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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Sitzventil,
in dem eine große
Durchflussrate mit einem elektromagnetischen Ventil von geringer
Größe und mit
geringer Leistungsaufnahme erzielt werden kann.
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Im
Allgemeinen ist es bei einem Elektromagneten, der in einem elektromagnetischen
Ventil verwendet wird, effektiv, den Hub des beweglichen Kerns zu
minimieren, um mit einem Elektromagneten von geringer Größe und mit
geringer Leistungsaufnahme eine große Antriebskraft zu erreichen,
weil die Kraft, die bei der Erregung auf den beweglichen Kern wirkt,
umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Hubes des beweglichen
Kerns ist.
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Andererseits
ist es bei einem elektromagnetischen Sitzventil zum Öffnen und
Schließen
eines Ventilsitzes durch Antrieb eines auf- und abgehenden Ventilelementes
mit einem beweglichen Kern, weil der Grad der Öffnung des Ventils im Wesentlichen
proportional zum Hub des beweglichen Kerns ist, erforderlich, den
Hub des beweglichen Kerns und des auf- und abgehenden Ventilelementes zu maximieren,
um eine große
Durchflussrate von Fluid zu regeln. Jedoch, wenn der Hub des beweglichen Kerns
vergrößert wird,
ist der Öffnen/Schließen-Hub des
auf- und abgehenden Ventilelementes groß und eine große Durchflussrate
von Fluid kann geregelt werden, aber, wie oben beschreiben, verringert
sich die Anziehungskraft, die auf den beweglichen Kern wirkt. Wenn
der Hub des beweglichen Kerns reduziert wird, wird die Anziehungskraft,
die auf den beweglichen Kern wirkt, vergrößert, aber der Öffnen/Schließen-Hub
des auf- und abgehenden Ventilelementes verringert sich und die
Fluiddurchflussrate wird reduziert. Daher ist es erforderlich, die
oben beschriebenen wechselseitig widersprüchlichen Probleme zu lösen, um
eine große
Durchflussrate mit einem Elektromagneten von geringer Größe und mit
geringer Leistungsaufnahme zu erzielen.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein elektromagnetisches Ventil zur Verfügung zu
stellen, in dem ein Ventilsitz um einen Betrag geöffnet wird,
der so groß wie
möglich
ist, um eine große
Durchflussrate zu erzielen, während
der Hub eines beweglichen Kerns in einem Elektromagnetabschnitt
reduziert wird, um eine große
Anziehungskraft mit dem kleinst möglichen Elektromagneten und
mit der geringst möglichen
Leistungsaufnahme zu erzielen.
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CH-A-650320 offenbart
ein elektromagnetisches Ventil, das nicht vom Typ Sitzventil ist.
Das Ventil umfasst ein Gehäuse
beinhaltend einen Einlassport, einen Auslassport und einen Ablassport, eine
Ventilkammer, die im Gehäuse
ausgebildet ist, mit der der Einlassport und der Ablassport über einen entsprechenden
Einlassventilsitz und einen Ablassventilsitz, der dem Einlassventilsitz
gegenüber
liegt, kommunizieren und mit der der Auslassport in einer Position
zwischen den Ventilsitzen kommuniziert sowie einen Elektromagnetabschnitt
mit einem beweglichen Kern für
das Öffnen
und Schließen
des Ventils.
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Ein
elektromagnetisches Ventil entsprechend der vorliegenden Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Ventil ein
elektromagnetisches Sitzventil ist, umfassend ein auf- und abgehendes
Ventilelement, untergebracht in der Ventilkammer, zum Öffnen und
Schließen
des Einlassventilsitzes und des Ablassventilsitzes, den beweglichen
Kern des Elektromagnetabschnittes, der das auf- und abgehende Ventilelement
veranlasst zu öffnen
und zu schließen,
und dass der Einlassventilsitz auf einem Ventilsitzelement ausgebildet ist,
das vorgesehen ist, sich vorwärts
und rückwärts hin
zum und weg vom Ablassventilsitz zu bewegen und die Ventilkammer
definiert, das Ventilsitzelement umfassend einen Einlassdurchflussweg,
der den Einlassport und den Einlassventilsitz verbindet, eine erste
und eine zweite Druck aufnehmende Fläche, die unterschiedliche Druck
aufnehmende Flächengrößen aufweisen
und auf die Fluiddruck vom Einlassport in entgegengesetzten Richtungen
einwirkt, und eine dritte Druck aufnehmende Fläche, auf die Fluiddruck in
der Ventilkammer in der gleichen Richtung einwirkt wie auf die zweite
Druck aufnehmende Fläche,
dass sich das Ventilsitzelement vorwärts zum Ablassventilsitz unter
einer Fluiddruckkraft bewegt, die sich aus einer Flächendifferenz
zwischen der ersten und der zweiten Druck aufnehmenden Fläche ergibt,
wenn der Einlassventilsitz durch das auf- und abgehende Ventilelement geschlossen
wird, und sich rückwärts in eine
Richtung weg vom Ablassventilsitz unter einer Fluiddruckkraft bewegt,
die sich aus einer Flächendifferenz
zwischen der ersten, zweiten und dritten Druck aufnehmenden Fläche ergibt,
wenn das auf- und
abgehende Ventilelement den Einlassventilsitz öffnet.
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Bei
einem elektromagnetischen Ventil, das den oben beschriebenen Aufbau
aufweist, schlieft das auf- und abgehende Ventilelement den Einlassventilsitz
und öffnet
den Ablassventilsitz, wenn der Elektromagnetabschnitt nicht erregt
ist. Zu diesem Zeitpunkt wirkt der Fluiddruck vom Einlassport auf
die erste und die zweite Druck aufnehmende Fläche und das Ventilsitzelement
bewegt sich vorwärts
und nähert
sich dem Ablassventilsitz durch eine Kraft, die sich aus der Differenz
der Flächengrößen zwischen der
ersten und der zweiten Druck aufnehmenden Fläche ergibt. Das auf- und abgehende
Ventilelement und der bewegliche Kern nehmen Druck vom Ventilsitzelement
auf und bewegen sich über
eine kleine Distanz, d.h. Hub, um solche Positionen einzunehmen,
dass der Ablassventilsitz geöffnet
ist.
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Wenn
der Elektromagnetabschnitt in diesem Zustand erregt wird, öffnet das
auf- und abgehende Ventilelement den Einlassventilsitz und schließt den Ablassventilsitz
durch den Betrieb des beweglichen Kerns. Dadurch strömt das Druckfluid
vom Einlassventilsitz in die Ventilkammer und wirkt auf die dritte Druck
aufnehmende Fläche
des Ventilsitzelementes ein. Im Ergebnis bewegt sich das Ventilsitzelement rückwärts in Richtung
weg vom Ablassventilsitz aufgrund der Kraft, die aus der Differenz
zwischen den Flächengrößen der
entsprechenden Druck aufnehmenden Flächen resultiert, und ein Raum
zwischen dem Einlassventilsitz und dem auf- und abgehenden Ventilelement
wird breiter, so dass der Betrag, um den der Einlassventilsitz geöffnet ist,
vergrößert wird.
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Wenn
die Erregung des Elektromagnetabschnittes beendet wird, kehrt der
bewegliche Kern zurück
und das auf- und abgehende Ventilelement schließt den Einlassventilsitz, öffnet den
Ablassventilsitz und öffnet
den Auslassport sowie die Ventilkammer zur Umgebungsatmosphäre. Da sich
das auf- und abgehende Ventilelement zu diesem Zeitpunkt in eine
Position bewegt, in der sich der Einlassventilsitz in einer hinteren
Position befindet, öffnet
der Ablassport zeitweilig um einen großen Betrag. Dann, wenn der
Fluiddruck in der Ventilkammer abnimmt, bewegt sich das Ventilsitzelement
vorwärts
hin zum Ablassventilsitz aufgrund der Fluiddruckkraft, die sich aus
der Differenz der Flächengrößen zwischen
der ersten Druck aufnehmenden Fläche
und der zweiten Druck aufnehmenden Fläche ergibt. Dadurch drückt das
Ventilsitzelement auf das auf- und abgehende Ventilelement und den
beweglichen Kern und bewegt sie eine kurze Strecke, d.h. Hub, in
solche Positionen, dass der Ablassventilsitz geöffnet wird.
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Da
das auf- und abgehende Ventilelement durch einen kleinen Hub des
beweglichen Kerns umgeschaltet werden kann, ist es möglich, die
große
Anziehungskraft zu generieren, die für eine Ventilöffnung mit
einem Elektromagneten mit kleinen Abmessungen erforderlich ist.
Darüber
hinaus, wenn das auf- und abgehende Ventilelement den Einlassventilsitz öffnet, bewegt
sich das Ventilsitzelement mit dem Einlassventilsitz aufgrund des
Fluiddrucks, so dass der Grad der Öffnung vergrößert wird.
Dadurch ist es möglich,
ein große
Fluiddurchflussrate durch einen kleinen Hub zu steuern.
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Somit
steht ein elektromagnetisches Ventil zur Verfügung, in dem ein beweglicher
Kern durch einen kleinen Hub ein auf- und abgehendes Ventilelement
antreibt, um einen Einlassventilsitz zu öffnen, und dann bewegt sich
der Einlassventilsitz aufgrund des Fluiddrucks in eine Richtung
weg vom auf- und abgehenden Ventilelement, so dass der Betrag, um den
das Ventil öffnet,
vergrößert wird.
Wenn der bewegliche Kern zurückkehrt
und das auf- und abgehende Ventilelement den Einlassventilsitz schließt, bewegt
sich der Einlassventilsitz aufgrund des Fluiddrucks, um das auf-
und abgehende Ventilelement und den beweglichen Kern in solche Positionen
zu bewegen, die das Ventil durch einen kleinen Hub öffnen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weist das Ventilsitzelement einen Abschnitt mit großem Durchmesser
und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf, der Einlassventilsitz
und die dritte Druck aufnehmende Fläche, die gegenüber der
Ventilkammer angeordnet ist, sind am Abschnitt mit großem Durchmesser
ausgebildet, ein Abschnitt, der einen Zwischenraum definiert, im
Folgenden als Abstandsabschnitt bezeichnet, der ebenfalls als Teil
des Einlassdurchflussweges fungiert, ist zwischen dem Abschnitt
mit großem
Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser ausgebildet,
die erste Druck aufnehmende Fläche
ist an einer Seite des Abschnittes mit großem Durchmesser gegenüber dem Abstandsabschnitt
ausgebildet und die zweite Druck aufnehmende Fläche ist an einer Seite des
Abschnittes mit kleinem Durchmesser gegenüber dem Abstandsabschnitt ausgebildet.
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Der
Abschnitt des Ventilsitzelementes mit großem Durchmesser ist in einer
innen liegenden Bohrung im Gehäuse über ein
Dichtungselement eingesetzt und der Abschnitt des Ventilsitzelementes
mit kleinem Durchmesser ist so eingesetzt, dass er sich gleitend
in einem Dichtungselement in einer Buchse mit kleinem Durchmesser,
die in der innen liegenden Bohrung angebracht ist, bewegt.
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Es
ist möglich,
zur Unterstützung
eine Feder vorzusehen, die das Ventilsitzelement zurück zum Ablassventilsitz
zwingt.
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Entsprechend
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist eine bewegliche Federführung
vorgesehen, die um den Einlassventilsitz im Einlassventilsitzelement
herum angeordnet ist und mit dem auf- und abgehenden Ventilelement
in Verbindung steht, und eine Rückstellfeder
befindet sich zwischen der Federführung und dem Ventilsitzelement.
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Entsprechend
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist eine Führung
zum Führen
des Öffnens und
Schließens
des auf- und abgehenden Ventilelementes durch Gleiten in der Ventilkammer
am auf- und abgehenden Ventilelement angebracht und eine Rückstellfeder
befindet sich zwischen der Führung und
dem Ventilsitzelement. Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft
lediglich mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben,
in denen
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1 eine
vertikale Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines elektromagnetischen
Ventils entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, in der die
linke Hälfte
einen Zustand darstellt, in dem ein Elektromagnetabschnitt nicht
erregt ist, und die rechte Hälfte
einen Zustand darstellt, in dem der Elektromagnetabschnitt erregt
ist.
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2 eine
vertikale Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist, in der die linke Hälfte einen Zustand
darstellt, in dem ein Elektromagnetabschnitt nicht erregt ist, und
die rechte Hälfte
einen Zustand darstellt, in dem der Elektromagnetabschnitt wie in 1 erregt
ist.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
elektromagnetischen Sitzventils. Das elektromagnetische Ventil 100 umfasst
kurz gesagt einen Ventilabschnitt 1 mit dem Aufbau eines
Dreiwegeventils und einen Elektromagnetabschnitt 2 zum
Antrieb des Ventilabschnittes.
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Ein
Gehäuse 10 im
Ventilabschnitt 1 umfasst einen Einlassport P, einen Auslassport
A, einen Ablassport R und innen liegende Bohrungen 4, mit
denen die entsprechenden Ports kommunizieren. Die innen liegende
Bohrung 4 besteht aus einem Abschnitt mit großem Durchmesser 4a,
der eine Seitenfläche
aufweist, in die der Einlassport P öffnet, und einen Abschnitt
mit kleinem Durchmesser 4b, der eine Seitenfläche aufweist,
in die der Auslassport A öffnet, und
einen axialen Endabschnitt, in den der Ablassport R durch einen
Ablassventilsitz 16 öffnet.
Ein Ventilsitzelement 12 ist in dem Bohrungsabschnitt mit großem Durchmesser 4a in
axialer Richtung gleitend untergebracht und das Ventilsitzelement 12 definiert eine
Ventilkammer 11 in einer Position des Bohrungsabschnittes
mit kleinem Durchmesser 4b.
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Das
Ventilsitzelement 12 besteht aus einem Abschnitt mit großem Durchmesser 12a,
der sich durch ein Dichtungselement 13 im Bohrungsabschnitt
mit großem
Durchmesser 4a luftdicht abgeschlossen gleitend bewegt,
und einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 12b, der sich
durch ein Dichtungselement 13 luftdicht abgeschlossen gleitend
in einer Buchse mit kleinem Durchmesser 20 bewegt, die
sich in einem Endabschnitt des Bohrungsabschnittes mit großem Durchmesser 4a befindet.
Der Abschnitt mit großem
Durchmesser 12a ist mit einem Einlassventilsitz 15 versehen,
der in die Ventilkammer 11 am Ende eines rohrförmigen Abschnittes 12c öffnet, ausgebildet
im Zentrum des Abschnittes mit großem Durchmesser 12a,
so dass der Einlassventilsitz 15 dem Ablassventilsitz 16 gegenüber liegt.
An einem Übergang
zwischen dem Abschnitt mit großem
Durchmesser 12a und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 12b ist
ein Abstandsabschnitt 14 ausgebildet, der mit dem Einlassport
P kommuniziert. Eine erste Druck aufnehmende Fläche 17 auf der Seite
des Abschnittes mit großem
Durchmesser 12a und eine zweite Druck aufnehmende Fläche 18 auf der
Seite des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 12b, die
unterschiedliche Druck aufnehmende Flächen aufweisen, sind entsprechend
ausgebildet, so dass sie einander an gegenüber liegenden Seiten des Abstandsabschnittes 14,
der auch als Durchflussweg fungiert, gegenüber stehen. An einer Seite des
Abschnittes mit großem
Durchmesser 12a gegenüber
der Ventilkammer 11 ist eine dritte Druck aufnehmende Fläche 19 ausgebildet,
die im Wesentlichen die gleiche Fläche aufweist wie die erste
Druck aufnehmende Fläche 17.
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Der
Abstandsabschnitt 14 ist mit der Ventilkammer 11 durch
eine durchgehende Bohrung verbunden, die sich in dem rohrförmigen Abschnitt 12c durch
den Einlassventilsitz 15 und das auf- und abgehende Ventilelement 30 für das Öffnen und
Schließen des
Einlassventilsitzes 15 erstreckt, und der Ablassventilsitz 16 ist
in der Ventilkammer 11 untergebracht. Eine Platte 4c zur
Befestigung der Buchse 20 ist an einem Endabschnitt des
Bohrungsabschnittes mit großem
Durchmesser 4a befestigt und eine Bohrung zur Öffnung einer
Kammer hinter dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 12b nach
außen
ist in der Platte 4c vorhanden.
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Das
Ventilsitzelement 12 bewegt sich in der innen liegenden
Bohrung 4 durch Fluiddruck aus Druckluft oder dergleichen,
der vom Einlassport P zugeführt
wird, vorwärts
und rückwärts. Mit
anderen Worten, in einem Zustand, in dem der Einlassventilsitz 15 durch
das auf- und abgehende Ventilelement 30 geschlossen ist,
wie in der linken Hälfte
der Zeichnung dargestellt, wirkt Fluiddruck, wenn er vom Einlassport
P in den Abstandsabschnitt 14 geleitet wird, auf die erste
Druck aufnehmende Fläche 17,
die eine große
Fläche
aufweist, und auf die zweite Druck aufnehmende Fläche, die
eine kleine Fläche
aufweist, das Ventilsitzelement 12 bewegt sich durch eine
Fluiddruckkraft, die auf der Differenz zwischen den Flächen basiert,
vorwärts
in eine Position, in der der Abschnitt mit großem Durchmesser 12a in
Kontakt mit einem Stufenabschnitt 21 der innen liegenden
Bohrung 4 kommt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das auf- und abgehende
Ventilelement 30 durch einen Hub a den Ablassventilsitz 16.
In einem Zustand, in dem der Einlassventilsitz 15 geöffnet ist
und der Fluiddruck vom Einlassport P in die Ventilkammer 11 strömt, wie in
der rechten Hälfte
der Zeichnung dargestellt, wird, weil der Fluiddruck in der Ventilkammer 11 auch
auf die dritte Druck aufnehmende Fläche 19 des Ventilsitzelementes 12 wirkt,
das Ventilsitzelement 12 durch eine Kraft nach unten gedrückt, die
einer Gesamtdifferenz zwischen den entsprechenden Druck aufnehmenden
Flächen 17 bis 19 entspricht,
d.h., eine Antriebskraft mit einer Magnitude, die mit einem Durchmesser
des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 12b korrespondiert,
und bewegt sich rückwärts in eine
Stellung, in der der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 12b mit
der Buchse 20 verbunden ist. Ein Hub des Ventilsitzelementes 12 ist
zu diesem Zeitpunkt b und ein Hub, durch den das auf- und abgehende
Ventilelement 30 schließlich den Einlassventilsitz 15 öffnet, beträgt c = a
+ b.
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Das
auf- und abgehende Ventilelement 30 ist zwischen dem Einlassventilsitz 15 und
dem Ablassventilsitz 16 angeordnet und öffnet und schließt die Ventilsitze 15 und 16 bei
Erregung und Beendigung der Erregung des Elektromagnetabschnittes 2.
Um das auf- und abgehende Ventilelement 30 durch den Elektromagnetabschnitt 2 zu
veranlassen das Öffnen und
Schließen
auszuführen,
ist das auf- und abgehende Ventilelement 30 mit Schubschäften 31, 31 versehen,
die Bestandteil einer Einfassung 31a sind, die an einem äußeren peripheren
Abschnitt des auf- und abgehenden Ventilelementes 30 angebracht
ist. Diese Schubschäfte 31, 31 werden
aus dem Gehäuse 10 zum
Elektromagnetabschnitt 2 in eine Position oberhalb des
Ablassventilsitzes 16 herausgeführt und die Enden der Schubschäfte 31, 31 werden
in Kontakt mit einer Abdeckung 46 gebracht, die am beweglichen
Kern 43 des Elektromagnetabschnittes 2 angebracht
ist.
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Der
Einlassventilsitz 15 befindet sich an einem Ende des rohrförmigen Abschnittes 12c,
der nach vom über
den zentralen Abschnitt des Ventilsitzelementes 12 hinausragt.
Eine röhrenartige
Federführung 33,
deren eines Ende in Kontakt mit dem auf- und abgehenden Ventilelement 30 steht,
ist eingepasst, um über
eine Peripherie des rohrförmigen
Abschnittes 12c zu gleiten, und eine Rückstellfeder 35 befindet
sich zwischen der Federführung 33 und
dem Ventilsitzelement 12. Eine Nut, durch die Fluid strömen kann,
ist an einem Abschnitt des Endes der Federführung 33, das mit
dem auf- und abgehenden Ventilelement 30 in Kontakt ist,
ausgebildet und ein Durchflussweg zwischen dem Einlassventilsitz 15 und
dem Auslassport A wird durch die Nut gebildet. Eine Rückstoßkraft der
Rückstellfeder 35 übersteigt nicht
die Fluiddruckkraft, die aufgrund der Flächendifferenz zwischen der
ersten Druck aufnehmenden Fläche 17 und
der zweiten Druck aufnehmenden Fläche 18 auf das Ventilsitzelement 12 wirkt.
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Der
Elektromagnetabschnitt 2 wird gebildet durch Befestigung
eines fest stehenden Kerns 42 in einem Spulenkörper 40,
der mit einer Spule 41 umwickelt ist, Einsetzen des beweglichen
Kerns 43, der durch den fest stehenden Kern 42 angezogen
wird, in den Spulenkörper 40,
so dass er sich gleitend bewegen kann, und Ausbildung eines magnetischen
Weges mit einem magnetischen Gehäuse 44 und
einer magnetischen Platte 45, die die Peripherie der Spule 41 umgeben.
Die Abdeckung 46, die aus synthetischem Harz besteht, ist
am beweglichen Kern 43 angebracht und eine Rückstellfeder 47 ist
in einem zusammen gedrückten
Zustand zwischen der Abdeckung 46 und der magnetischen
Platte 45 vorhanden.
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In
dem elektromagnetischen Sitzventil 100, das den oben beschrieben
Aufbau aufweist, ist der Ablassventilsitz 16 geöffnet und
der Einlassventilsitz 15 ist geschlossen, wie in der linken
Hälfte
von 1 dargestellt, wenn der Elektromagnetabschnitt 2 nicht erregt
ist, weil auf das auf- und abgehende Ventilelement 30 durch
die vorgespannte Kraft der Rückstellfeder 47 über die
Abdeckung 46, die am beweglichen Kern 43 und den
Schubschäften 31 angebracht
ist, Druck ausgeübt
wird. Dadurch ist der Auslassport A über den Ablassport R zur Umgebungsatmosphäre hin geöffnet. In
diesem Fall wirkt der Druck von Fluid, das vom Einlassport P in
den Abstandsabschnitt 14 des Ventilsitzelementes 12 strömt in entgegengesetzten
Richtungen auf die erste Druck aufnehmende Fläche 17 und die zweite
Druck aufnehmende Fläche 18.
Weil die Fläche
der ersten Druck aufnehmenden Fläche 17 größer ist
als die der zweiten Druck aufnehmenden Fläche 18, wird das Ventilsitzelement 12 durch
die Fluiddruckkraft, die auf der Flächendifferenz basiert, vorwärts bewegt
und stoppt in einer Position, in der sie mit dem Stufenabschnitt 21 in
Kontakt kommt. Der Öffnungshub
des auf- und abgehenden Ventilelementes 30 für den Ablassventilsitz 16 beträgt zu diesem
Zeitpunkt a.
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Wenn
der Elektromagnetabschnitt 2 in diesem Zustand erregt wird,
bewegt sich das auf- und abgehende Ventilelement 30 um
den Hub a und öffnet
den Einlassventilsitz 15 und schließt den Ablassventilsitz 16,
wie in der rechten Hälfte
von 1 dargestellt, weil der bewegliche Kern 43 durch
den feststehenden Kern 42 angezogen wird. Dadurch strömt das Druckfluid
vom Einlassventilsitz 15 in die Ventilkammer 11 und
weiter zum Auslassport A. Des weiteren wirkt der Fluiddruck in der
Ventilkammer 11 auch auf die dritte Druck aufnehmende Fläche 19 des Ventilsitzelementes 12 und
die Fluiddruckkräfte,
die auf die dritte Druck aufnehmende Fläche 19 und die erste
Druck aufnehmende Fläche 17 wirken,
heben einander auf. Im Ergebnis wird das Ventilsitzelement 12 durch
die Fluiddruckkraft, die auf die zweite Druck aufnehmende Fläche 18 wirkt,
nach unten gedrückt, d.h.
die Antriebskraft mit der Magnitude, die mit dem Durchmesser des
Abschnittes mit kleinem Durchmesser 12b korrespondiert,
und bewegt sich um den Hub b rückwärts in die
Position, in der der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 12b mit
der Buchse 20 verbunden ist. So wird der Einlassventilsitz
schließlich durch
das auf- und abgehende Ventilelement 30 um den Hub c =
a + b geöffnet.
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Dadurch,
dass der bewegliche Kern 43 durch den fest stehenden Kern
im Elektromagnetabschnitt 2 nur über die geringe Distanz des
Hubes a angezogen werden muss, um das auf- und abgehende Ventilelement 30 um
den Hub c = a + b zu öffnen,
kann der bewegliche Kern 43 zuverlässig mit einer extrem großen Anziehungskraft
angezogen werden oder es ist möglich,
eine große
Anziehungskraft, die für
die Ventilöffnung
erforderlich ist, mit einem Elektromagneten mit kleinen Abmessungen
zu generieren, um den Einlassventilsitz 15 problemlos zu öffnen. Obwohl
der durch Anziehung entstehende Hub des beweglichen Kerns 43 klein
ist, ist es möglich,
das auf- und abgehende Ventilelement um bis zu einem Hub von c =
a + b zu öffnen.
Dadurch ist es möglich,
eine große
Durchflussrate von Fluid durch den kleinen Hub zu steuern.
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Wenn
dann die Erregung des Elektromagnetabschnittes 2 eingestellt
wird, kehrt der beweglich Kern 43 durch die Spannungskraft
der Rückstellfeder 47 zurück und das
auf- und abgehende Ventilelement 30 öffnet den Ablassventilsitz 16,
schließt
den Einlassventilsitz 15 und öffnet den Auslassport A und
die Ventilkammer 11 zur Umgebungsatmosphäre. Zu diesem
Zeitpunkt bewegt sich das auf- und abgehende Ventilelement 30 um
den Hub c und der Ablassport R wird ebenfalls zeitweilig um den
Hub c geöffnet.
Wenn sich dann der Fluiddruck in der Ventilkammer 11 verringert,
bewegt sich das Ventilsitzelement 12 um den Hub b durch
die Fluiddruckkraft, die auf der Flächendifferenz zwischen der
ersten Druck aufnehmenden Fläche 17 und
der zweiten Druck aufnehmenden Fläche 18 basiert, vorwärts zum
auf- und abgehenden Ventilelement 30 und kommt in Kontakt mit
dem Stufenabschnitt 21. Im Ergebnis bewegen sich das auf-
und abgehende Ventilelement 30 und der bewegliche Kern 43 um
den Hub b rückwärts und stoppen
schließlich
in den Positionen, die in der linken Hälfte von 1 dargestellt
sind, um den Ablassventilsitz 16 um den Hub a zu öffnen, und
nehmen Positionen ein, die den Ablassventilsitz 16 um einen kleinen
Hub öffnen.
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Somit
ist es mit dem elektromagnetischen Ventil 100 möglich, den
Ventilsitz um einen möglichst großen Betrag
zu öffnen,
um eine große
Durchflussrate zu erzielen, während
der Hub des beweglichen Kerns 43 im Elektromagnetabschnitt 2 reduziert
wird, um die große
Anziehungskraft mit dem kleinst möglichen Elektromagneten und
der geringst möglichen Leistungsaufnahme
zu erzielen.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
elektromagnetischen Sitzventils. Im elektromagnetischen Ventil 200 befindet
sich ein auf- und abgehendes Ventilelement 80 zwischen
einem Einlassventilsitz 65 und einem Ablassventilsitz 66 und
wird dadurch geöffnet
und geschlossen, dass auf das auf- und abgehende Ventilelement 80 mit
einem Schubschaft 81, der sich vom beweglichen Kern 93 eines Elektromagnetabschnittes 2 durch
das Innere des Ablassventilsitzes 66 erstreckt, Druck ausgeübt wird. Ein
Basisende des Schubschaftes 81 ist in einen ausgesparten
Abschnitt 93a des beweglichen Kerns 93 eingesetzt
und wird durch eine Feder 98 in Richtung des auf- und abgehenden
Ventilelementes 80 gezwungen. Durch Begrenzung eines Hubs
des Schubschaftes 81 ist ein flanschförmiger Vorsprung 81a, ausgebildet
an einer äußeren Peripherie
des Schubschaftes 81, in einen ausgesparten Abschnitt 96a einer
Abdeckung 96, die am beweglichen Kern 93 angebracht
ist, eingesetzt.
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Eine
Ventilelementführung 84,
die sich gleitend in der Ventilkammer 61 bewegt, ist am
auf- und abgehenden
Ventilelement 80 anstelle einer Federführung 33 im ersten
Ausführungsbeispiel
angebracht und eine Rückstellfeder 85 ist
zwischen der Ventilelementführung 84 und
dem Ventilsitzelement 62 eingesetzt. Eine Durchflusslücke für Fluid
ist an einer Peripherie der Ventilelementführung 84 ausgebildet,
um einen Durchflussweg vom Einlassventilsitz 65 zu einem
Auslassport A und einen Durchflussweg vom Auslassport A zum Ablassventilsitz 66 zu
erhalten.
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Darüber hinaus
befindet sich eine Hilfsfeder 72, die das Ventilsitzelement 62 in
Richtung des Ablassventilsitzes 66 zwingt zwischen dem
Ventilsitzelement 62 und einer Platte 69. Die
Hilfsfeder 72 unterstützt
eine Fluiddruckkraft, die auf eine erste Druck aufnehmende Fläche 67 wirkt,
um das Ventilsitzelement 62 gegen das auf- und abgehende
Ventilelement 80 zu zwingen. Die Hilfsfeder kann auch am Ventilsitzelement 12 im
elektromagnetischen Ventil des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen
sein.
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Da
keine Unterschiede im sonstigen Aufbau und den Betriebsabläufen des
zweiten Ausführungsbeispiels
und denen des ersten Ausführungsbeispiels
bestehen, sind Hauptabschnitte in der Zeichnung mit den gleichen
Bezugszeichen versehen wie im ersten Ausführungsbeispiel, um die Beschreibung der
Abschnitte weglassen zu können.
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Entsprechend
dem elektromagnetischen Sitzventil der vorliegenden Erfindung, das
oben detailliert beschrieben wurde, ist es möglich, ein elektromagnetisches
Ventil zur Verfügung
zu stellen, in dem der Ventilsitz um einen möglichst großen Betrag geöffnet wird,
um eine große
Durchflussrate zu erzielen, während
ein Hub des beweglichen Kerns im Elektromagnetabschnitt reduziert
wird, um eine große
Anziehungskraft mit dem kleinst möglichen Elektromagneten und
der geringst möglichen
Leistungsaufnahme zu erzielen.