DE29706717U1

DE29706717U1 - Breitbandventil

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Publication number: DE29706717U1
Application number: DE29706717U
Authority: DE
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2007-04-15
Also published as: JP4226662B2; EP0872674B1; DE59809120D1; JP2001501290A; WO1998046919A1; US6443420B1; EP0872674A1

Description

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Die Erfindung geht aus von einem direktwirkenden, druckausgeglichenen und hilfsgesteuerten Magnetventil zur Steuerung von Fiuiden, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Ein direktwirkendes, druckausgegüchenes Ventil dieser Art ist aus der EP 0 681 128 A1 bekannt. Dieses Ventil besteht aus einem Gehäuse mit mindestens zwei Anschlüssen sowie einer Spule und einem in einem Hohlzylinder im Spulenkörper verschiebbar geführten Kern, der mit dem Ventilkörper verbunden ist. Diesem Ventilkörper ist ein Ventilsitz zugeordnet. Der Kern hat entgegengesetzt angeordnete Stirnflächen, eine Mittelbohrung die die Verbindung der Wirkräumen herstellt. Dabei ist der Kern mit einer Dichtung versehen, um zwei Anschlußräume abzuteilen, wobei der Außendurchmesser der Dichtung dem Durchmesser des Ventilsitzes entspricht. Durch diese Maßnahme ist das Ventil druckausgeglichen. Der derart druckentlastete Kern, der die Sitzdichtung enthält, wird von der Kraft einer Schließfeder auf den fest mit dem Ventilgehäuse verbundenen Ventilsitz gedruckt.

Als nachteilig hat sich bei dem genannten Ventil erwiesen, daß der Hauptventilsitz am Ventilgehäuse angearbeitet ist und die elastische Sitzdichtung auf der beweglichen Seite des Kerns, der Membrane oder des Kolbens angebracht ist. Auf diese Weise ist es für eine druckentlastete Konstruktion notwendig, die Flächen sorgfältig aufeinander abzustimmen, dies ist, abhängig von Fertigungstoleranzen nie zu 100 % möglich.

Ebenfalls bekannt sind hilfsgesteuerte Ventile der oben genannten Art, bei denen, eingeleitet durch die Betätigung eines Magneten, über Differenzdruckflächen und das Betriebsmedium Öffnungs- und Schließkräfte erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist der Ventilkörper über ein Verbindungsstück mit dem Kern verbunden. Sobald die Spule den Kern erregt, wird in der ersten Bewegungsphase nur der Kern bewegt. Im zweiten Teil des Bewegungsvorgangs nimmt der Kern das Verbindungsstück mit dem Ventilkörper mit und öffnet das Ventil. Diese zweite Phase wird bei hilfsgesteuerten Ventilen in der Regel vom Druck des Mediums unterstützt, das durch eine

Drosselbohrung in der Membran octer im Kdöen in- den entgegengesetzten Wirkraum oberhalb des Kolbens fließen kann und die magnetischen Kräfte unterstützt.

Bei geschlossenem Vorsteuerventil baut sich der Druck über die Drosselbohrung oberhalb des Kolbens auf. Das Hauptventil wird infolge einer größeren wirksamen Fläche oberhalb des Kolbens vom Druck des Mediums unterstützt durch die Kraft der Schließfedern geschlossen. Öffnet das Vorsteuerventil, so wird eine Entlastungsbohrung frei, die zum Druckabbau im Wirkraum oberhalb des Kolbens führt. Durch Kopplung des Magnetkerns mit dem Kolben wird dieser bei der Aufwärtsbewegung mit nach oben bewegt.

Als besonderer Nachteil bei diesen hilfsgesteuerten Ventilen hat sich herausgestellt, daß bei der Drosselbohrung die Gefahr des Verstopfens durch Schmutzpartikel oder z. B. bei Wasserventilen das Risiko des Zuwachsens dieser Bohrung durch Kalkablagerungen besteht. Auf diese Weise wird die Funktion des Ventils aufgehoben, darüber hinaus ist der Einsatz dieser Ventile auf wenige, möglichst gefilterte Medien beschränkt.

Ziel der Erfindung ist es ein preiswertes, haltbares und energiesparendes Ventil bereitzustellen, das die Vorteile eines direktwirkenden Ventils - sichere Schiießfunktion bei Nulldruck und schnelles Öffnen des Ventils - mit den Vorteilen der HilfsSteuerung - Schalten höherer Drücke mit geringer magnetischer Kraft und sicheres Schließen vereint.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ganze zur Verfugung stehende Magnetkraft ausschließlich für den Öffnungsvorgang benutzt wird. Zu diesem Zweck wird eine Differenzdruckfläche gleich Null erzeugt. Mit dieser Maßnahme wird ein mediumgestütztes, sicheres und verstärktes Schließen nach Abschaltung des Magneten erzwungen.

Darüber hinaus ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die bei hilfsgesteuerten Ventilen in der Regel verwendete schmutzempfindliche Drosselbohrung durch offene Kanäle erzeugt wird, die durch die den Kern umhüllende Lippe einer robusten und temperaturunempfindlichen Nutringdichtung in Form geschlossener Rechtecke definiert wird. Durch diese Lösung wird vorteilhaft erreicht, daß die Hin- und Herbe-

wegung des Kerns die Lippe der Nutringdichtung von- belagsbildenden Verschmutzungen, z. B. Dampf, reinigt und so gewährleistet, daß die Funktion des Ventils nicht durch Ablagerungen an der Nutringdichtung bzw. in dem offenen Kanal beeinträchtigt wird.

Die auf diese Weise funktionierenden Ventile, die sowohl in Geradsitz- als auch in Schrägsitzbauweise hergestellt sein können, lassen sich universell für die Steuerung neutraler Medien wie Wasser und Gase einsetzen, wobei der Temperaturbereich nur von der Beständigkeit der Nutringdichtung begrenzt ist. Darüber hinaus sind diese Ventile in unterschiedlicher Werkstoffausführung, &zgr;. B. Kunststoffen wie PVC, PVDF, PEEK, auch für aggressive Medien oder in der Analysen- und Medizintechnik einsetzbar.

Aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung wird eine vollständige Differenzdruckentlastung beim Sitzventil dadurch erreicht, daß die elastische Hauptsitzdichtung vorzugsweise im Gehäuse befestigt ist und Sitz- und Ausgleichsdurchmesser durch Zusammenfassung in der bewegten Sitzhülse untergebracht sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform als Schrägsitzventil wird in das Gehäuse eine feste Kartusche mit Hauptsitzdichtung montiert. Sitz und Ausgleichsdurchmesser sind auch hier durch Zusammenfassung im bewegten Sitzrohr untergebracht.

Die durch die Erfindung zur Verfügung gestellten Ventile können sowohl in 2/2- als auch als 3/2-Wegeventil ausgeführt sein.

Die Ausführung der Ventile ist dadurch gekennzeichnet, daß eine einfache Fertigung und Montage möglich ist, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden. Ferner wird dem Anwender ein nahezu wartungsfreies, langlebiges Ventil zur Verfügung gestellt.

Die Erfindung ist nachstehend ahhsräJ vcn irvdon Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch ein 2/2-Wege-

Geradsätzventil,
Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch ein 2/2-Wege-Schrägsitzventil.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Geradsitzventil im geschlossenen Zustand im Querschnitt dargestellt. Das dargestellte Ventil 1 besteht aus einem Gehäuse 2 in dem ein Eingangsanschluß 3 und ein Ausgangsanschluß 4 vorgesehen sind, die durch einen Verbindungskanal 30 miteinander verbunden sind. Um den Ausgangsanschluß 4 ist in das Gehäuse radial die ringförmige elastische Hauptsitzdichtung 20 eingelassen. An dem Gehäuse 2 ist eine Spule 5 in einem Spulenkörper 6 angebracht, der innerhalb der Spule 5 einen Führungszylinder 7 enthält, in dem sich ein ebenfalls zylindrischer Kern 8.von der stromführenden Spule 5 erregt bzw. nach Abschalten der Spule 5 entregt, hin und her bewegen kann.

Eine Bohrung 31 im Inneren des Kerns 8 nimmt eine Feder 27 auf, die dazu dient, das Ventil 1 bei abgeschalteter Spule 5 in der Schließfunktion zu halten. Zwischen dem Kern 8 und dem Spulenkörper 6 dienen offene Kanäle 16 dazu, das Medium in den Wirkraum 29 über der Wirkfläche 17 des Kerns 8 gelangen zu lassen.

Der Kern 8 erstreckt sich in dem Zylinder 7 bis zu einem Verbindungsstück 22, das eine weitere Schließfeder 28 und die Ventilplatte 23 des Vorsteuerventils 31 enthält. Der Ventilpiatte 23 direkt gegenüber ist ein Ventilsitz 26 an einem Ventilkörper 14 vorgesehen, der mit einer mittigen Bohrung 15 eine Verbindung zwischen dem Kanal des Vorsteuerventils 31 und dem Verbindungskanal 30 zwischen den Anschlüssen 3, 4 schafft. An den Kern 8 schließt sich nach unten eine dünnwandige rohrförmige Sitzhüise 11 derart an, daß zwischen dem Verbindungsstück 22 und einem Vorsprung 19 an der Oberkante der Sitzhülse 11 ein Zwischenraum 24 bleibt und die einen Teil des Zwischenstücks 22, den Ventilkörper der Vorsteuerung 14 und die Ventilplatte 23 mit der Sitzdichtung 26 des Vorsteuerventils 31 radial umschließt. Die beweglich gelagerte Sitzhülse 11 läuft an ihrem unteren Ende in dem spitz auslaufenden Ventilsitz 13 aus und wird durch die Kraft der Federn 27, 28 auf die Haupt-

Sitzdichtung 20 gepreßt, dabei is: dje-Wirkfl£cho-1S des Ventilsitzes 13 genau gleich groß, wie eine Wirkfläche 17 am oberen Ende des Kerns 6. Eine Nutringdichtung 9 umschließt die Sitzhülse 11, wobei sich eine Dichtlippe 10 an die Sitzhülse 11 schmiegt. Diese dient als Drosselung des Medienstroms.

Der Stromkreis der Spule 5 ist geöffnet, und das Ventil 1 wird allein durch die Kraft der Federn 27, 28 in der geschlossenen Stellung gehalten. Das Medium übt keine Kraft auf den Kern 8, das Verbindungsteil 22 und die Sitzhüise 11 aus, da die wirksame Fläche an der oberen Stirnseite 17 des Kerns 8 mit der wirksamen Fläche 18 innerhalb des Ventilsitzes 13 übereinstimmt.

Nach dem Schließen des Stromkreises der Spule 5 bewirkt die Erregung der Spule 5 in einem ersten Bewegungsabschnitt lediglich eine Bewegung des Kerns 8 und des Verbindungsteils 22. Die Bewegung hat zur Folge, daß der Zwischenraum 24 bis letztlich zum Anschlag des Vorsprungs 19 der Sitzhülse 11 gegen das Verbindungsstück 22 verringert wird. Ferner wird der Ventilsitz 26 der Vorsteuerung 31 freigegeben, so daß das Medium durch die Bohrung 15 und den Verbändungskana! 30 in den Ausgangsanschluß 4 fließt.

Anschließend, nachdem der Vorsprung 19 der Sitzhülse 11 gegen das Verbindungsstück 22 zum Anschlag gekommen ist, nimmt dieses auch die Sitzhülse 11 mit dem Ventikörper 14 der Vorsteuerung 31 mit und gibt den Verbindungskanal 30 zum Anschluß 4 für das Medium frei. Das Ventil 1 ist bedingt durch die äquivalenten Wirkflächen 17,18 druckausgeglichen geöffnet.

Das Abschalten der Spule 5 führt zu einem vollständigen, sicheren Schließen des Magnetventils 1, weil der Kern, der nicht mehr von magnetischen Kräften gehalten wird, durch die Schließfeder 27 und das Vorsteuerventil 31 durch die Feder 28 nach unten gepreßt werden und die beiden Ventilsitze 13, 26 sicher schließen.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils 1 in Schrägsitzbauweise, wobei die Funktion des Ventils dem des in Figur 1 beschriebenen Ventils in Geradsitzbauweise entspricht. Ergänzend erhält das Ventilgehäuse 2 eine Kartusche 32, die die Hauptsitzdichtung 20 aufnimmt.

1 Magnetventil · *·\· < · ···]·

2 Gehäuse

3 Eingangsanschluß

4 Ausgangsanschluß

5 Spule

6 Spulenkörper

7 Führungszyiinder

8 Kern

9 Nutringdichtung

10 Dichtungslippe

11 Sitzhülse

12 Sitzausgleichsdurchmesser

13 Hauptventilsitz

14 Ventilkörper der Vorsteuerung

15 Bohrung

16 offene Kanäle

17 Wirkfläche am Kern

18 Wirkfläche innerhalb des Ventilsitzes

19 Vorsprung an der Oberkante der Sitzhülse

20 Hauptsitzdichtung

21 Wirkfläche des Vorsteuerventils

22 Verbindungsteii

23 Ventilplatte des Vorsteuerventils

24 Zwischenraum

25 Kanal der Vorsteuerung

26 Ventilsitz der Vorsteuerung

27 Schließfeder im Kern

28 Schließfeder im Verbindungsteil

29 Wirkraum über dem Kern

30 Verbindungskanal

31 Vorsteuerventil

32 Kartusche im Schrägsitzventil

Gebrauchsmusteranm. vom 14.04.1997 Bürkert Werke GmbH S. Co. Breitbandventil

Claims

PRINZ & PATENTANWÄLTE Manzingerweg 7 EUROPEAN PATENT attorneys D-81241 München 14. April 1997 Bürkert Werke GmbH & Co. Christian-Bürkert-Str. 13-17 74653 Ingelfingen Unser Zeichen: B 3389 DE nsprüche

1. Magnetventil mit mindestens zwei Anschlüssen (3, 4), einer Spule (5) und einem in einem Zylinder (7) im Spulenkörper (6) geführten Kern (8) , wobei über die Bewegung des Kerns (8) durch die Magnetisierung der Spule (5) das Magnetventil (1) geöffnet und nach Abschalten der Spule (5) durch die Kraft einer Feder (27) geschlossen wird, wobei der Kern und die Schließvorrichtung des Ventils (1) druckentlastet ausgeführt sind und die Stirnseite des Kerns (8) eine Wirkfläche aufweist, die einer Wirkfläche (18) am Ventilkörper (14) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hauptsitzdichtung (20) im Gehäuse (2) angebracht ist, und der spitz auslaufende Hauptventilsitz (13) und der Ausgleichsdurchmesser (12) durch Zusammenfassung in einer beweglichen Sitzhülse (11) untergebracht sind.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das druckentlastete Ventil (1) mit einem druckbeaufschlagten, mit geringer Energie schaltenden Vorsteuerventil (31) gekoppelt ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nutringdichtung (9) mit einer Lippe (10) die Sitzhülse (11) umschließt und ein offener Kanal (16) in der Sitzhülse (11) den Durchfluß des Mediums zum Wirkraum (29) drosselt.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutringdichtung (9) mit einer Lippe (10) das Verbindungsteil (22) umschließt und ein offener Kanal (16) in dem Verbindungsteil (22) den Durchfluß des Mediums zum Wirkraum (29) drosselt.

5. Magnetventil nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (10) der Nutringdichtung (9) den Kern (8) umschließt und ein offener Kanal (16) im Kern (8) den Durchfluß des Mediums zum Wirkraum (29) drosselt.

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) in Geradsitzbauweise gefertigt ist.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) in Schrägsitzbauweise gefertigt ist.

8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) des Ventils in Schrägsitzbauweise eine feste Kartusche (32) enthält, welche die Hauptsitzdichtung (20) trägt.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist.

10. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist.

11. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) für neutrale Gase geeignet ist.

12. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) für neutrale Flüssigkeiten geeignet ist.

13. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1) Medien mit hohen Temperaturen schaltet.