WO2002101275A1 - Electrohydraulic valve - Google Patents

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WO2002101275A1
WO2002101275A1 PCT/EP2002/006451 EP0206451W WO02101275A1 WO 2002101275 A1 WO2002101275 A1 WO 2002101275A1 EP 0206451 W EP0206451 W EP 0206451W WO 02101275 A1 WO02101275 A1 WO 02101275A1
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electromagnetic drive
armature
seal
yoke
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PCT/EP2002/006451
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Friedrich Blasberg
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Dams Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0405—Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/044—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by electrically-controlled means, e.g. solenoids, torque-motors

Definitions

  • the invention relates to an intrinsically safe, solenoid-operated valve for control hydraulic systems of underground mining with a valve spindle which is sealed to the outside by means of at least one seal on the outside diameter and an electromagnetic drive.
  • the control hydraulic systems of underground mining have become indispensable for solenoid-operated valves.
  • the combination of the advantages of compact, multifunctional electrical controls with the high power densities of the hydraulics greatly increases the usefulness of the tools used in mining.
  • Intrinsic safety is an urgent requirement for electrically operated equipment in underground mining.
  • the requirement of intrinsic safety makes the use of electrically operated tools extremely difficult.
  • a solution proposed for this purpose provides for the use of an electromagnetic drive which transfers the movement of the armature to the valve tappet by means of a lever.
  • a direct transmission of the armature movement to the valve tappet has so far failed because the force required to actuate the valve is not applied by the intrinsically safe electromagnetic drive could be.
  • the always complex mechanisms for transmitting and amplifying the forces actuating the valve go hand in hand with high manufacturing costs and a high susceptibility to errors. In addition, these mechanisms require a not inconsiderable amount of adjustment and require regular maintenance.
  • the invention has for its object to provide an intrinsically safe solenoid-operated valve for control hydraulic systems of underground mining, which does not require an expensive power-amplifying transmission mechanism, but still offers a high level of operational reliability and at low manufacturing costs with one requires little adjustment and maintenance.
  • the object is achieved by a valve of the type mentioned, in which the seal, which seals the valve spindle on the outside diameter to the outside, is made of tetrafluoroethylene and the valve spindle bears directly on a plunger of the electromagnetic drive, so that the stroke of the electromagnetic Actuator acts directly on the valve spindle without transmission.
  • the combination according to the invention of a seal made of tetrafluoroethylene and an electromagnetic drive makes it possible for the first time to implement an intrinsically safe, solenoid-operated valve without a force-intensifying translation mechanism between the electromagnetic drive and the valve. Only due to the reduced friction of the tetrafluoroethylene material of the seal is the electromagnetic drive able to produce the required passage cross sections in the valve directly. The reduced friction enables the use of sufficiently large tappet diameters and one Counter pressure spring that can always ensure a certain position of the valve lifter in the valve under all operating conditions.
  • a stroke of the electromagnetic drive of less than 0.1 mm has proven to be extremely expedient.
  • the forces generated in this area by the magnetic field of the electromagnetic drive between the yoke of the electromagnet and the armature are relatively high due to the extremely steep magnetic field gradients in the vicinity of the surfaces of the yoke and the ferromagnetic armature.
  • An advantageous development of the invention provides that the seal, before the valve spindle seals on the outside diameter to slide outwards, is pressed onto the valve spindle by means of an O-ring.
  • the low coefficient of friction of the material tetrafluoroethylene can advantageously be combined with the reliability and the low-cost availability of an O-ring.
  • a particularly reliable embodiment of the valve according to the invention results if the seal made of tetrafluoroethylene has an essentially L-shaped profile, one leg of the L-profile resting on the inside diameter of the seal on the valve stem and the other leg of the L-profile itself the end of the seal, which points against the sealing direction, extends radially outwards.
  • a seal designed in this way always has a reliable contact with the surfaces to be sealed.
  • the electromagnetic drive has a flat ferromagnetic armature which is arranged adjacent to the yoke of an electromagnet of the electromagnetic drive.
  • the flat design of the electromagnetic armature increases the interface between the yoke of the electromagnet of the electromagnetic drive and the ferromagnetic armature, which transmits the force directly to the valve stem. Due to the enlarged interface between the armature and the yoke, the large forces required to actuate the valve can be generated.
  • the yoke and the armature are each provided with a corresponding profile at the common interface. Over the distance over which the corresponding profiles are covered, the relationship between distance and force is evened out from an explosively increasing force with decreasing distance to a flatter course of approximately linear character.
  • the cross sections of the yoke of the armature each have boundary lines which point towards one another and which are sawtooth-shaped.
  • the course of the force as a function of the distance can be brought about with rectangular grooves or triangular grooves in the yoke or the armature.
  • the electromagnet of the electromagnetic drive is designed as a cylindrical coil, which is surrounded on the inside and outside by a cylindrical yoke, a flat-shaped round armature being arranged on one end of the yoke , which actuates the valve spindle via a tappet.
  • the yoke and the armature on the side facing one another are advantageously provided with a profile that runs in the circumferential direction and corresponds to one another.
  • the cylindrical design of the coil makes common coil designs for the electromagnetic drive inexpensive to use.
  • the plunger advantageously extends centrally through the cylindrical coil of the electromagnetic drive and centrally through the cylindrical yoke, the plunger being advantageously provided with a thread screwed into a corresponding thread of the yoke at the point of passage through the yoke, so that rotation of the Yokes relative to the tappet enables the tappet length to be changed in the direction of the valve spindle, and the play between tappet and valve spindle can be advantageously adjusted.
  • This arrangement can be easily secured using a lock nut.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a valve insert of a valve according to the invention
  • Fig. 3 A detailed view of a cut
  • Fig. 4 A sectional detailed view of the profile of the armature and the yoke of the electromagnetic drive.
  • FIG. 1 shows two valves 1 according to the invention, each of which is provided with the reference number 1.
  • a valve 1 according to the invention essentially comprises an electromagnetic drive 2, a housing 3 for the
  • the housing 3 is provided with channels 6, 7, 8, 9, which for each valve 1 establish the connection to the pressure oil (6), to the return (7), to the consumer (8), and to a pressure compensation (9).
  • the valve 1 has a central valve spindle 10 which, in this exemplary embodiment, is broken down into a plurality of elements which are arranged one behind the other and which merely abut one another and are not firmly connected. Valve lifters 11a, 11b, 11c and balls 12a, 12b abutting these valve lifters 11a, 11b, 11c are arranged one after the other alternately.
  • the balls 12a, 12b each take on the function of a sealing element which seals against a valve seat 13a, 13b.
  • the central valve spindle 10 is surrounded by a plurality of sleeves 14a, 14b, 14c, 14d which follow one another in the longitudinal direction of the valve spindle 10 and are partially provided with grooves 15, in which seals each seal against the housing 3.
  • the channels 6, 7, 8, 9 for pressure oil (6), for the consumer (8), for the return (7) and for the pressure compensation (9) are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the valve spindle 10 ,
  • the individual sleeves 14a, 14c, 14d are each provided with corresponding connections 17 to the individual channels 6, 7, 8, 9.
  • valve spindle 10 is moved back and forth by means of the electromagnetic drive 2, a position of the valve spindle 10 close to the screw plug 5 establishing the connection between the channel 6 for pressure oil and the channel 8 for the consumer and the connection to the channel 7 for the return seal off.
  • One of the screw 5 remote position of the valve spindle 10 establishes the connection between the channels 6, 8 for return and consumer and seals against the channel 6 for the Drucköi.
  • the longitudinally displaceable valve spindle 10 is sealed off to the side of the electromagnetic drive 2 by means of a seal 20 which consists of tetrafluoroethylene.
  • the required contact pressure of the seal 20 on the valve spindle 10 is ensured by means of an O-ring 21.
  • the seal 20 consists of an L-profile, one leg 22 of which rests on the inner diameter of the seal 20 on the valve spindle 10 and the other leg 23 of which rests on the end of the seal 20 , which points against the sealing direction, extends radially outwards.
  • valve spindle 10 So that the valve spindle 10 is always to be found in a defined position, there is a prestressed spring in a recess 30 of the screw plug 5 pointing into the interior of the housing, which presses the entire valve spindle in the direction of the electromagnetic drive 2 in such a way that the consumer is more likely to the return is connected.
  • a plunger 40 of the electromagnetic drive 2 which extends through the entire electromagnetic drive 2 and is guided through a flat armature 45.
  • the plunger 40 is screwed into the ferromagnetic armature 45 and secured in its axial position against rotation by means of a crown nut 46.
  • the electromagnetic drive 2 has a cylindrical yoke 50, in the interior of which a cylindrical coil 51 generates the required magnetic field.
  • the electromagnet 52 formed in this way adjoins the ferromagnetic armature 45 with an end face in a common interface 53.
  • the portions of the common interface 53 which are mainly penetrated by the magnetic field lines are provided with a profile 55 both on the side of the yoke 50 and on the side of the armature 45.
  • the profiling 55 brings about an equalization of the distance-force behavior of the electromagnetic drive.
  • the profiling is carried out in the manner of circumferential rectangular grooves 57. Triangular or sawtooth-shaped grooves 57 are also conceivable, each of which leads to a different characteristic in the force-distance behavior of the electromagnetic drive 2.

Abstract

The invention relates to an intrinsically safe, magnet-actuated valve (1) for control hydraulic systems used in underground mining comprising a valve spindle (10), which is sealed on the outer diameter in an outwardly sliding manner by means of at least one seal (20), and which has an electromagnetic drive (2). The aim of the invention is to create an intrinsically safe magnet-actuated valve for use in the mining industry which functions without a complex force-amplifying transmission mechanism while still offering a high degree of operational reliability and which has low production costs and involves a non-complicated adjustment and maintenance. To this end, the invention provides that the seal (20), which seals the valve spindle (10) on the outer diameter in an outwardly sliding manner, is made of tetrafluoroethylene, and the valve spindle (10) directly rests against a tappet (14) of the electromagnetic drive (2) so that the travel of the electromagnetic drive (2) directly acts upon the valve spindle (10) without multiplication.

Description

E EKTROHYDRAU ISCHΞS VENTIL E EKTROHYDRAU ISCHΞS VALVE
Die Erfindung betrifft ein eigensicheres, magnetbetätigtes Ventil für Steuerhydrauliksysteme des untertägigen Bergbaus mit einer Ventilspindel, die mittels mindestens einer Dichtung auf dem Außendurchmesser nach außen gleitend gedichtet ist und einem elektromagnetischen Antrieb.The invention relates to an intrinsically safe, solenoid-operated valve for control hydraulic systems of underground mining with a valve spindle which is sealed to the outside by means of at least one seal on the outside diameter and an electromagnetic drive.
Aus den Steuerhydrauliksystemen des untertägigen Bergbaus sind magnetbetä- tigte Ventile nicht mehr wegzudenken. Die Verknüpfung der Vorteile kompakter, multifunktionaler elektrischer Steuerungen mit den hohen Leistungsdichten der Hydraulik erhöht die Zweckmäßigkeit der im Bergbau eingesetzten Werkzeuge ungemein.The control hydraulic systems of underground mining have become indispensable for solenoid-operated valves. The combination of the advantages of compact, multifunctional electrical controls with the high power densities of the hydraulics greatly increases the usefulness of the tools used in mining.
Ein dringendes Erfordernis elektrisch betriebener Geräte im untertägigen Berg- bau ist die Eigensicherheit. Das Erfordernis der Eigensicherheit erschwert den Einsatz elektrisch betriebener Werkzeuge außerordentlich. Bei Spannungen von 12 Volt und Strömen, die kleiner sind als 100 mA lassen sich nur geringe Leistungen erzeugen, die bisher nur unter Zuhilfenahme von aufwendigen Zusatzkonstruktionen dazu geeignet waren, Ventile der oben genannten Art zu be- tätigen.Intrinsic safety is an urgent requirement for electrically operated equipment in underground mining. The requirement of intrinsic safety makes the use of electrically operated tools extremely difficult. At voltages of 12 volts and currents which are less than 100 mA, only low powers can be generated which were previously only suitable for actuating valves of the type mentioned above with the aid of complex additional structures.
Eine hierzu vorgeschlagene Lösung sieht den Einsatz eines elektromagnetischen Antriebes vor, der die Bewegung des Ankers mittels eines Hebels auf den Ventilstößel überträgt. Eine direkte Übertragung der Ankerbewegung auf den Ventilstößel scheiterte bisher daran, daß die zur Betätigung des Ventils benötig- te Kraft von dem eigensicheren elektromagnetischen Antrieb nicht aufgebracht werden konnte. Die stets aufwendigen Mechaniken zur Übertragung und Verstärkung der das Ventil betätigenden Kräfte gehen mit hohen Herstellungskosten und einer großen Fehleranfälligkeit einher. Außerdem erfordern diese Mechaniken einen nicht unerheblichen Justageaufwand und bedürfen regelmäßiger Wartung.A solution proposed for this purpose provides for the use of an electromagnetic drive which transfers the movement of the armature to the valve tappet by means of a lever. A direct transmission of the armature movement to the valve tappet has so far failed because the force required to actuate the valve is not applied by the intrinsically safe electromagnetic drive could be. The always complex mechanisms for transmitting and amplifying the forces actuating the valve go hand in hand with high manufacturing costs and a high susceptibility to errors. In addition, these mechanisms require a not inconsiderable amount of adjustment and require regular maintenance.
Bisherige Versuche, die aufwendigen mechanischen Übertragungselemente einzusparen, resultierten stets in Ventilen, die entweder unsicher in der Betätigung waren oder nur zu geringe Durchlaßquerschnitte aufwiesen, so daß der Volumenstrom nicht ausreichte, hinreichend schnelle Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen.Previous attempts to save the complex mechanical transmission elements have always resulted in valves that were either unsafe to operate or had insufficient passage cross sections, so that the volume flow was not sufficient to achieve sufficiently fast switching speeds.
Ausgehend von den Problemen und Nachteilen im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eigensicheres magnetbetätigtes Ventil für Steuerhydrauliksysteme des untertägigen Bergbaus zu schaffen, das ohne eine aufwendige kraftverstärkende Übertragungsmechanik auskommt, trotzdem ein hohes Maß an Betriebssicherheit bietet und bei geringen Herstellungskosten mit einem nur geringen Justage- und Wartungsaufwand auskommt.Based on the problems and disadvantages in the prior art, the invention has for its object to provide an intrinsically safe solenoid-operated valve for control hydraulic systems of underground mining, which does not require an expensive power-amplifying transmission mechanism, but still offers a high level of operational reliability and at low manufacturing costs with one requires little adjustment and maintenance.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Ventil der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die Dichtung, welche die Ventilspindel auf dem Außendurchmesser nach außen gleitend abdichtet, aus Tetrafluorethylen ist und die Ventilspindel an einem Stößel des elektromagnetischen Antriebs direkt anliegt, so daß der Hub des elektromagnetischen Antriebs ohne Übersetzung direkt auf die Ventilspindel wirkt.According to the invention the object is achieved by a valve of the type mentioned, in which the seal, which seals the valve spindle on the outside diameter to the outside, is made of tetrafluoroethylene and the valve spindle bears directly on a plunger of the electromagnetic drive, so that the stroke of the electromagnetic Actuator acts directly on the valve spindle without transmission.
Durch die erfindungsgemäße Kombination einer Dichtung aus Tetrafluorethylen und eines elektromagnetischen Antriebs ist es erstmals möglich, ein eigensiche- res, magnetbetätigtes Ventil ohne eine kraftverstärkende Übersetzungsmechanik zwischen dem elektromagnetischen Antrieb und dem Ventil zu realisieren. Erst aufgrund der reduzierten Reibung des Tetrafluorethylenmaterials der Dichtung ist der elektromagnetischen Antrieb in der Lage, die erforderlichen Durchlaßquerschnitte in dem Ventil direkt zu erzeugen. Die reduzierte Reibung ermög- licht die Verwendung hinreichend großer Ventiistößeldurchmesser und einer Gegendruckfeder, die stets eine bestimmte Lage des Ventilstößels in dem Ventil unter allen Betriebsbedingungen gewährleisten kann.The combination according to the invention of a seal made of tetrafluoroethylene and an electromagnetic drive makes it possible for the first time to implement an intrinsically safe, solenoid-operated valve without a force-intensifying translation mechanism between the electromagnetic drive and the valve. Only due to the reduced friction of the tetrafluoroethylene material of the seal is the electromagnetic drive able to produce the required passage cross sections in the valve directly. The reduced friction enables the use of sufficiently large tappet diameters and one Counter pressure spring that can always ensure a certain position of the valve lifter in the valve under all operating conditions.
Als äußerst zweckmäßig hat sich ein Hub des elektromagnetischen Antriebs von weniger als 0,1 mm erwiesen. Die in diesem Bereich von dem magnetischen Feld des elektromagnetischen Antriebs zwischen dem Joch des Elektromagneten und dem Anker erzeugten Kräfte sind aufgrund der äußerst steilen Magnetfeldgradienten in der Nähe der Oberflächen des Joches und des ferromagneti- schen Ankers verhältnismäßig hoch. Durch die Ausnutzung dieses Effektes ist es möglich, auch mit niedrigen elektrischen Leistungen, die das Erfordernis der Eigensicherheit erfüllen, ein Ventil zu betreiben, daß die erforderlichen Durchlaßquerschnitte für ein Steuerhydrauliksystem bereitstellt. Weiterhin ist das so betriebene Ventil unempfindlich gegen äußere Einflüsse und kann in beliebiger Orientierung gegenüber der Schwerkraft betrieben werden.A stroke of the electromagnetic drive of less than 0.1 mm has proven to be extremely expedient. The forces generated in this area by the magnetic field of the electromagnetic drive between the yoke of the electromagnet and the armature are relatively high due to the extremely steep magnetic field gradients in the vicinity of the surfaces of the yoke and the ferromagnetic armature. By utilizing this effect, it is possible to operate a valve that provides the required passage cross sections for a control hydraulic system even with low electrical powers that meet the requirement of intrinsic safety. Furthermore, the valve operated in this way is insensitive to external influences and can be operated in any orientation with respect to gravity.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Dichtung, wel- ehe die Ventilspindel auf dem Außendurchmesser nach außen gleitend abdichtet mittels eines O-Rings an die Ventilspindel angedrückt ist. Vorteilhaft kann auf diese Weise der niedrige Reibungskoeffizient des Materials Tetrafluorethylen mit der Zuverlässigkeit und der kostengünstigen Verfügbarkeit eine O-Rings kombiniert werden.An advantageous development of the invention provides that the seal, before the valve spindle seals on the outside diameter to slide outwards, is pressed onto the valve spindle by means of an O-ring. In this way, the low coefficient of friction of the material tetrafluoroethylene can advantageously be combined with the reliability and the low-cost availability of an O-ring.
Eine besonders zuverlässige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ergibt sich, wenn die Dichtung aus Tetrafluorethylen ein im wesentlichen L- förmiges Profil aufweist, wobei ein Schenkel des L-Profils auf dem Innendurchmesser der Dichtung an der Ventilspindel anliegt und der andere Schenkel des L-Profils sich an dem Ende der Dichtung, das gegen die Dichtrichtung weist, ra- dial nach außen erstreckt. Eine derart ausgebildete Dichtung hat stets eine zuverlässige Anlage an den zu dichtenden Flächen.A particularly reliable embodiment of the valve according to the invention results if the seal made of tetrafluoroethylene has an essentially L-shaped profile, one leg of the L-profile resting on the inside diameter of the seal on the valve stem and the other leg of the L-profile itself the end of the seal, which points against the sealing direction, extends radially outwards. A seal designed in this way always has a reliable contact with the surfaces to be sealed.
Zur Erhöhung der von dem elektromagnetischen Antrieb aufgebrachten Kraft ist es zweckmäßig, wenn der elektromagnetische Antrieb einen flächig ausgebildeten ferromag netischen Anker aufweist, der an dem Joch eines Elektromagneten des elektromagnetischen Antriebs angrenzend angeordnet ist. Die flächige Ausbildung des elektromagnetischen Ankers vergrößert die Grenzfläche zwischen dem Joch des Elektromagneten des elektromagnetischen Antriebs und dem fer- romagnetischen Anker, der die Kraft direkt auf die Ventilspindel überträgt. Aufgrund der vergrößerten Grenzfläche zwischen dem Anker und dem Joch lassen sich die zur Betätigung des Ventils benötigten großen Kräfte erzeugen.To increase the force applied by the electromagnetic drive, it is expedient if the electromagnetic drive has a flat ferromagnetic armature which is arranged adjacent to the yoke of an electromagnet of the electromagnetic drive. The flat design of the electromagnetic armature increases the interface between the yoke of the electromagnet of the electromagnetic drive and the ferromagnetic armature, which transmits the force directly to the valve stem. Due to the enlarged interface between the armature and the yoke, the large forces required to actuate the valve can be generated.
Zur Vergleichmäßigung der Abhängigkeit der Kraft, die der elektromagnetische Antrieb erzeugt und des Abstandes zwischen dem Anker des elektromagnetischen Antriebs und dem Joch des Elektromagneten ist es zweckmäßig, wenn das Joch und der Anker an der gemeinsamen Grenzfläche jeweils mit einer zueinander korrespondierenden Profilierung versehen sind. Über die Distanz, über die sich die miteinander korrespondierenden Profilierungen in Überdeckung befinden, vergleichmäßigt sich die Beziehung zwischen Abstand und Kraft von einer explosionsartig ansteigenden Kraft mit abnehmendem Abstand zu einem flacheren Verlauf von annähernd linearem Charakter.To even out the dependency of the force generated by the electromagnetic drive and the distance between the armature of the electromagnetic drive and the yoke of the electromagnet, it is expedient if the yoke and the armature are each provided with a corresponding profile at the common interface. Over the distance over which the corresponding profiles are covered, the relationship between distance and force is evened out from an explosively increasing force with decreasing distance to a flatter course of approximately linear character.
Als Profilierung ist es zweckmäßig, wenn die Querschnitte des Joches des Ankers jeweils zueinander weisende Begrenzungslinien aufweisen, die sägezahn- förmig ausgebildet sind. Gleichermaßen läßt sich der Verlauf der Kraft in Abhängigkeit von dem Abstand mit rechteckigen Nuten oder dreieckigen Nuten in dem Joch, bzw. dem Anker herbeiführen.As a profiling, it is expedient if the cross sections of the yoke of the armature each have boundary lines which point towards one another and which are sawtooth-shaped. Similarly, the course of the force as a function of the distance can be brought about with rectangular grooves or triangular grooves in the yoke or the armature.
Eine besonders kompakte und robuste Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Ventils ergibt sich, wenn der Elektromagnet des elektromagnetischen Antriebs als zylindrische Spule ausgebildet ist, die innen und außen von einem zylindrischen Joch umgeben ist, wobei an einer Stirnseite des Joches ein flächig ausgebildeter runder Anker angeordnet ist, der über einen Stößel die Ventilspindel betätigt. Vorteilhaft sind hierbei das Joch als auch der Anker auf der einan- der zugewandten Seite mit einer jeweils in Umfangsrichtung verlaufenden und zueinander korrespondierenden Profilierung versehen. Die zylindrische Ausbildung der Spule macht gängige Spulenbauweisen für den elektromagnetischen Antrieb kostengünstig verwendbar.A particularly compact and robust embodiment of the valve according to the invention is obtained if the electromagnet of the electromagnetic drive is designed as a cylindrical coil, which is surrounded on the inside and outside by a cylindrical yoke, a flat-shaped round armature being arranged on one end of the yoke , which actuates the valve spindle via a tappet. The yoke and the armature on the side facing one another are advantageously provided with a profile that runs in the circumferential direction and corresponds to one another. The cylindrical design of the coil makes common coil designs for the electromagnetic drive inexpensive to use.
Aufgrund der geringen Hubbewegungen des Ventils und des elektromagneti- sehen Antriebs ist es zweckmäßig, wenn der Anker des elektromagnetischenDue to the small stroke movements of the valve and the electromagnetic drive, it is expedient if the armature of the electromagnetic
Antriebs mit einem sich in Bewegungsrichtung des elektromagnetischen An- triebs erstreckenden Stößel verbunden ist, der an der Ventilspindel anliegt, wobei der Stößel in seiner Längsrichtung zu dem Anker verschieblich und festlegbar ausgebildet ist. Vorteilhaft erstreckt sich der Stößel mittig durch die zylindrisch ausgebildete Spule des elektromagnetischen Antriebs und mittig durch das zylindrisch ausgebildete Joch, wobei der Stößel an der Durchtrittsstelle durch das Joch vorteilhaft mit einem in ein korrespondierendes Gewinde des Joches eingeschraubtes Gewinde versehen ist, so daß ein Drehung des Joches relativ zu dem Stößel die Veränderung der Stößellänge in Richtung der Ventilspindel ermöglicht und so sich das Spiel zwischen Stößel und Ventilspindel vorteilhaft einstellen läßt. Diese Anordnung läßt sich mittels einer Kontermutter einfach sichern.Drive with an electromagnetic Drive-extending plunger is connected, which rests on the valve spindle, the plunger being designed to be displaceable and fixable in its longitudinal direction to the armature. The plunger advantageously extends centrally through the cylindrical coil of the electromagnetic drive and centrally through the cylindrical yoke, the plunger being advantageously provided with a thread screwed into a corresponding thread of the yoke at the point of passage through the yoke, so that rotation of the Yokes relative to the tappet enables the tappet length to be changed in the direction of the valve spindle, and the play between tappet and valve spindle can be advantageously adjusted. This arrangement can be easily secured using a lock nut.
Im folgenden ist ein spezielles Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Zeichnungen zur Verdeutlichung der Lehre der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:A specific exemplary embodiment is described in more detail below with reference to drawings in order to clarify the teaching of the invention. Show it:
Fig. 1 : Eine teilweise geschnittene Übersichtsdarstellung zweier Ventile mit elektromagnetischen Antrieben,1: A partially sectioned overview of two valves with electromagnetic drives,
Fig. 2: Eine geschnittene Darstellung eines Ventileinsatzes eines erfind ungsgemäßen Ventils,2 shows a sectional illustration of a valve insert of a valve according to the invention,
Fig. 3: Eine Detailansicht einer geschnittenenFig. 3: A detailed view of a cut
Darstellung der Abdichtung der Ventilspindel mittels einer Dichtung aus Tetrafluorethylen undRepresentation of the sealing of the valve stem by means of a seal made of tetrafluoroethylene and
Fig. 4: Eine geschnittene Detailansicht der Profilierung des Ankers und des Jochs des e- lektromagnetischen Antriebs.Fig. 4: A sectional detailed view of the profile of the armature and the yoke of the electromagnetic drive.
In der Figur 1 sind zwei erfindungsgemäße Ventile 1 dargestellt, die jeweils mit den Bezugszeichen 1 versehen sind. Im wesentlichen umfaßt ein erfindungs- gemäßes Ventils 1 einen elektromagnetischen Antrieb 2, ein Gehäuse 3 für dasFIG. 1 shows two valves 1 according to the invention, each of which is provided with the reference number 1. A valve 1 according to the invention essentially comprises an electromagnetic drive 2, a housing 3 for the
Ventil 1 und einen Ventileinsatz 4, der mittels einer Verschlußschraube 5 in dem Gehäuse 3 verspannt ist. Das Gehäuse 3 ist mit Kanälen 6, 7, 8, 9 versehen, die für jedes Ventil 1 die Verbindung zum Drucköi (6), zum Rücklauf (7), zum Verbraucher (8), und zu einem Druckausgleich (9) herstellen. Das Ventil 1 besitzt eine zentrale Ventilspindel 10, die in diesem Ausführungsbeispiel in mehre- re hintereinander angeordnete Elemente aufgegliedert ist, welche lediglich aneinander anliegen und nicht fest verbunden sind. Jeweils abwechselnd zueinander sind Ventilstößel 11a, 11b, 11c und an diesen Ventilstößeln 11a, 11b, 11c anliegende Kugeln 12a, 12b hintereinander angeordnet. Die Kugeln 12a, 12b übernehmen jeweils die Funktion eines Dichtelementes, das gegen einen Ven- tilsitz 13a, 13b abdichtet. Die zentrale Ventilspindel 10 ist von mehreren in Längsrichtung der Ventilspindel 10 aufeinanderfolgenden Hülsen 14a, 14b, 14c, 14d umgeben, die teilweise mit Nuten 15 versehen sind, in welchen Dichtungen jeweils gegen das Gehäuse 3 abdichten. Von der Verschlußschraube 5 aus gesehen, sind in Längsrichtung der Ventilspindel 10 die Kanäle 6, 7, 8, 9 für Drucköi (6), für die Verbraucher (8), für den Rücklauf (7) und für den Druckausgleich (9) hintereinander angeordnet. Die einzelnen Hülsen 14a, 14c, 14d sind jeweils mit entsprechenden Verbindungen 17 zu den einzelnen Kanälen 6, 7, 8, 9 versehen.Valve 1 and a valve insert 4, which by means of a screw plug 5 in the Housing 3 is clamped. The housing 3 is provided with channels 6, 7, 8, 9, which for each valve 1 establish the connection to the pressure oil (6), to the return (7), to the consumer (8), and to a pressure compensation (9). The valve 1 has a central valve spindle 10 which, in this exemplary embodiment, is broken down into a plurality of elements which are arranged one behind the other and which merely abut one another and are not firmly connected. Valve lifters 11a, 11b, 11c and balls 12a, 12b abutting these valve lifters 11a, 11b, 11c are arranged one after the other alternately. The balls 12a, 12b each take on the function of a sealing element which seals against a valve seat 13a, 13b. The central valve spindle 10 is surrounded by a plurality of sleeves 14a, 14b, 14c, 14d which follow one another in the longitudinal direction of the valve spindle 10 and are partially provided with grooves 15, in which seals each seal against the housing 3. Seen from the screw plug 5, the channels 6, 7, 8, 9 for pressure oil (6), for the consumer (8), for the return (7) and for the pressure compensation (9) are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the valve spindle 10 , The individual sleeves 14a, 14c, 14d are each provided with corresponding connections 17 to the individual channels 6, 7, 8, 9.
Die Ventilspindel 10 wird mittels des elektromagnetischen Antriebs 2 hin und her bewegt, wobei eine der Verschlußschraube 5 nahestehende Stellung der Ventilspindel 10 die Verbindung zwischen dem Kanal 6 für Drucköi und dem Kanal 8 für den Verbraucher herstellt und die Verbindung zu dem Kanal 7 für den Rücklauf abriegelt. Eine der Verschlußschraube 5 ferne Stellung der Ventilspindel 10 stellt die Verbindung zwischen den Kanälen 6, 8 für Rücklauf und Verbraucher her und dichtet gegenüber dem Kanal 6 für das Drucköi ab.The valve spindle 10 is moved back and forth by means of the electromagnetic drive 2, a position of the valve spindle 10 close to the screw plug 5 establishing the connection between the channel 6 for pressure oil and the channel 8 for the consumer and the connection to the channel 7 for the return seal off. One of the screw 5 remote position of the valve spindle 10 establishes the connection between the channels 6, 8 for return and consumer and seals against the channel 6 for the Drucköi.
Die in Längsrichtung verschiebliche Ventilspindel 10 wird zur Seite des elektromagnetischen Antriebs 2 hin mittels einer Dichtung 20 abgedichtet, welche aus Tetrafluorethylen besteht. Die erforderliche Anpreßkraft der Dichtung 20 an die Ventilspindel 10 wird mittels eines O-Rings 21 gewährleistet. Aus der Detailan- sieht der Figur 3 ist zu erkennen, daß die Dichtung 20 aus einem L-Profil besteht, dessen einer Schenkel 22 auf dem Innendurchmesser der Dichtung 20 an der Ventilspindel 10 anliegt und dessen anderer Schenkel 23 sich an dem Ende der Dichtung 20, das gegen die Dichtrichtung weist, radial nach außen erstreckt. Damit die Ventilspindel 10 stets in einer definierten Lage anzufinden ist, befindet sich in einer in das Innere des Gehäuses weisenden Ausnehmung 30 der Verschlußschraube 5 eine vorgespannte Feder, welche die gesamte Ventilspindel derart in Richtung des elektromagnetischen Antriebs 2 drückt, daß der Verbrau- eher mit dem Rücklauf verbunden ist.The longitudinally displaceable valve spindle 10 is sealed off to the side of the electromagnetic drive 2 by means of a seal 20 which consists of tetrafluoroethylene. The required contact pressure of the seal 20 on the valve spindle 10 is ensured by means of an O-ring 21. From the detail view of FIG. 3 it can be seen that the seal 20 consists of an L-profile, one leg 22 of which rests on the inner diameter of the seal 20 on the valve spindle 10 and the other leg 23 of which rests on the end of the seal 20 , which points against the sealing direction, extends radially outwards. So that the valve spindle 10 is always to be found in a defined position, there is a prestressed spring in a recess 30 of the screw plug 5 pointing into the interior of the housing, which presses the entire valve spindle in the direction of the electromagnetic drive 2 in such a way that the consumer is more likely to the return is connected.
In direkter Anlage an die Ventilspindel 10 befindet sich ein Stößel 40 des elektromagnetischen Antriebs 2, der sich durch den gesamten elektromagnetischen Antrieb 2 hindurch erstreckt und durch einen flächig ausgebildeten Anker 45 hindurchgeführt ist. Der Stößel 40 ist in den ferromagnetischen Anker 45 einge- schraubt und in seiner axialen Lage mittels einer Kronenmutter 46 gegen Verdrehen gesichert.In direct contact with the valve spindle 10 there is a plunger 40 of the electromagnetic drive 2, which extends through the entire electromagnetic drive 2 and is guided through a flat armature 45. The plunger 40 is screwed into the ferromagnetic armature 45 and secured in its axial position against rotation by means of a crown nut 46.
Der elektromagnetische Antrieb 2 weist ein zylindrisches Joch 50 auf, in dessen Inneren eine zylindrische Spule 51 das erforderliche Magnetfeld erzeugt. Der so gebildete Elektromagnet 52 grenzt mit einer Stirnfläche an den ferromagneti- sehen Anker 45 in einer gemeinsamen Grenzfläche 53 an. Die hauptsächlich von den magnetischen Feldlinien durchsetzten Anteile der gemeinsamen Grenzfläche 53 sind sowohl auf der Seite des Joches 50 als auch auf der Seite des Ankers 45 mit einer Profilierung 55 versehen. Die Profilierung 55 bewirkt eine Vergleichmäßigung des Abstand-Kraftverhaltens des elektromagnetischen An- triebs. In dem Ausführungsbeispiel ist die Profilierung in der Art umlaufender rechteckiger Nuten 57 ausgeführt. Ebenfalls denkbar sind dreieckige oder säge- zahnförmige Nuten 57, was jeweils zu einer unterschiedlichen Charakteristik im Kraft-Abstandsverhalten des elektromagnetischen Antriebs 2 führt. The electromagnetic drive 2 has a cylindrical yoke 50, in the interior of which a cylindrical coil 51 generates the required magnetic field. The electromagnet 52 formed in this way adjoins the ferromagnetic armature 45 with an end face in a common interface 53. The portions of the common interface 53 which are mainly penetrated by the magnetic field lines are provided with a profile 55 both on the side of the yoke 50 and on the side of the armature 45. The profiling 55 brings about an equalization of the distance-force behavior of the electromagnetic drive. In the exemplary embodiment, the profiling is carried out in the manner of circumferential rectangular grooves 57. Triangular or sawtooth-shaped grooves 57 are also conceivable, each of which leads to a different characteristic in the force-distance behavior of the electromagnetic drive 2.

Claims

Schutzansprüche protection claims
1. Eigensicheres, magnetbetätigtes Ventil (1) für Steuerhydrauliksysteme des untertägigen Bergbaus mit einer Ventilspindel (10), die mittels mindestens einer Dichtung (20) auf dem Außendurchmesser nach außen gleitend gedichtet ist und einem elektromagnetischen Antrieb (2), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtung (20), welche die Ventilspindel (10) auf dem Außendurchmesser nach außen gleitend abdichtet, aus Tetrafluorethylen ist und die Ventilspin- del (10) an einem Stößel (40) des elektromagnetischen Antriebs (2) direkt anliegt, so daß der Hub des elektromagnetischen Antriebs (2) ohne Übersetzung direkt auf die Ventilspindel (10) wirkt.1. Intrinsically safe, solenoid-operated valve (1) for control hydraulic systems of underground mining with a valve spindle (10) which is sealed to the outside by means of at least one seal (20) on the outside diameter and an electromagnetic drive (2), characterized in that the seal (20), which seals the valve spindle (10) on the outside diameter to the outside, is made of tetrafluoroethylene and the valve spindle (10) bears directly on a tappet (40) of the electromagnetic drive (2), so that the stroke of the electromagnetic Actuator (2) acts directly on the valve spindle (10) without transmission.
2. Ventil (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Antrieb (2) einen Hub von weniger als 0,1 mm aufweist.2. Valve (1) according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive (2) has a stroke of less than 0.1 mm.
3. Ventil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Dichtung (20) aus Tetrafluorethylen mittels eines O-Rings (21 ) an die Ventilspindel (10) angedrückt ist.3. Valve (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the seal (20) made of tetrafluoroethylene is pressed onto the valve spindle (10) by means of an O-ring (21).
4. Ventil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) aus Tetrafluorethylen ein im we- sentlichen L-förmiges Profil aufweist, wobei ein Schenkel (22) des L-Profils auf dem Innendurchmesser der Dichtung (20) an der Ventilspindel (10) anliegt und der andere Schenkel (23) des L-Profils sich an dem Ende der Dichtung (20), das gegen die Dichtrichtung weist, radial nach außen erstrdceckt. 4. Valve (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the seal (20) made of tetrafluoroethylene has a substantially L-shaped profile, with one leg (22) of the L-profile on the inside diameter of the seal (20) abuts the valve spindle (10) and the other leg (23) of the L-profile extends radially outwards at the end of the seal (20) which points against the sealing direction.
5. Ventil (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Antrieb (2) einen flächig ausgebildeten ferromagnetischen Anker (45) aufweist, der an dem Joch (50) eines Elektromagneten (52) des elektromagnetischen Antriebs (2) angrenzend angeordnet ist.5. Valve (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic drive (2) has a flat ferromagnetic armature (45) which on the yoke (50) of an electromagnet (52) of the electromagnetic drive (2nd ) is arranged adjacent.
6. Ventil (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (50) und der Anker (45) an der gemeinsamen Grenzfläche (53) jeweils mit einer zueinander korrespondierenden Profilierung (55) versehen sind.6. Valve (1) according to claim 5, characterized in that the yoke (50) and the armature (45) at the common interface (53) are each provided with a corresponding profile (55).
7. Ventil (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilie- rung (55) des Joches (50) und des Ankers (45) jeweils einen Querschnitt aufweist, dessen zueinander weisende Begrenzungslinie jeweils sägezahnförmig ausgebildet ist.7. Valve (1) according to claim 6, characterized in that the profiling (55) of the yoke (50) and the armature (45) each have a cross section, the mutually facing boundary line is each sawtooth-shaped.
8. Ventil (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (55) des Joches (50) und des Ankers (45) jeweils mit rechteckigen Nu- ten (57) versehen sind, die ineinandergreifen.8. Valve (1) according to claim 6, characterized in that the profiling (55) of the yoke (50) and the armature (45) are each provided with rectangular grooves (57) which engage in one another.
9. Ventil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (55) des Joches (50) und des Ankers (45) jeweils mit dreieckigen Nuten versehen sind, die ineinandergreifen.9. Valve (1) according to claim 6, characterized in that the profiling (55) of the yoke (50) and the armature (45) are each provided with triangular grooves which interlock.
10. Ventil (1) mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (52) des elektromagnetischen Antriebs (2) als zylindrische Spule (51) ausgebildet ist, die innen und außen von einem zylindrischen Joch (50) umgeben ist, wobei an einer Stirnseite des Joches (50) ein flächig ausgebildeter runder Anker (45) angeordnet ist, der über einen Stößel (40) die Ventilspindel (10) betätigt.10. Valve (1) at least one of the preceding claims, characterized in that the electromagnet (52) of the electromagnetic drive (2) is designed as a cylindrical coil (51) which is surrounded on the inside and outside by a cylindrical yoke (50), A flat round anchor (45) is arranged on one end of the yoke (50) and actuates the valve spindle (10) via a tappet (40).
11. Ventil (1 ) mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (45) des elektromagnetischen Antriebs (2) mit einem sich in Bewegungsrichtung des elektromagnetischen Antriebes (2) erstreckenden Stößel (40) verbunden ist, der an der Ventilspindel (10) anliegt, wobei der Stößel (40) in seiner Längsrichtung zu dem Anker (45) verschieblich und festlegbar ausgebildet ist. 11. Valve (1) at least one of the preceding claims, characterized in that the armature (45) of the electromagnetic drive (2) with a plunger (40) extending in the direction of movement of the electromagnetic drive (2) is connected to the valve spindle (10) is applied, whereby the plunger (40) is designed to be displaceable and fixable in the longitudinal direction of the armature (45).
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