DE2724901A1

DE2724901A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE2724901A1
Application number: DE19772724901
Authority: DE
Inventors: Otto Goettel
Original assignee: BUERKERT GmbH
Current assignee: BUERKERT GmbH
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1978-12-14
Also published as: US4285497A; DE2724901C2

Description

27249C ι

Anmelderin; Stuttgart, den 1. Juni 1977

Bürkert GmbH P 2496 10/22

Postfach 20
7118 Inge!fingen

Vertreter:

Patentanwalt
Dipl.-Ing. Max Bunke
Lessingstr. 9
7000 Stuttgart 1

Magnetventil

Die Erfindung betrifft direkt wirkende Magnetventile für strömende Medien mit einer den in einer Bewegungsrichtung durch Magnetkraft und in der Gegenrichtung durch Federkraft wirkenden Magnetantrieb enthaltenden Einheit (Antriebseinheit) und einer in einem Ventilgehäuse mindestens einen Ventilsitz und einen beweglichen Schließkörper enthaltenden, mit der Antriebseinheit verbundenen Einheit, und mit die Bewegung des Magnetankers auf den Schließ-

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körper übertragenden Gliedern.

Derartige Magnetventile sind z.B. in Gestalt der Bauart nach dem DT-Gbm 76 15 072 bereits bekannt.

Bei den bekannten Bauarten mußten wegen der abgesehen von einer geringen elastischen Nachgiebigketi des Schließkörpers formschlüssigen und zwangsläufigen Bewegungsübertragung zwischen Magnetanker und Schließkörper die Sitze sehr genau eingestellt werden, damit bei ausreichendem Schließdruck der Anker gerade in peiner Endstellung anlag, da sonst die Gefahr einer Überlastung der Magnetspule bestand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Gewährleistung sicheren Schließens und bei gesichertem Anliegen des Magnetankers in seiner Endstellung zwecks Vermeidung einer Überlastung der Magnetspule von der bisherigen Notwendigkeit loszukommen, die Lage der Ventilsitze sehr genau einstellen zu müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe liegt darin, daß bei Ventilen der eingangs genannten Gattung zwischen den Magnetanker und die seine Bewegung auf den Schließkörper übertragenden Glieder eine bei im wesentlichen formschlüssiger Beendigung der Bewegungsmöglichkeit der Übertragungsglieder unter der Magnetwirkung eine zusätzliche Bewegung des Magnetankers in die Anziehendstellung relativ zu den Übertragungsgliedern ermöglichende Federung eia geschaltet ist, die in der Rückführrichtung nach Rückgängigmachen der Zusatzbewegungdurch Formschluß zwischen dem Anker und den Übertragungsglieder η überbrückt ist.

Bei allen Wirkungsweisen, für die derartige Magnetventile ausgebildet sein können, auch bei einer Zwei-Wege-Ausführung, bei der das Ventil stromlos geöffnet ist, ergibt sich der Vorteil, daß nunmehr die Sitze nicht mehr feineinstellbar ausgeführt zu werden brauchen, sondern in das Gehäuse gegen Anschlag eingeschraubt wer— derr können. Sowohl die werksseitige Gerätemontage als auch die Wartungsarbeiten am Einsatzort werden dadurch vereinfacht. Aber auch bei Bauarten, bei denen die Ventilsitze an und für sich einstellbar sind, ergeben sich Vorteile gleicher Art, weil bei der

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Erstmontage und beim Auswechseln weniger Rücksicht auf Genauigkeit genommen zu werden braucht, weil es mämlich die Erfindung möglich macht, den größten Hub des Magneten bis zum Anliegen in der Endstellung größer zu wählen als den Hub, der für die Erzeugung der Schließbewegung gebraucht wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß für die Übertragung der Anziehbewegung des ständig unter der Wirkung einer Rückführfeder stehenden Ankers ein mit Querspiel eingehängter Zugstift vorgesehen und zwischen diesen und den Anker eine Druckfeder geschaltet ist. Die Anordnung dieses besonders aufgehängten Zugstiftes vermeidet Brüche, die bei einstückiger Anordnung einer durchgehenden Zugstange infolge von durch die Magnetwirkung während des Anziehens erzeugten Querschwingungen auftreten konnten. Eine besonders raumsparende Ausführung der genannten Art ergibt sich, wenn der in einem Gelenkkopf eingehängte Zugstift in einem im Anker axial angeordneten Hohlraum zentrisch untergebracht und die Druckfeder zwischen einen Endansatz des Stiftes und eine Schulter im Hohlraum des Ankers eingespannt ist und die gehäusefest abgestützte Rückführfeder sich, den Zugstift und die Druckfeder konzentrisch umgebend, in den Hohlraum ebenfalls bis zur Anlage an die genannte Schulter erstreckt.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein direkt wirkendes 2/2-Wege-Magnetventil in der Ausführung "stromlos geöffnet",

Fig. 2 ist die zugehörige Draufsicht.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt ähnlich Fig.l, wobei das Ventil jedoch als direkt wirkendes 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist, das seine eine Schließstellung unter Federwirkung einnimmt.

Fig. 4 zeigt die Zugstiftaufhängung in größerem Maßstab.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l und 2 ist innerhalb einer Antriebseinheit 23 das Magnetsystem 1 an einen Winkelkörper 2 mittels der Schrauben 29 angeflanscht. Mit dem Winkelkörper 2 ist

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die Antriebseinheit 23 auf dem Ventilgehäuse 8 mittels zweier Schrauben 7 (Fig.2) befestigt. Die Innenräume der Antriebseinheit sind gegenüber dem Innenraum des Ventilgehäuses durch einen zwischen den Winkelkörper 2 und das Ventilgehäuse 8 eingesetzten membranartigen Teil 5 voneineander getrennt. Der axial bewegliche Magnetanker 16 der Antriebseinheit und ein im Ventilgehäuse 8 arbeitender Ventilschließkörper 6 stehen im wesentlichen über eine Stange 4 miteinander in Wirkungsverbindung, deren in das Ventilgehäuse 8 reichender Teil von einer nachgiebigen Einstülpung 14 des membranartigen Teils 5 umhüllt ist.

Innerhalb der Antriebseinheit 23 ist das Magnetsystem 1 wie folgt aufgebaut. Ein Spulenkörper 35 für die Wicklung 36 und die Lamellen 73 des Eisenkreises sind mit Epoxidharz-Preßmasse 37 vollständig umpreßt. Die Stromzuführung zu der Wicklung 36 erfolgt über eine elektrische Steckvorrichtung 31, die nach Art von Steckerstiften ausgebildete Arbeitskontakte 32 und einen zugleich als Justierelement dienenden Massekontakt 33 aufweist. Im Spulenkörper 35 ist

.in einem besonderem Kernführungsrobr. . _ _Λ , . . . der Anker Io7axial verschieblicn gefuhrt. Der Anker weist einen zylindrischen Hohlraum 24 auf, der an seinem Grunde eine Schulter 25 bildet, nach welcher er sich mit geringerer Weite fortsetzt. Auf die Schulter 25 ist eine Scheibe 26 aufgelegt, auf der ein umgebördelter Flansch einer Rohrhülse 49 aufliegt. In das Lamellenpak et ist ein aus Weicheisen bestehender Stopfen 27 eingesetzt. Gleichachsig mit dem Hohlraum 24 ist im Stopfen 27 ein Hohlraum angeordnet. Zwischen der Scheibe 26 und dem Boden des Hohlraumes stützt sich eine Druckfeder 17 ab, die als Rückführfeder benutzt ist. In Fig.l sind die Teile in der Stellung gezeichnet, in welcher der Anker 16 durch die Feder 17 in seine in der Abbildung linke Endstellung zurückgeführt worden ist, in der er einen seinen Arbeitsluftspalt bildenden Abstand 67 von dem Stopfen 27 hat, in dessen seinem Ende zugewendeter Fläche ein aus Kupfer hergestellter Kurzschlußring 34 des Magnetsystems eingesetzt ist, der eine Glättung des bei Wechselstrommagneten wellenförmigen zeitlichen Verlaufs der Magnetkraft bewirkt.

Der Magnetanker 16 hat einen nicht gezeichneten Längsschlitz, der bei Wechselstrommagneten die im Magnetanker auftretenden Wirbel-

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ströme vermindert und gleichzeitig als Verbindungskanal zwischen den beiderseits des beweglichen Ankers gebildeten Räumen dient, sodaß ein diese Räume erfüllendes Medium bei der Bewegung des Ankers durch diesen Kanal hin- und herströmen kann.

Mit dem in Fig.l linken Ende des Ankers 16 ist ein Gelenkkopf 40 verbunden, und zwar ist ein hülsenförmiger Ansatz 43 des Gelenkkopfes in den hinter der Scheibe 26 verlaufenden engeren Teil der Ausnehmung 24 eingesetzt. In den Gelenkkc_vr 40 ist ein durch den hülsenförmigen Ansatz 43 hindurchgehenuer Zugstift 44 eingeschoben, der an seinem im Gelenkkopf ruhenden Ende einen geschlitzten Kopf 45 aufweist und durch die Scheibe 26 und die Hülse 49 hindurchgeht und durch den Anker 16 innerhalb der Rückführfeder 17 hindurchragt; sein in Fig.l rechtes Ende bildet einen Gewindeansatz 46, auf den eine Mutter 47 aufgeschraubt ist. Die letztere ist auf dem Gewindeansatz drehsicher vernietet. Zwischen der Scheibe 26 und der Mutter 47 stützt sich eine auf der Rohrhülse 49 angeordnete innere Druckfeder 48 ab, die den Kopf 45 in Anlage gegen eine im Gelenkkopf 40 vorgesehene Schulter 74 hält.

unter etwa 45 geneigte
Die Schulter 74 bildet eine/Kegelfläche (Fig.4), während der Kopf

oder wulstförmig konvex 45 auf seiner Unterseite bei 75 kugelig/gerundet ist; seine gewölbte Fläche liegt auf der Kegelfläche der Schulter 74 auf. Zwischen dem hülsenförmigen Ansatz 43 des Gelenkkopfes 40 und dem Zugstift 44 ist reichliches Spiel vorhanden; anschließend an die Auflageschulter 74 ist ein Bereich engeren Spieles 77 vorgesehen. Die Auflagerung des Kopfes auf der Kegelfläche der Schulter 74 und die Spiele/77 ergeben gegenüber von der Magneterregung ausgelösten Schwingungen eine gewisse Nachgiebigkeit des Zugstiftes 44 in Querrichtung.

Sowohl die Feder 17 als auch die Feder 48 wirken über die Scheibe 26 zugleich dahin, den Anker 16 auf dem Ansatz 43 des Gelenkkopfes in Anlage gegen den über den Querschnitt des Ansatzes 43 hinausgehenden Teil des Gelenkkopfes 40 zu halten. Um den Zugstift einsetzen zu können, weist der Gelenkkopf gleichachsig mit dem hülsenförmigen Ansatz 43 eine Einführungsöffnung 50 vom Durchmesser des Kopfes 45 auf. In einen mittleren Innenraum des

Gelenkkopfes 40 ist ein Gelenkzapfen 42 eingesetzt. In diesem sitzt das eine Ende der in unten näher erläuterten Weise einen

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zweiarmigen Schwenkhebel bildenden Stange 4, die durch eine im Gelenkkopf vorgesehene Durchgangsöffnung 41 hindurchgeht und im wesentlichen quer zur Achse des Zug^stiftes 44 und des Ankers 16 verläuft.

In den Winkelkörper 2 ist eine Abstandshülse 39 eingesetzt, die den Gelenkkopf 40 mit geringem Spiel umgibt.

Die Abstandshülse 39 bestimmt bei stromlosem Zustand der Magnetspule des bei dem gezeichneten Beispiel stromlos geöffneten Zweiwegeventils die Winkelteilung der Übertragungsstange 4. Der Aißendurchmesser der Hülse 39 ist etwas kleiner als der Außendurchiesser des Magnetankers 16, sodaß die Abstandshülse 39 in die zylindrische Führung des Ankers, die sich durch die Lamellen 73 und den Spulenkörper 35 des Magnetsystems 1 fortsetzt, einlaufen kann.

Die Hülse 39 weist eine entsprechend große Durchgangsöffnung für die Stange 4 auf, so daß in der Öffnung 68 Bewegungen der Stange 4, die sich aus der Verschiebung des Ankers 16 mit dem Gelenkkopf 40 um den Hub 67 ergeben, aufgenommen werden können.

An der dem Winkelkörper 2 zugewendeten Seite ist das Magnetsystem durch die Umpressuitj37 verschlossen, die eine die Bewegung des Ankers 16 ermöglichende Durchgangsöffnung aufweist; diese Durchgangsöffnung ist durh einen O-Ring 38 abgedichtet.

Wenn die Wick-/3*6^ gespeist wird, wird der Anker in Fig.l nach rechts bewegt. Wird die Wick-7^6^abgeschaltet, so bewegt ihn die Feder 17 in die Ausgangsstellung zurück. Die Wirkungsweise der inneren Druckfeder 48 ist weiter unten beschrieben.

Die Antriebseinheit 23 ist zusätzlich mit einer als Ganzes mit 22 bezeichneten Handbetätigung ausgerüstet. Zu dieser gehört ein mehrfach geschulterter Druckbolzen 60, der in einer Bohrung des Winkelkörpers 2 geführt ist und an seinem rückwärtigen Ende eine an ihrem rückwärtigen Ende konkave Betätigungskappe 61 trägt. Über die konkave Fläche erstreckt sich eine gewölbt vorstehende Rippe 72. Ein Abschnitt 69 größeren Durchmessers des Druckbolzens 60 paßt in eine erweiterte Bohrung 63 des Winkel-

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körpers 2. Durch einen zwischen dem Abschnitt 69 und einem Bund 70 des Druckbolzens 60 eingesetzten O-Ring 64 ist die Bolzenführung im Winkelkörper 2 abgedichtet. Die Kappe 61 paßt in eine Ausnehmung 71 des Winkelkörpers 2. Zwischen der Kappe und der Grundfläche der Ausnehmung 71 ist eine Druckfeder 65 eingespannt. Der Druckbolzen mit der Kappe ist gegen Herausziehen durch einen auf das Ende des Bolzens aufgesetzten Sprengring 66 gesichert. In eingedrückter Stellung ist er zweckmäßig einrastbar, z.B. durch eine Teildrehung der Kappe 61.

Das Ventilgehäuse 8, auf dem die Antriebseinheit 23 mittels der Schrauben 7 gehalten ist, hat bei dem Beispiel nach Fig.l und 2 zwei einander gegenüberliegende Anschlußstutzen 20a und 20b. In den Stutzen 20a ist ein Sitzkörper 19a unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 21a fest gegen einen durch eine Gehäuseschulter gebildeten Anschlag geschraubt. Nach außen bildet der Sitzkörper einen Außengewinde 53 tragenden Anschlußflansch . Die Lage des Sitzkörpers ist durch einen Querstift 54a gesichert. Auf seiner Innenseite bildet der Sitzkörper 19a eine die Mündung eines Durchflußkanals 56 umgebende Sitzkante 55.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 8 ist ein Gegenkörper 19b in derselben Weise wie der Sifczkörper 19a gegen Anschlag eingeschraubt. Auf der Innenseite bildit er einen an einen Durchflußkanal 57 anschließenden Übergangstrichter 59. Der Gegenkörper 19b ist durch den Querstift 54b gesichert.

Zwischen die Antriebseinheit und das Ventilgehäuse ist in Ausnehmungen des Winkelkörpers 2 und des Ventilgehäuses 8 der membranartige Teil 5 eingesetzt, und zwar ist dieser Teil in die im Winkelkörper 2 vorgesehene Ausnehmung eingerastet. In der entsprechenden Ausnehmung des Ventilgehäuses 8 ist der membranartige Körper/ 5 durch einen Dichtungsring 51 zusätzlich abgedichtet.In seinem mittleren Teil ist der membranartige Körper 5 dünnwandig; sein dünnwandiger Teil bildet eine Ausbauchung, die sich in einer nachgiebigen Einstülpung 14 fortsetzt, so daß eine Ringwulst 10 entsteht, die an einer in den Winkelkörper 2 von unten her gegen eine Schulter eingelegte Lagerscheibe 3 anliegt. Über der Lagerscheibe 3 ist noch eine elastomere Membrandichtung 11 eingesetzt. Die in d^e" Gelenkzapfan 42 des Gelenkkopfes 40 eingeÄzte Stange

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geht durch die Membrandichtung 11 und die Lagerscheibe 3 hindurch und reicht mit der sie umhüllenden Ausstülpung 14 in das Ventilgehäuse 8 bis in den Bereich der Durchflußkanäle 56,57 hinein. Ihr unteres Ende wird von einer vom unteren Ende der Ausstülpung 14 gebildeten oder mit ihr fest verbundenen Kugel 15 aufgenommen, auf die ein elastischer Ventilschließkörper 6 aufgebracht, vorzugsweise aufgerastet oder aufgeknöpft ist.

Bei der gezeichneten Offenstellung des Ventils ist der Schließkörper 6 von der Sitzkante 55 des Sitzkörpers 19a abgehoben. Unter der Wirkung der Feder 17 liegt der Anker 16 an der ihn zugewendeten Stirnfläche der Abstands- und Führungshülse 39 an.

Wird die Wicklung 36 an Spannung gelegt, so wird der Anker 16 entgegen der Wirkung der Feder 17 in den Spulen|?^or8S^rhineingezogen, wobei die Stange 4 um ein in der Lagerscheibe 3 vorgesehenes Schneidenlager 9 verschwenkt wird, also wie ein zweiarmiger Hebel wirkt, dessen unterer, von der Ausstülpung 14 ummantelter Arm den Schließköprer 6 bis zur Anlage an die Sitzkante 55 führt. Die Kugel 15 ermöglicht dabei eine Verschwenkung des Sitzkörpers 6, so daß das richtige Anliegen des Sitzkörpers auf der Sitzkante gesichert ist.

Bei der Verschwenkung der Stange 4 um das Schneidenlager 9 wird die Einstülpung 14 des membranartigen Körpers 5 mitverschwenkt, so daß die Ringwulst 10 an der Unterseite der das Schneidenlager 9 enthaltenden Scheibe 3 unter elastischer Verformung teilweise abrollt. Die Schneide des Schneidenlagers liegt zweckmäßig in der die untere Fläche der Scheibe 3 bildenden Ebene.

Der zwischen der Membrandichtung 11 und dem membranartigen Teil 5 unterhalb der Scheibe 3 gebildete Raum 12 ist über eine in der oberen Fläche des Teils 5 angeordnete Rille 52 und einen an diese anschließend nach außen geführten Kanal 13 belüftet.

Die Abmessungsverhältnisse sind so gewählt, daß, wenn der Schließkörper 6 auf der Sitzkante 55 aufliegt und unter der von der Stange 4 auf ihn übertragenen Kraft an der Auflagestelle überdies leicht zusammengedrückt ist, der Anker 16 noch immer nicht ganz seinen durch den Abstand 67 gegebenen größten Weg zurückgelegt

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hat, sondern noch ein wenig von dem Anschlagring 34 entfernt ist. Eine solche Stellung wäre aber als Endstellung des Ankers unbrauchbar, weil mit ihr eine unzulässig hohe Stromaufnahme der Wicklung 36 verbunden wäre, so daß die Wicklung durchbrennen könnte. Obwohl die Lage des Gelenkkopfes 40 wegen des Aufliegens des Schließkörpers 6 auf der Sitzkante 55 festliegt, kann sich jetzt der Anker 16 auf dem hülsenförmigen Ansatz 43 des Gelenkkopfes 40 unter Überwindung der Kraft der inneren Druckfeder 48 in Fig.l zusätzlich nach rechts bewegen, bis er an dem Ring 34 anliegt. Er führt also gegenüber dem Gelenkkopf eine Relativbewegung axis, um deren Betrag auch die Rückführfeder I7 zusätzlich zusammengedrückt wird. Sein in Fig.l linkes Ende entfernt sich um den Betrag dieser zusätzlichen Bewegung von dem Gelenkkopf 4o. Während die der Magnetkraft entgegen-gerichtete Kraft der Rückführfeder I7 einschließlich der ihr durch die Zusatzbewegung des Ankers eingeprägten zusätzlichen Spannkraft den vom Schließkörper 6 auf die Sitzkante 55 ausgeübten Anpreßdruck vermindert, wird umgekehrt die der Magnetkraft entnommene , die innere Druckfeder 48 zusätzlich zusammendrückende Kraft als Erhöhung der Schließkraft auf den Sitzkörper übertragen, und zwar über die Mutter 47, auf der die innere Druckfeder aufliegt.

Bei dem Beispiel nach Fig.3 ist das Ventilgehäuse 8 als 3/2-Wegeventil ausgebildet; die Antriebseinheit stimmt mit derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig.l und 2 überein. Ihre Teile sind jedoch in derjenigen Stellung gezeichnet, in der der Schließkörper 6 auf der Sitzkante 55 aufliegt. Statt des Gegenkörpers 19b des ersten AusführungsbeispieIs ist ein dem Sitzkörper 19a entsprechender zweiter Sitzkörper 19c in das Gehäuse 8' eingeschraubt, der eine Sitzkante 55' aufweist, auf die sich der Schließkörper 6 aufsetzt, wenn er in die der in Fig.3 gezeichneten entgegengesetzte Stellung verschwenkt wird. Nach unten hin weist das Ventilgehäuse 8¹ hier einen Anschlußstutzen 20c auf, in der ein dem Gegenkörper 19b des ersten Beispiels entsprechender Leitkörper I9d eingeschraubt ist, der innen wieder einen an seinen Durchgangskanal 58 anschließenden Übergangs trichter 59 aufweist, während er außen einen Außengewinde 53 tragenden Anschlußflansch bildet.

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Claims

Patentansprüche

1. Direkt wirkendes Magnetventil für strömende Medien mit einer den in einer Bewegungsrichtung durch Magnetkraft und in der Gegenrichtung durch Federkraft wirkenden Magnetantrieb enthaltenden Einheit (Antriebseinheit) und einer in einem Ventilgehäuse mindestens einen Ventilsitz und einen beweglichen Schließkörper enthaltenden, mit der Antriebseinheit verbundenen Einheit, und mit die Bewegung des Magnetankers auf den Schließkörper übertragenden Gliedern, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Magnetanker (16) und die seine Bewegung auf den Schließkörper (6) übertragenden Glieder (44 und damit formschlüssig verbundene Glieder) eine bei im wesentlichen formschlüssiger Beendigung der Bewegungsmöglichkeit der Übertragungsglieder unter der Magnetwirkung eine zusätzliche Bewegung des Magnetankers (16) in die Anziehendstellung relativ zu den Übertragungsgliedern ermöglichende Federung (48) eingeschaltet ist, die in der Rückführrichtung nach Rückgängigmachen der Zusatzbewegung durch Formschluß zwischen dem Anker und den Übertragungsgliedern überbrückt ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die übertragung der Anziehbewegung des ständig unter der Wirkung einer Rückführfeder (17) stehenden Ankers (16) ein mit Querspiel eingehängter Zugstift (44) vorgesehen ist und zwischen diesen und den Anker (16) eine Druckfeder (48) geschaltet ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Gelenkkopf (40) eingehängte Zugstift (44) in einem im Anker (16) axial angeordneten Hohlraum (24) zentrisch untergebracht und die Druckfeder (48) zwischen einen Endansatz (Mutter 47) des Stiftes (44) und eine Schulter (Scheibe 26) im Hohlraum (24) des Ankers (16) eingespannt ist und die gehäusefest abgestützte Rückführfeder (17) sich, den Zugstift (44) und die Druckfeder (34) konzentrisch umgebend, in den Hohlraum (24) ebenfalls bis zur Anlage an die genannte Schulter (Scheibe 26) erstreckt.

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