DE3334158C1 - Magnetventil - Google Patents

Description

• Anspruches 1.
• Die vom Druck des Mediums abhängig arbeitende Kompensationseinrichtung bewirkt entweder eine Kraftwirkung auf den Schwenkhebel im Sinne einer zusätzlichen Schließ- oder Haltekraft. die den Schwenkhebel in seiner Endstellung zu halten sucht, oder aber auch im Sinne einer Kraft, die den Hebel entgegen der vom Permanentmagnctsystem crzeugten Schließkraft zu bcwegen sucht. Im erstgenanntcn Falle werden Schaltbewegungen als Folge von l)ruckspitzen unterbunden; das Permanentmagnetsystem und ein gegebenenfalls vorhandenes, eine SchließkraFt crzcugendes Federsystem, aber auch das das tJrn.sch'.'ltcn des Magnctventils bcwir-
• kende Elektromagnetsystem können kleiner dimensioniert werden. Im zweiten Falle vermindert die Kompensationseinrichtung die Losreißkraft, was ebenfalls eine Verkleinerung des Elektromagnetsystems erlaubt. In allen Fällen wird die Kompensation durch Kraft- bzw.
• Drchmomentausgleich und nicht durch Druckausgleich erzielt. Dies ist ein Vorteil, weil Druckausgleichssysteme träger und wegen der notwendigen Verbindungskanäle verschmutzungsempfindlich sind.
• Sofern das Magnetventil in beiden Endstellungen seines Schwenkhebels eine Ventil bohrung verschließt oder drosselt, wird es in der Regel vorteilhaft sein, zwei in entgegengesetztem Sinne auf die Schwenkhebel einwirkende Kompensationseinrichtungen vorzusehen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform greifen ein Federsystem und die beiden Kompensationseinrichtungen am einen Arm des doppelarmig ausgebildeten Schwenkhebels an. Dabei können das Ventilverschlußstück oder die Ventilverschlußstücke diesem und/oder dem anderen Arm zugeordnet sein.
• Sowohl im Hinblick auf eine kostengünstige Fertigung als auch auf eine noch weitergehende Verringerung des Raumbedarfs und der für den Schaltvorgang erforderlichen elektrischen Leistung sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Erregerspule oder -spulen des Elektromagneten auf einem E- oder M-förmigen Kern angeordnet, dessen drei Schenkel je einen Magnetpol bilden, wobei zwischen diese Pole unter Bildung von vier Arbeitsluftspalten die Pole des Ankers eingreifen. Ein derartiger Kern ermöglicht die Verwendung fertiggewickelter Spulen sowie eine symmetrische Gestaltung sowohl des Elektromagnctsystems als auch des Permanentmagnetsystems, was eine Minimierung dieser beiden Systeme erlaubt. Vorzugsweise ist dabei das Magnetventil gemäß Anspruch 5 ausgebildet.
• Der Schwenkhebel des erfindungsgemäßen Magnetventils kann, einer Klappe ähnlich, als einarmiger Hebel, aber auch als doppelarmiger Hebel ausgebildet sein. Im letztgenannten Falle läßt sich in konstruktiv einfacher Weise mittels der Merkmale des Anspruches 6 der Zutritt des Mediums zu den Magnetsystemen verhindern.
• Besonders vorteilhaft ist dabei eine Konstruktion gemäß Anspruch 7.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jede der vorhandenen Kompensationseinrichtungen durch einen in einer Bohrung geführten Kolben gebildet, der dem Druck des Mediums ausgesetzt ist. Eine einfache und raumsparende Bauweise läßt sich hierbei mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 erzielen. Die Bohrungen, in denen die Kolben längsverschiebbar gelagert sind, brauchen nur mit den Ventilkanälen in Verbindung zu stehen, um auf den Schwenkhebel ein dem Druck des Mediums proportionales Drehmoment ausüben zu können. Die Kolben können aber auch durch Balg- oder Membransysteme ersetzt werden, wenn z. B. Dichtung reibung unerwünscht ist.
• Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt des A usführungsbeispiels.
• Ein Magnetventil weist einen Magnetkopf 1 auf, der unter Zwischenlage einer Trennfolie 2 mit seiner einen Seite an einem Ventilgehäuse 3 anliegt, das aus zwei Gehäusehälften 3' und 3" zusammengesetzt ist. Nicht dargestellte Schrauben verbinden die Gehäusehälften sowie das Ventilgehäuse 3 mit dem Magnetkopf 1.
• Der Magnetkopf 1 enthält einen geblechten E-Kern 4, in den zwei koaxial angeordnete, außerhalb des Kerns gewickelte Erregerspulen 5 eingelegt sind. Der Elektromagnet könnte aber auch nur eine einzige Erregerspule aufweisen. Der Kern 4 befindet sich in einem Kunststoffgehäuse 6, welches nur die an der Trennfolie 2 anliegenden Stirnflächen der beiden äußeren Schenkel sowie des mittleren Schenkels des Kernes 4 freiläßt. Der Raum zwischen diesen Schenkeln und der Trennfolie einerseits sowie den Erregerspulen 5 andererseits ist mit einer Isoliermasse 7 vergossen. Das Kunststoffgehäuse 6 und die Isoliermasse 7 könnten aber auch einen einzigen Preßmasseblock bilden.
• Wie die Figur zeigt, ist das Ventilgehäuse 3 auf der an der Trennfolie 2 anliegenden Seite mit einer Vertiefung versehen, deren Tiefe im Ausführungsbeispiel etwa 40% der in diese Richtung gemessene Abmessung des Ventilgehäuses beträgt. Außen ist diese Vertiefung, welche einen ersten Raum 8 bildet, durch eine Wand 9 des Ventilgehäuses begrenzt, welche auf die das Kunststoffgehäuse 6 begrenzende Wand ausgerichtet ist und mit dieser außen bündig abschließt.
• Zur Bildung von drei im ersten Raum liegenden Magnetpolen 10, 11 und 12 des Elektromagneten sind drei massive Leisten aus einem gut magnetisierbaren Material so im Ventilgehäuse 3 an der Wand 9 festgelegt, daß ihre eine Seite vollflächig an der Trennfolie 2 anliegt.
• Die den mittleren Magnetpol 10 bildende Leiste hat einen quadratischen Querschnitt. Sie ist, wie die Figur zeigt, an die Abmessungen des mittleren Schenkels des Kernes 4 angepaßt und bildet daher eine querschnittsgleiche Verlängerung des mittleren Schenkels. Im gleichen Maße verlängert die die beiden äußeren Magnetpole 11 und 12 bildenden Leisten, die ebenfalls massiv sind und aus einem gut magnetisierbaren Material bestehen, die beiden äußeren Schenkel. Diese Leisten haben jedoch einen rechteckförmigen Querschnitt, so daß sie zwar nach außen hin bündig mit dem zugeordneten seitlichen Schenkel abschließen, jedoch gegen den mittleren Magnetpol 10 hin sich über den äußeren Schenkel hinaus erstrecken.
• Zwischen dem ersten Raum 8 und der von der Trennfolie 2 wegweisenden Außenseite 3 des Ventilgehäuses 3 ist mittig ein zweiter Raum 14 vorgesehen. in den eine von der Außenseite 13 her eindringende Bohrung 15 mündet. Zu beiden Seiten dieser mittig angeordneten Bohrung 15 durchdringen das Ventilgehäuse 3 je in gleichem Abstand von der Bohrung 15 zwei zu letzterer parallele Bohrungen 16 und 17. Diese an der Außenseite 13 beginnenden Bohrungen 16 und 17 münden je in einer zylindrischen Absenkung, in welche eine Dichtung 18 bzw. 19 eingesetzt ist. In beiden Bohrungen ist längsverschiebbar ein Kolben 33 bzw. 34 in Form eines Zylinderstiftes geführt, an dem sowie an der Wandung der Absenkung die zugeordnete Dichtung 18 bzw. 19 dicht anliegt. Die beiden Kolben bilden zusammen mit den sie aufnehmenden Bohrungen je eine Kompensationseinrichtung. Von den beiden Ventilbohrungen 16 und 17 aus erstreckt sich im rechten Winkel zu deren Längsachse je ein Ventilkanal 20 bzw. 21 gegen den zweiten Raum 14, in den sie im Zentrum je eines in diesen Raum ragenden Ventilsitzes 22 bzw. 23 münden. Die beiden gleichachsig angeordneten Ventilbohrungen 20 und 21 bilden zusammen mit einem Teil der beiden Bohrungen 16 und 17 je einen Ventilkanal, über den die Kompensationseinrichtungen vom Medium beaufschlagt werden.
• Die Trennwand zwischen dem ersten Raum 8 und dem zweiten Raum 14 wird durch zwei gegeneinander vorspringende, jedoch im Abstand voneinander endende Materialpartien des mittig geteilten Ventilgehäuses 3 sowie zwei an diesen Materialpartien anliegenden Platten 37 und 38 gebildet. Letztere sind mit auf die Bohrungen 16 bzw. 17 ausgerichteten Ausnehmungen für den Durchtritt der Kolben 33 bzw. 34 versehen. In den einander zugekehrten Stirnflächen dieser gegeneinander vorspringenden Materialpartien ist je eine ringförmige Trapeznut vorgesehen. Eine in diese beiden Trapeznuten eingreifende, im Querschnitt doppeltrapezförmige Ringdichtung 24 dichtet den ersten Raum 8 gegen den zweiten Raum 14 hin ab, nimmt aber auch eine aus Metall bestehende Leiste 25 auf, welche unmittelbar neben dem Dichtungskörper 24 auf der dem ersten Raum 8 zugekehrten Seite auf zwei gegeneinanderwei senden Schneiden 26 der beiden Platten 37 und 38 gelagert ist, welche ein Schwenklager für einen doppelarmigen Schwenkhebel bilden. Die Leiste 25 erstreckt sich in den zweiten Raum 14 hinein und liegt im Inneren einer an den Dichtungskörper 24 einstückig angeformten Umhüllung, deren freier im Querschnitt leicht trapezförmiger Endabschnitt zwei Ventilverschlußstücke 27 und 28 bildet, mittels deren wahlweise die Ventilsitze 22 bzw. 23, also der erste bzw. der zweite Ventilkanal, verschließbar sind.
• Die in Längsrichtung geteilte Leiste 25 erstreckt sich auch in den ersten Raum 8. Ihre beiden Hälften sind jedoch in geringem Abstand von der Trennwand zunächst rechtwinklig nach außen und dann wieder rechtwinklig im entgegengesetzten Sinne abgewinkelt zur Bildung einer U-förmigen Aufnahme für einen im Querschnitt rechteckförmigen Permanentmagneten 29 und zwei spiegelbildlich gleich ausgebildeten Polschuhkörpern 30, die direkt an den einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Permanentmagneten 29 anliegen, sich aber gegen die Trennfolie 2 hin über den Permanentmagneten 29 hinaus erstrecken, zwischen dem und dem mittleren Pol 10 ein Luftspalt ausreichender Größe vorhanden ist. Die U-förmige Aufnahme, welche die aus einem nicht magnetisierbaren Metall bestehende Leiste 25 bildet, wird von einem Kunststoffkörper 31 umfaßt und gegen die Polschuhkörper 30 gedrückt, so daß diese fest mit der Leiste 25 verbunden sind. Der sich von den Schneiden 26 gegen die Trennfolie 2 erstreckende Teil der Leiste 25 sowie der Permanentmagnet 29, die beiden Polschuhkörper 30 und der Kunststoffkörper 31 bilden also den einen Arm des doppelarmigen Schwenkhebels, dessen freies Ende eine gabelartige Form hat. Der andere Arm des doppelarmigen Schwenkhebels wird durch den in den zweiten Raum 14 ragenden Teil der Leiste 25 und dessen Ummantelung gebildet Die beiden über den Permanentmagneten 29 überstehenden Abschnitte 30' der Polschuhkörper 30 greifen unter Bildung von je zwei Arbeitsluftspalten zwischen die Magnetpole 10 und 11 bzw. 10 und 12 ein. Durch die symmetrische Ausbildung und Anordnung sowohl der Magnetpole 10 bis 12 als auch der Polschuhkörper 30 ist sichergestellt, daß die in die Arbeitsluftspalte ragenden Abschnitte der Polschuhkörper 30 in den beiden Endstellungen des doppelarmigen Schwenkhebels am einen der beiden äußeren Magnetpole bzw. am mittleren Magnetpol anliegen. Durch die Bildung von insgesamt vier Arbeitsluftspalten ist sichergestellt, daß die Summe der Arbeitsluftspalte sowohl für den magnetischen Fluß des Elektromagneten als auch für den magnetischen Fluß des Permanentmagneten, der außerhalb des magnetischen Kreises des Elektromagneten liegt, bei einer Bewegung des durch die Abschnitte 30' gebildeten Ankers konstant bleibt.
• An einander gegenüberliegenden Stellen des Kunst- stoffkörpers 31 sind an diesen diametral abstehende Querarme 32 angeformt, die je einen auf die Kolben 33 bzw. 34 ausgerichteten, an der am Kolben anliegenden Stirnseile balligen Vorsprung aufweisen. Von den beiden Kompensationseinrichtungen übt diejenige ein Drehmoment auf den doppelarmigen Schwenkhebel auf, die mit einem unter Druck stehenden Ventilkanal in Verbindung steht. Normalerweise ist dies der durch das zugeordnete Ventilschlußstück verschlossene Ventilkanal. le eine vorgespannte Schraubenfeder 35 liegt an der gegen die Trennfolie 2 weisenden Seite jedes Querarmes an diesem gegenüber dem Vorsprung an und greift mit ihrem anderen Ende in eine auf das Ventilverschlußstück ausgerichtete Bohrung der Magnetpole 11 bzw. 12 ein. Je nach der Schwenkrichtung des Schwenkhebels bleibt deshalb, wenn der Schwenkhebel in seine Endlage schwenkt, die eine Ventil bohrung verschlossen, während die andere Ventilbohrung geöffnet wird.
• Ferner sind im Ausführungsbeispiel die beiden äußeren Magnetpole 11 und 12 mit je einer durchgehenden Gewindequerbohrung versehen, in der je eine Schraube 37 aus gut magnetisierbarem Material, die von außen her zugänglich ist, geführt ist. Mit Hilfe dieser Schrauben 37 kann die effektivc Größe der Arbeitsluftspalte justiert werden.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Magnetventil für flüssige und gasförmige Medien mit einem mindestens teilweise durch den Anker eines Elektromagnetsystems gebildeten Schwenkhebel, der mittels des Elektromagnetsystems und eines zusätzlich vorhandenen Permanentmagnetsystems dessen magnetischer Kreis sich ebenfalls über den Anker schließt, bewegbar ist und mindestens ein Ventilverschlußstück betätigt, mittels dessen wenigstens ein Ventilkanal verschließbar oder drosselbar ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine ein vom Druck des Mediums abhängiger Drehmoment auf den Schwenkhebel (25, 29, 30, 31, 32) ausübende Kompensationseinrichtung (16, 17,33,34).
2. 2. Magnetventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei in entgegengesetztem Sinn auf den Schwenkhebel (25,29,30,31,32) einwirkende Kompensationseinrichtungen (16,33; 17,34).
3. 3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federsystem (35) und/oder die beiden Kompensationseinrichtungen (16, 33; 17, 34) am einen Arm (29, 30, 31, 32) des doppelarmig ausgebildeten Schwenkhebels angreifen und diesem und/oder dem anderen Arm das Ventilverschlußstück oder die Ventilverschlußstücke (27, 28) zugeordnet sind.
4. 4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule oder -spulen (5) des Elektromagneten auf einem E- oder M-förmigen Kern (4) angeordnet sind, dessen drei Schenkel je einen Magnetpol (10,11,12) bilden, und zwischen diese Magnetpole unter Bildung von vier Arbeitsluftspalten die Pole (30') des Ankers eingreifen.
5. 5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (29) zwischen zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten an ihm anliegenden und über die eine Seite des Permanentmagneten überstehenden Polschuhkörpern (30,30') angeordnet ist, die zusammen eine im Querschnitt U-förmige Baueinheit bilden, deren beide Schenkel die Pole (30') des Ankers bilden.
6. 6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelarmige Schwenkhebel (25, 29 bis 32) zwischen zwei gegeneinanderweisenden Schneiden (26) gelagert ist, welche im Bereich einer Trennwand zwischen einem ersten, den Anker enthaltenden Raum (8) und einem zweiten Raum (14) vorgesehen ist, in den der das Ventilverschlußstück oder die Ventilverschlußstükke (27,28) tragende Arm (25) ragt.
7. 7. Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilverschlußstück oder die Ventilverschlußstücke (27, 28) einstückig mit einer Umhüllung des sie tragenden Armes und einer von diesem Arm durchdrungenen Dichtung (24) ausgebildet sind, welche den Durchtritt des Mediums vom zweiten Raum (14) zum ersten Raum (8) verhindert.
8. 8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens teilweise durch den Anker gebildete Arm (29 bis 32) wenigstens einen in der Schwenkebene des Armes liegenden seitlicllen Vorsprung (32) hat, an dem ein in der Bewegungsrichtung des Vorsprungs längsverschiebbar in einer Bohrung (16, 17) geführter Kolben oder Balg (33, 34) anlegbar ist, dessen dem Vorsprung abgekehrtes Ende unter dem Druck des Mediums steht.
9. 9. Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter seitlicher Vorsprung (32) des Armes in entgegengesetzter Richtung zum ersten seitlichen Vorsprung sich vom Arm wegerstreckt, an den ein parallel zum Kolben (33) der ersten Kompensationseinrichtung längsverschiebbarer und vom Medium beaufschlagbarer Kolben oder Balg (34) der zweiten Kompensationseinrichtung anlegbar ist.
10. 10. Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bohrungen (16, 17), in denen der jeweilige Kolben oder Balg (33,34) längsverschiebbar gelagert ist, mit einem ersten (20) bzw.

    einem zweiten Ventilkanal (21) in Verbindung stehen, welche in den zweiten Raum (14) münden und mittels je eines der Ventilverschlußstücke (27, 28) verschließbar oder drosselbar sind.
11. 11. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (18, 19) für die Kompensationseinrichtung (18, 19) nach Art eines Rückschlagventils nur einseitig dichtend ausgebildet sind.

    Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für flüssige und gasförmige Medien, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

    Ein bekanntes Ventil dieser Art hat bereits einen geringen Raumbedarf und benötigt eine geringe elektrische Leistung. Hierzu trägt unter anderem das vorgespannte Federsystem bei, mittels dessen auf den durch den Anker gebildeten, die Ventilverschlußstücke betätigenden Schwenkhebel ein Drehmoment ausgeübt wird, das dem Magnetventil ein monostabiles Verhalten gibt.

    Werden die Schließkräfte des Ventils jedoch vorrangig durch Permanentmagnete erzeugt, z. B. bei Impulsventilen, so ergibt sich der Nachteil, daß bereits ein geringfügiges Abheben des Ankers von seiner Polflächenanlage die Haltekraft so stark reduzieren kann, daß der Anker nicht mehr zur Polfläche zurückkehrt. Kurzfristige Abhebevorgänge werden z. B. durch Schließschlag-Druckspitzen erzeugt.

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das unempfindlich gegen Druckspitzen ist, eine noch weitergehende Raumersparnis und Verminderung der notwendigen elektrischen Leistung ermöglicht und den Einsatzbereich vergrößert, ohne auf eine kostengünstige Fertigungsmöglichkeit verzichten zu müssen. Diese Aufgabe löst ein Magnetventil mit den Merkmalen des