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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil der im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebenen Art.
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Solche 3/2-Wege-Magnetventile werden vorwiegend in Hochdruck-Rydrauliksystemen
verwendet. Bei nicht erregtem Magneten liegt der erste Schließkörper auf seinem
Ventil sitz auf und sperrt die Verbindung zwischen dem Zulauf und dem Verbraucher,
während letzterer mit dem Auslauf in Verbindung steht. Sobald der Magnet anzieht,
werden über das Schaitelement beide Schließglieder entgegen der Kraft der am ersten
Schließglied wirkenden Druckfeder verschoben, bis der erste Schließkörper von seinem
Ventilsitz abgehoben und der zweite Schließkörper auf seinem Ventilsitz aufgesetzt
ist. Wenn der Magnet dann entregt wird, bewegt die Druckfeder beide Schließkörper
wieder in der entgegengesetzten Richtung, bis der eingangs erläuterte Zustand wieder
hergestellt ist. Die an den Schließkörpern wirkenden Kräfte sind über den Bewegungshub
beider Schließkörper gesehen nicht glechmäßig. Vielmehr wächst die Gegenkraft an
den Bchließkörpern dann besonders stark an, wenn der zweite Schließkörper von seinem
Ventilsitz abgehoben werden und der erste Schließkörper in Richtung auf seinen Ventilsitz
zu bewegt werden soll. Da dann der entregte Magnet it dem Schaltelement unwirksam
ist, muß die Druckfeder allein für diese Bewegung sorgen. Bei kleineren Magnetventilen
dieser Gattung wird zu diesem Zweck die Druckfeder verhältnismäßig stark ausgelegt.
Wenn dieses Prinzip auf größere Magnetventile, in denen Arbeitsdrücke zwischen 400
und 500 bar herrschen,
übertragen wird, ist die Druckfeder entsprechend
stark auszulegen. Dies bewirkt Jedoch, daß der Schaltmagnet ebenfalls entspreohend
stark auszulegen ist, da er zum Verbinden des Verbrauchers mit dem Zulauf die Gegenkraft
der Druckfeder überwinden muß und da zudem dann am ersten Schließkörper auch die
Differenzkraft aus dem Zulaufdruck am ersten Schließkörper und dem Zulaufdruck in
der Entlastungseinrichtung ansteht.
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Ein starker Schaltmagnet verteuert jedoch die Grundkosten für das
Magnetventil erheblich und baut zudem unerwünscht groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, daß trotz hoher Arbeitsdrücke ein verhältnismäßig
schwacher und klein bauender Schaltmagnet verwendet werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Die zusätzliche Hilfsfeder wirkt zu Beginn der offnungsbewegung des
ersten Schließkörpers der über das Schaltelement aufgebrachten Grafit des Magneten
noch nicht entgegen, sondern kommt erst zur Wirkung, wenn der erste Schließkörper
geringfügig von seinem Ventilsitz abgehoben ist. Nach Entregen des Schaltmagneten
wirkt die Hilfsfeder hingegen zusammenmit der Druckfeder auf beide Schließkörper
so lange ein, bis der zweite Schließkörper zuverlässig von seinem Ventilsitz abgehoben
ist. Gegen Ende dieser Abhebebewegung des zweiten Bchließkorpers und auch der Schließbewegung
des ersten Schließkörpers wird die Hilfsfeder an dem gehäusefesten Anschlag abgefangen,
so daß der erste Schließkörper schonend auf seinen Ventil sitz aufgesetzt wird.
Der Schaltmagnet kann relativ schwach ausgelegt sein, da er beim Abheben des ersten
Schließkörpers zunächst nur
die aus dem Zulaufdruck resultierende
Gegenkraft und die Kraft der Druckfeder zu überwinden hat. Sobald der erste Schließkörper
geringfügig abgehoben ist, fällt die Kraft aus dem Zulaufdruck weg, so daß der Schaltmagnet
dann leicht in der Lage ist, auch die dann dazukommende Gegenkraft der Hilfsfederrn
überwinden.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes geht aus
Anspruch 2 hervor. Das Stützglied gestattet eine einwandfreie Kraftübertragung von
der Druckfeder und der Hilfsfeder auf den Schließkörper und zudem dessen saubere
Führung während seiner Bewegungen.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 3 hervor.
Mit dieser Ausbildung wird zuverlässig sichergestellt, daß die Hilf sf eder entweder
mit dem Stützglied oder mit dem gehäusefesten Anschlag zusammenarbeitet.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes
geht aus Anspruch 4 hervor. Die Führungshülse dient hierbei nicht nur zur Führung
des ersten Schließkörpers, sondern bildet gleichzeitig den gehäusefesten Anschlag
für die Hilfsfeder.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes,
bei dem die Druckfeder sich am Boden einer die Gehäusebohrung abschließenden, eingeschraubten
Kappe abstützt, geht aus Anspruch 5 hervor. Die Kappe erfüllt hier einen doppelten
Zweck, indem sie sowohl die Hilfsfeder abstützt, als auch die Führungshülse für
den ersten Schließkörper festlegt.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch
6 hervor. Damit wird eine Beeinträchtigung der Strömung vom Zulauf zum Ventilsitz
des ersten Schließkörpers vermieden.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch
7 hervor. Diese Strömungsverbindung gewährleistet einen funktionsnotwendigen Druckausgleich
zwischen dem Inneren der Kappe und dem Zulauf.
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Ein weiteres, zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung geht
aus Anspruch 8 hervor. Diese Maßgabe trägt der Forderung Rechnung, daß die Hilfsfeder
nur in einem bestimmten Bereich des Bewegungshubes der beiden Schließkörper ihre
Wirkung entfalten soll.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 9 hervor.
Die stark ausgelegte Hilfsfeder stellt sicher, daß der zweite Schließkörper in einer
zügigen Bewegung von seinem Ventilsitz abgehoben wird. Da die Hilfsfeder nach Erfüllen
dieser Aufgabe ohnehin am gehäusefesten Anschlag abgefangen wird, kann sie den ersten
Schließkörper nicht mehr auf seinen Ventilsitz schlagen. Zum schonenden Aufsetzen
des ersten Schließkörpers genügt die schwach ausgelegte Druckfeder.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht schließlich
aus Anspruch 10 hervor. Im Zusammenspil mit den Maßnahmen gemäß Anspruch 9 ist die
Entlastungseinrichtung in der Lage, beim Offnungshub des ersten Schließkörpers das
Arbeiten des Schaltmagneten zu unterstützen, da der Zulaufdruck durch die Drosselstelle
daran gehindert wird, sich zu rasch abzubauen. Hingegen wirkt die Entlastungseinrichtung
bei der Überwindung der Gegenkraft auch der Hilfsfeder mit.
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Eine Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes wird nachstehend anhand
der Zeichnung erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil,
und zwar in der Schließstellung des ersten
Schließkörpers, und Fig.
2 das Magnetventil von Fig. 1 in einem Horizontalschnitt, und zwar in der Schließstellung
des zweiten Schließkörpers.
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Ein Magnetventil 1 trägt auf seinem quaderförmigen Gehäuse 2 mittels
einem Aufsatzgehäuse 3 einen Schaltmagneten 4, dessen Schaltrolle 5 auf einen um
eine gehäusefeste Schwenkachse 6 schwenkbaren Hebel 7 arbeitet. In Fig. 1 ist der
Schaltmagnet 4 entregt, so daß die Schaltrolle 5 in ihrer obersten Position steht.
Der Hebel 7 steht mit einem Druckglied 8 in Arbeitsverbindung, das am Ende eines
Schaltelementes 9 angebracht ist, welches in das Innere des Gehäuses 2 in eine abgestufte
Durchgangsbohrung 10 ragt.
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Dem Hebel 7 zugewandt wird die Durchgangsbohrung 10 durch eine das
Schaltelement abdichtend umgebende Platte 11 verschlossen.
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Im anderen Ende der Durchgangsbohrung 10 ist eine Rappe 12 eingeschraubt.
Dazwischen befindet sich im im durchmessergrößten Abschnitt der Durchgangsbohrung
10 ein Einsatzstück 13, das Durchgangsbohrungen 14 und 15 enthält. Zu beiden Seiten
des Einsatzstückes 13 münden in die Durchgangsbohrung 10 ein Zulauf P und ein Auslaß
R. Die Kanäle 14 und 15 führen zu einem in die Durchgangsbohrung 10 mündenden Verbraucheranschluß
V, der sich zwischen dem Auslaß R und dem Zulauf P befindet.
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An beiden Seiten des Einsatzstückes 13 ist je ein ringförmiger Ventilsitz
16 bzw.17 ausgebildet, der einem ersten Schließkörper 19 und einem zweiten Schließkörper
18 zugeordnet ist. Die Schließkörper 18, 19 sind kugelförmig und werden miteinander
durch einen Stößel 20 gekoppelt, der im Einsatzstück 13 verschieblich geführt ist.
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Der erste Schließkörper 19 ist in einer Führungshülse 21 beweglich
geführt, die radiale Einlässe 22 enthält und einen Anschlag 23 bildet. Die Führungshülse
21 wird durch die eingeschraubte Kappe 12 in ihrer Lage im Gehäuse gesichert. An
der dem Ventilsitz 16 abgewandten Seite des Schließkörpers 19 liegt auf diesem ein
Stützglied 25 an, das eine Schulter 26 für eine sich darauf abstützende Druckfeder
27 besitzt, welche mit ihrem anderen Ende am mit 28 bezeichneten Boden der Kappe
12 aufsteht. In der Kappe ist eine Schulter 29 ausgebildet, auf der sich das eine
Ende einer Hilfsfeder 30 abstützt, die mit ihrem anderen Ende an einem Druckring
31 anliegt, der das Stützglied 25 umfaßt. Über den Innendurchmesser des Druckringes
31 hinausragend ist am Stützglied 25 ein Widerlager32 ausgebildet, welches mit dem
Druckring zusammenarbeiten kann. Der Außendurchmesser des Druckringes 31 ist so
groß, daß er auch mit dem gehäusefesten Anschlag 23, den die Führungshülse 21 bildet,
zusammenarbeiten kann.
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Am zweiten Schließkörper 18 liegt dem Ventilsitz 17 abgewandt ein
Kolben 33 an, der mit dem Schaltelement 9 einstückig ausgebildet ist und in einem
von der Platte 11 begrenzten Zylinderraum 34 verschiebbar ist.
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In der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung des Schließkörpers
19 auf seinem Ventilsitz 16 liegt zwischen dem am Anschlag 23 abgefangenen Druckring
31 und dem Widerlager 32 ein axiales Spiel 35 vor.
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Der Zylinderraum 34 steht mit dem Zulauf P über einen Stichkanal 36
in Verbindung, wobei dieser in den Zylinderraum 34 über eine Drosselstelle 37 einmündet.
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Das Magnetventil arbeitet wie folgt: In der in Fig. 1 dargestellten
Schaltstellung ist der Schaltmagnet
4 entregt und der Hebel 7
befindet sich in seiner oberen, passiven Stellung. Der Druck im Zulauf P steht über
die Durchlässe 22 und den Kanal 25 sowohl im Inneren der Kappe 12 als auch auf dem
Schließkörper 19 an. Er erzeugt eine Anpreßkraft für den Schließkörper 19, die sich
aus der Differenzfläche zwischen dem größten Querschnitt des Schließkörpers 19 und
der vom Ventilsitz 16 umgebenen Fläche ergibt. Gleichzeitig steht der Zulaufdruck
über den Kanal 36 im Zylinderraum 34 am Kolben 33 an, dessen Querschnittsfläche
geringfügig größer ist, als die vom Ventilsitz 16 umschriebenen Fläche. Da der Querschnitt
des Schaltelementes 9 von der Querschnittsfläche des Kolbens 33 zu subtrahieren
ist, ist die vom Kolben 33 über den Schließkörper 18 und den Stößel 19 am Schließkörper
19 anstehende Druckkraft geringfügig kleiner, als die am Schließkörper 19 in der
entgegengesetzten Richtung wirkende Kraft des Zulaufdruckes. Da die Hilfsfeder 30
am gehäusefesten Anschlag 23 abgefangen ist und nicht gegen das Widerlager 32 des
Stützgliedes 24 wirkt, ist der Schließkörper in dieser Stellung im wesentlichen
nur durch die Kraft der Druckfeder 27 und einem gerngfügigen Anteil von der vom
Zulaufdruck erzeugten Kraft gehalten.
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Der Schließkörper 18 befindet sich dabei in seiner vollen Offen-Stellung
und im Abstand von seinem Ventilsitz 17, so daß der Verbraucheranschluß V mit dem
Auslaß R verbunden und der Verbraucher drucklos ist.
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Sobald der Schaltmagnet 4 erregt wird, drückt seine Schaltrolle 5
den Hebel 7 nach unten und bewirkt über das Schaltelement 9 und den Kolben 33 eine
Verschiebung der beiden Schließglieder 18 und 19 in die in Fig. 2 dargestellte Lage.
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Die vom Schaltelement 9 bewirkte Bewegung führt - ehe die Stellung
gemäß Fig. 2 erreicht wird - zunächst zu einem Abheben des Schließkörpers19 von
seinem Ventilsitz 16 und zu
einer Kompression der Druckfeder 27.
Der Schließkörper 18 bewegt sich um ein geringes Maß in Richtung auf seinen Ventilsitz
17 zu. Sobald das Widerlager 32 gegen den Druckring 31 gelangt, hebt es diesen vom
gehäusefesten Anschlag 23 ab, so daß bei der weiteren Bewegung in die in Fig. 2
gezeigte Stellung auch die Hilfsfeder 30 komprimiert wird. Beim Zuschalten der Hilfsfeder
30 steigt natürlich die Gegenkraft am Schaltelement 9 an. Da jedoch durch die Drosselstelle
37 der Zulaufdruck noch am Kolben 33 ansteht und gleichzeitig der Schließkörper
19 druckausgeglichen wird, unterstützt der Kolben 33 die Verschiebebewegung und
Kompression der beiden Federn 27 und 30, bis schließlich die in Fig. 2 gezeigte
Stellung erreicht ist. Dann ist der Verbraucher V vom Auslaß R abgetrennt und steht
mit dem Zulauf P in druckübertragender Verbindung.
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Sobald der Schaltmagnet dann wieder entregt wird, fällt der Gegendruck
vom Hebel 7 weg. In der Zwischenzeit hat sich auch der am Kolben 33 anstehende Zulaufdruck
über die Drosselstelle 36 auf eine geringere Höhe abgebaut, so daß auch die vom
Kolben 33 ausgeübte Kraft verringert ist. ueber das Stützglied 24 wirken dann die
Kräfte beider Federn 27 und 30 auf den Schließkörper 19 ein und verschieben diesen
wieder in Richtung auf seinen Ventilsitz 16 zu. Bei dieser Bewegung wird der Schließkörper
18 von seinem Ventilsitz 17 abgehoben und der Verbraucher erneut mit dem Auslaß
R verbunden, während der Zulauf P vom Verbraucher V abgetrennt wird.