DE19959332A1 - Mit einem polarisierten Schaltmagnet betätigtes elektro-hydraulisches Steuerventil - Google Patents

Abstract

Ein elektro-hydraulisches Steuerventil für hydraulischen Schreitausbau, mit einem an eine Hochdruckleitung anschließbaren 3/2-Wegeventil und mit einem Gleichstrommagneten zur Steuerung des Wegeventils ist dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schaltstößel (20) in seiner Schaltstellung für das Wegeventil (11) festhaltender Permanentmagnet (22) vorgesehen ist, und daß die Steuerelektronik zur Umpolung des Gleichstrommagneten (12) in Abhängigkeit von der Umsteuerung des Wegeventils (11) eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektro-hydraulisches Steuerventil für hydraulischen Schreitausbau, mit einem an eine Hochdruckleitung anschließbaren 3/2-Wegeventil und mit einem an eine eigensichere Stromversorgung anschließbaren, von einer Steuerelektronik angesteuerten Gleich­ strommagneten zur Steuerung des 3/2-Wegeventils zwischen einer durch Einwirkung einer Federkraft und/oder der anstehenden Druckflüssigkeit definierten Schließstellung und einer durch einen vom Gleichstrommagneten von einer Ausgangsstellung in seine Schaltstellung bewegten Schaltstößel herbeigeführten und in der Schaltstellung vom Schaltstößel aufrechterhaltenen Öffnungsstellung.

Ein Steuerventil mit den vorgenannten Merkmalen ergibt sich aus der DE 196 46 611 A1; bei dem bekannten Steuerventil ist in einem in das Ventilgehäuse eingesetzten, die Anschlüsse zum Tank, zur Pumpe und zu einem Verbraucher beinhaltenden Ventil ein Schließkörper angeordnet, der von einer Ventilfeder und durch die anstehende Druckflüssigkeit auf einem Dichtsitz in seiner Schließstellung gehalten bzw. in seine Schließstellung vorgespannt ist. Für die Umsteuerung des Wegeventils in dessen Öffnungsstellung ist ein Gleichstrommagnet vorgesehen, der einen Eisenkern, einen zylindrischen Spulenkörper sowie einen innenliegenden Anker umfaßt. Bei Erregung des Gleichstrommagneten bei angelegter Spannung wird der Anker und damit ein mit dem Anker verbundener Schaltstößel in Richtung des Wegeventils bewegt, wobei die Bewegung des Schaltstößels auf den Schließkörper übertragen wird und diesen in die Öffnungsstellung des Wegeventils zum Verbraucher bewegt. Solange die Erregung des Gleichstrommagneten aufrechterhalten wird, verbleibt das Wegeventil in dieser den Verbraucher zuschaltenden Öffnungsstellung; bei stromlos geschaltetem Gleichstrommagneten sorgen die Ventilfeder und die anstehende Druckflüssigkeit für die Rückführung bzw. Umsteuerung des Schließkörpers in dessen Schließstellung.

Mit dem bekannten Steuerventil ist der Nachteil verbunden, daß eine elektrische Leistung über die Ansteuerung des Ventils hinaus auch für die Schaltstellung in der Öffnungsphase des Ventils vorgehalten werden muß. Da bei der heutigen Betriebsmittelkonzentration an einzelnen Betriebspunkten eine hohe Zahl derartiger Steuerventile im Einsatz steht, ergeben sich trotz des bei dem bekannten Steuerventil nur noch vergleichsweise geringen elektrischen Leistungsbedarfs in der Summe nicht unerhebliche Installations- und Betriebskosten. Es kommt hinzu, daß bei Ausfall der Spannungsversorgung die Steuerventile automatisch in ihre Schließstellung umsteuern, was je nach Betriebslage im Einzelfall unerwünscht sein kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil mit den gattungsgemäßen Merkmalen derart auszulegen, daß der elektrische Leistungsbedarf weiter herabgesetzt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß ein den Schaltstößel in seiner Schaltstellung festhaltender Permanentmagnet vorgesehen ist und daß die Steuerelektronik zur Umpolung des Gleichstrommagneten in Abhängigkeit von der Umsteuerung des Wegeventils eingerichtet ist derart, daß für die Steuerung des Wegeventils in dessen Öffnungsstellung eine gleichsinnige Polung von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet und für die Umsteuerung des Wegeventils in dessen Schließstellung eine gegensinnige Polung von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet einstellbar ist.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß zum Aufrechterhalten der Öffnungsstellung des Wegeventils die Stromversorgung des Gleichstrommagneten weiter reduziert und gegebenenfalls ganz abgeschaltet werden kann, da der integrierte Permanentmagnet das Festhalten des Schaltstößels in dessen die Öffnungsstellung des Wegeventils bewirkender bzw. aufrechterhaltender Stellung übernimmt. Zur Ausführung der Umsteuerung des Wegeventils von der einen in die jeweils andere Betriebsstellung ist eine Umpolung des Gleichstrommagneten eingerichtet. So ist die Ansteuerelektronik dafür ausgelegt, für die Bewegung des Schaltstößels in die die Öffnung des Wegeventils herbeiführende Stellung die Polung des Gleichstrommagneten mit der Polung des Permanentmagneten gleichsinnig einzurichten, so daß die Feldlinien von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet gleichsinnig verlaufen und das bestehende Magnetfeld des Permanentmagneten verstärkt wird. Aufgrund des so erzeugten Magnetfeldes wird der Anker angezogen und der Schaltstößel in seine die Ventilöffnung bewirkende Stellung verschoben; in dieser Endlage wird der Schaltstößel ausschließlich durch den Permanentmagnet gehalten, so daß - je nach der Stärke des Permanentmag­ neten - der Gleichstrommagnet in seiner Erregung deutlich reduziert bzw. die Stromversorgung für den Gleichstrommagneten sogar ganz abgeschaltet werden kann. Soll das Wegeventil in seine Schließstellung zurückgeführt werden, so wird die Polung des Gleichstrommagneten gegensinnig zur Polung des Permanentmagneten eingerichtet, so daß die Feldlinien von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet gegensinnig verlaufen und damit die Feldstärke des Permanentmagneten geschwächt wird; der Permanentmagnet kann den Anker mit Schaltstößel nicht mehr in der Schaltstellung halten, so daß die Ventilfeder und/oder der anstehende Flüssigkeitsdruck für die Rückführung des Schließkörpers des Ventils in dessen Schließstellung sorgen.

Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Permanentmagnet an dem dem Wegeventil zugewandten Ende des zylindrischen Spulenkörpers des Gleich­ strommagneten axial mit dem Spulenkörper fluchtend oder aber von dem Spulenkörper umgriffen in dem Ringraum zwischen Spulenkörper und Schaltstößel angeordnet ist; bei der letztgenannten Lösung ergibt sich eine Verringerung der Baugröße des Steuerventils.

Soweit mit der Erfindung einerseits der Vorteil verbunden ist, daß ein Ausfall der Spannungsversorgung des Gleichstrommagneten nicht zu einer automatischen Schließung des Steuerventils führt, andererseits aber für die Überführung des Steuerventils in dessen Schließstellung eine Erregung des Gleichstrommagneten erforderlich ist, ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß dem Gleichstrommagneten bei Ausfall von dessen Spannungsversorgung ein schaltbarer Energiespeicher zugeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektro-hydraulisches Steuerventil in einem Längsschnitt,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 3a, b die Zuordnung der Polung von Gleichstrom­ magnet und Permanentmagnet für die unter­ schiedlichen Schaltvorgänge in einer schematischen Darstellung.

In Fig. 1 sind lediglich die für die Steuerung des Wegeventils erforderlichen Bauteile dargestellt; der Aufbau des in das Ventilgehäuse 10 eingesetzten 3/2-Wegeventils 11 mit den zugeordneten hydraulischen Anschlüssen ist für die Darstellung des Anmeldungsgegenstandes ohne Belang und im einzelnen in der gattungsgemäßen Druckschrift DE 196 46 611 A1 eingehend beschrieben, so daß insoweit ergänzend auf die Offenbarung der DE 196 46 611 A1 Bezug genommen ist.

Wie ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Anmeldungs­ gegenstand in der DE 196 46 611 A1 zum Aufbau der Schaltbetätigung des Wegeventils ausgeführt, sind in dem Ventilgehäuse 10 zwei Ventile 11 nebeneinander angeordnet, wobei jedem Wegeventil 11 ein Gleichstrommagnet 12 zugeordnet ist. Die beiden Gleichstrommagnete 12 des Steuerventils sind mit einer Steckbuchse 13 an eine nicht dargestellte, eigensichere Stromversorgung angeschlossen. Die Steckbuchse 13 ist in eine mit Dioden bestückte Leiterplatte 14 eingesetzt, die in horizontaler Lage beide Gleichstrommagnete 12 überdeckt und in einem das Ventilgehäuse 10 kopfseitig flach abschließenden Gehäusedeckel 15 untergebracht ist.

Der einzelne Gleichstrommagnet 12 besteht aus einem Mantel 16, einem Eisenkern 17, einem zylindrischen Spulenkörper 18 sowie einem innenliegenden Anker 19. Durch die Erregung des Gleichstrommagneten 12 bei angelegter Spannung wird bei entsprechender, nachfolgend noch zu beschreibender Polung des Gleichstrommagneten 12 der Anker 19 in axialer Richtung auf das Wegeventil 11 zu bewegt. Mit dem Anker 19 ist ein Schaltstößel 20 verbunden, der die Schaltkraft des Gleichstrommagneten 12 auf das in dem Ventilgehäuse untergebrachte Wegeventil 11 überträgt. Der Schaltstößel 20 ist auf ganzer Länge durch den Gleichstrommagneten 12 und die Leiterplatte 14 hindurchgeführt. Das kopfseitige Ende des Schaltstößels 20, welches aus dem Gehäusedeckel 15 austritt und durch eine elastische Haube 21 abgedeckt ist, kann notfalls von Hand zum Öffnen des Wegeventils 11 betätigt werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in axialer Verlängerung des zylindrischen Spulenkörpers 18 im Bereich des Eisenkerns 17 ein Permanentmagnet 22 angeordnet, dessen Polung und Zusammenwirken mit dem Gleichstrommagneten 12 bei den Schaltstellungen des Wegeventils in den Fig. 3a und 3b dargestellt ist. Wie Fig. 3a zu entnehmen ist, wird zum Verschieben des Ankers 19 mit Schaltstößel 20 in die Öffnungsstellung des Wegeventils 11 der Gleichstrommagnet 12 über die nicht dargestellte Steuerelektronik derart gepolt, daß die Feldlinien 23 den Permanentmagneten 22 sowie den Gleichstrommagneten 12 gleichsinnig durchlaufen, so daß das bestehende Magnetfeld des Permanentmagneten 22 verstärkt wird. Aufgrund dieser Magnetfeldverstärkung wird der Anker 19 mit Schaltstößel 20 in Richtung auf das Wegeventil 11 angezogen, so daß durch diese lineare Bewegung der in dem Wegeventil 11 angeordnete Schließkörper in die Öffnungsstellung für die Versorgung des Verbrauchers gesteuert wird. In dieser die Öffnungsstellung des Wegeventils herbeiführenden Endlage wird der Anker 19 mit Schaltstößel 20 von dem Permanentmagneten 22 gehalten, so daß der für die Erregung des Gleichstrommagneten 12 während des Schaltvorganges benötigte Strom abgeschaltet werden kann; in dieser Endlage wirkt auf den Anker 19 somit nur der Permanentmagnet 22.

Soll das Wegeventil 11 in die Schließstellung von dessen Schließkörper umgesteuert werden, wird der Gleichstrommagnet 12 erneut erregt, allerdings mit einer zur Polung des Permanentmagneten 22 gegenläufigen Polung, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist. Bei dem dort dargestellten Verlauf der Feldlinien 23 wird das Magnetfeld des Permanentmagneten 22 abgeschwächt, so daß die Feldstärke nicht mehr ausreicht, um den Anker 19 mit Schaltstößel 20 festzuhalten; die im Wegeventil angeordnete Ventilfeder, gegebenenfalls unterstützt durch den anstehenden Druck der Druckflüssigkeit, führt den Schaltstößel 20 und damit den Anker 19 in die in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 22 in dem zwischen Spulenkörper 18 und Schaltstößel 20 bestehenden Ringraum in dem Eisenkern 17 angeordnet und somit von dem Spulenkörper 18 umgriffen, womit eine Verringerung der Baugröße des Steuerventils einhergeht.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (5)

1. Elektro-hydraulisches Steuerventil für hydraulischen Schreitausbau, mit einem an eine Hochdruckleitung anschließbaren 3/2-Wegeventil und mit einem an eine eigensichere Stromversorgung anschließbaren, von einer Steuerelektronik angesteuerten Gleichstrommagneten zur Steuerung des 3/2-Wegeventils zwischen einer durch Einwirkung einer Federkraft und/oder der anstehenden Druckflüssigkeit definierten Schließstellung und einer durch einen vom Gleichstrommagneten von einer Ausgangsstellung in seine Schaltstellung bewegten Schaltstößel herbeigeführten und in der Schaltstellung vom Schaltstößel aufrechterhaltenen Öffnungsstellung, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schaltstößel (20) in seiner Schaltstellung festhaltender Permanentmagnet (22) vorgesehen ist und daß die Steuerelektronik zur Umpolung des Gleichstrommagneten (12) in Abhängigkeit von der Umsteuerung des Wegeventils (11) eingerichtet ist derart, daß für die Steuerung des Wegeventils (11) in dessen Öffnungsstellung eine gleichsinnige Polung von Permanentmagnet (22) und Gleichstrommagnet (12) und für die Umsteuerung des Wegeventils (11) in dessen Schließstellung eine gegensinnige Polung von Permanentmagnet (22) und Gleichstrommagnet (12) einstellbar ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der der Öffnungsstellung des Wegeventils (11) entsprechenden Schaltstellung des Schaltstößels (20) der die Erregung des Gleichstrommagneten (12) bewirkende Strom abgeschaltet ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) an dem dem Wegeventil (11) zugewandten Ende des zylindrischen Spulenkörpers (18) des Gleichstrommagneten (12) axial mit diesem fluchtend angeordnet ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) an dem dem Wegeventil (11) zugewandten Ende des zylindrischen Spulenkörpers (18) von dem Spulenkörper (18) umgriffen in dem Ringraum zwischen Spulenkörper (18) und Schaltstößel (20) angeordnet ist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichstrommagneten (12) bei Ausfall von dessen Spannungsversorgung ein schaltbarer Energiespeicher zugeordnet ist.