DE19545021B4

DE19545021B4 - Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil

Info

Publication number: DE19545021B4
Application number: DE19545021A
Authority: DE
Inventors: Rainer Imhof; Manfred Siegler
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-12-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2015-12-03
Also published as: DE19545021A1

Abstract

Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil, insbesondere Proportional-4-Wegeventil, das in einem Ventilgehäuse (1) einen Steuerkolben (2) aufweist, mit dem die Druckmittelwege zwischen Steuerräumen des Ventilgehäuses (1), die mit einem Versorgungsanschluß (P), einem Verbraucheranschluß (A, B) und einem Tankanschluß (T) verbunden sind, steuerbar sind und der mit magnetseitigen Steuerkolbenendabschnitten (7, 8) zwei mit dem Tankanschluß (T) verbundene Steuerräume (12, 13) vom jeweiligen Ankerraum der Betätigungsmagnete (3, 4) trennt, und bei dem die Ankerräume aus dem Versorgungsanschluß (P) mit Arbeitsflüssigkeit befüllbar sind und miteinander und über jeweils eine Ablaufdrossel (7, 27, 8, 28) mit dem Tankanschluß (T) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerräume über dieselbe Zulaufdrossel (16, 17; 161, 171) mit dem Versorgungsanschluß (P) in Verbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Typenblatt RD 29 060 vom April 1993 der Anmelderin sind elektromagnetisch betätigte Wegeventile bekannt, bei denen zur Erzielung eines guten Regelverhaltens die Federräume einschließlich die untereinander über einen im Ventilgehäuse verlaufenden Kanal in Verbindung stehenden Ankerräume der Betätigungsmagnete entlüftet sein müssen. Zu diesem Zweck sind an den äußeren Abschlußdeckeln der Magnetgehäuse durch Schrauben verschließbare Entlüftungskanäle vorgesehen. Bei Inbetriebnahme werden die Verschlußschrauben entfernt und über den Entlüftungskanal des einen Betätigungsmagneten solange Arbeitsflüssigkeit nachgefüllt, bis aus dem Entlüftungskanal des gegenüberliegenden Betätigungsmagneten Arbeitsflüssigkeit austritt. Danach werden die Entlüftungskanäle mit den Verschlußschrauben wieder verschlossen.

In der EP 0 149 743 A1 ist ein Wegeventil gezeigt, bei dem die Feder- und Ankerräume sozusagen automatisch entlüftet werden. Bei dem Ventil nach der EP 0 149 743 ist jeder Federraum über eine durch das Spiel zwischen dem Steuerkolben und dem Ventilgehäuse gebildete Ablaufdrossel fluidisch mit einem mit dem Tankanschluß in Verbindung stehenden Steuerraum verbunden. Ein weiterer Steuerraum ist über ein Rückschlagventil und eine Drossel mit dem einen Federraum und nur über das Rückschlagventil mit dem anderen Federraum verbunden. Dieser Steuerraum ist über eine Steuerkante am Steuerkolben mit dem Steuerraum verbindbar, der dauernd mit dem Versorgungsanschluß des Wegeventils in Verbindung steht.

Die Drossel zwischen dem Rückschlagventil und dem einen Federraum scheint dabei gegenüber den Ablaufdrosseln so groß zu sein, daß der Druck in beiden Federräumen genauso hoch wie in dem weiteren Steuerraum ist und durch ein in bestimmten Betriebssituationen als Druckminderventil arbeitendes Prioritätsventil bestimmt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil zu schaffen, bei dem mit wenig zusätzlichem Aufwand auf die bekannte umständliche Entlüftung der Ankerräume der Betätigungsmagnete verzichtet werden kann. Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.

Dadurch, daß die Ankerräume über eine Zulaufdrossel mit dem Versorgungsanschluß und über eine Ablaufdrossel mit dem Tankanschluß in Verbindung stehen, steht die in die Ankerräume einströmende Arbeitsflüssigkeit unter einem Druck, dessen Größe zwischen dem Pumpen- und Tankdruck liegt. Durch diesen Druck wird die in den Ankerräumen befindliche Luft komprimiert, so daß die Ankerräume von der einströmenden Arbeitsflüssigkeit weitgehend aufgefüllt werden und damit eine einwandfreie Regelung des Ventils gewährleistet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Es zeigen
1 einen Axialschnitt durch ein 4-Wege-Proportionalventil mit zwei Betätigungsmagneten und integrierter Ansteuerelektronik,
2 einen Längsschnitt des Ventilgehäuses in der Ebene des Gehäusekanals mit die Drossel bildendem Gewindeabschnitt mit Schraube,
3 einen Schnitt nach der Linie III-III in 2 und
4 einen Teil-Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem eine Drosselstelle in den Steuerkolben integriert ist.
In 1 ist mit 1 das Ventilgehäuse und mit 2 der Steuerkolben bezeichnet. Der Steuerkolben 2 wird durch die zu beiden Seiten des Ventilgehäuses befestigten Betätigungsmagnete 3 und 4 in die eine oder andere Richtung verschoben, je nach Signalabgabe der auf den Betätigungsmagneten 3 aufgesetzten Ansteuerelektronik 6. Der Steuerkolben 2 weist an seinen Enden Steuerkolbenendabschnitte 7 und 8 auf, die die mit den nicht dargestellten Ankerräumen der Betätigungsmagnete in Verbindung stehenden Gehäuseausnehmungen 9, 10 und die mit dem Tank in Verbindung stehenden Steuerräume 12, 13 des Ventilgehäuses 1 voneinander trennen. Vom mit dem Versorgungsanschluß P in Verbindung stehenden Steuerraum 15 des Ventilgehäuses führt ein mit einem Muttergewinde 16 versehener und von einer Schraube 17 verschlossener Gehäusekanalabschnitt zu einem parallel zur Betätigungsachse 19 des Steuerkolbens verlaufenden Gehäusekanalabschnitt 20, von dessen Enden Gehäusekanalabschnitte 21, 22 nahe den Befestigungswänden 23, 24 für die Betätigungsmagnete 3 und 4 zu den Gehäuseausnehmungen 9, 10 führen.
Wird bei Inbetriebnahme einer hydraulischen Anlage der mit der Arbeitsflüssigkeitsquelle über den Versorgungsanschluß P in Verbindung stehende Steuerraum 15 von Arbeitsflüssigkeit beaufschlagt, strömt über das Flankenspiel 26 (2) zwischen Mutter- und Schraubengewinde des mit der Schraube 17 verschlossenen Gehäusekanalabschnittes 16 eine geringe Arbeitsflüssigkeitsmenge in den axial verlaufenden Gehäusekanalabschnitt 20 und von dort weiter über die seitlichen Kanalabschnitte 21, 22 in die Gehäuseausnehmungen 9, 10 und die mit letzteren in Flüssigkeitsverbindung stehenden nicht gezeigten Ankerräume der Betätigungsmagnete 3,4. Von den Gehäuseausnehmungen 9, 10 strömt schließlich die vom Hauptstrom abgezweigte geringe Arbeitsflüssigkeitsmenge über das Führungsspiel zwischen den Steuerkolbenendabschnitten 7, 8 und den Führungsbohrungen 27, 28 in den Gehäusestegen 30, 31 in die mit dem Tank in Verbindung stehenden Steuerräume 12, 13 im Ventilgehäuse 1. Das die Zulaufdrossel bildende Flankenspiel zwischen Mutter- und Schraubgewinde des Kanalabschnittes 16 und der Schraube 17 und das die Ablaufdrosseln bildende Führungsspiel der Steuerkolbenendabschnitte 7, 8 in den Führungsbohrungen 27, 28 der Gehäusestege 30, 31 für die mit den Ankerräumen verbundenen Gehäuseausnehmungen sind so aufeinander abgestimmt, daß sich in den Ankerräumen ein Druck der Arbeitsflüssigkeit einstellt, der die in diesen Räumen vorhandenen Lufteinschlüsse auf ein solches Maß komprimiert, daß die einströmende Arbeitsflüssigkeit die Ankerräume soweit auffüllt, daß eine einwandfreie Regelung des Ventils gewährleistet ist. Durch die Regelbewegung des Steuerkolbens wird die im Ankerraum befindliche Arbeitsflüssigkeit einer Hin- und Herbewegung ausgesetzt und dadurch mit der die Gehäuseausnehmungen durchströmenden geringen Arbeitsflüssigkeitsmenge vermischt, so daß letztlich auch die noch vorhandenen Lufteinschlüsse zum Tank ausgeschwemmt werden. Die Zu- und Ablaufdrosseln werden so aufeinander abgestimmt, daß die in den Ankerräumen befindliche Arbeitsflüssigkeit unter einem Druck steht, der dem 0,6fachen des Pumpendruckes entspricht. Die Summe der Querschnitte der beiden von dem Führungsspiel der Steuerkolbenendabschnitte gebildeten Ablaufdrosseln müssen also geringfügig kleiner gehalten werden als der vom Flankenspiel zwischen Mutter- und Schraubengewinde im Kanalabschnitt 16 gebildete Querschnitt der gemeinsamen Zulaufdrossel.
Gemäß 3 wird der axial verlaufende Kanalabschnitt von dem Gewindekanalabschnitt 16 nur in einem kleinen Randbereich 20a angeschnitten. Dadurch kann sich die in diesem Randbereich eintretende Arbeitsflüssigkeit nach beiden Seiten des axial verlaufenden Kanalabschnitts 20 gleichmäßig aufteilen und in die betreffenden Gehäuseausnehmungen 9, 10, die mit den Ankerräumen in Flüssigkeitsverbindung stehen, weiterströmen. Der axial verlaufende Kanalabschnitt 20 ist gemäß 2 als Sackbohrung in das Ventilgehäuse 1 eingebracht und mittels einer Schraube 33 nach außen verschlossen. Der gemeinsam mit der Schraube 17 die Zulaufdrossel bildende Gewindekanalabschnitt 16 ist von außen in das Ventilgehäuse eingearbeitet und im Gehäuseeingangsbereich zur Aufnahme des Schraubenkopfes 17a erweitert. Auf der damit sich ergebenden Radialfläche 35 ist ein Dichtungsring 36 vorgesehen, der mit der entsprechenden radial verlaufenden Fläche 37 des Schraubenkopfes 17a einen flüssigkeitsdichten Abschluß des Gewindekanalabschnittes nach außen gewährleistet.
Nach 4 weist der Steuerkolben 2 eine axial verlaufende Sackbohrung 2a auf, die mit einer Querbohrung 2b verbunden ist, die in den mit dem Versorgungsanschluß P verbundenen Steuerraum 15 mündet. Am Steuerkolbenendabschnitt 8 ist die Sackbohrung erweitert und mit einem Muttergewinde 161 versehen, das eine Madenschraube 171 aufnimmt. Das Flankenspiel zwischen Muttergewinde 161 und dem Gewinde der Madenschraube 171 bildet eine Zulaufdrossel über die bei Inbetriebnahme der hydraulischen Anlage eine geringe Arbeitsflüssigkeitsmenge in die Gehäuseausnehmung 10 strömt und von dort über einen strichpunktiert dargestellten, im Ventilgehäuse 1 verlaufenden Verbindungskanal 1b auch in die gegenüberliegende Gehäuseausnehmung 9. Von den Gehäuseausnehmungen 9, 10 strömt die geringe Arbeitsflüssigkeitsmenge wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 schließlich weiter über das als Ablaufdrossel wirkende Führungsspiel zwischen den Steuerkolbenendabschnitten 7, 8 und den Führungsbohrungen 27, 28 in den Gehäusestegen 30, 31 in die mit dem Tank in Verbindung stehenden Steuerräume 12, 13, wobei sich in den Gehäuseausnehmungen 9, 10 und den mit den Gehäuseausnehmungen verbundenen Ankerräumen ein Druck aufbaut, der von der Größe der Zulaufdrossel und den Ablaufdrosseln festgelegt ist.
Zur Erzielung eines konstanten Druckes in den Ankerräumen kann unabhängig vom Führungsspiel der Steuerkolbenendabschnitte zwischen der einen Gehäuseausnehmung und dem mit dem Tank in Verbindung stehenden Steuerraum ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen werden.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil, insbesondere Proportional-4-Wegeventil, das in einem Ventilgehäuse (1) einen Steuerkolben (2) aufweist, mit dem die Druckmittelwege zwischen Steuerräumen des Ventilgehäuses (1), die mit einem Versorgungsanschluß (P), einem Verbraucheranschluß (A, B) und einem Tankanschluß (T) verbunden sind, steuerbar sind und der mit magnetseitigen Steuerkolbenendabschnitten (7, 8) zwei mit dem Tankanschluß (T) verbundene Steuerräume (12, 13) vom jeweiligen Ankerraum der Betätigungsmagnete (3, 4) trennt, und bei dem die Ankerräume aus dem Versorgungsanschluß (P) mit Arbeitsflüssigkeit befüllbar sind und miteinander und über jeweils eine Ablaufdrossel (7, 27, 8, 28) mit dem Tankanschluß (T) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerräume über dieselbe Zulaufdrossel (16, 17; 161, 171) mit dem Versorgungsanschluß (P) in Verbindung stehen.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußquerschnitte der Zulaufdrossel (16, 17; 161, 171) und der Ablaufdrosseln (7, 27, 8, 28) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Druck der in den Ankerräumen befindlichen Arbeitsflüssigkeit einen Bruchteil des am Versorgungsanschluß (P)anstehenden Druckes beträgt.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußquerschnitte der Zulaufdrossel (16, 17; 161, 171) und der Ablaufdrosseln (7, 27, 8, 28) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Druck der in den Ankerräumen befindlichen Arbeitsflüssigkeit etwa das 0,6fache des am Versorgungsanschluß (P)anstehenden Druckes beträgt.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (16, 17) vom Querschnitt des Flankenspieles einer Schraube (17) gebildet ist, die einen ein Muttergewinde aufweisenden Ab schnitt (16) eines Gehäusekanals (16, 20, 21, 22) verschließt, der den mit dem Versorgungsanschluß (P) verbundenen Steuerraum (15) mit seitlichen Gehäuseausnehmungen (9, 10) verbindet, die mit dem Ankerraum des jeweiligen Betätigungsmagneten (3, 4) fluidisch in Verbindung stehen.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekanal (16, 20, 21, 22) aus miteinander verbundenen Kanalabschnitten besteht, wovon ein erster Kanalabschnitt (16) das mit der Schraube (17) verschlossene Muttergewinde aufweist, senkrecht zur Betätigungsachse (19) des Steuerkolbens (2) verläuft und in den mit dem Versorgungsanschluß (P) verbundenen Steuerraum (15) des Ventilgehäuses (1) mündet, daß ein zweiter mit dem ersten Kanalabschnitt verbundener Kanalabschnitt (20) parallel zur Betätigungsachse (19) des Steuerkolbens (2) verläuft und daß jeweils dritte nahe den Befestigungswänden (23, 24) für den jeweiligen Betätigungsmagneten (3, 4) im Ventilgehäuse (1) verlaufende Kanalabschnitte (21, 22) den zweiten Kanalabschnitt (20) mit mit dem Ankerraum des jeweiligen Betätigungsmagneten (3, 4) fluidisch in Verbindung stehenden Gehäuseausnehmungen (9, 10) verbinden.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (16a) des ersten Kanalabschnittes (16) in einer anderen Ebene verläuft als die Achse (20a) des zweiten Kanalabschnittes (20), so daß sich die beiden Kanalabschnitte nur anschneiden.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel vom Querschnitt des Flankenspiels einer Schraube (171) gebildet ist, die einen ein Muttergewinde (161) aufweisenden Abschnitt einer im Steuerkolben (2) verlaufenden Sackbohrung (2a) verschließt, die den mit dem Versorgungsanschluß (P) verbundenen Steuerraum (15) mit der einen seitlichen Gehäuseausnehmung (10) verbindet.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekkenzeichnet, daß die Gewinde von Schraube (17, 171) und Mutter (16, 161) als Normgewinde ausgebildet sind.
Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufdrosseln (7, 27, 8, 28) vom Querschnitt des Führüngsspiels der Steuerkolbenendabschnitte (7, 8) in den Führungsbohrungen (27, 28) von Gehäusestegen (30, 31) gebildet werden.