 3-121386 A be
schrieben ist.
Dieses bekannte hydraulische Drucksteuerventil weist einen
Plunger(kolben) auf, welcher auch als Ventil-Schieber wirkt.
Der Plungerkolben ist in einem mit einem Solenoiden ausge
bildeten stationären Gehäuse verschiebbar. Das stationäre
Gehäuse ist mit einem Einlaß-Seitenkanal und einem Auslaß-
Seitenkanal versehen. Der Plungerkolben ist mit einem
Einschnitt-Bereich (d. h. mit einem Steuerventilbereich) aus
gebildet, um eine Verbindung zwischen dem Einlaß- und dem
Auslaß-Seitenkanal zu schaffen oder zu blockieren. Der
Plungerkolben wird durch die Vorspannung einer Feder in eine
Richtung gedrückt, so daß die oben genannte Verbindung
blockiert wird. Andererseits wird der Plungerkolben durch
den Solenoiden in eine Position bewegt, in der die oben be
schriebene Verbindung erzielt wird. Zusätzlich wird der
Plungerkolben zu einer die oben beschriebene Verbindung
blockierenden Position durch den Auslaßseitendruck bewegt.
Jedoch ist es bei dem oben beschriebenen, bekannten hydrau
lischen Drucksteuerventil erforderlich, ein vorgegebenes
Spiel bzw. einen vorgegebenen Freiraum zwischen den einander
gegenüberliegenden Umfangsflächen des Plungerkolbens und
einer den Plungerkolben gleitend aufnehmenden Aufnahmeöff
nung im stationären Gehäuse auszubilden, so daß der Plunger
kolben (d. h. der Ventilschieber) gleichmäßig gleiten kann.
Hieraus entsteht das Problem, daß der Plungerkolben exzent
risch in der Aufnahmeöffnung verlaufen kann. Folglich wirken
die radialen Anziehungskräfte des Solenoiden unsymmetrisch,
so daß der Plungerkolben durch eine Querkraft angetrieben
wird, wodurch die Hysteresis beim Betrieb des hydraulischen
Steuerventils ansteigt. Der Plungerkolben kann aufgrund
seiner Neigung bzw. Schräglage an der Aufnahmeöffnung hängen
bleiben bzw. anstoßen und somit nicht mehr gleichförmig bzw.
gleichmäßig gleiten.
Zudem ist der Steuerventilbereich bei dem bekannten hydrau
lischen Drucksteuerventil in einem Umfangsbereich des Plun
gers mit großem Durchmesser ausgebildet. Hieraus resultiert
das Problem, daß die Leckfluidmenge groß ist.
Des weiteren besteht bei dem bekannten hydraulischen Druck
steuerventil der Ausschnittbereich (d. h. der Steuerventil
bereich), welcher eine Verbindung zwischen dem Einlaß- und
Auslaß-Seitenkanal schafft oder blockiert, aus einer in der
Umfangsfläche des Plungerkolbens ausgebildeten rechteckigen
Nut. Eine derartige rechteckige Nut kann während der Erre
gungszeit des Solenoiden einen Teil eines magnetischen Weges
bilden und eine axiale Anziehungskraft bewirken, welche
einen negativen Einfluß auf die hydraulischen Drucksteuer
eigenschaften ausübt. Um dies zu vermeiden ist es erforder
lich die Axiallänge des Plungerkolbens zu vergrößern, so daß
die rechteckige Nut an einer Stelle im Abstand vom magneti
schen Weg ausgebildet werden kann. Hieraus ergeben sich die
folgenden Probleme.
- 1. Die Axiallänge des hydraulischen Drucksteuerventils nimmt zu, so daß ein kompaktes Ausgestalten des Steuer ventils problematisch ist.
- 2. Der Plungerkolben und das stationäre Gehäuse für die Installation des Plungerkolbens werden lang und weisen eine komplizierte Form auf, woraus hohe Kosten resul tieren.
- 3. Die Abmessungen des Plungerkolbens nehmen zu, so daß die Hysteresis bei Betrieb des hydraulischen Drucksteuerven tils ansteigt und sich dessen Ansprechverhalten ver schlechtert.
Die Druckschrift DE 89 13 163 U1 beschreibt ein elektromag
netisch betätigbares Ventil zur Steuerung eines pneumati
schen Mediums. Bei diesem Ventil wird ein Hubanker innerhalb
einer Bohrung eines Metallrohres zwischen zwei Ventilsitzen
in Axialrichtung des Metallrohres verschiebbar geführt. Der
Hubanker ist durch eine Feder zur Einlauföffnung des Mediums
vorgespannt und kann durch Erregung eines Magneten in ent
gegengesetzter Richtung bewegt werden. Der Hubanker ist im
wesentlichen zylindrisch und weist an seinem der Medium-Ein
strömöffnung des Metallrohres zugewandten Ende zwei Abfla
chungen auf, welche durch eine Bohrung verbunden sind. Zudem
ist die Bohrung mit einer inneren, in Axialrichtung des
Ankers verlaufenden Öffnung verbunden, so daß das Medium
über die Abflachungen, durch die Bohrung in die innere
Axialöffnung des Ankers strömen kann. Der Anker weist zudem
auf seiner Ausflußseite einen umlaufenden Vorsprung auf,
welcher bei Bewegung des Ankers in Axialrichtung des Metall
rohres in einer Schulter eines Ventilstutzens geführt ist.
Die Druckschrift DE 42 44 444 A1 beschreibt ein Elektromag
netventil, bei welchem ein Anker durch Magnetkraft zwischen
zwei Endstellungen bewegbar ist. Der Anker besteht aus zwei
Abschnitten, von denen der eine festsitzend und der andere
beweglich angeordnet ist. Zwischen den beiden Abschnitten
ist ein Federkörper positioniert, so daß die Federkennlinie
an die Hubkraftkennlinie des Magnetsystems anpaßbar ist.
Die Druckschrift DE 39 09 551 A1 beschreibt ein Elektromag
netventil, welches eine auf einem Magnetjoch angebrachte
Magnetspule und einen aus einem magnetischen Material herge
stellten Ventilschieber aufweist. Der Ventilschieber wird
durch eine Rückstellfeder vom Magnetjoch abgehoben. Der
Anker des Magnetventils ist beidseitig eines Magnetanker
raums gelagert, um den Eintritt von Fremdpartikeln in den
Ankerraum weitgehend zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluidsteuer
ventil zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfa
cher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine exzentrische Po
sitionierung des Schiebers in dessen Führungsöffnung ver
hindert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombina
tion des Hauptanspruchs gelöst; die Unteransprüche zeigen
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Obige Anordnung löst die oben genannten Probleme, welche den
bekannten Vorrichtungen zu eigen sind.
Ferner erreicht die vorliegende Erfindung ein neues und
verbessertes Fluidsteuerventil mit den oben beschriebenen
Eigenschaften, welches eine gleichmäßige Bewegung des Plun
gerkolbens sicherstellen kann.
Zudem wird durch die vorliegende Erfindung ein neues und
verbessertes Fluidsteuerventil mit den oben beschriebenen
Eigenschaften erreicht, welches die Leckfluidmenge durch den
Freiraum zwischen dem Plungerkolben und dessen Führungsele
ment verringern kann.
Des weiteren wird mit der vorliegenden Erfindung ein neues
und verbessertes Fluidsteuerventil mit den oben beschriebe
nen Eigenschaften erzielt, bei welchem es möglich ist, des
sen Steuerventilbereich und dessen magnetischen Weg bilden
den Bereich übereinander in Radialrichtung des Plungers an
zuordnen.
Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung ein neues und
verbessertes Fluidsteuerventil mit den oben beschriebenen
Eigenschaften erzielt, welches die Axiallänge des Plunger
kolbens verringern kann.
Zusätzlich wird mit der vorliegenden Erfindung ein neues und
verbessertes Fluidsteuerventil mit den oben beschriebenen
Eigenschaften erreicht, welches das Ansprechverhalten ver
bessern und die Hysteresis verkleinern kann.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ver
schiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Elektromagnetventils, wobei sich die untere Hälfte
in einem Zustand befindet, in welchem der Solenoid
nicht erregt ist, und sich die obere Hälfte in
einem Zustand befindet, in welchem der Solenoid
erregt ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines neuen wich
tigen Bereiches des Elektromagnetventils von Fig.
1;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in
Fig. 1;
Fig. 4 einen Graphen einer Ausgangsdruck-Kennlinie des
Elektromagnetventils von Fig. 1 im Verhältnis zum
Erregungsstrom eines Solenoiden;
Fig. 5 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht eines anderen Ausfüh
rungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Fig. 3 ähnliche Ansicht eines neuen wichtigen
Bereiches des Elektromagnetventils von Fig. 5;
Fig. 7 einen Graphen einer Ausgangsdruck-Kennlinie des
Elektromagnetventils von Fig. 5 im Verhältnis zum
Erregungsstrom eines Solenoiden;
Fig. 8 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht eines weiteren Ausfüh
rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine Fig. 3 ähnliche Ansicht eines neuen wichtigen
Bereiches des Elektromagnetventils von Fig. 8;
Fig. 10 einen Graphen einer Ausgangsdruck-Kennlinie des
Elektromagnetventils von Fig. 9 im Verhältnis zum
Erregungsstrom eines Solenoiden;
Fig. 11 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht eines weiteren Ausfüh
rungsbeispiels; und
Fig. 12 einen Graphen einer Ausgangsdruck-Kennlinie des
Elektromagnetventils von Fig. 11 im Verhältnis zum
Erregungsstrom eines Solenoiden.
Gemäß Fig. 1 bis 4 wird ein ein erfindungsgemäßes Elektro
magnetventil darstellendes Drucksteuerventil im allgemeinen
durch das Bezugszeichen 7a bezeichnet und weist einen Sole
noiden 5 auf. Die obere Hälfte des Flüssigkeits-Drucksteuer
ventils 7a ist in Fig. 1 in einem Zustand dargestellt, bei
welchem der Solenoid 5 erregt ist, und die untere Hälfte ist
in einem Zustand gezeigt, bei welchem der Solenoid 5 ausge
schaltet ist bzw. nicht erregt ist.
Der Solenoid 5 besteht aus einem Solenoidgehäusebereich "B",
einem Spulenbereich "K" und einem Ventilschieber 4, welcher
auch als Plungerkolben wirkt.
Der Solenoidgehäusebereich "B" besteht aus einer Basis 51
und einem Magnetjoch 58, welche hohlzylindrisch und derart
angeordnet sind, daß sie axial einander gegenüberliegen, und
aus einem Zwischenzylinder 56, welcher an den gegenüberlie
genden Umfangsendbereichen der Basis 51 und des Magnetjochs
58 angebracht und mit diesen verschweißt ist.
Der Spulenbereich "K" ist aus einer Spule 53 zum Erzeugen
eines Magnetfeldes durch Erregung, einem Spulenhalter 55,
welcher aus nichtmagnetischem Material besteht und auf wel
chem die Spule 53 aufgewickelt ist, und aus einem den Spu
lenhalter 55 umschließenden Spulengehäuse 52 aufgebaut. Der
Spulenbereich "K" ist entfernbar auf dem Solenoidgehäuse
bereich "B" befestigt. Der Spulenbereich "K" stößt mit des
sen einem Ende an einen nach außen gerichteten Flansch 51a
der Basis 51 an und ist am Solenoidgehäusebereich "B" durch
eine Mutter 59 befestigt, welche in einen Gewindeendbereich
des Magentjochs 58 mittels einer Platte 54 geschraubt wird.
Die Basis 51 ist mit einer zentralen Durchgangsöffnung 57
ausgebildet, welche als Plungerkolben-Kammer dient. Ein
hohlzylindrisches Zwischenelement 3 ist in den rechten End
bereich der Durchgangsöffnung 57 (in Fig. 1) eingepaßt. Die
Basis 51 hat einen Gewindeumfangsbereich an einer Stelle,
welche sich im Vergleich zum nach außen gerichteten Flansch
51a weiter rechts befindet, und wird mit dieser Stelle in
ein Ventilgehäuse 2 eingeschraubt. Das Zwischenelement 3 hat
einen rechten Endbereich, welcher in eine zentrale Öffnung
2a des Ventilgehäuses 2 eingefügt wird und passend in die
Öffnung eingreift. Das Ventilgehäuse 2 hat einen Ausgangs-
Seitenauslaß 2b, welcher mit einem Betätigungsglied "A" ver
bindbar ist, und einen Ablaß-Seitenauslaß 2c zum Verbinden
mit einem Ablaßbehälter "T".
Ein Lagerungsbolzen 1 ist derart angeordnet, daß es durch
die zentrale Öffnung 57 der Basis 51 verläuft. Der Lage
rungsbolzen 1 ist abgestuft und hat einen Bereich 11a mit
größerem Durchmesser und einen Bereich 11b mit kleinerem
Durchmesser. Der Bereich 11a mit größerem Durchmesser ist in
eine zentrale Öffnung 58a des Magnetjochs 58 preßgepaßt und
dadurch fest an diesem befestigt. Der Bereich 11b mit klei
nerem Durchmesser ist in einer zentralen Öffnung 3a des Zwi
schenelementes 3 angeordnet. Ein O-Ring 60 ist zwischen dem
Bereich 11b mit kleinerem Durchmesser und der zentralen Öff
nung 3a angeordnet, um dazwischen abzudichten. Der Bereich
11a mit größerem Durchmesser des Lagerungsbolzens 1 ist mit
einer radialen Zuführöffnung 11d an einer Stelle ausgebil
det, welche dem abgestuften Bereich des Lagerungsbolzens 1
benachbart ist. Die Zuführöffnung 11d ist derart ausgebil
det, daß sie radial durch den Bolzenbereich 11a hindurch
läuft. An einer dem abgestuften Bereich folgenden Stelle ist
der Bereich 11b mit kleinem Durchmesser mit einer radialen
Ausgangsöffnung 11c ausgebildet. Die Ausgangsöffnung 11c ist
derart ausgebildet, daß sie durch den Bereich 11b mit klei
nem Durchmesser radial hindurchläuft. Der Lagerungsbolzen 1
hat ferner mehrere axiale Ablaßnuten 11e, welche in der
Umfangsfläche des Bereiches 11b mit kleinem Durchmesser an
einer Stelle ausgestaltet sind, welche der Ausgangsöffnung
11c benachbart ist. Der Bereich 11a mit größerem Durchmesser
des Bolzens 1 ist mit einer zentralen zuführseitigen Verbin
dungsöffnung 11f ausgeformt, um zwischen einer äußeren
druckquellenseitigen Verbindungsöffnung 58b, welche in dem
linken Seitenendbereich der zentralen Öffnung 58a des Mag
netjochs 58 ausgebildet ist, und der Zuführöffnung 11d eine
Verbindung zu schaffen. Der Bereich 11b mit kleinem Durch
messer ist mit einer zentralen ausgangsseitigen Verbindungs
öffnung 11g ausgebildet, um eine Verbindung zwischen der
ausgangsseiten Verbindungsöffnung 2b des Ventilgehäuses 2
und der Ausgangsöffnung 11c zu schaffen. Die äußere druck
quellenseitige Verbindungsöffnung 58b ist mit einer äußeren
hydraulischen Druckquelle 6 verbunden.
Das Zwischenelement 3 hat Verbindungsnuten 3b, welche in der
Plungerkolben-Seitenendfläche und der äußeren Umfangsfläche
ausgebildet sind. Die Verbindungsnuten 3b liefern immer eine
Verbindung zwischen der ablaßseitigen Verbindungsöffnung 2c
des Ventilgehäuses 2 und den Ablaßnuten 11e. Filter 9a und
9b sind jeweils in der zentralen Öffnung 58a des Magnetjochs
58 und der zentralen Öffnung 3a des Zwischenelementes 3 mon
tiert, um ein Eindringen bzw. Ablagern von Schmutzstoffen zu
verhindern.
Der Ventilschieber 4 hat eine konzentrische Ventilöffnung
4b, welche keinen gleichmäßigen Durchmesser aufweist, so daß
sie auf den Bereich 11a mit größerem Durchmesser, als auch
auf den Bereich 11b mit kleinerem Durchmesser des Lagerungs
bolzens 1 aufbringbar ist. Die Ventilöffnung 4b hat einen
abgestuften Zwischenbereich, welcher mit einer Verbindungs
nut 4b in konstanter Verbindung mit der Ausgangsöffnung 11c
ausgebildet ist. Die Verbindungsnut 4b wirkt mit der Zuführ
öffnung 11d zusammen, so daß ein zuführseitiger variabler
Beschränkungsbereich "s" ausgebildet wird, und wirkt zudem
mit der Ablaßnut 11e zusammen, um einen ablaßseitigen vari
ablen Beschränkungsbereich "t" auszugestalten.
Das hydraulische Drucksteuerventil 7a dieses Ausführungsbei
spieles ist derart aufgebaut, daß es eine Kraft erzeugen
kann, welche auf den Ventilschieber 4 wirkt und diesen in
Fig. 1 in der Richtung nach rechts proportional zum aus
gangshydraulischen Druck durch die Wirkung der Differenz
zwischen den Druckaufnahmeflächen der gegenüberliegenden
axialen Endwände der Verbindungsnuten 4b drückt. Der Ventil
schieber 4 dient somit als Druckdifferenz-Ansprechkolben.
Wenn der Ventilschieber 4 in Fig. 1 sich in die linke Rich
tung bewegt, wird der ablaßseitige variable Beschränkungs
bereich "t" geschlossen und der zuführseitige variable Be
schränkungsbereich "s" geöffnet, wodurch der hydraulische
Druck an der Ausgangsöffnung 11c zunimmt, aufgrund der Zu
führung des hydraulischen Druckes von der Zuführöffnung 11d,
und der Ventilschieber 4 wird in die umgekehrte Richtung
angetrieben, d. h. in die Richtung nach rechts. Hierdurch
wird der zuführseitige variable Beschränkungsbereich "s"
geschlossen und der ablaßseitige variable Beschränkungs
bereich "t" geöffnet, wodurch der hydraulische Druck an der
Ausgangsöffnung 11c durch die Wirkung des hydraulischen
Druckstromes zur Ablaßnut 11e abnimmt.
Der Ventilschieber 4 ist mit einer axial durch den Schieber
hindurchlaufenden Verbindungsöffnung 4c ausgebildet. Die
Verbindungsöffnung 4c ermöglicht dem hydraulischen Fluid
innerhalb der Durchgangsöffnung 57 aus dieser herauszuströ
men und ermöglicht somit das Erzielen einer gleichmäßigen
Bewegung des Ventilschiebers 4 innerhalb der Durchgangsöff
nung 57. Die Verbindungsöffnung 4c kann zudem als Dämpfungs
öffnung zum Unterdrücken einer extensiven Bewegung des
Ventilschiebers 4 dienen.
Eine Rückstellfeder 4d ist im belasteten Zustand zwischen
dem Magnetjoch 58 und dem Ventilschieber 4 angeordnet. Durch
die Rückstellfeder 4d wird der Ventilschieber 4 in Fig. 1 in
die Richtung nach rechts gedrückt. Entsprechend wird der
Ventilschieber 4 in die rechte Richtung gedrückt, wenn sich
der Solenoid in einem nicht erregten Zustand befindet, so
daß der ausgangshydraulische Druck an der Ausgangsöffnung
11c dem atmosphärischen Druck gleich ist.
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist ein Freiraum "C"
zwischen dem Lagerungsbolzen 1 und der Ventilöffnung 4a aus
gebildet, um eine gleichmäßige Bewegung des Ventilschiebers
4 zu ermöglichen. Vier Druckkammern 12 in Form von Vertie
fungen sind durch Einschnitte oder Kerben in der äußeren
Umfangsfläche des Bereiches 11a mit größerem Durchmesser des
Lagerungsbolzens 1 ausgebildet. Die Druckkammern 12 sind mit
konstanten Umfangsabständen angeordnet und kommunizieren mit
dem Freiraum "C". Die Druckkammern 12 sind in konstanter
Verbindung mit der zuführseitigen Verbindungsöffnung 11f
durch die radialen Beschränkungsöffnungen 13.
Gleichzeitig werden das Magnetjoch 58, das Spulengehäuse 52,
die Basis 51 und der Ventilschieber 4 aus einem magnetischem
Material hergestellt, so daß durch diese Elemente ein Mag
netkreis ausgebildet wird. Das Magnetjoch 58 hat an einem
Innenende einen magnetischen Leckbereich 61 mit dreieckför
migem Querschnitt, um eine Kraft zum Anziehen des Ventil
schiebers 4 zu erzeugen. Die Bestandteile, ausgenommen den
oben beschriebenen Elementen aus magnetischem Material, ins
besondere die Bestandteile (beispielsweise der Lagerungs
bolzen 1, die Rückholfeder 4d, der Zwischenzylinder 56, das
Zwischenelement 3, etc.), welche mit den oben beschriebenen
Elementen aus magnetischem Material in Kontakt sind, werden
aus Aluminium (welches mit einer Oberflächenbehandlung durch
Alumite vorgesehen wird), nichtrostendem Stahl, etc. herge
stellt, um dadurch aus dem magnetischen Feld resultierende
Nachteile zu verhindern, während eine Verminderung des mag
netischen Wirkungsgrades des Solenoiden 5 vermieden wird.
D. h. es besteht die Möglichkeit, den Ventilschieber 4 in
Richtung nach links gegen die Vorspannung der Rückholfeder
4d zu bewegen und den hydraulischen Druck an der Ausgangs
öffnung 11c zu erhöhen, wenn der Solenoid 5 erregt wird.
Nachfolgend wird der Betrieb beschrieben.
Wenn der Solenoid 5 wie in der unteren Hälfte von Fig. 1
dargestellt nicht erregt ist, wird der Ventilschieber 4
in Richtung nach rechts durch die Vorspannung der Rück
holfeder 4d gedrückt. Entsprechend wird der zuführseiti
ge variable Beschränkungsbereich "s" geschlossen und der
abflußseitige variable Beschränkungsbereich "t" geöff
net, wodurch das Betätigungsglied "A" mit dem Abflußbe
hälter "T" durch den variablen Beschränkungsbereich "t"
kommuniziert, so daß sich der hydraulische Druck inner
halb des Betätigungsgliedes "A" dem atmosphärischen
Druck angleicht.
Wenn der Solenoid 5 erregt wird, wird der Ventilschieber
4 in der Richtung nach links gegen die Vorspannung der
Rückholfeder 4d angezogen, so daß der ablaßseitige vari
able Beschränkungsbereich "t" geschlossen und der zu
führseitige variable Beschränkungsbereich "s" geöffnet
wird. Entsprechend kommuniziert das Betätigungsglied "A"
mit der äußeren hydraulischen Druckquelle 6 durch den
zuführseitigen variablen Beschränkungsbereich "s", wo
durch der ausgangshydraulische Druck (hydraulischer
Druck am Betätigungsglied "A") zunimmt.
Andererseits wird durch die Zuführung eines erhöhten
ausgangshydraulischen Druckes zu der Verbindungsnut 4b
des Ventilschiebers 4 mit den gegenüberliegenden Seiten
wänden mit unterschiedlichen Druckaufnahmeflächen eine
Rückführungskraft erzeugt, welche auf den Ventilschieber
4 wirkt und diesen in Richtung nach rechts drückt, wo
durch der Ventilschieber 4 in Richtung nach rechts zu
rückgedrückt wird (in die Richtung, so daß der aus
gangshydraulische Druck verringert wird). D. h. der Ven
tilschieber 4 wird in die Position gesetzt, in welcher
die Anziehungskraft des Solenoiden 5 im Gleichgewicht
mit der Summe der Vorspannungskraft der Rückholfeder 4d
und der Rückführungskraft ist, das bedeutet, wie im
Kennlinien-Diagramm von Fig. 4 dargestellt, daß die
Möglichkeit besteht, einen ausgangshydraulischen Druck
proportional dem Erregerstrom des Solenoiden 5 zum
Betätigungsglied "A" zuzuführen.
Wie oben ausgeführt, besteht die Möglichkeit, daß der
Ventilschieber 4 radial in eine exzentrische Position
bewegt wird, da es notwendig ist, einen vorgegebenen
Freiraum "C" zwischen der Ventilöffnung 4a des Ventil
schiebers 4 und der äußeren Umfangsfläche des Lagerungs
bolzens 1 auszubilden, um eine gleichmäßige Gleitbewe
gung des Ventilschiebers 4 zu ermöglichen.
Jedoch hat der Bereich 11a mit größerem Durchmesser des
Lagerungsbolzens 1 an der äußeren Umfangsfläche die vier
Druckkammern 12, welche mit gleichen Umfangsabständen
angeordnet sind, d. h. mit gleichen Abständen in Umfangs
richtung des Lagerungsbolzens 1 und durch den Freiraum
"C" verbunden sind. Die Druckkammern 12 sind in stetiger
Verbindung mit der zuführseitigen Verbindungsöffnung 11f
mittels der radialen Beschränkungsöffnungen 13 und kön
nen somit immer mit hydraulischem Druck von der äußeren
hydraulischen Druckquelle 6 beaufschlagt werden. Ent
sprechend variiert der Freiraum "C" entland dem Umfang
des Lagerungsbolzens 1, wie beispielsweise in Fig. 3
dargestellt ist, wenn der Ventilschieber 4 radial in
eine exzentrische Position bewegt wird. Hierdurch wird
der hydraulische Druck in den Druckkammern 12 an der
Stelle, an welcher der Freiraum "C" groß ist, kleiner
als der Zuführdruck durch die große Leckmenge an dieser
Stelle, obwohl der hydraulische Druck in den Druckkam
mern 12 an der Stelle, an welcher der Freiraum "C" klein
ist, gleich dem Zuführdruck von der Druckquelle 6 gehal
ten wird. Hierdurch wird ein Differenzdruck in Radial
richtung bedingt und wirkt auf den Ventilschieber 4, so
daß die Exzentrizität des Ventilschiebers 4 korrigiert
wird, d. h. der Ventilschieber 4 wird durch den Diffe
renzdruck eigen-zentriert.
Wie aus obiger Darstellung ersichtlich ist, erzeugt dieses
Ausführungsbeispiel Wirkungen, welche im folgenden aufge
zählt werden.
- 1. Durch die Verwendung des Zuführdruckes zum Betrieb des hydraulischen Drucksteuerventils besteht die Möglich keit, eine Exzentrizität des Ventilschiebers 4 zu ver hindern, d. h. es besteht die Möglichkeit, daß sich der Ventilschieber immer eigen- bzw. selbst-zentriert.
- 2. Da der Steuerventilbereich und der magnetische Weg bil dende Bereich auf der Innenseite und der Außenseite des Ventilschiebers 4 derart ausbildbar sind, daß in Radial richtung einer über dem anderen angeordnet werden kann, kann die axiale Länge des Ventilschiebers 4 verkürzt werden. Hierbei hat der Magnetismus eine derartige Eigenschaft, daß ein magnetischer Weg auf der äußeren Umfangsseite des Ventilschiebers 4 ausgebildet wird, d. h. in einer größeren Fläche, in der die magnetische Sättigung klein ist. Obwohl die Nut 4b, welche den Steuerventilbereich bildet, in der inneren Umfangsfläche des Ventilschiebers 4 ausgebildet ist, bewirkt dies kei nen negativen Einfluß auf die hydraulische Drucksteue rung.
- 3. Da der Steuerventilbereich im inneren Umfangsbereich des Ventilschiebers 4 mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist, kann die Leckfluidmenge klein sein.
- 4. Da die Filter 9a, 9b in dem Elektromagnetventil 7a ange ordnet sind, kann das System kompakt ausgestaltet wer den.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen ein Elektromagnetventil 7b gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbei-
Freiraum unterscheidet sich vom vorherigen Ausführungsbei
spiel der Fig. 1 bis 4 dadurch, daß der Lagerungsbolzen 1
und der Ventilschieber 4 jeweils umgekehrt mit Bezug auf
deren Axialrichtung angeordnet sind, d. h. die rechte Seite
links, und folglich sind das Betätigungsglied "A" und die
äußere hydraulische Druckquelle 6 umgekehrt verbunden.
D. h. dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich, wie aus
Fig. 7 ersichtlich, von dem vorherigen Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 bis 4 dadurch, daß die Zunahme- und Abnahme-Rich
tungen des hydraulischen Druckes entsprechend der Erregung
und Nichterregung des Solenoiden 5 umgekehrt zu denen des
vorherigen Ausführungsbeispieles sind und das Elektromagnet
ventil 7b stellt ein normales Öffnungsventil dar.
Des weiteren wurden, wie aus Fig. 6 ersichtlich, die Druck
kammern 12 des vorherigen Ausführungsbeispieles der Fig. 1
bis 4 in diesem Ausführungsbeispiel weggelassen.
Ausschließlich dem oben genannten ähnelt das Elektromagnet
ventil 7b dieses Ausführungsbeispiels im wesentlichen dem
vorherigen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 und kann im
wesentlichen die gleichen Wirkungen erzielen.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen ein Strömungssteuerventil 8a, wel
ches ein Elektromagnetventil der vorliegenden Erfindung dar
stellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von
dem vorherigen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 dadurch,
daß die Fluidablaß zugehörigen - und Ablaßbehälter T verbin
denden Kanäle (d. h. der ablaßseitige variable Beschränkungs
bereich "t", die Ablaßnut 11e, die Verbindungsnut 3b, die
ablaßseitige Verbindungsöffnung 2c) aufgrund von dessen
Beschaffenheit weggelassen, die Außenform des Lagerungsbol
zens 1 und die Innenform des Ventilschiebers 4 zu einer
geraden zylindrischen Form ohne eine Stufe umgeformt und des
weiteren, wie im Detail in Fig. 9 dargestellt, drei Druck
kammern 12 und drei Beschränkungsöffnungen 13 ausgebildet
wurden.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird im folgenden
beschrieben.
Wenn der Solenoid 5 nicht erregt ist, wird der Ventil
schieber 4, wie in der unteren Hälfte von Fig. 8 darge
stellt, in die Richtung nach rechts durch die Vorspan
nung der Rückholfeder 4d gedrückt. Entsprechend wird der
zuführseitige variable Beschränkungsbereich "s" ge
schlossen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des hy
draulischen Fluids auf Null abnimmt.
Wenn der Solenoid 5 erregt wird, wird der Ventilschieber
4, wie in der unteren Hälfte von Fig. 8 dargestellt, in
Richtung nach links gegen die Vorspannung der Rückhol
feder 4d angezogen. Der Öffnungsgrad des zuführseitigen
variablen Beschränkungsbereiches "s" ändert sich in
Abhängigkeit vom Erregungsstrom des Solenoiden 5, wie im
Kennlinien-Diagramm von Fig. 10 dargestellt ist, d. h.
die Strömungsgeschwindigkeit des hydraulischen Fluids
kann entsprechend dem Erregungsstrom gesteuert werden.
Somit kann dieses Ausführungsbeispiel im wesentlichen die
gleichen Wirkungen wie das vorherige Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 bis 4 erzielen.
Die Fig. 11 und 12 zeigen ein Strömungssteuerventil 8b gemäß
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom vorherigen Aus
führungsbeispiel der Fig. 8 bis 10 dadurch, daß die Strö
mungskanalanordnung bezüglich dessen Axialrichtung umgekehrt
wird, d. h. die rechte Seite ist links und folglich wird die
Verbindung zwischen der Fluidzuführseite und der Ausgangs
seite umgekehrt.
Wie aus Fig. 12 ersichtlich, unterscheidet sich dieses Aus
führungsbeispiel vom vorherigen Ausführungsbeispiel der Fig.
8 bis 10 dadurch, daß die Zunahme- und Abnahme-Richtungen
der Strömungsgeschwindigkeit des hydraulischen Fluids ent
sprechend der Erregung und Nichterregung des Solenoiden 5 zu
denen des vorherigen Ausführungsbeispieles der Fig. 8 bis 10
umgekehrt sind und das Strömungssteuerventil 8b dieses Aus
führungsbeispieles stellt ein normales Öffnungsventil dar.
Ausgenommen dem oben beschriebenen ähnelt dieses Ausfüh
rungsbeispiel im wesentlichen dem vorherigen Ausführungsbei
spiel der Fig. 8 bis 10 und kann die gleichen Wirkungen
erzielen.
Während die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde,
stellt diese Beschreibung keine Einschränkung dar, vielmehr
sind verschiedene Modifikationen und Variationen innerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung möglich.
Obwohl oben dargestellt und beschrieben wurde, daß der
komplette Ventilschieber aus einem magnetischen Material
hergestellt und als einstückige Einheit ausgebildet ist,
kann beispielsweise lediglich der äußere Umfangsbereich,
welcher als Plungerkolbenbereich dient, teilweise aus einem
magnetischen Material hergestellt werden.
Des weiteren kann die vorliegende Erfindung in einem solchen
Fall angewendet werden, in welchem kein Plungerkolben einge
setzt wird, obwohl in dem beschriebenen und dargestellten
Ausführungsbeispiel der Schieber aus einem durch einen Sole
noid angetriebenen Plungerkolben gebildet wird.
Obwohl in dem dargestellten und beschriebenen Ausführungs
beispiel der Schieber an der äußeren Umfangsseite des sta
tionären Seitenelementes angeordnet ist, kann der Schieber
auch an der inneren Umfangsseite des stationären Seitenele
mentes angeordnet werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegende Er
findung ein Elektromagnetventil 7a betrifft, bei welchem ein
Ventilschieber 4, der auch als Plungerkolben eines Sole
noiden 5 wirkt, verschiebbar auf einem Lagerungsbolzen 1 be
festigt ist, d. h. der Ventilschieber 4 und der Lagerungsbol
zen 1 sind verbunden und bilden zwischen sich einen ringför
mige Freiraum "C". Der Lagerungsbolzen 1 ist mit drei oder
mehr Druckkammern 12 und radialen Beschränkungsöffnungen 13
in konstanter Verbindung mit den Druckkammern 12 ausgebil
det. Die Druckkammern 12 und die radialen Beschränkungs
öffnungen 13 sind mit gleichen Umfangsabständen und in kon
stanter Verbindung mit einer äußeren Druckquelle 6 angeord
net, so daß der ringförmige Freiraum "C" seine Gleichförmig
keit beibehält, d. h. der Ventilschieber 4 wird relativ zum
Lagerungsbolzen 1 durch die Wirkung des zu den Druckkammern
12 zu jedem Zeitpunkt zugeführten Fluiddruckes eigen
zentriert.
Claims (6)
1. Elektromagnetventil mit einer auf einem Magnetjoch (58)
angebrachten Magnetspule (53) und einem aus einem magneti
schen Material hergestellten Ventilschieber (4), der durch
eine Rückstellfeder (4d) vom Magnetjoch abgehoben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. der Ventilschieber (4) auf einem in das Magnetjoch (58) gepreßten Lagerungsbolzen (1) gleitend angeordnet ist, und
- 2. der Lagerungsbolzen (1) eine zentrale Bohrung (11g, 11f) aufweist, die eine äußere druckseitige Verbindungs öffnung (58b) über radial angeordnete Öffnungen (13) mit Druckkammern (12) verbindet, über die ein Freiraum C zwischen dem Ventilschieber (4) und der äußeren Umfangs fläche des Lagerungsbolzens (1) mit Druck beaufschlagbar ist, so daß die Exzentrizität des Ventilschiebers korri giert wird.
2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß ein Fluidströmungskanal des Lagerungsbolzens (1)
einen axialen Einlaßkanalbereich (s), einen Auslaßkanal
bereich (t), eine erste Radialöffnung (11d), welche mit
dem Einlaßkanalbereich (s) verbunden ist, und eine zweite
Radialöffnung (11e), welche mit dem Auslaßkanalbereich (t)
verbunden ist, aufweist, wobei die Verbindung zwischen den
ersten und zweiten Radialöffnungen (11d, 11e) über eine
ringförmige Nut (4b) steuerbar ist, welche in einer inne
ren Umfangsfläche des Ventilschiebers (4) ausgebildet ist.
3. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die radial angeordneten Öffnungen (13) in stetiger Verbin
dung mit dem Einlaßkanalbereich (s) stehen.
4. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerungsbolzen (1) einen
in dessen äußerer Umfangsfläche in Form einer Nut ausge
bildeten Ablaßkanal (3b) aufweist, welcher mit einem
Ablaßbehälter (T) in Verbindung steht, wobei die Verbin
dung zwischen der zweiten Radialöffnung (11e) und dem
Ablaßkanal (3b) über die Nut (4b) des Ventilschiebers (4)
steuerbar ist.
5. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut (4b) des
Ventilschiebers (4) gegenüberliegende Axialenden mit
unterschiedlichen Druckaufnahmeflächen aufweist.
6. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut (4b) des
Ventilschiebers (4) gegenüberliegende Axialenden mit glei
chen Druckaufnahmeflächen aufweist.
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