DE3934287A1

DE3934287A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE3934287A1
Application number: DE19893934287
Authority: DE
Inventors: Eckehart Schulze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1991-04-18
Also published as: WO1991006110A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, das zwischen mindestens zwei Funktionsstellungen O und I durch elektrische Ansteuerung umschaltbar ist, und die gattungsbestimmenden Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.

Es sind Magnetventile bekannt, bei denen axial an einer Seite eine eine Spule mit zwei Steuerwicklungen angeordnet sind, mittels denen die Funktionsstellungen des Ventils dadurch eingestellt werden, daß entweder eine oder beide Steuerwicklungen erregt werden und dadurch ein Anker in einem Stator einer Steuermagnet-Anordnung verschoben wird. Für die Rückstellung des Ankers sind Rückstellfedern vorgesehen, deren Rückstellkraft entgegen der Stellkraft der Spule wirkt. Es sind auch Ventile bekannt, die axial an beiden Seiten je eine Spule und Rückstellfedern aufweisen. Die Funktionsstellungen werden bei diesem Ventil dadurch eingestellt, daß entweder die eine oder die andere Spule mit einem Arbeitsstrom erregt wird. Auch sind Steuermagnet-Anordnungen bekannt, die eine axial an einer Seite angeordnete Spule mit nur einer einzigen Steuerwicklung aufweisen, die in Ruhestellung stromlos ist und durch Erregung mittels unterschiedlich hoher Arbeitsströme die Funktionsstellung des Ventils einstellt. Bei stromloser Steuerwicklung ist eine bereichsweise vorhandene Magneti sierung des jeweils aus einem magnetisierbaren Matarial bestehenden Stators, des Ankers und der Polschuhe unge ordnet, d. h. statistisch orientiert. Wird nun die Steuer wicklung mittels eines Stroms erregt, so muß das Magnet feld der Steuerwicklung erst die Magnetisierung in dem von ihrem Magnetfeld durchflossenen Bereich in Richtung der Feldlinien ausrichten, was eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt. Dem Aufbau des Magnetfelds um die Steuerwicklung wirkt auch die Induktivität L der Spule entgegen. Hieraus resultiert eine relativ lange Ansprechzeit der Steuermagnet- Anordnung auf das Anlegen eines Steuerstromimpulses an die Steuerwicklung. Die Dauer dieser Ansprechzeit könnte zwar dadurch etwas verkürzt werden, daß die Steuerwicklung mit einem höheren Steuerstrom erregt wird. Eine durch Stromer höhung erzielte Verkürzung der Ansprechzeit steht aber in keinem vernünftigen Verhältnis zu dem erheblichen Mehrauf wand an Steuerleitung und Material für die Spule.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil bereitzustellen, das eine verringerte Ansprechzeit unter Beibehaltung der Größe der Spulen und Anzahl der Wicklungen der bekannten Spulen und deren Stromstärke aufweist, und somit schneller schaltet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Bei diesem erfindungsgemäßen Magnetventil sind die Steuerwicklungen der Steuermagnet-Anordnung ständig von einem Ruhestrom der Steuerstromquelle durchflossen, d. h. auch in der Ruhestellung des Ankers. Dies hat zur Folge, daß durch den Ruhestrom in den beiden Steuerwicklungen ständig ein magnetisches Feld induziert wird, was eine gleichsam "permanente" Magnetisierung des Stators, des Ankers und der beiden Polschuhe in Richtung der Feldlinien bewirkt. Die Magnetisierung liegt somit bereits in der Ruhelage des Magnetventils vor, und muß daher, wenn die Steuerwicklungen von einem Arbeitsstrom durchflossen werden, um den Anker in eine Arbeitsstellung zu bringen, nicht erst aufgebaut werden. Da die beiden Steuerwicklungen der Steuermagnet-Anordnung derart von dem Steuerstrom durchflossen sind, daß sie entgegengesetzte Felder erzeugen, heben sich die Felder der beiden Steuerwicklungen, die durch den Ruhestrom erzeugt werden, gegenseitig auf, so daß der Anker allein durch die resultierende Rückstellkraft der Rückstellfedern sich in einer stabilen Lage im Stator, nämlich in der Ruhelage, befindet. Geringfügige Abweichungen aus dieser Ruhelage werden von den Rückstellfedern dahin ausgeglichen, daß der Anker wieder zurück in die stabile Ruhelage gedrängt wird. In der Arbeitslage des Ankers wird eine Steuerwicklung von einem Arbeitsstrom durchflossen, der einen höheren Wert als der Ruhestrom aufweist.

Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß aufgrund der bereits in der Ruhelage des Ankers orientierten Magnetisierung diese beim Anlegen des Arbeitsstroms an eine Steuerwicklung nicht mehr orientiert werden muß, wodurch sowohl Zeit als auch Energie gespart wird. Es wird somit lediglich die Zeit benötigt, die zur Überwindung der Selbstinduktivität L der Spule beim Anstieg des Stroms vom Ruhestrom auf den Arbeitsstrom benötigt wird. Die Ansprechzeit der Steuermagnet-Anordnung ist bei dem erfindungsgemäßen Magnetventil gegenüber der Ansprechzeit bekannter Steuermagnete um den Faktor 10 geringer, da für die Umorientierung der Magnetisierung, des Stators, des Ankers und der Polschuhe keine Zeit benötigt wird. Die Ansprechzeiten der Steuermagnet-Anordnung des erfindungsgemäßen Magnetventils liegen daher bei 1-2 ms.

Durch das Merkmal des Anspruchs 2 fließen in der Ruhelage des Ankers in der Steuermagnet-Anordnung nur geringe Ströme durch die Steuerwicklungen, die die Orientierung der Magnetisierung des Stators, des Ankers und der Polschuhe aufrechterhalten.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Anker als Permanentmagnet ausgebildet. Dieser Anker weist daher eine bleibende Orientierung seiner Magnetisierung auf, so daß lediglich die Magnetisierung des Stators und der Polschuhe in Richtung der Feldlinien orientiert werden müssen.

Durch die Merkmale der Ansprüche 4 bis 6 wird sichergestellt, daß mit zu vertretender Kraft der sich in einer Arbeitslage befindende Anker entweder zurück in eine Ruhelage oder in die andere Arbeitslage gebracht werden kann, da sich die Stirnseiten des Ankers mit einem, von der Dicke des Isolators bestimmten Abstand zu den Polschuhen befinden. Ein sattes Anliegen des Ankers an den Polschuhen wird somit vermieden. Außerdem wird ein zu heftiges Anschlagen mittels der Dämpfungsmittel verhindert.

Durch die Merkmale der Ansprüche 7 bis 9 sind vorteilhafte Gestaltungen der Kupplung des den Ventilkörper mit dem Anker verbindenden Verbindungselements angegeben. Die Kupplung kann entsprechend der für einen speziellen Anwendungsfall erforderlichen Bewegungsabläufe des Ventilkörpers ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann sich demnach zeitgleich mit gleicher Geschwindigkeit, um eine gewisse Wegstrecke nachhinkend und mit gleicher Geschwindigkeit, oder zeitgleich aber mit verzögerter Geschwindigkeit der Bewegung des Ankers folgen.

Das Merkmal des Anspruchs 10 zeigt eine vorteilhafte Ausbildung der den Stator verschließenden Polkappen auf, wodurch gleichzeitig die Länge des Ankers, der in seiner Ruhelage zwischen den Vorsprüngen der Polkappe liegt, bestimmt wird. Wird nun der Anker aus seiner Ruhelage um eine kleine Wegstrecke in Richtung einer seiner Arbeitslagen verschoben, so verändern sich die Widerstände für die die Steuerwicklung umfließenden Feldlinien drastisch am Übergang von den Vorsprüngen auf den Anker. Dadurch werden vorteilhaft die Steuerkräfte der Steuerwicklungen beeinflußt.

Durch die Merkmale der Ansprüche 11 bis 13 wird bewirkt, daß das Ventil als 4/3-Wegeventil ausgebildet ist, wobei in jeder Arbeitslage, d. h. in der Durchflußstellung I und II sichergestellt ist, daß dann, wenn der Arbeitsraum A mit der Pumpe P bzw. dem Tank T verbunden wird, der Arbeitsraum B mit dem Tank T bzw. der Pumpe P verbunden wird, so daß eine konstante und störungsfreie Strömung des Hydraulikmediums gewährleistet ist.

Durch die Merkmale der Ansprüche 14 und 15 wird eine Störung der Bewegungen des Ankers im Stator und des Ventilkörpers im Ventilgehäuse dadurch vermieden, daß in Freiräume eingeschlossenes Hydraulikmedium abfließen kann, sowie Leckmedium aus dem Magnetventil in den Tank T abgeführt wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein spezielles Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben wird. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema für das als 4/3-Wegeventil ausgebildete Magnetventil;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Magnetventil.

Das in Fig. 1 dargestellte Schaltungssymbol (1) zeigt ein 4/3- Wegeventil mit einer mittigen Sperr-Nullstellung (2), einer Vorwärts- und einer Rücklaufstellung (3 und 4). Das 4/3- Wegeventil ist über Rückstellfedern (5 und 15), die beiderseits angeordnet sind, federmittenzentriert. Außerdem weist das Ventil an einer Seite einen Spulenkörper (6) auf, der mit zwei Steuerwicklungen (7 und 8) versehen ist. Die Steuerwicklungen (7 und 8) sind derart auf dem Spulenkörper (6) angeordnet, daß sie bei Bestromung entgegengesetzte Felder erzeugen. Dies kann einerseits, wie in Fig. 1 dargestellt, dadurch erreicht werden, daß die Wicklungen (7 und 8) mit entgegengesetztem Drehsinn auf den Spulenkörper (6) nebeneinander aufgewickelt werden, und der jeweils innere Spulenanschluß (9) an einer gemeinsamen Masse (10) anliegt, und die jeweils spulenäußeren Anschlüsse (11 und 12) jeweils mit einem Anschluß (13 und 14) einer nicht dargestellten Steuerstromquelle verbunden sind und jeweils mit einem Arbeitsstrom versorgt werden können. Durch die gegensinnige Wickelrichtung der einen Steuerwicklung (7 oder 8) gegenüber der anderen Steuerwicklung (8 oder 7) werden in dem Spulenkörper (6) zwei entgegengesetzte Felder erzeugt. Die durch die eine Steuerwicklung (7) erzeugte Steuerkraft wirkt der Kraft der Rückstellfeder (5) entgegen, wohingegen die durch die Steuerwicklung (8) erzeugte Steuerkraft des Spulenkörpers (6) der Rückstellkraft der Rückstellfeder (15) entgegenwirkt.

Der in Fig. 2 dargestellte Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Magnetventil zeigt im wesentlichen die mit (16) bezeichnete Steuermagnet-Anordnung und das mit (17) bezeichnete Ventil. Die Steuermagnet-Anordnung (16) besteht im wesentlichen aus einem Stator (18) und einem in diesem Stator (18) koaxial angeordneten Anker (19). Stirnseitig ist der Stator (18) mit Endstirnwänden (20 und 21) abgeschlossen. Diese Endstirnwände (20 und 21) weisen Lager (22 und 23) auf, in denen axiale Fortsätze (24 und 25) des Ankers (19) längsverschieblich gelagert sind. Diese axialen Fortsätze (24 und 25) können entweder einstückig am Anker (19) angeformt sein, sie können jedoch auch als separate, mit dem Anker (19) formschlüssig verbundene Bauteile ausgebildet sein. Ferner weist der Anker (19) Ausnehmungen (26) auf, die z. B. in Form von axialen Bohrungen in die Stirnwände (27 und 28) mit radialem Abstand zur Achse (29) des Ankers (19) und mit gleichem Abstand zueinander ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen (26) dienen als Aufnahme für Rückstellfedern (5 und 15), die sich ihrerseits am Grund der Ausnehmungen (26) und an den Innenflächen der Endstirnwände (20 und 21) abstützen.

Der Stator (18) besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt T-förmigen Innenring (30) und einem den Innenring (30) umgebenden hülsenförmigen Mantel (31). Der Innenring (30) besteht aus einer zwei Schenkel (32 und 33) bildenden, zum Mantel (31) koaxialen Hülse (34), die über den ringförmigen Steg (35) mit dem Mantel (31) verbunden ist. Zwischen der Hülse (34) und dem Mantel (31) sind beiderseits des Stegs (35) die Steuerwicklungen (7 und 8) des Spulenkörpers (6) vorgesehen. Die dem Steg (35) abgewandten Stirnseiten (36 und 37) der Steuerwicklungen (7 und 8) liegen an den Umfangsrändern (38 und 39) der Endstirnwände (20 und 21) an, und werden von axial in Richtung der Schenkel (32 und 33) vorstehenden Vorsprüngen (40 und 41) teilweise untergriffen. Die Steuerwicklungen (7 und 8) sind demnach bis auf die Bereiche (42 und 43) von den Schenkeln (32 und 33), dem Steg (35), dem Mantel (31), den Umfangsrändern (38 und 39) der Endstirnwände (20 und 21) und den axialen Vorsprüngen (40 und 41) umgriffen.

Der Anker (19) ist derart ausgebildet, daß er mit geringem Abstand zur Hülse (34) und zwischen den axialen Stirnflächen (44 und 45) der Vorsprünge (40 und 41) im Stator (18) liegt. Die Länge des Körpers des Ankers (19) entspricht demnach dem Abstand der beiden axialen Stirnflächen (44 und 45) .

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ruhelage des Ankers (19) im Stator (18) fluchten die beiden Stirnwände (27 und 28) mit den axialen Stirnflächen (44 und 45) der Vorsprünge (40 und 41). In dieser Ruhelage wird der Anker (19) durch die Rückstellfedern (5 und 15) gehalten, wobei sich in dieser Lage die Rückstellkräfte der Rückstellfedern (5 und 15) aufheben.

Der axiale Fortsatz (25) des Ankers (19) ist als Verbindungselement (46) ausgebildet, das mit dem Ventilkörper (47) über eine Verbindung (48) bewegungsgekoppelt ist. Der Ventilkörper (47) ist axial verschieblich in einem Ventilgehäuse (49) angeordnet und weist an seinem Umfang drei Umfangsnuten (50, 51 und 52) auf. Die Umfangsnuten (50, 51 und 52) sind über einen Kanal (53) mit einem Auslaßkanal (T), der zu einem nicht dargestellten Tank T führt, verbunden. Die Umfangsnut (52) ist bei der in der Fig. 2 dargestellten Stellung des Ventilkörpers (47) im Ventilgehäuse (49) mit einem Einlaßkanal (55) verbunden, der seinerseits mit einer nicht dargestellten Pumpe P in Verbindung steht. Ferner weist das Ventilgehäuse (49) zwei Ringnuten (56 und 57) auf, die mit Auslaßkanälen (58 und 59) verbunden sind, die jeweils mit einem nicht dargestellten Arbeitsraum A bzw. B in Verbindung stehen.

Die Umfangsnuten (50, 51 und 52) und die Ringnuten (56 und 57) sind mit Abstand zueinander derart in den Ventilkörper (47) bzw. das Ventilgehäuse (49) eingebracht, daß sie sich bei der in der Fig. 2 gezeigten Lage des Ventilkörpers (47) im Ventilgehäuse (49) nicht überschneiden, sondern die Ringnuten (56 und 57) von den Ventilabschnitten (60 und 61) verschlossen sind. In der Ruhelage nimmt also das Ventil (17) die in der Fig. 1 gezeigte Sperr-Nullstellung (2) ein. Außerdem sind die Umfangsnuten (50, 51 und 52) sowie die Ringnuten (56 und 57) in ihrer Breite derart ausgebildet und sind zueinander derart beabstandet, daß der Abstand der rechten Nutwand (62) der Umfangsnut (50) von der rechten Nutwand (63) der Umfangsnut (53) gleich dem Abstand der linken Nutwand (64) der Ringnut (56) von der linken Nutwand (65) der Ringnut (57) ist. Außerdem ist der Abstand der linken Nutwand (66) der Umfangsnut (51) von der linken Nutwand (67) der Umfangsnut (52) gleich dem Abstand der rechten Nutwand (68) der Ringnut (56) von der rechten Nutwand (69) der Ringnut (57). Durch diese Beziehungen zwischen der Breite und der Lage der Nuten zueinander ist sichergestellt, daß, beim Verschieben des Ventilkörpers (47) im Ventilgehäuse (49) aus der die Ruhelage darstellenden Sperr-Nullstellung (2) entweder in die, jeweils eine Arbeitsstellung darstellende Vorwärtsstellung (3) oder Rücklaufstellung (4), dann, wenn der Arbeitsraum A mit dem Tank T bzw. der Pumpe P verbunden ist, eine Verbindung des Arbeitsraums B mit der Pumpe P bzw. dem Tank T besteht.

Um bei einer axialen Verschiebung des Ankers (19) sowie des Ventilkörpers (47) im Stator (18) bzw. im Ventilgehäuse (49) eine Verdrängung des im Raum (70) vor dem axialen Fortsatz (24) enthaltenen Hydraulikmediums in den Raum (71) am gegenüberliegenden Ende des Ventilkörpers (47), sowie eine Verdrängung des Hydraulikmediums im Raum zwischen der Endstirnwand (20) und der Stirnwand (27) des Ankers (19) in den Raum zwischen der Endstirnwand (21) und der Stirnwand (28) des Ankers (19) zu ermöglichen, ist der Anker (19) und der Ventilkörper (47) jeweils mit einem axialen Durchbruch (72) versehen, der sich von dem Raum (70) bis zu dem Raum (71) erstreckt. Weiterhin weist der Durchbruch (72) zwei Queröffnungen (73 und 74) auf, die über die Ausnehmungen (26) mit dem Raum vor der Stirnwand (27) bzw. dem Raum vor der Stirnwand (28) des Ankers (19) verbunden sind. Ferner weist der Durchbruch (72) eine Drosselbohrung (75) auf, die in die Umfangsnut (52) mündet und über den Kanal (53) und den Auslaßkanal (54) mit dem Tank T verbunden ist. Über diese Drosselbohrung kann somit das durch Leckage aus den Nuten ausgetretene und sich in der Steuermagnet-Anordnung (16) bzw. im Raum (71) angesammelte Hydraulikmedium in den Tank T abfließen.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Magnetventils beschrieben. Zunächst sind die Steuerwicklungen (7 und 8) des Spulenkörpers (6) stromlos und erzeugen kein magnetisches Feld, so daß der Anker (19) lediglich unter der Federkraft der Rückstellfedern (15) in der in der Fig. 2 dargestellten Ruhelage sich befindet. Dabei sind die Weiß′chen Bezirke des aus magnetisierbarem Material, z. B. Weicheisen bestehenden Ankers (19) und die Weiß′chen Bezirke des ebenfalls aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Innenrings (30) mit Steg (35) und Hülse (34) sowie des Mantels (31) des Stators (18) und die Weiß′chen Bezirke der als Polschuhe dienenden Endstirnwände (20 und 21) noch ungeordnet und statistisch verteilt. Bei der Inbetriebnahme des Magnetventils werden zunächst die beiden Steuerwicklungen (7 und 8) des Spulenkörpers (6) mit einem Ruhestrom erregt. Dies erfolgt dadurch, daß die spuleninneren Anschlüsse (9) an Masse gelegt und die spulenäußeren Anschlüsse (11 und 12) mit einer nicht dargestellten Steuerstromquelle verbunden werden, die einen konstanten Steuerstrom von geringer Stromstärke liefert, von dem beide Steuerwicklungen (7 und 8) durchflossen werden. Dieser Steuerstrom erzeugt um jede der Steuerwicklungen (7 und 8) ein magnetisches Feld, wobei die beiden Felder zueinander entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Über diese Felder werden die Weiß′chen Bezirke des Weicheisens des Stators (18), des Ankers (19) und der als Polschuhe ausgebildeten Endstirnwände (20 und 21) umgeordnet. Diese Umordnung und Ausrichtung in Richtung der Feldlinien erfordert Arbeit und benötigt eine gewisse Zeit, die im allgemeinen bei 10 bis 20 ms liegt. Sind schließlich die Weiß′chen Bezirke in Richtung der Feldlinien ausgerichtet, so ist das Magnetventil betriebsbereit. Außerdem wirkt einem Stromanstieg in den Steuerwicklungen (7 und 8) die Selbstinduktivität L der Spule entgegen. Auch bei derart erregtem Spulenkörper (6) befindet sich der Anker (19) in seiner Ruhelage, da sich die durch die beiden Felder der Steuerwicklungen (7 und 8) induzierten magnetischen Kräfte auf den Anker (19) ausgleichen, und der Anker (19) weiterhin von den Rückstellfedern (15) in der Ruhelage gehalten wird. Diese Lage des Ankers (19) im Stator (18) ist stabil, da die Kräfte der Rückstellfedern (15) größer als die magnetischen Kräfte des Spulenkörpers (6) sind. Wird nun die Steuerwicklung (7) des Spulenkörpers (6) von einem höheren Strom als die Steuerwicklung (8) durchflossen, so bewirkt die magnetische Kraft des Feldes um die Steuerwicklung (7) eine axiale Anziehung des Ankers (19) in Richtung auf die Endstirnwand (20). Diese Auslenkung des Ankers (19) aus der Ruhelage, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, bewirkt auch eine Verschiebung der vorderen Stirnwand (27) des Ankers (19) gegenüber der axialen Stirnfläche (44) des Vorsprungs (40) der Endstirnwand (20). Dabei verschiebt sich die Stirnwand (27) in Richtung des Vorsprungs (40), so daß die stirnwandseitige Umfangsfläche des Ankers (19) vom Vorsprung (40) überlappt ist. Demgegenüber entfernt sich die Stirnwand (28) des Ankers (19) vom Vorsprung (41) der Endstirnwand (21) im dem Maße, wie sich die Stirnwand (27) der Endstirnwand (20) nähert. Dadurch wird einerseits der Widerstand für die Feldlinien beim Übergang vom Anker (19) zum Vorsprung (40) verringert, andererseits der Widerstand für die Feldlinien beim Übergang vom Anker (19) zum Vorsprung (41) erhöht. Dieser Umstand bewirkt eine Zunahme der Steuerkraft des Spulenkörpers (6) auf den Anker (19) in Richtung der Endstirnwand (20). Die Verschiebung des Ankers (19) erfolgt mit einer sehr kurzen Zeitverschiebung gegenüber dem Zeitpunkt, an dem die Steuerwicklung (7) mit dem Arbeitsstrom der Steuerstromquelle erregt worden ist. Da die Magnetisierung im Stator (18) und im Anker (19) bereits in Richtung der Feldlinien des Spulenkörpers (6) orientiert ist, wirkt der Erhöhung des Ruhestroms auf den Wert des Arbeitsstroms lediglich die Selbstinduktivität L des Spulenkörpers (6) entgegen. Die durch die Selbstinduktivität L bewirkte Verzögerung ist jedoch verhältnismäßig gering.

Demnach folgt der Anker (19) mit nur geringer Zeitverzögerung, die bei ca. 2 ms liegt, einer Änderung des Steuerstroms.

Wird nun der Anker (19) über die magnetische Kraft des Spulenkörpers (6) in Richtung der Endstirnwand (20) axial verschoben, so kommt seine Stirnwand (27) zur Anlage an der Innenoberfläche der Endstirnwand (20). Um eine spätere Loslösung des Ankers (19) von der Endstirnwand (20) zu erleichtern, kann die Stirnwand (27) des Ankers (19) oder die Innenoberfläche der Endstirnwand (20) mit einem magnetischen Isolator, z. B. Kunststoff, Aluminium oder dergleichen versehen sein.

Durch die Lageänderung des Ankers (19) im Stator (18) wird über die Verbindung (48) ebenfalls der Ventilkörper (47) im Ventilgehäuse (49) verlagert. Dabei verschieben sich die Umfangsnuten (50, 51 und 52) bezüglich der Ringnuten (56 und 57) derart, daß die linke Nutwand (66) der Umfangsnut (51) die rechte Nutwand (68) der Ringnut (56) passiert und schließlich die beiden Nuten (51 und 56) miteinander verbunden sind. Gleichzeitig passiert die linke Nutwand (67) der Umfangsnut (52) die rechte Nutwand (69) der Ringnut (57), so daß auch die Nuten (52 und 57) miteinander verbunden sind. Demzufolge ist die Pumpe P über den Einlaßkanal (55), die Umfangsnut (51), die Ringnut (56) und den Auslaßkanal (58) mit dem Arbeitsraum A verbunden, und ist der Arbeitsraum B über den Auslaßkanal (59), die Ringnut (57), die Umfangsnut (52), den Kanal (53) und den Auslaßkanal (54) mit dem Tank T verbunden. Das Magnetventil befindet sich nun in der Vorwärtsstellung (3).

Bei der Axialbewegung des Ankers (19) in diese erste Arbeitslage, nämlich die Vorwärtsstellung (3), fließt Hydraulikmedium aus dem Raum (70) und dem Raum zwischen der Stirnwand (27) des Ankers (19) und der Endstirnwand (20) über den Durchbruch (72) und die Queröffnung (73) sowohl in den Raum zwischen der Stirnwand (28) des Ankers (19) und der Endstirnwand (21) und den Raum (71) über den Durchbruch (72) und die Queröffnung (74). Außerdem kann das Hydraulikmedium über die Drosselbohrung (75), über die Umfangsnut (52), den Kanal (53) und den Auslaßkanal (54) in den Tank T abfließen.

Diese erste Arbeitslage des Ankers (19) im Stator (18) und somit die Lage des Ventilkörpers (47) im Ventilgehäuse (49) kann sowohl dadurch gehalten werden, daß entweder die Steuerwicklung (7) des Spulenkörpers (6) weiterhin von dem Arbeitsstrom durchflossen wird, oder kann aber auch dadurch aufrecht erhalten werden, daß die Steuerwicklung (7) wieder von dem ursprünglichen Ruhestrom durchflossen wird. In diesem Fall bleibt der Anker (19) deshalb in der ausgelenkten Lage, da die magnetischen Widerstände im Bereich des Vorsprungs (40) der Endstirnwand (20) und dem Stirnwand (27)-seitigen Umfangsbereich des Ankers (19) geringer sind, als im gegenüberliegenden entsprechenden Bereich des Vorsprungs (41) und des Stirnwand (28)-seitigen Umfangsbereichs des Ankers (19). Diese unterschiedlichen Widerstände rühren daher, daß der Vorsprung (40) teilweise vom Anker (19) überdeckt ist, dagegen der Vorsprung (41) mit Abstand zum Anker (19) liegt.

Eine Auslenkung des Ankers (19) aus dieser ersten Arbeitslage zurück in die Sperr-Nullstellung kann durch die vier folgenden Möglichkeiten erfolgen:

1. der Strom für die Steuerwicklung (7) wird kurzzeitig, z. B. für eine Zeitspanne von 1-2 ms unterbrochen und nimmt dann wieder einen Wert in Höhe des Ruhestroms an, wohingegen die Steuerwicklung (8) ständig mit dem Ruhestrom versorgt wird;
2. der Strom der Steuerwicklung (7) wird kurzzeitig, z. B. für eine Zeitspanne von 1-2 ms auf einen Wert unterhalb des Ruhestroms abgesenkt und nimmt dann wieder den Wert für den Ruhestrom an, wohingegen die Steuerwicklung (8) ständig mit dem Ruhestrom versorgt wird;
3. der Strom der Steuerwicklung (7) wird auf einen unterhalb des Ruhestroms liegenden Wert kurzzeitig verringert, wohingegen gleichzeitig der Strom der Steuerwicklung (8) auf einen Strom mit einem oberhalb des Ruhestromes liegenden Wert kurzzeitig erhöht wird und schließlich beide Steuerwicklungen (7 und 8) wieder mit dem Ruhestrom versorgt werden; und
4. der Strom für die Steuerwicklung (7) behält seinen oberhalb des Ruhestroms liegenden Wert bei, dagegen wird der Strom der Steuerwicklung (8) auf einen oberhalb des Werts des Stroms der Steuerwicklung (7) kurzzeitig erhöht, und es werden schließlich beide Ströme auf den Wert des Ruhestroms abgesenkt.

Bei diesen vier Methoden wird der Anker (19) aus seiner Arbeitsstellung in Richtung der Grundstellung, d.h. Sperr- Nullstellung ausgelenkt, und dort mittels der Federkraft der Rückstellfedern (15) gehalten. Auch diese Auslenkung von der Arbeitslage in die Grundstellung kann innerhalb kürzester Zeit erfolgen, da die Magnetisierung im Stator (18), im Anker (19) und in den Endstirnwänden (20 und 21) nicht um orientiert werden muß. Die Dauer der Verschiebung des Ankers (19) liegt im Bereich von 1-2 ms.

Aus dieser Grundstellung heraus kann der Anker (19) wieder zurück in die erste Arbeitslage oder aber auch in die zweite Arbeitslage in Richtung der Endstirnwand (21) verschoben werden. Hierfür ist entsprechend der Strom für die Steuerwicklung (8) auf den Wert des Arbeitsstroms zu erhöhen, so daß die magnetische Kraft des Spulenkörpers (6) in Richtung der Endstirnwand (21) erhöht wird. Auch bei dieser Verschiebung des Ankers (19) aus der Ruhelage in die zweite Arbeitslage bedarf es keiner Umorientierung der Magnetisierung im Stator (18), im Anker (19) und in den Endstirnwänden (20 und 21), da diese bereits vorher, d. h. in der die Ruhelage darstellenden Grundstellung orientiert worden ist. Es muß also lediglich entgegen der Selbstinduktivität L des Spulenkörpers (6) Arbeit aufgebracht werden, was in einer relativ kurzen Zeitspanne von 1-2 ms erfolgt. Mit dieser Zeitverzögerung bewegt sich der Anker (19) aus der Ruhelage in die zweite Arbeitslage, wobei sich die Stirnwand (28) derart in Richtung der Endstirnwand (21) verschiebt, daß der Umfangsrand des Ankers (19) vom Vorsprung (41) teilweise überdeckt wird. Gleichzeitig entfernt sich die gegenüberliegende Stirnwand (27) des Ankers (19) vom Vorsprung (40) der Endstirnwand (20). Hierdurch wird der magnetische Widerstand für den magnetischen Fluß um die Steuerwicklung (7) im Bereich des Vorsprungs (40) und der Stirnwand (27) erhöht, wohingegen der magnetische Widerstand für den magnetischen Fluß um die Steuerwicklung (8) im Bereich des Vorsprungs (41) und der Stirnwand (28) durch die Überlagerung von Vorsprung (41) und Anker (19) herabgesetzt wird, so daß dadurch der Anker (19) zusätzlich in Richtung zur Endstirnwand (21) beschleunigt wird. Auch hier können an der Stirnwand (28) des Ankers (19) und/oder an der Innenoberfläche der Endstirnwand (21) magnetische Isolatoren vorgesehen sein, die ein späteres Verlagern des Ankers (19) aus der zweiten Arbeitslage zurück in die Ruhelage dadurch erleichtern, daß kein zu geringer magnetischer Widerstand zwischen dem Anker (19) und der Endstirnwand (21), z. B. durch direkte Anlage entsteht.

Diese zweite Arbeitsstellung für das Steuerventil (17) wird dadurch erreicht, daß der Anker (19) im Stator (18) und bewegungsgleich der Ventilkörper (47) im Ventilgehäuse (49) verschoben werden. Dabei passiert die rechte Nutwand (62) der Umfangsnut (50) die linke Nutwand (64) der Ringnut (56) und gleichzeitig die rechte Nutwand (63) der Umfangsnut (51) die linke Nutwand (65) der Ringnut (57), wodurch die Umfangsnut (50) mit der Ringnut (56) und die Umfangsnut (51) mit der Ringnut (57) verbunden wird. Folglich ist die Pumpe P über den Einlaßkanal (55), die Umfangsnut (51), die Ringnut (57) und den Auslaßkanal (59) mit dem Arbeitsraum B verbunden. Der Arbeitsraum A ist dagegen über den Auslaßkanal (58), die Ringnut (56), die Umfangsnut (50), den Kanal (53) und den Auslaßkanal (54) mit dem Tank T verbunden. Bei der Bewegung des Ankers (19) sowie des Ventilkörpers (47) von der ersten Arbeitslage in die Ruhelage und/oder von der Ruhelage in die zweite Arbeitslage fließt das sich im Raum (71) und das sich zwischen der Endstirnwand (21) und der Stirnwand (28) des Ankers (19) befindende Hydraulikmedium über den Durchbruch (72) und die Queröffnungen (73 und 74) in den Raum (70) und in den zwischen der Endstirnwand (20) und der Stirnwand (27) des Ankers (19) befindenden Raum sowie über die Drosselbohrung (75) über die Umfangsnut (52), den Kanal (53) und den Auslaßkanal (54) in den Tank T ab.

Die Rückstellung des Ankers (19) und somit des Ventilkörpers (47) aus deren zweiter Arbeitslage in die Grundstellung kann mittels einer der vier oben genannten Methoden erfolgen, so daß auch hier eine Rückstellung innerhalb eines kurzen Zeitintervalls von 1-2 ms gewährleistet ist.

Wird dem Ruhestrom einer der beiden Steuerwicklungen (7 oder 8) ein Wechselstrom überlagert, dessen Amplitude geringer als der Ruhestrom ist, so kann der Anker (19) mit der Frequenz des Wechselstroms zwischen seiner ersten und seiner zweiten Arbeitsstellung hin und her bewegt werden, so daß in Abhängigkeit dieser Frequenz die Arbeitsräume A und B jeweils abwechselnd mit der Pumpe P verbunden sind.

Anstelle des aus magnetisierbarem Material, insbesondere Weicheisen, bestehenden Ankers (19) kann auch ein Anker (19) im Stator (18) angeordnet sein, der aus zwei miteinander verbundenen Permanentmagneten besteht, wobei die Permanentmagnete derart aneinander gefügt sind, daß sie an den einander anliegenden Enden gleichnamige Pole aufweisen, und demzufolge die äußeren Enden des Ankers (19) ebenfalls gleichpolig sind. Auch bei einem derartig ausgebildeten Anker (19) bedarf es keiner Umorientierung der Magnetisierung, da diese aufgrund der Permanentmagnete bereits eine feste Orientierung hat. Die Schaltung bzw. der Stromfluß durch die Steuerwicklungen (7 und 8) muß nun derart erfolgen, daß die Felder des Spulenkörpers (6) um die Steuerwicklungen (7 und 8) in Richtung der Magnetfelder der Permanentmagnete verläuft.

Claims

1. Magnetventil, das zwischen mindestens zwei Funktionsstellungen O und I durch elektrische Ansteuerung umschaltbar ist, mit den nachfolgend genannten weiteren gattungsbestimmenden Merkmalen,

A. es ist eine Steuermagnet-Anordnung mit einem aus magnetisierbarem Material bestehenden Stator und einem innerhalb dessen, ebenfalls aus magnetisierbarem Material bestehenden Anker vorgesehen, der entlang der zentralen Längsachse der Steuermagnet-Anordnung hin und her verschiebbar geführt ist,
B. die Steuermagnet-Anordnung umfaßt zwei Steuerwicklungen, welche den Anker koaxial umgeben, ihn in radialem Abstand umgreifen und entlang der zentralen Längsachse der Anordnung gesehen, nebeneinander liegend in dem Stator untergebracht sind,
C. der Anker wird durch mindestens eine Rückstellfeder in eine Grundstellung gedrängt, aus der heraus er durch Erregung mindestens einer der beiden Steuerwicklungen in eine durch Anschlagwirkung mit einer Endstirnwand definierten Endlage oder in eine durch die der Steuerkraft proportionale Rückstellkraft der Rückstellfeder bedingte Gleichgewichtslage gelangt, mit der eine der Funktionsstellungen des Ventils verknüpft ist,
D. der Anker ist mit einem Ventilkörper bewegungsgekoppelt, derart, daß er mit den Steuerbewegungen des Ankers gleichsinnige Auslenkbewegungen erfährt, durch die der Ventilkörper innerhalb des Ventilgehäuses in eine der verschiedenen Funktionslagen des Ventils entsprechende Position gelangt,
E. der Stator, dessen Mantel die Steuerwicklungen koaxial umschließt, ist durch Polschuhe bildende Endstirnwände abgeschlossen, deren eine, ventilseitige Endstirnwand mit einer zentralen Öffnung versehen ist, durch die ein zur Kupplung des Ankers mit dem Ventilkörper vorgesehenes Verbindungselement hindurchtritt,
F. es ist eine Steuerstromquelle vorgesehen, mittels derer den beiden Steuerwicklungen die für die Ansteuerung der verschiedenen Funktionsstellungen des Ventils erforderlichen Steuerströme zuführbar sind,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

G. die beiden Steuerwicklungen (7 und 8) der Steuermagnet- Anordnung (16) sind derart von dem Steuerstrom durchflossen, daß sie entgegengesetzte Felder erzeugen,
H. jede der beiden Steuerwicklungn (7 und 8) ist von einem Ruhestrom der Steuerstromquelle durchflossen, wobei sich der Anker (19) aufgrund der Summe der Rückstellkraft der Rückstellfedern (5, 15) und der von den Spulen (6) induzierten Steuerkraft in einer stabilen Ruhelage im Stator (18) befindet und,
I. in der Arbeitslage des Ankers (19) ist wenigstens eine der Steuerwicklungen (7 oder 8) von einem vom Ruhestrom verschiedenen, jedoch die gleiche Polarität aufweisenden Arbeitsstrom durchflossen.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklungen (7 und 8) in der Ruhelage der Steuermagnet-Anordnung (16) von einem um den Faktor 2 bis 20, insbesondere 10, unter dem Wert des Arbeitsstroms liegenden Ruhestrom durchflossen sind.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (19) aus Permanentmagneten aufgebaut ist.

4. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (27 bzw. 28) des Ankers (19) mit einem magnetischen Isolator, wie Kunststoff, Aluminium oder dergleichen versehen ist.

5. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche der Polschuhe bildenden Endstirnwände (20 und 21) mit einem magnetischen Isolator, wie Kunststoff, Aluminium oder dergleichen versehen sind.

6. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (27 und 28) des Ankers (19) vor dem Anschlag an den Endstirnwänden (20 und 21) in Wirkung tretende Dämpfungsmittel aufweisen.

7. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Anker (19) mit dem Ventilkörper (47) bewegungskoppelnde Verbindungselement (46) mit einer die Axialbewegung des Ankers (19) direkt auf den Ventilkörper (47) übertragenden Kupplung (48) versehen ist.

8. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Anker (19) mit dem Ventilkörper (47) bewegungskoppelnde Verbindungselement (46) mit einer ein definiertes axiales Spiel aufweisenden Kupplung (48) versehen ist.

9. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Anker (19) mit dem Ventilkörper (47) bewegungskoppelnde Verbindungselement (46) mit einer die Axialbewegung des Ankers (19) verzögernd bzw. dämpfend auf den Ventilkörper (47) übertragende Kupplung (48) versehen ist.

10. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stator (18) stirnseitig abschließende, Polkappen bildende Endstirnwände (20 und 21) die Steuerwicklungen (7 und 8) teilweise untergreifende und die Felder der Wicklungen (7 und 8) leitende, in Richtung des Ankers (19) sich erstreckende Vorsprünge (40 und 41) aufweisen, und der Anker (19) mit seinen Stirnwänden (27 und 28) fluchtend mit den axialen Stirnflächen (44 und 45) der Vorsprünge (40 und 41) abschließt.

11. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (47) drei voneinander beabstandete Umfangsnuten (50, 51 und 52) und das Ventilgehäuse (49) zwischen den Umfangsnuten (50, 51 und 52) vorgesehene Ringnuten (56 und 57) aufweist, die in Ruhelage des Ankers (19) bzw. des Ventilkörpers (47) überschneidungsfrei zueinander liegen.

12. Magnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verschiebung des Ventilkörpers (47) aus seiner Ruhelage in eine erste Arbeitslage die mit der Pumpe P verbundene Umfangsnut (51) und die mit einem Arbeitsraum verbundene Ringnut (56), dann miteinander kommunizieren, wenn die mit einem Tank T verbundene Umfangsnut (52) und die mit einem Arbeitsraum B verbundene Ringnut (57) miteinander kommunizieren.

13. Magnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei der Verschiebung des Ventilkörpers (47) aus seiner Ruhelage in eine zweite Arbeitslage die mit einem Tank T verbundene Umfangsnut (50) und die mit einem Arbeitsraum verbundene Ringnut (56), dann miteinander kommunizieren, wenn die mit einer Pumpe P verbundene Umfangsnut (51) und die mit einem Arbeitsraum B verbundene Ringnut (57) miteinander kommunizieren.

14. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (19) und der Ventilkörper (47) einen die Ausnehmungen (26) mit den Räumen (70 und 71) miteinander verbindenden axialen Durchbruch (72) mit Queröffnungen (73 und 74) aufweist.

15. Magnetventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Durchbruch des Ventilkörpers (47) eine Drosselbohrung (75) aufweist, die in die mit dem Tank T verbundene Umfangsnut (50 oder 51) mündet.