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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Sitzventil
zum Schalten eines Fluidflusses, bei welchem ein elektromagnetisches
Antriebsteil die Betätigungskraft zum Schalten eines benachbarten
Ventilteils aufbringt, welches zur Bildung einer 3/2-Ventilfunktion
zwei gegenüberliegend angeordnete Ventilsitze aufweist,
die mit einem Betätigungsmittel nach Art einer harten Sitzpaarung
zusammenwirken.
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Das
Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Schaltventile der
Hydraulik sowie der Pneumatik, mit welchen der Druck an einem Arbeitsanschluss
durch wahlweises Verbinden mit einem Speisedruckanschluss oder einem
Entlüftungsanschluss erhöht bzw. gesenkt werden
kann. Derartige Sitzventile mit 3/2-Ventilfunktionen werden beispielsweise zur
Betätigung eines Druckmittelzylinders eingesetzt. Bei elektromagnetischen
Sitzventilen wird durch Bestromung einer elektrischen Spule eine
magnetische Kraft zur Betätigung des Ventilteils aufgebracht.
Die Dichtpaarung zwischen Ventilsitz und Betätigungsmittel
kann dabei weichdichtend sein, was vorzugsweise im Bereich der Pneumatik
der Fall ist. Dagegen sind hydraulische Sitzventile überwiegend
hartdichtend. Sitzventile aus der Fahrzeugtechnik, wie Schalt- oder
Dosierventile der Kraftstoffeinspritzung oder ABS (Antiblockiersystem)
sind ebenfalls meist hartdichtend. Die vorliegende Erfindung liefert
einen Beitrag zu derartigen hartdichtenden Sitzventilen.
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Aus
der
DE 39 25 794 A1 geht
ein gattungsgemäßes elektromagnetisches Sitzventil
mit einer harten Dichtpaarung vor. Das Sitzventil weist ein Antriebsteil
auf, an welchem ein Ventilteil angeflanscht ist. Im Antriebsteil
befindet sich eine elektrische Spule, in deren Innerem ein beweglicher
Magnetanker zur Erzeugung der Betätigungskraft angeordnet
ist. Dieser wirkt über einen Stößel auf
ein kugelförmiges Betätigungsmittel ein, welches
als Stahlkugel ausgebildet ist und zwischen zwei einander gegenüberliegenden
Ventilsitzen bewegbar ist, um die 3/2-Ventilfunktion auszuführen.
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Derartige
Betätigungsmittel samt hiermit korrespondierender Ventilsitze
unterliegen äußerst präzisen Fertigungsanforderungen,
damit das kugelförmige Betätigungsmittel beide
Ventilsitze zuverlässig dichtend zu betätigen
in der Lage ist. Hierbei sollte die Überschneidungszeit
bei einem Schaltvorgang so gering wie möglich sein. Über
die Lebensdauer kann sich die Dichtpaarung verschleißbedingt
verschlechtern, so dass unerwünscht größere Überschneidungen
verursacht werden.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektromagnetisches
Sitzventil mit einer harten Dichtpaarung dahingehend weiter zu verbessern,
dass unter geringerem Fertigungsaufwand über die Lebenszeit
eine hohe Dichtheit ohne Arbeitspunktverschiebungen sichergestellt
werden kann.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem elektromagnetischen Sitzventil
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung
mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen
Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
wieder. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein,
dass das Betätigungsmittel aus zwei aneinanderliegend zur
Anlage kommenden harten Verschlusselementen besteht, die je einem der
beiden Ventilsitze zugeordnet sind und deren je nach außen
gewölbte Außenkontur mit einer sich je nach innen
erstreckenden Formgebung der Ventilsitze korrespondiert.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass durch die insoweit lose Anlage der stapelweisen
Anordnung zweier Verschlusselemente im Bereich der Betätigungsmittel ein
Toleranzausgleich zwischen den beiden Schaltpositionen erfolgen
kann. Selbst wenn die beiden einander gegenüberliegenden
Ventilsitze nicht exakt koaxial zueinander liegen, kann durch eine
radiale Relativbewegung zwischen den einanderliegenden und jedem
Ventilsitz separat zugeordneten Verschlusselementen ein Toleranzausgleich
herbeigeführt werden. Denn die lose gestapelte Anordnung
der beiden Verschlusselementen begünstigt die Selbstzentrierung
zumindest einer der vorzugsweise kugelförmig ausgebildeten
Verschlusselemente im korrespondierenden Sitzkegel, weil die Kugel
entlang des Kegelmantels eine rollende Bewegung ausführen
kann und nicht durch eine reibende Bewegung hineingleiten muss.
Dies verbessert die Dichtwirkung deutlich, da sich die Kugel mit
einer gleichmäßig angepressten Dichtlinie an den
Sitzkegel legen kann. Zusätzlich ist bei einem solchen
Hineinrollen der Kugel weniger Verschleiß im Dichtkegel
gegeben und damit die Dauerhaltbarkeit verbessert. Weiterhin kann
sich das lose Verschlusselement im geöffneten Zustand des Ventils
in eine zufällige Position relativ zum Dichtsitz legen.
Es gibt keine Vorzugsposition, wie es oft bei äußerlich
geführten Verschlusselementen des Standes der Technik festzustellen
ist. Diese zufällige Verteilung der vorzugsweise Kugelbewegung
bewirkt, dass Verschleißeffekte im Kegel ebenso gleichmäßig verteilt
sind, was zu einer konstanten oder sogar zu einer sich verbessernden
Dichtheit während der Lebensdauer führt. Die lose
gestapelte Anordnung der beiden Verschlusselemente ermöglicht
es außerdem auf einfache Weise, die äußeren
geometrischen Abmaße dem funktionellen Erfordernissen anzupassen. Insbesondere
können hierdurch die Winkel bei einem Sitzkegel als Ventilsitz
unabhängig voneinander gestaltet werden, so dass die vorstehend
erwähnte Selbstzentrierung weiter optimiert werden kann.
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Die
vorzugsweise kugelförmig geformten Verschlusselemente sind
insbesondere Stahlkugeln, welche als Standardbauteile erhältlich
sind. Es können Verschlusselemente mit voneinander verschiedenen äußeren
geometrischen Abmessungen verwendet werden. Im Falle von kugelförmigen
Verschlusselementen unterscheiden sich demnach die Durchmesser voneinander.
Dieser bildet einen Optimierungsparameter hinsichtlich verschleißminimaler Dauerbelastbarkeit
und technischer Funktion.
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Das
vorzugsweise mit den Ventilsitzen einstückig ausgebildete
Ventilteilgehäuse kann im Spritzgießverfahren
aus Kunststoff hergestellt werden. Hierdurch wird der Formverzug
im Dichtbereich wirkungsvoll minimiert.
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Gemäß einer
weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
dass die vom Antriebsteil erzeugte Betätigungskraft über
ein in Richtung Ventilteil verlaufendes Druckstück mit endseitiger
Scheibe an eine der beiden Verschlusselemente übertragen
wird. Vorzugsweise ist die Scheibe mit dem Verschlusselement stoffschlüssig
verbunden. Wird eine Stahlkugel als Verschlusselement gewählt,
so bietet es sich an, diese Stahlkugel mit einer ebenfalls aus Stahl
bestehenden Scheibe durch Laserschweißen miteinander zu
verbinden. Durch diese Maßnahme wird die Betätigungskraft
spielfrei und platzsparend an die Verschlusselemente übertragen.
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Wird
als Verschlusselement eine Stahlkugel gewählt, so bietet
es sich im Rahmen einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme
an, die Ventilsitze als Sitzkegel mit einer sich nach innen erstreckenden
Formgebung auszubilden. Diese Sitzkegel können darüber
hinaus einen angeformten zylindrischen Kragen mit nach radial innen
gerichteten nasenförmigen Anformungen aufweisen. Diese
nasenförmigen Anformungen im Bereich des Ventilsitzes verhindern
im bestromten Zustand des Antriebsteils ein starkes radiales Abweichen
des zugeordneten kugelförmigen Verschlusselementes von
der Kegelachse, was den nachfolgenden Schließvorgang begünstigt.
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Weitere,
die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es
zeigt:
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1 einen
Längsschnitt durch ein elektromagnetisches Sitzventil mit
Antriebsteil und Ventilteil, und
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2 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ventilsitz des Ventilteils.
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Gemäß 1 besteht
das elektromagnetische Sitzventil im Prinzip aus einem elektromagnetischen
Antriebsteil 1, sowie einem benachbart hieran angeordneten
Ventilteil 2. Das Antriebsteil 1 erzeugt die Betätigungskraft
zum Schalten des Ventilteils 2, welches eine 3/2-Ventilfunktion
besitzen.
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Das
Antriebsteil 1 ist aus einer elektrischen Spule 3 zur
Erzeugung eines magnetischen Feldes aufgebaut und umfasst außerdem
einen Eisenkern 4 mit sich hieran anschließenden äußeren
Magnetleitblech sowie einen innenliegenden beweglichen Magnetanker 5,
der über eine als Druckfeder ausgebildete Ankerfeder 6 stirnseitig
mit dem Eisenkern 4 zusammenwirkt.
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Seitens
des Ventilteils 2 sind innerhalb eines aus Kunststoff bestehenden
Ventilteilgehäuses 8 zwei einander gegenüberliegend
angeordnete Ventilsitze 9a und 9b platziert. Der
Ventilsitz 9a ist einem Entlüftungsanschluss R
am Ventilteilgehäuse 8 zugeordnet; der andere
Ventilsitz 9b ist einem Speisedruckanschluss P am Ventilteilgehäuse 8 zugeordnet.
Durch wechselseitiges Betätigen beider Ventilsitze 9a oder 9b wird
der Druck einem Arbeitsanschluss A am Ventilteilgehäuse 8 erhöht
oder verringert.
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Das
Betätigungsmittel für die beiden Ventilsitze 9a und 9b besteht
aus zwei aneinander zur Anlage kommenden harten Verschlusselementen 10a sowie 10b,
die je einem der beiden Ventilsitze 9a bzw. 9b zugeordnet
sind. Die beiden harten Verschlusselemente 10a und 10b sind
hier als Stahlkugeln ausgebildet. Mit ihrer nach außen
gewölbten Außenkontur korrespondieren die beiden
kugelförmigen Verschlusselemente 10a und 10b mit
einer sich hier nach innen erstreckenden Formgebung der Ventilsitze 9a und 9b,
welche jeweils als Sitzkegel 11a bzw. 11b geformt
sind. Zur Erzielung einer möglichst hohen Formstabilität
sind die beiden Ventilsitze 9a und 9b an jeweils
dom- bzw. zylinderartigen Anformungen des Ventilteilgehäuses 8 angespritzt.
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Die
vom Antriebsteil 1 elektromagnetisch erzeugte Betätigungskraft
wird über ein in Richtung Ventilteil 2 verlaufendes
Druckstück 12 mit endseitig anliegender Scheibe 13 an
das eine Verschlusselement 10a übertragen. Die
Scheibe 13 ist dabei mit dem Verschlusselement 10a verbunden.
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Gemäß 2 ist
der hier exemplarisch dargestellte Ventilsitz 9b aus einem
sich nach innen erstreckenden Sitzkegel mit angeformten zylindrischen Kragen
ausgebildet, an welchem nach radial innen gerichtete nasenartige
Anformungen 14 angebracht sind. Insgesamt sind hier drei
im äquidistanten Abständen zueinander angeordnete
nasenartige Anformungen 14 rund um das – nicht
weiter dargestellte – kugelförmige Verschlusselement
platziert, um dieses zu führen.
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- 1
- Antriebsteil
- 2
- Ventilteil
- 3
- Spule
- 4
- Eisenkern
- 5
- Magnetanker
- 6
- Ankerfeder
- 7
- Spule
- 8
- Ventilteilgehäuse
- 9
- Ventilsitz
- 10
- Verschlusselement
- 11
- Sitzkegel
- 12
- Druckstück
- 13
- Scheibe
- 14
- Anformung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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