DE3609901A1

DE3609901A1 - Electromagnetically actuated, hydraulic high-speed manipulating valve

Info

Publication number: DE3609901A1
Application number: DE19863609901
Authority: DE
Inventors: Jens-Peter Dipl Ing Wobbe; Heinrich Dr Ing Mueller
Original assignee: Feinmechanische Werke Mainz GmbH
Current assignee: Feinmechanische Werke Mainz GmbH
Priority date: 1986-03-22
Filing date: 1986-03-22
Publication date: 1987-09-24

Abstract

A hydraulic high-speed manipulating valve with at least one pressure-relieved cone seat valve is described, the valve body (8) of which is arranged in the central bore of a guide bush (7). The valve is actuated electromagnetically by a pot magnet, the armature (22) of which is arranged on a pin (20) of the valve body (8). The armature (22) forms a parasitic air gap (30) with an annular pole shoe (27) of the pot magnet and forms the working air gap (31) with its end face opposite the end face of the magnet core (23). The valve body (8) and its guide bush (7) are essentially free of magnetic field and can therefore be dimensioned without regard to the magnetic properties of their material. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätig tes, hydraulisches Schnellschaltventil.The invention relates to an electromagnetically actuated hydraulic quick switch valve.

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätig tes, hydraulisches Schnellschaltventil mit wenigstens einem druck-entlasteten Kegelsitzventil, dessen Ventil körper in einer Bohrung des Ventils geführt und gelagert ist, und mit einem Topfmagneten, dessen Anker Teil des Ventilkörpers ist und mit dem Kern des Topfmagneten einen Arbeitsluftspalt sowie mit dessen Wand einen parasitären, die Bewegung des Ankers ermöglichenden Luftspalt bildet, wobei die Führung des Ventilkörpers außerhalb des parasi tären Luftspaltes angeordnet ist.The invention relates to an electromagnetically actuated tes hydraulic quick-switching valve with at least a pressure-relieved cone seat valve, the valve body in a bore of the valve and stored and with a pot magnet, the armature of which is part of the Is valve body and one with the core of the pot magnet Working air gap and with its wall a parasitic, forms an air gap that enables the movement of the armature, the guidance of the valve body outside of the parasi tary air gap is arranged.

Bekannte Schnellschaltventile dieser Art (deutsches Gebrauchsmuster 83 18 739.1) werden auf vielen Einsatzgebieten als Steuer- oder Vorsteuerventile verwen det. Sie bilden häufig die Schnittstelle zwischen einer digitalen Schaltungsanordnung, beispielsweise einem Rechner, und einem hydraulischen Arbeitssystem. Solche Ventile müssen über lange Zeit zuverlässig arbeiten, da die Be triebsfähigkeit der Gesamtanlage von ihrer richtigen Funktion abhängt. Außerdem sollen die Schaltzeiten kurz und auf reproduzierbare Weise gleich sein, damit die jeweiligen Steuerkennlinien sicher eingehalten werden können. Known fast switching valves of this type (German utility model 83 18 739.1) are on many Use areas as control or pilot valves det. They often form the interface between one digital circuit arrangement, for example a computer, and a hydraulic work system. Such valves have to work reliably over a long period of time because the Be driving ability of the overall system from its correct Function depends. In addition, the switching times should be short and be reproducibly the same so that the respective control characteristics are adhered to safely can.

Die bekannten Schnellschaltventile der oben beschriebenen Art erfüllen die gestellten Aufgaben, es verbleiben jedoch Verbesserungswünsche.The well-known quick-switching valves of the above described type fulfill the tasks set, however, there are still requests for improvement.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Schnellschaltventile der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich möglichst kostengünstig in großer Stückzahl herstellen lassen und dabei sowohl magnetisch als auch hydraulisch optimierte Eigenschaften besitzen. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.The object of the invention is accordingly based, quick-switching valves of the aforementioned To create kind that are as inexpensive as possible have a large number of pieces produced, and both magnetically and hydraulically optimized properties have. The solution to the problem is in the claim 1 specified.

Durch die getrennte Ausbildung von Anker und Ventilkörper können die für die jeweilige Funktion günstigsten Materialien verwendet werden, also ein magne tisch gutes, beispielsweise weichmagnetisches Material für den Anker und ein beispielsweise hinsichtlich der Bearbeitbarkeit, Zähigkeit, Härtbarkeit günstiger Werk stoff für den Ventilkörper in Form eines Kolbens sowie dessen Buchse. Auf die magnetischen Eigenschaften der Werkstoffe braucht dabei wegen der Trennung der magneti schen und der hydraulischen Funktion keine Rücksicht genommen zu werden. Da der Ventilkörper keine magnetische Funktion mehr erfüllt, braucht hinsichtlich seiner Abmes sungen, insbesondere des Durchmessers keine Rücksicht auf eine magnetische Sättigung genommen zu werden, und der Durchmesser kann folglich so klein gewählt werden, wie es hinsichtlich der hydraulischen Funktion möglich ist. Das wiederum führt zu einer reduzierten Leckage. Außerdem ist eine Reduzierung der Masse möglich, wodurch kürzere Schaltzeiten verwirklicht werden können. Schließ lich können sowohl die Magnetkraft als auch die Feder rückstellkraft erhöht werden, wodurch ebenfalls eine geringere Leckage auftritt. Bei vorgegebener Durchfluß menge ergibt sich durch die Durchmesserverringerung ein größerer Hub und damit eine geringere Schmutzempfind lichkeit.Due to the separate formation of anchors and valve body can be used for the respective function cheapest materials are used, so a magne good table, for example soft magnetic material for the anchor and one for example in terms of Machinability, toughness, hardenability cheap work fabric for the valve body in the form of a piston and whose jack. On the magnetic properties of the Materials are required because of the separation of the magneti and the hydraulic function no consideration to be taken. Because the valve body is not magnetic Function fulfills more needs in terms of its dimensions solutions, especially the diameter to be put on magnetic saturation, and the diameter can therefore be chosen so small as it is possible in terms of hydraulic function is. This in turn leads to reduced leakage. In addition, a reduction in mass is possible shorter switching times can be realized. Close Lich can both the magnetic force and the spring restoring force can be increased, which also a less leakage occurs. With a given flow quantity results from the diameter reduction a larger stroke and thus less dirt sensitivity ease.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann vorgesehen sein, daß der Ventilkörper und/oder seine Führungsbuchse wenigstens zum Teil aus nichtmagnetischem Material bestehen. Der Anker wird mit Vorteil durch einen Ring aus weichmagne tischem Material gebildet, der mit einer zentralen Boh rung auf einem zentralen Zapfen am Ende des Ventilkörpers festgelegt ist. Das ermöglicht eine einfache Fertigung der beiden Teile. Die Wand des Topfmagneten bildet zweck maßig einen ringförmigen Polschuh, in dessen zentrale Öffnung der Anker unter Bildung des parasitären Luftspal tes eintaucht. Der Arbeitsluftspalt ist dann zwischen dem Kern des Topfmagneten und der Stirnfläche des Ankers gebildet. Dabei kann der Arbeitsluftspalt innerhalb oder im Endbereich der Spule liegen, wodurch die magneti schen Verluste gering gehalten werden können und damit eine hohe Kraftausbeute und große Flußdichte möglich ist. Bei einer alternativen Ausführungsform weist der Anker eine Scheibe auf, deren Umfangsfläche mit dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Ventilgehäuse den parasitären Luftspalt und deren Stirnfläche mit dem Kern des Topfmagneten den Arbeitsluftspalt bildet.Developments of the invention are the subject of subclaims. So it can be provided that the Valve body and / or its guide bush at least partly consist of non-magnetic material. The Anchor is advantageously made of a ring made of soft magne table material formed with a central Boh on a central pin at the end of the valve body is set. This enables simple production of the two parts. The wall of the pot magnet forms a purpose a ring-shaped pole piece in the center Opening of the anchors with the formation of the parasitic air gap immersed. The working air gap is then between the core of the pot magnet and the face of the armature educated. The working air gap can be within or lie in the end region of the coil, whereby the magneti losses can be kept low and thus a high power yield and high flux density possible is. In an alternative embodiment, the Anchor a disc, the circumferential surface of which valve housing made of ferromagnetic material the parasitic air gap and its face the core of the pot magnet forms the working air gap.

Der Ventilkörper kann in Weiterbildung der Erfindung an beiden Enden einen zentralen Zapfen zur Festlegung des Ankers besitzen, wobei benachbart zu wenigstens einem Zapfen eine Kegelfläche am Ventilkörper angeordnet ist, die zusammen mit einer ringförmigen inneren Randkante der Führungsbuchse des Ventilkörpers den Ventilsitz bildet. Durch einfaches Umdrehen des Ventilkörpers und entsprechende Anordnung des Ankers auf einem der Zapfen können dann mit völlig gleichen Bauteilen sowohl Ventile hergestellt werden, die im stromlosen Zustand offen sind, als auch Ventile, die im stromlosen Zustand geschlossen sind.The valve body can be developed in a Invention at both ends a central pin for Have fixation of the anchor, being adjacent to at least one pin a conical surface on the valve body is arranged together with an annular inner edge of the guide bushing of the valve body forms the valve seat. By simply turning the Valve body and corresponding arrangement of the armature on one of the pegs can then be made with completely identical Components both valves are manufactured, which in de-energized state are open, as are valves that are closed when de-energized.

Der Kern des Topfmagneten ist mit Vorteil bezüglich seiner axialen Lage im Ventilgehäuse einstell bar. Dadurch lassen sich die Weite des Arbeitsluftspaltes und/oder die Durchflußmenge auf einen gewünschten Wert einstellen. The core of the pot magnet is an advantage with regard to its axial position in the valve housing bar. This allows the width of the working air gap and / or the flow rate to a desired value to adjust.

Bei Rückstellung des Ventilkörpers durch eine Feder kann diese in einer zentralen Bohrung des Topfmagnetkerns angeordnet sein und sich am Ventilkörper abstützen, wobei das Widerlager der Feder durch eine Einstellschraube in einem Gewinde der zentralen Bohrung einstellbar ist. Das ermöglicht die Einhaltung vorgege bener Rückstellkräfte .When resetting the valve body a spring can this in a central bore of the Pot magnetic core can be arranged and on the valve body support, the abutment of the spring by a Adjusting screw in a thread of the central hole is adjustable. This enables compliance restoring forces.

Für eine "Stromlos-auf"-Ausführung kann ein einstellbarer Anschlag für das dem Anker abgewandte Ende des Ventilkörpers vorgesehen sein.For a "de-energized" version, a adjustable stop for the anchor facing away Be provided end of the valve body.

Der Herstellungsaufwand läßt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch weiter verringern, daß das Ventilgehäuse eine durchgehende Innenbohrung aufweist, in der der Kern, die Spule und der ringförmige Polschuh des Topfmagneten als Baueinheit sowie die Füh rungsbuchse des Ventilkörpers und gegebenenfalls der einstellbare Anschlag festgelegt sind.The manufacturing effort can be further Further reduce the design of the invention, that the valve housing has a continuous inner bore in which the core, the coil and the annular Pole shoe of the pot magnet as a structural unit as well as the Füh approximately bushing of the valve body and, if necessary, the adjustable stop are set.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe invention based on the Described drawings. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Schnell schaltventil nach der Erfindung, das im stromlosen Zustand des Betätigungs magneten offen ist,A longitudinal section of Fig. 1 by a quick-acting valve according to the invention, the magnet in the currentless state of the actuator open,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Schnell schaltventil ähnlich Fig. 1, das jedoch im stromlosen Zustand des Betätigungs magneten geschlossen ist. Fig. 2 shows a longitudinal section through a quick switching valve similar to FIG. 1, but the magnet is closed in the de-energized state of the actuation.

Das aus weichmagnetischem Werkstoff bestehende Gehäuse 1 des Schnellschaltventils gemäß Fig. 1 weist einen Flansch 2 auf, mit dem das Ventil in einer Bohrung der zu steuernden Einrichtung festgelegt werden kann, wobei Dichtungsringe 3 für eine Abdichtung sorgen. Die Hydraulikflüssigkeit wird entsprechend dem Pfeil 4 durch eine oder mehrere Querbohrungen 5 in einen Ringraum 6 geführt, der durch eine entsprechende Ausnehmung in einer Führungsbuchse 7 für den Ventilkörper 8 gebildet ist. Der Ringraum 7 steht durch eine oder mehrere Schräg bohrungen 9 mit einem weiteren Ringraum 10 in Verbindung, der durch eine von Kegelflächen 11, 12 begrenzte Ausneh mung des Ventilkörpers 8 gebildet ist. Im dargestellten geöffneten Zustand des Ventils steht der Ringraum 10 mit einem abflußseitigen Raum 13 in Verbindung. Aus diesem Raum kann die Hydraulikflüssigkeit über Bohrungen 14 einer Anschlagscheibe 15 für den Ventilkörper 9 in Richtung des Pfeils 16 abfließen.The existing of soft magnetic material body 1 of the quick-acting valve according to Fig. 1 has a flange 2, with the valve in a bore which can be set to be controlled means, said sealing rings 3 provide a seal. The hydraulic fluid is guided according to arrow 4 through one or more transverse bores 5 into an annular space 6 , which is formed by a corresponding recess in a guide bushing 7 for the valve body 8 . The annular space 7 is through one or more oblique bores 9 with a further annular space 10 in connection, which is formed by a limited by conical surfaces 11 , 12 Ausneh tion of the valve body 8 . In the illustrated open state of the valve, the annular space 10 is in communication with a discharge-side space 13 . The hydraulic fluid can flow out of this space through bores 14 of a stop disk 15 for the valve body 9 in the direction of the arrow 16 .

Der Ventilkörper 8 wird durch eine Druckfeder 17 in die dargestellte, geöffnete Lage gedrängt und liegt dabei an der Anschlagscheibe 15 an. Deren Lage in der durchgehenden Bohrung des Gehäuses 1 ist einstell bar, beispielsweise durch mehr oder weniger tiefes Ein schrauben, so daß auf diese Weise die Weite des Öffnungs spaltes zwischen der Kegelfläche 12 des Ventilkörpers 8 und der zugeordneten Dichtungskante 18 der Führungs buchse 7 und damit die Durchflußmenge bei vorgegebenem Druck eingestellt werden kann. Die Druckfeder 17 stützt sich als Widerlager an einer Schraube 19 ab, durch deren Verdrehen die Rückstellkraft der Feder 17 und damit das Schaltverhalten des Ventils eingestellt werden kann.The valve body 8 is urged into the illustrated, open position by a compression spring 17 and lies against the stop disc 15 . Its position in the through bore of the housing 1 is adjustable bar, for example by more or less deep screwing, so that in this way the width of the opening gap between the conical surface 12 of the valve body 8 and the associated sealing edge 18 of the guide bush 7 and thus the flow rate can be set at a given pressure. The compression spring 17 is supported as an abutment on a screw 19 , by means of which the restoring force of the spring 17 and thus the switching behavior of the valve can be adjusted.

Der Ventilkörper 8 ist präzise und abdichtend in die Führungsbuchse 7 eingepaßt. Beide Teile 7, 8 bestehen aus Werkstoffen, die nichtmagnetisch sein können und im Hinblick auf gute Bearbeitbarkeit, Zähigkeit, Härtbarkeit und andere Eigenschaften gewählt sind. An beiden Enden besitzt der Ventilkörper 8 Zapfen 20, 21. Auf den Zapfen 20 ist ein aus weichmagnetischem Material bestehender, ringförmiger Anker 22 aufgepreßt. Die elektromagnetische Betätigung des Ventils erfolgt mittels eines auf den Anker 22 einwirkenden Topfmagneten, auf dessen Weicheisenkern 23 eine Magnetwicklung 24 unterge bracht ist. Die Stromzuführung erfolgt über Leitungen 25, die in Isolierstoffbuchsen 26 geführt sind. Ein ringförmiger Polschuh 27, der mittels einer aus nicht magnetischem Material bestehenden Hülse 28 am Kern 23 befestigt ist, bildet den Abschluß einer zusätzlich aus dem Kern 23 , der Wicklung 24 und den Zuleitungen bestehenden Baueinheit, die als Ganzes in die Bohrung des Ventilgehäuses 1 eingeschoben werden kann und mittels eines Rings 29 abgedichtet ist. Der Anker 22 taucht in eine zentrale Bohrung in den Polschuh 27 ein und bildet mit diesem einen die Bewegung ermöglichenden, parasitären Luftspalt 30. Zwischen der Stirnfläche des Ankers 22 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des Kerns 23 liegt der Arbeitsluftspalt 31. Die Weite des parasitären Luftspalts 30 ist verhältnismäßig groß, so daß eine Berührung und damit Reibung zwischen Anker 22 und Polschuh 27 vermieden ist.The valve body 8 is precisely and sealingly fitted into the guide bushing 7 . Both parts 7 , 8 consist of materials that can be non-magnetic and are selected with a view to good machinability, toughness, hardenability and other properties. The valve body has 8 pins 20 , 21 at both ends. An annular armature 22 made of soft magnetic material is pressed onto the pin 20 . The electromagnetic actuation of the valve is carried out by means of a pot magnet acting on the armature 22 , on the soft iron core 23 of which a magnetic winding 24 is inserted. The power supply takes place via lines 25 which are guided in insulating material bushings 26 . An annular pole piece 27 , which is fastened to the core 23 by means of a sleeve 28 made of non-magnetic material, forms the end of an additional unit consisting of the core 23 , the winding 24 and the feed lines, which is inserted as a whole into the bore of the valve housing 1 can be and is sealed by means of a ring 29 . The armature 22 plunges into a central bore in the pole piece 27 and forms a parasitic air gap 30 which enables the movement. The working air gap 31 lies between the end face of the armature 22 and the opposite end face of the core 23 . The width of the parasitic air gap 30 is relatively large, so that contact and thus friction between armature 22 and pole piece 27 is avoided.

Der bei einer Erregung der Wicklung 24 erzeugte Magnetfluß verläuft durch den Kern 23, über den Arbeits luftspalt 31, den Anker 22, den parasitären Luftspalt 30, den Polschuh 27 und dann über das Gehäuse 1 zurück zum anderen Ende des Kerns 23. Sowohl der Ventilkörper 8 als auch seine Führungsbuchse 7 sind demgemäß im wesent lichen feldfrei und können ohne Rücksicht auf magnetische Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe dimensioniert werden.The magnetic flux generated when the winding 24 is excited runs through the core 23 , via the working air gap 31 , the armature 22 , the parasitic air gap 30 , the pole piece 27 and then via the housing 1 back to the other end of the core 23 . Accordingly, both the valve body 8 and its guide bush 7 are field-free in wesent union and can be dimensioned regardless of the magnetic properties of the materials used.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verwendet identische Bauteile wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so daß die gleichen Bezugszeichen benutzt werden. Es ist lediglich der Ventilkörper 8 in umgekehrter Lage in der Führungsbuchse 7 angeordnet, und der Anker 22 sitzt demgemäß auf dem Zapfen 21 statt auf dem Zapfen 22. Die Anschlagscheibe 15 gemäß Fig. 1 kann entfallen. Die Hydraulikflüssigkeit strömt in der dargestellten, geöffneten Lage des Ventils, also bei bestromter Wicklung 24 wiederum in Richtung des Pfeils 4 durch die Öffnung 5 in den Ringraum 6, von dort durch die Schrägbohrung 9 in den Ringraum 10. Nach Passieren des Ventilspalts zwischen der Kegelfläche 12 und der Dichtungskante 18 gelangt die Hydraulikflüssigkeit über eine oder mehrere Längsbohrungen 32 in Richtung des Pfeils 16 nach außen.The embodiment according to FIG. 2 uses identical components as the embodiment according to FIG. 1, so that the same reference numerals are used. Only the valve body 8 is arranged in the reverse position in the guide bush 7 , and the armature 22 accordingly sits on the pin 21 instead of on the pin 22 . The stop disk 15 according to FIG. 1 can be omitted. The hydraulic fluid flows in the open position of the valve shown, that is to say when the winding 24 is energized, again in the direction of arrow 4 through the opening 5 into the annular space 6 , from there through the oblique bore 9 into the annular space 10 . After passing through the valve gap between the conical surface 12 and the sealing edge 18 , the hydraulic fluid passes out through one or more longitudinal bores 32 in the direction of the arrow 16 .

Claims

1. Electromagnetically operated, hydraulic quick-switching valve with at least one pressure-relieved cone seat valve, the valve body ( 8 ) is guided and mounted in a bore of the valve, and with a pot magnet, the armature ( 22 ) is part of the valve body and with the core ( 23 ) of the Pot magnets form a working air gap ( 31 ) and with its wall ( 27 ) a parasitic air gap ( 30 ) which enables the movement of the armature ( 22 ), the guide ( 7 ) of the valve body ( 8 ) being arranged outside the parasitic air gap ( 30 ) is characterized in that the armature ( 22 ) is attached as a separate component to the valve body ( 8 ).

2. Quick-acting valve according to claim 1, characterized in that the valve body ( 8 ) and / or its guide bush ( 7 ) have or consist of non-magnetic material.

3. Quick-acting valve according to claim 1 or 2, characterized in that the armature ( 22 ) is formed by a ring made of soft magnetic material which is fixed with a central bore on a central pin ( 20 , 21 ) at the end of the valve body ( 8 ) .

4. Quick-acting valve according to claim 3, characterized in that the wall of the pot magnet forms an annular pole piece ( 27 ), in the central opening of which the armature ( 22 ) is immersed to form the parasitic air gap ( 30 ) and that the working air gap ( 31 ) is formed between the core ( 24 ) of the pot magnet and the end face of the armature.

5. Quick switching valve according to claim 3, characterized in that the anchor is a disc has, whose peripheral surface with that of ferromagneti existing material the parasitic Air gap and its end face with the core of the pot magnet forms the working air gap.

6. Quick-acting valve according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the valve body ( 8 ) has a central pin ( 20 , 21 ) at both ends for fixing the armature ( 27 ) and that neighbors to at least one pin ( 21 ) a conical surface ( 12 ) on the valve body ( 8 ) is arranged, which together with an annular inner edge ( 18 ) of the guide bushing ( 7 ) of the valve body ( 8 ) forms the valve seat.

7. Fast switching valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pot magnetic core ( 23 ) with respect to its axial position in the valve housing ( 1 ) is adjustable.

8. Quick-acting valve according to one of claims 1 to 7 with provision by a spring ( 17 ), characterized in that the spring ( 17 ) is arranged in a central bore of the pot magnetic core ( 24 ) and is supported on the valve body ( 8 , 20 ) and that the abutment of the spring ( 17 ) is adjustable by an adjusting screw ( 19 ) in a thread of the central bore.

9. Quick-acting valve according to claim 8, characterized in that an adjustable stop ( 15 ) for the armature ( 22 ) facing end ( 21 ) of the valve body ( 8 ) is provided in the valve housing ( 1 ).

10. Quick-acting valve according to one of claims 4 to 9, characterized in that the Ven valve housing ( 1 ) has a continuous inner bore in which the core ( 23 ), the winding ( 24 ) and the ring-shaped pole piece ( 27 ) of the pot magnet as Unit and the guide bush ( 7 ) of the valve body ( 8 ) and, if necessary, the adjustable stop ( 15 ) are fixed.