DE10255524B4

DE10255524B4 - Elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil mit A-Kompensation

Info

Publication number: DE10255524B4
Application number: DE10255524A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Blaffert; Hans-Peter Oesterle; Heinz Schäfer
Original assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Current assignee: Kendrion Villingen GmbH
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: DE10255524A1

Abstract

Elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil mit den Merkmalen:
a) einen zwei gegenüberliegende Ventilsitze (T-Ventilsitz, P-Ventilsitz) aufweisenden Ventilraum (10), welcher mit einem P-Anschluß für einen Pumpendruck, einem A-Anschluß für einen Arbeitszylinderraum und einem T-Anschluß für einen Druckmitteltank in Verbindung steht,
b) der Ventilraum (10) weist ein Dichtelement (22) auf, durch welches abwechselnd einer der beiden Ventilsitze (T-Ventilsitz, P-Ventilsitz) verschließbar ist,
c) eine auf das Dichtelement (22) wirkende Stößeleinrichtung (50, 51), durch welche Kraft auf das Dichtelement (22) in Richtung des dem P-Anschluß zugewandten Ventilsitzes (P-Ventilsitz) mittels eines von einer Druckfeder (25) beaufschlagten Ankers (35) ausübbar ist,
d) der A-Anschluß steht bei geschlossenem T-Ventilsitz und bei offenem P-Ventilsitz über die Stößeleinrichtung (50, 51) mit dem Dichtelement (22) in hydraulischer Wirkverbindung zur Erzielung einer Druckkompensation mittels einer zusätzlichen Kraftkomponente, die in Richtung des dem P-Anschluß zugewandten Ventilsitzes (P-Ventilsitz) gerichtet ist,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
e) die Stößeleinrichtung (50, 51) und...

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil mit A-Kompensation gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche elektromagnetischen 3/2-Wegesitzventile sind z.B. aus DE 198 34 786 A1 der Anmelderin bekannt.

Unter einem Wegesitzventil versteht man ein Ventil, dessen Dichtelement einen Weg durchläuft und axial angeordnete Ventilsitze abdichtet. Es ist bestimmt durch die Anzahl der vorhandenen Anschlüsse und Schaltstellungen. Bei den Wegesitzventilen bezeichnet die erste Ziffer die Anzahl der Anschlüsse, während die zweite Ziffer die Anzahl der Schaltstellungen kennzeichnet.

Ein 3/2-Wegesitzventil wird u. a. zur Verdeckverstellung in Cabrios eingesetzt. Diese 3/2-Wegesitzventile haben drei Anschlüsse, nämlich einen P-Anschluß (Pumpe), einen T-Anschluß (Tank) und einen A-Anschluß (Arbeitszylinder). Des Weiteren weist ein solches Ventil einen Ventilraum mit einem Dichtelement – i.a. eine Dichtkugel – auf, welches jeweils in einem von zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen zur Anlage kommen kann, so daß entweder eine Ventil-Offen-Stellung oder eine Ventil-Geschlossen-Stellung realisiert ist.

Einer der beiden gegenüberliegenden Ventilsitze ist ein sogenannter P-Sitz, der am Übergang zwischen P-Anschluß und Ventilraum sitzt, und der andere Ventilsitz wird als T-Ventilsitz bezeichnet und liegt am Übergang vom Ventilraum zum T-Anschluß. Die Dichtkugel steht mit einem Stößel, der von einer Druckfeder umgeben ist, in Wirkverbindung. Der auf die Dichtkugel wirkende Pumpendruck wirkt hierbei gegen die Federkraft der Druckfeder. Zusätzlich ist der Stößel von einer Erregerspule eines Elektromagneten umgeben, um bei Bestromung der Erregerspule eine magnetische Zugkraft auf den Stößel auszuüben.

Die Problematik eines solchen 3/2-Wegesitzventils besteht darin, daß die T-Ventilsitzfläche A₂ aufgrund des durch den T-Ventilsitz hindurchgreifenden Stößels (50) größer sein muß als die P-Ventilsitzfläche A₁, sofern die Durchlaßquerschnitte am P- und T-Sitz gleich sein sollen.

Dies wiederum erfordert eine große Federkraft im T-Sitz um den T-Sitz nach Abschaltung der Erregerspule gegen den Pumpendruck wieder zu öffnen.

Das in der eingangs genannten DE 198 34 786 A1 beschriebene 3/2-Wegesitzventil kommt hingegen mit einer kleinen Federkonstante aus, wobei dessen Elektromagnet mit einer geringeren Hubarbeit betrieben werden kann. Erreicht wird dies durch eine sogenannte A-Kompensation, indem der zweite Anschluß (A-Anschluß) des Wegesitzventils bei geschlossenem zweiten Ventilsitz (14) und offenem ersten Ventilsitz (12) mit dem Dichtelement (22) über die Fläche (A3) des Stößels (20) in Wirkverbindung steht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Ventil weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein 3/2-Magnetsitzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Wegesitzventil nach der Erfindung wird nachfolgend anhand des Ausführungsbeispieles eines 3/2-Wegesitzventiles im Zusammenhang mit Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine Prinzipskizze (nicht maßstabsgettreu!) eines elektromagentischen 3/2-Wegesitzventils mit A-Druckkompensation nach der Erfindung,
2 ein Schnittbild durch ein maßstabgetreues 3/2-Wegesitzventil nach 1,
3 ein Kräftediagramm des in 1 dargestellten 3/2-Wegesitzventils.
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
In 1 ist das Prinzipschaltbild eines 3/2-Wegesitzven tils nach der Erfindung dargestellt. Das Ventil weist einen Ventilraum 10 auf, der mit drei Anschlüssen P, A und T in Verbindung steht. Im Ventilraum selbst sitzt ein Dichtelement, das vorliegend als Dichtkugel 22 ausgebildet ist.
Über den Anschluß P wird Druckmittel von z.B. bis zu 200 bar an den Ventilraum zugeführt. Der Anschluß A steht mit einem Arbeitszylinderraum in Verbindung und der Anschluß T mit einem Druckmitteltank.
Der Ventilraum 10 weist zwei gegenüberliegende Ventilsitze auf, nämlich einen unteren zum Anschluß P gewandten, sogenannten P-Ventilsitz und einen oberen sogenannten T-Ventilsitz. Die Dichtfläche des P-Ventilsitzes ist mit A1 bezeichnet und die Dichtfläche des T-Ventilsitzes mit A2. die Querschnittsfläche von A1 ist kleiner als die Querschnittsfläche von A2. Im dargestellten Zustand des Wegesitzventiles von 1 sitzt die Dichtkugel im P-Ventilsitz 12 und dichtet folglich diesen ab, so daß der Anschluß A mit dem Anschluß T in Verbindung steht. In der strichlierten Darstellung dagegen liegt die Dichtkugel im T-Ventilsitz 14, so daß der P-Anschluß mit dem A-Anschluß verbunden ist.
Auf die Dichtkugel 22 wirkt ein von einer Druckfeder 24 beaufschlagter Ankerkolben 35. Die Druckfeder 25 drückt auf die obere Seite des Ankerkolbens 35, welcher an seiner Unterseite auf einen A-Kompensationsstift 51 drückt. Letzterer wirkt auf einen Stößel 50. Der Stößel 50 wiederum drückt auf die Dichtkugel 22. Der Ankerkolben 35 und der A-Kompensationsstift 51 sind lose miteinander verbunden. Der A-Kompensationsstift 51 weist eine Querschnittsfläche von A3 auf, welche bei Bestromung eine Magnetkraft erzeugt, die der Federkraft entgegengesetzt ist. Der Ankerkolben 35 ist des weiteren von einer Erregerspule 26 umgeben. Über einen Kanal 53 ist der Ventilraum 10 mit der Fläche A3 in Verbindung. Die Fläche A3 ist bevorzugt gleich oder kleiner wie die Querschnittsfläche A1 im P-Sitz.
Erfindungsgemäß steht der A-Anschluß mit der Kompensationsfläche A3, also der Dichtkugel abgewandten Stößelfläche in Wirkverbindung, um eine Druckkompensation zu bewirken, wenn der P-Ventilsitz geschlossen ist.
Die Funktionsweise des in 1 gezeigten Ventils ist folgende:
Im unbestromten Zustand der Erregerspule 26 wird der P-Sitz durch die zwischen Ankerkolben 35 und Polkern 36 angeordnete Druckfeder 25 zugehalten. Der Kraftfluss geht über Druckfeder 25, Ankerkolben 35, A-Kompensationsstift 51, Ventilstößel 50 zum Dichtelement 22.
Die Federkraft der Druckfeder 25 ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass der P-Sitz bei angelegtem max. Druck P (Hydr. Kraft P_auf) noch sicher zugehalten wird (s. 3; P-Sitz).
Bei Bestromung der Erregerspule 25 wird der Ankerkolben 35 gegen die Federkraft angezogen. Durch den anstehenden Druck wandert das Dichtelement 25 vom P-Sitz (A₁) in den T-Sitz (A₂). Sobald der T-Sitz (A₂) geschlossen ist, baut sich im Ventilraum 10 und damit auch im Kanal 53 und im Ankerraum 60 ein Druck auf, welcher im stationären Zustand dem Pumpendruck P entspricht. Dieser Druck wird über den Kanal 53 in der Ankerraum 10 geleitet und übt auf den A-Kompensationsstift 51, welcher in einer Flanschbuchse (siehe 2) gut geführt ist, eine Kraft aus (F = P·A₃).
Da die auf den A-Kompensationsstift 51 drückende Kraft (A- Kompensationskraft) kleiner als die auf das im T-Sitz befindliche Dichtelement 22 wirkende hydraulische Kraft T_zu ist, ergibt sich ein Zustand, welcher das Dichtelement 22 sicher im T-Sitz hält (s. 3; Magnethub 0).
Wird nun die Erregerspule 26 entstromt, dann wird die Federkraft frei und drückt, zusammen mit der schon bereits stehenden A-Kompensationskraft das Dichtelement 22 aus dem T-Sitz (s. 3; T-Sitz) wieder in Richtung P-Sitz.
Der Vorteil dieses 3/2 Wege-Sitzventils mit A-Kompensation liegt darin, dass zum Öffnen des P-Sitzes mit dem Magnet nur die Federkraft (Feder mit geringer Federkonstante) überwunden werden muß, da die hydraulische. Kraft am A-Kompensationsstift 51 zu diesem Zeitpunkt ja noch Null ist. Erst wenn Magnet und Ventil geschaltet haben, baut sich diese Kraft auf, die dann beim Entstromen des Magneten hilft, den relativ großen T-Sitz mit seiner Querschnittsfläche A₂ wieder zu öffnen.
Ohne die A-Kompensation müsste die Federkraft bei Magnethub 0 wesentlich größer sein, d. h. der Magnet müsste wesentlich stärker ausgelegt werden.
In 2 ist ein gemäß 1 erläutertes konkret realisiertes 3/2-Wegesitzventil maßstabsgetreu dargestellt. Es ist der Zustand gezeigt, bei dem die Dichtkugel 22 den P-Sitz aufgrund des Kraftflusses „Federkraft drückt auf Ankerkolben, Ankerkolben drückt auf A-Kompensationsstift, A-Kompensationsstift drückt auf Stößel und Stößel drückt auf Dichtkugel" verschließt.
Neben dem Polkern, an dem sich dien Druckfeder abstützt, ist auch noch eine Führungsbuchse zu erkennen, in der der Stößel geführt ist.
Oben wurde erwähnt, dass Ankerkolben und A-Kompensationsstift erfindungsgemäß lose zueinander, also nicht einstückig, ausgebildet sind. Lose zueinander ausgebildet sein können auch Stößel und A-Kompensationsstift. Es ist jedoch auch möglich, das diese beiden Komponenten einstückig ausgebildet sind.
Die Kräfteverhältnisse des in 2 gezeigten 3/2-Wegesitzventiles sind in dem Diagramm von 3 detailliert anhand konkreter Bemassungen angegeben. Es ist deutlich die reduzierte Magnetkraft erkennbar, um die Dichtkugel 22 vom T-Ventilsitz 14 in den P-Ventilsitz 12 zu bringen.

Claims

Elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil mit den Merkmalen: a) einen zwei gegenüberliegende Ventilsitze (T-Ventilsitz, P-Ventilsitz) aufweisenden Ventilraum (10), welcher mit einem P-Anschluß für einen Pumpendruck, einem A-Anschluß für einen Arbeitszylinderraum und einem T-Anschluß für einen Druckmitteltank in Verbindung steht, b) der Ventilraum (10) weist ein Dichtelement (22) auf, durch welches abwechselnd einer der beiden Ventilsitze (T-Ventilsitz, P-Ventilsitz) verschließbar ist, c) eine auf das Dichtelement (22) wirkende Stößeleinrichtung (50, 51), durch welche Kraft auf das Dichtelement (22) in Richtung des dem P-Anschluß zugewandten Ventilsitzes (P-Ventilsitz) mittels eines von einer Druckfeder (25) beaufschlagten Ankers (35) ausübbar ist, d) der A-Anschluß steht bei geschlossenem T-Ventilsitz und bei offenem P-Ventilsitz über die Stößeleinrichtung (50, 51) mit dem Dichtelement (22) in hydraulischer Wirkverbindung zur Erzielung einer Druckkompensation mittels einer zusätzlichen Kraftkomponente, die in Richtung des dem P-Anschluß zugewandten Ventilsitzes (P-Ventilsitz) gerichtet ist, gekennzeichnet durch die Merkmale: e) die Stößeleinrichtung (50, 51) und der Anker (35) sind zueinander lose angeordnet, f) an der dem Dichtelement (22) abgewandten Oberfläche (A3) der Stößeleinrichtung (50, 51) liegt bei vollkommen zurückgezogenem Anker (35) der am A-Anschluß anstehende Druck an.
Elektromagnetisches Wegesitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinrichtung (50, 51) einen Stößel (50) und einen A-Kompensationsstift (51) aufweist.
Elektromagnetisches Wegesitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (50) und der A-Kompensationsstift (51) lose miteinander verbunden sind.
Elektromagnetisches Wegesitzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (50) und der A-Kompensationsstift (51) einstückig miteinander verbunden sind.
Elektromagnetisches Wegesitzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche A3 der Stößeleinrichtung (50, 51) gleich oder kleiner der Querschnittsfläche A2 des T-Sitzes ist und/ oder kleiner oder gleich der Querschnittsfläche A1 des P-sitzes ist.
Elektromagnetisches Wegesitzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Druckfeder (25) mindestens annähernd so dimensioniert ist, dass der P-Sitz bei angelegtem maximalen Druck noch sicher zugehalten wird.
Elektromagnetisches Wegesitzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinrichtung (50, 51) in einer Flansch- oder Führungsbuchse geführt ist.