DE3119445A1

DE3119445A1 - "elektro-hydraulisches steuerventil"

Info

Publication number: DE3119445A1
Application number: DE19813119445
Authority: DE
Inventors: Kenneth Melbourne Derbyshire Wilcox
Original assignee: Expert Industrial Controls Ltd
Current assignee: Expert Industrial Controls Ltd
Priority date: 1980-05-17
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1982-02-04
Also published as: US4396037A; GB2076125B; GB2076125A

Description

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Anmelder; EXPERT INDUSTRIAL CONTROLS LIMITED

Lount, As&by^de-la-Zouch, Leicestershire, LE6 5SA England

Bezeichnung der

Erfindung: Elektro-hydraulisehes Steuerventil

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisehes Steuerventil und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der noch zu erläuternden Probleme ein solches Ventil in einfacher und zweckmäßiger Weise auszubilden."

Gemäß der Erfindung ist ein elektro-hydraulisehes Steuerventil zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied zumindest an seinen Enden aus magnetierbarem Material besteht und mit der Stellung des Ventilgliedes innerhalb der Axialbohrung das Maß bestimmt wird, um das sich eine Nutanordnung in der Wand der Axialbohrung und Aussparungen im Ventilglied einander überdecken, wobei ein Paar Solenoidvorrichtungen an den einander gegenüberliegenden Enden der Axialbohrung angeordnet ist und wobei die elektrische Wicklung der jeweiligen Solenoidvorrichtungen während der Erregung auf eines der Enden des Ventilgliedes die das Ventilglied verstellende Kraft als Zugkraft aufbringt.

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Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Steuerventiles ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Mittellängsschnitt durch das Ventil, Fig. 2 einen Schnitt durch den Ventilkörper nach der Linie

A-A in Fig. 4,
Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung einen

Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 4, Fig. 4 die Ansicht auf ein Ende des Ventilkörpers, Fig. 5 eine Außenansicht auf das Ventilglied senkrecht zu seiner Längsachse und

Fig. 6 als Teilschnitt ein Ventilglied in einer abgewandelten Ausführungsform.

Das Ventil weist ein Hauptgehäuse aus magnetisierbarem Material auf, das mit einer durchgehenden Axialbohrung

11 versehen ist. Innerhalb der Axialbohrung 11 ist ein Ventilglied 12 aus ebenfalls magnetisierbarem Material verstellbar. In seiner Mittelstellung erstreckt sich das Ventilglied

12 vom einen Ende der Axialbohrung 11 zu deren anderem Ende, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

An jedem der einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuseteiles 10 ist eine Solenoidvorrichtung 13 angeordnet. Jede dieser beiden Vorrichtungen weist einen Kern 14 aus magne-

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tisierbarem Material auf, dem ein rohrförmiges Bauteil 15 ebenfalls aus magnetisierbarem Material als Gehäuse dient. Der Kern 14 und das Gehäuse 15 erstrecken sich in eine entsprechende Aussparung in einem Endverschluß 16, der mit einem zylindrischen Joch 17 versehen ist. Jede der beiden Vorrichtungen schließt außerdem einen Ringflansch 18 aus nicht magnetisierbarem Material ein. Während des Betriebes liegt der Plansch der jeweiligen Vorrichtung flüssigkeitsdicht an der zugehörigen Endfläche des Hauptgehäuses 10 an. Das Gehäuse 15 definiert zusammen mit dem Ringflansch 18 und dem Joch 17 einen Ringraum, der eine elektrische Wicklung 19 aufnimmt. Das Joch 17 erstreckt sich über den Ringflansch 18 hinaus und liegt in einer geeigneten Stufe, die um den Umfang des Hauptgehäuses 10 herumgeführt ist. Die Solenoidvorrichtungen sind am Hauptgehäuse mit Befestigungsbolzen 20 befestigt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kern I¹I mit einer Durchgangbohrung versehen, in der ein Stoßglied 21 angeordnet ist, auf das mit nach außen gerichteter Vorspannung eine Feder 22 einwirkt. Das äußere Ende des Stoßgliedes 21 ist so ausgestaltet, daß manuell auf das Stoßglied eingewirkt werden kann, um eine noch zu beschreibende Verstellbewegung des Ventilgliedes 12 bewirken zu können. Zweckmäßigerweise ist die das Stoßglied 21 aufnehmende Bohrung mit einer Ringnut versehen, in die ein Dichtungsring zur Minimalisierung

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der Leckverluste infolge des Arbeitsspieles zwischem dem Stoßglied und der Bohrungswand eingelegt ist.

Wird einer der Wicklungen 19 Strom zugeführt, so nehmen der Kern 14 und das Gehäuseteil 10 entgegengesetzte magnetische Polarität an und auf das Ventilglied 12 wirkt eine Kraft, um dieses in Richtung auf die mit Energie versorgte Solenoidvorrichtung zu verstellen.

Die Axialbohrung 11 ist mit fünf ümfangsnuten versehen, deren mittlere Umfangsnut 23 für den Betrieb der Vorrichtung mit einer unter Druck stehenden Pluidquelle verbunden ist, die als Pumpe 2k dargestellt ist. Die benachbarten ümfangsnuten 25»26 sind mit den einander entgegengesetzten Enden eines Zylinders 27 verbunden, in dem ein doppelt wirkender Kolben 28 verstellbar ist. Die beiden äußeren Ümfangsnuten 29>3O sind mit einer Drainage verbunden, die als ein mit einer Saugpumpe versehener Tank 31 ausgebildet ist, wobei der Verbindung ein Kanal 32 dient, der in Längsrichtung in dem Gehäuseteil verläuft und der in der Mitte an den Tank 31 angeschlossen ist (Fig. 3).

Die in den Solenoidvorrichtungen vorgesehenen Kammern 33>34 stehen ebenfalls mit der Drainage bzw. dem Tank 31 in Verbindung und zwar über einen Kanal 35 im Gehäuseteil 10 (Fig.2),

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wobei die Mittelstücke der Kanäle 32 und 35 mittels einer Querbohrung miteinander verbunden sind. Das Ventilglied ist mit drei Paar Aussparungen 36, 37 und 38 versehen. In der Mittelstellung des Ventilgliedes 12 sind die Umfangsnuten 25,26 von den ebenen Abschnitten des Ventilgliedes völlig abgedeckt. Bei jeder Verstellbewegung des Ventilgliedes, beispielsweise bei einer nach links gerichteten Bewegung, kommen jedoch die Nut 25 in Verbindung mit der Nut 23 und die Nut 26 in Verbindung mit der Nut 30. Hierdurch kann Fluid vom rechten Ende des Zylinders in den Tank 31 gelangen und in das linke Ende des Zylinders kann Fluid von der Pumpe gelangen. Dadurch wird sich der Kolben in Richtung auf das rechte Ende des Zylinder3 bewegen.

Von den Endflächen des Ventilgliedes aus erstreckt sich ein Paar von axial nach innen gerichteter Blindbohrungen 39»¹^⁰, die an ihren inneren Enden mit den fönten 25«26 mittels radial gerichteter Kanäle in Verbindung stehen. In die Axialbohrungen 39»40 sind Zylinderglieder 41,42 eingeführt, die zu Bewegungen nach außen über die Enden des Ventilgliedes hinaus in Kontakt mit den Enden der Stoßglieder 21 gebracht werden können. Da die inneren Enden der Axialbohrungen 39,40 mit den Nuten 25,26 in Verbindung stehen, unterliegt das Ventilglied einer Kraft, die repräsentativ für den Fluiddruck in

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den Nuten ist. Wird beispielsweise das Ventilglied 12 durch die Erregung der Wicklung der linken Solenoidvorrichtung 13 nach links verstellt, so steigt der Druck in der linken Kammer des Zylinders 27 an, wenn der Kolben 28 daran gehindert wird, sich nach rechts zu bewegen. Ein entsprechender Druckanstieg wird sich dabei in der linken Axialbohrung 39 einstellen und der Bewegung des Ventilgliedes nach links entgegenwirken. Der Druck in der Axialbohrung 39 wird also der Kraft entgegenwirken, die von der erregten Solenoidanordnung 13 aufgebracht wird, um das Ventilglied nach links zu verstellen. So ist die Druckdifferenz zwischen den Drücken in den Nuten 25,26 abhängig von der Größe des Stromflusses in der Wicklung der einen oder anderen Solenoidvorrichtung 13. Selbstverständlich kann das Ventilglied auch durch Druck auf das eine oder andere Stoßglied 21 verstellt werden, wobei natürlich eine auf das Stoßglied wirkende Reaktionskraft entwickelt wird, die normalerweise von dem jeweiligen Kern aufgenommen wird.

Im Fall der Beendigung der Stromzufuhr zu den elektrischen Wicklungen und der Einwirkung eines Fluiddruckes auf die eine Seite des Kolbens 28, wird das Ventilglied unter dem Einfluß des Pluiddruckes verstellt, um den Fluiddruck auf einer Seite des Kolbens abzubauen und den Druck auf die andere Sei-

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Bei der beschriebenen Ausführungsform bildet das Ventilglied den Anker der Solenoidvorrichtungen. Das bedeutet gegenüber vorbekannten Lösungen einen wesentlichen Vorteil, da die zum Verstellen des Ventilgliedes wirkenden Kräfte auf die Enden des Ventilgliedes wirken und dieses in die gewünschte Stellung ziehen. Bei bekannten Lösungen sind die Anker getrennt von dem Ventilglied und stoßen zum Zweck des Ausrichtens lediglich am Ventilglied an, sodaß auf diese Weise eine Stoßkraft zum Bewegen des Ventilgliedes auf dieses aufgebracht wird. Die dabei bestehende Gefahr eines Verkantens des Ankers in der Bohrung und seines Klemmens ist dabei wesentlich grosser, als wenn auf das Ventilglied für seine Verstellbewegung erfindungsgemäß eine Zugkraft aufgebracht wird. Außerdem wird durch die Erfindung die Reibkraft zwischen Ventilglied und Bohrung verringert, sodaß eine genauere Steuerung möglich ist. Schließlich ist durch die Erfindung die Zahl der beweglichen Teile verringert.

Ein weiterer Vorteil ist durch die Erfindung dadurch gegeben, daß alle Hochdruckteile und -kanäle im Mittelteil des Hauptgehäuses angeordnet sind, was dazu führt, daß die verschiedenen Dichtungen dem Druck in der Rohrleitung unterworfen sind, die vom Kanal 35 zum Tank führt.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen L3-

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sung stellt die Verbindung der Kanäle 32 und 35 untereinander und mit dem Tank in ihren Mitten dar. Es wäre zwar noch zweckmäßiger die Kammern 33 und 3¹* mit den nächstliegenden Ringnuten 29,30 zu verbinden, es hat sich jedoch bei dieser Art der Verbindung gezeigt, daß in der Nut, der Fluid vom Zylinder aus zugeführt wird, ein erheblicher Druck erzeugt werden kann. Die Kanäle 32 und 35 sind deshalb so vorgesehen und verbunden, wie es beschrieben ist, sodaß die Enden des Ventilgliedes dem gleichen Druck unterworfen sind.

Um die Reibung weiter zu verringern, können weitere Umfangsnuten 43 in den ebenen Endflächen des Ventilgliedes vorgesehen sein. Die Enden des Ventilgliedes müssen aus magnetisierbarem Material bestehen, während sein Mittelstück aus geeignetem nicht magnetisierbarem Material bestehen kann.

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Bezeichnung der

Erfindung: Elektro-hydraulisches Steuerventil

Patentansprüche

lly Elektrohydraulisches Steuerventil mit einem Hauptgehäuse, das eine Längsbohrung umschließt, in der ein Ventilglied in Längsrichtung der Bohrung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (12) zumindest an seinen Enden aus magnetisierbarem Material besteht und mit der Stellung des Ventilgliedes innerhalb der Axialbohrung (11) das Maß bestimmt wird, um das sich eine Nutanordnung (23, 25, 26 29, 30) in der Wand der Axialbohrung und Aussparungen (36-38) im Ventilglied einander überdecken, wobei ein Paar Solenoidvorrichtungen (13) an den einander gegenüberliegenden Enden der Axialbohrung angeordnet ist und wobei die elektrische Wicklung (19) der jeweiligen Solenoidvorrichtungen während der Erregung auf eines der Enden des Ventilgliedes die das Ventilglied verstellende Kraft als Zugkraft aufbringt.

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2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutanordnung fünf ürafangsnuten (23, 25, 26, 29, 30) in der Wand der Axialbohrung (11) aufweist, von denen die mittlere Umfangsnut (23) mit einer unter Druck stehenden Fluidquelle (2¹I), die beiden äußeren umfangsnut en (29, 30) während des Betriebes mit einer Drainage (31) und die beiden dazwischen liegenden Umfangsnuten (25, 26) mit einem Paar von Auslässen verbunden sind, wobei dem Ventilglied (12) drei axial gegeneinander versetzte Paare von Aussparungen (36, 37, 38) im Ventilgliedumfang zugeordnet sind in einer solchen Relation zu den Umfangsnuten, daß in einer Mittelstellung des Ventilgliedes die Nuten vom Ventilglied verdeckt sind und bei einer axialen Verstellbewegung des Ventilgliedes aus seiner Mittelstellung heraus in jeder der beiden Bewegungsrichtungen die mittlere Umfangsnut mit einer Umfangsnut des unmittelbar neben der mittleren Umfangsnut liegenden Nutpaares (25, 26) verbunden ist, während die jeweils andere Umfangsnut dieses Nutpaares mit der unmittelbar neben ihr liegenden Umfangsnut des äußeren Nutpaares verbunden ist.
3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Enden des Ventilgliedes (12) Kammern (33, 3*0 gebildet sind, die durch einen ersten Axial-

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kanal (35) im Ventilglied miteinander verbunden sind, während ein zweiter Axialkanal (32) die beiden Umfangsnuten des äußeren Nutpaares (29, 30) miteinander verbindet, wobei mit dem zweiten Axialkanal mittig eine Drainageöffnung verbunden ist und in den Mitten zwischen den Enden der beiden Axialkanäle diese miteinander verbunden sind.
4. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich von den Enden des Ventilgliedes (12) aus parallel zu dessen Längsachse zwei Blindbohrungen (39» 40) in das Ventilglied hinein erstrecken, in denen verschiebbar Zylinderglieder (41, 42) gelagert sind und deren innere Enden mit den Umfangsnuten des inneren Nutpaares (25, 26) durch Radialkanäle verbunden sind, wobei das Ventilglied einer Kraft unterworfen ist, die abhängig von dem Druck in den Umfangsnuten des inneren Nutenpaares ist und die der Verstellkraft der Solenoidvorrichtungen (13) entgegenwirkt .
5. Steuerventil nach Anspruch 4 gekennzeichnet durch Anschläge (21) an den beiden Enden der Axialbohrung (11) des Hauptgehäuses (10) zum Zusammenwirken mit den Zylindergliedern (41, 42) in den Blindbohrungen (39, 40).

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6. Steuerventil nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung der nach außen gerichteten Bewegungen der Zylinderglieder (41, 42), wobei bei entregten Solenoidvorrichtungen (13) das Ventilgiied (12) in seiner Mittel stellung verharrt.

7· Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsmittel manuell zu betätigende Stoßzylinder (21) und Federmittel (22) sind, die die Stoßzylinder in axialem Abstand vom Ventilglied (12) halten.

8. Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßzylinder (21) durch die Kerne (14) der SoIenoidvorrichtungen (13) hindurchgeführt sind.

9. Steuerventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Nuten im Bereich der Enden des Ventilgliedes (12) die mit den äußeren Endnuten verbunden sind.

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