DE4309739A1 - Elektromagnetisch betätigbares Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, umfassend ein Ventilgehäuse und zumindest eine im Ventilgehäuse angeordnete, ringförmig ausgebildete Magnet­ spule, die einen in axialer Richtung der Magnetspule hin- und herbewegbaren Magnetanker umfangsseitig umschließt, wobei der Magnetanker im Bereich seiner einen Stirnseite durch ein Federelement elastisch gegen ein Widerlager abgestutzt ist, das einen Bestandteil des Ventilgehäuses bildet und im Bereich seiner anderen Stirnseite mit einem Dichtkörper versehen ist, der bedarfsweise mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist.

Ein solches Ventil ist allgemein bekannt und beispielsweise in der DE-OS 40 22 143 gezeigt. Dabei ist allerdings zu beachten, daß sich das Schaltverhalten des Magnetankers mit zunehmender Gebrauchsdauer, beispielsweise durch Setzungserscheinungen des Federelements und einer daraus resultierende, abweichende Federcharakteristik verändern kann. Durch eine Schiefstellung des Federelements, die eine vergrößerte Reibung an der Aufnahmewandung bedingt, kann das Schaltverhalten des Ventils ebenfalls nachteilig verändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß ein gleichbleibendes Schaltverhalten des Magnetankers während einer langen Gebrauchsdauer gewährleistet ist. Außerdem soll das Ventil einen teilearmen, einfachen Aufbau aufweisen und in wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß das Widerlager relativ zum Ventilgehäuse in Bewegungsrichtung des Magnetankers zur Justierung der Vorspannung des Federele­ ments verstellbar ist. Hierbei ist von Vorteil, daß das Schaltverhalten des Ventils während der gesamten Gebrauchs­ dauer in einer zulässigen Toleranz gehalten werden kann und dadurch gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während der gesamten Zeit aufweist. Eine Schiefstellung des Federelements, die vergrößerte Reibung zwischen der Feder und der die Feder zumindest teilweise umschließenden Führung bedingt, mit daraus resultierendem Verschleiß an der Wandoberfläche und damit einhergehender Korrosionsgefahr, kann durch die Einstellbar­ keit der Vorspannung des Federelements kompensiert werden. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß dadurch das Tastverhältnis stets von übereinstimmender Größe ist. Unter dem Tastverhält­ nis eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils wird der Zusammenhang zwischen der Periodendauer des geöffneten Ventils zur Gesamtperiodendauer, also der Periodendauer des geöffneten und des geschlossenen Ventils, verstanden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Widerlager eine ortsfest im Ventilgehäuse aufgenommene Halterung umfassen, die mit einer sich in Bewegungsrichtung des Magnetankers erstreckenden Durchgangsöffnung versehen ist und wobei die Halterung ein innerhalb der Durchgangsöffnung angeordnetes, relativ bewegliches Stellelement kraft-und/oder formschlüssig umschließt. In einem Teilbereich der axialen Erstreckung der Halterung kann diese von der Magnetspule umschlossen sein, wobei das Stellelement möglichst leichtgängig in Bewegungs­ richtung verstellbar sein sollte, um eine möglichst exakte Einstellung der gewünschten Federvorspannung zu erzielen.

Das Federelement kann als Schraubendruckfeder ausgebildet sein. Bevorzugt gelangt eine Schraubendruckfeder aus einem metallischen Werkstoff zur Anwendung, so daß nahezu keine Relaxationserscheinungen während einer langen Gebrauchsdauer auftreten. Die Schraubendruckfeder ist auf der dem Magnetanker abgewandten Seite zumindest in einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung durch die Durchgangsöffnung der Halterung außen­ seitig geführt.

Hinsichtlich einer möglichst leichtgängigen und exakt ein­ stellbaren Federvorspannung kann die Halterung im Bereich ihrer Durchgangsöffnung ein Gewinde aufweisen und das Stell­ element als Schraube ausgebildet sein. Abweichungen des Schaltverhaltens, die nur geringfügig über der zulässigen Toleranz liegen, können bei entsprechender Gewindesteigung des Widerlagers durch eine Feinjustierung behoben werden. Anders­ artig ausgebildete Stellelemente, wie beispielsweise Bolzen, die durch eine Übergangspassung in die Durchgangsöffnung der Halterung eingefügt sind, sind weniger geeignet, da eine Feineinstellung durch den ruckartigen Übergang von Haft- in Gleitreibung nicht vorgenommen werden kann.

Die Schraube kann in Richtung der angrenzenden Schraubendruck­ feder einen Führungszapfen mit relativ zum Schraubengewinde verringertem Durchmesser aufweisen, wobei die Schraubendruck­ feder den Führungszapfen außenseitig zumindest im Bereich ihrer einen Stirnseite umschließt. Neben einer innenseitigen Führung der Schraubendruckfeder wird durch diese Ausgestaltung eine einfachere Montage des Ventils bedingt, wobei die Gefahr von Verkantungen des Federelements während der Montage mini­ miert ist.

Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann dadurch erzielt werden, daß der Führungszapfen mit einem sich um­ fangsseitig erstreckenden und in radialer Richtung vorste­ henden Schnapprand versehen ist, daß der Schnapprand im Bereich seines Außenumfanges auf der dem Schraubenkopf ab­ gewandten Seite mit einer Montageschräge versehen ist, daß die Schraubendruckfeder den Schnapprand mit zumindest einer Windung formschlüssig hintergreift und in einer durch den Schnapprand begrenzten, nutförmigen Vertiefung eingeschnappt ist. Die Schraube und die Schraubendruckfeder können durch diese Ausgestaltung bereits außerhalb des Ventils vormontiert werden kann, wobei die beiden Bauteile, die die vormontierte Einheit bilden, formschlüssig aneinander festgelegt sind. Diese Einheit wird während der Montage in die Durchgangs­ öffnung der Halterung eingefügt, wobei die Schraubendruckfeder durch die Schraube auf einen vorherbestimmten Wert vorgespannt wird. Der Schnapprand, der widerhakenförmig ausgebildet ist und die angrenzende erste Windung der Schraubendruckfeder formschlüssig hintergreift, erleichtert außerdem auch die Demontage, falls beispielsweise der Dichtkörper, der am Magnetanker festgelegt ist, ersetzt werden soll.

Die Schraube kann aus einem polymeren Werkstoff bestehen. Hierbei ist von Vorteil, daß die Schraube mit ihrem einstückig angeformten Schnapprand einfach und kostengünstig herstellbar ist. Gelangt ein polymerer Werkstoff mit selbstschmierenden Eigenschaften zur Anwendung, ist auch nach einer langen Gebrauchsdauer ein leichtgängiges und exaktes Einstellen der Federvorspannung möglich. Probleme durch erhöhte Reibung, die beispielsweise Kontaktkorrosion bedingt sind, werden dadurch wirkungsvoll kompensiert.

Der Magnetanker kann auf der dem Widerlager zugewandten Seite mit einer Beschichtung aus elastomeren Werkstoff versehen sein, wobei die Beschichtung als Federabstützung und/oder Federführung ausgebildet ist. Die Gefahr von Verkantungser­ scheinungen des Federelements während der Montage und/oder während des Betriebs sind durch diese Ausgestaltung weiter reduziert.

Die Beschichtung kann die Schraubendruckfeder im Bereich ihrer anderen Stirnfläche außenseitig konusförmig umschließen und in einer entsprechend ausgebildeten Vertiefung des Magnetankers festgelegt sein. Hierbei ist von Vorteil, daß während der Montage eine exakte Zentrierung des Federelements bezogen auf den Magnetanker gewährleistet ist. Bei der Werkstoffauswahl der Beschichtung ist darauf zu achten, daß der elastomere Werkstoff eine Federsteifigkeit aufweist, die die Federstei­ figkeit des zur Anwendung gelangenden Federelements um Faktor 1,5 bis 20, bevorzugt um Faktor 10 bis 15 übersteigt. Dadurch ist gewährleistet, daß das Schaltverhalten des Ventils aus­ schließlich durch die elastische Nachgiebigkeit des Federele­ ments beeinflußt ist, wodurch ein vorher genau vorherbestimm­ bares Betriebsverhalten erzielt werden kann.

Nach einer davon abweichenden Ausgestaltung kann die Beschich­ tung im wesentlichen zapfenförmig in Richtung des Widerlagers vorspringend ausgebildet und von der Schrauben­ druckfeder im Bereich der anderen Stirnseite außenseitig umschlossen sein. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird eine genaue Zuordnung des Federelements bezogen auf den Magnetanker gewährleistet, wobei die Herstellbarkeit des Magnetankers durch die Vermeidung von Innenbearbeitung erleichtert ist.

Die Beschichtung kann mit einem einstückig ausgebildeten, kreisförmigen Anschlagpuffer versehen sein, der in axialer Richtung zwischen dem Magnetanker und der Halterung angeordnet ist. Die Anschlagpuffer bewirken eine Endlagendämpfung und verhindern Anschlaggeräusche bei Extremauslenkungen des relativ beweglichen Magnetankers bezogen auf das Widerlager. Verschiebungen des Widerlagers können durch die Anschlagpuffer auch bei stoßartiger Anschlagberührung vermieden werden.

Der Magnetanker kann von einer Durchbrechung durchdrungen sein, die sich in Bewegungsrichtung erstreckt, wobei die Durchbrechung von dem elastomeren Werkstoff der Beschichtung vollständig ausgefüllt ist und wobei die Beschichtung und der Dichtkörper einstückig ineinander übergehend ausgebildet sind. Hierbei ist von Vorteil, daß die Beschichtung aus elastomerem Werkstoff und der Dichtkörper in einem Werkzeug und in einem Arbeitsgang einseitig angespritzt werden können.

Zwei Ausführungsbeispiele des beanspruchten, elektromagnetisch betätigbaren Ventils sind nachfolgend in den Zeichnungen dargestellt und näher beschrieben.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Federelement in einem Teilbereich seiner axialen Erstreckung von dem Magnetanker umschlossen ist.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiels dargestellt, das einen Ausschnitt eines Ventils zeigt, das dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ähnlich ist. Anstelle einer außenseitigen Führung durch den Magnetanker wird das Federelement innenseitig durch einen kegelstumpfförmigen Vorsprung geführt, der mit dem Magnetanker verbunden ist.

In Fig. 3 ist die Schraube zur Justierung der Federvorspannung aus den Fig. 1 und 2 als Einzelteil dargestellt.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Ausschnitt aus einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil gezeigt, das von einem Ventilgehäuse 1 umschlossen ist. Das Ventil umfaßt eine ringförmige Magnetspule 2, die über einen Anschluß 26 strom­ beaufschlagbar ist. In axialer Richtung zur Magnetspule 2 benachbart ist der hin- und herbewegbare Magnetanker 3 ange­ ordnet, der im Bereich seiner ersten Stirnfläche 4 durch das Federelement 5, das als Schraubendruckfeder 14 ausgebildet ist, an einem Widerlager 6 abgestützt ist. Auf der zweiten Stirnseite 7 des Magnetankers 3 ist der Dichtkörper 8 ange­ ordnet, der bedarfsweise mit dem Ventilsitz 9 in Eingriff gebracht werden kann. Das Widerlager 6 ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel zweiteilig ausgebildet und besteht aus einer Halterung 11, die ortsfest mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist und der Schraube 15, die als Stellelement 13 ausgebildet ist. Die Schraube 15 besteht in den hier dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen aus einem polymeren Werkstoff, beispielsweise PTFE.

Ein sekundäres Schmiermittel zur Schmierung des Gewindes ist daher entbehrlich. Die Schraubendruckfeder 14 wird im Bereich ihrer ersten Stirnseite 17 innen- und außenseitig geführt. Die innenseitige Führung wird von dem Führungszapfen 16 der Schraube 15 übernommen, während die äußere Führung durch die Durchgangsöffnung 12 der Halterung 11 gebildet ist. Die letzte Windung der Schraubendruckfeder 14 ist formschlüssig von einem Schnapprand 18 durchgriffen, der einstückig ineinander überge­ hend mit dem Führungszapfen 16 der Schraube 15 ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung können die Schraube 15 und die Schraubendruckfeder 14 als vormontierbare Einheit gemeinsam in das Ventil eingesetzt werden. Die Montage ist dadurch wesent­ lich vereinfacht.

In Fig. 1 ist die zweite Stirnseite 23 der Feder 14 in einer konusförmigen Vertiefung des Magnetankers 3 außenseitig gehalten, wobei die Vertiefung mit einer Beschichtung 22 aus elastomerem Werkstoff versehen ist. In diesem Ausführungsbei­ spiel sind der Magnetanker 3 und die Beschichtung 22 sowie der Dichtköper 8 derart gestaltet, daß mehrere dieser Teile aufeinander stapelbar sind. Dies ist für eine einfache Lager­ haltung von hervorzuhebendem Vorteil. In axialer Richtung zwischen der Halterung 11 des Widerlagers 6 und dem Magnet­ anker 3 sind Anschlagpuffer 24 als Endlagendämpfung vorge­ sehen, die einstückig ineinander übergehend mit der Beschich­ tung 22 ausgebildet sind. Die Beschichtung 22 und der Dicht­ körper 8 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel herstellungs­ bedingt aus einem übereinstimmenden Werkstoff. Das Elastomer wird nur einseitig an den Magnetanker 3 angespritzt, durch­ dringt die Durchbrechung 25 vollständig und bildet dann die elastomere Beschichtung 22 und den Dichtkörper 8.

Ein davon abweichendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 gezeigt. Geführt wird die Schraubendruckfeder 14 im Bereich der zweiten Stirnseite 23 innenseitig durch einen kegelstumpf­ förmigen Vorsprung, der einstückig ineinander übergehend mit dem Anschlagpuffer 24 und dem Dichtkörper 8 ausgebildet ist.

In Fig. 3 ist die Schraube 15 zur Einstellung der Federvor­ spannung aus den Fig. 1 und 2 als Einzelteil gezeigt. Hin­ sichtlich einer möglichst kompakten Bauweise ist der Schrau­ benkopf 19 beispielsweise als Innensechskant ausgebildet. Der Führungszapfen 16 ist mit einem Schnapprand 18 versehen, der auf der dem Schraubenkopf 19 abgewandten Seite mit einer Montageschräge 20 versehen ist. In der nutförmigen Vertiefung 21, die durch den Schnapprand 18 begrenzt ist, legt sich eine Windung der zur Anwendung gelangenden Schraubendruckfeder 14 an. Der Widerhakeneffekt der Montageschräge 20 bedingt ein leichtes Einschnappen der Federwindung und ein erschwertes Trennen der beiden Teile. Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung besteht die Schraube 15 aus einem selbstschmierenden Kunststoff, beispielsweise PTFE.

Claims (12)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, umfassend ein Ventilgehäuse und zumindest eine im Ventilgehäuse angeordnete, ringförmig ausgebildete Magnetspule, die einen in axialer Richtung der Magnetspule hin- und herbewegbaren Magnetanker umfangsseitig umschließt, wobei der Magnetanker im Bereich seiner einen Stirnseite durch ein Federelement elastisch gegen ein Widerlager abgestützt ist, das einen Bestandteil des Ventilgehäuses bildet und im Bereich seiner anderen Stirnseite mit einem Dichtkörper versehen ist, der bedarfsweise mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (6) relativ zum Ventilgehäuse (1) in Bewegungsrichtung (10) des Magnetankers (3) zur Justierung der Vorspannung des Federelements (5) verstellbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (6) eine ortsfest im Ventilgehäuse (1) aufge­ nommene Halterung (11) umfaßt, wie von einer sich in Bewegungsrichtung (10) des Magnetankers (3) erstrecken­ den Durchgangsöffnung (12) versehen ist und daß die Halterung (11) ein innerhalb der Durchgangsöffnung (12) angeordnetes, relativ bewegliches Stellelement (13) kraft-und/oder formschlüssig umschließt.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (5) als Schraubendruckfeder (14) ausgebil­ det ist.

4. Ventil nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (11) im Bereich der Durchgangsöffnung (12) ein Gewinde aufweist und daß das Stellelement (13) als Schraube (15) ausgebildet ist.

5. Ventil nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (15) in Richtung der angrenzenden Schraubendruckfeder (14) einen Führungszapfen (16) mit relativ zum Schraubengewinde verringertem Durchmesser aufweist und daß die Schraubendruckfeder (14) den Führungszapfen (16) außenseitig zumindest im Bereich ihrer einen Stirnseite (17) umschließt.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (16) mit einem sich umfangsseitig er­ streckenden und in radialer Richtung vorstehenden Schnapprand (18) versehen ist, daß der Schnapprand (18) im Bereich seines Außenumfangs auf der dem Schraubenkopf (19) abgewandten Seite mit einer Montageschräge (20) versehen ist, daß die Schraubendruckfeder (14) den Schnapprand (18) mit zumindest einer Windung formschlüs­ sig hintergreift und in einer durch den Schnapprand (18) begrenzten, nutförmigen Vertiefung (21) eingeschnappt ist.

7. Ventil nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (15) aus polymerem Werkstoff besteht.

8. Ventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (3) auf der dem Widerlager (6) zugewandten Seite mit einer Beschichtung (22) aus elastomerem Werkstoff versehen ist und daß die Beschich­ tung (22) als Federabstützung und/oder Federführung ausgebildet ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (22) die Schraubendruckfeder (14) im Bereich ihrer anderen Stirnseite (23) außenseitig konusförmig umschließt und in einer entsprechend ausge­ bildeten Vertiefung des Magnetankers (3) festgelegt ist.

10. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (22) im wesentlichen zapfenförmig in Richtung des Widerlagers (6) vorspringend ausgebildet und von der Schraubendruckfeder (14) im Bereich der anderen Stirnseite (23) außenseitig umschlossen ist.

11. Ventil nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (22) mit einem einstückig ausge­ bildeten, kreisförmigen Anschlagpuffer (24) versehen ist, der in axialer Richtung zwischen dem Magnetanker (3) und der Halterung (11) angeordnet ist.

12. Ventil nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (3) von einer Durchbrechung (25) durchdrungen ist, die sich in Bewegungsrichtung (10) erstreckt, daß die Durchbrechung (25) von dem elasto­ meren Werkstoff der Beschichtung (22) vollständig ausgefüllt ist und daß die Beschichtung (22) und der Dichtkörper (8) einstückig ineinander übergehend aus­ gebildet sind.