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Dokumentenidentifikation DE10348171A1 25.05.2005
Titel Elektromagnet und Druckventil mit Elektromagnet zum Schalten eines vorgesteuerten Druckventils
Anmelder Rexroth Mecman GmbH, 30453 Hannover, DE
Erfinder Scharnowski, Gerhard, Dipl.-Ing., 30989 Gehrden, DE;
Mauentöbben, Rainhard, Dipl.-Ing., 30659 Hannover, DE;
Meisoll, Dieter, Dipl.-Ing., 31319 Sehnde, DE
Vertreter Maiwald Patentanwalts GmbH, 40221 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 16.10.2003
DE-Aktenzeichen 10348171
Offenlegungstag 25.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.05.2005
IPC-Hauptklasse H01F 7/08
IPC-Nebenklasse F16K 31/06   
Zusammenfassung Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Druckventil, insbesondere ein vorgesteuertes Proportional-Magnetventil, und einen Elektromagneten (1), insbesondere einen Schalt- oder Proportionalmagneten zum Schalten eines vorgesteuerten Druckventils, umfassend ein Gehäuse (2), mindestens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete, elektrisch beaufschlagbare Spule (6) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mindestens ein in dem Magnetfeld angeordneten, linear bewegbar, als Stellglied ausgebildeten Anker (3) mit zwei axial gegenüberliegenden Ankerflächen (5a, 5b, 8a, 8b) und eine mit dem Anker (3) zusammenwirkende Rückstellvorrichtung (9), wobei der Anker (3) so ausgebildet ist, dass dieser einen Ventilsitz eines mit dem Elektromagneten (1) zusammenwirkenden Druckventils verschließt oder öffnet, wobei der Anker (3) Mittel zum Druckausgleich bei ventilsitzseitig druckbeaufschlagter erster Ankerfläche (5a, 5b) aufweist, so dass die Rückstellvorrichtung (9) mit einer Kompensationskraft zusammen an einer zweiten, der ersten Ankerfläche (5a, 5b) entgegengerichteten zweiten Ankerfläche (8a, 8b) wirkt, wodurch die Rückstellvorrichtung (9) nur entsprechend der aufzubringenden Dichtkraft für den Ventilsitz auslegbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnet, insbesondere ein Schalt- oder Proportionalmagnet zum Schalten eines vorgesteuerten Druckventils, umfassend ein Gehäuse zur Aufnahme und zum Schutz der weiteren Elektromagnetkomponenten, mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete, elektrisch beaufschlagbare Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mindestens ein in dem Magnetfeld angeordneten, linear bewegbar, als Stellglied ausgebildeten Anker mit zwei axial gegenüberliegenden Ankerflächen und eine mit dem Anker zusammenwirkende Rückstellvorrichtung, wobei der Anker so ausgebildet ist, dass dieser einen Ventilsitz eines mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Druckventils verschließt oder öffnet.

Derartige Elektromagneten kommen üblicherweise als Antriebseinheit von Ventilen zum Einsatz. Beim Einsatz in Ventilen wird algemein zwischen Schaltmagneten und Proportionalmagneten unterschieden. Insbesondere beim Einsatz in Druckventilen, genauer in Druckregelventilen, welche die Aufgabe haben, den Druck in Druckluftleitungen und -systemen auch bei schwankendem Netz- oder Speisedruck und bei unterschiedlicher Abnahme auf einem konstanten Wert zu halten, werden vorzugsweise Proportionalmagneten eingesetzt. Deshalb kommen gerade auch bei vorgesteuerten Druckregelventilen Proportionalelektromagneten zum Einsatz.

Allgemein sind Elektromagneten zum Einsatz in Ventilen bekannt. Diese Elektromagneten umfassen ein Gehäuse, welches mindestens eine elektrisch beaufschlagbare Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes umgibt, und einen in dem Magnetfeld bewegbar angeordneten Anker der als Stellglied mit einer einen ventilsitzabdichtenden Fläche ausgebildet ist und mindestens einer Rückstellvorrichtung, welche mit dem Anker zusammenwirkt und eine gegen die ventilsitzabdichtende Fläche wirkende Kraft auf den Anker einbringt.

Bei der bekannten Lösung tritt der Nachteil auf, dass die Rückstellvorrichtung so ausgelegt werden muss, dass zu der für die Rückstellung des Stellglieds ohne Druckbeaufschlagung aufzuwendenden Kraft zusätzlich eine durch die Druckbeaufschlagung erforderliche Kraft von der Rückstellvorrichtung aufgebracht werden muss. Somit ist die Feder größer ausgelegt, als dies eigentlich für die Erzeugung einer zu Abdichtung notwendigen Rückstellkraft erforderlich wäre. Die Feder benötigt somit mehr Bauraum, was insgesamt entweder zu größeren Elektromagneten und somit zu größeren Ventilen oder zu einer suboptimalen Ausnutzung des Bauraums führt, wodurch nicht die größtmögliche Ventilnennweite hergestellt werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Elektromagneten der vorstehend beschriebenen An zu schaffen, der eine Druckentlastung des Ankers beziehungsweise des Stellgliedes bewirkt, so dass die Rückstellvorrichtung optimal auslegbar ist und eine optimale Bauraumausnutzung realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Elektromagneten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Anker Mittel zum Druckausgleich bei ventilsitzseitig druckbeaufschlagter erster Ankerfläche aufweist, so dass die Rückstellvorrichtung mit einer Kompensationskraft zusammen an einer zweiten, der ersten Ankerfläche entgegengerichteten Ankerfläche wirkt, wodurch die Rückstellvorrichtung nur entsprechend der aufzubringenden Dichtkraft für den Ventilsitz auslegbar ist.

Diese Lösung bietet den Vorteil, dass durch den Druckausgleich ein von einer Seite mit Druck beaufschlagter Anker zusätzlich mit einem entgegengerichteten Gegendruck beaufschlagt wird, wodurch die beiden Drücke entsprechend entgegengesetzt wirken und somit ein Druckausgleich geschaffen ist. Hierdurch wirkt alleine die Kraft der Rückstellvorrichtung. Diese Rückstellvorrichtung lässt sich so optimal auf die entsprechenden Anforderungen auslegen und dementsprechend lässt sich auch der Bauraum für die Rückstellvorrichtung, damit des Elektromagneten und schließlich des Ventils oder der entsprechenden Vorrichtung, mit der der Elektromagnet zusammenwirkt, auslegen.

Zudem ändern sich durch die veränderten Kräfteverhältnisse verschiedene Parameter wie zum Beispiel die Ansprechzeit des Ankers, so dass bei Einsatz in einem Regelsystem mit beispielsweise einem Druckregelventil ein stabilerer Regelkreis gegenüber einem Regelkreis mit herkömmlichen Elektromagneten realisiert ist.

Erfindungsgemäß ist ein Anker in dem Elektromagnet zylindrisch ausgebildet mit zwei Stirnflächen, die axial zueinander angeordnet sind. Eine Stirnfläche ist so ausgebildet, dass diese einen Ventilsitz eines mit dem Elektromagneten zusammenwirkenden Ventils schließt.

Die Rückstellvorrichtung kann als Feder-Speicher-Einheit ausgebildet sein und wirkt gegen den ventilseitigen Druck.

Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die Mittel mindestens eine Leitung umfassen, die den ventilseitig an der ersten Ankerfläche anliegenden Druck an eine der ventilseitigen, ersten Ankerfläche entgegenwirkenden zweiten Ankerfläche leitet, so dass ein Gegendruck, der gegen den ventilseitig anliegenden Druck wirkt, realisiert ist. Durch die Weiterleitung des an der ersten Ankerfläche anliegenden Drucks an die zweite Ankerfläche wirkt unabhängig von dem Druckwert auf beiden Ankerseiten im Wesentlichen derselbe Druck. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine Druckentlastung beziehungsweise ein Druckausgleich realisieren.

Deshalb sieht eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme vor, dass die mit dem Gegendruck beaufschlagbare zweite Ankerfläche im Wesentlich so ausgebildet ist, dass diese in axialer Richtung eine im Wesentlichen gleichgroße Fläche aufweist, wie die mit dem Druck beaufschlagte, ventilseitige erste Ankerfläche, um den Druckausgleich des Ankers zu realisieren.

Die erste Ankerfläche ist mit einem Druck p1 beaufschlagt, der auf die erste Ankerfläche mit dem Flächeninhalt oder Flächenquerschnitt A1 wirkt. Dadurch ergibt sich eine erste Kraft F1, die ventilseitig auf den Anker beziehungsweise das Stellglied wirkt. Die Kraft F1 ist in axialer Richtung des Ankers in Richtung zweite Ankerfläche gerichtet.

Die zweite Ankerfläche ist mit einem Druck p2 beaufschlagt, der auf die zweite Ankerfläche mit dem Flächeninhalt oder Flächenquerschnitt A2 wirkt. Dadurch ergibt sich eine zweite Kraft F2, die auf den Anker beziehungsweise das Stellglied wirkt. Die Kraft F2 ist in axialer Richtung des Ankers entgegengesetzt zur ersten Ankerfläche gerichtet.

Zudem wirkt auf die zweite Ankerfläche axial in Richtung erste Ankerfläche die Rückstellkraft FR der Rückstellvorrichtung. Diese entspricht einer notwendigen Abdichtkraft FA die entgegengesetzt zu FR wirkt.

Somit ergibt sich bei Berücksichtigung der vier vorgenannten Größen für die Kräfte in axialer Richtung das Kräfteverhältnis: F1 + FA = F2 + FR.

Wie zuvor beschrieben ergibt sich bei gleichem Druck p = p1 = p2 und bei gleichem Flächeninhalt A = A1 = A2 der Ankerfläche, dass bei nichtwirkendem Magnetfeld die Abdichtkraft FA ausschließlich von der Rückstellkraft FR der Rückstellvorrichtung bestimmt wird. Eine Einwirkung des Drucks ist somit nicht gegeben.

Eine die Erfindung weiter verbessernde Maßnahme lässt sich dadurch erzielen, dass die Leitung als längs koaxial durch den Anker verlaufende gerade Durchgangsöffnung ausgebildet ist, um den Druckausgleich zu realisieren. Auf diese Weise ist die Leitung in den Anker integriert, wodurch der Elektromagnet klein baut, da kein zusätzlicher Bauraum für ein Leitungssystem benötigt wird. Es wird außerdem kein zusätzliches Material benötigt, was weiterhin den positiven Effekt aufweist, dass der gesamte Elektromagnet leichter baut. Zudem stellt diese Durchgangsöffnung zugleich den kürzesten vorstellbaren Weg zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Druckausgleichs dar. Die Durchgangsöffnung ist vorzugsweise als zylindrische Durchgangsbohrung ausgebildet.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass der Anker mindestens zweiteilig ausgebildet ist mit einem axial in dem Magnetfeld bewegbarem Vordruckankerteil und einem das Vordruckankerteil zumindest teilweise umgebenden, axial unbewegbar mit dem Vordruckankerteil verbundenen Arbeitsdruckankerteil, somit keine Relativbewegung zwischen Vordruckankerteil und Arbeitsdruckanker möglich ist, wobei Vordruckankerteil und Arbeitsdruckankerteil jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisen, um den Druckausgleich zu realisieren. Auf diese Weise lässt sich auch bei mehreren auch unterschiedlichen Drücken ein Druckausgleich realisieren, wodurch das Einsatzgebiet des Elektromagneten signifikant erweitert ist. So lässt sich beispielsweise der Elektromagnet bei vorgesteuerten Ventilen einsetzen. Denkbar ist analog, dass der Anker mehrteilig ausgebildet ist, wodurch sich bei gleichem Durchmesser von stirnseitigem Ventilsitz am Vordruckankerteil und dem Innendurchmesser des Dichtringes unterschiedlichste Druckbeaufschlagungen entsprechend ausgleichen lassen.

Vordruckankerteil und Arbeitsankerteil sind vorzugsweise aus verschiedenen Materialien hergestellt, wobei das Vordruckankerteil aus unmagnetischem Material hergestellt ist und das Arbeitsdruckankerteil aus magnetisch gut leitendem Material wie zum Beispiel Weicheisen hergestellt ist.

Nach einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Vordruckankerteil zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung zum Druckausgleich des Arbeitsdruckankers axial unbewegbar angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Durchgangsöffnung des Arbeitsdruckankers zentrisch angeordnet. Die Durchgangsöffnung kann durch zwei zusätzliche axiale Kanäle im Arbeitsdruckanker oder auch durch einen gewindeähnlichen Kanal im Arbeitsdruckankerteil oder außen auf dem Vordruckankerteil ausgebildet sein. Auch das Spiel zwischen der Führungsbuchse und dem Arbeitsdruckankerteil ließe sich als Leitung für den Arbeitsdruck nutzen, um einen Druckausgleich des Arbeitsdruckankers zu realisieren.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Rückstellvorrichtung als Druckfeder ausgebildet ist, die in einem zugleich als Druckraum dienenden Freiraum zwischen Gehäuse und Anker angeordnet ist, um eine Federkraft und eine durch den in dem Druckraum herrschenden Gegendruck hervorgerufene Druckkraft auf den Anker zu übertragen. Die Rückstellkraft, die hier als Federkraft ausgebildet ist, bestimmt ausschließlich die Abdichtkraft des Ankers. Dabei wirkt die Federkraft vorzugsweise in axialer Richtung. Die Druckfeder lässt sich platzsparend in dem Freiraum anordnen, so dass ein kleinbauender Elektromagnet realisiert ist. Durch den Druckausgleich ist eine entsprechend klein ausgelegte Feder verwendbar, so dass der Bauraum optimal ausgenutzt ist. Der Durchmesser des Ventilsitzes muss dabei gleich dem Innendurchmesser des Dichtringes auf dem Vordruckankerteil sein.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckventil mit optimiertem Bauraum zu schaffen, welches trotz der geringen Abmaße beim Einsatz in einem Regelsystem einen stabilen Regelkreis ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Druckventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.

Die Erfindung schließt weiter die technische Lehre ein, dass ein Druckventil, insbesondere ein vorgesteuertes Proportional-Magnetventil mindestens ein erfindungsgemäßen Elektromagneten nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, um ein druckausgeglichenes Druckventil zu realisieren. Mit dem Einsatz eines erfindungsgemäßen Elektromagneten lässt sich ein Druckventil mit optimiertem Bauraum und stabilen Regelkreis realisieren. Insbesondere lässt sich ein Druckregelventil und bevorzugt ein vordruckgesteuertes Druckregelventil realisieren, welches aufgrund des Druckausgleichs ein geringeres Magnetgewicht und damit verbunden einen stabileren Regelkreis aufweist.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Elektromagneten,

2 einen Schnitt A-A des Elektromagneten nach 1,

3 ein Durchfluss-Kraft-Diagramm, mit der Darstellung des Durchflusses eines Fluids in Abhängigkeit von der vom erfindungsgemäßen Elektromagneten aufzubringenden Kraft und

4 ein Durchfluss-Kraft-Diagramm nach 3 eines herkömmlichen Ventils,

1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßen Elektromagnet 1 mit einem die Elektromagnetkomponenten umgebenden Gehäuse 2. Das Elektrogehäuse 2 ist topfförmig ausgebildet mit einem Deckelbereich und einem Wandungsbereich, wobei der Wandungsbereich in axialer Richtung einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Es ist auch möglich, die Elektromagnetkomponenten in einem länglichen Gehäuse anzuordnen.

Zentrisch in dem Gehäuse ist ein Anker 3 angeordnet. Der Anker 3 ist entlang der Mittelachse des Elektromagneten 3 linear beziehungsweise axial beweglich angeordnet. In 1 ist der Anker zweiteilig ausgebildet mit einem Arbeitsdruckankerteil 3a und einem Vordruckankerteil 3b. Der Anker 3 weist Mittel zum Druckausgleich auf, die als Durchgangsöffnung 4 ausgebildet sind. Bei dem hier dargestellten, zweiteilig ausgebildeten Anker 3 weist das Arbeitsdruckankerteil 3a eine erste Durchgangsöffnung 4a und das Vordruckankerteil 3b eine zweite Durchgangsöffnung 4b auf. Die Durchgangsöffnungen 4a, 4b sind zentrisch auf den entsprechenden Ankerteilen 3a, 3b ausgebildet, oder die Durchgangsöffnung 4a ist gewindeförmig außen auf dem entsprechenden Ankerteil 3b eingedreht. Das heißt, die als Kanal ausgebildete Durchgangsöffnung 4a kann auch gewindeförmig oder als parallel zu der als Bohrung ausgebildeten Durchgangsöffnung 4b ausgebildet sein. Das Vordruckankerteil 3b ist axial unbeweglich in der ersten Durchgangsöffnung 4a angeordnet. Weiterhin ist in 1 eine Schnittlinie A-A dargestellt. Die Schnittansicht ist in der folgenden 2 dargestellt.

2 zeigt den Schnitt A-A des in 1 dargestellten Elektromagnets 1. Deutlich ist die topfförmige Ausbildung des Gehäuses 2 zu erkennen, wobei die Dicke der Gehäusewandung im Wesentlichen konstant ausgebildet ist. Eine andere Ausbildung, hier nicht dargestellte Ausbildung sieht vor, dass die Elektromagnetkomponenten in einem länglichen Gehäuse angeordnet sind. Innerhalb des Gehäuses sind die beiden Ankerteile 3a, 3b angeordnet. Das Arbeitsdruckankerteil 3a ist ringförmig beziehungsweise rohrförmig mit einem kreisringförmigen Querschnitt, das heißt als Zylinder mit einer zentrischen ersten Durchgangsöffnung 4a ausgebildet. In dieser ersten Durchgangsöffnung 4a ist das Vordruckankerteil 3b angeordnet, welches ebenfalls eine zentrische, zylindrische zweite Durchgangsöffnung 4b aufweist. Die stirnseitig angeordneten erste Ankerfläche 5b ist als Ventilsitz ausgebildet und weist eine dementsprechende Geometrie auf.

Weiter ist in dem Gehäuse 2 eine elektrisch beaufschlagbare Spule 6 angeordnet, welche beim durchfließen mit elektrischem Strom ein Magnetfeld ausbildet. Die Spule 6 umgibt die beiden Ankerteile 3a, 3b, so dass diese innerhalb des durch die Spule 6, bei Beaufschlagung mit elektrischem Strom, gebildeten Magnetfelds angeordnet sind. Das Ankerteil 3a ist aus einem mit dem Magnetfeld zusammenwirkenden Material geformt, so dass die Ankerteile 3a und 3b durch das Magnetfeld bewegbar sind. Um die Bewegung des Arbeitsdruckankerteils 3a zu führen, ist eine Führungsbuchse vorgesehen, die das Arbeitsdruckankerteil 3a umgibt. Das Vordruckankerteil 3b wird durch das Arbeitsdruckankerteil 3a, welches zylindrisch ausgebildet ist und eine Durchgangsöffnung aufweist. Hierzu ist das Arbeitsdruckankerteil 3a fest mit dem Arbeitsdruckankerteil 3b verbunden, so dass zwischen den beiden Arbeitsdruckankerteilen keine Relativbewegung möglich ist. Das Polstück liegt an der Innenseite des Gehäuses 2, genauer des Deckelbereichs des Gehäuses 2 an und bildet einen Freiraum 7, in den das Vordruckankerteil 3b mit einer zweiten Ankerfläche 8b mündet. In dem Freiraum 7 ist eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellvorrichtung 9 angeordnet, die mit dem Vordruckankerteil 3b zusammenwirkt. Die Rückstellvorrichtung 9 liegt an der Innenseite des Deckelbereichs des Gehäuses 2 und an einem Absatz des Vordruckankerteils 3b an und wirkt so auf das Vordruckankerteil 3b. Durch die zweite Durchgangsöffnung 4b, das heißt die Durchgangsöffnung, die längs durch das Vordruckankerteil 3b verläuft, ist der Freiraum 7 und die Rückseite O-Rings 10 mit einem Druck p beaufschlagbar, der dem Druck p entspricht, der seitens des Ventils (nicht dargestellt) auf die erste Ankerfläche 5a und die Querschnittsfläche, welche die zweite Durchgangsöffnung 4b umgibt, wirkt. Somit wirkt auf die erste Ankerfläche 5b und die Querschnittsfläche um die zweite Durchgangsöffnung 4b und die Innendurchmesserfläche des O-Ringes 10b vom Betrag her der gleiche Druck. Die Ankerfläche 5b, die Querschnittsfläche um die zweite Durchgangsöffnung 4b und die Innendurchmesserfläche des O-Rings 10 sind von ihrem Flächeninhalt gleich ausgebildet, so dass auf die Ankerfläche 5b und die Innendurchmesserfläche des O-Rings 10 vom Betrag die gleiche aber entgegengesetzt gerichtete Druckkraft wirkt.

Analog ist zwischen dem Bauteil zur Führung des Vordruckankerteils 3b und der Führungshülse zur Führung des Arbeitsdruckankerteils 3a ein Freiraum 7 ausgebildet, welcher mit einem ventilseitigen Druck pA durch die erste Durchgangsöffnung 4a längs durch das Arbeitsdruckankerteil 3a beaufschlagbar ist. Das Arbeitsdruckankerteil 3a weist eine zweite Ankerfläche 8a auf, die vom Flächeninhalt der ersten Ankerfläche 5a entspricht. Somit wirkt auf beide Ankerflächen 5a, 8a eine vom Betrag gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Druckkraft. Die beiden Freiräume 7 sind mittels eines Dichtrings voneinander abgedichtet. Das Vordruckankerteil 3b ist über eine nichtmetallische O-Ring-Haltescheibe mit dem Bauteil verbunden.

3 zeigt ein Durchfluss-Kraft-Diagramm eines erfindungsgemäßen Druckventils. Im Vergleich hierzu zeigt 4 ein Durchfluss-Kraft-Diagramm eines herkömmlichen Druckventils.

In beiden 3 und 4 ist ein Kennlinienverlauf beim Betrieb des Druckventils dargestellt. 3 weist eine Hysterese-Kurve auf, während 4 zwei horizontal zueinander verschobene Hysterese-Kurven aufweist. Die Kennlinie in 3 verläuft gegenüber der Kennlinie in 4 mit einem flacheren Anstieg, wobei der Kennlinienverlauf in etwa einem Parallelogramm entspricht, das heißt nach Art einer Hysterese-Kurve. In 4 sind dagegen zwei solcher Kurven zu sehen, die beide einen steileren Anstieg aufweisen. Der Unterschied ist darin begründet, dass der Kennlinienverlauf in 3 aufgrund des Druckausgleichs keine Schwankungen der Schließkräfte aufweist, das heißt die Schließkräfte sind aufgrund des Druckausgleichs bei allen ventilseitigen Drücken konstant. Somit ist bei einem Einsatz in einem Regelkreis ein stabiler Regelkreis ohne Druckschwankungen möglich. Zudem ist die Kraftreserve bei dynamischem Verhalten des Ventils groß, da keine zusätzlichen Kräfte für das sichere Schließen des Ankers auf dem Ventilsitz von der Rückstellvorrichtung aufgebracht werden müssen. Somit sind auch die von dem Elektromagneten aufzubringenden Kräfte zum Öffnen geringer. Aus dem vorgenannten ergibt sich eine insgesamt flachere Kennlinie, die sich besser regeln lässt als eine steilere Kennlinie, da bei einer kleinen Abweichung in einer Richtung des Diagramms die Auswirkungen in der anderen Richtung des Diagramms deutlich geringer sind, als bei steileren Kennlinien. Durch die bessere Regelung lassen sich Störungen oder Aufschwingungen des Systems leichter regulieren, so dass insgesamt ein weniger Störungs- und Schwingungsanfälliges System realisiert ist.

Das in 4 dargestellte Diagramm, das das Verhalten eines nicht druckentlasteten Systems zeigt weist zwei zueinander verschobene Kurvenverläufe auf. Die Kennlinienverschiebung resultiert aus Vordruckschwankungen so dass ein Kennlinienfeld (siehe 6) entsteht. Hierdurch resultieren mehrere Arbeitsbereiche.

Weiter weist der Verlauf der Kennlinie einen steileren Anstieg als in 3 auf, da die zusätzlich aufzubringenden Schließekräfte einen Teil der von der Rückstellvorrichtung aufzubringenden Proportionalkraft beanspruchen. Dadurch sind die für ein dynamisches Verhalten und zum Losbrechen erforderlichen Kraftreserven deutlich kleiner.

1Elektromagnet 2Gehäuse 3Anker 3aArbeitsdruckankerteil 3bVordruckankerteil 4Durchgangsöffnung 4aerste Durchgangsöffnung 4bzweite Durchgangsöffnung 5aerste Ankerfläche 5berste Ankerfläche 6Spule 7Freiraum 8azweite Ankerfläche 8bzweite Ankerfläche 9Druckvorrichtung 10O-Ring

Anspruch[de]
  1. Elektromagnet (1), insbesondere Schalt- oder Proportionalmagnet zum Schalten eines vorgesteuerten Druckventils, umfassend

    ein Gehäuse (2) zur Aufnahme und zum Schutz der weiteren Elektromagnetkomponenten, mindestens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete, elektrisch beaufschlagbare Spule (6) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mindestens ein in dem Magnetfeld angeordneten, linear bewegbar, als Stellglied ausgebildeten Anker (3) mit zwei axial gegenüberliegenden Ankerflächen (5a, 5b, 8a, 8b) und eine mit dem Anker (3) zusammenwirkende Rückstellvorrichtung (9), wobei der Anker (3) so ausgebildet ist, dass dieser einen Ventilsitz eines mit dem Elektromagneten (1) zusammenwirkenden Druckventils verschließt oder öffnet,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass der Anker (3) Mittel zum Druckausgleich bei ventilsitzseitig druckbeaufschlagter erster Ankerfläche (5a, 5b) aufweist, so dass die Rückstellvorrichtung (9) mit einer Kompensationskraft zusammen an einer zweiten, der ersten Ankerfläche (5a, 5b) entgegengerichteten zweiten Ankerfläche (8a, 8b) wirkt, wodurch die Rückstellvorrichtung (9) nur entsprechend der aufzubringenden Dichtkraft für den Ventilsitz auslegbar ist.
  2. Elektromagnet (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens eine Leitung umfassen, die den ventilseitig an der ersten Ankerfläche (5a, 5b) anliegenden Druck an eine der ventilseitigen, ersten Ankerfläche (5a, 5b) entgegenwirkenden zweiten Ankerfläche (8a, 8b) leitet, so dass ein Gegendruck, der gegen den ventilseitig anliegenden Druck wirkt, realisiert ist.
  3. Elektromagnet (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gegendruck beaufschlagbare zweite Ankerfläche (8a, 8b) im Wesentlichen so ausgebildet ist, dass diese in axialer Richtung eine im Wesentlichen gleichgroße Fläche aufweist, wie die mit dem Druck beaufschlagte ventilseitige, erste Ankerfläche (5a, 5b), um den Druckausgleich des Ankers (3) zu realisieren.
  4. Elektromagnet (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung als längs koaxial durch den Anker (3) verlaufende gerade Durchgangsöffnung (4) ausgebildet ist, um den Druckausgleich zu realisieren.
  5. Elektromagnet (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) mindestens zweiteilig ausgebildet ist mit einem axial in dem Magnetfeld bewegbarem Vordruckankerteil (3b) und einem das Vordruckankerteil (3b) zumindest teilweise umgebenden, axial unbewegbar mit dem Vordruckankerteil (3b) verbundenen Arbeitsdruckankerteil (3a), wobei Vordruckankerteil (3b) und Arbeitsdruckankerteil (3a) jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung (4a, 4b) aufweisen, um den Druckausgleich zu realisieren.
  6. Elektromagnet (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vordruckankerteil (3b) zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung (4a) zum Druckausgleich des Arbeitsdruckankers (3a) axial unbewegbar angeordnet ist,
  7. Elektromagnet (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellvorrichtung (9) als Druckfeder ausgebildet ist, die in einem zugleich als Druckraum dienenden Freiraum (7) zwischen Gehäuse (2) und Anker (3) angeordnet ist, um eine aus Federkraft und dem in dem Freiraum (7) herrschenden Gegendruck in dem Freiraum (7) resultierende Kraft auf den Anker (3) zu übertragen.
  8. Druckventil, insbesondere ein vorgesteuertes Proportional-Magnetventil, umfassend mindestens einen Elektromagneten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, um ein druckausgeglichenes Druckventil zu realisieren.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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