DE19820875A1 - Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil - Google Patents

Abstract

Es wird ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil (10) vorgeschlagen, dessen Steuerschieber (14) durch einen Doppelhubmagneten (12) angetrieben wird, wobei dessen Anker (28) ziehende und drückende Kräfte auf den Steuerschieber (14) ausübt. Dabei ist die Wirkverbindung zwischen Steuerschieber (14) und dem mit dem Anker verbundenen Stößel (29) als eine Rastverbindung (33) ausgeführt, die bei der Montage allein durch axiale Bewegung von Steuerschieber und Stößel relativ zueinander herstellbar ist. Die Rastverbindung (33) baut einfach und platzsparend und ermöglicht eine leichtere Automation der Montage, da keine radialen Montagebewegungen erforderlich sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigten Wegeventil nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Es ist schon ein solches elektromagnetisch betätigtes Wegeventil aus der US-PS 5,249,603 bekannt, bei dem der von zwei Federn in einer Mittelstellung zentrierte Steuerschieber von einem Doppelhubmagnet nach beiden Richtungen hin in Arbeitsstellungen auslenkbar ist. Bei solchen Wegeventilen, die von einem Doppelhubmagneten angetrieben werden, muß die Wirkverbindung zwischen dem Steuerschieber und einem mit dem Magnetanker verbundenen Stößel so ausgebildet werden, daß die Übertragung der ziehenden und drückenden Magnetbetätigungskräfte möglich ist. Zu diesem Zweck weist der mit dem Anker verbundene Stößel an seinem ventilseitigen Ende eine einseitig radial offene Nut auf, in die der Steuerschieber mit einem Kolbenabschnitt eingehängt ist. Bei dieser Wirkverbindung kann es in ungünstigen Fällen vorkommen, daß Fluchtungsfehler zwischen Steuerschieber und Stößel nicht ausreichend ausgeglichen werden und radiale Kräfte in das Ventil eingeleitet werden, was dessen Funktion störend beeinflussen kann. Vor allem aber ist bei diesem Wegeventil nachteilig, daß diese Wirkverbindung eine radiale Montagebewegung erfordert. Dabei kann in der Regel der Steuerschieber nicht seine endgültige Position im Ventilgehäuse einnehmen, wodurch eine automatisierte Montage erschwert wird. Zudem baut diese Einhängevorrichtung relativ aufwendig.

Ferner ist aus der DE 25 06 864 A1 ein elektromagnetisch betätigtes Proportionalventil bekannt, bei dem ein Doppelhubmagnet einen Vorsteuerschieber antreibt. Um hier Zug- und Druckkräfte zu übertragen, ragt ein mit dem Anker verbundener Stößel mit seinem freien Ende in eine stirnseitige Sacklochbohrung des Vorsteuerschiebers, wo er durch eine Klebeverbindung befestigt ist. Obwohl diese Wirkverbindung keine radiale Montagebewegung mehr erfordert, ist eine solche Klebeverbindung doch bei üblichen Montagevorgängen ungeeignet. Auch ist die Sicherheit einer solchen Klebeverbindung fraglich. Zudem wird diese Wirkverbindung nur bei einem Vorsteuerschieber angewandt, bei dem die zu übertragenden Kräfte relativ gering sind.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigte Wegeventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es bei einem Wegeventil mit Doppelhubmagnet eine einfache und montagegünstige Wirkverbindung zwischen dem Steuerschieber und dem mit dem Anker verbundenen Stößel des Magneten herstellt, indem sie als einfache Rastverbindung ausgeführt wird. Diese Rastverbindung läßt sich bei der Montage durch eine rein axiale Bewegung von Steuerschieber relativ zum Stößel herstellen, so daß radiale Montagebewegungen entfallen. Auf diese Weise läßt sich der Doppelhubmagnet mit Anker und Stößel einerseits sowie das Wegeventil mit Gehäuse, Steuerschieber und Rückstellfedern andererseits jeweils als getrennte Baugruppe vormontieren und können dann anschließend miteinander verbunden werden. Dabei läßt sich ein radiales Spiel in der Wirkverbindung zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern relativ einfach realisieren. Die Wirkverbindung läßt sich am Wegeventil verhältnismäßig platzsparend und kostengünstig ausführen, so daß bisherige Bauelemente weitgehend weiter verwendet werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen elektromagnetisch betätigten Wegeventils möglich. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisches betätigtes Wegeventil mit einer erfindungsgemäßen Rastverbindung in vereinfachter Darstellung, und die Fig. 2, 3 und 4 jeweils als Einzelheit eine zweite, dritte bzw. vierte Ausführungsform der Rasteinrichtung in vergrößerter und vereinfachter Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil 10, das aus einem eigentlichen Ventil 11 und einem angebauten Doppelhubmagnet 12 besteht.

Das Ventil 11 nimmt in einem Gehäuse 13 einen Steuerschieber 14 auf, der von einem rückstellenden Federsystem 15 in seiner gezeichneten Mittelstellung gehalten wird. Das Ventil 11 ist als an sich bekanntes, schaltend arbeitendes Vierwege-Dreistellungs-Ventil ausgeführt, dessen Steuerschieber 14 in üblicher Weise die Verbindungen zwischen einem Zulaufanschluß 16, zwei Arbeitsanschlüssen 17, 18 sowie einem Rücklaufanschluß 19 steuert. Das rückstellende Federsystem 15 weist hier zwei einzelne Federn 21, 22 sowie zwei zugeordnete Federteller 23, 24 auf, über welche der Steuerschieber 14 in seiner gezeichneten Mittelstellung zentriert wird.

An der rechten Stirnseite des Gehäuses 13 ist der Doppelhubmagnet 12 angebaut, wobei dessen Ankerrohr 25 koaxial zum Steuerschieber 14 in das Gehäuse 13 eingeschraubt ist. Auf dem Ankerrohr 25 sind die beiden Spulen 26 des Doppelhubmagneten 12 angeordnet und außen von einem Magnetgehäuse 27 umgeben. Im Ankerrohr 25 ist ein Anker 28 gleitend geführt, der mit einem Stößel 29 so fest verbunden ist, daß der Doppelhubmagnet 12 Druckkräfte und Zugkräfte auf den Steuerschieber 14 übertragen kann. Zu diesem Zweck liegt der Stößel 29 mit seinem dem Steuerschieber 14 zugewandten Ende 31 an einem Schiebervorsatz 32 des Steuerschiebers 14 an, so daß der Anker 28 zumindest Druckkräfte auf den Steuerschieber 14 übertragen kann. Ferner ist im Bereich dieses Endes 31 der Stößel 29 durch eine Rastverbindung 33 so mit dem Steuerschieber 14 verkuppelt, daß der Doppelhubmagnet 12 auch ziehende Kräfte auf den Steuerschieber 14 ausüben kann. Diese Rastverbindung 33 ist in Fig. 1 lediglich vereinfacht dargestellt; sie ist auf jeden Fall so ausgebildet, daß lediglich durch eine axiale Bewegung von Steuerschieber 14 relativ zu Stößel 29 diese Rastverbindung 33 hergestellt wird, ohne daß dabei eine radiale Bewegung der beiden Bauelemente relativ zueinander erforderlich ist. Dabei ist die Rastverbindung 33 so ausgestaltet, daß ein kleines radiales Spiel zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen Steuerschieber 14 und Stößel 29 realisiert werden kann.

Das Wegeventil 10 mit dieser Rastverbindung 33 erlaubt somit eine einfache und kostengünstige Montage, wobei nur axiale Montagebewegungen erforderlich sind. Dadurch läßt sich eine Montage leichter automatisieren. Durch diese Rastverbindung 33 ergibt sich ferner der Vorteil, daß in der Regel der Steuerschieber bereits seine endgültige Position im Ventilgehäuse 13 einnehmen kann, um die Montage zu erleichtern. Durch diese Ausbildung der Rastverbindung 33 läßt sich erreichen, daß der Doppelhubmagnet 12 mit seinem Anker 28 und dem Stößel 29 einerseits sowie das Ventil 11 mit seinem Gehäuse 13, dem Steuerschieber 14 und dem Federsystem 15 andererseits als getrennte Baugruppen vormontiert werden können, so daß sie anschließend leichter miteinander zu verbinden sind. In besonders zweckmäßiger Weise ist dabei die Rastverbindung 33 rotationssymmetrisch ausgebildet, so daß ein Einschrauben des Ankerrohrs 25 im Gehäuse 13 ohne Schwierigkeiten möglich ist.

Die Fig. 2 zeigt als Einzelheit in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch eine zweite Rastverbindung 40, die sich von der ersten Rastverbindung 33 nach Fig. 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Die zweite Rastverbindung 40 weist eine beidseitig elastisch ausgeführte Spannhülse 41 auf, die im Bereich der Feder 22 angeordnet ist und dabei den Steuerschieber 14 mit dem Stößel 29 zug- und druckfest miteinander verbindet. An der Spannhülse 41 sind von deren beiden Stirnseiten her mehrere, am Umfang gleichmäßig verteilte Schlitze 42 angeordnet, so daß sich an ihr radial federnde Rastarme 43 ausbilden. An ihren Enden tragen die Rastarme 43 absatzförmige Rastelemente 44, 45, von denen die Rastelemente 44 in eine am Schieberfortsatz 32 angeordnete Rastnut 46 greifen. Die anderen Rastelemente 45 rasten in eine zweite Rastnut 47 ein, die auf dem Stößel 29 angeordnet ist. Am Ende 31 des Stößels 29 ist eine Fase 48 ausgebildet, während der Schieberfortsatz 32 eine entsprechende Fase 49 aufweist. Der Schieberfortsatz 32 und das Ende 31 liegen aneinander an, wobei die Fasen 48, 49 einander zugewandt sind. Ferner sind an den Rastelementen 44, 45 jeweils an der Spannhülse 41 nach außen weisende Fasen 51, 52 angeordnet.

Die Montage der zweiten Rastverbindung 40 läßt sich besonders einfach und kostengünstig durchführen und auch leicht automatisieren. So läßt sich vor der Montage des Doppelhubmagneten 12 am Ventil 11 die Spannhülse 41 auf das Ende 31 des Stößels 29 aufstecken. Dieses Aufstecken wird durch die Fase 48 am Ende 31 und die Fase 52 am Rastelement 45 erleichtert, wonach die Spannhülse 41 auf dem Stößel 29 soweit nach innen geschoben wird, bis die Rastelemente 45 in die zweite Rastnut 47 einrasten. Anschließend läßt sich das Ankerrohr 25 mit der vormontierten Spannhülse 41 im Gehäuse 13 einschrauben, wobei die Fase 49 am Schieberfortsatz 32 zusammen mit der Fase 51 am Rastelement 44 das Aufschieben der Spannhülse 41 begünstigt, wobei schließlich die Rastelemente 44 in der ersten Rastnut 46 am Steuerschieber 14 einrasten. Während die aneinanderliegenden Enden von Stößel 29 und Schieberfortsatz 32 die Druckkräfte übertragen können, werden von der Spannhülse 41 die Zugkräfte vom Doppelhubmagnet 12 auf den Steuerschieber 14 übertragen. Die Spannhülse 41 sorgt dabei für ausreichend radiales Spiel, so daß Fluchtungsfehler zwischen den beiden Bauelementen ausgeglichen werden können. Bei dieser Bauweise ist es von Vorteil, wenn im Bereich der zweiten Rastnut 47 der Außendurchmesser des Stößels 29 zumindest geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser der Spannhülse 41. Dadurch wird bei der angegebenen Montagefolge verhindert, daß die Spannhülse 41 beim Aufschieben auf den Schieberfortsatz 32 aus der zweiten Rastnut 47 herausgedrückt werden kann, sondern sich vielmehr an dem verdickten Abschnitt des Stößels 29 abstützen kann.

Die Fig. 3 zeigt als Einzelheit im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt durch eine dritte Rastverbindung 60, die sich von der zweiten Rastverbindung 40 nach Fig. 2 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Bei der dritten Rastverbindung 60 ist anstelle des Schieberfortsatzes unmittelbar am Steuerschieber 14 stirnseitig und zentral eine rohrförmige Rasthülse 61 befestigt, die vom funktionalen Aufbau her einer Hälfte der Spannhülse 41 nach Fig. 2 entspricht. Diese Rasthülse 61 ist ebenfalls geschlitzt, um ein elastisches Aufweiten zu erlauben. Der Stößel 62 weist wiederum eine Rastnut 47 und an seinem in die Rasthülse 61 hineinragenden Ende 31 eine Phase 48 auf. Beim Herstellen der dritten Rastverbindung 60 weitet sich die rohrförmige Rasthülse 61 an ihrem Ende elastisch auf und rastet mit ihren Rastelementen 45 in die Rastnut 47 des Stößels 62 ein. Das Ende 31 liegt nun unmittelbar an einem Kolbenabschnitt des Steuerschiebers 14 an. Die Montage der dritten Rastverbindung 60 ist leicht automatisierbar, zumal noch die Anzahl der Teile gegenüber der zweiten Rastverbindung 40 verringert wird.

Die Fig. 4 zeigt eine vierte Rastverbindung 70, die vom funktionellen Aufbau her mit der dritten Rastverbindung 60 nach Fig. 3 vergleichbar ist. Bei der vierten Rastverbindung 70 weist der Steuerschieber 14 eine hülsenförmige Schieberverlängerung 71 mit einer zentralen, sacklochartigen Schieberbohrung 72 auf. In der Schieberverlängerung 71 ist eine zur Schieberbohrung 72 hin offene Ringnut 73 angeordnet, die eine ringförmige Federscheibe 74 aufnimmt. Beim Zusammenfügen der Bauelemente wird mit Hilfe der Fase 76 am Stößel 75 die Federscheibe 74 aufgeweitet, bis sie schließlich in die Rastnut 47 am Stößel 75 einrastet. Auch hier liegt der Stößel 75 mit seinem Ende unmittelbar an einem Kolbenabschnitt des Steuerschiebers 14 an.

Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Obwohl die Rastverbindung an einem Wegeventil mit Schaltmagneten dargestellt ist, eignet sie sich auch zur Anwendung bei Proportionalventilen.

Anstelle der in Fig. 4 dargestellten, ebenen Federscheibe 74 läßt sich auch eine im Querschnitt konische, federnde Zahnscheibe verwenden, deren nach innen ragende Federzungen dann in die zweite Rastnut 47 ragen. In diesem Fall wird die zweite Rastnut 47 am Stößel 75 etwas zum Steuerschieber 14 hin verlagert, so daß sie axial versetzt zu der schieberfesten Ringnut 73 liegt. Zweckmäßig wird dabei die Ringnut 73 nach innen zu in ihrer Breite etwas ausgeweitet, so daß die konische Zahnscheibe ausreichend Platz hat.

Claims (14)

1. Elektromagnetisch betätigtes Wegeventil mit einem in einem Gehäuse angeordneten Steuerschieber, der von einem rückstellenden Federsystem in einer Mittelstellung zentriert wird und von einem in zwei Richtungen arbeitenden Doppelhubmagneten in beiderseits zur Mittelstellung liegende Arbeitsstellungen auslenkbar ist, wozu den beiden Spulen des Doppelhubmagneten ein Anker zugeordnet ist, der über einen Stößel mit dem Steuerschieber so in Wirkverbindung steht, daß ziehende und drückende Kräfte über diese Wirkverbindung auf den Steuerschieber übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wirkverbindung als eine Rastverbindung (33, 40, 60, 70) ausgebildet ist, deren eingekuppelter Zustand allein durch axiale Bewegung von Steuerschieber (14) und Stößel (29) relativ zueinander herstellbar ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastverbindung (33, 40, 60, 70) ein zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern dienendes, radiales Spiel aufweist.

3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastverbindung (33, 40, 60, 70) mindestens ein radial zur Längsachse des Stößels (29) federndes Rastelement (44, 45, 74) aufweist, das in eine zugeordnete Rastnut (46, 47) in mindestens einem der miteinander zu kuppelnden Teile Steuerschieber (14) und Stößel (29) eingreift.

4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastverbindung (33, 40, 60, 70) an den zu verbindenden Teilen (14, 29) mindestens eine Fase (48, 49, 76) aufweist, die das federnde Rastelement (44, 45, 74) beim Zusammenfügen der Teile (14, 29) radial aufweitet, bevor es in die zugeordnete Rastnut (46, 47) einrastet.

5. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastverbindung (33, 40, 60, 70) zur Übertragung von Druckkräften aneinanderstoßende Enden (31) an Steuerschieber (14) und Stößel (29) aufweist.

6. Wegeventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung (40) eine beidseitig elastisch ausgeführte Spannhülse (41) aufweist, die mit an ihren beiden Enden ausgebildeten Rastelementen (44, 45) in eine Rastnut (46) an einem Schieberfortsatz (32) und in eine Rastnut (47) am Stößel (29) greifen.

7. Wegeventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden von Stößel (29) und Schieberfortsatz (32) im eingekuppelten Zustand der Spannhülse (41) innerhalb letzterer aneinanderstoßen.

8. Wegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderstoßenden Enden von Stößel (29) und Schieberfortsatz (32) einander zugewandte Fasen (48, 49) aufweisen und daß die Spannhülse (41) an ihren beiden Rastelementen (44, 45) ebenfalls zugeordnete, voneinander abgewandt liegende Fasen (51, 52) aufweist.

9. Wegeventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (41) von beiden Stirnseiten her eingeformte Schlitze (42) zur Bildung von federnden, die Rastelemente (44, 45) tragenden Rastarmen (43) aufweist.

10. Wegeventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung (60) eine am Steuerschieber (14) zentrisch befestigte, rohrförmige Rasthülse (61) aufweist, deren vom Steuerschieber abgewandtes Ende die radial federnden Rastelemente (45) trägt, welche in die Rastnut (47) des Stößels (62) greifen und daß das mit einer Fase (48) versehene Ende (31) des Stößels (62) im eingerasteten Zustand am Steuerschieber (14) anliegt.

11. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung (70) eine im wesentlichen ringförmige Federscheibe (74) aufweist, die in einer Ringnut (73) einer zentralen, am Steuerschieber stirnseitig angeordneten Schieberbohrung (72) geführt ist und die in eine zugeordnete Ringnut (47) des Stößels (75) einrastet, der mit seinem die Fase (76) tragenden Ende in die Schieberbohrung (72) hineinragt.

12. Wegeventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (74) ein im Querschnitt ebener, sprengringartig ausgebildeter, durch einen radialen Schlitz mit zwei Enden versehener, radial federnder Ring ist.

13. Wegeventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe eine im Querschnitt konische, ringförmige, federnde Zahnscheibe mit nach innen ragenden Federzungen ist.

14. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtungen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.