WO2011085767A1 - Elektromagnetisch schaltbares ventil zum einbau in einen einbaublock - Google Patents

Elektromagnetisch schaltbares ventil zum einbau in einen einbaublock Download PDF

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WO2011085767A1
WO2011085767A1 PCT/EP2010/007599 EP2010007599W WO2011085767A1 WO 2011085767 A1 WO2011085767 A1 WO 2011085767A1 EP 2010007599 W EP2010007599 W EP 2010007599W WO 2011085767 A1 WO2011085767 A1 WO 2011085767A1
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WO
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valve
valve housing
actuator assembly
axial
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/007599
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English (en)
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Marcus Kabst
Kae Shyuan Tan
Stefan Röder
Theodor Gold
Rainer Stock
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/003—Housing formed from a plurality of the same valve elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • 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
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/061—Sliding valves
    • F16K31/0613—Sliding valves with cylindrical slides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0668—Sliding valves

Definitions

  • Electromagnetically switchable valve for installation in a built-in block
  • the present invention relates to an electromagnetically switchable valve and a built-in or control block for receiving the electromagnetically switchable valve.
  • a solenoid valve is a valve that is actuated by an electromagnet that is typically axially mounted in extension to a valve piston or valve body on the valve housing and that electromagnetically attracts or repels a magnetic tie rod mechanically coupled to the valve piston / body against the biasing force of a spring , Solenoid valves of this type can also be equipped with a travel detection for the valve piston / body in order to be able to be operated as servo valves in this case. Basically, such solenoid valves are distinguished in the prior art in directly controlled valves, servo-controlled valves, positively controlled valves and pressure-controlled valves.
  • the present invention essentially relates to the category of
  • a sealing element i. preferably one
  • Valve piston or body is switched directly via the magnet system.
  • Here must regularly lift the sealing element against an effective operating pressure solely by the electromagnetic drive from the valve seat. Possibly. supported by the medium pressure, a closing spring keeps the valve closed.
  • Such a valve design is also referred to as a “normally closed” valve (NC valve), but in the reversing train there is also a valve design (referred to as “normally opened” - 1) Valve or NO valve), in which the spring biases the sealing element in the open position and the electromagnetic drive forces the sealing element in the closed position.
  • Plate anchor design to provide the required magnetic forces for the purpose of overcoming the dynamic flow forces on the valve piston and thus to ensure the required switch-on
  • This valve in the form of a poppet valve
  • This valve has a valve piston for frontally opening and closing an inlet port, wherein the valve piston is provided at an axial inner end portion with a perforated (perforated) anchor plate.
  • the anchor plate is in one
  • Anchor plate space axially displaceable, which is axially below a
  • Electromagnet i.e., between solenoid and valve piston
  • Electromagnet essentially consisting of a magnetic core and a magnetic coil arranges. Furthermore, the valve piston is biased by a spring in the closing direction, which is accommodated in a spring chamber surrounded by the magnetic core.
  • the input connection receives a fluid connection to the spring chamber via an axial passage bore formed in the valve piston and from there to an outlet connection of the valve.
  • Valve elements are here in open design in a trained in a block
  • a particular object of the invention is to extend the life of the valve device by reducing the mechanical and / or thermal stresses occurring during operation. Another special goal is the
  • the (electromagnetically actuated) valve now has a valve spool axially slidably mounted in a valve-own one-piece or multi-piece valve housing and an electromagnet
  • Electromagnet is in this case positioned so that it is preferably completely received in the valve housing. In this way it is achieved that heat generated during operation of the electromagnet is released to a large extent in the valve housing and thus the operating temperature of the valve and in particular of the electromagnet decreases. This reduction in thermal stress extends the average life of the valve.
  • the valve housing is designed as a valve cartridge for preferably complete reception in a valve block.
  • the valve can thus be pre-assembled, which simplifies and accelerates its installation.
  • the valve cartridge receiving mounting or receiving bore on the side of the mounting block can thus be simplified and therefore easily manufactured, since all design measures for long-term storage of the valve spool, etc. are implemented in the valve cartridge.
  • Pushing the valve cartridge into the valve block ensures that the electromagnet also enters the valve block or is completely submerged in it so that heat energy can be released over the valve cartridge into the valve block over a large area. As a result, a temperature accumulation in the solenoid can be avoided.
  • An advantage of this is to form the valve housing in an axial portion receiving the electromagnet on its outer shell side with a heat transfer surface.
  • This heat transfer surface itself is characterized in the present case preferably by a particularly smooth (possibly ground and / or polished) surface, which receives as much surface contact with the built-in block, thereby a large Generate heat transfer path. Possibly.
  • the valve housing at least in the axial portion accommodating the electromagnet, may be made of a material which has good thermal conductivity, such as, for example, a metal material, aluminum, copper or the like or additionally coated on the shell side with such a material in order to achieve good heat transfer to the installation block.
  • a material which has good thermal conductivity such as, for example, a metal material, aluminum, copper or the like or additionally coated on the shell side with such a material in order to achieve good heat transfer to the installation block.
  • Circumferential paragraphs are divided, which gradually, starting from an axial end portion of the valve housing in the direction of the electromagnet receiving
  • Expand valve body section radially.
  • This structure is particularly easy to manufacture and is therefore inexpensive. Also, the assembly of such a shaped valve cartridge designed as little problematic. In this case, it proves to be particularly favorable to axially delimit the individual peripheral shoulders by radially projecting circumferential sealing strips, the diameter of which also increases gradually starting from the axial end section of the valve housing in the direction of the section accommodating the electromagnet, the radius of the section
  • Solenoid receiving valve housing portion is greater than the radius of the immediately axially adjacent, the largest diameter peripheral sealing strip.
  • the sealing strips create connection chambers for the valve cartridge in the valve block, which are easy to seal. This also contributes to the reduction of
  • the (hydraulic) control device accordingly provides a control or installation block, which is formed with at least one valve receiving bore and into which a valve according to one of the preceding claims is installed such that the portion of the valve cartridge accommodating the electromagnet or the electromagnet is moved into the control block (FIG. essentially) is completely absorbed (sunk).
  • a control or installation block which is formed with at least one valve receiving bore and into which a valve according to one of the preceding claims is installed such that the portion of the valve cartridge accommodating the electromagnet or the electromagnet is moved into the control block (FIG. essentially) is completely absorbed (sunk).
  • valve bore in the mounting block is easy in the present case, the use of a pre-assembled valve cartridge and thus cost. It is therefore particularly suitable for the installation of high volumes, since it can be produced for example by means of a so-called step tool. The machining effort can therefore be kept low.
  • the cover plate may be formed or equipped with contacts (which are freely accessible from the outside) via which the electromagnet can be controlled.
  • the cover plate with a
  • Access opening form, which serves for the passage of cables and / or plugs. It is also advantageous, the valve receiving bore at least in the region with which the magnetic receiving portion of the valve cartridge (if installed) in contact,
  • valve cartridge preferably forms a press fit with the valve cartridge to optimum
  • Valve cartridge and the receiving bore in the mounting block at least partially be introduced a heat conductive paste.
  • control or mounting block according to the invention for receiving at least one valve according to the invention, this with at least one
  • Forming hole (blind hole) for the valve which in one of the number of connections of the valve corresponding number of inner peripheral paragraphs in the
  • the inner peripheral shoulders widen gradually starting from an axial (inner) end portion of the receiving bore in the direction of
  • control block outer side radially, wherein the last in this direction peripheral shoulder in the mounting block for preferably press-fitted receiving the solenoid receiving axial housing portion of the valve, for example, smooth-walled (such as by grinding or polishing) is formed. This ensures that the magnet receiving portion of the valve cartridge receives the largest surface contact with the mounting block and thus at minimal possible size of the valve particularly much
  • an (electromagnetically actuated) valve is provided with a valve slide which is axially displaceable in a valve bore formed in a valve housing (designed as a valve cartridge) and an electromagnetic actuator assembly (electromagnet) for (pulling) actuation of the valve spool preferably against a return spring.
  • the valve spool according to the invention has a number of control windows in the form of axially spaced outer circumferential grooves which cooperate with control edges for opening and closing the valve formed by axially spaced inner circumferential grooves in the valve bore of the valve housing.
  • control windows of the valve slide are fluid-separated by seals, in particular gap seals, which are received on the valve slide between the control windows or in the valve bore and press sealingly on the respective other component.
  • seals in particular gap seals
  • the control window in the valve slide in cooperation with the control edges in the valve housing at least two in the same direction actuated opening / closing cross sections.
  • valve spool is preferably hydrostatically as well as hydrodynamically due to the same surfaces, which are acted upon by the same pressure, but are oriented in opposite directions
  • the electromagnetic actuator assembly comprises a magnet pot, a coil accommodated therein and a spacer ring or a magnet cup formed axial projection which is supported within a formed of the valve bore (in axial extension of the valve spool) actuating portion on the valve housing to define an armature space axially between the magnet pot and the valve spool.
  • an armature plate directly coupled to the valve spool is axially movably accommodated over a distance determined by the spacer ring or projection.
  • valve bore in the axial direction in several stages with continuously increasing diameter, wherein the valve spool receiving portion is single stage and the magnetic Aktorbauxx receiving portion is also at least one stage with a diameter larger than the diameter of the valve spool portion of the through hole.
  • valvespool in the form of at least one circumferential groove which cooperates with control edges formed by axially spaced circumferential grooves in the valve bore for opening and closing the valve.
  • the control window may be sealed by axially spaced seals, preferably gap seals, urged against the inner wall of the valve bore.
  • valve housing is formed on the outside with axially continuous, radially increasingly graduatedmaysab mechanismsn.
  • the valve spool may be hydrostatically as well as hydrodynamically force balanced preferably due to the same surfaces which are acted upon by the same pressure, but are oriented in opposite directions.
  • an anchor plate made of a magnetic material for example, by pressing, gluing, etc. is fixed to an end portion of the valve slide, further preferably subsequently (ie after attachment of the anchor plate on the valve spool) of the valve spool and the anchor plate for concentric alignment together finished especially heat treated and / or surface-coated.
  • valve housing is at least in the region of its outer radial peripheral surface and / or its inner valve bore heat-treated and / or surface-coated.
  • valve spool may also be heat-treated and / or surface-coated at least in the region of its outer radial peripheral surface. As a result, abrasions in the region of sliding components can be reduced.
  • valve spool with an axial
  • Leakage trimgangsbohrung is provided which fluidly connects the armature space with a leakage port of the valve. This has the advantage that a force acting on the armature plate fluid resistance is reduced and the weight of the valve spool is reduced. This reduces the switching time of the valve.
  • Fig. 1 shows the longitudinal section of a solenoid valve according to a first preferred
  • Embodiment of the invention in the variant of an NC valve with a built-in spacer ring between an electromagnet and the bottom of a magnetic receiving space in the valve housing for defining an anchor plate space,
  • FIG. 2 shows the longitudinal section of the solenoid valve according to FIG. 1 in the variant of an NC valve without a spacer ring
  • FIG. 3 shows the top view of a valve fastening preferably in the form of a holding or cover plate
  • FIG. 4 shows the longitudinal section of a solenoid valve according to a second preferred embodiment of the invention in the variant of an NC valve with a built-in spacer ring between an electromagnet and the bottom of a magnet receiving space in the valve housing for defining an anchor plate space,
  • FIG. 5 shows the longitudinal section of the solenoid valve according to FIG. 4 in the variant of an NC valve without spacer ring, FIG.
  • FIG. 6 shows the operating principle of a two-edge-edged valve according to the second preferred embodiment of the invention with opposite directions of flow
  • Fig. 7 shows the switching symbols for a valve according to the first preferred
  • Fig. 8 shows the switching symbols for a valve according to the second preferred
  • Fig. 9 shows a longitudinal section through a built-in valve with built-in valve according to the second preferred embodiment
  • FIG. 10 shows a perspective longitudinal section through the built-in block according to FIG.
  • Fig. 1 is a longitudinal section a fast-switching switching valve of the
  • the valve of the first embodiment is in the form of a valve cartridge (2/2-way cartridge valve) is formed, and thus has a substantially cylindrical valve-own housing 1, in which an axial valve bore is formed through.
  • the valve bore can be subdivided into two sections, namely a valve spool section forming a number of control edges and an actuating section receiving an electromagnetic actuator subassembly.
  • Valve slide portion of the valve bore is executed in the present embodiment of FIG. 1 in one stage with a small bore diameter, wherein two axially spaced circumferential grooves are formed in the slide portion of the (valve) through-bore.
  • two axially spaced circumferential grooves are formed in the slide portion of the (valve) through-bore.
  • Valve housing 1 the slide portion of the through hole is radially turned (or widened), wherein the radial recess is provided with an internal thread.
  • a stop screw 16 is screwed, in which an axially extending
  • Leakage through hole L is formed.
  • a stopper instead of the stop screw 16, which is pressed into the valve bore. The immediately adjacent to the slide portion of the through hole
  • Operating portion of the through hole has a relation to the slider portion substantially larger inner diameter, wherein the radially inner transition edge between the actuating portion and the slider portion of the through hole is chamfered.
  • the actuating portion extends axially to the other axial end side of the valve housing 1, wherein the actuating portion in the axial end or End Scheme of the housing 1 in two axially spaced stages radially rotated (or widened).
  • the axially last Ausfrase the confirmation section of the through hole has an internal thread into which a screw plug 1 1 in the form of a ring with
  • closure screw 11 may also be replaced by a sealing plug which is pressed into the valve bore.
  • valve slide 2 In the slide portion of the axial through hole, a valve slide 2 is inserted axially displaceable.
  • the valve spool 2 has in its middle section
  • Control window (in the form of a circumferential groove), which is arranged and designed such that in the event that the valve spool 2 abuts the stopper screw 16
  • valve slide 2 (Closing position), the two formed in the slide portion of the through hole inner circumferential grooves (which form the control edges of the valve) of the valve slide 2 are fluid-separated. Furthermore, the valve spool 2 with an axial
  • Valve spool 2 is a flat anchor (anchor plate) 3 firmly attached.
  • the plate-shaped flat armature 3 preferably has a number of axial through holes (it is so perforated) and is held axially displaceable in the large-diameter operating portion of the through hole.
  • the actuator assembly In a predetermined axial distance to the flat armature 3 (away from the valve spool 2), the actuator assembly is arranged in the operating portion of the through hole. This predetermined axial distance is adjusted according to the present embodiment by means of a spacer ring 15 which extends at the bottom of the actuating portion of
  • Through hole supported and serves as an axial stop for the actuator assembly.
  • the actuator assembly itself consists of an outer, sleeve-shaped magnet pot 4, which is inserted into the actuating portion of the through hole and which rests against the spacer ring 15 at its end face.
  • a bobbin 5 is inserted, on which a coil 6 is wound.
  • contact pins 7 are also used on its side facing away from the flat armature 3 end face extending axially into the annular plug 1 1 before.
  • the magnet pot 4 has an inner
  • a stop pin 17 Through hole into which a stop pin 17 is inserted.
  • an axial blind hole is formed on a flat armature 3 facing end face into which a valve spring 18 is inserted.
  • the valve spring 18 exerts a biasing force on the valve spool 2 in the direction of the stopper screw 16.
  • a bearing pin is formed on this, which is inserted in a fluid-tight sealing disc 8.
  • the sealing disc 8 is supported sealingly radially on the actuating portion of the (valve) through hole and in this case is supported axially on the annular locking screw 11.
  • the sealing disc 8 thus forms over the locking screw 11 an abutment for the biasing spring 18th
  • a corrugated spring 19 is axially interposed between the magnet pot 4 and the sealing disc 8, which is also supported on the sealing disc 8 as an abutment and presses the magnet pot 4 against the spacer ring 15 for an axial tolerance compensation.
  • the contact pins 7 protrude through the corrugated spring 19 and the sealing washer 8 up to the closure screw 19 therethrough.
  • a corresponding number of through holes are formed in the sealing washer 8, in which contact pin sealing elements 10 preferably consisting of an insulator bushing, an O-ring and a
  • sealing disc 8 has a circumferential O-ring 9 which is inserted in a circumferential groove in the sealing disc 8 and against the inner wall of the actuating portion of the
  • the valve housing 1 has on its outer side a number of axially spaced circumferential paragraphs with different diameters.
  • the peripheral outer side of the valve housing 1 according to FIG. 1 is essentially subdivided into three peripheral shoulders. In the region of the sliding portion of the valve housing 1 are two
  • Valve housing 1 defined or limited in the installation or valve block.
  • Peripheral sealing strips axially limited.
  • a first circumferential sealing strip in the region of the slide portion of the valve housing. 1
  • Circumferential grooves are formed, are inserted into the corresponding sealing rings 14.
  • three axially spaced circumferential heels can be fluid-tightly separated from each other when the valve housing 1 is used in a built-in or valve block.
  • the two peripheral shoulders are substantially on the same axial plane as the two circumferential grooves within the through hole and are fluidly connected to each other via radially extending bores.
  • the two formed in the slide portion of the valve housing on the outside circumferential heels form a pump port P and a working port A.
  • the valve described above is thus a 2/2-way valve
  • Solenoid valve design in single-entry edge design Solenoid valve design in single-entry edge design.
  • the quick-switching switching valve shown in FIG. 2 also in
  • valve shown in FIG. 1 and FIG. 2 is thus in principle an electrically actuated 2/2-way valve in spool design (NC valve) with said connections
  • the pump connection P and the working connection A can be interchanged. It should also be pointed out that, depending on the field of application of the electromagnetically actuated valve according to the invention according to FIGS. 1 and 2, the pump connection P can also be a tank connection T.
  • the valve may also be as shown in Fig. 7, in two different
  • the valve is closed at rest.
  • a valve is also referred to as an NC valve (NC stands for "normally closed") .
  • NC normally closed
  • This valve is fully open when the electromagnet is in the confirmed state, and corresponds to the design shown in FIGS.
  • valve In the embodiment shown on the right in FIG. 7, the valve is open when at rest. This valve is normally referred to as a NO valve (NO stands for "normaly open") . This valve is therefore in the confirmed state of the
  • Electromagnet completely closed.
  • the biasing spring 18 would be placed on the side of the stopper screw 16 to press the valve spool against the stopper pin 17.
  • the electromagnet would in this case no pulling effect (as shown in FIGS. 1 and 2) but a pressing effect on the valve spool. 2
  • the NO version is merely a modification to the valve spool for a reversal of the corresponding functions.
  • the valve spool 2 Retired of the valve (according to FIG. 1 in NC design), the valve spool 2 is pressed by the valve spring 18 against the stop screw 16.
  • the connection between the P and the A channel (connection) is interrupted by the valve spool 2, so that no volume flow can flow.
  • the bracing force of the spring 18 required for the positioning of the slider 2 is realized by installing the spring 18 in the corresponding installation space in the stop pin 17. This is based, as already stated above, on the sealing disc 8, which via the locking screw 1 1 in
  • Valve housing 1 is fixed.
  • the sealing washer 8 further assumes the function of attaching the actuator assembly.
  • About the corrugated spring 19 of the magnetic pot 4 is pressed from soft magnetic sintered material to the spacer ring 15 of a non-magnetizable active ingredient, which in turn is supported on the valve housing 1.
  • the spacer ring 15 takes on the one hand, the function of adjusting the residual air gap (predetermined axial distance) with actuated magnet and on the other hand, the reduction of the leakage flux of the actuator.
  • the function of the corrugated spring 19 consists essentially in the production-related tolerance compensation of the existing tolerance chain and to limit the assembly forces on the magnet pot. 4
  • valve assembly shown in FIG. 2 can be used. In this can be dispensed with a step in the stop pin 17 and the magnet pot 4 on the spacer ring 15, which has a reduction of the tolerance chain and thus manufacturing and assembly costs result.
  • the magnetic circuit is closed when actuated actuator by the flat armature 3, which is shrunk onto the slider 2, for example by means of a press fit.
  • the slide 2 comes to the stop pin 17 to the plant, which thus determines the stroke of the valve.
  • sealing element 14 may be, for. B. to R-rings, O-rings with corresponding support rings but also to act on any other forms of sealing elements.
  • Further external sealing points are located between the sealing disk 8 and the valve housing 1 and between the contact pins 7 and the sealing disk 8 for sealing the actuator space filled with the medium.
  • FIGS. 4 and 5 a second exemplary embodiment of a fast-switching shift valve is shown this time in a two-edge design according to the invention.
  • the shift-way valve in a two-edge design according to FIGS. 4 and 5 differs from the above-described shift-way valve in the control-edge embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • the electromagnetically actuated, fast-switching switching valve according to FIG. 4 is likewise divided axially into a slide section and an actuating section, in accordance with the solenoid valve according to FIGS. 1 and 2.
  • the actuating portion of the valve according to FIG. 4 corresponds both within the valve bore and on the outer circumference of the valve housing 1 to the actuating portion of the solenoid valve according to FIG. 1, so that at this point to the relevant above
  • valve housing 1 formed in the valve housing 1 through the valve bore with three axially spaced circumferential grooves is formed (in the first embodiment, there are two).
  • valve spool 2 according to the second preferred embodiment, two axially spaced control windows, which are arranged and dimensioned such that the
  • Valve slide 2 when coming into contact with the stopper screw 6 fluidly separated from each other the three circumferential grooves.
  • This switching state is shown in FIG. 4 (and also FIG. 5).
  • the outer peripheral side of the valve housing 1 in the region of the sliding portion is also divided in accordance with the embodiment shown in Figures 1 and 2 into a number of circumferential grooves in the valve bore corresponding number of outer peripheral paragraphs.
  • a first circumferential shoulder in the frontal region of the valve body 1 is formed with a small diameter AD1, which merges axially toward the actuating portion in a second circumferential shoulder with a mean diameter AD2, which in turn adjoins in the axial direction at a third peripheral shoulder with a larger diameter AD3.
  • This third peripheral shoulder is ultimately limited in the axial direction by the largest diameter circumferential shoulder AD4 in the region of the actuating portion of the valve housing 1.
  • the peripheral paragraphs AD1 to AD3 are also by
  • Peripheral sealing strips separated from each other, wherein a first circumferential sealing strip is formed on the outer end side of the slide portion of the valve housing 1.
  • This peripheral sealing strip has a larger diameter D1 than the immediately adjacent first peripheral shoulder AD1.
  • Peripheral sealing strip formed with a diameter D3, which is greater than the third peripheral shoulder AD3, but smaller than the peripheral shoulder AD4 in the region of
  • All peripheral sealing strips D1-D3 and the peripheral paragraph AD4 in the region of the actuating portion in the transition region to the immediately axially adjacent third peripheral shoulder AD3 are formed with circumferential grooves in which sealing rings 14 are used.
  • the solenoid valve shown in FIG. 4 is thus in principle an electromagnetically actuatable 2/2-way valve in sliding design with the connections P for a pump connection or a pressurized oil supply,
  • This tank connection L is formed in the form of an axial through-bore by the stopper screw 16. Furthermore, the pump port P is represented by the middle, that is, the second circumferential shoulder AD2, whereas the two Working connections ⁇ - ⁇ and A 2 are formed by the first and third peripheral paragraph AD1, AD3 in the region of the sliding portion of the valve housing 1.
  • Valve housing 1 are each substantially on an axial plane with the inner
  • Circumferential positioned in the through hole of the valve housing 1 and are connected to the respectively associated circumferential grooves via radial bores in the valve housing.
  • Valve housing 1 is fixed.
  • the sealing washer 8 further assumes the function of attaching the actuator assembly.
  • the spacer ring 15 thus assumes in accordance with the first preferred embodiment, on the one hand, the function of adjusting the residual air gap with actuated magnet and on the other hand, the reduction of the leakage flux of the actuator.
  • the function of the corrugated spring 19 is also here essentially in the production-related tolerance compensation of the existing tolerance chain and to limit the assembly forces on the magnet pot.
  • valve assembly shown in Fig. 5 can be used.
  • this can be dispensed with a step in the stop pin 17 and the magnet pot 4 on the spacer ring 15, which has a reduction of the tolerance chain and thus the manufacturing and assembly costs result.
  • the magnetic circuit is closed when actuated actuator by the flat armature 3, which is also shrunk onto the slider 2 preferably by means of a press fit. In this operating state of the valve, the slide comes to the stop pin 17 to the plant, which thus determines the stroke of the valve.
  • connection P via the first control edge to connection A and simultaneously via the second control edge from connection P to connection A 2 . Due to the resulting
  • Port P and leakage oil port L is discharged through the L port.
  • FIGS. 9 and 10 show an installation or control block in which a valve according to the second preferred embodiment of the invention is used as an example. Alternatively, however, a valve according to the first preferred embodiment may be installed.
  • the built-in block is for this purpose formed with a stepped receiving bore consisting of a blind hole with four bore diameter stages, of which the step is formed with the smallest diameter at the inner end portion of the blind hole and the axially adjoining stages are increasingly radially expanded towards the front of the Einbaublocks.
  • the diameters of the steps correspond essentially to the diameters of the respective circumferential sealing lines or the
  • cartridge-shaped valve housing 1 in the blind hole from the front of the Built-in blocks can be used and in this case create the sealing elements 14 sealingly against the blind hole.
  • valve cartridge is pushed so far into the blind hole that the
  • Electromagnetic actuator assembly is completely absorbed in the blind hole.
  • the insertion depth limits the collar-shaped stop flange on one
  • the blind hole in the region of the actuating portion of the valve housing has a diameter such that the valve cartridge is preferably press-fitted in this area in the blind hole.
  • valve housing 1 preferably a clearance fit
  • valve housing 1 Introduction / coating of the valve housing 1 with a thermally conductive paste, thereby improving the heat transfer from the valve housing 1 in the Einbaublock.
  • Fixing screws 12 is screwed to the outside of the mounting block.
  • the cover plate 13 has a substantially centrally formed
  • cover plate 13 with contact pin adapters (not shown), which when placing the plate 13 on the outside the Einbaublocks come into contact with the contact pins 7 at one end and form on the outer side of the contact plate 13 freely accessible connections.
  • contact pin adapters not shown
  • the blind bore is fluid-tightly subdivided into three annular chambers by the circumferential sealing lines formed on the valve housing 1, which form the pressure port P and the two consumer ports A1 and A2.
  • the installation block also a number of holes are formed, which with the
  • Ring chambers are connected and to the outer terminals of the built-or
  • a work connection (general)

Abstract

Offenbart wird ein Ventil mit einem Ventilschieber (2), der axial verschiebbar in einem Ventilgehäuse (1) gelagert ist und einem Elektromagneten (6) zum Betätigen des Magnetschiebers. Der Elektromagnet (6) ist hierbei im Ventilgehäuse (1) vorzugsweise vollständig aufgenommen. Ferner ist ein Steuerblock zur Aufnahme zumindest dieses einen Ventils offenbart mit zumindest einer Aufnahmebohrung für das Ventil, die in eine der Zahl der Anschlüsse des Ventils entsprechende Anzahl an Umfangsabsätzen (AD1,..., AD4) unterteilt ist, die sich ausgehend von einem axialen Endabschnitt der Ventilbohrung stufenweise in Richtung zur Steuerblockaußenseite radial aufweiten. Der in dieser Richtung letzte Umfangsabsatz ist zur vorzugsweise pressgepassten Aufnahme eines den Elektromagneten aufnehmenden axialen Abschnitts des Ventils ausgebildet.

Description

Elektromagnetisch schaltbares Ventil zum Einbau in einen Einbaublock
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch schaltbares Ventil sowie einen Einbau- oder Steuerblock zur Aufnahme des elektromagnetisch schaltbaren Ventils.
Allgemeiner technischer Hintergrund:
Ein Magnetventil ist ein Ventil, das von einem Elektromagneten betätigt wird, der in der Regel axial in Verlängerung zu einem Ventilkolben oder Ventilkörper am Ventilgehäuse montiert ist und einen mit dem Ventilkolben/ -körper mechanisch gekoppelten magnetischen Zuganker elektromagnetisch entgegen der Vorspannkraft einer Feder anzieht oder abstößt. Magnetventile dieser Gattung können auch mit einer Wegeerfassung für den Ventilkolben / - körper ausgerüstet sein, um in diesem Fall als Servoventile betrieben werden zu können. Grundsätzlich werden im Stand der Technik derartige Magnetventile in direktgesteuerte Ventile, servogesteuerte Ventile, zwangsgesteuerte Ventile und druckgesteuerte Ventile unterschieden.
Die vorliegende Erfindung betrifft indessen im Wesentlichen die Kategorie der
direktgesteuerten Magnetventile, bei denen ein Dichtelement, d.h. vorzugsweise ein
Ventilkolben oder -körper direkt über das Magnetsystem geschaltet wird. Hier muss regelmäßig das Dichtelement gegen einen wirksamen Betriebsdruck allein durch den elektromagnetischen Antrieb vom Ventilsitz abheben. Ggf. unterstützt vom Mediumsdruck hält dabei eine Schließfeder das Ventil geschlossen.
Eine solche Ventilbauform wird auch als„normal closed"-Ventil (NC-Ventil) bezeichnet. Im Umkehrzug existiert aber auch eine Ventilbauform (unter der Bezeichnung„normal opened"- l Ventil oder NO-Ventil), bei der die Feder das Dichtelement in Öffnungsposition vorspannt und der elektromagnetische Antrieb das Dichtelement in Schließposition zwingt.
Im Zuge der aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Magnetventiltechnik wird grundsätzlich ein Ziel angestrebt, die Schaltzeiten von Magnetventilen, insbesondere von elektromagnetischen Schaltwegeventilen zu verkürzen.
Für diese sogenannten schnell schaltenden Schaltwegeventile (tSein/tSaUs < 3ms) wird bisher eine besondere, vom üblichen Aufbau von Schaltwegeventilen in der Industrie- oder Mobilhydraulik abweichende konstruktive Ausführung des Ventils benötigt. Unterschiede zu konventionellen Ventilen finden sich u.a. in
1. besonders kurzen Hüben und geringen Überdeckungen zur Erzielung geringer Schaltzeiten,
2. einem besonders abgestimmten Magnetsystem vorzugsweise in
Plattenankerausführung zur Bereitstellung der erforderlichen Magnetkräfte zum Zwecke einer Überwindung der dynamischen Strömungskräfte am Ventilkolben und damit zur Gewährleistung der geforderten Einschaltzeiten,
3. einer besonders ausgelegten Rückstellfeder zur Überwindung der dynamischen Strömungskräfte am Ventilkolben und damit zur Gewährleistung der geforderten Abschaltzeiten sowie der im Einsatz üblichen hohen Schaltfrequenzen sehr hohen Lebensdaueranforderungen sowie
4. einer besonderen Ausführung der im Ventil befindlichen Tribostellen zur
Gewährleistung der infolge der kurzen Schaltzeiten und im Einsatz üblichen hohen Schaltfrequenzen sehr hohen Lebensdaueranforderungen.
Weitere wesentliche Forderungen an derartige schnell schaltende Schaltwegeventile ergeben sich aus einer geplanten Verwendung im Rahmen der Digitalhydraulik, bei der einzelne Steuerkanten von Proportional-Ventilen durch mehrere digital angesteuerte Schnellschaltventile in 2/2-Wegeausführung mit dem Ziel einer Erhöhung der Regeldynamik sowie Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit ersetzt werden. Für diesen Einsatzfall ist insbesondere ein konstruktive Ausführung des Ventils hinsichtlich
- eines geringen benötigten Einbauraums für das Ventil mit Magnetsystem zur
bestmöglichen Wärmeableitung,
- einer Herstellungskostenoptimierten Fertigung sowie - eines auf die Funktionalität der Schnellschaltventile abgestimmten Aufbaus
vorzusehen.
Eine wesentliche Bedeutung kommt dabei der konstruktiven Ausführung des Ventils zu.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der DE 10 2007 047 127 A1 ist demzufolge ein schnell schaltendes Magnetventil dieser Gattung bekannt. Dieses Ventil (in Form eines Sitzventils) hat einen Ventilkolben zum stirnseitigen Öffnen und Schließen eines Einlassanschlusses, wobei der Ventilkolben an einem axialen inneren Endabschnitt mit einer perforierten (gelochten) Ankerplatte versehen ist. Die Ankerplatte ist in einem
Ankerplattenraum axialverschieblich aufgenommen, der sich axial unterhalb eines
Elektromagneten (d.h. zwischen Elektromagnet und Ventilkolben) im Wesentlichen bestehend aus einem Magnetkern und einer Magnetspule anordnet. Des Weiteren ist der Ventilkolben durch eine Feder in Schließrichtung vorgespannt, die in einem vom Magnetkern umgebenen Federraum aufgenommen ist.
Beim Öffnen des bekannten Magnetventils erhält der Eingangsanschluss über eine im Ventilkolben ausgebildete axiale Durchgangsbohrung eine Fluidverbindung zum Federraum und von dort zu einem Ausgangsanschluss des Ventils. Die vorstehend genannten
Ventilelemente sind hierbei in offener Bauweise in eine in einem Block ausgebildete
Ventilbohrung einzeln eingesetzt. Aufgabe der Erfindung
Angesichts dieses Stands der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetisch betätigbare Ventileinrichtung dieser Gattung bereit zu stellen, die eine erhöhte Funktionalität besitzt. Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, die Lebensdauer der Ventileinrichtung durch Verringerung der im Betrieb auftretenden mechanischen und/oder thermischen Belastungen zu verlängern. Ein weiteres besonderes Ziel ist es, die
Ventileinrichtung so zu gestalten, dass sie möglichst kostengünstig herstellbar ist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, durch eine Steuervorrichtung und durch einen Steuerblock mit den Merkmalen des jeweils
unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das (elektromagnetisch betätigte) Ventil nunmehr einen Ventilschieber, der axial verschiebbar in einem (Ventil eigenen) ein- oder mehrstückigen Ventilgehäuse gelagert ist und einen Elektromagneten
(elektromagnetische Aktorbaugruppe) zum Betätigen des Ventilschiebers. Der
Elektromagnet ist hierbei derart positioniert, dass er im Ventilgehäuse vorzugsweise vollständig aufgenommen ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass während des Betriebs des Elektromagneten generierte Wärme in großem Umfang in das Ventilgehäuse abgegeben wird und damit die Betriebstemperatur des Ventils und insbesondere des Elektromagneten sinkt. Durch diese Reduktion der thermischen Belastung lässt sich die durchschnittliche Lebensdauer des Ventils verlängern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilgehäuse als eine Ventilpatrone zur vorzugsweise vollständigen Aufnahme in einem Ventilblock ausgebildet. Das Ventil kann somit vormontiert werden, wodurch sich dessen Einbau vereinfacht und beschleunigt. Auch die die Ventilpatrone aufnehmende Einbau- oder Aufnahmebohrung auf Seiten des Einbaublocks kann somit vereinfacht und daher leicht hergestellt werden, da sämtliche konstruktive Maßnahmen zur langlebigen Lagerung des Ventilschiebers etc. in der Ventilpatrone umgesetzt sind. Zudem wird durch das im Wesentlichen vollständige
Einschieben der Ventilpatrone in den Ventilblock erreicht, dass der Elektromagnet ebenfalls in den Ventilblock gelangt, bzw. vollständig in diesem versenkt wird, sodass Wärmeenergie über die Ventilpatrone in den Ventilblock großflächig abgegeben werden kann. Hierdurch kann ein Temperaturstau im Elektromagnet vermieden werden. Vorteilhaft hierfür ist es, das Ventilgehäuse in einem den Elektromagneten aufnehmenden axialen Abschnitt an seiner äußeren Mantelseite mit einer Wärmeübertragungsfläche auszubilden. Diese Wärmeübertragungsfläche selbst zeichnet sich vorliegend vorzugsweise durch eine besonders glatte (ggf. geschliffene und/oder polierte) Oberfläche aus, die möglichst viel Flächenkontakt mit dem Einbaublock eingeht, um hierdurch einen großen Wärmeübertragungsweg zu generieren. Ggf. kann das Ventilgehäuse zumindest in dem den Elektromagneten aufnehmenden Axialabschnitt aus einem Material bestehen, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt wie beispielsweise ein Metallwerkstoff, Aluminium, Kupfer oder dergleichen oder zusätzlich mit einem solchen Werkstoff mantelseitig beschichtet ist, um einen guten Wärmeübergang auf den Einbaublock zu erreichen.
Weiter vorzugsweise ist die Mantelseite des Ventilgehäuses längs des darin gelagerten Ventilschiebers in eine der Zahl der Anschlüsse des Ventils entsprechende Zahl an
Umfangsabsätzen unterteilt, die sich ausgehend von einem axialen Endabschnitt des Ventilgehäuses stufenweise in Richtung zum den Elektromagneten aufnehmenden
Ventilgehäuseabschnitt radial aufweiten. Dieser Aufbau lässt sich besonders einfach herstellen und ist daher kostengünstig. Auch gestaltet sich die Montage einer derart geformten Ventilpatrone als wenig problematisch. Als besonders günstig erweist sich hierbei, die einzelnen Umfangsabsätze durch radial vorstehende Umfangsdichtleisten axial zu begrenzen, deren Durchmesser ebenfalls ausgehend von dem axialen Endabschnitt des Ventilgehäuses stufenweise in Richtung zum den Elektromagneten aufnehmenden Abschnitt zunimmt, wobei der Radius des den
Elektromagneten aufnehmenden Ventilgehäuseabschnitts größer ist als der Radius der unmittelbar axial benachbarten, größtdurchmessrigen Umfangsdichtleiste.
Durch die Dichtleisten werden Anschlusskammem für die Ventilpatrone im Ventilblock geschaffen, die einfach abzudichten sind. Dies trägt ebenfalls zur Verringerung des
Herstellungsaufwands bei.
Die erfindungsgemäße (hydraulische) Steuervorrichtung sieht demzufolge einen Steueroder Einbaublock vor, der mit zumindest einer Ventilaufnahmebohrung ausgebildet ist und in die ein Ventil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche derart eingebaut ist, dass der den Elektromagneten aufnehmende Abschnitt der Ventilpatrone bzw. der Elektromagnet in den Steuerblock (im Wesentlichen) vollständig aufgenommen (darin versenkt) ist. Hierdurch werden jene Vorteile erreicht, wie sie vorstehend bereits anhand der erfindungsgemäßen Ventils genannt sind. D.h. ein optimaler Wärmeübergang vom Ventilgehäuse auf den Einbaublock wird gewährleistet. Ferner wird der für das Ventil benötigte Bauraum auf ein Minimum reduziert, was insbesondere für den Anwendungsfall in einer Digitalhydraulik von Bedeutung ist. Die Herstellung der Ventilbohrung im Einbaublock ist im vorliegenden Fall der Verwendung einer vormontierten Ventilpatrone einfach und damit kostengünstig. Sie ist damit für den Einbau hoher Stückzahlen besonders geeignet, da sie beispielsweise mittels eines sogenannten Stufenwerkzeugs herstellbar ist. Der Zerspanungsaufwand kann folglich gering gehalten werden.
Vorteilhaft hierbei ist es, das in die zumindest eine Ventilbohrung jeweils eingesetzte Ventil mittels einer Abdeckplatte zu halten, die auf den Einbau- oder Steuerblock aufgeschraubt ist. Die Abdeckplatte kann hierbei in einer bevorzugten Ausführungsform mit (von außen frei zugänglichen) Kontakten ausgebildet bzw. ausgerüstet sein, über die der Elektromagnet ansteuerbar ist. Alternativ ist es aber auch möglich, die Abdeckplatte mit einer
Zugangsöffnung (Durchgangsloch) auszubilden, die zur Durchführung von Kabeln und/oder Stecker dient. Weiter vorteilhaft ist es, die Ventilaufnahmebohrung zumindest in dem Bereich, mit welchen der Magnetaufnahmeabschnitt der Ventilpatrone (wenn eingebaut) in Kontakt ist,
vorzugsweise eine Presspassung mit der Ventilpatrone bildet, um eine optimale
Wärmeübertragung zu gewährleisten. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen der
Ventilpatrone und der Aufnahmebohrung im Einbaublock zumindest partiell eine Wärme leitende Paste eingebracht sein.
Ferner ist es für den erfindungsgemäßen Steuer- oder Einbaublock zur Aufnahme zumindest eines erfindungsgemäßen Ventils vorgesehen, diesen mit zumindest einer
Aufnahmebohrung (Sacklochbohrung) für das Ventil auszubilden, die in eine der Zahl der Anschlüsse des Ventils entsprechende Anzahl von inneren Umfangsabsätzen im
Einbaublock unterteilt ist. Die inneren Umfangsabsätze weiten sich ausgehend von einem axialen (inneren) Endabschnitt der Aufnahmebohrung stufenweise in Richtung zur
Steuerblockaußenseite radial auf, wobei der in dieser Richtung letzte Umfangsabsatz im Einbaublock zur vorzugsweise pressgepassten Aufnahme des den Elektromagneten aufnehmenden axialen Gehäuseabschnitts des Ventils beispielsweise glattwandig (wie z.B. durch Schleifen oder Polieren) ausgebildet ist. Damit wird erreicht, dass der den Magneten aufnehmende Abschnitt der Ventilpatrone den größten Flächenkontakt mit dem Einbaublock erhält und somit bei minimal möglicher Baugröße des Ventils besonders viel an
Wärmeenergie in den Block abgebbar ist. Des Weiteren wird zur Lösung der gestellten Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein (elektromagnetisch betätigtes) Ventil bereitgestellt mit einem Ventilschieber, der axial verschiebbar in einer in einem Ventilgehäuse (als Ventilpatrone ausgeführt) ausgebildeten Ventilbohrung gelagert ist und einer elektromagnetischen Aktorbaugruppe (Elektromagnet) zum (ziehenden) Betätigen des Ventilschiebers vorzugsweise gegen eine Rückstellfeder. Der Ventilschieber hat erfindungsgemäß eine Anzahl von Steuerfenstern in Form von axial beabstandeten äußeren Umfangsnuten, die mit von axial beabstandeten inneren Umfangsnuten in der Ventilbohrung des Ventilgehäuses ausgebildeten Steuerkanten für ein Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirken. Vorteilhafter Weise sind die Steuerfenster des Ventilschiebers durch Dichtungen, insbesondere Spaltdichtungen fluidgetrennt, die am Ventilschieber zwischen den Steuerfenstern oder in der Ventilbohrung aufgenommen sind und auf das jeweils andere Bauteil dichtend drücken. Weiter vorzugsweise bilden die Steuerfenster im Ventilschieber im Zusammenwirken mit den Steuerkanten im Ventilgehäuse zumindest zwei gleichsinnig betätigte Öffnungs- /Schließquerschnitte aus.
D.h. im Fall von mindestens drei inneren Umfangsnuten in der Ventilbohrung werden bei Betätigung der elektromagnetischen Aktorbaugruppe gleichzeitig (mindestens zwei)
Fluidströmungspfade zwischen einer hierdurch sich ausbildenden zentralen Umfangsnut im Ventilgehäuse (entspricht vorzugsweise dem Pumpenanschluss) und den axial äußeren Umfangsnuten (entsprechen vorzugsweise den Arbeitsanschlüssen) gleichsinnig auf- oder zugesteuert. Hieraus resultieren im Ergebnis Fluidströmungen innerhalb der Steuerfenster in gegensinniger Strömungsrichtung, wodurch die auf den Steuerschieber einwirkenden dynamischen Strömungskräfte sich gegenseitig aufheben bzw. mindern. Dadurch kann der Steuerschieber schneller geschaltet werden, da im Wesentlichen nur
Massenträgheitsmomente überwunden werden müssen. D.h. der Ventilschieber ist vorzugsweise aufgrund gleicher Flächen, die durch den gleichen Druck beaufschlagt werden, jedoch gegensinnig ausgerichtet sind hydrostatisch wie auch hydrodynamisch
Kraftausgeglichen.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die elektromagnetische Aktorbaugruppe einen Magnettopf, eine darin aufgenommene Spule und einen Distanzring bzw. einen am Magnettopf ausgebildeten Axialvorsprung hat, der sich innerhalb eines von der Ventilbohrung (in axialer Verlängerung zum Ventilschieber) ausgebildeten Betätigungsabschnitts am Ventilgehäuse abstützt, um einen Ankerraum axial zwischen dem Magnettopf und dem Ventilschieber zu definieren. In dem Ankerraum ist eine mit dem Ventilschieber direkt gekoppelte Ankerplatte über eine durch den Distanzring oder den Vorsprung bestimmte Strecke axial beweglich untergebracht. Hierdurch können die einzelnen Bauteile wie Schieber und Ankerplatte kompakt bauen, wodurch sich deren Gewicht und damit das induzierte
Massenträgheitsmoment verringern lässt. Dies trägt ebenfalls zur Verkürzung der
Ventilschaltzeit bei.
Vorteilhaft ist es auch, die Ventilbohrung in Axialrichtung in mehrere Stufen mit fortlaufend zunehmendem Durchmesser auszubilden, wobei der den Ventilschieber aufnehmende Abschnitt einstufig ist und der die magnetische Aktorbaugruppe aufnehmende Abschnitt ebenfalls wenigstens einstufig ist mit einem Durchmesser größer als der Durchmesser des Ventilschieberabschnitts der Durchgangsbohrung.
Schließlich sieht ein Aspekt der Erfindung ein Ventil vor mit einem Ventilschieber, der axial verschiebbar in einer in einem Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilbohrung gelagert ist und einer elektromagnetischen Aktorbaugruppe zum vorzugsweise ziehenden Betätigen des Ventilschiebers ggf. gegen eine Rückstellfeder. Erfindungsgemäß hat der Ventilschieber (zumindest ein) Steuerfenster in Form von zumindest einer Umfangsnut, die mit von axial beabstandeten Umfangsnuten in der Ventilbohrung ausgebildeten Steuerkanten für ein Öffnen und Schließen des Ventils zusammenwirkt. Das Steuerfenster kann durch axial beabstandete Dichtungen, vorzugsweise Spaltdichtungen gedichtet sein, die gegen die Innenwand der Ventilbohrung gedrückt werden.
Vorteilhaft ist es ferner, das Ventil als ein Schieberventil in Form einer Ventilpatrone auszubilden, dessen Ventilgehäuse außenseitig mit axial fortlaufend, radial zunehmend abgestuften Umfangsabsätzen ausgebildet ist. Hierdurch kann das (bereits vormontierte) Ventil in einfacher Weise beispielsweise in einen Einbaublock eingesetzt werden. Auch hier kann der Ventilschieber vorzugsweise aufgrund gleicher Flächen, die durch den gleichen Druck beaufschlagt werden, jedoch gegensinnig ausgerichtet sind hydrostatisch wie auch hydrodynamisch Kraftausgeglichen sein. Vorzugsweise ist an einem Endabschnitt des Ventilschiebers eine Ankerplatte aus einem magnetischen Material beispielsweise durch Aufpressen, Kleben, etc. fixiert, wobei weiter vorzugsweise nachträglich (d.h. nach Befestigung der Ankerplatte auf dem Ventilschieber) der Ventilschieber und die Ankerplatte für eine konzentrische Ausrichtung gemeinsam endbearbeitet insbesondere wärmebehandelt und/oder oberflächenbeschichtet sind.
Hierdurch können Toleranzen verringert und damit die Lebensdauer des Ventils erhöht werden.
Zur dieser Verlängerung der Lebensdauer des Ventils trägt in vorteilhafter Weise auch bei, dass das Ventilgehäuse zumindest im Bereich seiner äußeren radialen Umfangsfläche und/oder seiner inneren Ventilbohrung wärmebehandelt und/oder oberflächenbeschichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Ventilschieber zumindest im Bereich seiner äußeren radialen Umfangsfläche wärmebehandelt und/oder oberflächenbeschichtet ist. Dadurch können Abrasionen im Bereich aneinander gleitender Bauteile vermindert werden.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Ventilschieber mit einer axialen
Leckagedurchgangsbohrung versehen ist, die den Ankerraum mit einem Leckageanschluss des Ventils fluidverbindet. Dies hat zum Einen den Vorteil, dass ein auf die Ankerplatte einwirkender Fluidwiderstand verringert und das Gewicht des Ventilschiebers reduziert wird. Damit verkleinert sich die Schaltzeit des Ventils.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines Magnetventils gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Variante eines NC-Ventils mit einem eingebauten Distanzring zwischen einem Elektromagneten und dem Boden eines Magnetaufnahmeraums im Ventilgehäuse zur Definition eines Ankerplattenraums,
Fig. 2 zeigt den Längsschnitt des Magnetventils gemäß Fig. 1 in der Variante eines NC- Ventils ohne einen Distanzring, Fig. 3 zeigt die Draufsicht einer Ventil befestig ung vorzugsweise in Form einer Halte- oder Abdeckplatte,
Fig. 4 zeigt den Längsschnitt eines Magnetventils gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Variante eines NC-Ventils mit einem eingebauten Distanzring zwischen einem Elektromagneten und dem Boden eines Magnetaufnahmeraums im Ventilgehäuse zur Definition eines Ankerplattenraums,
Fig. 5 zeigt den Längsschnitt des Magnetventils gemäß Fig. 4 in der Variante eines NC- Ventils ohne Distanzring,
Fig. 6 zeigt das Funktionsprinzip eines Zweisteuerkantenventils gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit gegensinnigen Strömungsrichtungen,
Fig. 7 zeigt die Schaltsymbole für ein Ventil gemäß dem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer NC- Ausführung und einer NO-Ausführung,
Fig. 8 zeigt die Schaltsymbole für ein Ventil gemäß dem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer NC- Ausführung und einer NO-Ausführung,
Fig. 9 zeigt einem Längsschnitt durch einen Einbaublock mit eingebautem Ventil gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel und
Fig. 10 zeigt einen perspektivischen Längsschnitt durch den Einbaublock gemäß der Fig. 9. Figurenbeschreibung
In der Fig. 1 ist im Längsschnitt ein schnellschaltendes Schaltwegeventil der
Magnetventilbauart in Einsteuerkantenausführung gemäß dem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Das Ventil des ersten Ausführungsbeispiels ist in der Form einer Ventilpatrone (2/2-Wege- Cartridgeventil) ausgebildet, und hat demzufolge ein im Wesentlichen zylinderförmiges ventileigenes Gehäuse 1 , in dem eine axiale durchgehende Ventilbohrung ausgebildet ist. Die Ventilbohrung lässt sich hierbei grundsätzlich in zwei Abschnitte unterteilen, nämlich einen eine Anzahl von Steuerkanten ausbildenden Ventilschieberabschnitt und einen eine elektromagnetische Aktorbaugruppe aufnehmenden Betätigungsabschnitt. Der
Ventilschieberabschnitt der Ventilbohrung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 einstufig mit einem kleinen Bohrungsdurchmesser ausgeführt, wobei zwei axial beabstandete Umfangsnuten in den Schieberabschnitt der (Ventil-) Durchgangsbohrung ausgeformt sind. An der dem Schieberabschnitt zugeordneten axialen Stirnseite des
Ventilgehäuses 1 ist der Schieberabschnitt der Durchgangsbohrung radial ausgedreht (bzw. aufgeweitet), wobei die radiale Ausdrehung mit einem Innengewinde versehen ist. In das Innengewinde ist eine Anschlagschraube 16 eingedreht, in der eine axial verlaufende
Leckagedurchgangsbohrung L ausgeformt ist. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, anstelle der Anschlagschraube 16 einen Verschlussstopfen zu verwenden, der in die Ventilbohrung eingepresst ist. Der an den Schieberabschnitt der Durchgangsbohrung sich unmittelbar anschließende
Betätigungsabschnitt der Durchgangsbohrung weist einen gegenüber dem Schieberabschnitt wesentlich größeren Innendurchmesser auf, wobei die radial innere Übergangskante zwischen dem Betätigungsabschnitt und dem Schieberabschnitt der Durchgangsbohrung angefast ist.
Der Betätigungsabschnitt erstreckt sich axial bis zu der anderen axialen Stirnseite des Ventilgehäuses 1 , wobei der Betätigungsabschnitt im axialen Stirn- bzw. Endbereich des Gehäuses 1 in zwei axial beabstandete Stufen radial ausgedreht (bzw. aufgeweitet) ist. Die axial letzte Ausdrehstufe des Bestätigungsabschnitts der Durchgangsbohrung weist ein Innengewinde auf, in das eine Verschlussschraube 1 1 in Form eines Rings mit
Außengewinde eingedreht ist. Alternativ hierzu kann die Verschlussschraube 11 auch durch einen Verschlussstopfen ersetzt sein, der in die Ventilbohrung eingepresst ist.
Im Schieberabschnitt der axialen Durchgangsbohrung ist ein Ventilschieber 2 axial verschiebbar eingesetzt. Der Ventilschieber 2 weist in seinem Mittenabschnitt ein
Steuerfenster (in Form einer Umfangsnut) auf, das derart angeordnet und ausgebildet ist, dass für den Fall, dass der Ventilschieber 2 an der Anschlagsschraube 16 anliegt
(Schließposition), die beiden im Schieberabschnitt der Durchgangsbohrung ausgeformten inneren Umfangsnuten (welche die Steuerkanten des Ventils ausbilden) vom Ventilsschieber 2 fluidgetrennt sind. Des Weiteren ist der Ventilschieber 2 mit einer axialen
Durchgangsbohrung versehen, die mit der Leckagebohrung L in der Anschlagschraube 16 fluidverbunden ist. Auf seinem inneren (zu der Anschlagschraube 16 abgewandten) Endabschnitt des
Ventilschiebers 2 ist ein Flachanker (Ankerplatte) 3 fest aufgesetzt. Der plattenförmige Flachanker 3 weist vorzugsweise eine Anzahl von axialen Durchgangsbohrungen auf (er ist also perforiert) und ist dabei axial verschieblich im großdurchmessrigen Betätigungsabschnitt der Durchgangsbohrung gehalten. Über die Zahl und Größe der Durchgangsbohrungen im Flachanker 3 (Ankerplatte) kann die hydraulische Dämpfung durch in den
Betätigungsabschnitt eingelecktes Fluid bzw. die Schaltzeit beeinflusst werden.
In einem vorbestimmten Axialabstand zum Flachanker 3 (weg vom Ventilschieber 2) ist die Aktorbaugruppe im Betätigungsabschnitt der Durchgangsbohrung angeordnet. Dieser vorbestimmte Axialabstand wird gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel mittels eines Distanzrings 15 eingestellt, der sich am Boden des Betätigungsabschnitts der
Durchgangsbohrung abstützt und der als Axialanschlag für die Aktorbaugruppe dient.
Die Aktorbaugruppe selbst besteht aus einem äußeren, hülsenförmige Magnettopf 4, der in den Betätigungsabschnitt der Durchgangsbohrung eingesetzt ist und der an dem Distanzring 15 an dessen Stirnseite anliegt. In den Magnettopf 4 ist ein Spulenträger 5 eingesetzt, auf den eine Spule 6 aufgewickelt ist. Im Spulenträger 5 sind ferner Kontaktstifte 7 an seiner dem Flachanker 3 abgewandter Stirnseite eingesetzt, die sich axial bis in die ringförmige Verschlussschraube 1 1 vor erstrecken. Der Magnettopf 4 hat eine innere
Durchgangsbohrung, in die ein Anschlagstift 17 eingesetzt ist. Im Anschlagstift 17 ist eine axiale Sacklochbohrung an einer dem Flachanker 3 zugewandten Stirnseite ausgeformt, in die eine Ventilfeder 18 eingesetzt ist. Die Ventilfeder 18 übt dabei eine Vorspannkraft auf den Ventilschieber 2 in Richtung zur Anschlagsschraube 16 aus. An der der Vorspannfeder 18 abgewandten Stirnseite des Anschlagstifts 17 ist ein Lagerzapfen an diesem ausgeformt, der in eine Dichtscheibe 8 fluiddicht eingesetzt ist. Die Dichtscheibe 8 stützt sich dabei dichtend radial am Betätigungsabschnitt der (Ventil-) Durchgangsbohrung ab und stützt sich hierbei axial an der ringförmigen Verschlussschraube 11 ab. Die Dichtscheibe 8 bildet somit über die Verschlussschraube 11 ein Widerlager für die Vorspannfeder 18. Schließlich ist axial zwischen dem Magnettopf 4 und der Dichtscheibe 8 eine Wellfeder 19 zwischengefügt, welche sich ebenfalls an der Dichtscheibe 8 als Widerlager abstützt und den Magnettopf 4 gegen den Distanzring 15 für einen axialen Toleranzausgleich drückt. Die Kontaktstifte 7 ragen hierbei durch die Wellfeder 19 sowie die Dichtscheibe 8 bis zur Verschlussschraube 19 hindurch vor. Hierfür sind in der Dichtscheibe 8 eine entsprechende Anzahl von Durchgangsbohrungen ausgeformt, in welche Kontaktstift-Abdichtungselemente 10 vorzugsweise bestehend aus einer Isolatorbuchse, einem O-Ring sowie einer
Stützscheibe eingesetzt sind und welche die Durchgangsbohrungen im Bereich der
Kontaktstifte 7 abdichten. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass die Dichtscheibe 8 einen umlaufenden O-Ring 9 aufweist, der in einer Umfangsnut in der Dichtscheibe 8 eingesetzt ist und der gegen die Innenwandung des Betätigungsabschnitts der
Durchgangsbohrung gedrückt wird. Das Ventilgehäuse 1 weist an dessen Außenseite eine Anzahl von axial beabstandeten Umfangsabsätzen mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Im Konkreten ist die Umfangs- Außenseite des Ventilgehäuses 1 gemäß der Fig. 1 im Wesentlichen in drei Umfangsabsätze unterteilt. Im Bereich des Schiebeabschnitts des Ventilgehäuses 1 sind zwei
Umfangsabsätze ausgebildet, die sich ausgehend von der einen Stirnseite des Gehäuses 1 (an der die Anschlagschraube 16 eingedreht ist) stufenweise radial aufweiten. Im Bereich des Betätigungsabschnitts des Ventilgehäuses 1 ist ein weiterer Umfangsabsatz ausgeformt, der sich über den gesamten Betätigungsabschnitt des Ventilgehäuses in Axialrichtung erstreckt. An der dem Betätigungsabschnitt begrenzenden Stirnseite des Ventilgehäuses 1 ist ein kragenförmiger Flansch ausgeformt, welcher bei der Montage des Ventil in einem Einbaublock an diesem anliegt und somit die Einführtiefe des patronenförmigen
Ventilgehäuses 1 in dem Einbau- oder Ventilblock definiert bzw. begrenzt.
Des Weiteren werden die einzelnen Umfangsabsätze durch radial vorstehende
Umfangsdichtleisten axial begrenzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine erste Umfangsdichtleiste im Bereich der den Schieberabschnitt des Ventilgehäuses 1
begrenzenden Stirnseite (an der die Anschlagschraube 16 eingedreht ist) mit einem ersten Durchmesser D1 ausgeformt, der größer ist als der Durchmesser des axial unmittelbar angrenzenden Umfangsabsatzes. Dieser Umfangsabsatz wird axial innenseitig durch eine weitere Umfangsdichtleiste mit einem Durchmesser D2 größer als der Durchmesser D1 der ersten Umfangsdichtleiste begrenzt, wobei dieser zweite Durchmesser D2 der zweiten Umfangsdichtleiste ebenfalls größer ist als der Durchmesser des ebenfalls axial unmittelbar dahinter angrenzenden weiteren Umfangsabsatzes im Schieberabschnitt des Ventilgehäuses 1. Schließlich ist dieser weitere Umfangsabsatz begrenzt durch den Umfangsabsatz im Bereich des Betätigungsabschnitts mit größtem Durchmesser D3, in welchem im
Übergangsbereich zwischen den beiden Umfangsabsätzen eine Umfangsnut ausgeformt ist, in die ein Dichtungsring 14 eingelegt ist.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Umfangsdichtleisten mit
Umfangsnuten ausgeformt sind, in die entsprechende Dichtungsringe 14 eingesetzt sind. Auf diese Weise können die im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei axial beabstandeten Umfangsabsätze fluiddicht voneinander getrennt werden, wenn das Ventilgehäuse 1 in einem Einbau- oder Ventilblock eingesetzt wird. Schließlich sei noch auf die geometrische Relativlage zwischen den zwei Umfangsabsätzen im Schieberabschnitt des Ventilgehäuses 1 bezüglich der Umfangsnuten in der (Ventil-) Durchgangsbohrung im Bereich des Schieberabschnitts des Ventilgehäuses 1 hingewiesen. Im vorliegenden Fall liegen nämlich die beiden Umfangsabsätze im Wesentlichen auf der gleichen axialen Ebene wie die beiden Umfangsnuten innerhalb der Durchgangsbohrung und sind über radial sich erstreckenden Bohrungen miteinander fluidverbunden. In diesem Fall bilden die beiden im Schieberabschnitt des Ventilgehäuses außenseitig ausgeformten Umfangsabsätze einen Pumpenanschluss P sowie einen Arbeitsanschluss A. Bei dem vorstehend beschriebenen Ventil handelt es sich somit um ein 2/2-Wegeventil der
Magnetventil-Bauform in Einsteuerkantenausführung.
Das in der Fig. 2 dargestellte schnellschaltende Schaltwegeventil ebenfalls in
Einsteuerkantenausführung stimmt hinsichtlich seines konstruktiven Aufbaus im
Wesentlichen mit dem schnellschaltenden Schaltwegeventil in Einsteuerkantenausführung gemäß der Fig. 1 überein. Der einzige konstruktive Unterschied des Ventils gemäß der Fig. 2 gegenüber dem Ventil gemäß der Fig. 1 besteht darin, dass bei der Ventilausführungsform gemäß der Fig. 2 auf den vorstehend beschriebenen Distanzring 15 verzichtet wird, welcher nunmehr durch einen axialen, ringförmigen Vorsprung am Magnettopf 4 ersetzt ist, der einstückig mit Magnettopf 4 ausgeformt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Toleranzkette verkleinert wird und dadurch das Ventil präziser vorhersehbare Funktionseigenschaften erhält.
Bei dem in der Fig. 1 und der Fig. 2 dargestellten Ventil handelt es sich somit im Grundsatz um ein elektrisch betätigtes 2/2-Wegeventil in Schieberausführung (NC-Ventil) mit den genannten Anschlüssen
- P für den Pumpenanschluss bzw. eine Druckölversorgung,
- A für einen Arbeitsanschluss und
- L für einen Tankanschluss zur Leckölabführung.
An dieser Stelle ist anzumerken, dass der Pumpenanschluss P und der Arbeitsanschluss A gegeneinander getauscht werden können. Auch ist darauf hinzuweisen, dass je nach Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Ventils gemäß der Fig. 1 und 2 der Pumpenanschluss P auch ein Tankanschluss T sein kann.
Das Ventil kann ferner wie in der Fig. 7 dargestellt ist, in zwei verschiedenen
Schaltsymboliken ausgeführt werden. Bei der in der Fig. 7 links dargestellten
Ausführungsform ist das Ventil im Ruhezustand geschlossen. Ein solches Ventil bezeichnet man auch als ein NC-Ventil (NC steht für„normaly closed"). Ein solches Ventil ist im bestätigten Zustand des Elektromagneten vollständig geöffnet. Es entspricht der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bauform.
Bei der in Fig. 7 rechts dargestellten Ausführungsform ist das Ventil im Ruhezustand geöffnet. Dieses Ventil wird normalerweise als ein NO-Ventil bezeichnet (NO steht für „normaly open"). Ein solches Ventil ist demzufolge in bestätigten Zustand des
Elektromagneten vollständig geschlossen. In diesem Fall wäre die Vorspannfeder 18 auf Seiten der Anschlagschraube 16 platziert, um den Ventilschieber gegen den Anschlagstift 17 zu drücken. Der Elektromagnet hätte in diesem Fall keine ziehende Wirkung (wie gemäß der Fig. 1 und 2) sondern eine drückende Wirkung auf den Ventilschieber 2.
Für die nachfolgende Betrachtung wird ausschließlich die NC-Ausführung herangezogen, da es sich bei der NO-Ausführung lediglich um eine Modifikation am Ventilschieber für eine Umkehr der entsprechenden Funktionen handelt. Im Ruhestand des Ventils (gemäß Fig. 1 in NC-Ausführung) wird der Ventilschieber 2 durch die Ventilfeder 18 an die Anschlagschraube 16 gedrückt. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem P- und dem A-Kanal (-Anschluss) vom Ventilschieber 2 unterbrochen, so dass kein Volumenstrom fließen kann. Die für die Positionierung des Schiebers 2 benötigte Verspannkraft der Feder 18 wird durch den Einbau der Feder 18 in den entsprechenden Einbauraum im Anschlagstift 17 realisiert. Dieser stützt sich wie vorstehend bereits ausgeführt wurde an der Dichtscheibe 8 ab, die über die Verschlussschraube 1 1 im
Ventilgehäuse 1 fixiert wird. Die Dichtscheibe 8 übernimmt des Weiteren die Funktion der Befestigung der Aktorbaugruppe. Über die Wellfeder 19 wird der Magnettopf 4 aus weichmagnetischem Sinterwerkstoff an den Distanzring 15 aus einem nichtmagnetisierbaren Wirkstoff gedrückt, der sich seinerseits am Ventilgehäuse 1 abstützt. Der Distanzring 15 übernimmt dabei zum einen die Funktion der Einstellung des Restluftspalts (vorbestimmter Axialabstand) bei betätigtem Magneten und zum anderen die Reduzierung des Streuflusses des Aktors. Die Funktion der Wellfeder 19 besteht im Wesentlichen im fertigungsbedingten Toleranzausgleich der vorhandenen Toleranzkette und zur Begrenzung der Montagekräfte auf den Magnettopf 4.
Alternativ zu dieser Ausführung kann der in Fig. 2 dargestellte Ventilaufbau herangezogen werden. Bei diesem kann durch eine Stufe im Anschlagstift 17 sowie im Magnettopf 4 auf den Distanzring 15 verzichtet werden, was eine Reduzierung der Toleranzkette und damit Fertigungs- und Montagekosten zur Folge hat.
Geschlossen wird der Magnetkreis bei betätigtem Aktor durch den Flachanker 3, der auf den Schieber 2 beispielsweise mittels eines Pressverbandes aufgeschrumpft ist. In diesem Betriebszustand des Ventils kommt der Schieber 2 am Anschlagstift 17 zur Anlage, der somit den Hub des Ventils festlegt. Zur Abführung der infolge des konstruktiv vorhandenen
Dichtspalts zwischen Schieber 2 und Ventilgehäuse 1 entstehenden Leckage in die den Flachanker 3 aufnehmenden Kammer ist der Schieber 2 hohl (axiale Durchgangsbohrung im Ventilschieber 2) ausgeführt, über den die Flachankerkammer mit dem Leckageanschluss L verbunden ist. Dadurch wird ein unzulässig hoher Druckanstieg in der Flachankerkammer vermieden.
Die zwischen dem Anschluss A und der Flachankerkammer sowie dem Anschluss P und dem Leckölanschluss L entstehenden Leckage wird über den L-Anschluss abgeführt. Eine Trennung der Anschlusskanäle zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der umgebenden Anschlussbohrung erfolgt über die genannten, an dieser Stelle jedoch nicht näher definierten Dichtelement 14. Bei diesen kann es sich z. B. um R-Ringe, O-Ringe mit entsprechenden Stützringen aber auch um jegliche andere Formen von Dichtelementen handeln. Weitere externe Dichtstellen befinden sich zwischen der Dichtscheibe 8 und dem Ventilgehäuse 1 sowie zwischen den Kontaktstiften 7 und der Dichtscheibe 8 zur Abdichtung des mit Medium befüllten Aktorraums.
In den Figuren 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein schnellschaltendes Schaltwegeventil diesesmal jedoch in Zweisteuerkantenausführung gemäß der Erfindung gezeigt. Aus Gründen besserer Verständlichkeit wird nachfolgend lediglich auf jene technischen Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels eingegangen, in welchen sich das Schaltwegeventil in Zweisteuerkantenausführung gemäß der Fig. 4 und 5 vom vorstehend beschriebenen Schaltwegeventil in Einsteuerkantenausführung gemäß der Figuren 1 und 2 unterscheidet.
Das elektromagnetisch betätigbare schnellschaltende Schaltwegeventil gemäß der Fig. 4 ist in Übereinstimmung mit dem Magnetventil gemäß den Figuren 1 und 2 ebenfalls in einen Schieberabschnitt und einem Betätigungsabschnitt axial unterteilt. Der Betätigungsabschnitt des Ventils gemäß der Fig. 4 entspricht sowohl innerhalb der Ventilbohrung als auch am äußeren Umfang des Ventilgehäuses 1 dem Betätigungsabschnitt des Magnetventils gemäß der Fig. 1 , sodass an dieser Stelle auf die diesbezüglichen vorstehenden
Beschreibungstextstellen verwiesen werden kann. Im Unterschied zum Magnetventil gemäß der Figuren 1 und 2 unterscheidet sich das
Magnetventil gemäß der Fig. 4 indessen im Bereich des Schieberabschnitts. Hier ist die im Ventilgehäuse 1 ausgebildete durchgehende Ventilbohrung mit drei axial beabstandeten Umfangsnuten ausgeformt (im ersten Ausführungsbeispiel sind es zwei). Dementsprechend hat der Ventilschieber 2 gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei axial beabstandete Steuerfenster, die derart angeordnet und dimensioniert sind, dass der
Ventilschieber 2 bei in Anlagekommen mit der Anschlagschraube 6 die drei Umfangsnuten fluiddicht voneinander trennen. Dieser Schaltzustand ist in der Fig. 4 (und auch Fig. 5) dargestellt. Die äußere Umfangsseite des Ventilgehäuses 1 im Bereich des Schiebeabschnitts ist ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 und 2 in eine der Zahl der Umfangsnuten in der Ventilbohrung entsprechende Anzahl von äußeren Umfangsabsätzen unterteilt. Auch hier ist ein erster Umfangsabsatz im stirnseitigen Bereich des Ventilgehäuses 1 mit kleinem Durchmesser AD1 ausgeformt, der axial in Richtung zum Betätigungsabschnitt in einen zweiten Umfangsabsatz mit mittlerem Durchmesser AD2 übergeht, der wiederum in Axialrichtung an einem dritten Umfangsabsatz mit größerem Durchmesser AD3 angrenzt. Dieser dritte Umfangsabsatz wird letztlich in Axialrichtung vom Umfangsabsatz mit größtem Durchmesser AD4 im Bereich des Betätigungsabschnitts des Ventilgehäuses 1 begrenzt. Die Umfangsabsätze AD1 bis AD3 sind ferner durch
Umfangsdichtleisten voneinander getrennt, wobei eine erste Umfangsdichtleiste an der äußeren Stirnseite des Schieberabschnitts des Ventilgehäuses 1 ausgebildet ist. Diese Umfangsdichtleiste hat einen größeren Durchmesser D1 als der unmittelbar daran angrenzende erste Umfangsabsatz AD1. Zwischen den ersten und zweiten
Umfangsabsätzen AD1 , AD2 ist eine weitere Umfangsdichtleiste vorgesehen, welche einen Durchmesser D2 aufweist, der größer ist als der zweite Umfangsabsatz AD2. Schließlich ist zwischen den zweiten und dritten Umfangsabsätzen AD2, AD3 eine letzte
Umfangsdichtleiste ausgeformt, mit einem Durchmesser D3, der größer ist als der dritte Umfangsabsatz AD3, jedoch kleiner ist als der Umfangsabsatz AD4 im Bereich des
Betätigungsabschnitts des Ventilgehäuses 1. Sämtliche Umfangsdichtleisten D1-D3 sowie der Umfangsabsatz AD4 im Bereich des Betätigungsabschnitts im Übergangsbereich zu dem unmittelbar axial angrenzenden dritten Umfangsabsatz AD3 sind mit Umfangsnuten ausgebildet, in denen Dichtringe 14 eingesetzt sind. Bei dem in der Fig. 4 gezeigten Magnetventil handelt es sich somit im Grundsatz um ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil in Schiebeausführung mit den Anschlüssen P für einen Pumpenanschluss bzw. eine Druckölversorgung,
- Αί für einen ersten Arbeitsanschluss,
- A2 für einen zweiten Arbeitsanschluss und
L für einen Tankanschluss zur Leckölabführung.
Dieser Tankanschluss L ist dabei in Form einer axialen Durchgangsbohrung durch die Anschlagschraube 16 ausgebildet. Des Weiteren wird der Pumpenanschluss P durch den mittleren, das heißt, zweiten Umfangsabsatz AD2 repräsentiert, wohingegen die beiden Arbeitsanschlüsse Α-ι und A2 durch den ersten und dritten Umfangsabsatz AD1 , AD3 im Bereich des Schiebeabschnitts des Ventilgehäuses 1 ausgeformt werden.
Die drei Umfangsabschnitte AD1 bis AD3 im Bereich des Schiebeabschnitts des
Ventilgehäuses 1 sind jeweils im Wesentlichen auf einer Axialebene mit den inneren
Umfangsnuten in der Durchgangsbohrung des Ventilgehäuses 1 positioniert und sind mit den jeweils zugehörigen Umfangsnuten über Radialbohrungen im Ventilgehäuse 1
fluidverbunden. Die Funktion des Ventils gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung lässt sich wie folgt umschreiben:
Im Ruhezustand des Ventils (siehe Fig. 1 ) wird der Ventilschieber 1 durch die Ventilfeder 18 an die Anschlagschraube 16 gedrückt. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem P- und dem AT sowie A2-Anschluss unterbrochen, so dass kein Volumenstrom fließen kann. Die für die Positionierung des Schiebers 2 benötigte Vorspannkraft der Feder 18 wird durch den Einbau der Feder 18 in den entsprechenden Einbauraum im Anschlagstift 17 realisiert.
Dieser stützt sich an der Dichtscheibe 8 ab, die über die Verschlussschraube 11 im
Ventilgehäuse 1 fixiert wird. Die Dichtscheibe 8 übernimmt des Weiteren die Funktion der Befestigung der Aktorbaugruppe. Über die Wellfeder 19 wird der Magnettopf 4, ebenfalls aus weichmagnetischem Sinterwerkstoff an den Distanzring 15 aus einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff gedrückt, der sich seinerseits am Ventilgehäuse 1 abstützt. Der Distanzring 15 übernimmt somit in Übereinstimmung zum ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel zum einen die Funktion der Einstellung des Restluftspalts bei betätigtem Magneten und zum anderen die Reduzierung des Streuflusses des Aktors. Die Funktion der Wellfeder 19 besteht auch hier im Wesentlich im fertigungsbedingten Toleranzausgleich der vorhandenen Toleranzkette und zur Begrenzung der Montagekräfte auf den Magnettopf.
Alternativ zu dieser Ausführung kann der in Fig. 5 dargestellte Ventilaufbau herangezogen werden. Bei diesem kann durch eine Stufe im Anschlagstift 17 sowie im Magnettopf 4 auf den Distanzring 15 verzichtet werden, was eine Reduzierung der Toleranzkette und damit der Fertigungs- und Montagekosten zur Folge hat. Geschlossen wird der Magnetkreis bei betätigtem Aktor durch den Flachanker 3, der auf den Schieber 2 ebenfalls vorzugsweise mittels eines Pressverbandes aufgeschrumpft ist. In diesem Betriebszustand des Ventils kommt der Schieber am Anschlagstift 17 zur Anlage, der somit den Hub des Ventils festlegt.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, fließt der Volumenstrom bei geöffnetem Schieber 2 vom
Anschluss P über die erste Steuerkante zum Anschluss A und gleichzeitig über die zweite Steuerkante vom Anschluss P zum Anschluss A2. Durch die hierbei entstehenden
gegengerichteten Strömungsrichtungen wird erreicht, dass sich die dynamischen
Strömungskräfte auf den Ventilschieber 2 gegensinnig ausbilden und damit reduzieren. Auf diese Weise kann der Kraftbedarf/Energiebedarf zum Einschalten/Abschalten des Ventils verringert werden.
Zur Abführung der infolge des konstruktiv vorhandenen Dichtspalts zwischen dem Schieber 2 und dem Ventilgehäuse 1 entstehenden Leckage ist der Schieber 2 ebenfalls hohl ausgeführt. Dadurch wird ein unzulässig hoher Druckanstieg im Magnetraum vermieden. Die zwischen den Anschlüssen und A2 und dem Magnet- bzw. Ankerraum sowie dem
Anschluss P und dem Leckölanschluss L entstehende Leckage wird über den L-Anschluss abgeführt.
In den Fig. 9 und 10 ist ein Einbau- oder Steuerblock dargestellt, in den beispielhaft ein Ventil gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt ist. Alternativ kann aber auch ein Ventil gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel verbaut sein.
Der Einbaublock ist hierfür mit einer gestuften Aufnahmebohrung ausgebildet bestehend aus einer Sacklochbohrung mit vier Bohrungsdurchmesserstufen, von denen die Stufe mit kleinstem Durchmesser am inneren Endabschnitt der Sacklochbohrung ausgebildet ist und die axial sich daran anschließenden Stufen in Richtung Stirnseite des Einbaublocks zunehmend radial aufgeweitet sind. Die Durchmesser der Stufen entsprechend dabei im Wesentlichen den Durchmessern der jeweiligen Umfangsdichtleiten bzw. dem
Außendurchmesser des Ventilgehäuses 1 im Betätigungsabschnitt, sodass das
patronenförmige Ventilgehäuse 1 in die Sacklochbohrung von der Stirnseite des Einbaublocks aus eingesetzt werden kann und sich hierbei die Dichtelemente 14 dichtend an der Sacklochbohrung anlegen.
Die Ventilpatrone ist soweit in die Sacklochbohrung eingeschoben, dass der
Betätigungsabschnitt des Ventilgehäuses 1 und damit die darin aufgenommene
elektromagnetische Aktorbaugruppe vollständig in der Sacklochbohrung aufgenommen ist. Die Einschubtiefe begrenzt hierbei der kragenförmige Anschlagflansch an der einen
Stirnseite des Ventilgehäuses 1 (auf Seiten des Betätigungsabschnitts), der beim
Einschieben der Patrone in die Sacklochbohrung mit der Außenfläche des Einbaublocks in Anlage kommt.
Die Sacklochbohrung im Bereich des Betätigungsabschnitts des Ventilgehäuses hat einen solchen Durchmesser, dass die Ventilpatrone in diesem Bereich in der Sacklochbohrung vorzugsweise pressgepasst ist. Hierdurch wird ein größtmöglicher Flächenkontakt zwischen Ventilgehäuse 1 und Einbaublock in diesem Bereich erzielt, um einen optimalen
Wärmeübergang vom Ventilgehäuse auf den Einbaublock zu gewährleisten. Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, den Durchmesser der Sacklochbohrung im Bereich des
Betätigungsabschnitts des Ventilgehäuses geringfügig größer zu wählen als der
entsprechende Außendurchmesser des Ventilgehäuses 1 (vorzugsweise eine Spielpassung), wodurch sich zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Sacklochbohrung ein durchgehender Ringspalt in diesem Bereich ergibt. Dieser Spalt erlaubt das flächendeckende
Einbringen/Beschichten des Ventilgehäuses 1 mit einer wärmeleitenden Paste, um hierdurch den Wärmeübergang vom Ventilgehäuse 1 in den Einbaublock zu verbessern. Gehalten wird die Ventilpatrone mittels einer Abdeckplatte 13, die per
Befestigungsschrauben 12 an der Außenseite des Einbaublocks angeschraubt wird.
Alternativ ist es aber auch möglich, die Platte 13 über ein in der Aufnahmebohrung befindliches Befestigungsgewinde am Einbaublock zu fixieren. Gemäß der Fig. 10 hat die Abdeckplatte 13 eine im wesentlichen mittig ausgebildete
Durchgangsöffnung, um einen äußeren Zugang zu den Kontaktstiften 7 der
elektromagnetisch betätigten Aktorbaugruppe zu schaffen, die durch die Dichtscheibe 8 axial vorragen. Alternativ ist es aber auch möglich, die Abdeckplatte 13 mit Kontaktstiftadaptern (nicht weiter dargestellt) zu versehen, die beim Aufsetzen der Platte 13 auf die Außenseite des Einbaublocks an einem Ende mit den Kontaktstiften 7 in Kontakteingriff kommen und auf der äußeren Seite der Anlageplatte 13 frei zugängliche Anschlüsse ausbilden. In diesem Fall ist es auch möglich, dass in der Abdeckplatte 13 bereits Verkabelungen integriert sind, die sich mit der Montage der Abdeckplatte 13 quasi selbsttätig an die Kontaktstifte anschließen, um den mit einer nicht gezeigten elektrischen Steuerung verbunden werden zu können.
Die Sacklochbohrung wird beim Einsetzen der Ventilpatrone durch die am Ventilgehäuse 1 ausgeformten Umfangsdichtleiten in drei Ringkammern fluiddicht voneinander unterteilt, welche den Druckanschluss P sowie die zwei Verbraucheranschlüsse A1 und A2 ausbilden. Im Einbaublock sind ferner eine Anzahl von Bohrungen ausgeformt, die mit den
Ringkammern verbunden sind und zu den äußeren Anschlüssen des Einbau- bzw.
Steuerblocks (nicht weiter dargestellt) führen.
Bezuqszeichenliste
1 Ventilgehäuse
2 Schieberbaugruppe bestehend aus - Schieber
3 - Flachanker
4 Aktorbaugruppe bestehend aus - Magnettopf
5 - Spulenträger
6 - Spule
7 - Kontaktstifte 8 - Dichtscheibe
9 - Dichtelement
10 - Kontaktabdichtung
15 - Distanzring
11 Verschlussschraube
12 Befestigungsschrauben
13 Abdeckplatte
14 Dichtelemente Ventilgehäuse-Einbaubohrung
16 Anschlagschraube
17 Anschlagstift
18 Ventilfeder
19 Wellfeder
AD1 Erster Umfangsabsatz
AD2 Zweiter Umfangsabsatz
AD3 Dritter Umfangsabsatz
AD4 Vierter Umfangsabsatz
P Pumpenanschluss
L Tankanschluss zur Leckölabführung
A Arbeitsanschluss (allgemein)
A1 Erster Arbeitsanschluss
A2 Zweiter Arbeitsanschluss
D1-D3 Erster - dritter Durchmesser der Dichtleisten

Claims

Patentansprüche
1. Ventil mit einem Ventilschieber (2), der axial verschiebbar in einem Ventilgehäuse (1 ) gelagert ist und einer elektromagnetischen Aktorbaugruppe zum Betätigen des Ventilschiebers (2), dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische
Aktorbaugruppe im Ventilgehäuse (1 ) vorzugsweise vollständig aufgenommen ist.
2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (1 ) als eine Ventilpatrone zur vorzugsweise vollständigen Aufnahme in einem Einbaublock ausgebildet ist.
3. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (1 ) in einem die elektromagnetische Aktorbaugruppe
aufnehmenden axialen Abschnitt an seiner äußeren Mantelseite eine vorzugsweise glatte Wärmeübertragungsfläche ausbildet, wobei das Ventilgehäuse (1 ) zumindest in diesem axialen Abschnitt weiter vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff besteht..
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelseite des
Ventilgehäuses (1 ) längs des darin gelagerten Ventilschiebers (2) eine der Zahl der Anschlüsse des Ventils entsprechende Zahl an Umfangsabsätzen aufweist, die sich ausgehend von einem axialen Endabschnitt des Ventilgehäuses (1 ) stufenweise in Richtung zum die elektromagnetische Aktorbaugruppe aufnehmenden Abschnitt radial aufweiten.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen
Umfangsabsätze durch radial vorstehenden Umfangsdichtleisten axial begrenzt sind, deren Durchmesser ebenfalls ausgehend von dem axialen Endabschnitt des
Ventilgehäuses (1 ) stufenweise in Richtung zum die elektromagnetische
Aktorbaugruppe aufnehmenden Abschnitt zunimmt, wobei der Radius des die elektromagnetische Aktorbaugruppe aufnehmenden Abschnitts größer ist als der Radius der unmittelbar axial benachbarten, größtdurchmessrigen Umfangsdichtleiste.
6. Steuervorrichtung mit einem Steuerblock, in den zumindest ein Ventil gemäß einem der vorstehenden Ansprüche derart eingebaut ist, dass die elektromagnetische Aktorbaugruppe in den Steuerblock vorzugsweise vollständig aufgenommen ist.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Abdeckplatte (7), die für ein Arretieren des zumindest einen Ventils im Einbau- oder Steuerblock an diesem verschraubt ist, wobei die Abdeckplatte (7) vorzugsweise mit elektrischen Anschlüssen für die elektromagnetische Aktorbaugruppe bestückt ist oder eine axiale Durchgangsöffnung für Kabel und/oder Stecker hat.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der die elektromagnetische Aktorbaugruppe aufnehmende axiale Abschnitt des zumindest einen Ventils über den Bereich der Wärmeübertragungsfläche im Steuerblock pressgepasst ist.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem die elektromagnetische Aktorbaugruppe aufnehmenden axialen Abschnitt des zumindest einen Ventils und dem Steuerblock ein Ringspalt ausbildet, der mit einer Wärmeleitpaste aufgefüllt ist.
10. Steuerblock zur Aufnahme zumindest eines Ventils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 mit zumindest einer Aufnahmebohrung für das Ventil, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung in eine der Zahl der Anschlüsse des Ventils entsprechende Anzahl von Umfangsabsätzen unterteilt ist, die sich ausgehend von einem axialen Endabschnitt der Ventilbohrung stufenweise in Richtung zur Steuerblockaußenseite radial aufweiten, wobei der in dieser Richtung letzte Umfangsabsatz zur vorzugsweise pressgepassten Aufnahme des die elektromagnetische Aktorbaugruppe aufnehmenden axialen Abschnitts des Ventils weiter vorzugsweise glattwandig ausgebildet ist.
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