WO1997015771A1

WO1997015771A1 - Magnetventil mit einem hubanker

Info

Publication number: WO1997015771A1
Application number: PCT/EP1996/004625
Authority: WO
Inventors: Werner DÖHLA; Werner Schieweck
Original assignee: Rapa Rausch & Pausch Elektrotechnische Spezialfabrik Gmbh
Priority date: 1995-10-25
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 1997-05-01

Abstract

Ein Magnetventil mit einem Hubanker (8) wird in Abhängigkeit vom Stromdurchflossenen oder stromlosen Zustand eines Elektromagneten über einen Stössel betätigt, der im Ventilraum von einem Faltenbalg (12) umgeben ist. Zur Verringerung des Aufwandes bei der Herstellung und Benutzung ist der Faltenbalg einerseits mit einem Flansch (14) und andererseits mit einem Dichtungskörper (13) einstückig ausgebildet. Eine genügende Dichtheit und Flexibilität des vorzugsweise aus nur einer Falte bestehenden Faltenbalges ergibt sich, wenn der Faltenbalg aus einem Elastomer besteht.

Description

Magnetventil mit einem Hubanker

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Hubanker gemäß der Gattung der Patentansprüche, das zur Verwendung in medizinischen Geräten besonders geeignet ist.

Es sind Zweiwegeventile bekannt, die den Durchfluß von aggressiven Medien schalten. Bei diesen ist ein Ventilraum gegenüber einem einen Stößel betätigenden Magneten mit Hilfe eines mehrere Falten aufweisenden Balges verschlossen, der auch den Stößel umgibt. Der Balg ist einerseits mit einer zwischen Magnetkörper und Ventilköφer angeordneten Scheibe versehen und andererseits mit einer Dichtkappe fest verbunden. Damit existieren drei verschließende Teile aus unterschiedlichen Materialien (Faltenbalg und Flansch aus PTFE, Dichtkörper und O-Ring aus Elastomer) zum Fernhalten von aggressiven Medien vom Stößel und Abdichten nach außen, so daß die Fertigung dieser Zweiwegventile mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Außerdem besteht die Gefahr von Leckstellen zwischen den Teilen. Der mehrfaltige Balg muß genügend steif sein, damit unter den bestehenden Druckverhältnissen Balg und Stößel beim Bewegen des Stößels sich nicht aneinander reiben; er muß aber auch hinreichend flexibel sein, damit die Antriebskraft des Stößels genügend gering gehalten wird. Darüber hinaus ist bereits ein Zweiweg-Schrägsitzventil zur Regelung des Durchflusses von aggressiven Medien bekannt, bei dem ein mehrfaltiger Balg gleichzeitig als Sitzdichtung ausgebildet ist. Zur Vermeidung von Reibung zwischen Balg und Stößel müssen zusätzliche Stützmittel vorgesehen sein. Abgesehen davon, daß Schrägventile nicht in jedem Fall anwendbar sind, sind mehrfaltige Bälge schwieriger und langwieriger zu säubern bzw. zu desinfizieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil mit einem Hubanker zu schaffen, das gegenüber dem Stand der Technik eine Vereinfachung und Materialeinsparung bei der Herstellung ermöglicht, das eine Verringerung der Baugröße zuläßt und mit dem eine Erhöhung der Sauberkeit und Prozeßstabilität bei der Anwendung erreichbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Dichtheit zwischen dem Magnetkörper, einschließlich Stößel, und dem Ventilköφer bestehen Faltenbalg, Flansch und Dichtungsköφer nicht nur aus einem Stück, sondern es sind dem Flansch auch im Bereich der am Ventilköφer befindlichen Anlagefläche koaxial zum Stößel angeordnete, partiell wirkende, einschnürende bzw. pressende Mittel zugeordnet, die zusammen mit einem am Rande des Flansches vorgesehenen Dichtring wirken. Darüber hinaus weist der Faltenbalg nur wenige Falten, vorzugsweise nur eine Falte auf. Als Elastomer dient natürlicher oder synthetischer Kautschuk oder ein gummiähnlicher Kunststoff, der gegen aggressive Medien beständig ist. Günstigerweise können die einschnürenden Mittel in einer zum Magnetköφer gerichteten Aufwölbung der Anlagefläche bestehen, die die Anlagefläche in ihrer Gesamtheit oder nur teilweise erfaßt. Eine Verbesserung der Dichtheit des Ventilraumes und eine ausreichende Steifigkeit ergibt sich, wenn der Flansch zumindest an seiner dem Ventilköφer, der Anlagefläche zugewandten Fläche eben, an seiner dem Magnetköφer zugewandten Fläche mit einem Profil versehen ist und wenn dem Flansch an seiner der Anlagefläche gegenüberliegenden Seite eine Stützplatte zugeordnet ist. Vorteilhaft ist die Sützplatte entsprechend dem Flansch mit einem Profil versehen. Zur Aufnahme der Deformation des Dichtringes bei einem wirkenden Montagedruck weist die Stützplatte im Profil einen entsprechenden Freiraum auf. Vorteilhaft ist die Stützplatte aus Blech hergestellt und zwischen Magnetköφer und Ventilköφer eingespannt. Um den Stößel herum weist sie einen konischen und/oder zylindrischen Stutzen auf, der in den Ventilraum hineinragt und zumindest mit seinem zylindrischen Teil wenigstens die erste Falte des Faltenbalges unterstützt; besteht der Faltenbalg aus nur einer Falte, so sitzt nur der Teil der Falte auf dem zylindrischen Teil des Stutzens, der der Stützplatte und dem Stößel benachbart ist.

Das freie Stößelende hat günstigerweise einen vergrößerten Durchmesser und eine kegelige Rückfläche, wobei der Faltenbalg eine mit der kegeligen Rückfläche korrespondierende Fläche aufweist. Der Faltenbalg hat zumindest in einem seiner zum Stößel konzentrischen, gekiturimten Bereiche in der Nähe des Stößels eine geringere Wandstärke als der übrige Faltenbalg. Vorteilhaft besitzt der Faltenbalg nur in seinen vom Stößel entfernt liegenden Bereichen eine größere Wanddicke. In jedem Fall werden aufwendige Stützmittel ebenso vermieden wie langwierige und unsichere Reinigungsprozesse beim Wechsel der durchströmenden Medien. Als Sitz für den Dichtungsköφer dient eine schmale, zum Stößel konzentrische Ringfläche.

Die Erfindung gewährleistet eine druckunabhängige Funktion, die nur mit einer Falte im Faltenbalg auskommt, und einen geringen Kraftaufwand zur Bewegung des Stößels benötigt, weil die eine Falte im wesentlichen aus dünnwandigem Material mit geringer Steifigkeit und auch mit bei einem Druck von 3 bar ausreichender Dichtheit hergestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Magnetventil ist besonders zur Anwendung in Dialysegeräten geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung dreier Ausfuhrungsbeispiele, die als Axialschnitte dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ventil mit einem Faltenbalg, der zwei Falten aufweist, Fig. 2 ein Ventil mit einem einfaltigen Balg und federnder

Klemmung zwischen Magnetköφer und Ventilköφer und Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Ventils mit einer profilierten Stützplatte.

In Fig. 1 ist ein aus Magnetköφer 1 und Ventilköφer 2 bestehendes Magnetventil 3 dargestellt, dessen Magnetköφer 1 einen elektrischen Anschlußstecker 4 aufweist. Im Magnetköφer 1 befinden sich eine Spule 5 für den eigentlichen (Elektro-) Magneten 6 und ein in einem Topf 7 gleitend angeordneter Hubanker 8, der in einem inneren Hohlraum 9 eine Druckfeder 10 besitzt. Zwischen dem Magneten 6 und dem Hubanker 8 befindet sich ein Zwischenraum 23, der dem Hub bzw. der Senkung des Hubankers 8 entspricht. Mit dem Hubanker 8 ist ein Stößel 1 1 starr verbunden, der von einem flexiblen und aus elastischem Material bestehenden Balg 12 umgeben ist, welcher am freien Ende des Stößels 11 als Dichtungsköφer 13 und am dem Magnet 6 zugewandten Ende als Flansch 14 mit Dichtring 15 gestaltet ist, aus einem Elastomer besteht und gegen eine Platte 16 gedrückt wird. Der Stößel 11 ragt mit dem ihn umgebenden Faltenbalg 12 in einen Ventilraum 17 des Ventilköφers bzw. Ventils 2 hinein, der Ein- und Ausflußöffhungen 18 für vorzugsweise unter Druck stehende, aggressive Medien, einen ringförmigen Sitz 19, fertigungsbedingte Ausnehmungen 20 sowie Einschnürungen 21 besitzt. Außerdem hat der Ventilköφer 2 eine Anlagefläche 29 konzentrisch zur Achse X-X der gesamten Anordnung, die gegenüber dieser Achse derart geneigt ist, daß die Begrenzungswand des Ventilraumes 17 mit der Anlagefläche 29 entlang einer zur Achse X-X konzentrischen Schnittkante einen spitzen Winkel einschließt bzw. einen zum Magnetköφer 1 gerichteten Kegelstumpf bildet. Beim Befestigen des Magnetköφers 1 am Ventilköφer 2 wirkt nicht nur die Pressung des Dichtringes 15, sondern auch die Pressung des elastischen Flansches 14 abdichtend. Der Magnetköφer 1 weist ventilköφerseitig federnde Abkröpfungen 22 auf, die in die Einschnürungen 21 einschiebbar sind und für eine feste Anpressung von Magnetköφer 1 und Ventilköφer 2 sorgen. Der Balg 12 hat zwei Falten 121, 122, die an ihren in der Nähe des Stößels 11 befindlichen Stellen 24 den Stößel 11 in keiner Stellung berühren und deren Wanddicke an diesen Stellen geringer ist als an den übrigen Stellen, besonders an den vom Stößel 11 entfernt liegenden Stellen. Die Ansätze der Falten einerseits an dem Dichtungsköφer 13 und andererseits am Flansch 14 befinden sich auf einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Stößels 11 , so daß eine die Bewegung des Stößels 11 behindernde Reibung zwischen dem Stößel 11 und dem Faltenbalg 12 sowie Abnutzungserscheinungen am Faltenbalg 12, die zu Undichtheiten fuhren können, nicht stattfinden. Die genannte Durchmesserdifferenz zusammen mit einer durch die wenigen Falten bedingten Steifigkeit des Faltenbalgs 12 verhindern auch ein Einknicken des Faltenbalgs 12 und damit seine Berührung durch den Stößel 11. Andererseits sichert die Verwendung zweier Falten eine hinreichend ungehinderte Bewegung des Hubankers 8. Im zusammengebauten Zustand des Ventilköφers 2 mit dem Magnetköφer 1 wird der Dichtring 15 am Flansch 14 so zusammengepreßt, daß er mehr oder weniger flach ist und eine absolute Dichtheit des Ventilraums 17 gewährleistet. Da der Durchmesser des Sitzes 19 derselbe ist wie der kleinste Außendurchmesser des Faltenbalgs 12, wirken sich unterschiedliche Drücke nicht auf die Gängigkeit des Stößels 11 aus. In der dargestellten Stellung der Fig. 1 befindet sich das Magnetventil 3 in der Schließstellung; die Verbindung der beiderseitgen Ein- und Ausflußöffhungen 18 ist dadurch unterbrochen, daß der Dichtungsköφer 13 durch die auf den Anker 8 wirkende Feder 10 gegen den ringförmigen Sitz 19 gepreßt wird. Durch Einschalten des Elektromagneten fließt durch die Spule 5 ein Strom, der Magnet 6 wird erregt, zieht den Hubanker 8 nach Maßgabe des Zwischenraums 23 entgegen der Wirkung der Feder 10 an und öffnet dadurch das Ventil 3, so daß es von einem Medium (Flüssigkeit, Gas) in einer Richtung eines Doppelpfeils 25 durchströmt werden kann.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Faltenbalg 12 nur eine Falte aufweist, daß die Verbindungen des Faltenbalgs 12 zum Stößel 11 und zur Platte 16 abweichend gestaltet sind und daß elektrische Zuleitungen 26 seitlich zum Magnetköφer 1 gefuhrt sind. Dadurch, daß nur eine Falte bei einer größeren Faltendicke nur in ihrem vom Stößel 11 entfernt liegenden Bereich 31 vorhanden ist, ist die Wahrscheinlichkeit der ungewollten Berührung zwischen Balg 12 und Stößel 11 praktisch nicht mehr vorhanden. Die Platte 16 ist durch eine Scheibe 34 ersetzt, die mit vorzugsweise sechs federnden Aufbiegungen 35 versehen ist, die in je drei Ausnehmungen 36, 37 am Magnetköφer 1 und am Ventilköφer 2 einrasten; jeweils nur eine Aufbiegung und zugehörige Ausnehmung ist in Fig. 2 sichtbar. Anstatt der Klemmverbindung von Magnetköφer 1 und Ventilköφer 2 kann auch eine Schraubverbindung beider Teile mit Hilfe einer Überwurfmutter vorhanden sein. Außerdem ist am Ventilköφer 2, dem Magnetköφer 1 zugewandt, wieder eine konische Anlagefläche 29 für den Flansch 14 mit dem Dichtring 15 vorgesehen. Eine Ausbiegung 27 der Platte 16 in der Umgebung des durch sie lundurchgefuhrten Stößels 11, eine kegelstumpfartige hintere Ausbildung 28 des Endes 30 des Stößels 11 und eine Verringerung des Durchmessers des Stößels 11 vom Ende 30 in Richtung Hubanker 8, der an seiner dem Magneten 6 zugewandten Seite mit einem Pufferring 32 versehen ist, verhindern ebenfalls die ungewollte Beriihrung von Balg 12 und Stößel 11. Insbesondere die kegehge Gestaltung von Ausbiegung 27 und hinterem Stößelende 30 üben stützende Wirkungen auf den Balg 12 aus. Darüber hinaus ermöglichen die konischen Formgebungen an den Rückflächen von Stößelende 30 und Dichtungsköφer 13 eine feste Verbindung beider nach der Montage. Durch eine Abschrägung bzw. Abstufung 33 zumindest eines Teiles der Dichtfläche des Sitzes 19 dringt dieser tiefer in das elastische Material des Dichtungsköφers 13 ein und gewährleistet eine weitere Verbesserung der Dichtheit. Im übrigen gilt das zu Fig. 1 Gesagte sinngemäß.

In Fig. 3 umfaßt, ähnlich wie zu Fig. 1 beschrieben, ein Magnetköφer 1 in einem Gehäuse 38 einen Spulenträger 39, eine Spule 5, ein Führungsrohr 40 für einen Hubanker 8 und einen Stößel 11. Ein Ventilköφer 2 ist durch ein Bördelstück 41 fest mit dem Magnetköφer 1 verbunden und spannt damit gleichzeitig das eine Ende des Führungsrohrs 40 und ein mit einem Profil versehenes Blech 42 zwischen beide ein. Der Ventilköφer 2 hat einen Ventilraum 17 und, dem Magnetköφer 1 zugewandt, eine Anlagefläche 29, die an der oberen Begrenzungskante des Ventilraumes 17 eine ringförmige Aufwölbung 43 aufweist. Zwischen dem Profilblech 42 und der Anlagefläche 29 befindet sich der in gleicher Weise wie das Blech 42 profilierte Flansch 14 sowie der Dichtungsring 15 eines Faltenbalgs 12 mit nur einer Falte, deren größte Dicke sich im Bereich 31 befindet. Der Flansch 14 hat im Profil über der Aufwölbung 43 seine geringste Dicke. In der Nähe des Dichtungsringes 15 läßt das Profil des Bleches 42 einen ringförmigen Freiraum 44 zu, den der Dichtungsring 15 beim Pressen des Bördelstückes 41 gegen den Ventilköφer 2 und Befestigen beider aneinander, also bei der Montage, ausfüllt. Das Blech 42 ist praktisch unelastisch und besteht aus 0,3 mm dickem Stahl. Es besitzt koaxial zum Stößel 11 einen konisch-zylindrisch geformten Stutzen 45; der Stößel 11 ist, ähnlich wie aus Fig. 2 erkennbar, mit dem Hubanker 8 fest verbunden und mit Hilfe eines Magneten 6 entgegen dem Druck der Feder 10 bewegbar. Der Stößel 11 hat wieder an seinem freien Ende 30 einen größeren Durchmesser und eine kegelstumpfartige hintere Ausbildung 28. Der Faltenbalg 12 umschließt dieses Ende 30 mit entsprechender Anformung und stützt sich mit seinen, dem Stößel 11 naheliegenden, dünnwandigeren Teilen 24 gegen die Konusfläche 28 und den Stutzen 45 ab. Im dargestellten stromlosen Zustand des Magnetventils 3 wird der Dichtungsköφer 13 des Faltenbalgs 11 gegen einen ringförmigen Sitz 19 gepreßt und damit das Ventil geschlossen; dabei gewährleisten die vorstehende schmale Kreisringfläche 191 und die zurückstehende konische Ringfläche 192 den totalen Verschluß des Ventils 3. Im bestromten Zustand entfernt sich der Stößel 11 mit dem Dichtungsköφer 13 vom Sitz 19, das Ventil wird geöffnet.

Bezueszeichenliste

1 Magnetköφer

2 Ventilköφer

3 Magnetventil

4 Anschlußstecker

5 Spule

6 Magnet

7 Topf

8 Hubanker

9 Hohlraum

10 Druckfeder

11 Stößel

12 (Falten-)Balg

13 Dichtungsköφer

14 Flansch

15 Dichtring

16 Platte

17 Ventilraum

18 Ausflußöffhung

19 Sitz

20 Ausnehmungen

21 Einschnürungen

22 Abkröpfungen

23 Zwischenraum

24 Stellen geringerer Wanddicke

25 Doppelpfeil

26 elektrische Zuleitung

27 Ausbiegung

28 Ausbildung

29 Anlagefläche

30 Ende des Stößels

31 Bereich größter Dicke

32 Pufferring

33 Abschrägung bzw. Abstufung

34 Scheibe 35 Aufbiegungen

36, 37 Ausnehmungen

38 Gehäuse

39 Spulenträger

40 Führungsrohr

41 Bördelstück

42 Profilblech

43 Aufwölbung

44 Freiraum

45 Stutzen

X-X Achse

Claims

Patentansprüche

1. Magnetventil mit einem Hubanker, der in Abhängigkeit vom stromdurchflossenen oder stromlosen Zustand eines Elektromagneten einen Stößel betätigt, welcher in einem Ventilraum von einem

Faltenbalg umgeben ist, wobei dem Faltenbalg am freien Ende des Stößels ein Dichtungsköφer und an seiner dem Elektromagneten zugewandten Seite ein Flansch zugeordnet sind und der Ventilköφer eine Anlagefläche für den Flansch aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Flansch und dem Dichtungsköφer einstückig ausgebildete Faltenbalg aus einem Elastomer besteht.

2. Magnetventil gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Flansch im Bereich der Anlagefläche koaxial zum Stößel partiell einschnürende Mittel zugeordnet sind.

3. Magnetventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche eine zum Elektromagneten hin gerichtete Aufwölbung aufweist.

4. Magnetventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwölbung am Rand des Ventilraums ringförmig angeordnet ist.

5. Magnetventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch am Rande einen Dichtring hat.

6. Magnetventil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch an seiner dem Ventilköφer zugewandten Fläche eben und an seiner dem Elektromagneten zugewandten Fläche mit einem Profil versehen ist.

7. Magnetventil gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flansch auf der der Anlagefläche gegenüberliegenden Seite eine Stützplatte zugeordnet ist.

8. Magnetventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte mit einem dem Profil des Flansches entsprechenden Profil versehen ist.

9. Magnetventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Stützplatte einen ringförmigen Freiraum zur Aufnahme der Deformation des Dichtringes unter Druck aufweist.

10. Magnetventil gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte aus Blech besteht, das zwischen Magnetköφer und

Ventilköφer eingespannt ist.

1 1 . Magnetventil gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte um den Stößel herum einen konischen und/oder zylindrischen, in den Ventilraum hineinragenden Stutzen aufweist.

12. Magnetventil gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das freie Stößelende einen vergrößerten Durchmesser und eine kegelige Rückfläche aufweist, wobei der Faltenbalg eine mit der kegeligen Rückfläche korrespondierende Fläche aufweist.

13. Magnetventil gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg in seinem vom Stößel entfernt liegenden gekrümmten Bereich eine größere Wanddicke hat als der übrige Faltenbalg.

14. Magnetventil gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg nur eine Falte aufweist.

15. Magnetventil gemäß den Ansprüchen 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Falte nur mit ihrem der Stützplatte und dem Stößel benachbart liegenden Teil auf dem zylindrischen Teil des Stutzens sitzt.

16. Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer des Faltenbalges gegen aggressive Medien beständig ist.

17. Magnetventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsköφer mit einem Dichtungssitz korrespondiert, der die Form einer schmalen, zum Stößel konzentrischen Ringfläche hat.

18. Magnetventil gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung in der Dialysetechnik.