DE4016816A1 - Elektromagnetisches wegeventil - Google Patents
Elektromagnetisches wegeventilInfo
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- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
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Description
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Wegeventil mit
einer Stelleinrichtung zur Betätigung eines Steuerschiebers nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein solches elektromagnetisches Wegeventil mit einer
Stelleinrichtung aus der DE-OS 31 16 316 bekannt, das als hydrauli
sches 4/3-Wegeventil mit zwei Schaltmagneten ausgebildet ist, dessen
Steuerschieber von Federn in einer Mittelstellung zentriert ist. Da
bei ist der Steuerschieber durch abwechselnde Erregung der Schalt
magneten aus seiner federzentrierten Mittelstellung nach beiden Sei
ten hin in Schaltstellungen auslenkbar. Bei vorliegendem Wegeventil
wird der jeweils nicht erregte Schaltmagnet als Lagesensor verwen
det, mit dessen Signalen eine möglichst genaue, proportional zu den
elektrischen Eingangssignalen verlaufende Verstellung des Steuer
schiebers angestrebt wird, um das mit Schaltmagneten ausgerüstete
Wegeventil als Regelventil benutzen zu können.
Bei derartigen Wegeventilen mit Schaltmagneten ist häufig die Ab
schaltzeit beim Rückstellen des in seiner äußersten Schaltstellung
befindlichen Steuerschiebers in seine federzentrierte Mittelstellung
zu lange und streut. Dies kann bei Vorgängen, wo ein Hydrozylinder
auf einen Punkt genau positioniert werden soll, zu erheblichen Nach
teilen führen. Um bei derartigen Ventilen eine höhere Schaltfrequenz
zu erreichen, wird bereits durch spezielle Maßnahmen versucht, diese
Abschaltzeit zu verringern. Zu diesem Zweck war es üblich, stärkere
Rückstellfedern für den Steuerschieber zu verwenden oder dickere An
ti-Klebscheiben im Magnet anzuordnen, um diese Abfallzeiten zu ver
kürzen. Diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, daß damit immer
auch die Schaltleistung des Ventils verringert wird.
Das erfindungsgemäße elektromagnetische Wegeventil mit den kenn
zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor
teil, daß es auf relativ einfache Weise bei möglichst hoher Schalt
leistung eine Verkürzung der Abschaltzeit erlaubt und sich damit die
Schaltfrequenz des Ventils erhöhen läßt. Durch das kurzzeitige Zu
schalten des Gegen-Schaltmagneten wird die Haftkraft des Steuer
schiebers und des Schaltmagneten schneller überwunden und die
Schließbewegung des Ventils schneller eingeleitet. Dabei läßt sich
der Gegen-Schaltmagnet mit einem relativ hohen Stromstoß kurzzeitig
belasten, so daß einerseits die Haftkraft schnell überwunden wird
und andererseits eine Rückstellung des Steuerschiebers über seine
zentrierte Mittelstellung hinaus unterbleibt. Zudem läßt sich die
Schalteinrichtung auf einfache und kostengünstige Weise im elektri
schen Teil der Stelleinrichtung realisieren. Durch die in den Unter
ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wegeventils mög
lich.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, wodurch
bei einem doppelt wirkenden Wegeventil schnellere Schließbewegungen
aus beiden Schaltstellungen möglich sind. Günstig ist es, wenn gemäß
Anspruch 3 und 4 die Größe bzw. Länge des Stromstoßes auf einfache
Weise begrenzt wird. Eine besonders einfache und kostengünstige Aus
bildung ergibt sich nach Anspruch 5. Besonders vorteilhaft läßt sich
diese Schalteinrichtung bei einem hydraulischen Wegeventil nach An
spruch 6 verwenden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben
sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 ein elektromagnetisches Wegeventil mit der erfindungs
gemäßen Stelleinrichtung in vereinfachter Darstellung und Fig. 2 ein
Schaltsymbol des Wegeventils nach Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisches Wegeventil 10 mit einer zu
gehörigen Stelleinrichtung 11, die im wesentlichen aus zwei Schalt
magneten 12, 13 sowie einer letztere ansteuernden Schalteinrichtung
14 besteht.
Das Wegeventil 10 ist ein an sich bekanntes 4/3-Wegeventil, das in
einem Gehäuse 15 einen Steuerschieber 16 gleitend aufnimmt. Der
Steuerschieber 16 ist von zwei Federn 17, 18 in einer Mittelstellung
19 zentriert, wie es die Fig. 2 näher zeigt. Am Gehäuse 15 sind
stirnseitig die beiden Schaltmagnete 12, 13 angeordnet, mit deren
Hilfe durch abwechselnde Erregung der Steuerschieber 16 jeweils
gegen Federkraft in die Schaltstellungen 21 bzw. 22 auslenkbar ist,
die beiderseits der Mittelstellung liegen. Das Wegeventil 10 wird
von einer Druckmittelquelle 23 mit Öl versorgt und steuert in an
sich bekannter Weise einen doppelt wirkenden Hydrozylinder 24.
Die Schalteinrichtung 14 weist für jeden Schaltmagneten 12, 13 eine
zugeordnete Umschalteinrichtung 25 bzw. 26 auf, die untereinander
gleich sind, weshalb im folgenden die Umschalteinrichtung 25 erläu
tert wird, während die Bauelemente der Umschalteinrichtung 26 mit
gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Index′ bezeichnet werden. Die
dem ersten Schaltmagnet 12 zugeordnete erste Umschalteinrichtung 25
weist einen als Schließer arbeitenden ersten Schalter 27 auf, der
mit einem als Öffner arbeitenden zweiten Schalter 28 mechanisch ge
koppelt ist. Die festen Kontakte 29 bzw. 31 der beiden Schalter 27,
28 sind parallel an den Pluspol einer Gleichstromquelle 32 ange
schlossen. Der bewegliche Kontakt 33 des ersten Schalters steht mit
der Spule des ersten Schaltmagneten 12 in Verbindung, von dem ferner
eine Leitung 34 zum Minuspol der Gleichstromquelle 32 führt. Ein be
weglicher Kontakt 35 des zweiten Schalters 28 steht über eine in
Reihe zu letzterem geschaltete Diode 36 mit der Spule des zweiten
Schaltmagneten 13 in Verbindung, der in entsprechender Weise über
den ersten Schalter 27 in der zweiten Umschalteinrichtung 26 ansteuer
bar ist. Der erste Schaltmagnet 12 kann somit in einer vom ersten
Schalter 27 gesteuerten Weise über einen ersten Strompfad 37 erregt
werden, wobei gleichzeitig durch die erste Umschalteinrichtung 25
mit ihrem zweiten Schalter 28 ein erster Hilfsstrompfad 38 beein
flußbar ist, der die Verbindung zum zweiten Schaltmagnet 13 beein
flußt. In entsprechender Weise wird der zweite Schaltmagnet 13 vom
ersten Schalter 27 in der zweiten Umschalteinrichtung 26 über einen
zweiten Strompfad 39 an die Gleichstromquelle 32 gelegt, wobei
gleichzeitig über die zweite Umschalteinrichtung 26 und den zweiten
Hilfsstrompfad 41 mit der Diode 36 der erste Schaltmagnet 12 beein
flußbar ist.
In die beiden Hilfsstrompfade 38, 41 ist im Bereich zwischen der Schalt
einrichtung 14 und der Gleichstromquelle 32 ein Zeitglied 42 ge
schaltet.
Die Wirkungsweise des elektromagnetischen Wegeventils 10 mit seiner
Stelleinrichtung 11 wird wie folgt erläutert, wobei die grundsätz
liche Schaltfunktion des Wegeventils 10 als an sich bekannt voraus
gesetzt wird.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Lage der Umschaltvorrichtungen 25, 26
sind die beiden Schaltmagnete 12, 13 nicht erregt, wodurch der Steuer
schieber 16 von seinen beiden Federn 17, 18 in der gezeichneten
Mittelstellung 19 zentriert ist.
Wird nun die erste Umschaltvorrichtung 25 betätigt, so schließt der
erste Schalter 27 den ersten Strompfad 37, wodurch der erste Schalt
magnet 12 erregt wird. Gleichzeitig wird durch den mechanisch gekop
pelten zweiten Schalter 28 der erste Hilfsstrompfad 38 geöffnet. Der
erste Schaltmagnet 12 verstellt den Steuerschieber 16 gegen die
Kraft der Feder 18 nach rechts in seine erste Arbeitsstellung 21.
Beim Abschalten des Wegeventils 10 muß der Steuerschieber 16 aus
seiner ersten Schaltstellung 21 in seine Mittelstellung 19 zurückge
schoben werden, wozu die Kraft der Feder 18 zur Verfügung steht.
Beim Abschalten wird die erste Schaltvorrichtung 25 zurückgestellt,
wobei der erste Schalter 27 den ersten Strompfad 37 unterbricht. Auf
den ausgelenkten Steuerschieber 16 wirkt dabei eine Haftkraft, die
sich aus einer hydraulischen Klebekraft und dem Restmagnetismus im
ersten Schaltmagneten 12 ergibt. Beim Rückstellen der Umschaltvor
richtung 25 wird der erste Hilfsstrompfad 38 vom zweiten Schalter 28
geschlossen. Dadurch wird der passive zweite Schaltmagnet 13 mit
einem hohen Stromstoß kurzzeitig beaufschlagt. Dadurch schlägt
der Anker des zweiten Schaltmagneten 13 auf den noch geschalteten
Steuerschieber 16 und unterstützt dabei die Kraft der Feder 18, wo
durch die Haftkraft schnell überwunden wird. Auf diese Weise wird
ohne Verlust an Schaltleistung im Wegeventil 10 eine relativ kurze
Abschaltzeit erreicht, wodurch sich die Schaltfrequenz des Wegeven
tils erhöhen läßt. Die Dauer dieses Stromstoßes wird durch das Zeit
glied 42 begrenzt, wodurch die unterstützende Kraft des passiven
Schaltmagneten 13 so kurz wirkt, daß der Steuerschieber 16 bei sei
ner Rückstellung nicht über die Mittelstellung 19 hinaus gedrückt
wird. Der bei diesem Abschalten als Gegenmagnet wirkende zweite
Schaltmagnet 13 ist für diese Aufgabe optimal vorbereitet, weil sei
ne Induktivität in der hinteren Endstellung den geringst möglichen
Wert hat. Das erlaubt einen raschen Stromaufbau. Der Strompegel kann
dabei deutlich über dem Nennstrom liegen. Es handelt sich hier um
eine Stromspitze, wobei die Zeitdauer direkt aus dem Stromverlauf
ableitbar ist. Sobald der Anker des zweiten Schaltmagneten 13 los
bricht, ist der Stromanstieg wegen der Gegen-EMK beendet. Wenige
Millisekunden danach ist der Strom abzuschalten, damit der Steuer
schieber 16 nicht über die Mittelstellung 19 hinaus beschleunigt
wird. Besonders günstig läßt sich die Stromstoßlänge mit dem Zeit
glied 42 bestimmen. Bei dieser unterstützenden Wirkung durch den
zweiten Schaltmagneten 13 wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß zwar
normalerweise die Kräfte des Schaltmagneten 13 in dieser Endstellung
relativ gering sind, aber durch den Überstrom und die Tatsache, daß
keine Magnetsättigung vorliegt, der Schaltmagnet 13 ansehnliche
Kräfte aufbauen kann.
In entsprechender Weise läßt sich der Steuerschieber 16 durch Betä
tigung der zweiten Umschaltvorrichtung 26 aus der Mittelstellung
heraus gegen die Kraft der Feder 17 auch in seine zweite Schalt
stellung 22 verstellen. Beim anschließenden Abschalten wird in ent
sprechender Weise der als passiver Gegenmagnet wirkende erste
Schaltmagnet 12 mit einem Stromstoß beaufschlagt, der für ein
schnelles Abschalten sorgt.
Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungform Änderungen
möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann zum
Beispiel die Schalteinrichtung 14 jederzeit mit elektronischen Bau
elementen realisiert werden, oder auch mit anderen Funktionen kom
biniert werden. Ferner ist auch eine Bauart des Wegeventils möglich,
bei der sich die Federn jeweils zwischen Magnet und Ventilschieber
befinden.
Claims (6)
1. Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung zur
Betätigung eines Steuerschiebers, der von Federn in einer Mittel
stellung zentriert ist, aus der heraus er durch die abwechselnde
Erregung zweier in entgegengesetzter Richtung auf den Steuerschieber
einwirkender Schaltmagnete nach beiden Seiten hin gegen die Kraft
der Federn auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalt
einrichtung (14) vorgesehen ist, die beim Abschalten mindestens des
einen Schaltmagneten (12, 13) in einer Schaltstellung des Steuer
schiebers (16) den anderen Schaltmagneten (13, 12) mit einem die
Schließbewegung des Steuerschiebers (16) unterstützenden Stromimpuls
beaufschlagt.
2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schalteinrichtung (14) so ausgebildet ist, daß sie beide Schaltmag
nete (12, 13) abwechselnd mit die Schließbewegung des Steuerschiebers
(16) unterstützenden Stromimpulsen beaufschlagen kann.
3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (14) ein die Länge des Stromimpulses be
grenzendes Bauelement (42) aufweist.
4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bauelement als Zeitglied (42) ausgebildet ist.
5. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (14) für jeden
Schaltmagneten (12, 13) eine zugeordnete Umschaltvorrichtung (25,
26) aufweist, bei der jeweils ein als Schließer arbeitender erster
Schalter (27, 27′′) und ein als Öffner arbeitender zweiter Schalter
(28, 28′′) miteinander gekoppelt sind, wovon der erste Schalter (27,
27′′) jeweils im Strompfad (37, 39) zum zugeordneten Schaltmagnet
(12, 13) und der zweite Schalter (28, 28′′) mit einer zu letzterem in
Reihe liegenden Diode (36, 36′′) jeweils in einem Hilfsstrompfad (38,
39) zum anderen Schaltmagnet (13, 12) liegt.
6. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Steuerschieber (16) Teil eines hydraulischen
Wegeventils (10) ist, an dessem Gehäuse (15) die Schaltmagneten (12,
13) an entgegengesetzten Stirnseiten angeordnet sind.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19904016816 DE4016816C2 (de) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4016816A1 true DE4016816A1 (de) | 1991-11-28 |
DE4016816C2 DE4016816C2 (de) | 1999-10-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19904016816 Expired - Fee Related DE4016816C2 (de) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | Elektromagnetisches Wegeventil mit einer Stelleinrichtung |
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- 1990-05-25 DE DE19904016816 patent/DE4016816C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE4016816C2 (de) | 1999-10-07 |
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