DE3804100A1 - Elektromagnetisches ventil zur durchflusssteuerung insbesondere zur drucksteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil. Sie bezieht sich insbesondere auf ein elektro­ magnetisches Ventil für den Einsatz in Steuersystemen für Vakuum- oder Fluidströmungen.

Ein durch JP-A-58-1 72 166 bekanntes Ventil dieser Art besitzt ein Joch, an dem ein Anker schwenkbar montiert ist, ferner ein Solenoid oder eine ähnliche selektiv erregbare elektromagnetische Vorrichtung sowie eine Feder, die den Anker vorspannt und in einer vorbestimmten Winkel­ stellung gegenüber dem Joch hält, wenn die elektromagneti­ sche Vorrichtung nicht erregt ist. Die Anordnung umfaßt außerdem einen von einem Federglied an dem Anker gehalte­ nen Ventilkörper. Diese bekannte Anordnung besitzt jedoch folgende Nachteile: Da das Federglied zwischen dem Ventil­ körper und dem Anker angeordnet ist und den Ventilkörper aus der Ventilöffnungsstellung zunächst an der von ihm zu schließenden Ventilöffnung zur Anlage bringt und dann weiter gegen die Ventilöffnung preßt, bis diese hermetisch abgedichtet ist, ist ein relativ großer Ankerweg oder -hub erforderlich. Der Ventilkörper muß also zunächst bis zu dem Punkt geführt werden, in dem er die Ventilöffnung tatsächlich berührt, und dann um ein weiteres Wegstück bewegt werden, um das Federglied soweit zu komprimieren, daß der für das hermetische Schließen der Ventilöffnung erforderliche Druck erzeugt wird.

Wenn die elektromagnetische Vorrichtung aberregt wird, muß der Anker einen bestimmten Weg oder Hub zurücklegen, wobei zunächst die Kompression des Federglieds verringert wird, bevor der Ventilkörper sich tatsächlich von der Ventilöff­ nung löst. Da das Federglied in der beschriebenen Weise komprimiert und entspannt werden muß, bevor das Ventil vollständig geschlossen ist bzw. sich zu öffnen beginnt, ist das Ansprechverhalten des Ventils beim Öffnen und Schließen relativ ungünstig, wodurch die Genauigkeit beeinträchtigt wird, mit der die Zuführung von Vakuum oder dergleichen steuerbar ist.

Da der Ventilkörper bei der bekannten Anordnung das Reak­ tionsglied bildet, das in Kombination mit dem Federglied die Bewegung des Ankers in Richtung auf die Ventilöffnung begrenzt, unterliegt der Ventilkörper sehr starkem Ver­ schleiß, wodurch seine Lebensdauer verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventil­ anordnung zu schaffen, die gutes Ansprechverhalten mit größerer Lebensdauer verbindet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit einem ersten Körper, in dem eine Ventilöffnung ausgebildet ist, mit einer an dem ersten Körper montierten elektromagneti­ schen Vorrichtung, mit einem in der Nähe der elektro­ magnetischen Vorrichtung angeordneten Anker, der auf die Ventilöffnung zu- und von ihr wegbewegbar und so angeord­ net ist, daß er bei Erregung der elektromagnetischen Vor­ richtung in einer ersten Richtung bewegt wird, mit einer Feder, die mit dem Anker derart verbunden ist daß sie ihn in einer der genannten ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung vorspannt, und mit einem mit dem Anker verbundenen zweiten Körper, der so angeordnet ist, daß er an der Ventilöffnung zur Anlage kommt und diese ver­ schließt, wenn der Anker in einer der beiden genannten Richtungen bewegt wird, wobei erfindungsgemäß eine Anschlagvorrichtung vorgesehen ist, die die Bewegung des Ankers sowohl in der ersten als auch in der zweiten Rich­ tung begrenzt.

Bei dem Ventil gemäß der Erfindung ist also der schwenk­ bare Anker, der einen elastischen Ventilkörper aus einem elastomeren Werkstoff trägt, so angeordnet, daß er an einer ersten und an einer zweiten Fläche zum Anschlag kommen kann, die seine Bewegung begrenzen. Dabei wird der Anker in einer ersten Stellung gehalten, die der Schließ­ stellung des Ventils entspricht und in der der Ventilkör­ per aus elastomerem Werkstoff zwar an der Ventilöffnung anliegt und diese auch verschließt, jedoch keiner allzu großen Verformung unterworfen ist, bzw. in einer zweiten Stellung, die der Öffnungsstellung des Ventils entspricht, in der der Ventilkörper gerade so weit von der Ventilöff­ nung wegbewegt ist, daß diese genügend geöffnet ist.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine geschnittene Aufsicht eines Ausführungs­ beispiels der Erfindung, wobei die erfindungsgemäße Ventilanordnung in Öffnungsstellung dargestellt ist,

Fig. 2 zeigt eine Fig. 1 entsprechende geschnittene Auf­ sicht, wobei die erfindungsgemäße Ventilanordnung in Schließstellung dargestellt ist.

Die in Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Anordnung besitzt ein Joch 10 aus Metall. Es besteht aus einem Hauptkörper 11 und einem einstückig mit diesem ausgebildeten Verbindungsteil 12. Außerdem umfaßt das Joch ein Ankerträgerteil 13, das, wie aus den Zeich­ nungen ersichtlich, im wesentlichen in derselben Richtung orientiert ist wie das Verbindungsteil 12. An dem unteren Ende des Hauptkörpers 11 ist eine Vertiefung 14 zur Feder­ befestigung vorgesehen. Das Verbindungsteil 12 weist eine Öffnung 15 auf, die das Anbringen (z. B. durch Umspritzen) eines Ventilteils 30 erleichtert, in dem ein Durchgang 31 und eine Ventilöffnung 32 ausgebildet sind. Zwischen dem Ventilteil 30, in dem der Durchgang 31 und die Ventilöff­ nung 32 ausgebildet sind, und dem Ankerträgerteil 13 ist eine generell mit 20 bezeichnete elektromagnetische Vor­ richtung an dem Joch 10 befestigt. Diese Vorrichtung um­ faßt einen Kern 21, der in einer Spule 22 angeordnet ist. Auf der Spule 21 ist eine Wicklung 23 aufgebracht, die über (nicht dargestellte) Leitungen mit einer elektrischen Stromquelle verbindbar ist.

An dem Ankerträgerteil 13 ist mittels einer (nicht darge­ stellten) geeigneten Vorrichtung ein Anker 40 angelenkt, der dem Kern 21 der elektromagnetischen Vorrichtung gegen­ überliegt. An dem unteren Ende des Ankers 40 befindet sich eine Vertiefung 41 zur Federbefestigung. Zwischen den beiden Vertiefungen 14 und 41 ist eine Spannfeder 42 in der dargestellten Weise angeordnet. Die Feder 42 spannt den Anker in Richtung auf seine Öffnungsstellung vor, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Das obere Ende des Ankers 40 ist in einer in dem Teil 30 ausgebildeten "Anschlag"-Öffnung 34 aufgenommen. Die innenliegende und die außenliegende Kante 341 bzw. 342 der Öffnung 34 bilden Anschläge, die den Ankerweg begrenzen, wenn dieser auf den Körper 30 zu- bzw. von ihm wegbewegt wird. In einer (nicht dargestellten) Öffnung des Ankers ist ein aus Gummi oder einem ähnlichen elastomeren Werk­ stoff bestehender scheibenförmiger Ventilkörper oder Dichtungsgummi 50 angeordnet.

Das obere Ende des Ankers 40 ist, wie erwähnt, in der Öffnung 34 aufgenommen. Sein unteres Ende ist so gelagert, daß der Ventilkörper 50 mit genügend großer Kraft an der Ventilöffnung 32 anliegt, um diese zu schließen (Fig. 2), wenn das obere Ende an der Anschlagkante 341 der Öffnung 34 zur Anlage kommt. Wenn das obere Ende des Ankers hin­ gegen an der Kante 342 anliegt, befindet der Ventilkörper 50 sich in einer Position, in der zwischen ihm und der Ventilöffnung 32 ein lichter Abstand "t" besteht. Dieser Abstand "t" ist so gewählt, daß sich einerseits eine Öff­ nungsstellung des Ventils ergibt, in der ein ungehinderter Fluiddurchgang durch die Ventilöffnung möglich ist (Fig. 1) und andererseits der Ankerhub so klein wie möglich gehalten ist.

Die Position der Öffnung 34 und der Abstand zwischen den Kanten 341 und 342 sind in Kombination mit den Abmessungen des den Ventilkörper 50 bildenen Dichtungsgummis so gewählt, daß dann, wenn die elektromagnetische Vorrich­ tung 20 erregt und der Anker gegen die Kraft der Feder 42 angezogen wird, der Dichtungsgummi mit genügend großer Kraft an der Ventilöffnung 32 anliegt, um sich zu verfor­ men und letztere zu verschließen und eine gute Abdichtung zu gewährleisten, ohne dabei jedoch exzessiv großem Druck und/oder zu starker Verformung ausgesetzt zu sein, die seine Lebensdauer verringern würden. Das bedeutet aber auch, daß die Wegstrecke, um die der Anker 40 sich der Ventilöffnung 32 nähert, so begrenzt ist, daß er praktisch in demselben Zeitpunkt an der Kante 341 zum Anschlag kommt, in dem das Ventil schließt.

Weil die Ventilöffnung und die Öffnung 34 an demselben Teil ausgebildet sind, ist es möglich, genauen Abstand zwischen ihnen einzuhalten und somit die Öffnungs- und Schließstellung des Ventils genau festzulegen. Dies begünstigt ein gutes Ansprechverhalten und erleichtert die Massenproduktion.

Durch geeignete Wahl der Feder 42 ist sichergestellt, daß der Anker bei Aberregung der elektromagnetischen Vorrich­ tung 20 praktisch unverzüglich in die in Fig. 2 darge­ stellte Position bewegt wird, in der das Ventil sich in seiner Öffnungsstellung befindet und zwischen der Arbeits­ seite des Ventilkörpers und der Ventilöffnung 32 der oben erwähnte Abstand "t" besteht. Die Stärke der Feder 40 sollte andererseits so bemessen sein, daß sie die erwähnte Funktion ohne exzessiv großen Widerstand ermöglicht, damit die Wicklung 23 keine großen Erregerströme benötigt. Der Abstand "t" ist klein und so bemessen, daß die Ventilöff­ nung 32 bei Erregung der elektromagnetischen Vorrichtung praktisch unverzüglich geschlossen wird. Durch geeignete Wahl des Abstands "t" und der Stärke der Feder ist sicher­ gestellt, daß das Ventil beim Öffnen und Schließen gutes Ansprechverhalten zeigt. Bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist es außerdem möglich, den Kern 21 und den Anker so anzuordnen, daß zwischen ihnen ein solcher Abstand "h" besteht, daß die elektromagnetische Hysterese verringert wird. Falls darüberhinaus ein Hochfrequenz­ signal verwendet wird, wächst das Ansprechverhalten der Vorrichtung proportional, woraus sich eine Verbesserung der Steuerungseigenschaften ergibt.

Die vorangehend beschriebene Anordnung läßt sich in Syste­ men verwenden, in denen der Durchgang 31 mit einer Vakuum­ quelle verbunden ist und die Ventilöffnung 32 sich in einer Kammer befindet, in die das Vakuum eingeführt werden soll. Es ist andererseits auch möglich, den Durchgang 31 mit einem vakuumgetriebenen Betätigungsorgan zu verbinden und die Ventilöffnung in einer Kammer anzuordnen, die Teil der Vakuumspeisung ist, oder in einer Kammer, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Weitere mögliche Anwendun­ gen für die erfindungsgemäße Ventilanordnung ergeben sich für den einschlägigen Fachmann aufgrund seiner Sachkennt­ nis, so daß zur Verkürzung der Beschreibung auf ihre Darlegung hier verzichtet werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Auführungsbeispiel beschränkt, sondern zahlreichen Änderungen zugänglich, ohne daß damit der Bereich der Erfindung verlassen wird. So ist die Erfindung z. B. nicht auf die Steuerung von Vakuumversorgungen beschränkt, sondern läßt sich leichter Wirkung auch auf Systeme mit positivem Druck anwenden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anordnung, an der sich die Anschläge für den Anker befinden und die Struktur, die die Ventilöffnung aufweist, einstückig aus­ gebildet. Es ist jedoch auch möglich, diese Teile separat auszubilden und durch Schrauben, durch Kleben, durch Warm­ quellschweißen oder Elektroschweißen oder dergleichen mit­ einander zu verbinden. Das Joch kann einstückig mit dem Körper ausgebildet sein, in dem die Ventilöffnung und die Anordnung für den Ankeranschlag vorgesehen sind, wodurch eine genaue Herstellung erleichtert wird. Es ist jedoch auch möglich, diese Teile getrennt herzustellen und in der oben beschriebenen Weise miteinander zu verbinden.

Claims (8)

1. Ventil
mit einem ersten Körper (30), in dem eine Ventilöff­ nung (32) ausgebildet ist,
mit einer an dem ersten Körper (30) montierten elek­ tromagnetischen Vorrichtung (20),
mit einem in der Nähe der elektromagnetischen Vor­ richtung (20) angeordneten Anker (40), der auf die Ventil­ öffnung (32) zu- und von ihr wegbewegbar und so angeordnet ist, daß er bei Erregung der elektromagnetischen Vorrich­ tung (20) in einer ersten Richtung bewegt wird,
mit einer Feder (42), die mit dem Anker (40) derart verbunden ist, daß sie ihn in einer der genannten ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung vorspannt,
und mit einem mit dem Anker (40) verbundenen zweiten Körper (50), der so angeordnet ist, daß er an der Ventil­ öffnung (32) zur Anlage komnt und diese verschließt, wenn der Anker (40) in einer der beiden genannten Richtungen bewegt wird,
gekennzeichnet durch
eine Anschlagvorrichtung (34), die die Bewegung des Ankers (40) sowohl in der ersten als auch in der zweiten Richtung begrenzt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagvorrichtung (34) aus einer Öffnung (34) besteht, die in einem von dem ersten Körper (30) ausgehenden Teil (30) ausgebildet ist und eine erste (341) und eine dieser gegenüberliegende zweite Kante (342) besitzt, und daß der Anker (40) in der genannten Öffnung (34) so aufgenommen ist, daß er sich bei Erregung der elektro­ magnetischen Vorrichtung (20) in der ersten Richtung bewegt und an der ersten Kante (341) zur Anlage kommt, und bei Aberregung der elektromagnetischene Vorrichtung (20) von der Feder (42) in der zweiten Richtung bewegt wird und an der zweiten Kante (342) zur Anlage kommt.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Körper (50) aus einem elastisch verformbaren Teil aus einem elastomeren Werkstoff besteht und so angeordnet ist, daß er einerseits mit der Ventilöffnung (32) in Berührung kommt und hinreichend stark verformt wird, um die Ventilöffnung (32) zu schließen, wenn der Anker (40) an der einen (341) der beiden Kanten (341, 342) anliegt, und daß andererseits einen vorbestimmten lichten Abstand (t) zwischen der Ventilöffnung (32) und dem Eingriff bringbaren Teil des zweiten Körpers (50) gegeben ist, wenn der Anker (40) an der anderen (342) der der beiden Kanten (341, 342) anliegt.

4. Ventil nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch ein Joch (10), das mit dem ersten Körper (30) verbunden ist und die elektromagnetische Vorrichtung (20) trägt.

5. Ventil nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch ein mit dem Joch (10) verbundenes Ankerträgerteil (13), an dem der Anker (40) gelenkig gelagert ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (42) zwischen dem Joch (10) und dem Anker (40) angeordnet ist und daß an dem Joch (10) und dem Anker (40) Mittel (14, 41) zum Anbringen der Feder (42) ausgebildet sind.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerträgerteil (13) zwischen der Feder (42) und dem ersten Körper (30) angeordnet ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Vorrichtung (20) zwischen dem Anker­ trägerteil (13) und dem ersten Körper (30) angeordnet ist.