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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil.
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Magnetventile
sind die in der Fluidtechnik am häufigsten verwendeten Steuerungsglieder.
Ihre Aufgaben sind das Absperren, Freigeben, Dosieren, Verteilen
oder Mischen von Gasen oder Flüssigkeiten.
Insbesondere bei hochbeanspruchten Ventilen müssen hin und wieder einzelne
Bauelemente im Fluidikteil des Ventils, häufiger aber noch beispielsweise
eine Magnetspuleneinheit des Ventilantriebs ersetzt werden. In diesen
Fällen
ist eine möglichst schnelle
Wiederherstellung der Funktionstüchtigkeit des
Magnetventils mit geringst möglichem
Aufwand gefordert, um die Reparaturkosten und die Ausfallzeit des
hydraulischen oder pneumatischen Systems gering zu halten.
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Die
Erfindung schafft ein Magnetventil mit einem Ventilgehäuse, einer
Magnetspuleneinheit, die einen Spulenkörper aufweist, und einem Ventilbauteil,
das an seinem freien, ersten axialen Ende als Kernstück ausgebildet
ist und an seinem offenen, zweiten axialen Ende als Kernführungsrohr
ausgebildet und lösbar
mit dem Ventilgehäuse
verbunden ist, wobei die Magnetspuleneinheit in Richtung zum Ventilgehäuse über das
Ventilbauteil gestülpt
und in Anlage mit dem Ventilgehäuse
ist, der Spulenkörper
das Ventilbauteil umgibt und das freie Ende des Ventilbauteils aus
der Magnetspule herausragt, und wobei am freien Ende des Ventilbauteils
Befestigungsmittel angeordnet sind, die ein U-förmiges Federblech aufweisen,
welches mit einem inneren Rand in eine Nut am freien Ende des Ventilbauteils
eingreift, so daß die
Magnetspuleneinheit zwischen dem freien Ende des Ventilbauteils
und dem Ventilgehäuse
axial gehalten ist. Dieses erfindungsgemäße Magnetventil bietet den
Vorteil, daß das
Ventilgehäuse
und das Ventilbauteil mittels einer lösbaren Verbindung einen abgeschlossenen
Fluidikteil des Magnetventils bilden. Bei Reparaturen am Fluidikteil
sind die einzelnen Bauelemente durch die lösbare Verbindung leicht zugänglich,
beim Austausch des Magnetventilantriebs bleibt der Fluidikteil unberührt, so
daß kein Entleeren
des Hydraulik- oder Pneumatiksystems notwendig ist. Die Magnetspuleneinheit
als wesentlicher Bestandteil des Ventilantriebs ist einfach austauschbar,
da sie lediglich über
das Ventilbauteil gestülpt
und zwischen dem freien Ende des Ventilbauteils und dem Ventilgehäuse axial
gehalten ist. Am freien Ende sind die Befestigungsmittel besonders leicht
zugängig,
da die Magnetspuleneinheit auch in Richtung des freien, ersten axialen
Endes des Ventilbauteils entnommen und eine neue Magnetspuleneinheit
in entgegengesetzter Richtung über
das Ventilbauteil gestülpt
wird. Durch die vorhandene Nut ist eine besonders einfache und zuverlässige axiale
Fixierung möglich,
die jedoch eine Verdrehung des Federblechs relativ zum Ventilbauteil
zuläßt.
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Bevorzugt
weisen die Befestigungsmittel auch ein Handrad auf, das drehfest
mit dem U-förmigen
Federblech verbunden ist. Damit sind die Befestigungsmittel, welche
die Magnetspuleneinheit zwischen dem freien Ende des Ventilbauteils
und dem Ventilgehäuse
axial halten, besonders einfach zu betätigen. Die Betätigung erfolgt
per Hand, Werkzeuge sind zum axialen Fixieren oder Lösen der
Magnetspuleneinheit im allgemeinen nicht nötig. Lediglich im Fall sehr
schwergängiger
Befestigungsmittel (infolge Verschmutzung, Verklebung, einsetzender
Korrosion, o.ä.)
kommen Werkzeuge, wie beispielsweise eine Zange oder ein Gabelschlüssel, zum
Einsatz. Um diese Werkzeuge wirkungsvoll einsetzen zu können, ist
das Handrad entsprechend ausgebildet, es weist z.B. Angriffsflächen für eine Zange
oder eine Außenkontur
für einen
Gabelschlüssel
auf. Wie oben bereits erwähnt,
ist das Handrad am freien Ende des Ventilbauteils gut zugängig, da
die Befestigungsstelle in Einschub- bzw. Entnahmerichtung der Magnetspuleneinheit
liegt.
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Die
Befestigungsmittel können
einen Haltering aufweisen, welcher drehfest mit der Magnetspuleneinheit
verbunden ist und eine Kurvenbahn mit Kerben aufweist. Dies stellt
eine einfache Möglichkeit dar,
die axiale Lage eines Bauteils oder eines Bauteilabschnitts durch
Verdrehung gegenüber
dem Haltering progressiv zu ändern.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist das U-förmige
Federblech an einem äußeren Rand
Gleitvorsprünge
auf, die auf der Kurvenbahn des Halterings gleiten und in die Kerben
einrasten können,
so daß das
Federblech zwischen seinem inneren Rand und seinem äußeren Rand
elastisch verformt ist. Damit wird eine dauerhafte Vorspannung zwischen
dem inneren und äußeren Rand aufgebracht,
die sehr leicht gelöst
und erneut aufgebracht werden kann. Da der innere Rand in der Nut am
ersten Ende des Ventilbauteils festliegt und der äußere Rand über den
Haltering an der Magnetspuleneinheit anliegt, ist die Magnetspuleneinheit
zwischen dem ersten Ende des Ventilbauteils und dem Ventilgehäuse axial
gehalten und vorgespannt. Infolge der elastischen Verformung des
Federblechs können
ferner Herstellungstoleranzen des Ventilbauteils oder der Magnetspuleneinheit
ausgeglichen werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Handrad einen Bund und die Magnetspuleneinheit Führungsstege
auf, wobei der Bund und die Führungsstege
in einer verspannten Stellung des Magnetventils so zusammenwirken,
daß in
radialer Richtung eine Relativbewegung zwischen der Magnetspuleneinheit
und dem Handrad blockiert ist. Durch diese Maßnahme ist die Befestigung
der Magnetspuleneinheit auf einfache Weise gegen unbeabsichtigtes
Lösen der
Befestigung gesichert.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
am Ventilgehäuse
eine Verdrehsicherung vorzusehen, die an der Magnetspuleneinheit
so angreift, daß zwischen
der Magnetspuleneinheit und dem Ventilgehäuse eine drehfeste, aber in
axialer Richtung lös bare
Verbindung entsteht. Die Magnetspuleneinheit ist somit nicht nur
axial gehalten, sondern auch drehfest gegenüber dem Ventilgehäuse angebracht.
Die Lage der Magnetspuleneinheit ist also eindeutig festgelegt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil
in einer nicht-verspannten Stellung;
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2 eine
Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Magnetventils;
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3 einen
Längsschnitt
durch das erfindungsgemäße Magnetventil
aus 1 in einer verspannten Stellung; und
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Verdrehsicherung
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Die 1 stellt
ein Magnetventil 10 dar, mit einem Ventilgehäuse 12,
einer Magnetspuleneinheit 14, die einen Spulenkörper 16 mit
einer Kupferwicklung 17 aufweist, und einem Ventilbauteil 18,
das an seinem freien, ersten axialen Ende 20 als Kernstück 22 ausgebildet
ist und an seinem offenen, zweiten axialen Ende 24 als
Kernführungsrohr 26 ausgebildet und
lösbar
mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden
ist.
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In
der vorliegenden Ausführung
gemäß 1 bildet
das zweite axiale Ende 24 des Ventilbauteils 18 einen
Befestigungsrand 28 aus. Die lösbare Verbindung zum Ventilgehäuse 12 ist
durch einen Gewindering 30 hergestellt, der am Befestigungsrand 28 angreift
und in ein Gewinde am Ventilgehäuse 12 eingeschraubt
ist. Alternativ kann das Ventilbauteil 18 auch mit dem
Ventilgehäuse 12 verrastet oder
nach Art eines Bajonettverschlusses verbunden sein. Die Verbindung
muß allerdings
so fest und dicht ausgeführt
sein, daß sie
einem hohen Betriebsdruck und größeren Druckschwankungen
zuverlässig standhält.
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In
den Abschnitt des Ventilbauteils 18, der als Kernführungsrohr 26 ausgebildet
ist, sind in bekannter Art und Weise ein beweglicher Kern 32,
ein mit dem beweglichen Kern 32 gekoppelter Schließkörper 34 sowie
Federn 36 eingebaut. Das Kernführungsrohr 26 mit
diesen Einbauteilen bildet zusammen mit dem Ventilgehäuse 12,
insbesondere einem Einlaßkanal 38 und
einem Dichtsitz 40 eines Auslaßkanals 42 des Ventilgehäuses, einen
abgeschlossenen Fluidikteil des Magnetventils 10 aus. In
anderen Ausführungsformen
nimmt das Kernführungsrohr 26 zusätzlich ein
Pilotventil (nicht gezeigt) auf.
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Nach
dem Zusammenbau des abgeschlossenen Fluidikteils wurde die Magnetspuleneinheit 14 in
Richtung zum Ventilgehäuse 12 über das
Ventilbauteil 18 gestülpt
und ist in Anlage mit dem Ventilgehäuse 12. Das freie
Ende 20 des Ventilbauteils 18 ragt aus der Magnetspuleneinheit 14 heraus.
Am freien Ende 20 des Ventilbauteils 18 sind Befestigungsmittel
vorgesehen, um die Magnetspuleneinheit 14 zwischen dem
freien Ende 20 und dem Ventilgehäuse 12 axial zu halten.
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Die
Montage der Magnetspuleneinheit 14 sowie die detaillierte
Ausbildung der Befestigungsmittel sind in der Explosionsansicht
von 2 gut zu erkennen. Selbstverständlich ist der Fluidikteil
des Magnetventils 10, wie oben beschrieben, vor der Montage der
Magnetspuleneinheit 14 vollständig zusammengebaut. In der 2 ist
lediglich aus Darstellungsgründen
nur das Ventilbauteil 18 des Fluidikteils gezeigt.
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Das
Ventilbauteil 18 setzt sich zusammen aus dem Kernstück 22 und
dem Kernführungsrohr 26,
welches mit dem Kernstück 22 verschweißt ist. Das
Kernstück 22 kann
in weiteren Ausführungsformen
auch einstückig
mit dem Kernführungsrohr 26 ausgeführt oder
auf sonstige Art und Weise fest dichtend und unverschieblich mit
dem Kernführungsrohr 26 verbunden
sein. Das Kernstück 22 und
das Kernführungsrohr 26 werden
insgesamt als Ventilbauteil 18 bezeichnet. Der Abschnitt
des Kernstücks 22 weist
im vorliegenden Beispiel eine Entlüftungsbohrung 44 auf,
ist ansonsten aber im wesentlichen massiv ausgebildet. Nahe des
ersten axialen Endes 20 des Ventilbauteils 18 ist
eine umlaufende Nut 52 ausgebil det, auf die weiter unten
noch näher
eingegangen wird. Das zweite axiale Ende 24 des Ventilbauteils 18 ist
aufgeweitet und bildet den Befestigungsrand 28 aus.
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Zunächst ist
die Magnetspuleneinheit 14 in Richtung vom ersten axialen
Ende 20 zum zweiten axialen Ende 24 über das
Ventilbauteil 18 gestülpt. Um
im fertigmontierten Zustand die Dichtheit zu gewährleisten und Klapper- oder
Vibrationsgeräusche zwischen
dem Ventilbauteil 18 und der Magnetspuleneinheit 14 zu
vermeiden, sind zwei Kunststoffringe 54, 56 vorgesehen,
die im fertigmontierten Zustand zwischen das Ventilbauteil 18 und
die Magnetspuleneinheit 14 komprimiert sind (3).
Nach dem Einsetzen der Magnetspuleneinheit 14 umgibt der
Spulenkörper 16 das
Ventilbauteil 18, und das freie Ende 20 des Ventilbauteils 18 ragt
aus der Magnetspuleneinheit 14 heraus.
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Die
Befestigungsmittel zum Fixieren der Magnetspuleneinheit 14 umfassen
ein Handrad 58, ein U-förmiges
Federblech 60 und einen Haltering 62.
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Der
Haltering 62 ist so über
das freie Ende 20 des Ventilbauteils 18 geführt, daß er ebenfalls
das Ventilbauteil 18 umgibt und in einer Vertiefung der Magnetspuleneinheit 14 liegt.
Am Haltering 62 sind radial nach außen abstehende Nasen 64 vorgesehen,
die in Aussparungen 68 der Magnetspuleneinheit 14 eingreifen,
so daß der
Haltering 62 drehfest mit der Magnetspuleneinheit 14 verbunden
ist. Auf der der Magnetspuleneinheit 14 abgewandten Seite weist
der Haltering 62 eine Kurvenbahn 72 auf. Die Kurvenbahn 72 weist
an ihren höchsten
Erhebungen zwei Kerben 74 auf.
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Der
Haltering 62 ist hier als metallenes Einlegeteil ausgeführt, in
anderen Ausführungsformen
ist er mit der Magnetspuleneinheit 14 einstückig ausgebildet
oder verklebt, etc.
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In 2 ist
ferner das Handrad 58 zu sehen, welches U-förmig ausgeschnitten
ist, so daß es
im Bereich des ersten Endes 20 des Ventilbauteils 18 radial
auf das Ventilbauteil 18 geschoben werden kann. In einer
aufgeschobenen Stellung liegt der Mittelpunkt des Handrads 58 genau
auf der Achse des Ventilbauteils 18.
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Das
Handrad 58 ist drehfest mit dem Federblech 60 verbunden.
Hierfür
sind z.B. Haken 76 am Federblech 60 so abgebogen,
daß sie
in komplementäre
Ausnehmungen am Handrad 58 eingreifen. In axialer Richtung
kann das Handrad 58 fest mit dem Federblech 60 verbunden
oder lose aufgesteckt und lösbar
(abnehmbar) sein. An einem äußeren Rand 78 des
Federblechs 60 sind, beispielsweise durch Prägen, zwei
Gleitvorsprünge 80 geformt.
Bevorzugt liegen sich diese Gleitvorsprünge 80 gegenüber. Ein
innerer Rand 82 des U-förmigen
Federblechs 60 ist so dimensioniert, daß das Federblech 60 zusammen
mit dem Handrad 58 in radialer Richtung so auf das Ventilbauteil 18 geschoben
werden kann, daß der
innere Rand 82 in die Nut 52 des Ventilbauteils 18 eingreift.
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Dabei
schiebt sich ein Bund 84, der an einer der Magnetspuleneinheit 14 zugewandten
Seite des Handrads 58 vorgesehen ist, zwischen zwei gegenüberliegende
Führungsstege 86,
die auf einer dem Handrad 58 zugewandten Seite der Magnetspuleneinheit 14 vorgesehen
sind. Entsprechend ist der Abstand zwischen den Führungsstegen 86 senkrecht zur
Einschubrichtung (Pfeilrichtung in 1) des Handrads 58 geringfügig größer als
der Durchmesser des Bundes 84.
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Das
Handrad 58 ist vorzugsweise so geformt, daß es eine
gute Angriffsfläche
zum Verdrehen des Handrads 58 um die Achse des Ventilbauteils 18 ermöglicht.
Beim Verdrehen des Handrads 58 und damit des drehfest mit
dem Handrad 58 verbundenen Federblechs 60 gleitet
der innere Rand 82 des Federblechs 60 in der Nut 52 des
Ventilbauteils 18, bleibt aber in ständigem Eingriff mit der Nut 52.
Ferner gleiten die Gleitvorsprünge 80 des
Federblechs 60 auf der Kurvenbahn 72 des Halterings 62.
Dabei verformt sich das Federblech 60 zwischen seinem inneren Rand 82,
der in axialer Richtung in der Nut 52 gehalten ist, und
seinem äußeren Rand 78,
der mit seinen Gleitvorsprüngen 80 der
Kurvenbahn 72 folgt. Am höchsten Punkt der Kurvenbahn 72 sind
die Kerben 74 vorgesehen, in welche die Gleitvorsprünge 80 einrasten
können.
Damit ist das Federblech 60 und dementsprechend auch das
Handrad 58 in Drehrichtung arretiert.
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Infolge
dieser elastischen Verformung des Federblechs 60 entsteht
Zug im Ventilbauteil 18 und Druck in der Magnetspuleneinheit 14.
Damit ist die Magnet spuleneinheit 14 zwischen dem freien
Ende 20 des Ventilbauteils 18 und dem Ventilgehäuse 12 axial
gehalten. Dadurch, daß sogar
eine leichte Vorspannung aufgebracht ist, können Herstellungstoleranzen,
z.B. des Ventilbauteils 18 oder der Magnetspuleneinheit 14 ausgeglichen
werden.
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Die 1 zeigt
eine Situation, bei der das Handrad 58 mit dem Federblech 60 bereits
auf das Ventilbauteil 18 aufgeschoben ist (in Pfeilrichtung), so
daß der
innere Rand 82 bereits in die Nut 52 eingreift.
In axialer Richtung herrscht allerdings noch ein gewisses Spiel,
so daß die
Magnetspuleneinheit 14 eine geringfügige axiale Bewegungsfreiheit
aufweist. Das Magnetventil 10 befindet sich in einer nicht-verspannten
Stellung.
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Die 3 zeigt
eine Situation, bei der das Handrad 58 mit dem Federblech 60 bereits
soweit verdreht wurde, daß die
Gleitvorsprünge 80 in
den Kerben 74 eingerastet sind (im vorliegenden Beispiel:
Drehung um 90°).
Der verformte Kunststoffring 54 zeigt bereits an, daß die Magnetspuleneinheit 14 nun
zwischen dem freien Ende 20 des Ventilbauteils 18 und
dem Ventilgehäuse 12 verspannt
ist. Ein ungewolltes Lösen
dieser verspannten Stellung des Magnetventils 10 durch
radiales Herausgleiten des Handrads 58 und des Federblechs 60 kann
infolge deren U-förmiger
Ausbildung und Verdrehung um 90° nur
in einer Richtung senkrecht zur Einschubrichtung des Handrads 58 erfolgen.
Eine Bewegung in dieser Richtung wird jedoch dadurch blockiert,
daß der Bund 84 an
einem der Führungsstege 86 anstößt. Der
Bund 84 und die Führungsstege 86 stellen
also in der verspannten Stellung des Magnetventils 10 eine
Befestigungssicherung der Magnetspuleneinheit 14 dar.
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Zum
Entnehmen der Magnetspuleneinheit 14 muß das Handrad 58 mit
dem Federblech 60 um weitere 90° verdreht (bzw. um 90° zurückgedreht) und
radial vom Ventilbauteil 18 entfernt werden. Beim Verdrehen
muß zunächst der
Widerstand, den die Arretierung zwischen den Gleitvorsprüngen 80 und
den Kerben 74 entgegensetzt, überwunden werden.
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Um
die Magnetspuleneinheit 14 nicht nur axial zu halten, sondern
auch eine Relativdrehung zwischen Magnetspuleneinheit 14 und
Ventilgehäuse 12 zu
verhindern, ist eine zusätzliche
Verdrehsicherung 88 nach 4 vorgesehen.
Die Verdrehsicherung 88 ist fest am Ventilgehäuse 12 vormontiert
und weist mehrere Zähne
auf, die sich axial in Richtung zum ersten Ende 20 des
Ventilbauteils 18 erstrecken. Beim Aufschieben der Magnetspuleneinheit 14 auf das
Ventilbauteil 18 greift eine komplementäre Verzahnung in der Magnetspuleneinheit 14 so
in die Verzahnung der Verdrehsicherung 84 ein, daß eine gegenseitige
Verdrehung ausgeschlossen ist. Nach dem Verspannen der Magnetspuleneinheit 14 durch Verdrehen
des Handrads 58 ist die Magnetspuleneinheit 14 eindeutig
in ihrer Lage festgelegt.
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Damit
ist die Magnetspuleneinheit 14 fixiert, ohne daß sie gegenüber dem
Ventilgehäuse 12 bei der
Montage verdreht werden muß,
was besondere Vorteile bei beengten Platzverhältnissen bietet.