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Die
Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Magnetventil, mit einem
Eingangsanschluß,
einem Ausgangsanschluß und
dazwischen einer Absperreinrichtung mit einem Ventilsitz und einem
Verschlußstück, das
ein Schließelement
und einen davon getrennten Stößel aufweist,
wobei das Schließelement
in einer Führungseinrichtung
gehalten ist.
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US 3 451 429 offenbart ein
Ventil mit einer Kugel als Ventilelement und einem davon getrennten Stößel. Die
Kugel kann sich zwischen zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen bewegen,
wobei sie von einem scheibenförmigen
Element zwischen den beiden Ventilsitzen geführt wird. Das scheibenförmige Element
weist radiale Passagen auf, die zu einem Regelanschluß führen.
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DE 37 21 390 C1 wird
ein Hochdruckventil beschrieben, dessen Ventilgehäuse mit
einer Bohrung versehen ist, die einerseits durch einen zylindrischen
Ansatz eines Ventilkörpers
abgeschlossen ist und in deren anderer Stirnseite eine durch eine
Kugel verschließbare
Einlaßbohrung
und in deren Umfangsfläche
eine radiale Auslaßbohrung
in Höhe
der Kugel einmündet.
Der Hub der Kugel ist an einem Ende durch eine zur Auslaßbohrung
zentrische und am anderen Ende durch eine zu einem Stößel zentrische
Sitzfläche
begrenzt. Die Bewegung der Kugel wird durch einen Ring geführt, der
die Kugel in einer ihrem Durchmesser entsprechenden axialen Bohrung
aufnimmt. Die Bohrung des Rings ist mit der Auslaßbohrung
des Ventils über
radiale Durchbrüche verbunden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ventils beschrieben, das
für ein
Befeuchtungssystem vorgesehen ist. Ein derartiges Ventil steuert relativ
kleine Flüssigkeitsmengen,
beispielsweise ein bis fünf
Liter pro Minute.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für kleine
Durchsatzmengen anzugeben, das einen einfachen Aufbau hat.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß die
Führungseinrichtung
einen Leitkörper
aufweist, der die Form einer zum Ventilsitz hin offenen Schale aufweist,
wobei der Leitkörper
eine Trennung zwischen einem Hochdruckbereich mit dem Eingangsanschluß und einem
Niederdruckbereich mit einem Tankanschuß bildet.
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Damit
ist es möglich,
als Schließelement praktisch
einen beliebigen Körper
zu wählen,
also auch ein relativ kleines Bauteil, das in der Lage ist, einen
entsprechend kleinen Ventilsitz zu verschließen. Da man nicht mehr darauf
angewiesen ist, das Schließelement
am Stö ßel zu befestigen,
ist man bei der Wahl des Materials für das Schließelement
relativ frei. Man kann also ein Material wählen, daß an das zu dosierende Fluid
besonders gut angepaßt
ist. Da das Schließelement
vom Stößel getrennt
ist, ist die Führungseinrichtung
vorgesehen, die sicherstellt, daß das Schließelement
immer wieder am Ventilsitz zur Anlage kommt. Die Führungseinrichtung
weist einen Leitkörper
auf, der die Form einer zum Ventilsitz hin offenen Schale aufweist.
Der Leitkörper
stellt sicher, daß die
Flüssigkeit
auch nicht durch eine einfache Umströmung des Schließelements
und der Führungseinrichtung
einen Kurzschlußpfad
zwischen dem Ventilsitz und dem Hilfsventilsitz ausbilden kann.
Der Weg zwischen dem Ventilsitz und dem Hilfsventilsitz wird durch
den Leitkörper
vielmehr drastisch verlängert.
Die Flüssigkeit
wird durch die schalenartige Ausbildung umgelenkt, so daß ein erheblicher
Drosselwiderstand während
der Öffnungs- oder
Schließbewegung
des Schließelements
erzeugt wird. Dieser Drosselwiderstand reicht aus, um nennenswerte
Flüssigkeitsverluste
zu verhindern. Hierbei ist zu beachten, daß die Zeit, in der die Gefahr
eines Kurzschlusses besteht, relativ kurz ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Schließelement
in einer geöffneten
Stellung an einem Hilfsventilsitz anliegt, der mit einem Tankanschluß in Verbindung
steht, wobei die Führungseinrichtung
zwischen dem Ventilsitz und dem Hilfsventilsitz angeordnet ist.
Wenn das Ventil geöffnet
ist, dann ist der Durchgang zwischen dem Ausgangsanschluß und dem
Tankanschluß gesperrt. Die
zu steuernde Flüssigkeit
gelangt also vom Eingangsanschluß unmittelbar zum Ausgangsanschluß. Wenn
das Ventil hingegen geschlossen ist, dann steht der Ausgangsanschluß mit dem
Tankanschluß in
Verbindung, weil das Schließelement
den Hilfsventilsitz freigegeben hat. Damit wird ein Nachtropfen
am Ausgang des Ventils verhindert, wenn das Ventil geschlossen ist.
Die Führungseinrichtung
liegt dabei genau an der richtigen Position, d. h. sie führt das Schließelement
auf dem Weg vom Ventilsitz zum Hilfsventilsitz und zurück. Darüber hinaus
bildet sie einen Strömungswiderstand,
der einen Kurzschluß zwischen
dem Ventilsitz und dem Hilfsventilsitz verhindert, während sich
das Schließelement
bewegt.
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Vorzugsweise
weist die Führungseinrichtung eine Öffnung auf,
in der das Schließelement
angeordnet ist und deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des
Schließelements
plus ein vorbestimmtes Spiel ist. Damit wird zum einen sichergestellt,
daß sich
das Schließelement
reibungsfrei oder -arm in der Führungseinrichtungen
bewegen kann. Zum anderen ist die Öffnung in der Führungseinrichtung
bei einer Bewegung des Schließelements,
während
der das Schließelement
weder am Ventilsitz noch am Hilfsventilsitz anliegt, weitgehend
verschlossen, so daß keine
ungehinderte Strömung
vom Ventilsitz zum Hilfsventilsitz erfolgen kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß der
Ventilsitz an der Spitze eines Rohrkörpers angeordnet ist, der sich gegen
den Leitkörper
hin erstreckt. Damit wird die Flüssigkeit,
die aus dem Ventilsitz austritt, zunächst einmal umgelenkt, bevor
sie weiter fließen
kann. Für den Öffnungszustand
des Ventils bildet dieses Umlenken kein Problem, da der Flüssigkeitsdurchsatz klein
ist und Drosselwiderstände
keine größere Rolle spielen.
Für den Öffnungsvorgang
wird der Drosselwiderstand aber ausreichend erhöht.
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Hierbei
ist besonders bevorzugt, daß der Leitkörper und
der Rohrkörper
einen in Radialrichtung gleichförmig
dicken Spalt bilden. Damit wird die Flüssigkeit gezielt geleitet,
ohne verwirbelt zu werden. Der Spalt stellt mit zunehmendem, radialen
Abstand vom Ventilsitz einen immer größeren Strömungsquerschnitt zur Verfügung, so
daß sich
die Flüssigkeit
in Ruhe ausbreiten kann.
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Vorgehensweise
schließt
sich an den Spalt eine Erweiterungszone an, die sich radial relativ
zum Ventilsitz öffnet.
Eine derartige Ausgestaltung setzt den Strömungswiderstand im geöffneten
Zustand herab, erlaubt aber während
der Öffnungsbewegung nur
einer geringen Flüssigkeitsmenge
den Übertritt vom
Ventilsitz zum Hilfsventilsitz.
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Vorzugsweise
weist der Leitkörper
im Bereich der Erweiterungszone einen radial verlaufenden Umfangsflansch
auf. Dieser Umfangsflansch läßt sich
zur sicheren Befestigung der Führungseinrichtung
im Gehäuse
des Ventils verwenden. Der Umfangsflansch stellt Flächen zur
Verfügung,
die senkrecht zu der Kraft gerichtet sind, die die durch den Ventilsitz
strömende
Flüssigkeit
auf die Führungseinrichtung
ausübt.
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Vorteilhafterweise
ist die Führungseinrichtung
aus einem Kunststoff gebildet. Kunststoffe lassen sich leicht formen
und an vorbestimmte Funktionen anpassen. Sie sind darüber hinaus
in der Lage, mit dem Schließelement
reibungsarm zusammen zu wirken, was insbesondere dann von Vorteil
ist, wenn das Ventil Wasser in einer Befeuchtungseinrichtung steuern
soll.
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Bevorzugterweise
ist die Führungseinrichtung
mit Hilfe eines Halteteils in einem Gehäuse gehalten. Man kann dann
das Halteteil an das Gehäuse anpassen
und die Führungseinrichtung
an das Halteteil. Dies vereinfacht die Ausbildung des Gehäuses und
die Montage.
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Vorzugsweise
weist das Ventil einen Nenndurchsatz im Bereich von 1 bis 5 l/min
auf. Derartige kleine Durchsätze
werden vorzugsweise bei Bewässerungsanlagen
benötigt.
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Auch
ist bevorzugt, wenn das Schließelement
als Kugel mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 4 mm ausgebildet
ist. Eine Kugel hat den Vorteil, daß sie keine bestimmte Ausrichtung
im Ventil benötigt,
um dichtend am Ventilsitz und am Hilfsventilsitz anzuliegen. Aufgrund
der geringen Größe ist es
zwar nicht möglich,
die Kugel am Stößel zu befestigen.
Dies ist bei der dargestellten Ausführungsform aber auch nicht
erforderlich.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
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1:
einen schematischen Schnitt durch ein Ventil und
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2:
eine vergrößerte Teilansicht
des Ventils nach 1.
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Ein
Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf
mit einem Eingangsanschluß P
und einem Ausgangsanschluß A.
Zwischen dem Eingangsanschluß P
und dem Ausgangsanschluß A
ist eine Absperreinrichtung 3 angeordnet, die einen Ventilsitz 4 und
ein Verschlußstück 5 aufweist.
Das Ver schlußstück 5 weist ein
Schließelement 6 in
Form einer Kugel auf, wobei die Kugel einen Durchmesser im Bereich
von 1 bis 4 mm, im vorliegenden Fall etwa 2 mm, aufweist. In der in 1 dargestellten
Schließstellung
wird das Schließelement 6 durch
einen Stößel 7 gegen
den Ventilsitz 4 gedrückt.
Der Stößel 7 wird über ein
Zwischenstück 8 von
einer Druckfeder 9 belastet, die sich an einem Elektromagneten 10 abstützt, der
einen Teil des Antriebs des Stößels 7 bildet.
Der elektromagnetische Antrieb weist ferner einen Anker 11 auf,
der in einem Gehäuse 12 gegen
die Kraft der Feder 9 bewegbar ist. Dabei teilt der Anker 11 den
Innenraum des Gehäuses 12 in
zwei Räume 13, 14, wobei
der Raum 14 nicht sichtbar ist, weil der Anker 11 an
einer Bodendichtung 15 anliegt. Der Raum 14 ist
bei abgehobenem Anker 11 zwischen dem Anker 11 und
der Bodendichtung 15 gebildet. Der Elektromagnet kann auch
an anderer Stelle angeordnet sein. Beispielsweise können Magnetspulen
das Gehäuse 12 umgeben.
In diesem Fall stützt
sich die Druckfeder 9 an einem Endanschlag ab.
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Wenn
der Elektromagnet 10 mit Strom beaufschlagt wird, dann
wird der Anker 11 nach oben bewegt, bis er mit seiner Schulter 16 zur
Anlage an einen Dichtring 17 gelangt, der an der Unterseite
des Zwischenstücks 8 angeordnet
ist. Hierbei legte der Anker 11 zunächst einen Leerhub a zurück. Während dieses
Leerhubs a kann Flüssigkeit,
mit der das Gehäuse 12 gefüllt ist,
durch einen Spalt 18, der zwischen dem Anker 11 und
dem Zwischenstück 8 ausgebildet
ist, aus dem Raum 13 in den Raum 14 fließen und
dort ein Flüssigkeitspolster
aufbauen. Insgesamt kann der Anker 11 bis zur Anlage an
den Elektromagneten 10 einen Weg b zurücklegen, der größer ist
als der Leerhub a. Die Differenz (b – a) bildet dann einen Nutzhub.
Bei diesem Nutzhub liegt der Dichtring 17 an der Schulter 16 des
Ankers 11 an und versperrt den Durchgang vom Raum 13 in
den Raum 14. Das bedeutet nicht, daß die Verbindung zwischen den
beiden Räumen 13, 14 absolut
unterbrochen ist. Es werden immer kleinere Undichtigkeiten verbleiben,
durch die Flüssigkeit
aus dem Raum 13 in den Raum 14 nachströmen kann.
Dieser Flüssigkeitsstrom
ist jedoch stark gedrosselt.
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Wenn
das Zwischenstück 8 vom
Stößel 7 abgehoben
worden ist, dann führt
der Druck im Eingangsanschluß P
dazu, daß das
Schließelement 6 vom
Ventilsitz 4 abgehoben wird, weil es gegen diesen Druck
nicht mehr unterstützt
wird. Flüssigkeit kann
also vom Eingangsanschluß P
zum Ausgangsanschluß A
strömen.
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Nach
einer vorbestimmten Bewegung, die kürzer als der Nutzhub b – a ist,
gelangt das Schließelement 6 zur
Anlage an einen Hilfsventilsitz 19. Dieser Hilfsventilsitz 19 steht
in nicht näher
dargestellter Weise mit einem Tankanschluß T in Verbindung. Wenn das
Ventil geschlossen ist, dann kann Flüssigkeit, die am Ausgangsanschluß A ansteht,
zum Tankanschluß T
abfließen,
um ein Nachtropfen von Flüssigkeit
bei geschlossenem Ventil zu vermeiden.
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Der
Schließvorgang
des Ventils erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Wenn der Elektromagnet 10 stromlos
geschaltet wird, dann bewegt sich der Anker 11 unter der
Wirkung der Druckfeder 9 wieder zum Anschlag an die Bodendichtung 15.
Hierbei liegt der Dichtring 17 während des Nutzhub an der Schulter 16 des
Ankers an, so daß die
Verbindung zwischen den beiden Räumen 13, 14 unterbrochen
ist, wenn man von kleineren Leckagen absieht. Die Rückbewegung des
Ankers 11 in die in 1 dargestellte
Ausgangsposition erfolgt also mit einer starken Dämpfung und einer
entsprechend verminderten Geschwindigkeit, so daß eine Belastung des Schließelements 6 klein gehalten
wird. Darüber
hinaus steht der Druck im Raum 14 bei zurückgezogenem
Anker 11 an der Stirnseite das Stößels 7 an, die mit
dem Dichtring 17 zusammenwirkt. Dadurch wird der Stößel 7 immer
in Anlage am Schließelement 6 gehalten.
Auch bei der Schließbewegung
kann es also nicht vorkommen, daß der Stößel 7 mit einer größeren Geschwindigkeit auf
das Schließelement 6 auftrifft.
Der Vollständigkeit halber
sei bemerkt, daß sich
der Spalt 18 auch im Bereich der Engstelle fortsetzt, die
zwischen der Schulter 16 und dem unteren Ende des Ankers 11 gebildet ist.
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Schematisch
dargestellt sind mehrere Dichtungen 20, 21, mit
denen das Gehäuse 12 gegenüber dem
Gehäuse 2 abgedichtet
ist. Ferner kann insbesondere die Dichtung 21 gewisse Toleranzen
aufnehmen.
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Damit
das Schließelement 6 immer
zum Ventilsitz 4 bzw. zum Hilfsventilsitz 19 gelangt,
ist eine Führungseinrichtung 22 vorgesehen,
die in 2 näher
dargestellt ist. Die Führungseinrichtung 22 weist eine Öffnung 23 auf,
deren Durchmesser geringfügig größer ist
als der Durchmesser des Schließelements 6.
Mit anderen Worten entspricht der Durchmesser der Öffnung 23 dem
Durchmesser des Schließelements 6 plus
einem vorbestimmten Spiel. Wenn das Schließelement 6 vom Ventilsitz 4 abgehoben
wird, dann ist der direkte Weg vom Ventilsitz 4 zum Hilfsventilsitz 19 versperrt,
weil das Schließelement 6 die Öffnung 23 nahezu
ausfüllt.
Dementsprechend kann während
der Bewegung des Schließelements 6 nur ein
sehr kleiner Teil der Flüssigkeit
in den Tankanschluß T
abfließen.
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Die
Führungseinrichtung 22,
die im übrigen in
einem Halteteil 24 angeordnet und dadurch im Gehäuse 2 gehalten
ist, weist einen Leitkörper 25 in Form
einer Schale auf, die sich zum Ventilsitz 4 hin öffnet. Die
Ventilsitz 4 ist an der Spitze eines Rohrkörpers 26 angeordnet,
der eine konische Außenseite aufweist.
Zwischen dem Rohrkörper 26 und
dem Leitkörper 25 ist
dementsprechend ein Spalt 27 ausgebildet, der über eine
gewisse Strecke in Radialrichtung eine im wesentlichen gleichbleibende
Dicke aufweist. Am radialen Ende weist der Spalt 27 eine
Erweiterungszone 28 auf. Oberhalb der Erweiterungszone 28 weist
der Leitkörper 25 einen
Flansch 29 auf, mit dem die Führungseinrichtung 22 im
Halteteil 24 gehalten ist. Der Flansch 29 weist
hierzu Halteflächen 30, 31 auf,
die senkrecht zur Druckrichtung gerichtet sind, die durch die im
Eingangsanschluß P
anstehende Flüssigkeit
definiert ist.
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Die
Führungseinrichtung 22 mit
dem Leitkörper
bildet einen Deflektor, der das Öffnungsverhalten des
Schließelements 6 verbessert.
Der Leitkörper 25 bildet
eine Trennung zwischen einem Hochdruckbereich, der zwischen dem
Rohrkörper 26 und
dem Leitkörper 25 angeordnet
ist, und einem Niederdruckbereich auf der anderen Seite des Leitkörpers 25.
Der Niederdruck wirkt also sozusagen auf die Oberseite des Schließelements 6 und
erzeugt einen Druckabfall. Damit entstehen Kräfte an dem Schließelement 6,
die zuverlässig
bewirken, daß das
Schließelement 6 seine
Position vom Ventilsitz 4 zum Hilfsventilsitz 19 ändern kann.
Damit wird die Tatsache kompensiert, daß aufgrund der geringen Öffnung des Ventilsitzes 4 nur
kleine Kräfte
auf das Schließelement 6 in Öffnungsrichtung
wirken können.
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Sowohl
die Führungseinrichtung 22 als
auch das Halteteil 24 sind aus Kunststoff gebildet, wobei insbesondere
das Material der Führungseinrichtung 22 so
gewählt
ist, daß es
reibungsarm mit dem Material des Schließelements 6 zusammenwirkt.
Durch die Verwendung eines Halteteils 24 wird die Bearbeitung
des Gehäuses 2 und
die Montage relativ einfach.
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Bei
dem Schließelement 6 handelt
es sich um eine handelsübliche
Stahlkugel mit einem Durchmesser von etwa 2 mm. Der Druckabfall über das Ventil
ist relativ klein, so daß die
Kräfte,
die auf die Kugel wirken, entsprechend klein sein werden. Anstelle
einer Stahlkugel ist natürlich
auch eine Kugel aus einem anderen Material verwendbar, beispielsweise
Kunststoff oder Keramik.
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Die
Führungseinrichtung 22 hat
mehrere Aufgaben. Zum einen führt
sie das Schließelement 6 auf
dem Weg vom Ventilsitz 4 zum Hilfsventilsitz 19 und
zurück.
Zum anderen bewirkt sie eine relativ starker Drosselung eines Flüssigkeitsstromes
vom Ventilsitz 4 zum Hilfsventilsitz 19 in dem
Zeitraum, in dem das Schließelement 6 an
keinem der beiden Ventilsitze 4, 19 anliegt. Die
Flüssigkeit,
die aus dem Ventilsitz 4 austritt, wird zunächst durch
den Spalt 27 zwischen dem Rohrkörper 26 und dem Leitkörper 25 geleitet,
also an direkten Übertritt
gegen den Hilfsventilsitz 19 gehindert.
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Die
Bewegung des Stößels 7 beim
Schließen des
Ventils wird stark gedämpft.
Dies liegt zum einen daran, daß der
Stößel 7 immer
am Schließelement 6 anliegt
und zum anderen daran, daß die
Rückbewegung
des Ankers 11 nur mit einer stark gedämpften Geschwindigkeit erfolgen
kann.