DE19959332C2

DE19959332C2 - Mit einem umpolbaren Gleichstromschaltmagnet betätigtes elektro-magnetisches Steuerventil

Info

Publication number: DE19959332C2
Application number: DE1999159332
Authority: DE
Inventors: Hans-Udo Rheiner; Dirk Abel
Original assignee: DBT Automation GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: CN1299014A; AU7216600A; PL344370A1; GB2358236A; DE19959332A1; GB0030166D0; US20010011559A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches 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 C1; bei dem bekannten Steuer ventil ist in einem in das Ventilgehäuse eingesetzten, die Anschlüsse zum Tank, zur Pumpe und zu einem Verbrau cher beinhaltenden Ventil ein Schließkörper angeordnet, der von einer Ventilfeder und durch die anstehende Druckflüs sigkeit auf einem Dichtsitz in seiner Schließstellung gehal ten 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 innenliegen den Anker umfaßt. Bei Erregung des Gleichstrommagneten bei angelegter Spannung wird der Anker und damit ein mit dem Anker verbundener Schaltstößel in Richtung des Wege ventils bewegt, wobei die Bewegung des Schaltstößels auf den Schließkörper übertragen wird und diesen in die Öff nungsstellung des Wegeventils zum Verbraucher bewegt. Solange die Erregung des Gleichstrommagneten aufrechter halten wird, verbleibt das Wegeventil in dieser den Verbrau cher zuschaltenden Öffnungsstellung; bei stromlos geschal tetem Gleichstrommagneten sorgen die Ventilfeder und die anstehende Druckflüssigkeit für die Rückführung bzw. Um steuerung des Schließkörpers in dessen Schließstellung.

Mit dem bekannten Steuerventil ist der Nachteil verbun den, daß eine elektrische Leistung über die Ansteuerung des Ventils hinaus auch für die Schaltstellung in der Öffnungs phase des Ventils vorgehalten werden muß. Da bei der heu tigen Betriebsmittelkonzentration an einzelnen Betriebs punkten eine hohe Zahl derartiger Steuerventile im Einsatz steht, ergeben sich trotz des bei dem bekannten Steuerventil nur noch vergleichsweise geringen elektrischen Leistungs bedarfs in der Summe nicht unerhebliche Installations- und Betriebskosten. Es kommt hinzu, daß bei Ausfall der Span nungsversorgung 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 her abgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Haupt anspruches genannten Merkmalen gelöst. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand der Unteran sprüche.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß ein den Schaltstößel in seiner Schaltstellung festhaltender Per manentmagnet vorgesehen ist und daß die Steuerelektronik zur Umpolung des Gleichstrommagneten in Abhängigkeit von der Umsteuerung des Wegeventils eingerichtet ist der art, daß für die Steuerung des Wegeventils in dessen Öff nungsstellung eine gleichsinnige Polung von Permanentma gnet und Gleichstrommagnet und für die Umsteuerung des Wegeventils in dessen Schließstellung eine gegensinnige Polung von Permanentmagnet und Gleichstrommagnet ein stellbar ist.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß zum Aufrechterhalten der Öffnungsstellung des Wegeventils die Stromversorgung des Gleichstrommagneten weiter redu ziert und gegebenenfalls ganz abgeschaltet werden kann, da der integrierte Permanentmagnet das Festhalten des Schalt stößels in dessen die Öffnungsstellung des Wegeventils be wirkender bzw. aufrechterhaltender Stellung übernimmt. Zur Ausführung der Umsteuerung des Wegeventils von der einen in die jeweils andere Betriebsstellung ist eine Umpo lung des Gleichstrommagneten eingerichtet. So ist die An steuerelektronik dafür ausgelegt, für die Bewegung des Schaltstößels in die die Öffnung des Wegeventils herbeifüh rende Stellung die Polung des Gleichstrommagneten mit der Polung des Permanentmagneten gleichsinnig einzurichten, so daß die Feldlinien von Permanentmagnet und Gleich strommagnet gleichsinnig verlaufen und das bestehende Magnetfeld des Permanentmagneten verstärkt wird. Auf grund des so erzeugten Magnetfeldes wird der Anker ange zogen und der Schaltstößel in seine die Ventilöffnung bewir kende Stellung verschoben; in dieser Endlage wird der Schaltstößel ausschließlich durch den Permanentmagnet ge halten, so daß - je nach der Stärke des Permanentmagneten - der Gleichstrommagnet in seiner Erregung deutlich redu ziert bzw. die Stromversorgung für den Gleichstrommagne ten sogar ganz abgeschaltet werden kann. Soll das Wege ventil 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 Perma nentmagneten geschwächt wird; der Permanentmagnet kann den Anker mit Schaltstößel nicht mehr in der Schaltstellung halten, so daß die Ventilfeder und/oder der anstehende Flüs sigkeitsdruck für die Rückführung des Schließkörpers des Ventils in dessen Schließstellung sorgen.

Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgese hen, daß der Permanentmagnet an dem dem Wegeventil zu gewandten Ende des zylindrischen Spulenkörpers des Gleichstrommagneten axial mit dem Spulenkörper fluch tend oder aber von dem Spulenkörper umgriffen in dem Rin graum zwischen Spulenkörper und Schaltstößel angeordnet ist; bei der letztgenannten Lösung ergibt sich eine Verringe rung der Baugröße des Steuerventils.

Soweit mit der Erfindung einerseits der Vorteil verbunden ist, daß ein Ausfall der Spannungsversorgung des Gleich strommagneten 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 Spannungs versorgung ein schaltbarer Energiespeicher zugeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung 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 Gleichstrommagnet und Permanentmagnet für die unterschiedlichen 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 im einzelnen in der gattungsgemäßen Druckschrift DE 196 46 611 C1 eingehend beschrieben.

Wie ebenfalls in der DE 196 46 611 C1 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 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 Spu lenkörper 18 sowie einem innenliegenden Anker 19. Durch die Erregung des Gleichstrommagneten 12 bei angelegter Spannung wird bei entsprechender, nachfolgend noch zu be schreibender Polung des Gleichstrommagneten 12 der An ker 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 Gleichstrom magneten 12 und die Leiterplatte 14 hindurchgeführt. Das kopfseitige Ende des Schaltstößels 20, welches aus dem Ge häusedeckel 15 austritt und durch eine elastische Haube 21 abgedeckt ist, kann notfalls von Hand zum Öffnen des We geventils 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 ange ordnet, dessen Polung und Zusammenwirken mit dem Gleichstrommagneten 12 bei den Schaltstellungen des We geventils 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 Steu erelektronik derart gepolt, daß die Feldlinien 23 den Perma nentmagneten 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 an geordnete 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 Permanent magneten 22 gehalten, so daß der für die Erregung des Gleichstrommagneten 12 während des Schaltvorganges be nötigte 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 Gleichstrom magnet 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 aus reicht, um den Anker 19 mit Schaltstößel 20 festzuhalten; die im Wegeventil angeordnete Ventilfeder, gegebenenfalls unterstützt durch den anstehenden Druck der Druckflüssig keit, 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 Eisen kern 17 angeordnet und somit von dem Spulenkörper 18 umgriffen, womit eine Verringerung der Baugröße des Steu erventils einhergeht.

Bezugszeichen

10

Ventilgehäuse

11

3

/

2

Wegeventil

12

Gleichstrommagnet

13

Steckbuchse

14

Leiterplatte

15

Gehäusedeckel

16

Mantel des Gleichstrommagneten

17

Eisenkern des Gleichstrommagneten

18

Spulenkörper

19

Anker

20

Schaltstöße

21

elastische Haube

22

Permanentmagnet

23

Feldlinien des Permamentmagneten

Claims

1. Elektromagnetisches 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 Öffnungs stellung eine gleichsinnige Polung von Permanentma gnet (22) und Gleichstrommagnet (12) und für die Um steuerung des Wegeventils (11) in dessen Schließstel lung eine gegensinnige Polung von Permanentmagnet (22) und Gleichstrommagnet (12) einstellbar ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in der der Öffnungsstellung des Wege ventils (11) entsprechenden Schaltstellung des Schalt stößels (20) der die Erregung des Gleichstrommagne ten (12) bewirkende Strom abgeschaltet ist.

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

4. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) an dem dem Wegeventil (11) zugewandten Ende des zylindri schen 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, da durch gekennzeichnet, daß dem Gleichstrommagneten (12) bei Ausfall von dessen Spannungsversorgung ein schaltbarer Energiespeicher zugeordnet ist.