DE10064357A1 - Ventil, insbesondere Magnetventil - Google Patents
Ventil, insbesondere MagnetventilInfo
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Abstract
Es wird ein Ventil (1), insbesondere Magnetventil, angegeben mit einem Eingangsanschluß (P), einem Ausgangsanschluß (A) und dazwischen einer Absperreinrichtung (3) mit einem Ventilsitz (4) und einem Verschlußstück (5). DOLLAR A Ein derartiges Ventil soll bei einfachem Aufbau einen kleinen Durchsatz haben. DOLLAR A Hierzu weist das Verschlußstück (5) ein Schließelement (6) und einen davon getrennten Stößel (7) auf, wobei das Schließelement (6) in einer Führungseinrichtung (22) gehalten ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Ma
gnetventil, mit einem Eingangsanschluß, einem Ausgangs
anschluß und dazwischen einer Absperreinrichtung mit
einem Ventilsitz und einem Verschlußstück.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ventils
beschrieben, das für ein Befeuchtungssystem vorgesehen
ist. Ein derartiges Ventil steuert relativ kleine Flüs
sigkeitsmengen, beispielsweise ein bis fünf Liter pro
Minute.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventil
für kleine Durchsatzmengen anzugeben, das einen einfa
chen Aufbau hat.
Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs ge
nannten Art dadurch gelöst, daß das Verschlußstück ein
Schließelement und einen davon getrennten Stößel auf
weist, wobei das Schließelement in einer Führungsein
richtung gehalten ist.
Damit ist es möglich, als Schließelement praktisch ei
nen beliebigen Körper zu wählen, also auch ein relativ
kleines Bauteil, das in der Lage ist, einen entspre
chend kleinen Ventilsitz zu verschließen. Da man nicht
mehr darauf angewiesen ist, das Schließelement am Stö
ßel zu befestigen, ist man bei der Wahl des Materials
für das Schließelement relativ frei. Man kann also ein
Material wählen, daß an das zu dosierende Fluid beson
ders gut angepaßt ist. Da das Schließelement vom Stößel
getrennt ist, ist die Führungseinrichtung vorgesehen,
die sicherstellt, daß das Schließelement immer wieder
am Ventilsitz zur Anlage kommt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
das Schließelement in einer geöffneten Stellung an ei
nem Hilfsventilsitz anliegt, der mit einem Tankanschluß
in Verbindung steht, wobei die Führungseinrichtung zwi
schen dem Ventilsitz und dem Hilfsventilsitz angeordnet
ist. Wenn das Ventil geöffnet ist, dann ist der Durch
gang zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Tankanschluß
gesperrt. Die zu steuernde Flüssigkeit gelangt also vom
Eingangsanschluß unmittelbar zum Ausgangsanschluß. Wenn
das Ventil hingegen geschlossen ist, dann steht der
Ausgangsanschluß mit dem Tankanschluß in Verbindung,
weil das Schließelement den Hilfsventilsitz freigegeben
hat. Damit wird ein Nachtropfen am Ausgang des Ventils
verhindert, wenn das Ventil geschlossen ist. Die Füh
rungseinrichtung liegt dabei genau an der richtigen Po
sition, d. h. sie führt das Schließelement auf dem Weg
vom Ventilsitz zum Hilfsventilsitz und zurück. Darüber
hinaus bildet sie einen Strömungswiderstand, der einen
Kurzschluß zwischen dem Ventilsitz und dem Hilfsventil
sitz verhindert, während sich das Schließelement be
wegt.
Vorzugsweise weist die Führungseinrichtung eine Öffnung
auf, in der das Schließelement angeordnet ist und deren
Durchmesser gleich dem Durchmesser des Schließelements
plus ein vorbestimmtes Spiel ist. Damit wird zum einen
sichergestellt, daß sich das Schließelement reibungs
frei oder -arm in der Führungseinrichtungen bewegen
kann. Zum anderen ist die Öffnung in der Führungsein
richtung bei einer Bewegung des Schließelements, wäh
rend der das Schließelement weder am Ventilsitz noch am
Hilfsventilsitz anliegt, weitgehend verschlossen, so
daß keine ungehinderte Strömung vom Ventilsitz zum
Hilfsventilsitz erfolgen kann.
Vorteilhafterweise weist die Führungseinrichtung einen
Leitkörper auf, der die Form einer zum Ventilsitz hin
offenen Schale aufweist. Der Leitkörper stellt sicher,
daß die Flüssigkeit auch nicht durch eine einfache Um
strömung des Schließelements und der Führungseinrich
tung einen Kurzschlußpfad zwischen dem Ventilsitz und
dem Hilfsventilsitz ausbilden kann. Der Weg zwischen
dem Ventilsitz und dem Hilfsventilsitz wird durch den
Leitkörper vielmehr drastisch verlängert. Die Flüssig
keit wird durch die schalenartige Ausbildung umgelenkt,
so daß ein erheblicher Drosselwiderstand während der
Öffnungs- oder Schließbewegung des Schließelements er
zeugt wird. Dieser Drosselwiderstand reicht aus, um
nennenswerte Flüssigkeitsverluste zu verhindern. Hier
bei ist zu beachten, daß die Zeit, in der die Gefahr
eines Kurzschlusses besteht, relativ kurz ist.
Hierbei ist bevorzugt, daß der Ventilsitz an der Spitze
eines Rohrkörpers angeordnet ist, der sich gegen den
Leitkörper hin erstreckt. Damit wird die Flüssigkeit,
die aus dem Ventilsitz austritt, zunächst einmal umgelenkt,
bevor sie weiter fließen kann. Für den Öffnungs
zustand des Ventils bildet dieses Umlenken kein Pro
blem, da der Flüssigkeitsdurchsatz klein ist und Dros
selwiderstände keine größere Rolle spielen. Für den
Öffnungsvorgang wird der Drosselwiderstand aber ausrei
chend erhöht.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Leitkörper und
der Rohrkörper einen in Radialrichtung gleichförmig
dicken Spalt bilden. Damit wird die Flüssigkeit gezielt
geleitet, ohne verwirbelt zu werden. Der Spalt stellt
mit zunehmendem, radialen Abstand vom Ventilsitz einen
immer größeren Strömungsquerschnitt zur Verfügung, so
daß sich die Flüssigkeit in Ruhe ausbreiten kann.
Vorgehensweise schließt sich an den Spalt eine Erweite
rungszone an, die sich radial relativ zum Ventilsitz
öffnet. Eine derartige Ausgestaltung setzt den Strö
mungswiderstand im geöffneten Zustand herab, erlaubt
aber während der Öffnungsbewegung nur einer geringen
Flüssigkeitsmenge den Übertritt vom Ventilsitz zum
Hilfsventilsitz.
Vorzugsweise weist der Leitkörper im Bereich der Erwei
terungszone einen radial verlaufenden Umfangsflansch
auf. Dieser Umfangsflansch läßt sich zur sicheren Befe
stigung der Führungseinrichtung im Gehäuse des Ventils
verwenden. Der Umfangsflansch stellt Flächen zur Verfü
gung, die senkrecht zu der Kraft gerichtet sind, die
die durch den Ventilsitz strömende Flüssigkeit auf die
Führungseinrichtung ausübt.
Vorteilhafterweise ist die Führungseinrichtung aus ei
nem Kunststoff gebildet. Kunststoffe lassen sich leicht
formen und an vorbestimmte Funktionen anpassen. Sie
sind darüber hinaus in der Lage, mit dem Schließelement
reibungsarm zusammen zu wirken, was insbesondere dann
von Vorteil ist, wenn das Ventil Wasser in einer Be
feuchtungseinrichtung steuern soll.
Bevorzugterweise ist die Führungseinrichtung mit Hilfe
eines Halteteils in einem Gehäuse gehalten. Man kann
dann das Halteteil an das Gehäuse anpassen und die Füh
rungseinrichtung an das Halteteil. Dies vereinfacht die
Ausbildung des Gehäuses und die Montage.
Vorzugsweise weist das Ventil einen Nenndurchsatz im
Bereich von 1 bis 5 l/min auf. Derartige kleine Durch
sätze werden vorzugsweise bei Bewässerungsanlagen benö
tigt.
Auch ist bevorzugt, wenn das Schließelement als Kugel
mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 4 mm ausge
bildet ist. Eine Kugel hat den Vorteil, daß sie keine
bestimmte Ausrichtung im Ventil benötigt, um dichtend
am Ventilsitz und am Hilfsventilsitz anzuliegen. Auf
grund der geringen Größe ist es zwar nicht möglich, die
Kugel am Stößel zu befestigen. Dies ist bei der darge
stellten Ausführungsform aber auch nicht erforderlich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug
ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich
nung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch ein Ventil
und
Fig. 2: eine vergrößerte Teilansicht des Ventils nach
Fig. 1.
Ein Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf mit einem Ein
gangsanschluß P und einem Ausgangsanschluß A. Zwischen
dem Eingangsanschluß P und dem Ausgangsanschluß A ist
eine Absperreinrichtung 3 angeordnet, die einen Ventil
sitz 4 und ein Verschlußstück 5 aufweist. Das Ver
schlußstück 5 weist ein Schließelement 6 in Form einer
Kugel auf, wobei die Kugel einen Durchmesser im Bereich
von 1 bis 4 mm, im vorliegenden Fall etwa 2 mm, auf
weist. In der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung
wird das Schließelement 6 durch einen Stößel 7 gegen
den Ventilsitz 4 gedrückt. Der Stößel 7 wird über ein
Zwischenstück 8 von einer Druckfeder 9 belastet, die
sich an einem Elektromagneten 10 abstützt, der einen
Teil des Antriebs des Stößels 7 bildet. Der elektroma
gnetische Antrieb weist ferner einen Anker 11 auf, der
in einem Gehäuse 12 gegen die Kraft der Feder 9 beweg
bar ist. Dabei teilt der Anker 11 den Innenraum des Ge
häuses 12 in zwei Räume 13, 14, wobei der Raum 14 nicht
sichtbar ist, weil der Anker 11 an einer Bodendichtung
15 anliegt. Der Raum 14 ist bei abgehobenem Anker 11
zwischen dem Anker 11 und der Bodendichtung 15 gebil
det. Der Elektromagnet kann auch an anderer Stelle an
geordnet sein. Beispielsweise können Magnetspulen das
Gehäuse 12 umgeben. In diesem Fall stützt sich die
Druckfeder 9 an einem Endanschlag ab.
Wenn der Elektromagnet 10 mit Strom beaufschlagt wird,
dann wird der Anker 11 nach oben bewegt, bis er mit
seiner Schulter 16 zur Anlage an einen Dichtring 17 ge
langt, der an der Unterseite des Zwischenstücks 8 ange
ordnet ist. Hierbei legte der Anker 11 zunächst einen
Lehrhub a zurück. Während dieses Lehrhubs a kann Flüs
sigkeit, mit der das Gehäuse 12 gefüllt ist, durch ei
nen Spalt 18, der zwischen dem Anker 11 und dem Zwi
schenstück 8 ausgebildet ist, aus dem Raum 13 in den
Raum 14 fließen und dort ein Flüssigkeitspolster auf
bauen. Insgesamt kann der Anker 11 bis zur Anlage an
den Elektromagneten 10 einen Weg b zurücklegen, der
größer ist als der Lehrhub a. Die Differenz (b - a)
bildet dann einen Nutzhub. Bei diesem Nutzhub liegt der
Dichtring 17 an der Schulter 16 des Ankers 11 an und
versperrt den Durchgang vom Raum 13 in den Raum 14. Das
bedeutet nicht, daß die Verbindung zwischen den beiden
Räumen 13, 14 absolut unterbrochen ist. Es werden immer
kleinere Undichtigkeiten verbleiben, durch die Flüssig
keit aus dem Raum 13 in den Raum 14 nachströmen kann.
Dieser Flüssigkeitsstrom ist jedoch stark gedrosselt.
Wenn das Zwischenstück 8 vom Stößel 7 abgehoben worden
ist, dann führt der Druck im Eingangsanschluß P dazu,
daß das Schließelement 6 vom Ventilsitz 4 abgehoben
wird, weil es gegen diesen Druck nicht mehr unterstützt
wird. Flüssigkeit kann also vom Eingangsanschluß P zum
Ausgangsanschluß A strömen.
Nach einer vorbestimmten Bewegung, die kürzer als der
Netzhub b - a ist, gelangt das Schließelement 6 zur An
lage an einen Hilfsventilsitz 19. Dieser Hilfsventil
sitz 19 steht in nicht näher dargestellter Weise mit
einem Tankanschluß T in Verbindung. Wenn das Ventil ge
schlossen ist, dann kann Flüssigkeit, die am Ausgangs
anschluß A ansteht, zum Tankanschluß T abfließen, um
ein Nachtropfen von Flüssigkeit bei geschlossenem Ven
til zu vermeiden.
Der Schließvorgang des Ventils erfolgt in umgekehrter
Reihenfolge. Wenn der Elektromagnet 10 stromlos ge
schaltet wird, dann bewegt sich der Anker 11 unter der
Wirkung der Druckfeder 9 wieder zum Anschlag an die Bo
dendichtung 15. Hierbei liegt der Dichtring 17 während
des Nutzhub an der Schulter 16 des Ankers an, so daß
die Verbindung zwischen den beiden Räumen 13, 14 unter
brochen ist, wenn man von kleineren Leckagen absieht.
Die Rückbewegung des Ankers 11 in die in Fig. 1 darge
stellte Ausgangsposition erfolgt also mit einer starken
Dämpfung und einer entsprechend verminderten Geschwin
digkeit, so daß eine Belastung des Schließelements 6
klein gehalten wird. Darüber hinaus steht der Druck im
Raum 14 bei zurückgezogenem Anker 11 an der Stirnseite
das Stößels 7 an, die mit dem Dichtring 17 zusammen
wirkt. Dadurch wird der Stößel 7 immer in Anlage am
Schließelement 6 gehalten. Auch bei der Schließbewegung
kann es also nicht vorkommen, daß der Stößel 7 mit ei
ner größeren Geschwindigkeit auf das Schließelement 6
auftrifft. Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß
sich der Spalt 18 auch im Bereich der Engstelle fort
setzt, die zwischen der Schulter 16 und dem unteren En
de des Ankers 11 gebildet ist.
Schematisch dargestellt sind mehrere Dichtungen 20, 21,
mit denen das Gehäuse 12 gegenüber dem Gehäuse 2 abge
dichtet ist. Ferner kann insbesondere die Dichtung 21
gewisse Toleranzen aufnehmen.
Damit das Schließelement 6 immer zum Ventilsitz 4 bzw.
zum Hilfsventilsitz 19 gelangt, ist einer Führungsein
richtung 22 vorgesehen, die in Fig. 2 näher dargestellt
ist. Die Führungseinrichtung 22 weist eine Öffnung 23
auf, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der
Durchmesser des Schließelements 6. Mit anderen Worten
entspricht der Durchmesser der Öffnung 23 dem Durchmes
ser des Schließelements 6 plus einem vorbestimmten
Spiel. Wenn das Schließelement 6 vom Ventilsitz 4 abge
hoben wird, dann ist der direkte Weg vom Ventilsitz 4
zum Hilfsventilsitz 19 versperrt, weil das Schließelement
6 die Öffnung 23 nahezu ausfüllt. Dementsprechend
kann während der Bewegung des Schließelements 6 nur ein
sehr kleiner Teil der Flüssigkeit in den Tankanschluß T
abfließen.
Die Führungseinrichtung 22, die im übrigen in einem
Halteteil 24 angeordnet und dadurch im Gehäuse 2 gehal
ten ist, weist einen Leitkörper 25 in Form einer Schale
auf, die sich zum Ventilsitz 4 hin öffnet. Die Ventil
sitz 4 ist an der Spitze eines Rohrkörpers 26 angeord
net, der eine konische Außenseite aufweist. Zwischen
dem Rohrkörper 26 und dem Leitkörper 25 ist dementspre
chend ein Spalt 27 ausgebildet, der über eine gewisse
Strecke in Radialrichtung eine im wesentlichen gleich
bleibende Dicke aufweist. Am radialen Ende weist der
Spalt 27 eine Erweiterungszone 28 auf. Oberhalb der Er
weiterungszone 28 weist der Leitkörper 25 einen Flansch
29 auf, mit dem die Führungseinrichtung 22 im Halteteil
24 gehalten ist. Der Flansch 29 weist hierzu Halteflä
chen 30, 31 auf, die senkrecht zur Druckrichtung ge
richtet sind, die durch die im Eingangsanschluß P an
stehende Flüssigkeit definiert ist.
Die Führungseinrichtung 22 mit dem Leitkörper bildet
einen Deflektor, der das Öffnungsverhalten des Schlie
ßelements 6 verbessert. Der Leitkörper 25 bildet eine
Trennung zwischen einem Hochdruckbereich, der zwischen
dem Rohrkörper 26 und dem Leitkörper 25 angeordnet ist,
und einem Niederdruckbereich auf der anderen Seite des
Leitkörpers 25. Der Niederdruck wirkt also sozusagen
auf die Oberseite des Schließelements 6 und erzeugt ei
nen Druckabfall. Damit entstehen Kräfte an dem Schlie
ßelement 6, die zuverlässig bewirken, daß das Schließ
element 6 seine Position vom Ventilsitz 4 zum Hilfsven
tilsitz 19 ändern kann. Damit wird die Tatsache kompensiert,
daß aufgrund der geringen Öffnung des Ventilsit
zes 4 nur kleine Kräfte auf das Schließelement 6 in
Öffnungsrichtung wirken können.
Sowohl die Führungseinrichtung 22 als auch das Halte
teil 24 sind aus Kunststoff gebildet, wobei insbesonde
re das Material der Führungseinrichtung 22 so gewählt
ist, daß es reibungsarm mit dem Material des Schließe
lements 6 zusammenwirkt. Durch die Verwendung eines
Halteteils 24 wird die Bearbeitung des Gehäuses 2 und
die Montage relativ einfach.
Bei dem Schließelement 6 handelt es sich um eine han
delsübliche Stahlkugel mit einem Durchmesser von etwa 2 mm.
Der Druckabfall über das Ventil ist relativ klein,
so daß die Kräfte, wie auf die Kugel wirken, entspre
chend klein sein werden. Anstelle einer Stahlkugel ist
natürlich auch eine Kugel aus einem anderen Material
verwendbar, beispielsweise Kunststoff oder Keramik.
Die Führungseinrichtung 22 hat mehrere Aufgaben. Zum
einen führt sie das Schließelement 6 auf dem Weg vom
Ventilsitz 4 zum Hilfsventilsitz 19 und zurück. Zum an
deren bewirkt sie eine relativ starker Drosselung eines
Flüssigkeitsstromes vom Ventilsitz 4 zum Hilfsventil
sitz 19 in dem Zeitraum, in dem das Schließelement 6 an
keinem der beiden Ventilsitze 4, 19 anliegt. Die Flüs
sigkeit, die aus dem Ventilsitz 4 austritt, wird zu
nächst durch den Spalt 27 zwischen dem Rohrkörper 26
und dem Leitkörper 25 geleitet, also an direkten Über
tritt gegen den Hilfsventilsitz 19 gehindert.
Die Bewegung des Stößels 7 beim Schließen des Ventils
wird stark gedämpft. Dies liegt zum einen daran, daß
der Stößel 7 immer am Schließelement 6 anliegt und zum
anderen daran, daß die Rückbewegung des Ankers 11 nur
mit einer stark gedämpften Geschwindigkeit erfolgen
kann.
Claims (12)
1. Ventil, insbesondere Magnetventil, mit einem Ein
gangsanschluß, einem Ausgangsanschluß und dazwi
schen einer Absperreinrichtung mit einem Ventilsitz
und einem Verschlußstück, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verschlußstück (5) ein Schließelement (6)
und einen davon getrennten Stößel (7) aufweist, wo
bei das Schließelement (6) in einer Führungsein
richtung (22) gehalten ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schließelement (6) in einer geöffneten Stellung
an einen Hilfsventilsitz (19) anliegt, der mit ei
nem Tankanschluß (T) in Verbindung steht, wobei die
Führungseinrichtung (22) zwischen dem Ventilsitz
(4) und dem Hilfsventilsitz (19) angeordnet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungseinrichtung (22) eine Öffnung
(23) aufweist, in der das Schließelement (6) ange
ordnet ist und deren Durchmesser gleich dem Durchmesser
das Schließelements (6) plus ein vorbestimm
tes Spiel ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (22)
einen Leitkörper (25) aufweist, der die Form einer
zum Ventilsitz (4) hin offenen Schale aufweist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ventilsitz (4) an der Spitze eines Rohrkörpers
(26) angeordnet ist, der sich gegen den Leitkörper
(25) hinein erstreckt.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Leitkörper (25) und der Rohrkörper (26) einen
in Radialrichtung gleichförmig dicken Spalt (27)
bilden.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
sich an den Spalt (27) eine Erweiterungszone an
schließt, die sich radial relativ zum Ventilsitz
(4) öffnet.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Leitkörper (25) im Bereich der Erweiterungszone
(28) einen radial verlaufenden Umfangsflansch (29)
aufweist.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (22)
aus einem Kunststoff gebildet ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (22)
mit Hilfe eines Halteteils (24) in einem Gehäuse
(2) gehalten.
11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventil einen Nenndurchsatz
im Bereich von 1 bis 5 l/min aufweist.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schließelement (6) als Ku
gel mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 4 mm
ausgebildet ist.
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