DE102008017764B4

DE102008017764B4 - Ventil

Info

Publication number: DE102008017764B4
Application number: DE200810017764
Authority: DE
Inventors: Bruno Staiger; Klaus Schoch; Peter Kofing; Robert Rentz
Original assignee: Staiger GmbH and Co KG
Current assignee: Staiger GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: DE102008017764A1

Abstract

Ventil für gasförmige und flüssige Medien, umfassend einen Ventilkörper (1), der mindestens einen Eingang (9) und einen Ausgang (12, 13), einen Ventilsitz (10), eine Ventilkammer (11), einen plattenförmigen Anker (14) mit einem Dichtkörper (15) und eine scheibenförmige Feder (16) aufweist, sowie einen Magnetkopf (2) mit einer Elektrospule (19) und verschiedenen einzelnen Segmenten bestehend aus Joch (26), Innenkern (27), Außenkern (29) und nicht magnetisierbarer Scheibe (30), die zwischen dem Außenkern (29) und dem Innenkern (27) hermetisch dicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (26, 27, 29, 30) mit einem zugeordneten Dauermagneten (28) zu einer Segment-Magnetkreiseinheit (25) zusammengefasst sind, dass das Joch (26) im Querschnitt T-förmig ist, mit dem Außenkern (29) stoffschlüssig verbunden ist und einen Zylinderteil (31) aufweist, dass der Dauermagnet (28) zwischen dem Zylinderteil (31) des Jochs (26) und dem Innenkern (27) angeordnet ist, dass der Zylinderteil (31) des Jochs (26) und der Innenkern (27) axial etwa gleich lang sind, dass der Dauermagnet (28) in axialer Längsrichtung der Elektrospule (19) etwa in deren Mitte angeordnet ist und dass die axiale Länge des Dauermagneten (28) größer ist als die Dicke des Ankers (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die DE 102 15 592 C1 offenbart ein Ventil mit einem Ventilkörper, der einen Eingang, einen Ausgang, einen Ventilsitz, eine Ventilkammer, einen plattenförmigen Anker, einen Dichtkörper und eine scheibenförmige Feder aufweist. Außerdem ist ein Magnetkopf mit einer Elektrospule und verschiedenen Einzelsegmenten vorgesehen. Und zwar eine zwischen einem Innenkern und einem Außenkern hermetisch dicht angeordnete Scheibe und eine Jochplatte. Der Außenkern ist im Wesentlichen als Hülse ausgeführt, während der Innenkern als dickwandiges Rohr ausgebildet ist, das eine koaxiale Entlüftungsbohrung aufweist. Die Jochplatte ist im oberen Bereich des hülsenförmigen Außenkerns gelagert und von dem rohrförmigen Innenkern durchsetzt.
Die DE 10 2005 011 951 A1 offenbart ein Membranventil mit einem Vorsteuerventil, das über einen Magnetkopf ansteuerbar ist. Der Magnetkopf weist in einem Gehäuse eine Elektrospule auf einem Spulenkörper auf, der mit seinen Stirnseiten zwischen zwei Flussscheiben gelagert ist. Innerhalb des Spulenkörpers befindet sich ein gegen das Vorsteuerventil wirkender zylinderförmiger Magnetanker. Axial über dem Magnetanker ist eine mit einem O-Ring ausgestattete Metallscheibe federnd abgestützt. Darüber sind ein Dauermagnet und ein Magnetkern vorgesehen, deren axiale Länge wesentlich kleiner ist als die des Magnetankers.
Die DE 39 39 537 B4 offenbart ein Ventil mit einem Magnetkopf, der in einem Gehäuse einen Spulenkörper mit einer Elektrospule aufweist. Innerhalb des Spulenkörpers befindet sich ein koaxial erstreckendes Ankerführungsrohr, in dem ein gegen einen Ventilsitz wirkender zylinderförmiger Magnetanker gelagert ist. Im oberen Bereich des Ankerführungsrohrs sind eine Anschlagdämpfung, ein Dauermagnet und ein Kern vorgesehen, deren axiale Länge jeweils deutlich kleiner ist als die Länge des Magnetankers.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine kompakte Baueinheit und eine zuverlässige Ventilfunktion bei reduziertem Energieverbrauch erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in einer einzigen Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigt.
Das in der Zeichnung in geschnittener Ansicht vergrößert dargestellte erfindungsgemäße Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen, und weist einen Ventilkörper 1 und einen Magnetkopf 2 auf, die bezüglich einer Mittenachse 3 vorzugsweise kreisrund ausgebildet und koaxial angeordnet sind. Der etwa topfförmige Ventilkörper 1 besitzt eine Grundwand 4 mit einem kreiszylindrischen koaxialen Fortsatz 5 und eine sich in Richtung nach oben erstreckende Umfangswand 6. Am Umfang der Grundwand 4 und des Fortsatzes 5 können O-Ringe 7, 8 vorgesehen sein, die in nach außen offenen Rechtecknuten gelagert sind. Im Fortsatz 5 kann für das Medium ein koaxialer Eingang 9 ausgebildet sein, der in einen Ventilsitz 10 mündet, welcher in eine Ventilkammer 11 hineinragt. Für die Herausführung des Mediums aus der Ventilkammer 11 können in der Grundwand 4 Ausgänge 12, 13 vorgesehen sein. Bei verschiedenen Anwendungen kann es zweckmäßig sein, die Ein- und Ausgänge zu vertauschen, so dass das Medium über die dargestellten Ausgänge 12, 13 zugeführt und den dargestellten Eingang 9 abgeführt wird.
In der Ventilkammer 11 befindet sich ein axial verlagerbarer plattenförmiger Anker 14, der koaxial einen aus einem Elastomerwerkstoff hergestellten Dichtkörper 15 trägt, der in dem Anker 14 einvulkanisiert ist und den Ventilsitz 10 verschließt. Außerdem ist in einer Ebene unter dem Anker 14 eine scheibenförmige Feder 16 koaxial angeordnet, die im Bereich des Dichtkörpers 15 etwa in der Mitte des Ankers 14 angreift und mit ihrem Außenrand an einer Buchse 17 abgestützt ist, die an der Innenfläche der Umfangswand 6 zum Beispiel mittels Presssitz gehalten ist. Die Feder 16 drückt den Dichtkörper 15 gegen den Ventilsitz 10.
Der plattenförmige Anker 14 ist im Durchmesser so ausgeführt, dass er bei seiner axialen Verlagerung innerhalb der Buchse 17 weitgehend spielfrei geführt ist. Für eine leichtgängige axiale Ankerverlagerung im Medium der Ventilkammer 11 kann der Anker 14 zudem vorzugsweise drei Durchgangsbohrungen 18 aufweisen, die bezüglich der Mittenachse 3 beispielsweise in Winkeln von 120° kreisförmig um den Dichtkörper 15 herum angeordnet sein können.
Der Magnetkopf 2 weist eine zu der Mittenachse 3 koaxial angeordnete Elektrospule 19 auf, die auf einem Spulenkern 20 gelagert sein kann. An der dem Anker 14 abgewandten Seite der Elektrospule 19 können mit dem Spulendraht verbundene Anschlussstifte 21 vorgesehen sein, die in einer Leiterplatte 22 kontaktiert sind. An dieser Leiterplatte 22 können die Enden von aus dem Magnetkopf 2 herausragenden Elektroleitern 23, 24 kontaktiert sein, wodurch eine verhältnismäßig flexible Elektroverbindung hergestellt ist, die im Gegensatz zu relativ starren Verbindungen insbesondere bei im Betrieb auftretenden Schwingungen oder Erschütterungen eine Stromkreisunterbrechung verhindert und eine dauerhafte Verbindung für den elektrischen Stromfluss gewährleistet.
Außerdem weist der Magnetkopf 2 eine segmentierte Magnetkreiseinheit 25 auf, die aus verschiedenen einzelnen Segmenten zu einer Einheit zusammengefasst sind. Die einzelnen Segmente sind ein Joch 26, ein Innenkern 27, ein Dauermagnet 28, ein Außenkern 29 und eine nicht magnetisierbare Scheibe 30, die aus Metall bestehen kann. Das Joch 26, der Innenkern 27 und der Dauermagnet 28 sind kreiszylindrisch gestaltet und koaxial zur Mittenachse 3 angeordnet. Das im Querschnitt etwa T-förmige Joch 26 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel materialeinheitlich einstückig ausgeführt. Gemäß einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführung kann das Joch 26 zweckmäßig zweiteilig ausgebildet sein. Dabei kann es günstig sein, einen im Durchmesser im Wesentlichen gleich bleibend gestalteten zylindrischen Bolzen vorzusehen, der eine Ringscheibe durchsetzt, die auf den Bolzen aufgeschoben ist. Der Dauermagnet 28 befindet sich zwischen dem Joch 26 und dem Innenkern 27. Der Durchmesser des dem Dauermagneten 28 zugewandten Zylinderteils 31 des Jochs 26 und der Durchmesser des Innenkerns 27 sind gleich und entsprechen annähernd dem Innendurchmesser des Spulenkerns 20, während der Durchmesser des Dauermagneten 28 etwas kleiner ausgeführt sein kann. Die axiale Länge des Innenkerns 27 und die axiale Länge des Zylinderteils 31 können zweckmäßig ungefähr gleich sein. Dagegen ist die axiale Länge des Dauermagneten 28, der in axialer Längsrichtung der Elektrospule 19 etwa in deren Mitte angeordnet ist, bevorzugt kleiner und kann etwa ein Drittel der Länge des Innenkerns 27 oder des Zylinderteils 31 betragen. Allerdings ist der Dauermagnet 28 keine dünne Scheibe, sondern kann wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel immerhin so stabil gestaltet sein, dass die axiale Länge des Dauermagneten 28 annähernd doppelt so groß ist wie die Dicke des Ankers 14 in axialer Richtung.
Der kreiszylindrische Außenkern 29 der Segment-Magnetkreiseinheit 25 umgibt die Elektrospule 19 und ist für die Magnetkreisbildung mit dem Joch 26 durch Reibschluss eng verbunden. Der obere Bereich des Außenkerns 29 ist im Durchmesser so gestaltet, dass er ungefähr gleich dem Durchmesser der Umfangswand 6 des Ventilkörpers 1 ist. Ein gegenüber dem oberen Bereich im Durchmesser etwas kleinerer Rohrteil 32 des Außenkerns 29 ist von der Umfangswand 6 des Ventilkörpers 1 eng umfasst, wobei ein vorzugsweise etwa in der Ebene des Dauermagneten 28 am Rohrteil 32 ausgebildetes Außengewinde 33 in ein Innengewinde 34 eingreift, das am oberen Endbereich der Umfangswand 6 des Ventilkörpers 1 vorgesehen ist. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, auf das Außengewinde 33 und das Innengewinde 34 zu verzichten, um das Rohrteil 32 mit dem Endbereich der Umfangswand 6 zu verbinden. Am unteren Ende des Rohrteils 32 ist ein rechtwinklig nach innen ragender Kragen 35 ausgebildet, der den Spulenkern 20 der Elektrospule 19 untergreift. Die Dicke des Kragens 35 in axialer Richtung ist größer, vorzugsweise etwa doppelt so groß, als die Dicke der nicht magnetisierbaren Scheibe 30.
Die Scheibe 30 ist in der Ebene des Kragens 35 angeordnet und untergreift wie dieser ebenfalls den Spulenkern 20. Dabei ist der Außendurchmesser der Metallscheibe ungefähr gleich dem Innendurchmesser des Kragens 35 ausgeführt und der Innendurchmesser der Scheibe 30 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Innenkerns 27, der die Scheibe 30 durchsetzt und in Richtung zum Anker 14 hin überragt. Mit Hilfe der genauen Außen- und Innendurchmesseranpassung der Scheibe 30 ist letztere zwischen dem Innenkern 27 und dem Kragen 35 des Außenkerns 29 hermetisch dicht angeordnet, so dass das Medium nicht in das Innere des Magnetkopfs 2 eindringen kann.
Die Lage der nicht magnetisierbaren Scheibe 30 ist so gewählt, dass sie, in axialer Richtung gesehen, bezüglich der Stirnseite 36 des Außenkerns 29, die dem Anker 14 zugewandt ist, zurückgesetzt ist. Außerdem ist in der Zeichnung zu erkennen, dass die dem Anker 14 zugewandte Stirnfläche 37 des Innenkerns 27 von der Stirnseite 36 des Außenkerns 29 axial ebenfalls etwas entfernt ist, so dass ein Abstand gebildet ist. Dabei ist ersichtlich, dass das Maß der axialen Zurücksetzung 38 der Scheibe 30 gegenüber der Stirnseite 36 des Außenkerns 29 bevorzugt etwa doppelt so groß ist wie der axiale Abstand zwischen der Stirnfläche 37 des Innenkerns 27 zur Stirnseite 36 des Außenkerns 29.
Um die Elektrospule 19 mit ihrem Spulenkern 20 sowie die Leiterplatte 22 und die elektrischen Anschlüsse sowohl mechanisch als auch gegen Feuchtigkeit und Spritzwasser zu schützen, kann der Magnetkopf 2 mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 39 weitgehend hohlraumfrei vergossen sein, so dass sämtliche Hohlräume innerhalb des Außenkerns 29 ausgefüllt sind. Die Vergussmasse 39, der obere Rand des Außenkerns 29 und des Jochs 26 bilden eine gemeinsame Ebene.
Bei einem den Elektromagneten des Magnetkopfs 2 aktivierenden elektrischen Einschaltimpils wird eine Verstärkung der Magnetkraft erzielt, wobei der Anker 14 mit Unterstützung des Dauermagneten 28 gegen die Kraft der Feder 16 in Richtung gegen den Innenkern 27 gezogen wird, bis er an der Stirnseite 36 des Außenkerns 29 zur Anlage kommt. Dabei hebt der Dichtkörper 15 vom Ventilsitz 10 ab, so dass das Ventil geöffnet ist und das Medium vom Eingang 9 in die Ventilkammer 11 und von dort zu den Ausgängen 12, 13 gelangen kann. Ist der Einschaltimpuls beendet, bleibt das Ventil dennoch geöffnet, denn die Kraft des Dauermagneten ist so bemessen, dass sie ausreicht, den in Richtung gegen den Innenkern 27 verlagerten Anker 14 in dieser Öffnungsposition selbsttätig zu halten.
Zum Schließen des Ventils wird der Elektromagnet des Magnetkopfs 2 ebenfalls durch einen elektrischen Einschaltimpuls aktiviert, allerdings wurde dafür zuvor die elektrische Polarität vertauscht, so dass der elektrische Strom gegenüber dem zuvor beschriebenen Einschaltvorgang in entgegengesetzter Richtung durch die Elektrospule 19 fließt. Dadurch wird ein Magnetfeld aufgebaut, das der Kraft des Dauermagneten 28 entgegenwirkt. Es wird also eine Schwächung des Magnetfeldes erreicht, derart, dass die Kraft der Feder 16 überwiegt. Somit wird der Anker 14 axial vom Innenkern 27 und Joch 26 fortbewegt, so dass der Dichtkörper 15 gegen den Ventilsitz 10 gedrückt wird und diesen verschließt, wodurch der Fluss des Mediums unterbrochen ist.
Durch diese Maßnahmen kann das Ventil sowohl in der Öffnungsstellung als auch in der Schließstellung äußerst stromsparend betrieben werden, denn die Elektrospule 19 wird beim Einschalten und beim Ausschalten jeweils nur verhältnismäßig kurz mit Spannung versorgt. Und zwar nur so lange, bis der Anker 14 seine jeweilige Endstellung erreicht hat. In den erreichten Endstellungen wird der Anker 14 allein durch die Kraft des Dauermagneten 28 gehalten, so dass dafür keine anderweitige Energieversorgung benötigt wird.

Claims

Ventil für gasförmige und flüssige Medien, umfassend einen Ventilkörper (1), der mindestens einen Eingang (9) und einen Ausgang (12, 13), einen Ventilsitz (10), eine Ventilkammer (11), einen plattenförmigen Anker (14) mit einem Dichtkörper (15) und eine scheibenförmige Feder (16) aufweist, sowie einen Magnetkopf (2) mit einer Elektrospule (19) und verschiedenen einzelnen Segmenten bestehend aus Joch (26), Innenkern (27), Außenkern (29) und nicht magnetisierbarer Scheibe (30), die zwischen dem Außenkern (29) und dem Innenkern (27) hermetisch dicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (26, 27, 29, 30) mit einem zugeordneten Dauermagneten (28) zu einer Segment-Magnetkreiseinheit (25) zusammengefasst sind, dass das Joch (26) im Querschnitt T-förmig ist, mit dem Außenkern (29) stoffschlüssig verbunden ist und einen Zylinderteil (31) aufweist, dass der Dauermagnet (28) zwischen dem Zylinderteil (31) des Jochs (26) und dem Innenkern (27) angeordnet ist, dass der Zylinderteil (31) des Jochs (26) und der Innenkern (27) axial etwa gleich lang sind, dass der Dauermagnet (28) in axialer Längsrichtung der Elektrospule (19) etwa in deren Mitte angeordnet ist und dass die axiale Länge des Dauermagneten (28) größer ist als die Dicke des Ankers (14).
Ventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht magnetisierbare Scheibe (30) in axialer Richtung gegenüber der dem Anker (14) zugewandten Stirnseite (36) des Außenkerns (29) und der dem Anker (14) zugewandten Stirnfläche (37) des Innenkerns (27) zurückgesetzt ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen der dem Anker (14) zugewandten Stirnseite (36) des Außenkerns (29) und der Stirnfläche (37) des Innenkerns (27) ein Abstand besteht.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der axialen Zurücksetzung (38) der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) gegenüber der Stirnseite (36) des Außenkerns (29) größer ist als der axiale Abstand der Stirnfläche (37) des Innenkerns (27) zur Stirnseite (36) des Außenkerns (29).
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkern (29) einen die Elektrospule (19) untergreifenden Kragen (35) aufweist.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung die Dicke des Kragens (35) des Außenkerns (29) größer ist als die Dicke der nicht magnetisierbaren Scheibe (30).
Ventil nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) etwa gleich dem Innendurchmesser des Kragens (35) des Außenkerns (29) ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (26) materialeinheitlich einstückig ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (26) aus zwei Teilen besteht.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (26) einen im Durchmesser im Wesentlichen gleich bleibenden zylindrischen Bolzen aufweist, der eine Ringscheibe durchsetzt, die auf den Bolzen aufgeschoben ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der nicht magnetisierbaren Scheibe (30) etwa gleich dem Außendurchmesser des Innenkerns (27) ist und dass der Innenkern (27) die Scheibe (30) axial durchsetzt.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmige Feder (16) an einer Buchse (17) abgestützt ist, die an einer Umfangswand (6) des Ventilkörpers (1) gelagert ist.
Ventil nach Anspuch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verlagerbare plattenförmige Anker (14) in der Buchse (17) geführt ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (15) in dem plattenförmigen Anker (14) einvulkanisiert ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Anker (14) eine oder mehrere Durchgangsbohrungen (18) für das Medium aufweist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Dauermagneten (28) etwa doppelt so groß ist wie die Dicke des Ankers (14).
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Dauermagneten (28) etwa ein Drittel der Länge des Innenkerns (27) oder des Zylinderteils (31) beträgt.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkern (29) der Segment-Magnetkreiseinheit (25) etwa in der Ebene des Dauermagneten (28) ein Außengewinde (33) aufweist, das in einem Innengewinde (34) der Umfangswand (6) des Ventilkörpers (1) axial feinjustierbar gelagert ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) und der Außenkern (29) koaxial angeordnet und im Durchmesser etwa gleich ausgebildet sind.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrospule (19) an der dem Anker (14) abgewandten Seite an einer Leiterplatte (22) kontaktierte elektrische Anschlussstifte (21) aufweist.
Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrospule (19) zugewiesene Elektroleiter (23, 24) an der Leiterplatte (22) kontaktiert sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrospule (19) mit den Elektroanschlüssen und der Leiterplatte (22) in einer elektrisch isolierenden Vergussmasse (39) geschützt gelagert sind.