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Die
Erfindung betrifft ein Magnetventil mit den oberbegrifflichen Merkmalen
des Patentanspruchs 1.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 600
04 838 T2 sogenanntes Doppelsitzventil mit einer axial
beabstandeten Anordnung von zwei Ventilsitzen bekannt. Bei der dort
beschriebenen Anordnung ist es möglich durch
das Ansteuern der einzelnen Ventilstopfen die Einlasskammer, die
Auslasskammer und den Zwischenraum zwischen den beiden Ventilstopfen
durch das Einleiten einer Reinigungsflüssigkeit zu säubern und
so das Ventil an Ort und Stelle zu reinigen, ohne es ausbauen zu
müssen.
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Des
Weiteren sind Ventile bekannt, bei denen ein Dichtelement auf eine
Ventilöffnung
gedrückt wird,
so dass diese abgedichtet wird und ein weiterer Durchfluss eines
Mediums durch das Ventil unterbunden wird.
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Werden
derartige Ventile in sicherheitsrelevante Umgebungsbedingungen eingesetzt,
so ist es von Nachteil, dass bei Verschleiß des Dichtelements die Dichtigkeit
des Ventils und damit seine Absperrwirkung nicht mehr sicher gewährleistet
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Magnetventil zur Verfügung zu stellen, bei dem eine
Absperrwirkung mit erhöhter
Sicherheit zur Verfügung
gestellt wird, das darüber
hinaus einfach und kostengünstig herzustellen
ist und kompakte Abmessungen aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Magnetventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
erfindungsgemäßes Magnetventil
besteht dementsprechend aus einer elektromagnetischen Antriebseinheit
mit einem bewegbaren Anker, einem Ventilteil mit wenigstens zwei
Ventilöffnungen und
einer Dichteinrichtung, z. B. wenigstens zwei Dichtelementen, die
die Ventilöffnungen
nach Maßgabe
einer Bewegung des Ankers öffnen
oder verschließen,
wobei zumindest die Ventilöffnungen
in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Bevorzugst sind auch
die Dichtelemente in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei der
Anker der elektromagnetischen Antriebseinheit scheibenförmig als Ankerscheibe
ausgebildet ist und so einen weitgehend rotationssymmetrischen Aufbau
des Ventils ermöglicht.
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Es
ist wenigstens ein Stützelement
vorgesehen, das ein Verkippen der Ankerscheibe verhindert.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Anordnung der Ventilöffnungen
in einer gemeinsamen Ebene diese durch die Dichteinrichtung gleichzeitig
geöffnet
bzw. geschlossen werden können.
Ist beispielsweise eine erste Ventilöffnung einem Zulauf zugeordnet
und eine zweite Ventilöffnung
einem Ablauf des Ventils, so ist die Dichtigkeit des Ventils und damit
seine Sperrwirkung auch noch gewährleistet, wenn
beispielsweise eines der beiden Dichtelemente defekt, z. B. undicht
ist.
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Vorteilhaft
an einer derartigen Ausgestaltung ist außerdem, dass in einer Schließstellung
des Ventils, d. h. wenn die Dichtelemente auf die Ventilöffnungen
gedrückt
werden, durch das Stützelement
verhindert wird, dass die Ankerscheibe verkippt und aufgrund des
Verkippens eine oder beide der Ventilöffnungen nicht mehr zu 100%
verschlossen sind. Die Dichtelemente und das Stützelement sind bevorzugt radial
um je 120° versetzt,
zueinander angeordnet.
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Eine
derartige Anordnung der Dichtelemente und des Stützelements hat zur Folge, dass
die Ankerscheibe an den drei Eckpunkten eines gleichschenkligen
Dreiecks abgestützt
wird, so dass eine optimale Kraftverteilung erreicht wird.
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In
einer weiter bevorzugten Ausgestaltungsform ist zwischen der elektromagnetischen
Antriebseinheit und dem Anker eine Membran angeordnet, die bevorzugt
aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist und gegen die elektromagnetische
Antriebseinheit und/oder den Ventilteil mittels je eines O-Rings
abgedichtet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die elektromagnetische
Antriebseinheit in einem Raum untergebracht ist, der gegen das Medium,
dass das Ventil durchströmt,
abgedichtet ist. Die elektromagnetische Antriebseinheit braucht bei
dieser Ausbildung nicht zusätzlich
gegen beispielsweise elektrisch leitende oder korrosive Medien geschützt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist eine Rückstellfeder,
z. B. eine Druckfeder, vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass
das Ventil bei unbestromter elektromagnetischer Antriebseinheit
entweder geschlossen oder geöffnet
ist. Die Anbringung einer solchen Druckfeder ist besonders vorteilhaft
bei Ventilen, die nur selten betätigt
werden. Ist ein Ventil beispielsweise die meiste Zeit geschlossen und
wird nur sehr selten, beispielsweise zu Belüftungszwecken geöffnet, so
kann durch eine ausreichend starke Druckfeder erreicht wer den, dass
das Ventil im unbestromten Zustand stets geschlossen ist.
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Es
ist des Weiteren vorteilhaft, den Anker mittig mit einer topfförmigen Auswölbung auszugestalten
und die Druckfeder in der Auswölbung
anzuordnen. Durch eine derartige Ausgestaltung des Ankers wird vorteilhafterweise
erreicht, dass die Druckfeder auf einfache Weise gelagert ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils
ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit und der Ventilteil feststehend
miteinander verbunden sind und diese Verbindung vorteilhafterweise
durch Verschweißen,
bevorzugt durch Ultraschallschweißen, hergestellt wird. Vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung ist, dass bei einem werksseitigen Zusammenbau
des Ventils mit anschließendem
Verschweißen
die notwendigen Dichtigkeiten gewährleistet werden können und
die Nachteile, die beispielsweise bei einer Schraubverbindung entstehen
würden,
vermieden werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil,
und
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2 einen
Querschnitt in der Ebene der Ventilöffnungen des Magnetventils
aus 1 entlang der Schnittlinie I-I von 1.
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Die
Darstellung in 1 zeigt eine Schnittzeichnung
durch ein beispielhaftes Magnetventil, bei der die Schnittebene
entlang der versetzten Schnittlinie II-II in 2 geführt ist.
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In 1 ist
eine elektromagnetische Antriebseinheit 10 gezeigt. Die
elektromagnetische Antriebseinheit 10 weist als zentral
angeordnetes Element einen magnetisch leitfähigen Polkern 12 auf. Um
den Polkern 12 ist eine Spule 16 angeordnet, wobei
die Windungen der Spule 16, auf einen Spulenträger 14 aufgewickelt
sind. Zur Bildung eines Magneteisensystems und damit zur Leitung
des magnetischen Flusses ist am oberen Ende des Polkerns 12 eine
Jochplatte 18 und um die Spule 16 ein magnetisch
leitendes Rohr 19 angebracht. Die elektromagnetische Antriebseinheit 10 ist
von einem Gehäuse 21 in
Form eines umgedrehten Topfes umgeben und an seiner Unterseite durch
eine metallische Membran 30 abgeschlossen. Das Gehäuse 21 kann
z. B. durch Kunststoffumspritzung gebildet sein. In einer nach unten
weisenden, umlaufenden Nut 21a des Gehäuses 21 sitzt ein
O-Ring 23,
der gegen die Membran 30 drückt und das Gehäuse 21 der
elektromagnetischen Antriebseinheit 10 gegen einen unterhalb
der Membran 30 befindlichen Ankerraum 31 abdichtet.
Wie in 1 dargestellt, findet das Gehäuse 21 nach einem
radialen Vorsprung 21b seine Fortsetzung in axialer Richtung
und mündet
einerseits in einem am unteren Ende des Gehäuses 21 angeordneten
Steckerteil 21c mit Anschlußstiften 25, indem
die elektrischen Anschlüsse
der Spule 16 nach außen geführt sind,
und andererseits in einem Befestigungsflansch 21d mit Befestigungsloch 21e.
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Der
Ankerraum 31 ist durch einen Hohlraum eines Ventilsitzkörpers 44 gebildet,
wobei sich der Ventilkörper 44 nach
oben gegen die Membran 30 abgrenzt. Zur Abdichtung weist
der Ventilkörper 44 eine
nach oben weisende, umlaufende Nut 44a auf, in der ein
sich gegen die Membran 30 abstützenden O-Ring 24 sitzt.
Die Nuten 21a, 44a des Gehäuses 21 und des Ventilsitzkörpers 44 sind
dabei so angebracht, dass sie gegenseitig fluchten und die darin angeordneten
O-Ringe 23, 24 am äußeren Rand der Membran 30 aufliegen.
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Das
Gehäuse 21 und
der Ventilkörper 44 sind
feststehend und abdichtend miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise
durch eine umlaufende Ultraschallverschweißung 45 erreicht werden.
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Im
Ankerraum 31 ist ein magnetisch leitender, scheibenförmiger Anker 33 angeordnet.
Der Anker 33 weist in seinem Zentrum eine topfförmige Vertiefung 33a auf,
in der eine Druckfeder 35 angeordnet ist. An der Unterseite
des Ankers 33 ist radial nach außen versetzt ein erstes tellerförmiges Dichtelement 37 und
ein zweites tellerförmiges
Dichtelement 38 angeordnet. Die Dichtelemente 37, 38 sind
dazu geeignet, eine erste und eine zweite Ventilöffnung 40, 41,
die sich in dem unterhalb des Ankers 33 angeordneten Ventilsitzkörper 44 befinden,
zu verschließen. Die
erste Ventilöffnung 40 ist
dabei einem radial nach außen
geführten
Zulauf 46 und die zweite Ventilöffnung 41 einem axial
nach unten geführten
Ablauf 47 zugeordnet.
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Die
in der topfförmigen
Vertiefung des Ankers 33 angeordnete Druckfeder 35 stützt sich
an der Membran 30 ab und bewirkt so, dass im unbestromten
Zustand der Spule 16 die Ventilöffnungen 40, 41 durch
die Dichtelemente 37, 38 verschlossen sind. Dabei
ist zu berücksichtigen,
dass die Membran 30 ausreichend steif gegen Verbindungen
ausgebildet ist. Wird die Spule 16 bestromt, so bildet
sich ein magnetischer Kreis, wodurch der Anker 33 im Ankerraum 31 in
Richtung Spule 16 gezogen wird. Die Ventilöffnungen 40, 41 werden
geöffnet.
Das am Zulauf 46 zuströmende
Medium gelangt so zum Ablauf 47, zusätzlich ein mechanischer Filter 49 aufweist,
um Verschmutzungen fern zu halten.
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2 zeigt
eine Schnittzeichnung durch das Ventil aus 1, wobei
der Schnitt in der in 1 angedeuteten Ebene I-III quer durch das
Ventil geführt ist
und in einer Draufsicht den Ventilsitzkörper 44 und das darum
angeordnete Gehäuse 21 zeigt.
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Das
Gehäuse 21 weist
einen im Wesentlichen zylindrischen Körper auf, an dessen Außenseite
ein rechteckig ausgeformter Vorsprung zur Unterbringung des Steckerteils 21c angeformt
ist. Des Weiteren weist das Gehäuse 21 zwei
weitere Vorsprünge
mit Durchbohrungen 21e auf, die zur Verschraubung des Gehäuses 21 geeignet
sind.
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In
der Draufsicht auf den Ventilsitzkörper 44 ist die äußere Wandung
zu erkennen, die den Ventilsitzkörper
seitlich abschließt
und wie in 1 zu erkennen ist, nach oben
hin mit der Membran 30 abschließt. Des Weiteren sind die beiden
Ventilöffnungen 40, 41 zu
erkennen, die in einem Radius r vom Zentrum des Ventilsitzkörpers beabstandet
um einen Winkel von 120° versetzt
angeordnet sind. Des Weiteren ist ein Stützelement 50 zu erkennen,
dass im selben Radius r um weitere 120° versetzt angeordnet ist. Das
Stützelement 50 hat
eine Höhe,
die der Dicke der Dichtelemente 37, 38 entspricht.
Das Stützelement 50 kann
z. B. einstückig
mit der Ankerscheibe 33 verbunden sein. Im Zentrum des
in 2 dargestellten Schnitts ist die topfförmige Vertiefung
der Ankerplatte 33 zu erkennen in deren Zentrum die Druckfeder 35 angeordnet
ist.
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Es
wird im Folgenden kurz die Funktion des in den 1 und 2 dargestellten
Ventils erklärt.
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In
unbestromtem Zustand der Spule 16 wird die Ankerplatte 33 durch
die Federwirkung der zwischen der Ankerplatte 33 und der
Membran 30 angeordneten Druckfeder 35 nach unten
gedrückt,
so dass die Ventilöffnungen 40, 41 durch
die Dichtelemente 37, 38 verschlossen sind. In
diesem unbestromten Zustand stabilisiert das Stützelemente 50 die
Ankerplatte 33 in ihrer Lage horizontal zur Oberfläche des
Ventilsitzkörpers 44.
Ein Verkippen der Ankerplatte 33 und der daran angeordneten
Dichtelemente 37, 38 wird dadurch verhindert.
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Im
bestromten Zustand der Spule 16 wird ein Magnetfeld induziert,
dessen magnetischer Fluss durch die Jochplatte 18, das
magnetisch leitende Rohr 19 und den Polkern 12 in
Richtung der Ankerplatte 33 gelenkt wird. Die Ankerplatte 33 schließt den magnetischen
Kreis und wird durch das induzierte Magnetfeld entgegen der Kraft
der Druckfeder 35 nach oben gezogen, so dass die Dichtelemente 37, 38 von
den Ventilöffnungen 40, 41 abheben
und der Durchfluss durch den Ankerraum 31 ermöglicht wird.
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Wenngleich
im Ausführungsbeispiel
von zwei Dichtelementen 37, 38 die Rede war, ist
es ebenso möglich
einen einzigen Dichtring oder eine einzige Dichtplatte vorzusehen,
die die beiden Ventilöffnungen 40, 41 gleichzeitig
abdichten kann.
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Des
Weiteren ist es natürlich
nicht zwingend, dass das Stützelement 50 auf
der Ankerscheibe 33 sitzt. Es kann auch auf dem Ventilsitzkörper 44 angeordnet
sein.
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- 10
- Elektromagnetische
Antriebseinheit
- 11
- Ventilteil
- 12
- Polkern
- 14
- Spulenträger
- 16
- Spule
- 18
- Jochplatte
- 19
- Magnetisch
leitendes Rohr
- 21
- Gehäuse
- 21a
- Nut
- 21b
- Vorsprung
- 21c
- Steckerteil
- 21d
- Befestigungsflansch
- 21e
- Befestigungsloch
- 23
- O-Ring
- 24
- O-Ring
- 25
- Anschlussstifte
- 30
- Membran
- 31
- Ankerraum
- 33
- Anker/Ankerscheibe
- 33a
- Vertiefung/Auswölbung
- 35
- Druckfeder
- 37
- erstes
Dichtelement
- 38
- zweites
Dichtelement
- 40
- erste
Ventilöffnung
- 41
- zweite
Ventilöffnung
- 44
- Ventilsitzkörper
- 44a
- Nut
- 45
- Ultraschallverschweißung
- 46
- Zulauf
- 47
- Ablauf
- 49
- mechanischer
Filter
- 50
- Stützelement
- r
- Radius