DE8806867U1

DE8806867U1 - Elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil

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Publication number: DE8806867U1
Application number: DE8806867U
Authority: DE
Original assignee: A U K Mueller & Co Kg 4000 Duesseldorf De GmbH
Current assignee: A U K Mueller & Co Kg 4000 Duesseldorf De GmbH
Priority date: 1987-06-06
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1988-07-21

Description

Firma A. &ugr;. &Kgr;. Müller GmbH & Co. KG, Bücherstr. 31-37, 4000 Düsseldorf 13

Elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil. 10

Die Neuerung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

W In der deutschen Gebrauchsmusterschrift Nr. 72 07 693 ist ein pneumatisch betätigbares Mehrwegeventil beschrieben, das im übrigen die Merkmale aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 aufweist.

Dieses bekannte Ventil ist für Überdrucksysteme gedacht und benötigt einen bestimmten Mindestdruck zu seiner Betätigung.

Die Anforderungen, die an ein 5/2-Wegeventil gestellt werden, das für Unterdrucksysteme geeignet sein soll, unterscheiden sich von den Anforderungen an Ventile für Überdrucksysteme.

Der in einem Unterdrucksystem zur Verfügung stehende

Unterdruck kann in weiten Bereichen schwanken, aber r.cr maximal 100 kPa annehmen.

Wenn beispielsweise über das Ventil ein doppeltwirkender Zylinder betätigt werden soll, dessen Bewegung in beiden Richtungen getrennt in der Geschwindigkeit variieren soll, was zu bestimmten Anforderungen hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit und der wirkenden Kräfte führt, so kann man in einem Unterdrucksystem nicht, wie bei Überdruck, den Druck in weiten Bereichen

variieren. Mit den wirksamen Kolbenflächen muß die Kraft des Zylinders bestimmt werden. Dies hat zur Folge, daß die Nennweite des die Bewegungsabläufe steuernden Ventils groß sein muß und die Umschaltvorgänge nur kurze Zeit beanspruchen dürfen.

~&mgr; Die der Neuerung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 so auszugestalten, daß es insbesondere für Unterdrucksysteme geeignet ist und mit großen Nennweiten ausgestattet sein kann. Weiterhin sollte es, um ein schnelles Umschalten zu gewährleisten, direktwirkend betätigbar sein und nur geringe Steuerleistung erfordern. Schließlich sollte es möglich sein, die verschiedenen Durchtrittswege des Ventils in unterschiedlicher Weise zu variieren und das Ventil sollte verschleißarm und wenig anfällig gegen Verschmutzung sein.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht neuerungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Schutzan-Spruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des neuerungsgemäßen Ventils sind in den Schutzansprüchen 2 bis 6 beschrieben .

Wegen der Forderung nach kurzen Umschaltzeiten wird bei dem neuen Ventil auf eine Kolben- oder Membranunterstützung im Betätigungsteil, wie bei dem bekannten Teil, verzichtet. Die Forderung nach geringer elektrischer Steuerleistung verbietet es weiterhin, einen Steuerschieber für große Nennweiten direkt zu betätigen.

Das neue Ventil ist außerordentlich einfach aufgebaut. Es sind vier koaxial zueinander angeordnete Ventilsitze vorhanden, die durch insgesamt nur zwei doppelwirkende Ventilteller je nach Schaltstellung wechselweise abgedichtet werden müssen. Hier tritt das Problem auf, daß es nur mit größter Präzision möglich wäre, einen gleichzeitigen Form- Kraftschluß der Dichtelemente zu erreichen. Bei dem neuen Ventil wird dieses Problem dadurch gelöst, daß jeder der beiden Ventilteller den einen ihm zugeordneten Ventilsitz durch eine starr anliegende Dichtung und den anderen ihm zugeordneten

Ventilsitz durch eine flexibel anliegende Dichtung

verschließt. Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert, wirkt je nach der Stellung des Ventiltellers die flexibel anliegende oder die starr anliegende Seite eines Dichtelementes auf den entsprechenden Ventilsitz. Durch diesen Aufbau des neuen Ventils ist es möglich, größere maßliche Toleranzen zu überbrücken.

Das neue Ventil ist in hervorragender Weise zum Einsatz in Unterdrucksystemen geeignet.

Eine bevorzugte Anwendungsart bei Unterdrucksystemen ist die Verwendung des Ventils als Pulsator in Melkanlagen zur pulsweisen Ansteuerung des Melkgeschirrs mit Unterdruck. Gewöhnlich werden in derartigen Anlagen 3/2-Wege-Polsatorventile eingesetzt. Die Verwendung des neuen 5/2-Wegeventils bei alternierender Pulsierung im Verhältnis 50/50% kann jeweils ein 3/2-Wegeventil eingespart werden.

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Wird die Betätigungsvorrichtung des neuen Ventils gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 2 ausgebildet, so stellt sich eine monostabile Wirkungsweise ein. Es ist aber auch möglich, auf eine Rückholfeder zu verzichten und den Anker in beiden Bewegungsrichtungen kraftschlüssig mit dem Ventilschaft zu verbinden. Bei entsprechender Ausbildung des Magnetsystems kann das Ventil dann durch polarisierte Impulse in einer bistabilen Wirkungsweise betrieben werden.

Der einfache Aufbau gestattet es, beispielsweise durch entsprechende Ausbildung der zweiten Ventilsitze, die verschiedenen Ourchtrittswege des Ventils unterschiedlich zu beeinflussen, indem beispielsweise bei einer in Schutzanspruch 6 beschriebenen Ausführungsform unterschiedliche Einsatzstücke eingesetzt werden.

Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung ein Aueführungebeispiel für ein 5/2-Wegeventil nach der Neuerung näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt ein 5/2-Wegeventil für ein Unterdrucksystem in einem Vertikalechnitt durch die Mittelachse des Ventils.

1 Das in Fig. 1 dargestellte 5/2-Wegeventil für ein Unterdruckeyetem besitzt ein Ventilgehäuse VG, an dem ein Druckanschluß P zum Anschluß an ein Unterdrucksystem, zwei Arbeitcenschlüsse Al und A2 zum Anschluß en einen Verbraucher und zwei Rücklaufenschlüsse Rl und R2 zur

Belüftung des Verbrauchers angeordnet sind.

Die Darstellung ist längs der vertikalen Mittellinie M geteilt, so daß die linke und die rechte Bildhälfte in den beweglichen Teilen des Ventils die beiden unterschiedlichen Schaltzustände darstellen.

Der Druckanschluß P mündet in eine innerhalb des Ventilgehäuses VG koaxial zur Längsmittelachse M angeordnete Innenkammer, an deren Enden nach außen weisende erste
Ventilsitze 1.1 und 1.2 angeordnet sind. Gegenüber den beiden ersten Ventilsitzen 1.1 und 1.2 ist jeweils ein zweiter Ventilsitz 2.1 und 2.2 angeordnet. Diese zweiten Ventilsitze 2.1 und 2.2 sind jeweils an einem Einsatzstück 2.11 und 2.22 angeordnet, die von beiden Seiten in das Ventilgehäuse VG einsetzbar sind.

Oberhalb des Einsatzstückes 2.11 und unterhalb des
Einsatzstückes 2.22 befindet sich jeweils eine Außenkammer 6.1 und 6.2, die an ihren Seitenflächen die
Belüftungsöffnungen Rl und R2 aufweist.

Die Ventilsitze 1.1 und 2.1 sind in einer Ventilkammer 7.1 angeordnet, die mit dem Arbeitsanschluß Al verbunden ist, während die Ventilsitze 1.2 und 2.2 in einer Ventilkammer 7.2 angeordnet sind, die mit dem Arbeitsanschluß A2 verbunden ist.

3ü Zwischen dem ersten und zweiten Ventilsitz 1.1 und 2.1 bzw. 1.2 und 2.2 ist jeweils ein auf- und abbewegbarer Ventilteller 3.1 und 3.2 angeordnet. Die beiden Ventilteller 3.1 und 3.2 sind über den Ventilschaft 4 miteinander verbunden.

Der bewegbare Steuerteil des Ventils ist als eine zusammenhängende Baueinheit ausgebildet, indem auf einen

den Ventilschaft 4 bildenden Zuganker ein Mittelteil 3.3 aufgeschoben ist, das an seinen beiden Enden jeweils in eine sich verbreiternde Abstützplatte 3.31 und 3.32 übergeht. Diese Abstützplatte befindet sich jeweils im Bereich der ersten und zweiten Ventilsitze je nach Stellung des Ventils und ihr Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes 1.1 bzw. 1.2 aber größer als der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes 2.1 bzw. 2.2.

Auf die Abstützplatte 3.31 und 3.32 ist jeweils eine flexible ringförmige Dichtungsscheibe 3.1 und 3.2 aufgelegt, die an zwei von außen auf den Ventilschaft 4 aufgesteckten Außenteilen 3.4 und 3.5 verankert ist. Die beiden Auß^nteile 3.4 und 3.5 weisen an dem dem Mittelteil 3.3 zugewandten Ende ebenfalls Verbreiterungen auf, deren Durchmesser aber kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Ventilsitze 2.1 und 2.2.

Die Verankerungselemente für die Dichtungsscheiben 3.1 und 3.2 sind als Nuten 3.41 und 3.51 ausgebildet.

Die aus dem Mittelteil 3.3, den Außenteilen 3.4 und 3.5 und den Dichtungsscheiben 3.1 und 3.2 bestehende Baueinheit wird durch den Zuganker 4 zusammengehalten und ist kosxial in das Ventilgehäuse VG eingesetzt, wobei von der Baueinheit die Innenkammer 5, die Ventilkammern 7.1 und 7.2, die ersten und zweiten Ventilsitze 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2 und mindestens teilweise die Außenkammern 6.1 und 6.2 durchsetzt sind. Die Führung der bewegbaren Baueinheit erfolgt durch Führungerippen 3.42, 3.33, 3.34 und 3.52 an den beiden Außenteilen und dem Innenteil. Diese Führungsrippen sind an entsprechenden Bereichen der beiden Einsatzstücke 2.11 und 2.22 sowie der Innenkammer 5 geführt.

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Durch die besondere Ausbildung der Abstützflächen 3.31 und 3.32 wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich, erreicht, daß beispielsweise in der in Fig. 1, linke Hälfte, dargestellten Ventilstellung die Dichtungsscheibe 3.1 flexibel, also nicht besonders unterstützt, am ersten Ventilsitz 1.1 anliegt, während die Dichtungsscheibe 3.2 starr, d.h. von der Abstützfläche 3.32 unterstützt, am zweiten Ventilsitz 2.2 anlief. In Fig. 1, rechte Hälfte, liegt in der anderen Ventilstellung die Dichtungsscheibe 3.1 starr, also von der Abstützfläche 3.31 unterstützt, am zweiten Ventilsitz 2.1 an, während die Dichtungsscheibe 3.2 in dieser Stellung flexibel, also nicht besonders unterstützt, am ersten Ventilsitz 1.2 anliegt.

Es zeigt sich also, daß jede der beiden doppeltwirkenden, den Ventilteller bildenden Dichtungsscheiben 3.1 bzw. 3.2 den ersten Ventilsitz 1.1 und 1.2, der mit dem Druckanschluß P verbunden ist, in flexibel am Ventilsitz anliegender Weise abdichtet, während jeweils der zweite Ventilsitz 2.1 bzw. 2.2, der mit den Belüftungsöffnungen verbunden ist, in starr anliegender Weise abgedicittet wird. Dabei wird, weil es sich um ein Unterdrucksystem handelt, die jeweils flexibel anliegende Dichtungsscheibe in ihrer Abdichtungskraft durch den anliegenden Atmosphärendruck unterstützt. Diese unterstützende Kraft wirkt über den Ventilschaft 4 auch auf die jeweils anderen in dieser Stellung starr abdichtenden Dichtungsecheiben.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, sin in allen Schalt-Stellungen außerordentlich gut abdichtendes Ventil zu erhalten und größere maßliche Toleranzen zu überbrücken.

Die den bewegbaren Steuerteil bildende Baueinheit ist an ihrer in der Zeichnung unteren Seite durch eine Schraubendruckfeder 10 abgestützt, die in einer mit dem Einsatzstück 8.2 verbundenen Kappe 11 angeordnet ist. Das obere Ende dieser Baueinheit stützt sich an einem Betätigungsstift 9.32 ab, der in das am Einsatzstück 8.1 iü befestigte Magnetsystem 3 äii döf Oberseite dss Vsntilgs= häuses VG hineingeführt ist.

Das Magnetsystem 9 besteht aus einer Magnetspule 9.1, durch die in Längsrichtung ein Führungsrohr 9.4 hindurchgeführt ist, innerhalb dessen der Magnetanker 9.31 angeordnet ist, an dessen Unterseite der Betätigungsstift 9.32 befestigt ist. Um die Magnetspule 9.1 herum ist das Magnetjoch 9.21 angeordnet, das durch ein Kopfstück 9.23 und ein Fußstück 9.22 geschlossen ist. Der Betätigungsstift 9.32 ist durch das Fußstück 9.22 hindurchgeführt und die Auslegung des Magnetsystems 9 ist so, daß bei Erregung der Magnetspule 9.1 der Anker 9.31 und damit der Betätigungsstift 9.32 nach unten gegen die Kraftwirkung der Schraubendruckfeder 10 herausgedrückt wird. Dies bedeutet, daß im erregten Zustand des Magnetsystems 9 sich das Ventil in der in Fig. 1, linke Hälfte, dargestellten Schaltstellung befindet, während bei Entregung des Magnetsystems 9 sich das Ventil in der in Fig. 1, rechte Hälfte, dargestellte Schaltstellung befindet. In der erstgenannten Schaltstellung ist der Arbeitsanschluß Al an die Belüftungsöffnung Rl und der Arbeitsanschluß A2 an den Druckanschluß P angeschlossen, während in der zweitgenannten Stellung der Arbeitsanschluß Al an den Druckanschluß P und der Arbeitsanschluß

A2 an die Belüftungsöffnung R2 angeschlossen ist.

Claims

DIFL.-INC. P.-C. SROKA. dr. H. FEDER, dipl-phys. dr. W.-D. FEDER

PATENTANWÄLTE & EUROPEAN PATENT ATTOP.NEYS

10

DOM1NIKANERSTR. 37. POSTFACH 111 038

D-4000 DÜSSELDORF 11 TELSFON (0211) 534&Ogr;2 telex 8584550

25. Mai 1988 WF/Wi Unsere Akte 88-20-15 15

Schutzansprüche

1. Elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil mit einem Ventilgehäuse, an dem ein Druckanschluß sowie zwei Arbeitsanschlüsse und zwei Rücklaufanschlüsse angeordnet sind, wobei jeder der Arbeitsanschlüsse über jeweils einen ersten Ventilsitz mit dem gemeinsamen DruckanechluB und über jeweils einen zweiten Ventilsitz mit einem der Rücklaufanschlösse verbindbar ist und die vier Ventilsitze koaxial angeordnet sind, wobei die mit den Ventilsitzen zusammenwirkenden Ventilteller über einen koaxial durch das Ventilgehäuse geführten Ventilschaft fest miteinander verbunden sind,''dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der einem der Arbeiteanechlüeee (Al, A2) zugeordnete erste und zweite Ventilsitz (1.1-2.1 bzw. 1.2-2.2) durch einen gemeinsamen, zwischen den beiden Ventilsitzen angeordneten, doppelwirkenden Ventilteller (3.1 bzw. 3.2) wechselweise verschließbar ist, wobei der Ventilteller so ausgebildet ist, daß jeweils der zweite Ventilsitz (2.1 bzw. 2.2), der einen kleineren

Durchmesser besitzt als der erste Ventilsitz (1.1 bzw. 1.2),durch eine starr anliegende Dichtung und der erste Ventilsitz (1.1 bzw. 1.2) durch eine flexibel anliegende Dichtung verschließbar ist und daß der Ventilschaft (4) mindestens in einer Richtung kraftschlüssig mit dem Anker (9.31) eines Magnetsystems (9) verbunden ist.
2. 5/2-Wegeventil nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (9) am Ventilgehäuse (VG) koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet und so ausgelegt ist, daß bei seiner Erregung der an einem Ende des Ventilschaftes (4) an diesem anliegende Anker (9.31-9.32) gegen die Kraftwirkung einer am anderen Ende des Ventilschaftes (4) anliegenden Schraubendruckfeder (10) ausfährt.
3. 5/2-Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Ventilsitze (1.1, 1.2) zu beiden Seiten der Queriritte (Q) des Ventilgehäuse (VG) an den einander gegenüberliegenden Enden einer mit dem Druckanschluß (P) verbundenen Innenkammer (5) nach außen weisend angeordnet sind, während die zweiten Ventilsitze (2.1, 2.2) jeweils nach innen weisend am inneren Ende einer mit einer seitlich am Ventilgehäuse (VG) angeordneten Belüftungsöffnung (Rl₁ R2) verbundenen Außenkammer (6.1, 6.2) angeordnet sind und der erste und «.'weite Ventilsitz (1.1-2.1 bzw. 1.2-2.2) jeweils in einer die Innenkammer (5) teilweise umschließenden, mit jeweils einem der Arbeitsanschlüsse (Al, A2) verbundenen Ventilkammer (7.1, 7.2) angeordnet ist.
4. 5/2-Wegeventil nach einem der Anspruchs 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils zwischen einem ersten und einem zweiten Ventilsitz angeordnete Ventilteller eine flexible Dichtungsscheibe (3.1, 3.2) aufweist, deren Durchmesser mindestens dem Durchmesser des ersten Ventilsitzes (1.1, 1.2) entspricht und die an der dem ersten Ventilsitz (1.1, 1.2) zugewandten Seite an einer starren Äbstützplstts (3.31, 3.32) snlisgt, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes (1.1, 1.2) aber größer als dar Durchmesser des zweiten Ventilsitzes (2.1, 2.2) ist.
5. 5/2-Wegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilteller (3.1, 3.2) zusammen mit dem Ventilschaft (4) eine gemeinsame Raueinheit bilden, die einen an seinen beiden Enden mit der Absatzplatte (3.31, 3.32) für die Dichtungsscheibe (3.1, 3.2) versehenen Mittelteil (3.3) und zwei mit Verankerungen (3.41, 3.51) für die Dichtungsscheiben (3.1, 3.2) versehene Außenteile (3.4, 3.5) aufweist, wobei Mittelteil (3.3) und Außenteile (3.4, 3.5)durch einen koaxial durch die Baueinheit geführten Zugbolzen (4) zusammengehalten sind und an den Enc'en des Mittelteils (3.3) und der Außenteile (3.4, 3.5) jeweils im Bereich der Ventilsitze geführte Führungsrippen (3.33, 3.34, 3.42, 3.52) angeordnet sind.
6. 5/2-Wegeventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventilsitze (2.1, 2.2) jeweils in Einsatzstücken (2.11, 2.22) angeordnet sind, die in das Ventilgehäuse (VG) an seinen beiden Enden eingesetzt sind und durch Befestigungskappen (8.1, 6.2) gehalten werden, in welchen die seitlichen Belüftungsöffnungen (Rl, R2) angeordnet sind, wobei in einer der Befestigungskappen (8.2) zusätzlich die Druckfeder (10) angeordnet ist, während an der anderen Befestigungskappe (8.1) das Magnetsystem (9) befestigt ist.