DE102009042645A1

DE102009042645A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102009042645A1
Application number: DE200910042645
Authority: DE
Inventors: Bruno Staiger; Mike Schaber
Original assignee: Staiger GmbH and Co KG
Current assignee: Staiger GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: DE102009042645B4

Abstract

Das Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen und umfasst einen Ventilkörper mit Medienanschlüssen und einen Elektromagneten für einen Magnetanker, der mit einem Dichtbolzen gegen einen Ventilsitz des Ventilkörpers verlagerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für gasförmige und flüssige Medien.
Die DE 10 2006 012 530 B4 offenbart ein gattungsgemäßes Ventil, bei dem der plattenförmige Magnetanker gegen die Kraft einer scheibenförmigen Formfeder ausschließlich durch axial auf den Magnetanker wirkende Magnetkräfte verlagerbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil dieser Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine bessere Magnetkraftwirkung am Magnetanker und eine dauerhaft zuverlässige Ventilschaltfunktion erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in einer einzigen Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigt.
Das in der Zeichnung vergrößert und geschnitten dargestellte Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen und ist im Wesentlichen als kreisförmiger zylindrischer Körper ausgeführt. Das Ventil weist einen Ventilkörper 1 und einen mit diesem verbundenen Elektromagneten 2 auf. Der ungefähr topfförmig gestaltete Ventilkörper 1 besteht aus einem magnetisierbaren Material und besitzt eine Bodenwand 3 und eine kreisringförmige Wandung 4, die eine Ventilkammer 5 mitbegrenzen. Außerdem weist der Ventilkörper 1 für die Zuführung des Mediums einen bezüglich der Mittenachse 6 des Ventils in der Bodenwand 3 koaxial angeordneten Eingang 7 auf, der zu einem in die Ventilkammer 5 ragenden Ventilsitz 8 führt. In der Wandung 4 des Ventilkörpers 1 können ein oder mehrere Ausgänge 9 für das Medium ausgebildet sein. Am Außenumfang des Ventilkörpers 1 befindet sich ein Dichtring 10, der in einer Umfangsnut gelagert ist.
In der Ventilkammer 5 ist ein plattenförmiger Magnetanker 11 positioniert, dem an der in der Zeichnung unteren Seite eine rundscheibenförmige Feder 12 koaxial zugeordnet ist. Unter der Feder 12 ist zudem koaxial ein Dichtbolzen 13 angeordnet, der aus einem gummielastischen Material besteht und mit dem Ventilsitz 8 korrespondiert. Die scheibenförmige Feder 12 befindet sich somit zwischen dem Magnetanker 11 und dem Dichtbolzen 13, der die letztgenannten drei Teile baueinheitlich zusammenhält.
Der Elektromagnet 2 weist ein Magnetgehäuse 14 mit einem Magnetjoch 15 und einem kreiszylinderförmigen Außenkern 16 auf. Am Außenumfang des Magnetjochs 15 sind zwei in einem axialen Abstand zueinander angeordnete Ringdichtungen 17, 18 vorgesehen, die jeweils in einer Umfangsnut gelagert sind. Zwischen den beiden Ringdichtungen 17, 18 ist in dem Magnetjoch 15 ein Entlüftungskanal 19 ausgebildet, der sich ausgehend von einer koaxial im Magnetjoch 15 befindlichen Bohrung 20 radial nach außen erstreckt. Die Bohrung 20 ist durch einen bevorzugt als Kugel ausgeführten Verschlussteil 21 verschlossen, der mittels Presssitz in der Bohrung 20 positioniert ist. Bei einer hier nicht dargestellten anderen bevorzugten Ausführung kann es im Rahmen der Erfindung allerdings auch günstig sein, die Bohrung 20 nicht oben mit einem separaten Verschlussteil 21 zu schließen, sondern als Sackloch auszuführen, so dass ein durch das Magnetjoch 15 materialeinheitlicher Bohrungsverschluss gebildet ist. Der Dichtring 10 und die Ringdichtungen 17, 18 sind bezüglich ihres Außendurchmessers zweckmäßig gleich ausgeführt, so dass das erfindungsgemäße Ventil in eine kreiszylindrische Aufnahmebohrung eines hier nicht dargestellten Aufnahmeteils dicht eingesetzt werden kann.
Im Innenraum des Magnetgehäuses 14 befindet sich eine Elektrospule 22, die einen Spulenkörper 23 und eine Spulenwicklung 24 aufweist, deren Spulendrahtenden an Kontaktstiften 25 angeschlossen sind, die oben aus dem Magnetjoch 15 herausragen. Die Elektrospule 22 ist in dem Magnetgehäuse 14 in einer isolierenden Vergussmasse 26 dicht eingebettet.
Der Spulenkörper 23 ist von einem dem Elektromagneten 2 zugehörigen Innenkern 27 durchsetzt, der in einer koaxialen Durchgangsbohrung des Spulenkörpers 23 gelagert ist und an seinem oberen Endbereich einen im Durchmesser reduzierten Fortsatz 28 aufweist, der in der zentralen Bohrung 20 des Magnetjochs 15 mittels Presssitz spaltfrei festgelegt ist. Gemäß einer anderen, hier nicht dargestellten vorteilhaften Ausführung kann es auch günstig sein, den Innenkern 27 nicht als separates Teil auszubilden, sondern gemeinsam mit dem Außenkern 16 und dem Magnetjoch 15 materialeinheitlich einstückig auszuführen. Der Innenkern 27 besitzt eine mit der Mittenachse 6 koaxiale Entlüftungsbohrung 29, die sich von der Ventilkammer 5 bis zur Bohrung 20 des Magnetjochs 15 erstreckt und über diese mit dem Entlüftungskanal 19 in Verbindung steht.
An der dem Ventilkörper 1 zugewandten unteren Stirnseite der Elektrospule 22 ist eine nicht magnetisierbare Scheibe 30 vorgesehen, die von dem unteren Endbereich des Innenkerns 27 in einem Durchbruch durchsetzt ist. Der Innendurchmesser des Scheibendurchbruchs und der Außendurchmesser des Innenkerns 27 sind so bemessen, dass ein spaltfreier Presssitz der beiden Teile gegeben ist. Statt des Presssitzes ist es aber auch möglich, den Außendurchmesser des Innenkerns 27 und den Innendurchmesser des Scheibendurchbruchs miteinander dicht zu verschweißen. Die nicht magnetisierbare Scheibe 30 wiederum befindet sich in einer Ausnehmung eines etwa hülsenförmigen Magnetflussverstärkungsteils 31, der die Scheibe 30 eng umschließt, wobei der Außendurchmesser der Scheibe 30 und der Innendurchmesser der Ausnehmung im Magnetflussverstärkungsteil 31 so aufeinander abgestimmt sind, dass auch hier ein spaltfreier Presssitz besteht. Anstelle dieses Presssitzes kann es aber ebenfalls günstig sein, den Innendurchmesser der Ausnehmung des Magnetflussverstärkungsteils 31 und den Außendurchmesser der Scheibe 30 dicht miteinander zu verschweißen. Um den Zusammenbau des Ventils zu erleichtern, können der Innenkern 27, die Scheibe 30 und der Magnetflussverstärkungsteil 31 mittels der Presssitze oder Schweißverbindungen zu einer vormontierten Baueinheit zusammengefasst sein.
Der zunächst als separates Einzelteil aus einem magnetisierbaren Material hergestellte Magnetflussverstärkungsteil 31 weist eine der Elektrospule 22 zugewandte Grundwand 32, in welcher die Ausnehmung für die Scheibe 30 ausgebildet ist, und eine sich von der Grundwand 32 im rechten Winkel nach unten erstreckende Umfangswand 33 auf, die mit der Grundwand 32 materialeinheitlich einstückig ist. Die Länge der Umfangswand 33 ist, in axialer Richtung gesehen, größer als die axiale Dicke der Grundwand 32. Die axiale Länge der Umfangswand 33 ist zudem größer als die sich bis zur Ausnehmung in radialer Richtung erstreckende Länge der Grundwand 32. Allerdings ist die radiale Dicke der Umfangswand 33 kleiner als die Dicke der Grundwand 32 in axialer Richtung. Zweckmäßig kann die axiale Dicke der Grundwand 32 doppelt bis vierfach, vorzugsweise dreifach größer sein als die radiale Dicke der Umfangswand 33. Der Zeichnung ist zudem deutlich zu entnehmen, dass die Scheibe 30 in axialer Richtung dünner ist als die Grundwand 32 des Magnetflussverstärkungsteils 31. Die Scheibe 30 und die Grundwand 32 sind dabei so zueinander angeordnet, dass die der Elektrospule 22 zugewandte Grundfläche der Grundwand 32 und die der Elektrospule 22 ebenfalls zugewandte Stirnfläche der Scheibe 30 eine gemeinsame Ebene bilden, so dass an der der Elektrospule 22 abgewandten Seite der Scheibe 30 ein Rücksprung gegenüber der Unterfläche der Grundwand 32 besteht.
Die Umfangswand 33 des Magnetflussverstärkungsteils 31 ist, in axialer Richtung betrachtet, länger als die Dicke des plattenförmigen Magnetankers 11 und überragt diesen sogar, wobei sich das untere Ende der Umfangswand 33 bevorzugt etwa in der Ebene der scheibenförmigen Feder 12 befindet. Die Umfangswand 33 des Magnetflussverstärkungsteils 31 übergreift den oberen Teil der Wandung 4 des Ventilkörpers 1 außen derart, dass zwischen der Wandung 4 und der Umfangswand 33 ein Presssitz besteht. Außerdem übergreift ein unterer Wandteil 34 des Außenkerns 16 die Umfangswand 33 des Magnetflussverstärkungsteils 31 zweckmäßig so, dass ebenfalls ein Presssitz gegeben ist. Die Umfangswand 33 des Magnetflussverstärkungsteils 31 ist demnach spielfrei zwischen der Innenfläche des Wandteils 34 und der Umfangsfläche der Wandung 4 des Ventilkörpers 1 eingepresst, wodurch zusätzlich in radialer Richtung ein guter Magnetfluss gegeben ist. Die Zeichnung lässt erkennen, dass der Innendurchmesser des Außenkerns 16 im Bereich des Wandteils 34 etwas größer ist als der Innendurchmesser des Außenkerns 16 in dem die Elektrospule 22 umfassenden Wandbereich.
Bevor das Ventil endgültig zusammengebaut wird, wird die aus dem Magnetanker 11, der Feder 12 und dem Dichtbolzen 13 zusammengesetzte Magnetanker-Baueinheit in den Ventilkörper 1 eingesetzt und mit diesem baueinheitlich verbunden. Diese Verbindung erfolgt über einen Einpressring 35, der den Magnetanker 11 in dessen Ebene umfasst und so bemessen ist, dass der Innendurchmesser des Einpressrings 35 etwas größer ist als der Außendurchmesser des Magnetankers 11, so dass sich dieser axial frei bewegen kann. Der Außendurchmesser des dünnwandigen Einpressrings 35 ist so bemessen, dass seine Umfangsfläche reibschlüssig fest an der Innenfläche der Wandung 4 des Ventilkörpers 1 anliegt. Die Feder 12 ist mit einem äußeren Randteil 36 an der nach unten weisenden Stirnseite des Einpressrings 35 abgestützt. Beim Einpressen des Einpressrings 35 in den Ventilkörper 1 kann gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsschritt eine Justierung der Feder 12 erzielt werden, indem der Einpressring 35 exakt so weit gegen den Randteil 36 der Feder 12 und in den Ventilkörper 1 gedrückt wird, dass eine optimale Federvorspannung erreicht wird.
Anschließend wird die so vormontierte Ventilkörper-Baueineinheit in den Magnetflussverstärkungsteil 31 eingesetzt, wobei die Umfangsfläche der Wandung 4 des Ventilkörpers 1 reibschlüssig fest an der Innenfläche der Umfangswand 33 des Magnetflussverstärkungsteils 31 anliegt, so dass ein zuverlässiger Presssitz gegeben ist. Beim Einpressen der Ventilkörper-Baueinheit in den Magnetflussverstärkungsteil 31 wird gleichzeitig in demselben Arbeitsgang eine genaue Justierung des Ventilhubs erzielt, indem die Ventilkörper-Baueinheit axial exakt so weit eingeschoben wird, dass der axiale Hub des Magnetankers 11 für eine zuverlässige Ventilfunktion optimal eingestellt ist.
Sobald die Spulenwicklung 24 mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, erfolgt eine Aktivierung des Elektromagneten 2, wodurch der Magnetanker 11 durch die Magnetkraft, unterstützt durch den vom Wandteil 34 des Außenkerns 16 durch die Umfangswand 33 des Magnetflussverstärkungsteils 31, die Wandung 4 des Ventilkörpers 1 und den Einpressring 35 geleiteten und auf den Magnetanker 11 radial einwirkenden Magnetkraftfluss, gegen die Kraft der Feder 12 axial nach oben verlagert wird. Dadurch gibt der Dichtbolzen 13 den Ventilsitz 8 frei und das Medium kann fließen. Beim Abschalten der elektrischen Spannung steht die Magnetkraft nicht mehr zur Verfügung, so dass die Formfeder 12 den Magnetanker 11 und den Dichtbolzen 13 axial nach unten verlagert, wobei dieser gegen den Ventilsitz 8 gedrückt wird und den Durchfluss des Mediums sperrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006012530 B4 [0002]

Claims

Ventil für gasförmige und flüssige Medien, umfassend einen Ventilkörper (1) mit einem Eingang (7), mindestens einem Ausgang (9), einer Ventilkammer (5) und einem Ventilsitz (8), einen Magnetanker (11), einen mit dem Ventilsitz (8) korrespondierenden Dichtbolzen (13), dem eine Feder (12) zugeordnet ist, und einen Elektromagneten (2) mit einem einen magnetisierbaren Außenkern (16) und ein Magnetjoch (15) aufweisendes Magnetgehäuse (14), einer Elektrospule (22), einem magnetisierbaren Innenkern (27) sowie einem aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Magnetflussverstärkungsteil (31), der eine zwischen der Elektrospule (22) und dem Magnetanker (11) angeordnete Grundwand (32) und eine den Magnetanker (11) umgreifende Umfangswand (33) aufweist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwand (32) und die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) materialeinheitlich einstückig ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetflussverstärkungsteil (31) als separates Einzelteil hergestellt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwand (32) und die Umfangswand (33) des Magnetflusskraftverstärkungsteils (31) einen rechten Winkel begrenzen.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) axial länger ist als die axiale Dicke der Grundwand (32).
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) axial länger ist als die radiale Länge der Grundwand (32).
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Dicke der Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) dünner ist als die axiale Dicke der Grundwand (32).
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwand (32) des Magnetflussverstärkungsteils (31) eine Ausnehmung aufweist, in der eine nicht magnetisierbare Scheibe (30) angeordnet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkern (27) des Elektromagneten (2) einen Durchbruch der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) durchsetzt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkern (27) des Elektromagneten (2), die nicht magnetisierbare Scheibe (30) und der Magnetflussverstärkungsteil (31) zu einer vormontierten Baueinheit zusammengefasst sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) mit der die Ausnehmung der Grundwand (32) des Magnetflussverstärkungsteils (31) begrenzenden Innenfläche und die Umfangsfläche des Innenkerns (27) mit der den Durchbruch der Scheibe (30) begrenzenden Innenfläche dicht verbunden sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dichte Verbindung zwischen der Umfangsfläche der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) mit der die Ausnehmung der Grundwand (32) des Magnetflussverstärkungsteils (31) begrenzenden Innenfläche und die Verbindung zwischen der Umfangsfläche des Innenkerns (27) mit der den Durchbruch () oder Scheibe (30) begrenzenden Innenfläche als Schweißverbindung ausgebildet sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Dicke der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) kleiner ist als die Dicke der Grundwand (32) des Magnetflussverstärkungsteils (31).
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Elektrospule (22) des Elektromagneten (2) zugewandte Grundfläche der Grundwand (32) des Magnetflussverstärkungsteils (31) und die der Elektrospule (22) zugewandte Stirnfläche der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) eine gemeinsame Ebene bilden.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) in axialer Richtung länger ist als die Dicke des Magnetankers (11) und diesen überragt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) etwa in der Ebene der Feder (12) vorgesehen ist oder letztere überragt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandteil (34) des Außenkerns (16) die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) umfasst.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) zwischen einer Wandung (4) des Ventilkörpers (1) und dem Wandteil (34) des Außenkerns (16) angeordnet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) die Wandung (4) des Ventilkörpers (1) außen übergreift und an der Innenfläche des Wandteils (34) des Außenkerns (16) anliegt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Außenkerns (16) im Bereich des den Magnetflussverstärkungsteil (31) übergreifenden Wandteils (34) größer ist als in dem die Elektrospule (22) umfassenden Wandbereich.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) topfförmig gestaltet ist und eine die Wandung (4) tragende Bodenwand (3) aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (11) in der Ventilkammer (5) plattenförmig ist und der Dichtbolzen (13) an der dem Elektromagneten (2) abgewandten Seite des Magnetankers (11) angeordnet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) scheibenförmig ist und zwischen der dem Elektromagneten (2) abgewandten Seite des Magnetankers (11) und dem Dichtbolzen (13) festgelegt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (11), die Feder (12) und der Dichtbolzen (13) über Letzteren zu einer vormontierten Baueinheit zusammengefasst sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Magnetanker (11), der Feder (12) und dem Dichtbolzen (13) gebildete Baueinheit mit dem Ventilkörper (1) an dessen Wandung (4) über einen Einpressring (35) zu einer Baueinheit verbunden ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (12) der Magnetankerbaueinheit mit einem Randteil (36) an dem Einpressring (35) abgestützt und die Vorspannung der Feder (12) über den Einpressring (35) justierbar ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (4) des Ventilkörpers (1) an der Innenfläche der Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) mittels Presssitz einsetzbar ist, wobei der Hub des Magnetankers (11) justierbar ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (33) des Magnetflussverstärkungsteils (31) an der Innenfläche des Wandteils (34) des Außenkerns (16) bevorzugt mittels Presssitz spaltfrei angeordnet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fortsatz (28) des Innenkerns (27) in einer Bohrung (20) des Magnetjochs (15) spaltfrei eingepresst ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrospule (22) innerhalb des Magnetgehäuses (14) in einer Vergussmasse (26) eingebettet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (20) des Magnetjochs (15) über einen bevorzugt kugelförmigen Verschlussteil (21) abgedichtet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) einen außen angeordneten Dichtring (10) und das Magnetjoch (15) außen mindestens eine, bevorzugt zwei axial zueinander beabstandete Ringdichtungen (17 u. 18) aufweisen.