DE2723365B2 - Mehrwege-Magnetventil mit einem rohrartigen Ventilgehäuse - Google Patents
Mehrwege-Magnetventil mit einem rohrartigen VentilgehäuseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mehrwege-Magnetventil mit einem rohrartigen Ventilgehäuse, auf dem die Spule
eines Elektromagneten sitzt, dessen im Gehäuse axial verschiebbarer Anker bei erregtem Elektromagneten
eine Verschiebung entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft einer Schließfeder erfährt und dabei über
einen stangenartigen Stößel mit an dessen Enden angeordneten Verschlußkegeln die an den Enden des
Gehäuses liegenden Auslässe wechselweise öffnet und schließt, wobei eine zwischen dem Anker und dem
Stößel angeordnete Dämpfungsfeder eine Relativbewegung dieser Teile innerhalb eines durch einen Anschlag
begrenzten Spieles zuläßt.
Bei einem bekannten Mehrwege-Magnetventil der genannten Art (DE-OS 23 22 669) schlägt der Anker
beim Erregen des Elektromagneten mit seiner oberen Stirnfläche gegen die untere Stirnfläche eines Einsatzes
an und erzeugt somit beim Auftreffen auf den Einsatz ein unangenehmes, knallendes Einschaltgeräusch, Hierdurch
verbietet es sich, ein derartiges Mehrwege-Magnetventil
als Steuereinrichtung im Kältekreislauf eines Haushalts-Kühlschranks einzusetzen, denn ein knallendes
Einschaltgeräusch wird hierbei selbst dann als störend empfunden, wenn der Kühlschrank in Wirtschaftsräumen
des Haushalts aufgestellt in. Das
ίο bekannte Mehrwege-Magnetventil läßt sich darüber
hinaus auch nicht mit Wechselstrom betreiben, denn bei erregtem Elektromagneten erzeugen die sich unmittelbar
berührenden Stirnflächen ein laut brummendes Geräusch, welches die Verwendung einer derartigen
Steuereinrichtung im Kähltekreislauf eines Haushalts-Kühlschranks ebenfalls verbietet
Die Verwendung des bekannten Mehrwege-Magnetventils im Kältekreislauf eines Haushalts-Kühlschranks
steht auch entgegen, daß hierbei der Anker lediglich
aufgrund seiner Schwerkraft in die Ruhelage zurückgeführt wird und nicht federbelastet ist Im Kältekreislauf
eines Haushalts-Kühlschranks würde dabei der Anker dieser bekannten Steuereinrichtung durch die Schwingungen
des Verdichters zu Resonanzschwingungen angeregt werden können und somit ebenfalls Geräusche
hervorrufen, welche bei Haushalts-Kühlschränken unerwünscht sind. Hinzu kommt noch, daß diese bekannte
Steuereinrichtung aufgrund ihrer besonderen Konstruktion nicht lageunabhängig ist und nur in annähernd
senkrechter Stellung einwandfrei funktionieren kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mehrwege-Magnetventil der eingangs näher beschriebenen
Art so auszubilden, daß dieses weitgehend lageunabhängig ist, nahezu geräuschlos arbeitet und sich
somit insbesondere zur Verwendung im Kältekreislauf von Haushalts-Kühlschränken eignet
Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst daß die Federn den Anker unter den bei
erregtem Magneten auf ihn einwirkenden Kräften an derjenigen Stelle im Gleichgewicht halten, an welcher
der Anker den gesamten Verschiebungsweg des Stößels zuzüglich annähernd der halben freien Weglänge des
entgegen der Kraft der Dämpfungsfeder relativ zum Stößel verschobenen Ankers zurückgelegt hat
Aufgrund dieser besonderen Konstruktion des erfindungsgemäßen Mehrwege-Magnetventils wird
verhindert daß der Anker beim Erregen des Magneten gegen feste Teile anschlägt und auf diese Weise
unangenehme Geräusche erzeugen kann. Somit ist das erfindungsgemäße Dreiwege-Magnetventil auch insbesondere
dazu geeignet, mit Wechselstrom betrieben zu werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird nach einer bevorzugten Konstruktion
dadurch erreicht, daß die Dämpfungsfeder auf demjenigen Abschnitt des Stößels angeordnet ist der
auf der Seite des im Ruhezustand geöffneten Auslasses liegt, wobei die Dämpfungsfeder sich einerseits gegen
die zugehörige Stirnfläche des Ankers und andererseits gegen einen an diesem Abschnitt des Stößels angeordneten
Bund abstützt.
Hierdurch ergibt sich neben einem besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auch eine leichte
Montage des erfindungsgemäßen Mehrwege-Magnet·
f>5 ventils.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 3 und 4 angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der
.3
Zeichnung vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele eines als Sehaltorgan for einen mit nur einer
Kältemaschine betriebenen Zweitemperaturen-Kühlschrank
verwendbaren Dreiwege-Magnetventils erläutert Es zeigen
F i g, 1 und P i g, 2 ein Dreiwege-Magnetventil mit an
den Enden seines Gehäuses liegenden Auslässen, welche
mit einem vom Anker mitbewegten, diesem gegenüber unter Einwirkung einer Schraubenfeder relativ verschiebbaren
Ventilstößel steuerbar sind, einmal in der Ruhelage und einmal im erregten Zustand,
F i g, 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der bei
erregtem Magneten auf den Stößel einwirkenden Kräfte,
Fig.4 und Fig.5 ein speziell für Wechselstrombetrieb
geeignetes zweites Ausführungsbetspiel eines Dreiwege-Magnetventils ebenfalls in der Ruhelage und
im erregten Zustand und
Fig.6 ein vereinfachtes Schaltbild, aus dem der
Einbau des Dreiwege-Magnetventils im Kältekreislauf eines Zweitemperaturen-Kühlschrankes hervorgeht
Ein in den F i g. 1 und 2 als erstes Ausführur.gsbeispiel
dargestelltes Dreiwege-Magnetventil 10 weist ein rohrartiges Ventilgehäuse 11 mit an dessen entgegengesetzten
Enden gelegenen Auslässen 12 und 13 auf. Nahe demjenigen Endabschnitt des rohrartigen Ventilgehäuses
11, welcher dem im Ruhezustand geschlossenen Auslaß 13 zugeordnet ist, ist seitlich ein als Einlaß
dienendes Rohr 14 radial eingeführt Im Innern des Ventilgehäuses 11 befindet sich eine axiale Bohrung 15,
die mit dem Einlaß 14 bzw. den Auslässen 12 und 13 in Verbindung steht Innerhalb dieser Bohrung 15 ist ein
Anker 16 angeordnet, welcher als Hohlzylinder ausgebildet und in axialer Richtung verschiebbar ist
Als Verschlußorgan für die Auslässe 12 und 13 dient ein im Innern des hohlzylindrischen Ankers 16
angeordneter stangenartiger Stößel 17, welcher mit seinen Enden beiderseits in axialer Richtung aus dem
Anker 16 hervorragt und diesem gegenüber eine begrenzte Pelativbewegung entgegen der Rückstellkraft
einer Dämpfungsfeder 18 auszuführen vermag. Der Stößel 17 ist an seinen aus dem Anker 16
herausragenden Enden mit je einem Schließkegel 19 ausgestattet, welche zusammen mit an den Auslässen 12
bzw. 13 des Ventilgehäuses 11 angeordneten Ventilsitzen Nadelventile bilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Stößel 17 mit den Schließkegeln 19 als einheitliches Bauteil aus Kunststoff gebildet Etwa in
der Mitte des Stößels befindet sich ein Langloch 20, welches den Stößel 17 in radialer Richtung durchdringt so
und sich in axialer Richtung erstreckt In dieses Langloch 20 greift ein im Anker 16 sitzender
Mitnehmerstift 21 ein, welcher als Anschlag dient und somit die Relativbewegung zwischen dem Stößel 17 und
dem Anker 16 auf das Maß des Langloches 20 {Asu
Fig. 1) begrenzt.
Die als Druckfeder wirkende Dämpfungsfeder 18 ist als Schraubenfeder ausgebildet, die mit ihren Windungen
lose auf demjenigen Abschnitt des Stößels 17 sitzt, welcher dem im Ruhezustand des Dreiwege-Magnetventils
10 geöffneten Auslaß 12 zugeordnet ist Wird sie gespannt, so stützt sie sich einerseits gegen die dem
Auslaß 12 zugeordnete Stirnfläche des Ankers 16 und andererseits gegen einen an diesem Abschnitt des
Stößels 17 von der Basis des Schließkegels 19 gebildeten <">
Bund 22.
Gegen die dem AuslaP 12 zugekehrte Stirnfläche des Ankers 16 stützt sich ferner das eine Ende einer
ebenfalls als Schrauben-Druckfeder ausgebildeten Schließfeder 23. Diese Schließfeder 23 ist im Gegensatz
zur Dämpiungsfeder 18 in der Ruhelage vorgespannt,
wobei sich ihr anderes Ende gegen einen Stopfen 24 abstützt, welcher in den dem Auslaß 12 zugeordneten
Endabschnitt des rohrartigen Ventilgehäuses 11 eingesetzt
ist und den Auslaß 12 mit dessen Ventilsitz aufweist
Der diesem Auslaß 12 zugeordnete Endabschnitt des Ventilgchäuses 11 ist mit einem stufenartigen Absatz 25
ausgestattet, auf dem eine Spule 26 zum Umschalten des Dreiwege-Magnetventils 10 sitzt
Die Dämpfungsfeder 18 ist im entspannten Zustand um das Maß Asp (F i g. 1) kürzer als der Abstand des
zwischen dem hier als Gegenlager dienenden Bund 22 des Stößels 17 einerseits und der Stirnfläche des unter
Einwirkung der Schließfeder 23 in die dem Ruhezustand entsprechende Endlage verschobenen Ankers 16 andererseits.
Im Ruhezustand sitzt der dem Auslaß 13 zugeordnete Schließkegel 19 in .seinem Ventilsitz.
Hierbei wirkt auf ihn die Vorspannt^ der Schließfeder
23, deren Kraftwirkung über den gegen das linke Ende des Langlochs 20 im Stößel 17 anliegenden Anschlag 21
des Ankers 16 auf den Stößel 17 und damit avf den Schließkegel 19 übertragen wird.
Bei dem in der F i g. 3 dargestellten Diagramm sind die auf das bewegliche System des Dreiwege-Elektromagnetventils
10 einwirkenden Kräfte in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg aufgetragen. Dabei stellen die
bogenförmigen Kurvenzüge die vom Elektromagneten in einem Toleranzfeld von 187 V—242 V eines Wechselstromnetzes
auf den Anker 16 ausgeübten Kräfte dar, während die geneigten Geraden die von den Federn
ausgeübten Kräfte und die senkrechten Geraden die bei Einschaltung des Magnetventils in einen Kräftekreislauf
wirksam werdenden Kräfte repräsentieren, weiche aufgrund der Druckdifferenzen zwischen dem geöffneten
und dem geschlossenen Auslaß auf den Stößel 17 wirksam werden. Das Zusammenspiel der im beschriebenen
Dreiwege-Magnetventil 10 wirkenden Kräfte wird später im Zusammenhang mit der Beschreibung
der Wirkungsweise erläutert
Das in den Fig.4 und 5 dargestellte zweite
Ausführungsbeispiel eines Dreiwege-ElektiOmagnetventils 10' unterscheidet sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel
nach den F i g. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß hier der Stößel 17' an seinen Enden im
Ventilgehäuse 11' axial verschieblich geführt ist und seinerseits dem Anker 16' als Führung dient Zu diesem
Zweck sind an den Ventilsitzen der Auslässe 12* und 13'
Bohrungen 27 vorgesehen, welche die mit den Schließkegeln 19' versehenen Enden des Stößels 17'
aufnehmen. Bei der auf diese Weise entstandenen Führung des Stößels 17' im Ventilgehäuse 11' wird der
Durchgang des Magnetventils durch an den Enden des Stößels 17' seitlich angebrachte AbflacSaingen 28
gewährleistet In diesem Falle stützt sich die ebenfalls als Schraubendruckfeder mit denselben Merkmalen wie
im vorstehend beschriebenen Beispiel ausgeführte Dämpfungsfeder 18 auf einen am Stößel 17' angeordneten
Bund 29. Das andere Ende der bei diesem Ausführungsbeispiel zum überwiegenden Teil in einer
Bohrung 30 des Ankers 16' sitzenden Dämpfungsfeder 18 stützt sich dagegen gegen einen Absatz in der
Bohrung 30 ab. Als P nschlag für den Anker 16' dienen in diesem Falle ein auf das dem Auslaß 13' zugekehrte
Ende des Stößels 17' aufgesetzter Sicherungsring 31 einerseits und der Bund 29 am Stößel 17' andererseits.
Bei dem in der Fig. 6 vereinfacht dargestellten Schaltbild handelt es sich um einen üblichen kompressorbetriebenen
Kältekreislauf eines Zweitemperaluren-Kühlschranks. Dieser besteht im wesentlichen aus
einem gekapselten Motorverdichter-Aggregat 32, einem Kondensator 33, einem Trockner 34 sowie zwei
einander parallel geschalteten Drosselkapillaren 35, 36 und den Verdampfern 37 und 38 mit den entsprechenden
Verbindungsleitungen. Der Verdampfer 37 ist bei dieser Schaltung einem Normalkühlfach zugeordnet,
während der Verdampfer 38 ein Gefrierfach kühlt. In diesem Kreislauf ist das Dreiwege-Magnetventil IO bzw.
10' derart eingeschaltet, daß es im Ruhezustand flüssiges Kältemittel über die Drosselkapillare 36 in den dem
Tiefkühlfach zugeordneten Verdampfer 38 strömen läßt, während es bei erregtem Magnetventil über die
Drosselkapillare 35 zunächst in den dem Normalkühlfach zugeordneten Verdampfer 37 und von dort in den
Verdampfer 38 strömt In diesem halle sind die beiden
Verdampfer 37 und 38 hintereinander geschaltet, so daß sie beide mit flüssigem Kältemittel vom Kondensator 33
versorgt werden und gleichzeitig kühlen, sofern noch flüssiges Kältemittel in den nachgeschalteten Verdampfer
38 gelangt.
Wie insbesondere aus dem Diagramm nach F i g. 3 zu erkennen ist, wirkt bei nicht erregter Spule 26 zunächst
nur die Vorspannkraft Felder Schließfeder 23 über den
Anker 16 und den im Langloch 20 ganz nach links verschobenen Anschlag 21 auf den Stößel 17. Hierdurch
wird der Schließkegel 19 mit der Vorspannkraft Fovder Schließfeder 23 auf seinen Ventilsitz gedrückt, so daß
der Auslaß 13 geschlossen ist. In dieser Stellung ist der dem entgegengesetzten Ende des Dreiwege-Magnetventils
10 zugeordnete Auslaß 12 geöffnet. Bei der Verwendung des Dreiwege·Ventils im Kältekreislauf
eines Zweitemperaturen-Kühlschranks strömt daher das über das Rohr 14 vom Verflüssiger 33 zugeführte
flüssige Kältemittel durch die Bohrung 15 im Ventilgehäuse 11 und den Auslaß 12' zur Drosselkapillare 36 und
von dort aus in den Verdampfer 38 des Tiefkühlfachs.
Hinter dem verschlossenen Auslaß 13 herrscht in diesem Falle der wesentlich niedrigere Verdampfungsdruck, so daß der Ventilstößel 17 zusätzlich mit einer
Kraft Fa gegen den Sitz des Auslasses 13 gepreßt wird.
Diese Kraft FA entspricht dabei dem Produkt aus der
Druckdifferenz zwischen den beiden Auslassen 12 und 13 und der Querschnittsfläche des Auslasses 13. Die
Gesamtverschlußkraft, mit welcher der Stößel 17 mit seinem Schließkegei 19 gegen den Sitz des Auslasses 13
gedrückt wird, beträgt demnach Fov + Fa-
Wird nun die Spule 26 durch Schließen des Stromkreises erregt, so wirkt auf den Anker 16 zunächst
nur die magnetische Kraft Fm ein, welche, wie aus der
F i g. 3 ersichtlich, eine Funktion des Weges s ist Als Gegenkraft wird auf den Anker 16 die Schließfeder 23
mit ihrer Kraft Found der Federkonstante Cd-
Unter Einfluß der größeren Magnetkraft bewegt sich nun der Anker 16 gegen das spulenseitige Ende des
Dreiwege-Magnetventils 10 bis er nach Zurücklegen des Weges Asd beginnt, die Dämpfungsfeder 18 zu spannen.
Daher überlagert sich nun die Kraft Fp der Schließfeder
23 die Kraft F0* der Dämpfungsfeder 18, so daß die
Gesamtgegenkraft sich aus den Kräften FD + Fm
zusammensetzt Unter Einfluß der größeren Magnetkraft bewegt sich der Anker 16 weiter nach rechts bis
der mit dem Anker 16 fest verbundene Anschlag 21 am entgegengesetzten Ende des Langlochs 20 im Stößel
anschlägt Dabei hat der Anker 16 den Weg Asl
entsprechend der Längsausdehnung des Langloches 21 zurückgelegt. Als Gegenkraft kommt jetzt die von de
Druckdifferenz herrührende Kraft FA hinzu. Da die ai
dieser Stelle vom Magnetfeld auf den Anker ausgeübt r) Kraft größer ist als die Summe aus den Kräften Fn FD
und Fa, zieht der Anker 16 den Stößel 17 mit seinen Schließkegel 19 über den Anschlag 21 vom Ventilsitz an
Auslaß 13 ab. Es öffnet sich somit der Auslaß 13, worau sich die Dämpfungsfeder 18 wieder entspannen kann
to Der Anker 16 bewegt sich nunmehr zusammen mit den
Stößel 17 in Richtung auf den Auslaß 12, wobei sich de Stößel beim Entspannen der Dämpfungsfeder um di<
Differenz zwischen Asl und Aso auf den Ventilsitz de
Auslasses 12 zubewegt hat. Nachdem sich im weiterer Verlauf der Anker 16 um die Strecke As* — (Asl — Asp
nach rechts bewegt hat, verschließt der Schließkegel 1! den Auslaß 12. Auf seinem weiteren Weg nach recht
kommt es nun wieder zu einer Relativbewegung zwischen dem Anker iö und dem Drucksioüei i/
wodurch die Dämpfungsfeder 18 wieder gespannt wird.
diesem entgegenwirkenden Kraft der Schließfeder £ und der Dämpfungsfeder 18 nur so weit nach recht
2ϊ bewegt, daß sich ein Gleichgewicht in dem Augenblick
einstellt, wenn der Anschlag 21 in der Mitte de Langloches 20 im Stößel 17 steht Dies bedeutet, daß dei
Anker fc.ri Erregung der Spule 26 durch Wechselstron
im Bereich des La-.igloches 20 frei schwingen kann
jo wodurch sich der Anschlag, ohne die Enden de; Langloches zu berühren, in dem Langloch 20 bewegt
Auf diese Weise wird verhindert ciaß die Schwingungei
des Ankers auf den Stößel 17 übertragen werden unc somit unerwünschte Geräuschbildung und ebens<
ii ungleichmäßige und unzureichende Schließkraft sowi«
Abrieb am Schließkegel vermieden.
Solange der Elektromagnet erregt ist, verbleibt dei Anker in dieser Gleichgewichtslage. Erst wenn da;
Magnetfeld nach Abschalten des Erregerstrome!
•w zusammenbricht wird der Anker 16 unter Einwirkunj
der Schließfeder 23 wieder in seine Ruhelage gedrängt
13' an die Drosselkapillare 35 und 36 angeschlossen
so der Anker 16 in der Bohrung 15 geführt Dabei ist di«
Querschnittsfläche des Ankers 16 gegenüber der W anc
der Bohrung 15 derart ausgeführt, daß genügend freier Raum zur Verfügung steht, durch den flüssige·
Kältemittel hindurchströmen kann. Um bei diesen
der Wand der Bohrung 15 eintretenden Verschleiß aucl
bei hohen Schaltspielen gering zu halten, ist der Ankei mit einer Beschichtung aus Kunststoff versehen.
entspricht die Differenz zwischen der Länge des Anken 16' einerseits und dem Abstand des Sicherungsrings 31
zur Stirnfläche des Bundes 29 andererseits dem Spiel in Langloch 20 nach dem Ausführungsbeispiel in dei
F i g. 1 und 2. Der wesentliche Unterschied zu diesen
ö5 Ausführungsbeispiel besteht hierbei jedoch darin, dal
der Anker nicht in der Bohrung 15 geführt ist sondert auf dem Stößel 17', der seinerseits an den Enden ii
Bohrungen 27 geführt ist Bei entsprechender Dimensio
nierung des Durchmessers des Ankers 16' wird hierdurch sichergestellt, daß dieser bei im Wechselfeld
auftretenden Schwingungen nicht gegen die Wand der Bohrung 15 anschlagen kann und dadurch unerwünschte
Geräusche erzeugt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Mehrwege-Magnetventil mit einem rohrartigen Ventilgehäuse, auf dem die Spule eines Elektromagneten
sitzt, dessen im Gehäuse axial verschiebbare Anker bei erregtem Elektromagneten eine Verschiebung
entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft einer Schließfeder erfährt und dabei über einen
stangenartigen Stößel mit an dessen Enden angeordneten Verschlußkegeln die an den Enden des
Gehäuses liegenden Auslässe wechselweise öffnet und schließt, wobei eine zwischen dem Anker und
dem Stößel angeordnete Dämpfungsfeder eine Relativbewegung dieser Teile innerhalb eines durch
einen Anschlag begrenzten Spieles zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (18,
23) den Anker (16, 16') unter den bei erregtem Magneten auf ihn einwirkenden Kräften an derjenigen
Stelle im Gleichgewicht halten, an welcher der Anker den gesamten Verschiebungsweg (Ask) des
Stößels (W* 17') zuzüglich annähernd der halben
Weglänge (Asl) des entgegen der Kraft der
Dämpfungsfeder (18) relativ zum Stößel (17, 17') verschobenen Ankers (16,16') zurückgelegt hat
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungsfeder (18) auf demjenigen Abschnitt des Stößels (17,17') angeordnet
ist, der auf der Seite des im Ruhezustand geöffneten Auslasses (12, 12^) liegt, wobei die
Dämpfungsfeder sich einerseits gegen die zugehörige Stirnfläche des Ankers (16,16') und andererseits
gegen einen an diesem Abschnitt des Stößels angeordneten Bund (22 bzw. 25 ) abstützt
3. Magnetventil nacfe Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Läng« der entspannten Dämpfungsfeder (18) höchstens ebenso groß ist wie
der Abstand zwischen dem Bund (22,29) am Stößel (17, 17') und der Stirnfläche des unter Einwirkung
der die Rückstellkraft erzeugenden Schließfeder (23) in die dem Ruhezustand entsprechende extreme
Endlage verschobenen Ankers (16,16').
4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag als eir.
auf dem Stößel (17') sitzender Sicherungsring (31) ausgebildet ist, gegen den sich der Anker (16') mit
seiner einen Stirnseite anlegt.
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