Nentilanordnung mit einem gekapselten Wegmeßsystem
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Nentilanordnung mit einem in einem Nentilgehäuse beweglichen Nentilschieber und mit einem in einem mit dem Nentilgehäuse fluidführend verbundenen Gehäuse angeordneten Wegmeßsystem, welches aus einem mit dem Nentilschieber verbundenen und unter Ausbildung eines Spaltes von einem zylindrischen Spulenträger mit einer darauf befindlichen Drahtwicklung umschlossenen, in dem hochgespannten Fluid beweglichen Stößel besteht.
Soweit sich beispielsweise auf dem Gebiet der Hydraulikventile häufig die Problemstellung ergibt, die Bewegung eines in dem mit einem hochgespannten Fluid gefüllten Gehäuseraum beweglichen Nentilkolbens mittels eines Wegmeßsystems zu erfassen, sind sogenannte LNDT- Systeme in einer Ausführung als Wet-Systeme bekannt, bei denen der mit dem Nentilschieber verbundene Stößel in ein das Wegmeßsystem aufnehmendes, mit dem Nentilgehäuse fluidführend verbundenes Gehäuse hineingeführt ist. Der Stößel ist von einem zylindrischen Spulenträger umgriffen, auf dem sich die Drahtwicklung befindet. Da der Stößel in dem hochgespannten Fluid läuft, ist der Spuϊenträger bei den bekannten Sytemen als aus Stahl bestehender Tubus ausgebildet, welcher den Druck
des hochgespannten Fluids aufzunehmen in der Lage ist. Die Anschlußleitungen für die Drahtwicklungen sind an eine außerhalb des Tubus in dem Gehäuse angeordnete Platine angeschlossen, die mittels einer Durchführung in der Gehäusewandung aus dem Gehäuse für das Wegmeßsystem herausgeführt ist.
Mit der bekannten Nentilanordnung ist der Nachteil verbunden, daß der einem erheblichen Druck ausgesetzte Tubus zur besseren Druckverteilung oft mit einer erheblichen Länge ausgeführt sein muß, so daß die Baugröße entsprechend groß ist. Es kommt hinzu, daß der Tubus mit einer in Abhängigkeit von seiner Längserstreckung ausgelegten teils erheblichen Wandstärke ausgeführt sein muß, wobei mit zunehmender Wandstärke die Erfassung der Bewegungen des Stößels mittels der in den Drahtwicklungen induzierten Ströme schwieriger und ungenauer wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nentilanordnung mit den gattungsgemäßen Merkmalen derart weiterzubilden, daß das Wegmeßsystem einfacher aufgebaut und genauer in der Funktion ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welcher dieser Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß die Drahtwicklungen in einem Kunststoffkörper eingebettet sind, der den Innenraum des den Stößel umschließenden Gehäuses unter Ausschluß des den Stößel umgebenden Spaltes vollständig ausfüllt, und daß in der Außenwand des Gehäuses ein von dem Kunststoffkörper ausgefüllter __
Ausschnitt zum Herausführen der in dem Kunststoffkörper von den darin eingebetteten Drahtwicklungen zu dem Ausschnitt geführten Anschlußleitungen aus dem Gehäuse heraus ausgebildet ist.
Die Erfindung beruht somit auf dem Grundprinzip, daß aufgrund des Einsatzes von Kunststoff bei dem Aufbau des Wegmeßsystems die Möglichkeit besteht, die Drahtwicklungen einschließlich der elektrischen Verbindungen zu den Anschlußleitungen vollständig in das Kunststoffmaterial einzukapseln. Aufgrund der Einbettung der Drahtwicklungen in den Kunststoffkörper ist es in einer besonders vorteilhaften Weise möglich, die Drahtwicklungen möglichst nahe an den sich bewegenden Stößel heranzubringen. Hiermit wird die Genauigkeit der Induktionserfassung verbessert. Da Kunststoff weniger widerstandsfähig ist, findet bei der Erfindung die Abstützung des Kunststoffkörpers gegen den auf seine Innenfläche von dem hochgespannten Fluid ausgeübten Druck durch den den Zwischenraum zwischen der äußeren Gehäusewandung und dem Stößel unter Belassung des Spaltes ausfüllenden Kunststoffkörper statt, so daß die Formstabilität des Kunststoffes als Material für die Ausbildung des Spulenträgers gegeben ist. Weiterhin ist bei der Erfindung die beim Stand der Technik noch vorgesehene gesonderte Platine durch den bis in den in der äußeren Gehäusewand des Gehäuses vorgesehenen Ausschnitt geführten Kunststoffkörper ersetzt, wobei in dem Kunststoffkörper die Anschlußleitungen gekapselt bis zu dem Ausschnitt und durch den in dem Ausschnitt liegenden Teil des Kunststoffkörpers aus dem Gehäuse heraus geführt sind.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kunststoffkörper zweiteilig mit einem aus Kunststoff bestehenden Spulenträger und einem dem Spulenträger mit dem darauf angeordneten Drahtwicklungen umschließenden Hüllkörper besteht; zwar wird durch die zweiteilige Ausbildung der Aufwand für Herstellung und Montage vergrößert, jedoch gibt die zweiteilige Ausbildung des Kunststoffkörpers mit Spulenträger und Hüllkörper größere Freiheitsgrade in der Materialauswahl einerseits wie auch in der geometrischen Ausbildung der Teile an sich.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist hinsichtlich der zweiteiligen Ausbildung des Kunststoffkörpers vorgesehen, daß der Spulenträger an seinem dem Nentilgehäuse abgewandten Ende einen radialen, von der stirnseitigen Gehäusewand gestützten Flansch mit einem radialen Fortsatz zur Aufnahme der durch den Spulenträger geführten Anschlußleitungen für die Drahtwicklungen aufweist und daß der den Spulenträger mit Drahtwicklungen umschließende Hüllkörper mit einem radialen Ansatz an dem Fortsatz des Spulenträgers anliegt und dabei die durch den Fortsatz geführten Anschlußleitungen abdeckt, wobei der Ansatz des Hüllkörpers den Fortsatz des Spulenträgers auf dessen äußeren Umfang mit einem axial gerichteten und den Ausschnitt des Gehäuses ausfüllenden Norsprung übergreift, so daß die in dem Fortsatz des Spulenträgers geführten Anschlußleitungen radial durch den Norsprung nach außen geführt sind.
Hierbei kann vorgesehen sein, daß der axiale Norsprung des Hüllkörpers den Fortsatz des Spulenträgers mit einem an seinem Ende zum Stößel einspringenden Haken umschließt, wobei der Haken in einer Aussparung in
der Stirnwand des Gehäuses aufgenommen ist und damit einen Teil der stirnseitigen Gehäusewand bildet; hiermit ist formschlüssige Verbindung von Hüllkörper und Spulenträger verbessert und das System insgesamt stabilisiert.
Soweit in einer zweckmäßigen Weise vorgesehen ist, daß wenigstens der Hüllkörper aus einem inkompressiblen Kunststoff besteht, wird hierdurch für die Abstützung des die Drahtwicklungen aufnehmenden Bereichs des Kunststoffkörpers insgesamt gegen die Innenwandung des Gehäuses Rechnung getragen.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung können Hüllkörper und Spulenträger aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei beispielsweise der mit der Drahtwicklung versehene Spulenträger mit dem für die Ausbildung des Hüllkörpers verwendeten Kunststoff umspritzt werden kann.
Soweit Hüllkörper und Spulenträger aus dem gleichen Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus einem inkompressiblen Kunststoff, bestehen, kann vorgesehen sein, daß getrennte Bauteile hergestellt werden, die bei der Montage der Ventilanordnung bzw. des Wegmeßsystems zusammenfügbar sind, oder Hüllkörper und Spulenträger sind als ein einteiliger Körper ausgebildet, in den bei dessen Herstellung bereits die Drahtwicklungen eingebracht sind.
Hinsichtlich der Ausbildung des Gehäuses ist nach einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß das Gehäuse an seiner stirnseitigen Gehäusewand einen mit dem stirnseitigen Gehäusedeckel zu
verschließenden Öffnung aufweist, wobei der stirnseitige Gehäusedeckel mit einem Absatz formschlüssig in die Öffnung bis zur Anlage an dem Flansch des Spulenträgers eingreift.
Im Hinblick auf die Ausbildung des Hüllkörpers kann vorgesehen sein, daß in der stirnseitigen Gehäusewand eine Aussparung zur Aufnahme des Hakens des Hüllkörpers angebracht ist und der Haken als Teil der stirnseitigen Gehäusewand von dem aufgesetzten Gehäusedeckel abgestützt ist.
Die Erfindung schließt auch Aus führungs formen ein, bei denen sich der Ventilschieber mit dem damit verbundenen Stößel auch durch die stirnseitige Wand des das Wegmeßsystem aufnehmenden Gehäuses hinaus erstreckt, so daß in einer axialen Verlängerung neben dem das Wegmeßsystem aufnehmenden Gehäuse noch ein gesonderter Aktuator für die Steuerung der Bewegungen des Ventilkolbens angeschlossen sein kann; ein derartiger Aktuator für eine gattungsgemäße Ventilanordnung bei Hydraulik- oder Druckluftventilen ist in der WO02/41332 beschrieben.
Zur Ausführung der elektrischen Anschlüsse des Wegmeßsystems ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß das Gehäuse eine Gehäusebohrung zur Aufnahme des Wegmeßsystems und eine den Ausschnitt der Außenwand des Gehäuses mit den dadurch geführten Anschlußleitungen aufnehmenden Bereich überdeckende und von einem gesonderten Deckel verschlossene Gehäusekammer aufweist, wobei die durch den im Gehäuseausschnitt liegenden Teil des Kunststoffkörpers geführten Anschlußleitungen in der zusätzlichen Gehäusekammer enden.
Somit steht die zusätzlich ausgebildete Gehäusekammer zur Ausführung der entsprechenden Anschlüsse für das Wegmeßsystem zur Verfügung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ventilanordnung in einer Gesamtansicht,
Fig. 2 die Ventilanordnung gemäß Fig. 1 in einem ausschnittsweise auf das Wegmeßsystem konzentrierten Längsschnitt,
Fig. 3 den Spulenträger des Wegmeßsystems in einer perspektivischen Einzeldarstellung,
Fig. 4 den Hüllkörper des Wegmeßsystems in einer perspektivischen Einzeldarstellung,
Fig. 5 daß das Wegmeßsystem aufnehmende Gehäuse in einer perspektivischen Einzeldarstellung.
Die aus Figur 1 insgesamt ersichtliche Ventilanordnung 10 besteht aus einem Ventilgehäuse 1 1 mit den zugehörigen Anschlüssen 50 für die mit der Ventilanordnung 10 zu steuernden Arbeitsgeräte. An der in der Darstellung der Figur 1 linken Seite des Ventilgehäuses 1 1 schließt ein Federgehäuse 12 zur Beaufschlagung des in dem Ventilgehäuse beweglichen Ventilschiebers an, während an der gegenüberliegenden, rechten Seite des Ventilgehäuses ein das Wegmeßsystem als Gegenstand der nachstehend zu beschreibenden Erfindung aufnehmendes Gehäuse 13
befestigt ist. Das Gehäuse 13 ist in einer zu beschreibenden Weise durch einen stirnseitigen Gehäusedeckel 14 verschlossen, an den ein Aktuatorgehäuse 15 zur Steuerung der Bewegungen des Ventilschiebers angebunden ist.
Wie sich im einzelnen aus Figur 2 ergibt, ist in dem Ventilgehäuse 1 1 ein Ventilschieber 16 unter der Wirkung eines im Ventilgehäuse 1 1 angeordneten Federsystems 17 beweglich. Mit dem Ventilschieber 16 ist, vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung, ein Stößel 18 verbunden, der aus dem Ventilgehäuse 1 1 heraus in eine in dem anschließenden Gehäuse 13 ausgebildete Gehäusebohrung 19 verläuft, die von einer Außenwand 20 des Gehäuses umschlossen ist. Der Stößel 18 ist unter Ausbildung eines Spaltes 22 von einem Kunststoffkörper umgeben, der den weiteren Innenraum der Gehäusebohrung 19 bis zur Anlage an der Außenwand 20 des Gehäuses 13 vollständig ausfüllt und dessen Aufbau nachstehend noch näher erläutert wird. Da das Gehäuse 13 fluidführend mit dem Ventilgehäuse 11 verbunden ist, steht in dem von dem Kunststoffkörper 23, 26 umschlossenen Fluidraum 21 , in welchem der mit dem Ventilschieber 16 verbundene Stößel 18 längsbeweglich ist, das hochgespannte Fluid an.
Wie sich weiterhin aus Figur 2 unter Hinzuziehung der Figur 3 ergibt, besteht der den Stößel 18 umschließende Kunststoffkörper aus einem inneren, den Stößel 18 mit einem möglichst geringen Abstand umschließenden zylindrischen Spulenträger 23, der in der Mitte seiner Längserstreckung durch eine radiale Trennwand 41 unterteilt ist, so daß in den dadurch gebildeten Teilabschnitten jeweils eine nicht dargestellte Drahtwicklung angeordnet sein kann. An seinem dem Ventilgehäuse 1 1
entgegengesetzten Ende weist der Spulenträger 23 einen radialen Flansch 24 auf, in welchem Kanäle 40 zur Aufnahme der von den auf dem Spulenträger 23 befindlichen Drahtwicklungen wegführenden Anschlußleitungen ausgebildet sind. Soweit sich der äußere Umfang des radialen Flansches 24 an der Innenseite der Außenwand 20 des Gehäuses 13 abstützt, ragt der radiale Flansch 24 mit einem radialen Fortsatz 25 in einen in der Außenwand 20 des Gehäuses 13 gebildeten Ausschnitt 30 hinein.
Wie sich weiterhin der Figur 2 unter Hinzunahme der Figur 4 entnehmen läßt, ist ein den Spulenträger 23 auf dessen Außenseite umschließender Hüllkörper 26 vorgesehen, der den Ringraum zwischen dem Spulenträger
23 und der Innenseite der Außenwand 20 des Gehäuses 13 vollständig ausfüllt und dabei die auf dem Spulenträger 23 befindlichen Drahtwicklungen umschließt und abdeckt. An seinem dem radialen Flansch
24 des Spulenträgers 23 zugewandten Ende bildet der Hüllkörper 26 einen gegen den Fortsatz 25 des Spulenträgers 23 anliegenden Ansatz 27 aus, so daß die in dem Fortsatz 25 des Spulenträgers 23 in den Kanälen 40 geführten Anschlußleitungen von dem Ansatz 27 des Hüllkörpers 26 abgedeckt sind. An seinem freien Ende übergreift der Ansatz 27 des Hüllkörpers 26 den Fortsatz 25 des Spulenträgers 23 mit einem axial gerichteten Vorsprung 28, in dem Durchtrittsöffnungen 42 für die in dem Fortsatz 25 des Spulenträgers 23 radial verlaufenden Anschlußleitungen ausgebildet sind. Der axiale Vorsprung 28 füllt dabei den in der Außenwand 20 des Gehäuses 13 ausgebildeten Ausschnitt 30 vollständig aus, so daß die aus dem Vorsprung 28 austretenden Anschlußleitungen nunmehr außerhalb der das Wegmeßsystem aufnehmenden Gehäusebohrung 19 enden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umschließt der axiale
Vorsprung 28 des Hüllkörpers 26 weiterhin den Fortsatz 25 des Spulenträgers 23 mit einem an dem Ende des Vorsprunges 28 zum Stößel 18 einspringenden Haken 29, wobei der Haken 29 in einer Aussparung 31 in der Stirnwand 32 des Gehäuses 13 aufgenommen ist und dabei einen Teil der stirnseitigen Gehäusewand 32 bildet. Mit der hakenförmigen Ausbildung wird erreicht, daß sich der innseitig unter hohem Druck des im Fluidraum 21 anstehenden Fluids stehende Spulenträger 23 mit seinem radialen Flansch 24 bzw. Fortsatz 25 nicht radial verformt, sondern durch die hakenförmige Gestaltung des Ansatzes 27 des Hüllkörpers 26 abgestützt ist. Dabei kommt der Haken 29 in einer in der stirnseitigen Gehäusewand 32 entsprechend ausgebildeten Aussparung 31 zu liegen, so daß der Haken 29 einen Teil der stirnseitigen Gehäusewand 32 bildet. Zur Verbesserung der Stabilität wird der Haken 29 auf seiner Außenseite von dem die im Inneren des Gehäuses 13 ausgebildete Gehäusebohrung 19 verschließenden stirnseitigen Gehäusedeckel 14 übergriffen und abgestützt; dieser Gehäusedeckel 14 springt mit einem Absatz 33 in die Gehäusebohrung 19 ein und stützt durch Anlage an der Außenseite des radialen Flansches 24 den radial durch die hakenförmige Gestaltung des Ansatzes 27 des Hüllkörpers 26 abgestützten Flansch 24 des Spulenträgers 23 auch axial ab.
Der stirnseitige Gehäusedeckel 14 weist seinerseits eine entsprechend abgedichtete Durchführung für den durch den Gehäusedeckel 14 weitergeführten Stößel 18 aus, wobei in diesem Gehäusedeckel 14 ein weiteres Federsystem 34 zur Beaufschlagung des Stößels angeordnet ist. An den Deckel 14 schließt, wie gesagt, das Aktuatorgehäuse 15 mit einer nicht weiter beschriebenen Aktuatoranordnung an.
Aus Figur 2 in Verbindung mit Figur 5 ergibt sich ferner, daß das Gehäuse 13 eine den Ausschnitt 30 der Außenwand 20 mit dem dadurch geführten Anschlußleitungen aufnehmenden Bereich überdeckende Gehäusekammer 35 ausbildet, die von einem gesonderten Deckel 36 verschlossen ist. Insofern steht die Gehäusekammer 35 zur Ausbildung entsprechender Anschlüsse an die in die Gehäusekammer 35 hineinragenden Enden der Anschlußleitungen für die auf dem Spulenträger 23 befindlichen Drahtwicklungen zur Verfügung.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein .