DE102010006346A1

DE102010006346A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE102010006346A1
Application number: DE102010006346A
Authority: DE
Inventors: Martin Maichl
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2010-01-30
Filing date: 2010-01-30
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-01-31
Also published as: DE102010006346B4

Abstract

Es handelt sich um ein Magnetventil (1) mit einer Elektromagneteinheit (32), über die sich rückseitig ein bewegliches Ankerelement (48) hinweg erstreckt. Das Ankerelement (48) ragt mit zwei Betätigungsabschnitten (53a, 53b) seitlich über die Elektromagneteinheit (32) hinaus und kooperiert dort mit zwei Betätigungsstößeln (57a, 57b), die sich seitlich neben der Elektromagneteinheit (32) erstrecken und mit je einem der Vorderseite (36) der Elektromagneteinheit (32) zugeordneten Ventilglied (6a, 6b) zusammenwirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, mit einer sich längs einer Hauptachse erstreckenden, eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden und über mindestens eine bestrombare Spule verfügenden Elektromagneteinheit, deren Vorderseite wenigstens zwei Ventilsitze zugeordnet sind, denen jeweils eines von zwei beweglichen Ventilgliedern gegenüberliegt, die jeweils durch einen von zwei sich parallel zu der Hauptachse erstreckenden, mittels der Elektromagneteinheit zu einer axialen Bewegung antreibbaren Betätigungsstößeln umschaltbar sind.
Ein aus der WO 2009/033576 A1 bekanntes Magnetventil dieser Art verfügt über eine Elektromagneteinheit, die sich aus zwei funktionell voneinander unabhängigen Elektromagneten zusammensetzt, die jeweils eine Spule und ein von der Spule umschlossenes, axial bewegbares Ankerelement enthalten. Die Ankerelemente sind durch Federmittel zur Vorderseite der Elektromagneteinheit hin vorgespannt und fungieren als Betätigungsstößel, die jeweils an einem Ventilglied angreifen, das einem der Elektromagneteinheit an der Vorderseite gegenüberliegenden Ventilsitz zugeordnet ist. Um ein Ventilglied vom zugeordneten Ventilsitz abzuheben, wird die zugeordnete Spule bestromt, so dass das betroffene Ankerelement gegen die auf es einwirkende Federkraft in die Spule hineingezogen wird.
Auch wenn bei dem bekannten Magnetventil die beiden Ventilglieder gleichzeitig betätigt werden sollen, ist eine gesondierte Ansteuerung der beiden Spulen erforderlich. Da sich die beiden Spulen unter Umständen unterschiedlich verhalten, kann dies zu Sychronisationsproblemen führen. Es ist bei dem bekannten Aufbau zudem unumgänglich, dass eine feste Verbindung zwischen den Betätigungsstößeln und dem jeweils zugeordneten Ventilglied vorliegt, damit das Ventilglied die durch Aktivierung der Elektromagneteinheit hervorgerufene axiale Anzugsbewegung des Betätigungsstößels mitmacht. Dies stellt erhöhe Anforderungen an die Einhaltung der Fertigungs- und Montagetoleranzen, was sich negativ auf die Herstellungskosten auswirkt.
Aus der DE 10 2007 025 567 A1 ist ein Magnetventil bekannt, bei dem ein bewegliches Ankerelement indirekt, unter Vermittlung eines zwischengeschalteten Stößels, auf ein Ventilglied einwirkt. Der Stößel befindet sich zentral im Innern der einzigen Spule des Magnetventils und durchsetzt gleitverschieblich einen ortsfesten Anker. Diese Bauform eines Magnetventils hat zwar den Vorteil einer „stoßenden” Betätigung des Ventilgliedes, so dass zu Gunsten einer verbesserten Unempfindlichkeit gegenüber Montagetoleranzen auf eine feste Verbindung zwischen dem beweglichen Ankerelement und dem Stößel verzichtet werden kann. Andererseits ist bei diesem Magnetventil eine gleichzeitige Betätigung zweier voneinander unabhängiger Ventilglieder nicht möglich.
Zwar wurde bei der Anmelderin auch schon erwogen, die beiden in der WO 2009/033576 A1 vorhandenen Spulen jeweils nachdem Vorbild der DE 10 2007 025 567 A1 umzugestalten. Damit wäre jedoch dem aus der Individualität der Spulen resultierenden Synchronisationsproblem nicht abgeholfen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktbauendes Magnetventil zu schaffen, das bei toleranzunempfindlichem Aufbau eine zuverlässige Aktivierung zweier Ventilglieder ermöglicht.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist in Verbindung mit den eingangs bekannten Merkmalen vorgesehen, dass sich rückseitig über die Elektromagneteinheit hinweg ein in Richtung der Hauptachse bewegliches, durch die Elektromagneteinheit zu dieser heranziehbares Ankerelement erstreckt, das die Elektromagneteinheit mit zwei Betätigungsabschnitten seitlich überragt, wobei sich die beiden Betätigungsstößel seitlich neben der Elektromagneteinheit zwischen jeweils einem der Betätigungsabschnitte und einem der Ventilglieder erstrecken.
Auf diese Weise liegt ein kompaktbauendes Magnetventil vor, bei dem zwei voneinander unabhängige Ventilglieder gleichzeitig durch ein einziges bewegliches Ankerelement umschaltbar sind. Das Ankerelement und die Ventilglieder sind einander in Achsrichtung einer Hauptachse entgegengesetzten Seiten der Elektromagneteinheit zugeordnet, wobei zwischen dem einzigen Ankerelement und jedem Ventilglied ein individueller Betätigungsstößel zur Übertragung der Antriebskraft zwischengeschaltet ist. Bei ihrer Aktivierung zieht die Elektromagneteinheit das Ankerelement zu sich heran, was zu einer schiebenden bzw. stoßenden Beaufschlagung der beiden Betätigungsstößel führt, die somit beide ebenfalls schiebend bzw. stoßend auf das ihnen jeweils zugeordnete Ventilglied einwirken können. Die Ventilfunktion ist somit auch ohne feste Verbindung zwischen den Betätigungsstößeln und dem Ankerelement bzw. den Ventilgliedern gegeben, was die Toleranzproblematik minimiert. Vorteilhaft ist ferner, dass die Elektromagneteinheit von den Betätigungsstößeln nicht durchsetzt, sondern seitlich außen passiert wird, so dass ein einfach und kostengünstiges aufgebautes Elektromagnetsystem zur Erzeugung der Antriebskräfte Verwendung finden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Wie schon erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn jeder Betätigungsstößel an der ihm zugewandten Fläche des zugeordneten Betätigungsabschnittes und/oder Ventilgliedes nur lose anliegt, also auf eine Art der Bewegungskopplung zurückgegriffen wird, bei der die miteinander kooperierenden Bestandteile insbesondere lediglich Schubkräfte gegenseitig übertragen können.
Eine exakte Betätigung der Ventilglieder wird dadurch begünstigt, dass jeder Betätigungsstößel in einer seitlich neben der Elektromagneteinheit angeordneten Führungsausnehmung linear verschiebbar geführt ist. Zweckmäßigerweise ist die Elektromagneteinheit in einem Gehäusekörper aufgenommen, der gleichzeitig die Führungsausnehmungen definiert. Ein solcher Gehäusekörper besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial.
Das bewegliche Ankerelement ist bevorzugt stabförmig ausgebildet, beispielsweise nach Art eines Balkens oder einer Leiste. Das Ankerelement ragt dann mit seinen beiden Endabschnitten, die als Betätigungsabschnitte fungieren, auf einander entgegengesetzten Seiten seitlich über die Elektromagneteinheit hinaus.
Der stabförmige Aufbau des Ankerelementes ist vor allem dann von besonderem Vorteil, wenn die Elektromagneteinheit quer zu ihrer Hauptachse einen länglichen Querschnitt hat und somit über eine nur geringe Breite verfügt. Hier erstreckt sich dann das stabförmige Ankerelement zweckmäßigerweise parallel zur Längsachse des Querschnittes.
Für das bewegliche Ankerelement können Führungsmittel vorhanden sein, die es bei seiner durch die Elektromagneteinheit hervorgerufenen Antriebsbewegung zielgerichtet führen. Die Führungsmittel können das Ankerelement insbesondere seitlich abstützen. Vorteilhaft ist es, wenn das Führungselement so gelagert ist, dass es in mindestens einer zu der Hauptachse parallelen Ebene relativ zur Elektromagneteinheit kippbeweglich ist. Eine hierbei maßgebliche gedachte Kippachse verläuft also insbesondere rechtwinkelig zu der Hauptachse. Eine solche Art der Führung hat den Vorteil, dass das bewegliche Ankerelement optimal an einem Verklemmen auch dann gehindert ist, wenn es möglicherweise nicht exakt gleichförmig an die Elektromagneteinheit herangezogen werden sollte.
Die Führung bzw. Lagerung des beweglichen Ankerelementes lässt sich besonders einfach dadurch realisieren, dass es in einer sich rückseitig an die Elektromagneteinheit anschließenden Führungskammer aufgenommen ist. Diese Führungskammer kann Bestandteil eines die Elektromagneteinheit abdeckenden Gehäusedeckels sein.
Ein Magnetventil mit geringer Breite und dennoch hoher Schaltkraft lässt sich in vorteilhafter Weise dadurch realisieren, dass die Elektromagneteinheit mit einem Jochkörper ausgestattet ist, der wenigstens zwei zu der Hauptachse parallele Jochschenkel aufweist, die jeweils von einer eigenen Spule umschlossen sind. Der Jochkörper hat beispielsweise die Form eines U oder E und ist so ausgerichtet, dass die Stirnflächen der Jochschenkel, die als Polflächen fungieren, dem eweglichen Ankerelement zugewandt sind. Wenn diese Polflächen auf einer gemeinsamen, rechtwinkelig zur Hauptachse orientierten Linie liegen, kann vorteilhaft ein stabförmiges Ankerelement verwendet werden, das sich über alle Polflächen hinweg erstreckt und von diesen bei Aktivierung der Elektromagneteinheit einheitlich angezogen wird. Die Anzugskräfte werden dabei an mehreren in der Längsrichtung des Ankerelementes verteilten Stellen in das Ankerelement eingeleitet.
Die beiden Ventilsitze sind zweckmäßigerweise mit ihrem jeweils zugeordneten Ventilglied jeweils Bestandteil einer eigenen Ventileinheit. Das Magnetventil verfügt somit über zwei durch je einen der beiden Betätigungsstößel betätigbare Ventileinheiten, die für voneinander unabhängige Steuerungsauf gaben nutzbar sind, bei Bedarf aber auch zur Erzeugung einer höherwertigen Ventilfunktion fluidtechnisch miteinander verschaltet sein können.
Jede Ventileinheit kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie eine 2/2-Funktionalität oder eine 3/2-Funktionalität besitzt. Im letztgenannten Fall lässt sich bei einer entsprechenden fluidtechnischen Verschaltung die Gesamtfunktionalität von beispielsweise einem 4/2-Wegeventil oder einem 5/2-Wegeventil verwirklichen.
Jede Ventileinheit verfügt zweckmäßigerweise über eine eigene, das zugeordnete Ventilglied aufnehmende Ventilkammer, wobei in jede Ventilkammer einer der Betätigungsstößel zur Beaufschlagung des Ventilgliedes hineinragt.
Ein besonders vorteilhafter Aufbau der beiden Ventileinheiten sieht vor, dass die Ventilglieder wippenartig verschwenkbar ausgebildet sind. Dies vereinfacht insbesondere die Realisierung je einer 3/2-Ventilfunktion, bei der das Ventilglied zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar ist, in denen es jeweils an einem von zwei Ventilsitzen dichtend anliegt, so dass der dem momentan nichtverschlossenen Ventilsitz zugeordnete Ventilkanal mit einem dritten Ventilkanal kommunizieren kann.
Vorzugsweise wird eine Grundstellung des Magnetventils durch Federmittel vorgegeben, durch die die Betätigungsstößel ständig in einer zur Rückseite der Elektromagneteinheit weisenden Richtung beaufschlagt werden, so dass sie das bewegliche Ankerelement von der Elektromagneteinheit wegdrücken. Die Federmittel könnten direkt an den Betätigungsstößeln angreifen, wirken jedoch vorzugsweise auf die Ventilglieder ein und über diese nur mittelbar auf die Betätigungsstößel. Zweckmäßigerweise sind dabei jedem Betätigungsstößel bzw. Ventilglied eigene Federmittel zugeordnet.
Sämtliche durch ein Ventilglied steuerbaren Ventilsitze sind zweckmäßigerweise mit gleicher Ausrichtung angeordnet, wobei sie zweckmäßigerweise der Elektromagneteinheit zugewandt sind.
Das Magnetventil ermöglicht auch eine einfache Integration einer von einer elektrischen Betätigung unabhängigen zusätzlichen Handhilfsbetätigungseinrichtung. Selbige kann aus einem Taster bestehen, der auf das bewegliche Ankerelement einwirkt, um dieses in Richtung der Betätigungsstößel zu verlagern.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils in einer perspektivischen Darstellung,
2 das Magnetventil aus 1 mit längs aufgeschnittenen Gehäusekomponenten zur Verdeutlichung des inneren Aufbaus, und
3 das Magnetventil in einem Längsschnitt.
Das insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnet Magnetventil setzt sich beispielhaft aus einem Ventilteil 2 und einem daran in Achsrichtung einer Hauptachse 4 angesetzten elektromagnetischen Betätigungsteil 3 zusammen. Ventilteil 2 und Betätigungsteil 3 sind zweckmäßigerweise lösbar miteinander verbunden, könnten allerdings auch integrale Bestandteile sein.
Der Ventilteil 2 umfasst zweckmäßigerweise zwei Ventileinheiten, die im Folgenden auch als erste und zweite Ventileinheit 5a, 5b bezeichnet sind. Jede Ventileinheit 5a, 5b umfasst ein eigenes, bevorzugt jeweils zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbares Ventilglied, im Folgenden als erstes bzw. zweites Ventilglied 6a, 6b bezeichnet.
Das Ventilteil 2 verfügt über ein Ventilgehäuse 7, in dessen Innern zwei quer zu der Hauptachse 4 beabstandete, zu jeweils einer der beiden Ventileinheiten 5a, 5b gehörende erste und zweite Ventilkammern 8a, 8b ausgebildet sind. Die beiden Ventilkammern 8a, 8b liegen zweckmäßigerweise in Achsrichtung der Hauptachse 4 auf gleicher Höhe.
Zweckmäßigerweise ist das Ventilgehäuse 7 rechtwinkelig zur Hauptachse 4 unterteilt und verfügt über zwei in Achsrichtung der Hauptachse 4 aneinander angesetzte und unter Abdichtung miteinander verbundene Ventilgehäuseteile, die im Folgenden als erstes und zweites Ventilgehäuseteil 7a, 7b bezeichnet werden. Die Ventilkammern 8a, 8b liegen im Fügebereich der beiden Ventilgehäuseteile 7a, 7b und werden somit von den beiden Ventilgehäuseteilen 7a, 7b jeweils gemeinsam begrenzt.
Der Ventilteil 2 sitzt an einer Vorderseite des Magnetventils 1, der Betätigungsteil 3 schließt sich rückseitig an das Ventilteil 2 an. Die hier und auch im Folgenden verwendeten Orientierungsangaben wie „Vorderseite”, „Rückseite”, usw. dienen der einfacheren Beschreibung des Magnetventils, stellen jedoch keine Einschränkung für die im praktischen Einsatz verwendete Ausrichtung dar.
Die beiden Ventileinheiten 5a, 5b sind zweckmäßigerweise jeweils in der Funktionalität eines 3/2-Wegeventils ausgebildet. Dementsprechend münden in jede Ventilkammer 8a, 8b drei Ventilkanäle 12, 13, 14 ein, wobei die Mündungen von jeweils zweien dieser Ventilkanäle 12, 14 – im Folgenden als erster und dritter Ventilkanal 12, 14 bezeichnet – jeweils von einem zweckmäßigerweise erhaben ausgebildeten Ventilsitz 15 umrahmt sind.
Jedes Ventilglied 6a, 6b hat zwei im Folgenden als erster und zweiter Verschlussabschnitt 16a, 16b bezeichnete Verschlussabschnitte, die jeweils einem der beiden Ventilsitze 15 der betreffenden Ventileinheit 5a, 5b gegenüberliegen. In jeder der beiden möglichen Schaltstellungen eines Ventilgliedes 6a, 6b liegt entweder der eine oder der andere Verschlussabschnitt 16a, 16b unter Abdichtung am gegenüberliegenden Ventilsitz 15 an, während der andere Verschlussabschnitt 16b, 16a vom zugeordneten Ventilsitz 15 abgehoben ist. Ein an einem Ventilsitz 15 anliegender Verschlussabschnitt 16a, 16b trennt den zugeordneten Ventilkanal 12 oder 14 fluidisch von der zugehörigen Ventilkammer 8a, 8b ab. Derjenige des ersten und dritten Ventilkanals 12, 14, von dessen Ventilsitz 15 der zugeordnete Verschlussabschnitt 16a, 16b abgehoben ist, steht mit der Ventilkammer 8a, 8b in Fluidverbindung.
Der noch verbleibende Ventilkanal, im Folgenden als zweiter Ventilkanal 13 bezeichnet, mündet so in die betreffende Ventilkammer 8a, 8b ein, dass er mit letzterer unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 6a, 6b ständig in Fluidverbindung steht.
Eine bevorzugte, auch beim Ausführungsbeispiel realisierte Nutzung der jeweils drei Ventilkanäle 12, 13, 14 sieht vor, dass der erste Ventilkanal 12 ein mit einer externen Druckquelle verbindbarer oder verbundener Speisekanal ist, der zweite Ventilkanal 13 ein mit einem anzusteuernden Verbraucher verbindbarer oder verbundener Arbeitskanal ist und der dritte Ventilkanal 14 einen mit der Atmosphäre oder einer sonstigen Drucksenke verbindbaren oder verbundenen Abführkanal repräsentiert. Wird das Magnetventil 1 mit Druckluft betrieben, bildet der Abführkanal einen Entlüftungskanal. Das Magnetventil 1 kann allerdings auch mit anderen Gasen und auch mit flüssigen Medien betrieben werden.
Somit ergibt sich beim Betrieb der beiden Ventileinheiten 5a, 5b die Situation, dass der Arbeitskanal 13 in einer ersten Schaltstellung des Ventilglieds 6a, 6b mit dem Speisekanal 12 verbunden und vom Abführkanal 14 abgetrennt ist und in einer zweiten Schaltstellung des Ventilglieds 6a, 6b vom Speisekanal 12 abgetrennt und zugleich mit dem Abführkanal 14 verbunden ist. Das abgebildete Magnetventil 1 illustriert bezüglich des ersten Ventilglieds 6a die erste Schaltstellung und bezüglich des zweiten Ventilglieds 6b die zweite Schaltstellung.
Alle Ventilkanäle 12, 13, 14 münden beim Ausführungsbeispiel zu einer gemeinsamen, insbesondere an der Vorderseite des Ventilteils 2 angeordneten Anschlussfläche 17 aus. An dieser Anschlussfläche 17 kann an die einzelnen Ventilkanäle 12, 13, 14 bei Bedarf jeweils eine Fluidleitung angeschlossen werden. Ferner besteht die Möglichkeit, das Magnetventil 1 mit der Anschlussfläche 17 an einen mit weiterführenden Fluidkanälen ausgestatteten Ventilträger anzubauen, wobei dieser Ventilträger beispielsweise ein mittels Fluidkraft betätigbares Hauptventil enthalten kann, das durch das Magnetventil 1 als Vorsteuerventil aktivierbar ist.
Die beiden Ventileinheiten 5a, 5b können isoliert voneinander genutzt werden. Es besteht aber auch die vorteilhafte Möglichkeit, durch entweder innerhalb des Ventilteils 2 oder in einem an die Anschlussfläche 17 angebauten Ventilträger eine fluidische Verschaltung der einzelnen Ventilkanäle 12, 13, 14 so vorzunehmen, dass insgesamt eine 4/2-Ventilfunktion oder 5/2-Ventilfunktion erhalten wird.
Es wäre im Übrigen auch denkbar, die beigen Ventileinheiten 5a, 5b jeweils als 2/2-Wegeventil auszubilden, das über lediglich zwei Ventilkanäle verfügt, deren Verbindung entweder abgesperrt oder freigegeben wird.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Ventilglieder 6a, 6b als Wippenelemente ausgebildet und wippenartig vierschwenkbar in der zugeordneten Ventilkammer 8a, 8b gelagert. Die strichpunktiert angedeuteten Schwenkachsen 18 der beiden Ventilglieder 6a, 6b verlaufen insbesondere parallel zueinander und zugleich in einer zu der Hauptachse 4 rechtwinkeligen Ebene. Die durch einen Doppelpfeil angedeutete mögliche Umschaltbewegung 22 jedes Ventilgliedes 6a, 6b ist folglich eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse 18. Zur Schwenklagerung kann jedes Ventilglied 6a, 6b über seitlich angeformte Lagerzapfen 23 verfügen, die in zugeordneten Lagerausnehmungen des Ventilgehäuses 7 drehbar gelagert sind.
Die beiden Verschlussabschnitte 16a, 16b eines jeden Ventilgliedes 6a, 6b liegen auf einander entgegengesetzten Seiten der Schwenkachse 18. Wird daher im Rahmen der Umschaltbewegung 22 der jeweils eine Verschlussabschnitt 16a oder 16b an den gegenüberliegenden Ventilsitz angenähert, entfernt sich gleichzeitig der jeweils andere Verschlussabschnitt 16b bzw. 16a von dem diesem gegenüberliegenden Ventilsitz 15.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Ventilglieder 6a, 6b durch Federmittel 24a, 24b in eine Grundstellung vorgespannt. Exemplarisch ist die Grundstellung beim ersten Ventilglied 6a von dessen erster Schaltstellung und beim zweiten Ventilglied 6b von dessen zweiter Schaltstellung gebildet. Die Federmittel 24a, 24b beaufschlagen zum einen den zweiten Verschlussabschnitt 16b des ersten Ventilgliedes 6a und zum anderen den ersten Verschlussabschnitt 16a des zweiten Ventilgliedes 6b, wobei sie sich andererseits am Ventilgehäuse 7 oder einer bezüglich dem Ventilgehäuse 7 ortsfesten Komponenente abstützen.
Prinzipiell könnten die beiden Ventilglieder 6a, 6b durch ein und dieselben Federmittel beaufschlagt sein. Als zweckmäßiger wird jedoch eine individuelle Beaufschlagung durch separate Federmittel 24a, 24b angesehen, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Die Ausgestaltung der Federmittel 24a, 24b ist prinzipiell beliebig. Beispielsweise können sie wie abgebildet als Schraubendruckfedern, vorzugsweise aber auch als Blattfedern oder Tellerfedern ausgeführt sein. Jedenfalls ist es zweckmäßig, wenn die Federmittel 24a, 24b direkt oder indirekt auf die Rückseite 25 des Ventilgliedes 6a, 6b einwirken, die von der den Ventilsitzen 15 um 180° abgewandten Fläche des Ventilgliedes 6a, 6b gebildet ist.
Das sich rückseitig an das Ventilteil 2 anschließende Betätigungsteil 3 verfügt über ein insbesondere aus einem Kunststoffmaterial bestehendes Gehäuse, das im Folgenden zur besseren Unterscheidung vom Ventilgehäuse 7 als Hauptgehäuse 26 bezeichnet sei. Es ist beispielhaft mit einer in Achsrichtung der Hauptachse 4 orientierten Montagefläche 27 voraus an eine der Anschlussfläche 17 entgegengesetzte Anbaufläche 28 des Ventilgehäuses 7 angesetzt und daran beispielsweise mittels nicht weiter abgebildeter Befestigungsmittel fixiert. Es kann auch angeklebt oder angeschweißt sein.
Im Innern des Hauptgehäuses 26 ist eine Elektromagneteinheit 32 untergebracht. Selbige sitzt zweckmäßigerweise über ihre gesamte sich in AchsLänge in einer axialerichtung der Hauptachse 4 erstreckende n Aufnahmevertiefung 31 eines Gehäusekörpers 73 des Hauptgehäuses 26. Die Montagefläche 27 ist zweckmäßigerweise an der Vorderseite des Gehäusekörpers 33 ausgebildet.
Die Aufnahmevertiefung 31 mündest zweckmäßigerweise zu einer dem Ventilteil 2 axial entgegengesetzten rückseitigen Stirnfläche 35 des Gehäusekörpers 33 aus, an die ein Gehäusedeckel 34 des Hauptgehäuses 26 angesetzt ist, der die Öffnung der Aufnahmevertiefung 31 überdeckt. Auf diese Weise ist die Aufnahmevertiefung 31 verschlossen und die darin enthaltene Elektromagneteinheit 32 zur Umgebung hin abgeschottet.
Die Elektromagneteinheit 32 hat eine mit der Hauptachse 4 zusammenfallende Längsachse. Sie verfügt über eine dem Ventilteil 2 zugewandte Vorderseite 36 und eine diesbezüglich in Achsrichtung der Hauptachse 4 entgegengesetzte, beim Ausführungsbeispiel dem Gehäusedeckel 34 zugewandte Rückseite 37.
Die Elektromagneteinheit 32 weist einen weichmagnetischen Jochkörper 38 auf, der bezüglich dem Hauptgehäuse 26 ortsfest fixiert ist und mindestens eine nach rückwärts gewandte Polfläche 42 aufweist. Bevorzugt ist der Jochkörper 38 dabei so gestaltet, dass er mehrere separate Polflächen 42 besitzt, die identisch ausgerichtet sind und die insbesondere auch in einer gemeinsamen, zu der Hauptachse 4 rechtwinkeligen Ebene verlaufen. Die Polflächen 42 sind zweckmäßigerweise ebene Flächen, deren Normalenrichtung parallel zur Hauptachse 4 ausgerichtet ist.
Exemplarisch ist der Jochkörper 38 U-förmig gestaltet und verfügt über zwei zueinander parallele Jochschenkel 43, die durch einen Verbindungssteg 44 unter Bildung der U-Gestalt miteinander verbunden sind. Der Jochkörper 38 ist so ausgerichtet, dass sich die beiden Jochschenkel 43 parallel zu der Hauptachse 4 erstrecken und die dem Verbindungssteg 44 entgegengesetzten Stirnflächen dieser beiden Jochschenkel 43 nach rückwärts gewandt sind, mithin von der Vorderseite 36 wegweisen. Diese beiden Stirnflächen definieren jeweils eine der Polflächen 42.
Aus der Zeichnung wird auch deutlich, dass die Elektromagneteinheit quer zu der Hauptachse 4 zweckmäßigerweise einen länglichen Querschnitt hat. Die in der Zeichnung strichpunktiert angedeutete Längsachse 45 dieses länglichen Querschnittes verläuft rechtwinkelig zu der Hauptachse 4, wobei die beiden Polflächen 42 in der Achsrichtung dieser Querschnittslängsachse 45 mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Es wäre beispielsweise auch denkbar, den Jochkörper 38 E-förmig zu gestalten, so dass er über drei Polflächen 42 verfügt, die dann zweckmäßigerweise auch in einer gemeinsamen Ebene und in Achsrichtung der Querschnittslängsachse 45 aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Auf jedem Jochschenkel 43 sitzt eine elektrisch bestrombare Spule 46. Diese Spulen 46 sind im Innern des Hauptgehäuses 26 elektrisch mit außen am Hauptgehäuse 26 angeordneten elektrischen Schnittstellenmitteln 47 verbunden. Über die elektrischen Schnittstellenmittel 47 lassen sich die mehreren Spulen 46 gleichzeitig ansteuern, um ein zwischen den beiden Polflächen 42 verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen, das eine magnetische Anziehungskraft auf ein den Polflächen 42 gegenüberliegendes Ankerelement 48 ausübt. Dieses Ankerelement 48 besteht zweckmäßigerweise auch aus einem Weicheisenmaterial.
Prinzipiell könnte die Elektromagneteinheit 32 auch nur eine einzige Polfläche 42 aufweisen, wobei sie dann in der Regel auch nur eine einzige Spule enthalten würde. Die Aufteilung in mehrere Polflächen 42 und zugeordnete Spulen 46 hat jedoch den Vorteil, dass trotz geringer Baubreite eine sehr hohe Anziehungskraft erzeugbar ist. Die Breitenrichtung der Elektromagneteinheit 32 und insbesondere des gesamten Magnetventils 1 verläuft rechtwinkelig zu sowohl der Hauptachse 4 als auch der Querschnittslängsachse 45 und ist in 1 und 2 strichpunktiert bei 52 angedeutet.
Die Elektromagneteinheit 32 kann von dem Gehäusekörper 33 umgossen sein.
Das bereits erwähnte Ankerelement 48 erstreckt sich rückseitig über die Elektromagneteinheit 32 und dabei insbesondere über die mindestens eine Polfläche 42 hinweg, wobei es mit einem ersten und einem zweiten Betätigungsabschnitt 53a, 53b jeweils seitlich über die Elektromagneteinheit 32 hinausragt. Die beiden Betätigungsabschnitte 53a, 53b liegen sich zweckmäßigerweise rechtwinkelig zu der Hauptachse 4 gegenüber, wobei sie auf entgegengesetzten Seiten dieser Hauptachse 4 liegen und insbesondere gleichweit zu der Hauptachse 4 beabstandet sind.
Das Ankerelement 48 ist beim Ausführungsbeispiel stabförmig gestaltet, man könnte auch von einer balkenähnlichen Form sprechen, wobei es insbesondere so ausgerichtet ist, dass seine Längsachse 54 gleich wie die Querschnittslängsachse 45 der Elektromagneteinheit 32 orientiert ist. Die beiden Betätigungsabschnitte 53a, 53b sind von den beiden einander axial entgegengesetzten Endabschnitten des Ankerelementes 48 gebildet.
Das Ankerelement 48 ist in Achsrichtung der Hauptachse 4 beweglich in dem Hauptgehäuse 26 gelagert. Es ist insbesondere in einer in dem Hauptgehäuse 26 ausgebildeten Führungskammer 55 untergebracht, die sich rückseitig an die Elektromagneteinheit 32 anschließt, wobei die beiden Polflächen 42 zweckmäßigerweise unmittelbare Bestandteile der Wandfläche dieser Führungskammer 55 sind.
Vorzugsweise ist die Führungskammer 55 in dem Gehäusedeckel 34 ausgebildet und besteht aus einer Deckelausnehmung, deren offene Seite der rückseitigen Stirnfläche 35 des Gehäusekörpers 33 zugewandt ist.
Das Ankerelement 48 ist mit axialem Spiel in der Führungskammer 55 aufgenommen. Die in Achsrichtung der Hauptachse 4 gemessene axiale Höhe der Führungskammer 55 ist also etwas größer als die entsprechend gemessene Höhe des Ankerelementes 48. Daraus resultiert ein axialer Bewegungsspielraum für das Ankerelement 48, der in 3 bei „S” illustriert ist.
Somit kann das Ankerelement 48 in Achsrichtung der Hauptachse 4 zwischen einer deaktivierten und einer aktivierten Stellung relativ zu der Elektromagneteinheit 32 bewegt werden, wobei sie in der aus 3 ersichtlichen deaktivierten Stellung einen dem Bewegungsspielraum „S” entsprechenden maximalen Abstand zu den beiden Polflächen 42 aufweist und in der aktivierten Stellung gemäß Pfeilen 56 näher an die Polflächen 42 herangezogen ist, wobei es entweder direkt an diesen Polflächen 42 anliegt oder vorzugsweise einen geringfügigen Abstand zu diesen Polflächen 42 aufweist, der jedenfalls kleiner ist als der maximal zur Verfügung stehende Bewegungsspielraum „S”.
Die Ventilglieder 6a, 6b und das Ankerelement 48 sind derart relativ zueinander angeordnet, dass jedem Betätigungsabschnitt 53a, 53b des Ankerelementes 48 in der Achsrichtung der Hauptachse 4 derjenige Verschlussabschnitt 16a, 16b jeweils eines der beiden Ventilglieder 6a, 6b gegenüberliegt, der in der Grundstellung des betreffenden Ventilgliedes 6a, 6b vom zugeordneten Ventilsitz 15 abgehoben ist.
Bezogen auf das Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass der erste Verschlussabschnitt 16a des ersten Ventilglieds 6a dem ersten Betätigungsabschnitt 53a gegenüberliegt und gleichzeitig der zweite Verschlussabschnitt 16b des zweiten Ventilgliedes 6b dem zweiten Betätigungsabschnitt 53b gegenüberliegt.
In Verbindung mit dieser vorgenannten Zuordnung zeichnet sich das beispielhafte Magnetventil 1 dadurch aus, dass es über einen ersten und einen zweiten Betätigungsstößel 57a, 57b verfügt, der sich quer zu der Hauptachse 4 seitlich neben der Elektromagneteinheit 32 parallel zu der Hauptachse 4 er streckt, wobei jeder Betätigungsstößel 57a, 57b zwischen einen der Betätigungsabschnitte 53a, 53b und den diesen in Achsrichtung der Hauptachse 4 gegenüberliegenden Verschlussabschnitt 16a, 16b des betreffenden Ventilgliedes 6a, 6b eingegliedert ist. Jeder Betätigungsstößel 57a, 57b kooperiert somit einerseits mit einem der Betätigungsabschnitte 53, 53b und andererseits mit einem der Verschlussabschnitte 16a, 16b.
Die Betätigungsstößel 57a, 57b dienen der Übertragung von Schubkräften – auch als „stoßende” Kräfte bezeichenbar – zwischen dem Ankerelement 48 und je einem Ventilglied 6a, 6b. Die Anbindung der Betätigungsstößel 57a, 57b an die vorgenannten Komponenten könnte zwar so ausgeführt sein, dass prinzipiell auch Zugkräfte übertragbar sind, jedoch wird eine Ausgestaltung bevorzugt, die ausschließlich eine Übertragung von Schubkräften ermöglicht.
Letzteres wird beim Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass der Betätigungsstößel 57a, 57b mit seinen beiden einander entgegengesetzt orientierten Stirnflächen an den einander zugewandten Flächen des Ankerelementes 48 und des jeweils zugeordneten Ventilgliedes 6a, 6b nur lose anliegt.
Im deaktivierten Zustand der Elektromagneteinheit 32 nehmen die beiden Betätigungsstößel 57a, 57b die aus 3 ersichtliche, in Richtung zum Ankerelement 48 verschobene Ausgangsposition ein. Sie halten dabei das Ankerelement 48 auf Abstand zu den Polflächen 42. Verantwortlich für das Festhalten in der Ausgangsposition sind letztlich die Federmittel 24a, 24b, die unter Vermittlung der Ventilglieder 6a, 6b ständig in einer zur Rückseite der Elektromagneteinheit 32 weisenden Richtung indirekt auf die Betätigungsstößel 57a, 57b einwirken. Ein Aktivieren der Elektromagneteinheit 32 führt dazu, dass das Ankerelement 48 gemäß Pfeilen 56 axial an die Elektromagneteinheit 32 herangezogen wird, wobei sie mit ihren beiden Betätigungsabschnitten 53a, 53b die beiden Betätigungsstößel 57a, 57b vor sich herschiebt, die ihrerseits das zugeordnete Ventilglied 6a, 6b aus der Grundstellung in die jeweils andere Schaltstellung umschalten.
Jeder Betätigungsstößel 57a, 57b ist zweckmäßigerweise in einer seitlich neben der Elektromagneteinheit 32 angeordneten Führungsausnehmung 58 linear verschiebbar geführt. Die Führungsausnehmungen 58 sind zweckmäßigerweise in dem Gehäusekörper 33 ausgebildet.
Jede Führungsausnehmung 58 fluchtet mit einem Durchtrittskanal 62, der die rückseitige Wandung des Ventilgehäuses 7 durchsetzt und dem zugeordneten Ventilglied 6a, 6b gegenüberliegend in die erste bzw. zweite Ventilkammer 8a, 8b einmündet. Durch diesen Durchtrittskanal 62 hindurch ragt der zugeordnete Betätigungsstößel 57a, 57b zur Beaufschlagung des Ventilgliedes 6a, 6b in die entsprechende Ventilkammer 8a, 48b hinein. Bei Bedarf kann eine den Betätigungsstößel 57a, 57b umschließende Dichtung 63 vorgesehen sein, die einen unerwünschten Fluidaustritt aus der Ventilkammer 8a, 8b durch den Durchtrittskanal 62 hindurch verhindert.
Indem beim Ausführungsbeispiel auch die beiden Betätigungsstößel 57a, 57b sich rechtwinkelig zu der Hauptachse 4 gegenüberliegen und sich in einer durch die Hauptachse 4 und die Querschnittslängsachse 45 aufgespannten Ebene erstrecken, verfügt das Magnetventil 1 insgesamt über eine äußerst geringe Breite.
Das Ankerelement 48 ist zweckmäßigerweise nur lose in die Führungskammer 55 eingelegt. Dabei wird es in seiner Lage quer zur Hauptachse 4 durch die Umfangswand der Führungskammer 55 stabilisiert, wenngleich hier ein geringfügiges Spiel vorhanden ist. Dieses geringfügige Spiel ermöglicht dem Ankerelement 48 unter anderem auch geringfügige Kippbewegungen relativ zur Elektromagneteinheit 32 in einer Kippebene, die von der Hauptachse 4 und der Querschnittslängsachse 45 aufgespannt wird. Dies hat den Effekt, dass das Ankerelement 48 sich selbst dann nicht in der Führungskammer 55 verklemmt, wenn es auf Grund ungleichförmiger Anzugskräfte von den beiden Polflächen 42 ungleichmäßig angezogen werden sollte.
Das Aktivieren und Deaktivieren der Elektromagneteinheit 32 hat ein zumindest annähernd synchrones Umschalten beider Ventilglieder 6a, 6b zur Folge. Es können also mittels einer einzigen Elektromagneteinheit 32 zuverlässig gleichzeitig zwei separate Ventilglieder 6a, 6b betätigt werden. Dies begünstigt Anwendungen, bei denen wie oben schon erwähnt die beiden Ventileinheiten 5a, 5b fluidisch so verschaltet sind, dass sie gemeinsam beispielsweise eine 4/2-Funktionalität oder eine 5/2-Funktionalität oder eine andere höherwertige Funktionalität generieren.
Bei Bedarf kann das Magnetventil sehr einfach mit Mitteln zur Handhilfsbetätigung ausgestattet sein. Beispielsweise könnte in dem Hauptgehäuse 26 ein manuell bewegliches Schubelement gelagert sein, das bei manueller Beaufschlagung in der Richtung der Anziehungsbewegung 56 auf das Ankerelement 48 einwirkt und dieses manuell in die gleiche Position verschiebt, wie sie auch erhalten wird, wenn die Elektromagneteinheit 32 aktiviert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/033576 A1 [0002, 0005]
DE 102007025567 A1 [0004, 0005]

Claims

Magnetventil, mit einer sich längs einer Hauptachse (4) erstreckenden, eine Vorderseite (36) und eine Rückseite (37) aufweisenden und über mindestens eine bestrombare Spule (46) verfügenden Elektromagneteinheit (32), deren Vorderseite (36) wenigstens zwei Ventilsitze (15) zugeordnet sind, denen jeweils eines von zwei beweglichen Ventilgliedern (6a, 6b) gegenüberliegt, die jeweils durch einen von zwei sich parallel zu der Hauptachse (4) erstreckenden, mittels der Elektromagneteinheit (32) zu einer axialen Bewegung antreibbaren Betätigungsstößeln (57a, 57b) umschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich rückseitig über die Elektromagneteinheit (32) hinweg ein in Richtung der Hauptachse (4) bewegliches, durch die Elektromagneteinheit (32) zu dieser heranziehbares Ankerelement (48) erstreckt, das die Elektromagneteinheit (32) mit zwei Betätigungsabschnitten (53, 53b) seitlich überragt, wobei sich die beiden Betätigungsstößel (57a, 57b) seitlich neben der Elektromagneteinheit (32) zwischen jeweils einem der Betätigungsabschnitte (53a, 53b) und einem der Ventilglieder (6a, 6b) erstrecken.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Betätigungsstößel (57a, 57b) an der ihm zugewandten Fläche des zugeordneten Betätigungsabschnittes (53a, 53b) und/oder Ventilgliedes (6a, 6b) lose anliegt, insbesondere derart, dass zwischen den aneinander anliegenden Bestandteilen jeweils nur Schubkräfte übertragbar sind.
Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Betätigungsstößel (57a, 57b) in einer seitlich neben der Elektromagneteinheit (32) angeordneten, bezüglich der Elektromagneteinheit (32) ortsfesten Führungsausnehmung (58) linear verschiebbar geführt ist.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsausnehmungen (58) in einem auch die Elektromagneteinheit (32) aufnehmenden, insbesondere aus Kunststoffmaterial bestehenden Gehäusekörper (33) ausgebildet sind.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Ankerelement (48) stabförmig ausgebildet ist, wobei seine beiden Endabschnitte jeweils einen der Betätigungsabschnitte (53a, 53b) bilden.
Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinheit (32) quer zur Hauptachse (4) einen länglichen Querschnitt hat und sich das stabförmige Ankerelement (48) parallel zur Querschnittslängsachse (45) erstreckt.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Ankerelement (48) relativ zu Elektromagneteinheit (32) in mindestens einer zu der Hauptachse (4) parallelen Ebene kippbeweglich ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das beweglich Ankerelement (48) in einer sich rückseitig an die Elektromagneteinheit (32) anschließenden, zweckmäßigerweise in einem Gehäusedeckel (34) ausgebildeten Führungskammer (55) beweglich aufgenommen ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinheit (32) einen wenigstens zwei zur Hauptachse (4) parallele Jochschenkel (43) aufweisenden Jochkörper (38) aufweist, wobei mehrere Jochschenkel (43) von jeweils einer eigenen Spule (46) umschlossen sind und wobei diese von einer Spule (46) umschlossenen Jochschenkel (43) jeweils eine von mehreren an der Rückseite der Elektromagneteinheit (32) angeordneten, von der Vorderseite (36) der Elektromagneteinheit (32) abgewandten Polflächen (42) bilden, über die sich das bewegliche Ankerelement (48) hinweg erstreckt.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilsitze (15) und Ventilglieder (6a, 6b) jeweils Bestandteile einer eigenen Ventileinheit (5a, 5b) des Magnetventils (1) sind, wobei jede Ventileinheit (5a, 5b) zusätzlich zu einem dem Ventilsitz (15) zugeordneten ersten Ventilkanal (12) einen weiteren Ventilkanal (13) aufweist, der durch Umschalten des zugeordneten Ventilgliedes (6a, 6b) abwechselnd mit dem ersten Ventilkanal (12) verbindbar oder von diesem ersten Ventilkanal (12) fluidisch abtrennbar ist.
Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ventileinheit (5a, 5b) einen mit einem weiteren Ventilsitz (15) versehenen Ventilkanal (14) aufweist und das Ventilglied (6a, 6b) wahlweise in eine an dem einen oder in eine an dem anderen Ventilsitz (15) anliegende Schaltstellung umschaltbar ist.
Magnetventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ventileinheit (5a, 5b) eine das zugeordneten Ventilglied (6a, 6b) aufnehmende Ventilkammer (8a, 8b) aufweist, in die der zugeordnete Betätigungsstößel (57a, 57b) hineinragt.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilglieder (6a, 6b) wippenartig vierschwenkbar ausgebildet und angeordnet sind.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Federmittel (24a, 24b) vorhanden sind, die die Betätigungsstößel (57a, 57b) ständig in einer zur Rückseite (37) der Elektromagneteinheit (32) weisenden Richtung beaufschlagen, wobei zweckmäßigerweise jedem Betätigungsstößel (57a, 57b) individuell eigene Federmittel (24a, 24b) zugeordnet sind, die zweckmäßigerweise den betreffenden Betätigungsstößel (57a, 57b) durch Einwirkung auf jeweils ein Ventilglied (6a, 6b) indirekt beaufschlagen.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Betätigungsabschnitte (53a, 53b) und Betätigungsstößel (57a, 57b) sich jeweils rechtwinkelig zu der Hauptachse (4) gegenüberliegen.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilglieder (6a, 6b) der Elektromagneteinheit (32) in Achsrichtung der Hauptachse (4) mit Abstand vorgelagert sind.