DE3404188A1

DE3404188A1 - Von einem regelbaren elektromagneten betaetigtes hydraulisches ventil

Info

Publication number: DE3404188A1
Application number: DE19843404188
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 8770 Lohr Neuhaus
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3404188C2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein von einem regelbaren Elektromagneten betätigtes hydraulisches Ventil mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Die Erfindung geht von einem bekannten Ventil aus (DE-PS 29 04 573), bei dem der Magnetanker auf einem durchgehenden Stößel sitzt» der beidseitig im Gehäuse gelagert ist, um den Volumenaustausch zwischen dem Ankerraum und dem

jQ Ventilgehäuseraum auf ein Kleinstmaß zu beschränken. Der dem ventilseitigen Lager zugekehrte Teil des Ankerraums ist über einen Kanal und ein Filterelement mit dem Ventilgehäuseraum verbunden. Wird der Magnetanker und damit das Ventilglied in Öffnungsrichtung des Ventils verschoben, wobei sich der lagerseitige Ankerraum vergrößert, so besteht die Gefahr, daß verschmutztes Strömungsmittel durch die dem Ventilgehäuseraum zugekehrte Lagerbuchse am Stößel vorbei in den Ankerraum eingesaugt wird, so daß Schmutzpartikel in den Ankerraum gelangen und sich im Spalt zwischen dem Magnetanker und der Gehäusebohrung ansetzen können. Es besteht die Gefahr, daß Stößel bzw. Magnetanker verklemmt werden, insbesondere dann, wenn sich Metallspäne durch die Feldwirkung ablagern. Eine völlig Trennung zwischen Ventilgehäuseraum und Ankerraum läßt sich nicht realisieren, da auch sehr kleine Ringspalte in Lagern u.a. einen geringen Strömungsmitteldurchfluß in den Ankerraum erlauben. Gerade bei Ringspalten ist die Verschmutzungsgefahr besonders groß, da bereits kleine Partikel ein Zusetzen der Buchsen verursachen können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Ventil der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß der Ankerraum weitgehend frei von Schmutzablagerungen gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Mit dem als Dif-

ferentialkolben ausgebildeten Magnetanker in Verbindung mit dem Merkmal, daß der der kleineren Stirnfläche des Magnetankers zugekehrte Ankerraum, nämlich der buchsenseitige Ankerraum über das Filterelement mit einem Flüssigkeitsanschluß des Ventils in Verbindung steht, wird der Vorteil erzielt, daß bei Betätigung des Stößels und des Magnetankers im Öffnungssinn im buchsenseitigen Ankerraum durch die Differentialkolbenwirkung eine Druckerhöhung erfolgt und damit zwischen dem buchsenseitigen Ankerraum und dem Ventilgehäuseraum an der Lagerbuchse ein Druckgefälle entsteht, das dem Eintreten von verschmutzter Flüssigkeit aus dem Ventilgehäuseraum in den Ankerraum entgegenwirkt. Bei Betätigung des Ventils im Schließsinn wird durch die in Richtung zum Ventilgehäuseraum erfolgende Bewegung des Stößels gefilterte Flüssigkeit aus dem buchsenseitigen Ankerraum in Richtung Ventilgehäuseraum mitgenommen und gelangt gegen die Wirkdruckrichtung der Flüssigkeit aus Raum 26 in den Ventilgehäuseraum.

Somit wird erfindungsgemäß in beiden Hubrichtungen des Magnetankers der Ankerraum wirksam gegenüber dem Ventilgehäuseraum abgedichtet und das Eintreten von Schmutzpartikeln in den Ankerraum vermieden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Insbesondere ist es vorteilhaft, daß der in den Ankerraum mündende Kanal, in dem das Filterelement vorgesehen ist, nicht unmittelbar in den Vent.i Igehäuseraum mündet, sondern an einen getrennten Flüssigkeitsanschluß nach

^O außen geführt ist, der mit einem Tankanschluß außerhalb des Ventils verbunden ist. Die Rückwirkung des Öls im Ventilgehäuseraum 21 auf den buchsenseitigen Ankerraum wird ausgeschlossen.

Ferner ist es besonders vorteilhaft, daß dem Gleichstromsignal zur Erregung des Magnetventils ein Wechselspannungssignal überlagert wird oder daß der Magnetanker im Chopper-Betrieb eine axiale Zitterbewegung um seine jeweilige Öffnungsstellung ausführt. Dabei stellt sich erfindungsgemäß eine

stetige Pumpwirkung ein, mit der gefilterte Flüssigkeit aus dem Ankerraum durch den Lagerspalt zwischen dem Stößel und der Lagerbuchse in den Ventilgehäuseraum 21 gefördert wird. Damit erfolgt nicht nur eine Abdichtung des Ankerraums gegenüber Verschmutzung aus dem Ventilgehäuseraum, sondern wird auch eine verbesserte Kühlung des Magneten und eine Schmierung zwischen Stößel und Lagerbuchse mit gefiltertem öl erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert, in der ein Schnitt durch ein Magnetventil dargestellt ist.

Ein Magnetanker 10 ist in einer Bohrung 11 des Gehäuses 12 eines Magnetventils 13 verschiebbar angeordnet. An dem Magnetanker ist ein Stößel 14 befestigt, der in einer Lagerbuchse 15 verschiebbar gelagert ist. Der Stößel 14 ist als Schließelement des Ventils ausgebildet, das den Durchfluß von einem an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Anschluß 18 zu einem mit einem Tank verbundenen Anschluß 19 steuert. Der Raum zwischen der Buchse 15 und dem Ventilsitz 20 ist als Ventilgehäuseraum 21 bezeichnet.

Der Magnetanker 10 weist eine Bohrung 24 auf, so daß die Räume 25 und 26 zu beiden Seiten des Magnetankers zusätzlich zu dem Ringspalt zwischen dem Magnetanker 10 und der Bohrung 11 über die Bohrung 24 miteinander verbunden sind und eine Raumeinheit bilden. Das Gehäuse 12 ist mit einem Deckel 28 abgeschlossen. Der buchsenseitige Raum 26 ist über einen Kanal 30 an einen Anschluß 31 im Gehäuse 12 des Ventils geführt. Auf der Außenseite des zylindrischen Gehäuses 12 ist ein Filterelement 32 in einer Ausnehmung 33 des Gehäuses eingesetzt. Der Anschluß 31 ist außerhalb des Ventils in nicht dargestellter Weise mit der vom Anschluß 19 zum Tank führenden Leitung verbunden. Diese Verbindung zwischen den Anschlüssen 19 und 31 kann eine Ring- * Druck und damit den

nut sein, die in der zylindrischen Ausnehmung eines Anschlußgehäuses vorgesehen sein kann, in welches das Ventilgehäuse 12 eingeschoben und befestigt wird.

Ferner trägt das Gehäuse 12 eine auf einem Wickelkörper 35 angeordnete Spule 36, deren Anschlüsse 37 an eine nicht dargestellte Treiberstufe angeschlossen sind.

Die Funktion des Magnetventils ist bekannt: Der auf den Stößel 14 im Anschluß 18 wirkende Strömungsmitteldruck P wirkt im Öffnungssinn des Ventils, während die vom Strom in der Spule 36 im Magnetanker erzeugte magnetische Kraft in Schließrichtung wirkt. Entsprechend dem Strömungsmitteldruck im Anschluß 18 und der Magnetkraft läßt sich die Öffnungsstellung des Stößels und damit der Durchflußquerschnitt am Ventilsitz 20 ändern.

Da an dem Magnetanker 10 einseitig der Stößel 14 befestigt ist, weist die deckelseitige Stirnseite des Magnetankers eine größere Fläche auf als die buchsenseitige Stirnseite. Wird der Stößel 14 im Öffnungssinn bewegt, so wird vom Magnetanker das Strömungsmittel im deckelseitigen Raum 25 komprimiert und das Differentialvolumen des Strömungsmittels, das sich aus dem Produkt Hub mal Stößelquerschnitt ergibt, durch die Bohrung 24 im Magnetanker in den buchsenseitigen Raum 26 gedrückt. Ein Druckaufbau in der Kammer 26 ist die Folge. Verschmutztes Strömungsmittel kann aus dem Ventilgehäuseraum 21 nicht zwischen dem Stößel 14 und der Buchse 15 in den Raum 26 eintreten, weil das Druckgefälle zwischen dem buchsenseitigen Raum 26 und dem Ventilgehäuseraum 21 dem Eintritt von verschmutzter Flüssigkeit entgegenwirkt. Der Überschuß des aus dem deckelseitigen Raum 25 verdrängte Strömungsmittels strömt aus dem buchsenseitigen Raum 26 über den Kanal 30 und das FiI-ter 32 nach außen.

Wird dagegen der Stößel 14 in Schließrichtung verschoben,

so entsteht zunächst Unterdruck in der deckelseitigen Kammer 25, da der Raum 25 mit dem Differentialvolumen aufgefüllt werden muß. Deshalb wird durch das Filter 32 gefiltertes Strömungsmittel durch den Kanal 30, den Raum 26, die Bohrung 24 in den deckelseitigen Raum 25 gesaugt. Dabei wird ein eventueller Unterdruck in der buchsenseitigen Kammer 26 einmal über den Kanal 30 ausgeglichen, zum anderen durch die Verdrängungsbewegung des Ankers 10 in Schließrichtung des Stößels 14. Dabei kann verschmutzte Flüssigkeit nicht aus dem Ventilgehäuseraum 21 in den dekkelseitigen Raum 26 über die Buchse 15 eindringen, weil bei Betätigung in Schließrichtung der Stößel 14 sich entgegen der Druckwirkrichtung vom Ventilgehäuseraum 21 zum buchsenseitigen Raum 26 bewegt und somit durch die Stößelbewegung und die Wandhaftung gefiltertes Strömungsmittel aus der buchsenseitigen Kammer 26 in die Buchse 15 getragen wird.

Wird dem Erregerstrom für die Magnetspule 36 in bekannter Weise ein Wechselstromsignal überlagert, um den sog.

Dither-Betrieb zu ermöglichen oder wird das Ventil pulsdauermoduliert betätigt (sog. Chopper-Betrieb), so daß der Magnetanker infolge des Wechselstromsignals kurzfristige, rasche Schwingungen um die jeweils eingestellte Stellung ausführt, und sich ein Pumpeffekt einstellt, mit dem stän-

²^ dig gefiltertes Strömungsmittel in kleinen Mengen durch den Spalt zwischen dem Stößel 14 und der Buchse 15 aus dem Raum 26 in den Ventilgehäuseraum 21 gefördert wird. Auf diese Weise wird das Eintreten von Schmutzpartikeln aus dem Ventilgehäuseraum 21 in den Ankerraum vermieden. Ferner wird durch den Pumpeffekt mit gefiltertem Strömungsmittel der Magnet gekühlt und erfolgt eine Schmierung der gleitenden Teile.

An sich kann der Kanal 30 über das Filterelement 32 auch

unmittelbar in den Ventilgehäuseraum 21 münden. Es wird jedoch als vorteilhaft angesehen, die Verbindung zwischen dem Kanal 30 und dem Tankanschluß 19 des Ventils außer-

halb des Ventilgehäuseraums 21 vorzusehen, weil dort die aus dem Anschluß 19 zum Tank abströmende Flüssigkeit beruhigt ist und weniger Turbulenz aufweist als innerhalb des Ventilgehäuseraums 21. Außerdem kann über den getrennten Anschluß 31 der Kanal 30 mit einem Tank verbunden werden, der ein gegenüber dem Anschluß 19 unterschiedliches Druckniveau aufweist.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Magnetanker 10 mittels des Stößels 14 und der Buchse 15 einseitig (vorne) gelagert. Die hintere Lagerung erfolgt über das Gehäuse 12 oder eine zusätzliche Buchse (nicht dargestellt) . Außerdem ist es nicht erforderlich, daß der Stößel 14 als Sitzelement des Ventils ausgebildet ist. Vielmehr kann ein vom Stößel getrennter Schließkörper vorgesehen sein. In der dargestellten Ausführungsform hat das Ventil aber den Vorteil einer verkürzten Baulänge.

Claims

Patentansprüche:

1. Von einem regelbaren Elektromagneten betätigtes hydraulisches Ventil, wie Druck-, Strom- oder Wegeventil, an dessen Magnetanker mindestens ein Stößel zur Betätigung des Ventils befestigt ist, der in einer zwischen dem

Ankerraum des Elektromagneten und dem Ventilgehäuseraum angeordneten Buchse verschiebbar gelagert ist, wobei der Raum zu beiden Seiten des Magnetankers eine Raumeinheit bildet und der buchsenseitige Raum zwischen dem Magnet-

IQ anker und der Buchse über einen Kanal, in dem ein Filter vorgesehen ist, mit einem Niederdruck-Flüssigkeitsanschluß des Ventils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (10) als Differentialkolben
ausgebildet ist, dessen der Buchse (15) zugekehrte

•^5 Stirnfläche kleiner als seine⁺dem Raum (25) zugekehrte Stirnfläche ist, und daß der das Filterelement (32) aufweisende Kanal (30) getrennt vom Ventilgehäuseraum (21) J

mit dem Niederdruck-Flüssigkeitsanschluß verbunden ist/

+ entgegengesetzt

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (10) mittels des in der Buchse (15) geführten Stößels (14) einseitig gelagert ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (15) als Schließelement des Ventils ausgebildet ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (10) zur Verbindung des

buchsenseitigen Raums (26) mit dem deckelseitigen Raum (25) mit einer Längsbohrung (24) versehen ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (30) mit einem Tankanschluß verbunden ist.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (30) außerhalb des Ventils mit dem an den Ventilgehäuseraum (21) angeschlossenen Tankanschluß (19) ver-

bunden ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (32) in einer Ausnehmung (33) des am Außenumfang des Ventilgehäuses (12) mündenden Kanals (30) eingesetzt ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker durch ein dem Gleich-Stromsignal der zugehörigen Magnetspule (36) überlagertes Wechselstromsignal oder ein pulsdauermoduliertes Signal Hubbewegungen ausführt und durch die Pumpwirkung des Magnetankers durch das Filter (30) angesaugtes gefiltertes Strömungsmittel aus dem buchsenseitigen Ankerraum (26) durch den Lagerspalt zwischen dem Stößel (14) und der Buchse (15) in den Ventilgehäuseraum (21) geführt wird und nicht umgekehrt.