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Die
Erfindung betrifft eine Hubmagnetanordnung zur Ansteuerung eines
Ventils.
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Im
Stand der Technik sind Magnetventile bekannt, bei denen das bewegliche
Stellelement von einem Hubmagneten angetrieben wird und die zum Einschieben
in eine Bohrung bestimmt sind. Solche Magnetventile werden als Cartridge-Ventile
bezeichnet. Sie bestehen in ihrem Ventilteil aus einer feststehenden
Ventilhülse, die von Außen mit einer Reihe von
ringförmigen Nuten versehen ist, die zum einen durch Bohrungen
im Aufnahmeblock zuströmendes oder abfließendes
Fluid gleichmäßig am Umfang der Hülse
verteilen. Weitere Nuten dienen als Aufnahme für O-Ringe,
die die Ringnuten gegeneinander abdichten. Damit wird gewährleistet,
dass das Fluid in den äußeren Ringnuten sich auf
verschiedenem Druck befinden kann, ohne dass ein Austausch von Fluid
zwischen diesen Kammern stattfindet (äußere Leckage).
Durch Zulauföffnungen (z. B. Bohrungen) kann das Fluid
in das Innere der Hülse gelangen. Ein in axialer Richtung
verschiebbares Stellelement (Ventil- oder Steuerschieber) bildet
in Verbindung mit den Zulauföffnungen variable Blenden
und Kanäle aus (Steuerkanten), mit denen sich der Durchfluss und
die Druckdifferenz zwischen den verschiedenen Ringnuten des Fluids
beeinflussen lassen.
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Die
Verschiebung des Steuerschiebers in axialer Richtung erfolgt durch
einen mit dem Ventil direkt verbundenen Hubmagneten in der Bauweise
eines Proportionalmagneten. Durch die Gestaltung des Steuerkonusses
im Polkern des Magneten wird ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen
erzeugter Magnetkraft und dem elektrischen Spulenstrom erzeugt.
Ist der Magnet dazu noch so konstruiert, dass die Kraft in einem
bestimmten Arbeitsbereich des Magneten unabhängig vom Hub
ist, so kann mittels einer externen Feder erreicht werden, dass
bei einem eingeprägten Strom der Schieber des Ventils,
der mit dem Ankerkolben direkt oder über eine Stange gekoppelt
ist, sich proportional zum Strom verschiebt und somit das Ventil
steuert.
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Massabweichungen
von den Sollmaßen, die bei der Fertigung der Einzelteile
unvermeidbar sind, sowie Schwankungen in den Fertigungsprozesse führen
dazu, dass die Ventile unterschiedliche Kennlinien im Zusammenhang
von Strom und Arbeitsdruck aufweisen. Die sich ergebende Streuung
führt zu unterschiedlichen Arbeitsdrücken bei
den Ventilen bei gleichem Strom durch die Spule. Um zu verhindern,
dass diese Streuungen in der Anwendung des Ventils zu Problemen
führen, wird üblicherweise ein Toleranzband für
die zulässigen Abweichungen der Arbeitsdrücke
definiert, welches während einer Prüfung des Ventils überwacht
wird.
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Im
Bereich der Mobilhydraulik werden häufig Druckregel- oder
Druckminderventile (PDMV) verwendet. Bei diesen Ventilen wird der
Druck unabhängig von der Größe des höheren
Vordruckes in nachgeschalteten Leitungen durch Drosselung des Zulaufes
konstant gehalten, ggf. bei ansteigenden äußeren Lasten
auch durch zusätzliche Freigabe des Ablaufes.
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Im
Rahmen einer automatisierten Ansteuerung von Ventilen oder die Nutzung
mehrerer parallel geschalter Arbeitsgeräte in der Mobilhydraulik
ist die vorgegebene Bandbreite des Arbeitsdruckes nicht mehr ausreichend.
Es ist eine höhere Präzision erforderlich. Dies
ist realisierbar, wenn das Ventil eine Möglichkeit zur
Einstellung der Hub-Kraft-Kennlinie aufweist. Wird diese Einstellung
im eingebauten Zustand durchgeführt werden, können
darüber hinaus auch Fertigungstoleranzen des Gesamtsystems
ausgeglichen werden.
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Aus
dem allgemein bekannten Stand der Technik sind ventilseitige Einstellungen
bekannt, die von der Seite der Ventilhülse aus erfolgen,
bei denen Blenden oder dergleichen auf eine definierte Tiefe angepasst
oder eingeschraubt werden können.
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Eine
weitere Einstellmöglichkeit kann über eine Veränderung
der Vorspannung des Rückstellelementes (z. B. Schraubenfeder)
erfolgen, das den Ventilschieber gegen den Ankerkolben drückt.
Dabei ist von Bedeutung, welcher der beiden Kraftangriffpunkte der
Feder zum Ändern der vorgespannten Federlänge
bewegt wird. Der Vektor der Kraft des Magneten und der der Feder
sind entgegengesetzt. Bei der Bewegung des Ankers und des Schiebers
bewegt sich die Kontaktfläche zwischen Feder und Schieber
stets mit, wohingegen die Seite, gegen die sich die Feder abstützt,
nicht bewegt wird. Für eine dauerhafte Einstellung des
Ventils auf einen oder mehrere Betriebspunkte muss diese – im
Betrieb – nicht bewegte Federaufnahmefläche im
Rahmen der Justierung des Ventils angepasst werden.
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Angestrebt
wird eine Einstellung auf der Magnetseite. Dies hat den Vorteil,
einzelne Ventile oder das Gesamtsystem einzustellen, während
das Ventil eingebaut ist. Einzelne oder mehrere Betriebspunkte können
somit mit einer hohen Genauigkeit angefahren werden. Dies kann erfolgen,
ohne dass ein Zugang zur hydraulischen Seite des Ventils erfolgen muss.
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DE 197 16 856 zeigt ein
Magnetventil mit einer Hubeinstellung des Ankerkolben, bei der zwischen
einem ringförmigen Anschlag und dem Magnetanker eine Verbindung
hergestellt wird, die anstelle eines kraftschlüssigen eine
formschlüssige Anschlag verwendet der plastisch verformbar
ist. Im Ankerkolben ist eine Druckfeder angeordnet, die sich auf
den elastischen Anschlag abstützt. Es erfolgt eine Änderung
der Vorspannung der Feder mit dem Nachteil, dass der Ankerhub beeinflusst
wird, was zu einer negativen Beeinflussung des Arbeitspunktes des Ventils
führt. Durch die plastische Komponente ist darüber
hinaus auch keine Nachjustierung mehr möglich.
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Eine
weitere Einstellung durch die Änderung der Vorspannung
der Feder im Magnetteil ist in
DE 195 42 642 A1 gezeigt. Der Anker ist in
seiner Grundstellung durch eine Druckfeder vorgespannt, aus der er
bei Ansteuerung bewegbar ist und sich über eine gehäuseseitiges
Widerlager und ein Ankerwiderlager abstützt. Die Einstellung
erfolgt über eine Betätigungsstange, die aus dem
Magnetgehäuse herausgeführt ist. Durch die Anordnung
ist es möglich, auch bei stoßendem Magneten eine
Nachjustierung über eine Änderung der Vorspannung
der Feder zu erzielen, Die Hubmagnetanordnung gemäß
DE 195 42 642 A1 unterliegt
jedoch dem Nachteil, dass der Verstellmechanismus für die
Druckfeder eine zusätzliche Federeinrichtung notwendig
macht und einen großen Bauraum beansprucht.
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DE 103 56 799 A1 zeigt
ein Magnetventil in Form eines Hubmagneten, bei dem die Axialverschiebung
des Ankers gegen die Kraft einer Feder erfolgt. Die Vorspannung
der Feder lässt sich über eine Stellschraube einstellen,
die über ein drehgelagertes Druckrohr des Hubmagneten verdrehbar
ist. Die Stellschraube und das Druckrohr sind drehfest, jedoch in
Axialrichtung zu einander verschiebbar verbunden. Durch das Drehen
des Druckrohres wird die Axialposition der Stellschraube verändert.
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DE 40 22 395 A1 zeigt
ein weiteres Magnetventil, bei dem der Anker mit einem Einstellglied
axial verstellt wird. Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt über
eine Änderung der Federvorspannung.
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DE 10 2004 035 501
A1 zeigt einen Hubmagneten mit einstellbarer Magnetkraft.
Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt in einem Überdeckungsbereich
zwischen einem Gehäusemantel des Magneten und einem axial
verschiebbaren Einstellstift. Die Einstellvorrichtung steht mit
dem Polrohr in Wirkkontakt, ist von außen zugänglich
und als Drehhülse ausgeführt, die auf dem Polrohr
axial geführt ist und eine Außengewinde aufweist,
das mit einem Innengewinde des Gehäusemantels kämmt.
Die Rückstellfeder für den Anker ist im Ankerinnenraum
angeordnet. Der Anker ist über die Rückstellfeder
vorgespannt. Durch eine Betätigung der Drehhülse
erfolgt eine Beeinflussung des Ankerhubes. Die Einstellung der Magnetkraft
erfolgt über eine Vergrößerung des Überdeckungsbereiches
zwischen der Einstellvorrichtung und der Gehäusewandung.
Die Einstellung der Magnetkraft erfolgt hier durch eine Veränderung
der wirksamen Fläche des Magnetfeldes.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die magnetseitige Einstellung
und Nachjustierung des Arbeitspunktes eines Magnetventils mit einfachen
Mitteln zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Hubmagnetanordnung mit den Merkmalen von
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Eine
erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung dient der
Ansteuerung eines Ventils, insbesondere eines Druck- oder Wegeventils,
und umfasst ein Gehäuse mit einem Ankerraum, einen Ankerkolben, der
in dem Gehäuse längsverschieblich aufgenommen
ist und eine Zentralbohrung aufweist, eine in dem Ankerraum angeordnete
Spule, die den Ankerkolben zumindest teilweise umschließt,
eine Federeinrichtung, die auf den Ankerkolben axial entgegen einer
von der Spule erzeugten Antriebskraft wirkt, und eine Einstelleinrichtung,
mittels der die Vorspannung der Federeinrichtung eingestellt werden
kann, wobei die Federeinrichtung in der Zentralbohrung zumindest
teilweise aufgenommen ist.
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Durch
die zumindest teilweise Aufnahme der Federeinrichtung in der Zentralbohrung
sind die Abmessungen der Hubmagnetanordnung insbesondere bezüglich
der Längsachse des Gehäuses vorteilhaft verringert.
In dem Gehäuse sind somit alle Anpassungen an die Federeinrichtung
wie Führungsbuchsen, Anschläge oder dergleichen
erforderlich, da die Anordnung und die Wirkungsweise der Federeinrichtung
in die Zentralbohrung des Ankerkolbens hinein verlegt sind.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Einstelleinrichtung
eine Betätigungsstange umfassen, die mit ihrem einen Ende öldicht
aus dem Gehäuse heraus geführt und verschieblich
dazu lösbar festgesetzt werden kann. Mit ihrem anderen Ende
ist die Betätigungsstange in die Zentralbohrung des Ankerkolbens
hinein geführt, wobei die Federeinrichtung an einem in
dem Ankerkolben ausgebildeten ersten Widerlager und an einem an
der Betätigungsstange ausgebildeten zweiten Widerlager
abgestützt ist. Infolge dieser einzigen Betätigungsstange
der Einstelleinrichtung, welche Betätigungsstange das genannte
zweite Widerlager für die Federeinrichtung bildet, ist
die Gesamtanzahl von Bauelementen zur Veränderung der Vorspannung
der Federeinrichtung vorteilhaft klein gehalten. Ein Verschieben
der Betätigungsstange bezüglich des Gehäuses
und damit des zweiten Widerlagers wirkt sich unmittelbar auf die
Federvorspannung der Federeinrichtung und damit auf den Betriebspunkt
eines Ventils aus, wobei das Verschieben der Betätigungsstange
bei laufendem Betrieb des Ventils erfolgen kann, ohne dass ein Zugang
zur hydraulischen Seite des Ventils erfolgen muss.
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In
einer alternativen Ausführungsform kann die Festsetzung
der Betätigungsstange relativ zum Gehäuse dauerhaft
gewählt sein, z. B. durch eine geeignete Einpressung der
Betätigungsstange in einer Öffnung des Gehäuses.
Nach einem ersten Einpressen der Betätigungsstange in die Öffnung
bleibt die axiale Position der Betätigungsstange bezüglich
des Gehäuses unveränderlich. Auch wenn bei einer
solchen Einpressung der Betriebspunkt des Ventils bei dessen laufendem
Betrieb nicht veränderlich ist, ist jedoch die Einstellung
des Ventils vor dessen Erstinbetriebnahme wesentlich erleichtert.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die in der Zentralbohrung
des Ankerkolbens angeordnete Federeinrichtung den Ankerkolben in
seine Ausgangsstellung vorspannen, wenn die Spule stromlos ist.
Alternativ oder ergänzend dazu kann außerhalb
der Zentralbohrung des Ankerkolbens eine weitere Federeinrichtung
vorgesehen sein, die den Ankerkolben in seine Ausgangsstellung drückt.
In jedem Fall wirkt die innerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens
angeordnete Federeinrichtung der von der Spule erzeugten Antriebskraft
axial entgegen, wobei durch eine Veränderung der Federvorspannung
einzelne oder mehrere Betriebspunkte mit sehr hoher Genauigkeit
angefahren werden können. Zweckmäßigerweise
erstreckt sich die Zentralbohrung im Wesentlichen vollständig
entlang einer Längsachse des Ankerkolbens. Dies ermöglicht
zum einen eine Aufnahme von Federeinrichtungen in Form einer Spiralfeder
mit großer Windungsanzahl, falls eine entsprechend hohe
Federkraft erforderlich ist. Des weiteren kann die Zentralbohrung
an ihrer Seite, die dem ersten Widerlager entgegengesetzt ist, durch
einen Stift verschlossen sein, der in die Zentralbohrung eingeschraubt,
eingepresst oder in ähnlicher Weise darin gehalten ist.
Der Stift überträgt die Bewegung des Ankerkolbens
auf einen Ventilschieber eines Magnetventils, dessen Antrieb die
erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung sicherstellt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das erste Widerlager
innerhalb des Ankerkolbens durch einen radial nach innen gerichteten Schulterabschnitt
ausgebildet sein. Hierdurch ist in einfacher Weise ein geeignetes
und betriebssicheres Abstützen einer Stirnseite der Federeinrichtung
an eine Anschlagsfläche des Ankerkolbens sichergestellt.
Das zweite Widerlager ist zweckmäßigerweise an
einer endseitigen Stirnseite der Betätigungsstange ausgebildet,
die sich durch die Federeinrichtung hindurch erstrecken kann. Hierdurch
ist eine Wirkung der Federeinrichtung über ihre volle Länge
gewährleistet. Das zweite Widerlager an der endseitigen Stirnseite
der Betätigungsstange kann in Form eines T-förmigen
Querschnitts ausgebildet sein, an dessen Schulterabschnitt sich
der daran angrenzende Endbereich der Federeinrichtung anlegt.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Betätigungsstange
durch ein Joch des Gehäuses hindurch nach außen
geführt sein. Hierzu weist das Gehäuse bzw. ein
randseitig daran angebrachtes Kappenelement eine Austrittsöffnung
auf, die an den Außendurchmesser der Betätigungsstange
angepasst ist. Über geeignete Dichtungen oder dergleichen
ist hierbei sichergestellt, dass der Ankerraum trotz dieser Öffnung
des Gehäuses für die Betätigungsstange öldicht
nach außen hin abgeschlossen bleibt. Das Ende der Betätigungsstange,
das sich außerhalb des Gehäuses befindet, kann
mit einer Verstelleinrichtung gekoppelt sein, so dass die Betätigungsstange
relativ zu einer Längsachse des Gehäuses verschieblich
ist. Eine solche Verschiebung der Betätigungsstange führt
wie erläutert zu einem Verschieben des zweiten Widerlagers
innerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens, so dass dadurch die
Vorspannung der Federeinrichtung wie gewünscht verändert
wird. Ein solches Verstellen der Betätigungsstange kann
dadurch erzielt werden, dass die Betätigungsstange an ihrer
Außenumfangsfläche in dem Bereich, der durch das
Gehäuse öldicht hindurch geführt ist,
ein Außengewinde aufweist. Dieses Außengewinde
wirkt mit einem an der Kontaktfläche ausgebildeten Innengewinde
zusammen, so dass die Betätigungsstange durch ein Verdrehen um
ihre Achse entlang der Längsachse des Gehäuses
verlagerbar ist. Die Anzahl von anteiligen oder ganzzahligen Umdrehungen
der Betätigungsstange um ihre Achse stellt dabei ein einfaches
und präzises Maß für ein Verschieben
bezüglich der Längsachse des Gehäuses
dar. Unter Berücksichtigung der gewählten Gewindesteigung
für das Außen- bzw. Innengewinde lässt
sich somit dass zweite Widerlager gezielt um eine bestimmte Strecke
innerhalb der Zentralbohrung des Ankerkolbens verschieben, indem die
Betätigungsstange um ein vorbestimmtes Maß um
ihre Achse verdreht wird. Auf dem Außengewinde der Betätigungsstange
kann außerhalb des Gehäuses eine Kontermutter
aufgeschraubt sein, die nach Erreichen einer ausgewählten
Betriebsposition ein Verschieben der Betätigungsstange
relativ zum Gehäuse verhindert.
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Alternativ
zum Vorsehen eines Gewindes an Betätigungsstange bzw. Gehäuse
kann ein axiales Verschieben der Betätigungsstange relativ
zum Gehäuse ebenfalls durch eine Pressverbindung oder dergleichen
erfolgen. Die Betätigungsstange ist hierbei in einer Öffnung
des Gehäuses geeignet eingepresst, wobei das Passmaß zwischen
Betätigungstange und der Öffnung so gewählt
ist, dass die Betätigungsstange bei einem ausgewählten
Betriebspunkt rutschsicher in der Öffnung fixiert ist.
Ein Verstellen des Betriebspunkts des Ventils erfolgt dadurch, dass
die Einpressung der Betätigungsstange mittels einer geeigneten
Verstelleinrichtung wegüberwacht verändert werden
kann.
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Die
erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung eignet sich
insbesondere zur Anwendung für ein Magnetventil, dass zum
Beispiel als Cartridge-Ventil ausgeführt sein kann. Das
Kraftgleichgewicht, das sich durch eine an einer Stirnfläche
eines Ventilschiebers wirkende Strömungskraft und der durch
die Spule erzeugte Magnetkraft, die auf den Ankerkolben wirkt, einstellt,
ermöglicht ein Verstellen der Vorspannung für
die Federeinrichtung, ohne dass sich dies auf den Ankerhub auswirkt.
Anders ausgedrückt, ist durch die erfindungsgemäße
Hubmagnetanordnung in Verbindung mit einem Cartridge-Ventil eine
Einstellung bzw. Nachjustierung des Arbeitspunktes im Wege einer
Veränderung der Federvorspannung, die auf den Ankerkolben
wirkt, möglich, ohne dabei den Ankerhub zu beeinflussen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
prinzipiell vereinfachte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Hubmagnetanordnung,
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2 eine
Querschnittsansicht eines Magnetventils, das mit der erfindungsgemäßen
Hubmagnetanordnung gemäß 1 versehen
ist,
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3 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs 1 von 2,
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4 eine
Querschnittsansicht des Ventils gemäß 2,
einschließlich seiner Druckstufe mit Einlass- und Auslasskanal,
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5 eine
Seitenansicht des Magnetventils von 4 aus Richtung
des Pfeils a von 4, und
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6 ein
Diagramm für verschiedene Betriebspunkte eines Magnetventils
mit der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung,
wobei eine Druckdifferenz als Funktion des Spulenstroms aufgetragen ist.
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1 zeigt
eine prinzipiell vereinfachte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Hubmagnetanordnung 1. Die Hubmagnetanordnung umfasst ein
Gehäuse 2, das einen Ankerraum 3 bildet. Innerhalb
des Ankerraums 3 ist ein Ankerkolben 4 bezüglich
einer Längsachse 5 des Gehäuses 2 verschieblich
aufgenommen. Der Ankerkolben weist eine Zentralbohrung 6 auf,
die sich im Wesentlichen vollständig entlang einer Längsachse
des Ankerkolbens erstreckt. In dem Ankerraum 3 ist zusätzlich eine
Spule 7 angeordnet, die den Ankerkolben 4 umschließt.
Angrenzend zum Ankerkolben 4 ist innerhalb der Spule 7 des
weiteren ein Steuerkonus 8 vorgesehen, der für
einen Antrieb des Ankerkolbens 4 durch die von der Spule 7 erzeugte
Magnetkraft in bekannter Weise erforderlich ist.
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Eine
Betätigungsstange 9 ist Teil einer Einstelleinrichtung,
wobei die Betätigungsstange 9 mit einem Ende (in 1 rechts
gezeigt) öldicht aus dem Gehäuse 2 heraus
geführt ist. Das andere Ende der Betätigungsstange 9 ragt
in die Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 hinein,
wobei die Stirnseite dieses Endes der Betätigungsstange 9 einen
T-förmigen Querschnitt aufweist und somit ein Widerlager 11 bildet.
Innerhalb der Zentralbohrung 6 ist eine Federeinrichtung
in Form einer Spiral-Druckfeder 10 aufgenommen, wobei sich
die Betätigungsstange 9 durch die Feder 10 hindurch
erstreckt. Die Feder 10 ist zwischen dem Widerlager 11 an
der Stirnseite der Betätigungsstange 9 und einem
Schulterabschnitt 12, der in einem Randbereich des Ankerkolbens 4 radial nach
innen gerichtet ist, abgestützt. In der Zentralbohrung 6 ist
an ihrer dem Schulterabschnitt 12 entgegengesetzten Seite
ein Stift 13 befestigt, der durch eine mittige Bohrung 14 des
Steuerkonus 8 hindurch geführt ist und mit einem
Ventilschieber eines Magnetventils in Verbindung steht.
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In
der Position gemäß 1 ist der
Ankerkolben 4 in seiner Ausgangsstellung gezeigt, wenn die
Spule 7 stromlos ist. Bei einem Bestromen der Spule 7 treibt
die dabei erzeugte Magnetkraft den Ankerkolben 4 in 1 nach
links an, d. h. in Richtung des Steuerkonus 8. Hierbei
wird die Längsverschiebung des Ankerkolbens 4 innerhalb
des Ankerraums 3 mittels des Stifts 13 auf den
Ventilschieber des Magnetventils (4) übertragen,
um den Fluidstrom zwischen dem Einlass- und Auslasskanal des Magnetventils
zu steuern. Das Verschieben des Ankerkolbens 4 in dem Ankerraum 3 in
der 1 nach links bei bestromter Spule 7 erfolgt
gegen die Kraft der Feder 10. Dies bewirkt, dass die Feder 10 bei
einem Entregen der Spule 7, wenn kein äußeres
Magnetfeld mehr auf den Ankerkolben 4 wirkt, den Ankerkolben 4 zurück
in seine Ausgangsstellung drückt.
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Das
erfindungsgemäße Einstellen bzw. Verändern
der Federvorspannung wird wie folgt durchgeführt:
Die
Betätigungsstange 9 kann mit ihrem Ende, welches
aus dem Gehäuse 2 öldicht heraus geführt
ist, relativ zur Längsachse 5 des Gehäuse
verschoben werden. Durch ein Verschieben der Betätigungsstange 9 wird
die Position des Widerlagers 11 innerhalb der Zentralbohrung 6 und
damit der verfügbare Federweg für die Feder 10 geändert.
Falls die Betätigungsstange 9 in das Gehäuse 2 hinein
bewegt wird, wandert das Widerlager 11 innerhalb der Zentralbohrung 6 des
Ankerkolbens 4 in 1 nach links,
d. h. weg von dem Schulterabschnitt 12. Da sich hierbei der
Abstand zwischen dem Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 vergrößert,
verringert sich somit die Vorspannung für die Feder 10,
die zwischen diesen beiden Widerlagern 11, 12 abgestützt
ist. Nachdem eine gewünschte Vorspannung für die
Feder 10 durch ein Verschieben der Betätigungsstange 9 erzielt
worden ist, kann diese bezüglich des Gehäuses 2 lösbar
festgesetzt werden, so dass ein versehentliches Verschieben der
Betätigungsstange 9 ausgeschlossen ist und der
gewählte Betriebspunkt für den Ankerkolben 4 erhalten
bleibt. Ein Erhöhen der Vorspannung für die Feder 10 funktioniert
entsprechend umgekehrt, indem die Betätigungsstange 9 zunächst gelöst
wird und anschließend aus dem Gehäuse 2 herausbewegt
wird. Hierbei verringert sich der Abstand des Widerlagers 11 bezüglich
des Schulterabschnitts 12, wodurch die Vorspannung für
die Feder 10 vergrößert wird. Der Vorteil
einer solchen Verstellung der Vorspannung für die Feder 10 liegt
darin, dass dies bei laufendem Betrieb des Magnetventils erfolgen
kann, weil ein Zugang zur hydraulischen Seite des Ventils nicht
erforderlich ist. Durch ein sukzessives Verschieben der Betätigungsstange 9 in das
Gehäuse 2 hinein oder daraus heraus lassen sich
einzelne oder mehrere Betriebspunkte mit einer sehr großen
Genauigkeit anfahren und entsprechend ein Arbeitspunkt des Ventils
einstellen. Eine Beeinflussung des Ankerhubs findet hierbei nicht
statt, da die Strömungskraft, die an der Stirnseite des
Ventilschiebers des Ventils angreift, dem entgegen wirkt.
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Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 eine
Integration der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1 in
ein Magnetventil erläutert.
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2 zeigt
eine Längsquerschnittansicht durch ein Magnetventil 16 entlang
dessen Längsachse 17. Das Gehäuse 2 in
der Hubmagnetanordnung 1 bildet gleichzeitig ein Gehäuse
des Magnetventils 16. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erläutert,
ist innerhalb des Gehäuses 2 ein Ankerraum 3 ausgebildet,
in dem ein Ankerkolben 4 längsverschieblich bezüglich
der Längsachse 17 aufgenommen ist. Das Gehäuse 2 ist
in seinem in 2 rechts gezeigten Bereich durch
ein Kappenelement 18 verschlossen, das in eine stirnseitige Öffnung 19 des Gehäuses 2 eingesetzt
ist. Dichtmittel in Form von O-Ringen 20 gewährleisten
eine öldichte Abdichtung des Ankerraums 3 nach
außen zur Umgebung hin.
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In
dem in 2 links gezeigten Bereich des Gehäuses
ist der Steuerkonus 8 eingesetzt, der sich nach innen in
den Ankerraum 3 hinein erstreckt. Zwischen dem Steuerkonus 8 und
einer Innenfläche des Gehäuses 2 ist
die Spule 7 aufgenommen, die den Ankerkolben teilweise
umschließt. Zwischen einer Stirnseite der Spule 7 und
dem Kappenelement ist innerhalb des Ankerraums 3 eine Jochscheibe 21 positioniert,
die einen festen Sitz der Spule 7 gewährleistet.
Zwischen dem Steuerkonus 8 und der Spule 7 ist ebenfalls
ein O-Ring 20 vorgesehen, um eine Öldichtigkeit
des Gehäuses in seinem in 2 links
gezeigten Bereich sicherzustellen.
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Der
Ankerkolben 4 ist innerhalb des Ankerraums 3 durch
eine Führungsbuchse 22 verschieblich geführt.
Der Ankerraum 3 selbst ist mit Öl gefüllt, woraus
eine gute Schmierung des Ankerkolbens 4 bei einer Längsverschiebung
resultiert.
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Der
Ankerkolben 4 weist zumindest eine Druckausgleichsbohrung 23 auf,
die sich in Längsrichtung des Ankerkolbens 4 hindurch
erstreckt und eine Fluidverbindung zu beiden Stirnseiten des Kolbens
bildet. In die Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 hinein
ist die Betätigungsstange 9 geführt,
die mit ihrem anderen Ende durch eine Öffnung 24 des Kappenelements 18 aus
dem Gehäuse 2 heraus geführt ist. Wie
bereits in 1 erläutert, ist innerhalb der
Zentralbohrung 6 eine Druckfeder 10 aufgenommen,
die sich zwischen dem an einer Stirnseite der Betätigungsstange 9 ausgebildeten
Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 des
Ankerkolbens 4 abstützt. Die Betätigungsstange 9 weist
entlang ihres Außenumfangs, der in Kontakt mit der Öffnung 24 des
Kappenelements 18 steht, ein Außengewinde 25 auf.
Daran angepasst ist in der Öffnung 24 ein Innengewinde 26 ausgebildet.
Durch ein Verdrehen um ihre Achse lässt sich die Betätigungsstange 9 in
das Gehäuse 2 hinein schrauben bzw. daraus heraus schrauben,
wobei sich das Widerlager 11 entsprechend von dem Schulterabschnitt 12 weg
bewegt bzw. darauf hinzu bewegt. Bei einem Hineindrehen der Betätigungsstange 9 in
das Gehäuse 2 vergrößert sich
der Abstand des Widerlagers 11 zum Schulterabschnitt 12,
wodurch die Vorspannung für die Druckfeder 10 verringert
wird. Umgekehrt bedeutet dies, dass bei einem Herausschrauben der
Betätigungsstange 9 aus dem Gehäuse 2 heraus
der Abstand zwischen dem Widerlager 11 und dem Schulterabschnitt 12 verringert
wird, wodurch die Vorspannung der Druckfeder 10 vergrößert
wird.
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Die
Betätigungsstange 9 ist an ihrem freien Ende außerhalb
des Gehäuses 2 mit einem Sechskant 28 versehen,
auf den ein Werkzeug zum Verdrehen der Betätigungsstange 9 um
ihre Achse aufgesteckt werden kann. Das Außengewinde der
Betätigungsstange 9 erstreckt sich bis in einen
Bereich außerhalb des Kappenelements 18, so dass
eine Kontermutter 27 aufgeschraubt sein kann. Falls die
Kontermutter 27 gegen eine Stirnseite des Kappenelements 18 festgeschraubt
ist, ist die Betätigungsstange 9 in ihrer ausgewählten
Betriebsstellung gegen eine selbsttätiges Verdrehen gesichert
und somit in ihrer axialen Position bezüglich des Gehäuses 2 festgesetzt.
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In
die Zentralbohrung 6 des Ankerkolbens 4 ist an
ihrer in 2 links gezeigten Seite der
Stift 13 eingepasst, der durch eine Führungsbuchse 29 innerhalb
der mittigen Bohrung 14 des Steuerkonus 8 verschieblich
geführt ist. Der Stift 13 dient dazu, eine axiale
Verschiebung des Ankerkolbens 4 innerhalb des Ankerraums 3 an
einen Ventilschieber zu übertragen, wie nachstehend in 4 noch
im Detail erläutert.
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Der
Bereich I von 2 ist in der Längsquerschnittansicht
von 3 vergrößert dargestellt. In das
Kappenelement 18 ist ein Führungsflansch 30 eingestemmt,
in dessen Zentralbohrung 30a die Betätigungsstange 9 verschieblich
hindurch geführt ist. Ein auf der Betätigungsstange 9 aufgebrachter O-Ring 20 gewährleistet
dabei eine Öldichtigkeit des Ankerraums 3 nach
außen. In der in 3 gezeigten Position
ist der Ankerkolben 4 durch die Druckfeder 10 in
seine Ausgangsstellung vorgespannt. Wie vorstehend unter Bezugnahme
auf 2 erläutert, läßt sich
durch ein Hineindrehen der Betätigungsstange 9 in
das Gehäuse 2 die Vorspannung der Druckfeder 10 verringern,
da hierbei sich der Abstand zwischen dem Widerlager 11 und
dem Schulterabschnitt 12 vergrößert.
Umgekehrt kann die Vorspannung für die Druckfeder 10 vergrößert
werden, wenn die Betätigungsstange 9 aus dem Gehäuse 2 heraus
geschraubt wird. Die Kontermutter 27 setzt die Betätigungsstange 9 axial
bezüglich des Gehäuse 2 bzw. dessen Kappenelement 18 fest,
wenn eine ausgewählte Betriebsstellung eingestellt ist.
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In 4 ist
das Magnetventil 16 vollständig in einer Längsquerschnittansicht
gezeigt. In den Steuerkonus 8 ist eine Ventilhülse 31 verstemmt,
wobei auf die Ventilhülse ein Deckel 35 aufgesetzt
ist, der ebenfalls an einer Stirnseite des Steuerkonus 8 befestigt
ist. Ein O-Ring 20 zwischen dem Steuerkonus 8 und
dem Deckel 35 stellt die erforderliche Öldichtigkeit
des Ankerraums 3 sicher. In der Ventilhülse 31 sind
ein Einlasskanal 32 und ein Auslasskanal 33 ausgebildet,
wobei ein längsverschieblich in der Ventilhülse
geführter Ventilschieber 34 eine Fluidverbindung
zwischen Einlasskanal 32 und Auslasskanal 33 steuert.
Hierzu sind nach Art eines Cartridge-Ventils an einer Innenumfangsfläche
der Ventilhülse 31 bzw. an einer Außenumfangsfläche
des Ventilschiebers 34 Nuten oder dergleichen vorgesehen,
durch die bei geeigneter Stellung des Ventilschiebers 34 das
Fluid vom Einlasskanal 32 zum Auslasskanal 33 strömen
kann.
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An
einer Stirnseite des Deckels 35 und stromaufwärts
des Einlasskanals 32 ist ein Filter 36 angebracht.
Stromabwärts des Auslasskanals 33 ist an der Ventilhülse 31 ein
weiterer Filter 37 angebracht. Beide Filter 36, 37 dienen
zur Filterung des durchströmenden Fluids und zum Einfangen
von Fremdpartikeln oder dergleichen. An einer Außenumfangsfläche
der Ventilhülse 31 sind weitere O-Ringe 20 angeordnet,
die eine Dichtigkeit des Ölraums zur Umgebung hin gewährleisten.
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Der
Ventilschieber 34 weist einen Schulterabschnitt 38 auf,
der sich in Richtung der Ventilhülse 31 erstreckt.
Angrenzend zu diesem Schulterabschnitt ist der Ventilschieber 34 mit
dem Stift 13 verbunden. Eine Axialbewegung des Stifts 13 wird
somit auf den Ventilschieber 34 übertragen, und
umgekehrt. In einer Öffnung 39 der Ventilhülse 31,
die dem Steuerkonus 8 gegenüber liegt, ist eine
Sitzfläche 40 ausgebildet. Auf einer Außenumfangsfläche
des Stifts 13 ist eine weitere Druckfeder 41 angeordnet, die
sich mit ihrem in 4 rechts gezeigten Ende an dem
Schulterabschnitt 38 und mit ihrem in 4 links
gezeigten Ende an der Sitzfläche 40 abstützt. Die
Druckfeder 41 dient dazu, den Ankerkolben 4 in seine
Ausgangsstellung vorzuspannen. Somit wird der Ankerkolben 4 sowohl
durch die Druckfeder 10 und die Druckfeder 41 in
seine Ausgangsstellung vorgespannt. In Abweichung von der in 4 gezeigten Ausführungsform
ist ein Vorspannen des Ankerkolbens 4 in seine Ausgangsstellung
auch ohne die Druckfeder 41 möglich. Ebenfalls
ist es möglich, den Ankerkolben 4 ausschließlich
durch die Druckfeder 41 in seine Ausgangsstellung vorzuspannen,
wobei dann die Druckfeder 10 primär zur Ansteuerung
eines ausgewählten Betriebspunkt des Magnetventils 16 dient.
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Die
erfindungsgemäße Hubmagnetanordnung 1 eignet
sich dazu, die Vorspannung der Druckfeder 10 im laufenden
Betrieb des Magentventils 16 zu verändern und
damit einen entsprechenden Betriebspunkt des Magnetventils 16 exakt
einzustellen, indem die Betätigungsstange 9 über
den Sechskant 28 in Längsrichtung bezüglich
des Gehäuses 2 verstellt. Die Strömungskraft,
die auf eine Stirnseite des Ventilschiebers 34 wirkt, führt
zu einem Kraftgleichgewicht mit der von der Spule 7 erzeugten
Magnetkraft, die auf den Ankerkolben 4 wirkt. Dies hat
zur Folge, dass eine Veränderung der Vorspannung für die
Druckfeder 10 den Ankerhub des Ankerkolbens 4 nicht
beeinflusst.
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5 zeigt
eine Seitenansicht des Magnetventils 16 aus Richtung des
Pfeils a von 4. Das Gehäuse 2 weist
einen Befestigungsflansch 42 auf, in dem Durchgangslöcher 43 für
ein geeignetes Befestigen des Magnetventils 16 ausgebildet
sind. In der Seitenansicht von 5 sind der
Sechskant 28 der Betätigungsstange 9 und
auch die Kontermutter 27 zu erkennen.
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6 zeigt
ein Kennliniendiagramm für das Magnetventil 16,
welches mit der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1 bestückt
ist. In dem Kennliniendiagramm von 6 ist die
Druckdifferenz ΔP auf der Ordinate als Funktion des Stroms
(Abszisse) aufgetragen, der an die Spule 7 angelegt wird. Die
Kennlinie 1 stellt eine Grundstellung der Betätigungsstange 9 dar,
in der sie vollständig in das Gehäuse 2 hinein
gedreht ist. Die Kurven 2 bis 4 zeigen eine geänderte Betriebsstellung
für die Betätigungsstange 9, in der sie
bezogen auf die Grundstellung jeweils um eine Umdrehung aus dem
Gehäuse 2 bzw. dessen Kappenelement 18 heraus
gedreht ist. Dies bedeutet, dass in den Betriebsstellungen gemäß der Kurven
2 bis 4 der Abstand des Widerlagers 11 zum Schulterabschnitt 12 sukzessive
verringert ist, woraus eine sukzessive Erhöhung der Federvorspannung
für die Druckfeder 10 resultiert. Entsprechend ist
bei den Kurven 2, 3 bzw. 4 die erforderliche Stromaufnahme für
die Spule 7 größer, um in der Ventilhülse 31 zwischen
dem Einlass- und Auslasskanal 32, 33 die gleiche
Druckdifferenz zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19716856 [0010]
- - DE 19542642 A1 [0011, 0011]
- - DE 10356799 A1 [0012]
- - DE 4022395 A1 [0013]
- - DE 102004035501 A1 [0014]