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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, mit einem Ventilgehäuse, das eine mit mehreren Ventilkanälen kommunizierende Ventilkammer aufweist, in der eine Ventilgliedanordnung derart verschwenkbar aufgenommen ist, dass sie zwei den Ventilkanälen zugeordnete steuerbare Kanalöffnungen wahlweise unter Einnahme einer Offenstellung freigeben oder unter Einnahme einer Schließstellung verschließen kann, und mit einer Elektromagneteinrichtung zur Betätigung der Ventilgliedanordnung, die mit Abstand nebeneinander angeordnete und jeweils der Ventilgliedanordnung zugewandte erste und zweite Polflächen mit bei Betätigung der Elektromagneteinrichtung unterschiedlicher Polarität aufweist.
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Ein aus der
WO 95/22709 A1 bekanntes Magnetventil dieser Art enthält ein Ventilgehäuse mit einer Ventilkammer, in der eine aus einem einzigen verschwenkbaren Ventilglied bestehende Ventilgliedanordnung untergebracht ist. Das Ventilglied ist ähnlich einer Wippe schwenkbar gelagert und hat zwei von der Schwenkachse wegragende Ventilgliedarme, die jeweils einer steuerbaren Kanalöffnung gegenüberliegen. Einer der Ventilgliedarme ist als Betätigungsarm konzipiert und befindet sich gegenüberliegend zweier Polflächen unterschiedlicher Polarität einer Elektromagneteinrichtung. Wird die Elektromagneteinrichtung aktiviert, bildet sich zwischen den beiden Polflächen ein Magnetfeld aus, das auch den Betätigungsarm durchsetzt und dadurch ein Verschwenken des Ventilgliedes hervorruft.
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Aus der
EP 1 748 238 B1 ist ein 2/2-Wege-Magnetventil bekannt, das über ein plattenförmiges Ventilglied verfügt, das zwischen zwei Polflächen einer Elektromagneteinrichtung und einer zu steuernden Kanalöffnung eines Ventilkanals angeordnet ist. Normalerweise ist das Ventilglied durch anstehende Fluidkräfte in eine Schließstellung vorgespannt, aus der es bei Aktivierung der Elektromagneteinrichtung in eine Offenstellung verlagerbar ist, wobei es eine translatorische Bewegung hin zu den beiden Polflächen ausführt. Dieses bekannte Magnetventil ist vom Typ „Normalerweise Geschlossen”. Allerdings existieren in der Praxis Anwendungen, die den Einsatz eines Zweiwegeventils ratsam erscheinen lassen, das vom Typ „Normalerweise Offen” ist, so dass der Schließvorgang eine Aktivierung der Elektromagneteinrichtung voraussetzt. Eine solche Betriebsweise ist mit dem bekannten Magnetventil nicht realisierbar.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetventil zu schaffen, das bei kompaktem Aufbau die Funktionalität eines 2/2-Wege-Ventils aufweist und vom Typ „Normalerweise Offen” ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Ventilgliedanordnung zwei unter Bildung einer scherenartigen Ventilgliedstruktur bezüglich einer Schwenkachse relativ zueinander verschwenkbar angeordnete Ventilglieder aufweist, die jeweils zwei in unterschiedlichen Richtungen quer von der Schwenkachse wegragende Ventilgliedarme besitzen, wobei der jeweils eine der Ventilgliedarme ein vor eine der beiden Polflächen ragender, magnetisch leitfähiger Betätigungsarm und der jeweils andere der Ventilgliedarme ein vor eine der beiden steuerbaren Kanalöffnungen ragender Steuerarm ist, und wobei der eine Betätigungsarm vor die erste Polfläche und der andere Betätigungsarm vor die zweite Polfläche ragt, so dass sich bei Betätigung der Elektromagneteinrichtung ein sich zwischen den beiden Polflächen verlaufendes Magnetfeld ausbildet, das beide Betätigungsarme durchsetzt, so dass beide Betätigungsarme zu der ihnen jeweils gegenüberliegenden Polfläche hingezogen und zugleich beide Steuerarme in eine die jeweils zugeordnete Kanalöffnung verschließende Schließstellung verschwenkt werden.
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Das erfindungsgemäße Magnetventil verfügt über eine Ventilgliedstruktur mit zwei wippenartig verschwenkbaren Ventilgliedern, die zu einer scherenartig beweglichen Ventilgliedstruktur zusammengefasst sind. Jedes Ventilglied enthält einen Betätigungsarm, wobei der Betätigungsarm des einen Ventilgliedes vor die eine Polfläche und der Betätigungsarm des anderen Ventilgliedes vor die andere Polfläche ragt. Wird die Elektromagneteinrichtung aktiviert, findet ein Anzug des jeweils vorgelagerten Betätigungsarmes statt, was zur Folge hat, dass jedes Ventilglied um die Schwenkachse verschwenkt wird und jeder Steuerarm drückend in Richtung der jeweils zu steuernden Kanalöffnung verschwenkt wird, wo er unter Abdichtung an einem die zu steuernde Kanalöffnung umschließenden Ventilsitz zur Anlage gelangen kann. Durch die besondere Scherenstruktur der Ventilgliedanordnung wird dabei erreicht, dass bei Aktivierung der Elektromagneteinrichtung auf beide Ventilglieder ein sehr starkes Magnetfeld einwirkt. Das sich zwischen den beiden Polflächen ausbildende Magnetfeld ist in der Lage, gleichzeitig die Betätigungsarme beider Ventilglieder als Flussleitstrukturen zu nutzen und quasi vom jeweils einen auf den anderen Betätigungsarm „überzuspringen”, so dass die Größe der sich ausbildenden Luftspalte minimal ist und eine hohe magnetische Anzugskraft zur Verfügung steht. Auf diese Weise können mit dem Magnetventil sehr hohe Drücke und Durchflussraten gesteuert werden.
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Das Magnetventil lässt sich überdies in vorteilhafter Weise als 2/2-Wege-Ventil vom Typ „Normalerweise Offen” einsetzen. Hierbei werden die den beiden steuerbaren Kanalöffnungen zugeordneten Ventilkanäle als mit einer Druckquelle verbundene Speisekanäle genutzt und es ist ein weiterer Ventilkanal vorhanden, der in ständig ungesteuerter Weise ebenfalls mit der Ventilkammer kommuniziert. Bei deaktivierter Elektromagneteinrichtung werden beide Ventilglieder durch den anstehenden Speisedruck in die Offenstellung verschwenkt und dort gehalten. Bei Aktivierung der Elektromagneteinrichtung werden durch die auf die beiden Betätigungsarme einwirkenden Magnetkräfte beide Ventilglieder insbesondere gleichzeitig in die Schließstellung verschwenkt. Man kann also sagen, dass die ziehende Wirkung der Elektromagneteinrichtung in eine drückende Schließkraft beider Ventilglieder umgewandelt wird.
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Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht einen sehr kompakten Ventilaufbau.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die beiden verschwenkbaren Ventilglieder können unter Bildung einer Baugruppe relativ zueinander verschwenkbar miteinander verbunden sein. Beispielsweise sind beide Ventilglieder von einem der Schwenklagerung dienenden Lagerstab durchsetzt, über den sie zu der Baugruppe zusammengehalten werden.
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Bei einem einfacheren und kostengünstigeren Aufbau des Magnetventils sind die beiden Ventilglieder zur Bildung der Ventilgliedstruktur lose ineinandergesteckt und werden lediglich durch die sie umgebende Struktur des Ventilgehäuses in der gewünschten Weise stabilisiert.
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Zur Bildung der Schwenkachse können konkrete körperliche Mittel herangezogen werden, beispielsweise ein als Lagerstab ausgebildeter oder anderweitig realisierter Lagerkörper, der einerseits an der Ventilgliedstruktur und andererseits am Ventilgehäuse abgestützt ist. Beispielsweise kann ein Lagerstab vorhanden sein, der mit seinen beiden Enden im Ventilgehäuse fixiert ist und der die beiden Ventilglieder so durchsetzt, dass selbige auf ihm drehbar bzw. schwenkbar gelagert sind.
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Eine andere, als vorteilhafter eingeschätzte Bauform sieht zur Realisierung der Schwenkachse vor, dass jedes Ventilglied einen insbesondere in Richtung zur Elektromagneteinrichtung wegragenden Lagervorsprung aufweist, der an einer gehäusefesten Gegenlagerfläche lose anliegt, so dass die beiden Ventilglieder individuell wippenartig bezüglich dem Ventilgehäuse verschwenkbar sind. Die Lagervorsprünge können insbesondere mit einer an der Gegenlagerfläche anliegenden Kante oder Wölbung ausgestattet sein. Auch eine umgekehrte Lösung ist denkbar, bei der am Ventilgehäuse mindestens ein Lagervorsprung vorhanden ist, wobei jedes Ventilglied über eine die Schwenkbeweglichkeit gewährleistende Gegenlagerfläche verfügt.
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Besonders kompakt ist die Anordnung, wenn die Schwenkachse – bei Betrachtung in der Normalenrichtung der beiden Polflächen – zwischen den beiden Polflächen angeordnet ist und dabei insbesondere mittig zwischen den beiden Polflächen liegt. Ausgehend von der Schwenkachse ragt somit bei jedem Ventilglied der Betätigungsarm in Richtung der einen Polfläche und der Steuerarm in Richtung der anderen Polfläche, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass jeweils der Betätigungsarm des einen Ventilgliedes und der Steuerarm des anderen Ventilgliedes in Richtung zur gleichen Polfläche ragen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Betätigungsarm des jeweils einen Ventilgliedes und der Steuerarm des jeweils anderen Ventilgliedes in einer sich derart gegenseitig übergreifenden Weise angeordnet sind, dass sie in der Normalenrichtung der Polflächen übereinanderliegen.
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Mit einer solchen sich gegenseitig überlappenden Ventilgliedstruktur lässt sich auch erreichen, dass sich die beiden Ventilglieder in ihren relativ zueinander möglichen Schwenkwinkeln, also im Ausmaß der möglichen Schwenkbewegungen, gegenseitig begrenzen. Auf diese Weise kann unter anderem gewährleistet werden, dass bei jedem Ventilglied der Betätigungsarm stets näher bei der ihm zugeordneten Polfläche liegt als der Steuerarm zu der diesem am nächsten liegenden Polfläche beabstandet ist. Dies führt dazu, dass bei Betätigung der Elektromagneteinrichtung unabhängig davon, ob auch der Steuerarm aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht, stets der Betätigungsarm angezogen wird und das Ventilglied dadurch in die Schließstellung verschwenkt wird.
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Besonders zweckmäßig ist eine abgestufte Längsgestalt der Ventilglieder, insbesondere derart, dass sich der Betätigungsarm und der Steuerarm jedes Ventilgliedes in zwei zueinander versetzten, parallelen Ebenen erstrecken. Die Ventilglieder können insbesondere eine gekröpfte Formgebung haben. Dabei sind sie zweckmäßigerweise spiegelverkehrt angeordnet, so dass jeweils der Betätigungsarm des einen Ventilgliedes den Steuerarm des anderen Ventilgliedes übergreift.
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Besonders zweckmäßig ist eine plattenförmige Gestaltung der Ventilgliedarme in ihren einer Polfläche gegenüberliegenden Bereichen. Zweckmäßigerweise hat jeder Ventilgliedarm einen plattenförmigen Endabschnitt, wobei die Gestaltung vorzugsweise so getroffen ist, dass der plattenförmige Endabschnitt der Betätigungsarme parallel zur gegenüberliegenden Polfläche ausgerichtet ist, wenn das Ventilglied in die Schließstellung verschwenkt wurde.
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Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn bei jedem Ventilglied der plattenförmige Bereich des Betätigungsarmes und der plattenförmige Bereich des Steuerarmes durch einen bevorzugt abgewinkelten oder abgebogenen Stegabschnitt geringerer Breite miteinander verbunden sind. Der Stegabschnitt ist vorzugsweise außermittig bezogen auf die Längsachse des Ventilgliedes angeordnet, so dass er eine seitliche Aussparung des Ventilgliedes flankiert und definiert, die an ihren beiden Stirnseiten von jeweils einem der plattenförmigen Bereiche begrenzt ist. Auf diese Weise können die beiden Ventilglieder derart seitwärts ineinander verschachtelt bzw. ineinander eingreifend angeordnet werden, dass sich der Stegabschnitt des jeweils einen Ventilgliedes durch die Aussparung des jeweils anderen Ventilgliedes hindurch erstreckt.
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Vorzugsweise verfügen die zu steuernden Kanalöffnungen und die Polflächen über eine derartige Zuordnung, dass jeder der beiden Polflächen eine der beiden zu steuernden Kanalöffnungen mit Abstand gegenüberliegt. Somit ergibt sich zwischen jeder Polfläche und der gegenüberliegenden steuerbaren Kanalöffnung ein Zwischenraum. Die Ventilglieder sind dabei so angeordnet, dass in jeden der beiden Zwischenräume der Betätigungsarm des einen und der Steuerarm des anderen Ventilgliedes hineinragt, wobei sich die in den gleichen Zwischenraum hineinragenden Ventilgliedarme derart überlappen, dass sie in der Normalenrichtung der jeweils zugeordneten Polfläche übereinander angeordnet sind.
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Durch Variation des Querabstandes zwischen der Schwenkachse und den zu steuernden Kanalöffnungen lässt sich der Ventilhub der Ventilglieder und auch die ausübbare Schließkraft nach Bedarf vorgeben.
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Die beiden Polflächen sind zweckmäßigerweise von den Stirnflächen eines U-förmigen Magnetkerns gebildet, der von mindestens einer und zweckmäßigerweise von zwei elektrisch bestrombaren Spulen umschlossen ist.
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Jedes Ventilglied kann aus einem einstückigen Körper bestehen. Bei einer abgewandelten Bauform setzen sich eines oder beide Ventilglieder aus mehreren längsseits aneinandergereihten und auf geeignete Weise stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbundenen Ventilglied-Teilkörpern zusammen. Diese Teilkörper können beispielsweise miteinander verschweißt, verklebt, vernietet und/oder verschraubt sein.
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Die Realisierung aus Teilkörpern begünstigt einen dahingehenden Aufbau der Ventilgliedstruktur, dass sich die beiden Ventilglieder unter Gewährleistung der relativen Verschwenkbarkeit gegenseitig durchsetzen. Man kann zunächst die einzelnen Ventilglied-Teilkörper beider Ventilglieder in sich durchsetzender Weise anordnen und stellt erst dann die Verbindung der Ventilglied-Teilkörper der Ventilglieder untereinander her.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils, wobei die beiden Ventilglieder jeweils eine Offenstellung einnehmen,
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2 das Magnetventil aus 1, wobei die Elektromagneteinrichtung betätigt ist und dadurch beide Ventilglieder in die Schließstellung verschwenkt sind,
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3 eine perspektivische Einzeldarstellung des die Polflächen aufweisenden Magnetkerns und der beiden Ventilglieder in einem mit 1 übereinstimmenden Zustand,
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4 die Anordnung aus 3 in einem Zustand entsprechend 2,
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5 eine Einzeldarstellung der bei dem Magnetventil der 1 bis 4 verwendeten Ventilgliedstruktur,
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6 eine weitere Ausführungsform einer Ventilgliedstruktur, bei der die Ventilglieder jeweils aus mehreren Ventilglied-Teilkörpern zusammengesetzt sind, und
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7 die Ventilgliedstruktur aus 6 in ihren Einzelteilen vor dem Zusammenbau.
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Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Magnetventil verfügt über ein Ventilgehäuse 2, das vorzugsweise mehrteilig ausgebildet ist und exemplarisch ein Unterteil 2a und ein in Achsrichtung einer Hauptachse 3 daran angesetztes Oberteil 2b aufweist.
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Im Innern des Ventilgehäuses 3 befindet sich eine bewegliche Ventilgliedanordnung 4 und eine zur Betätigung der Ventilgliedanordnung 4 dienende, elektrisch betätigbare Elektromagneteinrichtung 5.
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Die Ventilgliedanordnung 4 ist in einer im Innern des Ventilgehäuses 2 ausgebildeten Ventilkammer 6 untergebracht. In diese Ventilkammer 6 münden mehrere Ventilkanäle 7, beim Ausführungsbeispiel drei Stück. Zwei dieser Ventilkanäle 7 sind beim Ausführungsbeispiel als mit einer externen Druckquelle P verbindbare Speisekanäle 7a, 7b ausgebildet, ein dritter Ventilkanal 7 fungiert als Arbeitskanal 7c, der mit einem anzusteuernden Verbraucher A verbindbar ist.
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Die Elektromagneteinrichtung 5 enthält mindestens ein und vorzugsweise genau ein aus einem magnetisch leitenden Material bestehendes Magnetjoch 8. Bevorzugt besteht das Magnetjoch 8 aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Material.
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Das Magnetjoch 8 verfügt über zwei Polflächen, die im Folgenden als erste und zweite Polfläche 11a, 11b bezeichnet seien und die beide der Ventilgliedanordnung 4 zugewandt sind. Bei den Polflächen 11a, 11b handelt es sich vorzugsweise um ebene Flächen. Beide Polflächen 11a, 11b sind so ausgerichtet, dass ihre Normalenrichtungen 12, also die zu den Polflächen 11a, 11b senkrechten Richtungen, parallel zueinander und zugleich parallel zu der Hauptachse 3 verlaufen.
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In Achsrichtung einer Querachse 13, die rechtwinkelig zur Hauptachse 3 verläuft, sind die beiden Polflächen 11a, 11b mit Abstand nebeneinander angeordnet. Sie liegen allerdings in Achsrichtung der Hauptachse 3 zweckmäßigerweise auf gleicher Höhe.
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Das Magnetjoch 8 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet und verfügt über zwei zueinander parallele Jochschenkel 8a, 8b, die durch einen Jochquersteg 8c miteinander verbunden sind. Die beiden Polflächen 11a, 11b sind von jeweils einer der freien Stirnflächen der beiden Jochschenkel 8a, 18b gebildet. Dementsprechend ist das Magnetjoch 8 insbesondere so ausgerichtet, dass seine U-Öffnung der Ventilkammer 6 und der darin angeordneten Ventilgliedanordnung 4 zugewandt ist und zweckmäßigerweise die Längsachsen der beiden Jochschenkel 8a, 8b parallel zu der Hauptachse 3 verlaufen.
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Mit der Elektromagneteinrichtung 5 lässt sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung an von außen her zugängliche elektromechanische Kontaktmittel 14 bei Bedarf ein Magnetfeld erzeugen. Zu diesem Zweck verfügt die Elektromagneteinrichtung 5 über eine dem Magnetjoch 8 zugeordnete, elektrisch bestrombare Spulenanordnung 15. Diese Spulenanordnung 15 weist eine oder mehrere, jeweils eine Teillänge des Magnetjoches 8 umschließende Spulen auf, wobei sie exemplarisch über zwei Spulen 15a, 15b verfügt, die jeweils einen der beiden Jochschenkel 8a, 8b umschließen und die beide mit den Kontaktmitteln 14 elektrisch leitend verbunden sind. Die elektrische Verbindung ist insbesondre derart gestaltet, dass bei Anlegen einer Spannung an die Kontaktmittel 14 gleichzeitig sämtliche Spulen 15a, 15b bestromt werden. Bei Bestromung der Spulenanordnung 15 bildet sich ein aus einer Vielzahl von Feldlinien bestehender Magnetkreis 16 aus, der in 2 strichpunktiert angedeutet ist und der zum Teil innerhalb des Magnetjoches 8 verläuft. Unter anderem ergibt sich bei der Bestromung der Spulenanordnung 15 aber auch ein zu dem Magnetkreis 16 gehörendes Magnetfeld 17, das sich außerhalb des Magnetjoches 8 zwischen den beiden Polflächen 11a, 11b erstreckt.
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Das Magnetfeld 17 rührt daher, dass die beiden Polflächen 11a, 11b bei Bestromung der Spulenanordnung 15 über gegensätzliche Polaritäten verfügen.
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Von den Ventilkanälen 7 münden zwei Stück mit je einer durch die Ventilgliedanordnung 4 steuerbaren Kanalöffnung 18a, 18b in die Ventilkammer 6 ein. Diese steuerbaren Kanalöffnungen werden im Folgenden auch als erste und zweite steuerbare Kanalöffnung 18a, 18b bezeichnet. Die Steuerbarkeit äußert sich darin, dass jede dieser steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b durch die Ventilgliedanordnung 14 wahlweise verschließbar oder freigebbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den beiden steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b um die Kanalmündungen der beiden Speisekanäle 7a, 7b.
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Jede der beiden steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b ist zweckmäßigerweise von einem Ventilsitz 21 umrahmt. Zum Absperren einer steuerbaren Kanalöffnung 18a, 18b liegt die Ventilgliedanordnung 4 am zugeordneten Ventilsitz 21 dichtend an. Diese Stellung wird im Folgenden auch als Schließstellung bezeichnet.
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Im freigegebenen Zustand einer steuerbaren Kanalöffnung 18a, 18b ist die Ventilgliedanordnung 4 vom zugeordneten Ventilsitz 21 abgehoben, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem zugehörigen Ventilkanal 7, 7a, 7b und der Ventilkammer 6 hergestellt ist.
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Der exemplarisch als Arbeitskanal 7c ausgebildete dritte Ventilkanal 7 mündet ständig offen in die Ventilkammer 6 ein, er wird also von der Schaltstellung der Ventilgliedanordnung 4 nicht beeinflusst. Somit liegt in der Offenstellung eine Fluidverbindung zwischen dem Arbeitskanal 7c und beiden Speisekanälen 7a, 7b durch die Ventilkammer 6 hindurch vor. In der Schließstellung ist diese Fluidverbindung unterbrochen.
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Die beiden steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b bzw. die diesen zugeordneten Ventilsitze 21 sind entgegengesetzt zu den beiden Polflächen 11a, 11b orientiert. Mit anderen Worten weisen diese steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b und die Ventilsitze 21 vorzugsweise in Richtung zu der Elektromagneteinrichtung 5. Besonders vorteilhaft ist die beim Ausführungsbeispiel realisierte Anordnung, bei der die erste steuerbare Kanalöffnung 18a der ersten Polfläche 11a zugewandt ist und die zweite steuerbare Kanalöffnung 18b der zweiten Polfläche 11b zugewandt ist. Jeder der beiden Polflächen 11a, 11b liegt also eine der beiden zu steuernden Kanalöffnungen 18a, 18b mit Abstand gegenüber, es ist also zwischen jeder Polfläche 11a, 11b und der dieser gegenüberliegenden steuerbaren Kanalöffnung 18a, 18b ein Zwischenraum 22a, 22b vorhanden.
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Der Zwischenraum 22a, 22b erstreckt sich zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest größtenteils im Innern der Ventilkammer 6. Dies ergibt sich daraus, dass die steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b an einer Bodenfläche 23 der Ventilkammer 6 ausmünden, die der Elektromagneteinrichtung 5 und insbesondere auch dem Magnetjoch 8 zugewandt ist. Das Magnetjoch 8 mit seinen Polflächen 11a, 11b schließt sich in Achsrichtung der Hauptachse 3 an die Ventilkammer 6 an, wobei die Polflächen 11a, 11b wie abgebildet außerhalb der Ventilkammer 6 liegen können oder aber einen Abschnitt der der Bodenfläche 23 axial gegenüberliegenden Begrenzungswand der Ventilkammer 6 bilden können.
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Die Ventilgliedanordnung 4 weist zwei im Folgenden als erstes und zweites Ventilglied 24, 25 bezeichnete Ventilglieder auf, die im Innern der Ventilkammer 6 relativ zueinander und auch relativ zum Ventilgehäuse 2 schwenkbar angeordnet sind. Die Schwenkachse ist strichpunktiert bei 26 angedeutet. Jedes Ventilglied 24, 25 verfügt über zwei in voneinander abweichenden Richtungen quer von der Schwenkachse 26 wegragende Ventilgliedarme 27, die beim ersten Ventilglied 24 einen Betätigungsarm 24a und einen Steuerarm 24b bilden und die beim zweiten Ventilglied 25 einen Betätigungsarm 25a und einen Steuerarm 25b bilden.
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In der Normalenrichtung 12 der Polflächen 11a, 11b gesehen, liegt die Schwenkachse 26, bevorzugt mittig, zwischen den beiden Polflächen 11a, 11b. Die Schwenkachse 26 erstreckt sich überdies rechtwinkelig zur Hauptachse 3 und zur Querachse 13, so dass sie beim Ausführungsbeispiel rechtwinkelig zu einer Ebene verläuft, die die Längsachsen beider Jochschenkel 8a, 8b beinhaltet.
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Ausgehend von der Schwenkachse 26 erstreckt sich der Betätigungsarm 24a des ersten Ventilgliedes 24 vor die erste Polfläche 11a und erstreckt sich der Betätigungsarm 25a des zweiten Ventilgliedes 25 vor die zweite Polfläche 11b. Beide Betätigungsarme sind im Übrigen magnetisch leitfähig ausgebildet, entweder durch eine entsprechende Materialwahl oder durch eine geeignete Beschichtung. Exemplarisch resultiert die magnetische Leitfähigkeit aus der Materialwahl, indem die Betätigungsarme 24a, 25a zumindest partiell und vorzugsweise zur Gänze aus Stahl oder einem sonstigen ferromagnetischem Material hergestellt sind.
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Auch die beiden Steuerarme 24b, 25b ragen mit Querorientierung von der Schwenkachse 26 weg. Sie haben dabei eine derartige Längserstreckung, dass sie jeweils vor eine der zu steuernden Kanalöffnungen 18a, 18b ragen. Der Steuerarm 24b des ersten Ventilgliedes 24 erstreckt sich in den der zweiten steuerbaren Kanalöffnung 18b gegenüberliegenden Bereich der Ventilkammer 6 und der Steuerarm 25b des zweiten Ventilgliedes 25 erstreckt sich vor die erste steuerbare Kanalöffnung 18a, so dass er dieser gegenüberliegt.
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Auf Grund der schon geschilderten relativen Zuordnung zwischen den Polflächen 11a, 11b und den steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b ergibt sich somit zweckmäßigerweise eine Anordnung, bei der der Betätigungsarm 24a, des ersten Ventilgliedes 24 und der Steuerarm 25b des zweiten Ventilgliedes 25 in den der ersten Polfläche 11a zugeordneten ersten Zwischenraum 22a ragen und der Betätigungsarm 25a des zweiten Ventilgliedes 25 sowie der Steuerarm 24b des ersten Ventilgliedes 24 in den der zweiten Polfläche 11a vorgelagerten zweiten Zwischenraum 22b ragen.
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Wie aus der Zeichnung gut ersichtlich ist, sind die beiden Ventilglieder 24, 25 sich derart überkreuzend und überlappend ausgebildet und angeordnet, dass die in den jeweils gleichen Zwischenraum 22a, 22b ragenden Ventilgliedarme 27 in der Normalenrichtung 12 der jeweils zugeordneten Polfläche 11a, 11b übereinanderliegen. Innerhalb des ersten Zwischenraumes 22a folgt somit auf die erste steuerbare Kanalöffnung 18a zunächst der Steuerarm 25b des zweiten Ventilgliedes und dann der Betätigungsarm 24a des ersten Ventilgliedes. Innerhalb des zweiten Zwischenraumes 22b folgt auf die zweite steuerbare Kanalöffnung 18b zunächst der Steuerarm 24b des ersten Ventilgliedes 24 und dann der Betätigungsarm 25a des zweiten Ventilgliedes 25. Derjenige Bereich, in dem sich die Schwenkachse 26 befindet, ist als Kreuzungsbereich ausgebildet, in dem sich die beiden Ventilglieder 24, 25 unter Bildung der scherenartigen Ventilgliedstruktur überkreuzen.
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Bei einer typischen Betriebsweise des beispielhaften Magnetventils 1 als 2/2-Wege-Ventil mit „Normalerweise Offen”-Konfiguration, nehmen beide Ventilglieder 24, 25 die aus 1 und 3 ersichtliche Offenstellung ein, wenn die Elektromagneteinrichtung 5 nicht betätigt ist. In diesem Falle werden die beiden vor jeweils eine steuerbare Kanalöffnung 18a, 18b ragenden Steuerarme 24b, 25b durch das über die steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b zuströmende Druckmedium beaufschlagt und, da sie keine Gegenkraft erfahren, vom zugeordneten Ventilsitz 21 abgehoben. Das Abheben erfolgt bei beiden Ventilgliedern 24, 25 im Rahmen ein durch Pfeile angedeuteten Schwenkbewegung 28 um die Schwenkachse 26, was gleichzeitig zur Folge hat, dass die Betätigungsarme 24a, 25a von der jeweils zugeordneten ersten bzw. zweiten Polfläche 11, 11b weggeschwenkt werden.
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Auf Grund der schon erwähnten Überlagerung der Ventilglieder 24, 25 in der Achsrichtung der Hauptachse 3, begrenzen sich die beiden Ventilglieder 24, 25 gegenseitig im möglichen Ausmaß ihrer relativ zueinander bestehenden Schwenkbeweglichkeit. Die beiden Ventilglieder 24, 25 werden also nur so weit relativ zueinander verschwenkt, dass ihre sich jeweils in der Normalenrichtung 12 überlagernden Betätigungs- und Steuerarme 24a, 25b; 25a, 24b aneinander zur Anlage gelangen. Diese gegenseitige Anlage resultiert daraus, dass die Ventilglieder 24, 25 beim Öffnungsvorgang gegensinnig um die Schwenkachse 26 verschwenkt werden.
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Allerdings ist die sich aus den beiden Ventilgliedern 24, 25 zusammensetzende Ventilgliedanordnung 4 auch nach der gegenseitigen Anlage der beiden Ventilglieder 24, 25 um die Schwenkachse 26 relativ zum Ventilgehäuse 2 verschwenkbar, so dass sich die Ventilgliedanordnung 4 in einem stabilen Gleichgewichtszustand ausrichten kann.
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Die gegenseitige Abstützung bzw. Blockierung der beiden Ventilglieder 24, 25 in der Schwenkrichtung hat unter anderem auch den vorteilhaften Effekt, dass die beiden Betätigungsarme 24a, 25a in der Offenstellung nicht sehr weit von der jeweils zugeordneten Polfläche 11a, 11b entfernt werden. Außerdem ist somit gewährleistet, dass bei jedem Ventilglied 24, 25 unabhängig von der eingenommenen Schwenkposition stets der Abstand zwischen dem Betätigungsarm 24a, 25a und der diesem gegenüberliegenden Polfläche 11a, 11b geringer ist als der Abstand zwischen dem zum gleichen Ventilglied gehörenden Steuerarm 24b, 25b und der diesem gegenüberliegenden Polfläche.
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Wird die Elektromagneteinrichtung 5 elektrisch aktiviert, bildet sich der Magnetkreis 16 aus, woraus das schon erwähnte, zwischen den beiden Polflächen 11a, 11b übertretende Magnetfeld 17 resultiert. Hierbei ist von Vorteil, dass dieses Magnetfeld 17 die Betätigungsarme 24a, 25a beider Ventilglieder 24, 25 in Längsrichtung durchsetzt, die der jeweiligen Polfläche 11a, 11b mit geringem Abstand vorgelagert sind. Die Feldlinien haben dabei die Möglichkeit, im Bereich der Schwenkachse 26 von dem einen Betätigungsarm 24a zu dem unmittelbar benachbarten anderen Betätigungsarm 25a überzutreten, ohne einen relevanten Luftspalt überbrücken zu müssen. Der besagte Übertrittsbereich des Magnetfeldes 17 zwischen den beiden Betätigungsarmen 24a, 25a ist in 4 bei Bezugsziffer 29 identifiziert.
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Da somit das Magnetfeld 8 beim Übertritt zwischen den beiden Polflächen 11a, 11b außerhalb des Magnetjoches 8 insgesamt nur sehr kleine Luftspalte zu überwinden hat, wirken auf die beiden Betätigungsarme 24a, 25a sehr hohe magnetische Anzugskräfte FM ein, mit denen sie zur jeweils gegenüberliegenden Polfläche 11a, 11b hingezogen werden. Besagte Magnetkräfte FM rufen in jedem Ventilglied 24, 25 ein Drehmoment hervor, so dass beide Ventilglieder 24, 25 mit einander entgegengesetztem Richtungssinn relativ zueinander und relativ zum Ventilgehäuse 2 um die Schwenkachse 26 verschwenkt werden, bis ihre Steuerarme 24b, 25b am jeweils gegenüberliegenden Ventilsitz 21 zur Anlage gelangen und somit die Schließstellung eingenommen haben, in der sie die zugehörige steuerbare Kanalöffnung 18a, 18b fluiddicht verschließen.
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Das Magnetventil 1 lässt sich übrigens mit jedem Druckfluid betreiben, vorzugsweise aber mit Druckluft.
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Um die Ventilglieder 24, 25 wieder in die Offenstellung umzuschalten, genügt eine Deaktivierung der Elektromagneteinrichtung 5, so dass das Magnetfeld 17 aufgehoben wird und die Ventilglieder 24, 25 durch die weiter oben erwähnten Fluidkräfte zu ihrer Schwenkbewegung 28 in die Offenstellung veranlasst werden.
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Die Ventilgliedarme 27 sind in ihren den Polflächen 11a, 11b gegenüberliegenden Bereichen vorzugsweise plattenförmig ausgebildet. Zweckmäßigerweise handelt es sich dabei um plattenförmige Endabschnitte 32 mit zur Schwenkachse paralleler Ausdehnungsebene. Diese Endabschnitte 32 sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet, liegen allerdings, wie insbesondere aus 2 und 4 ersichtlich ist, in zueinander parallel versetzten Ebenen.
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Die plattenförmigen Bereiche bzw. Endabschnitte 32 jedes Ventilgliedes 24, 25 sind zweckmäßigerweise durch einen Stegabschnitt 33 geringerer Breite miteinander verbunden. Bezogen auf die Längsachse des Ventilgliedes 24, 25 ist der Stegabschnitt 33 dabei vorzugsweise außermittig angeordnet, insbesondere bündig mit je einer Seitenkante der beiden sich anschließenden plattenförmigen Endabschnitte 32, so dass sich längsseits neben jedem Stegabschnitt 33 eine Aussparung 34 ergibt, die stirnseitig von den zugeordneten Endabschnitten 32 und auf einer Längsseite vom Stegabschnitt 33 begrenzt ist. In Draufsicht mit Blickrichtung in Achsrichtung der Hauptachse 3 haben die Ventilglieder 24, 25 somit jeweils eine bevorzugt U-förmige Gestaltung.
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Die Stegabschnitte 33 verlaufen allerdings nicht linear, sondern sind zweckmäßigerweise abgewinkelt oder abgebogen, so dass sie beispielsweise die beim Ausführungsbeispiel realisierte L-förmige Gestalt haben. Der längere L-Schenkel 35a schließt sich beim ersten Ventilglied 24 in axialer Verlängerung an den plattenförmigen Endabschnitt 32 des Betätigungsarmes 24a und beim zweiten Ventilglied 25 an den plattenförmigen Endabschnitt 32 dessen Betätigungsarmes 25a an. Mit ihren kürzeren L-Schenkeln 35b sind die Stegabschnitte 33 mit dem plattenförmigen Endabschnitt 32 des jeweils zugeordneten Steuerarmes 24b, 25b verbunden, um den vorhandenen Versatz der Endabschnitte 32 eines jeweiligen Ventilgliedes 24, 25 zu überbrücken.
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Jedes Ventilglied 24, 25 verfügt somit über eine abgestufte oder abgekröpfte Längserstreckung, mit der Folge, dass sich die den Polflächen 11a, 11b und den steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b gegenüberliegenden Abschnitte des Betätigungsarmes 24a, 25a und des Steuerarmes 24b, 25b eines jeden Ventilgliedes 24, 25 in zueinander parallel versetzten Ebenen erstrecken.
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Zum Erhalt der scherenartigen Ventilgliedstruktur sind die beiden Ventilglieder 24, 25 mit einander zugewandten Aussparungen 34 in Achsrichtung der Schwenkachse 26 seitwärts ineinandergesteckt. Dies hat zur Folge, dass sich jeweils ein Betätigungsarm des einen Ventilgliedes und ein Betätigungsarm des anderen Ventilgliedes überlagern, wobei sich der Stegabschnitt 33 des jeweils einen Ventilgliedes 24 oder 25 durch die Aussparung 34 des jeweils anderen Ventilgliedes 25 bzw. 24 hindurch erstreckt. Man kann auch sagen, dass sich die beiden Ventilglieder 24, 25 gegenseitig durchsetzen.
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Wenn wie beim Ausführungsbeispiel die beiden Ventilglieder 24, 25 in vorteilhafter Weise baugleich ausgebildet sind, ergibt sich somit eine in Achsrichtung der Schwenkachse 26 sehr schmal bauende Ventilgliedstruktur, in der, in Achsrichtung der Hauptachse 3 gesehen, die übereinanderliegenden plattenförmigen Endabschnitte 32 der beiden Ventilglieder 24, 25 sich exakt überdeckend angeordnet sind.
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Die Schwenkachse 26 wird beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 in vorteilhafter Weise nicht von einem körperlichen Achselement definiert, sondern allein durch den Kontaktbereich zwischen den beiden Ventilgliedern 24, 25 und dem Ventilgehäuse 2.
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Jedes Ventilglied 24 verfügt hierzu im Übergangsbereich zwischen seinen beiden Ventilgliedarmen 27 über einen in der Normalenrichtung 12 in Richtung zur Elektromagneteinrichtung 5 wegragenden Lagervorsprung 36, dem eine am Ventilgehäuse 2 angeordnete Gegenlagerfläche 37 derart gegenüberliegt, dass der jeweilige Lagervorsprung 36 daran anliegen kann. Indem der Lagervorsprung 36 eine abgerundete oder schneidenartige Querschnittskontur aufweist, ergibt sich ein sehr schmaler Kontaktbereich zwischen der Gegenlagerfläche 37 und den Lagervorsprüngen 36, um den jedes Ventilglied 24, 25 schwenkbar ist, so dass dieser Kontaktbereich die Schwenkachse 26 definiert.
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Die Lagervorsprünge 36 liegen nur lose an der Gegenlagerfläche 37 an, so dass es durchaus möglich ist, dass die Lagervorsprünge 36 im fluidisch drucklosen Zustand des Magnetventils 1 und bei gleichzeitig deaktivierter Elektromagneteinrichtung 5 mit einem geringfügigen Abstand zur Gegenlagerfläche 37 angeordnet sind. Erst wenn der Fluiddruck ansteht oder die Elektromagneteinrichtung 5 betätigt wird, findet dann zunächst eine geringfügige translatorische Bewegung der Ventilgliedanordnung 4 statt, bis die Lagervorsprünge 36 an der Gegenlagerfläche 37 anliegen, worauf dann die Schwenkbewegungen stattfinden.
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Die Gegenlagerfläche 37 ist vorzugsweise eben ausgebildet und ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil der der Bodenfläche 23 gegenüberliegenden oberen Begrenzungswand der Ventilkammer 6.
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In Verbindung mit der beim Ausführungsbeispiel vorhandenen Gestaltung der Ventilglieder 24, 25 ist es zweckmäßig, wenn die Lagervorsprünge 36 an den Stegabschnitten 36 und insbesondere an deren längeren L-Schenkeln 35a angeordnet sind.
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Beide Ventilglieder 24, 25 haben die gleiche Schwenkachse 26. Zu diesem Zweck sind die Lagervorsprünge 36 quer zur Längsrichtung der Ventilglieder 24, 25 unmittelbar nebeneinander angeordnet und haben auch eine Längserstreckung, die mit der Querrichtung der Ventilglieder 24, 25 zusammenfällt.
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Es versteht sich, dass die Anordnung von Lagervorsprüngen 36 und Gegenlagerfläche 37 auch vertauscht sein kann. Insbesondere kann sich am Ventilgehäuse 2 ein Lagervorsprung 36 befinden, der sich über beide Ventilglieder 24, 25 hinweg erstreckt und an dem die beiden Ventilglieder 24, 25 mit je einer Gegenlagerfläche 37 anliegen.
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Während beim Ausführungsbeispiel die beiden Ventilglieder 24, 25 nur lose ineinandergesteckt sind, besteht abweichend hiervon auch die Möglichkeit, die beiden Ventilglieder 24, 25 unter Bildung einer Baugruppe in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander zu vereinigen. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel der 6 und 7 zu. Dort sind die beiden Ventilglieder 24, 25 von einem die Schwenkachse 26 definierenden Lagerstab 38 durchsetzt, so dass sie bezüglich dem Lagerstab 38 verschwenkbar sind. Der Lagerstab 38 ist in nicht weiter gezeigter Weise mit seinen beiden diesseits und jenseits über die Ventilgliedanordnung 4 hinausragenden Endabschnitten 39 im Ventilgehäuse 2 fixiert.
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Die 6 und 7 repräsentieren somit auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schwenkachse 26 durch mindestens einen eigenständigen Lagerkörper 42 definiert wird, nämlich exemplarisch durch den Lagerstab 38. Denkbar wäre es beispielsweise auch, einstückig an den Ventilgliedern 24, 25 angeformte Lagerfortsätze als Lagerkörper 42 vorzusehen, die schwenkbeweglich in im Ventilgehäuse 2 ausgebildete Lagerausnehmungen eingreifen.
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Die Funktionsweise des Magnetventils 1 ist unabhängig von der Materialwahl der Steuerarme 24b, 25b gewährleistet. Selbst wenn die Steuerarme 24b, 25b auch aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen, spielen sie bei der Aktivierung der Elektromagneteinrichtung 5 hinsichtlich der Erzeugung des die Schwenkbewegung hervorrufenden Drehmomentes keine Rolle, weil sie stets mit größerem Abstand zum Magnetjoch 8 angeordnet sind als die Betätigungsarme 24a, 25a. Somit können die Ventilglieder 24, 25 jeweils zur Gänze aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen, beispielsweise aus Stahlblech, wobei sie sehr einfach als Stanzbiegeteile hergestellt werden können.
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Während beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 jedes Ventilglied 24, 25 als einstückiger Körper realisiert ist, zeigen die 6 und 7 eine Ausführungsform, bei der jedes Ventilglied 24, 25 aus mehreren längsseits aneinandergereihten und dabei stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbundenen Ventilglied-Teilkörpern 24', 25' zusammengesetzt ist.
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Die Ventilglied-Teilkörper 24', 25' sind in Längsrichtung abgestuft, entsprechend dem gewünschten Versatz der Betätigungsarme 24a, 25a und Steuerarme 24b, 25b.
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Der besondere Vorteil des mehrteiligen Aufbaus der Ventilglieder 24, 25 besteht darin, dass die sich durchdringende Anordnung der Ventilglieder 24, 25 besonders einfach realisierbar ist.
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Jeder Ventilglied-Teilkörper 24', 25' hat zwei einander entgegengesetzte axiale Endabschnitte 43, 44, die über einen Stegabschnitt 45 geringerer Breite miteinander verbunden sind. Wenn nun zwei Ventilglied-Teilkörper 24' oder 25' längsseits aneinandergesetzt sind, stoßen sie mit ihren jeweils benachbarten Endabschnitten 43 bzw. 44 aneinander an, so dass zwischen benachbarten Stegabschnitten 45 eine schlitzartige Durchbrechung 46 generiert wird.
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Im zusammengebauten Zustand der Ventilgliedanordnung 4 greifen die Stegabschnitte 45 des jeweils einen Ventilgliedes 24, 25 durch die Durchbrechungen 46 des jeweils anderen Ventilgliedes 25, 24 hindurch. Dieser Durchgriff ist derart spielbehaftet, dass die beiden Ventilglieder 24, 25 relativ zueinander verschwenkbar sind.
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Indem beim Zusammenbau der Ventilgliedanordnung 4 die Ventilglied-Teilkörper 24', 25' der beiden Ventilglieder 24, 25 abwechselnd aneinandergereiht werden und erst nach der Aneinanderreihung die feste Verbindung der zum jeweils gleichen Ventilglied 24, 25 gehörenden Ventilglied-Teilkörper 24', 25' vorgenommen wird, lässt sich sehr einfach die angestrebte scherenartige Ventilgliedstruktur erzeugen.
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Zur Verbindung benachbarter Ventilglied-Teilkörper 24, 25 kann beispielsweise auf eine Klebeverbindung oder auf eine Nietverbindung oder auch sonstige Verbindungsarten zurückgegriffen werden.
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Die Aneinanderreihung der Ventilglied-Teilkörper 24', 25' gestaltet sich besonders einfach, wenn jeder Stegabschnitt 45 von einer Lagerbohrung 47 durchsetzt ist und die Lagerbohrungen 47 sämtlicher aneinandergesetzter Ventilglied-Teilkörper 24', 25' miteinander fluchten, so dass ein die Schwenkachse 26 definierender Lagerstab 38 hindurchsteckbar ist.
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Zweckmäßigerweise sind die Ventilglied-Teilkörper 24', 25' beider Ventilglieder 24, 25 baugleich ausgebildet. Es brauchen dann lediglich die Ventilglied-Teilkörper 24' des ersten Ventilgliedes 24 mit um 180° um ihre Längsachse verdrehter Ausrichtung verglichen mit den Ventilglied-Teilkörpern 25' des zweiten Ventilgliedes 25 zusammengebaut werden.
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Bei Bedarf können die Steuerarme 24b, 25b an ihren den steuerbaren Kanalöffnungen 18a, 18b zugewandten Seitenflächen ein Dichtelement tragen oder mit einer eine gute statische Dichtwirkung entfaltenden Materialschicht überzogen sein, so dass beim Kontakt mit den Ventilsitzen 21 eine qualitativ hochwertige Abdichtung erzielbar ist.
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Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht auch darin, dass die Hebellängen der Ventilglieder je nach Bedarf unterschiedlich lang gewählt werden können, so dass ein optimales Verhältnis zwischen Ventilhub und Schließkraft eingestellt werden kann.
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Abschließend sei auch noch erwähnt, dass das beschriebene Magnetventil in vorteilhafter Weise auch die Möglichkeit bietet, die geschilderte „Normalerweise Offen”-Konfiguration im Innern ein und desselben Ventilgehäuses 2 mit einer Konfiguration des Typs „Normalerweise Geschlossen” zu kombinieren, um nach außen hin insgesamt die Funktionalität eines 3/2-Wegeventils zu erzeugen. Ein solches Magnetventil verfügt dann über zwei nebeneinander angeordnete Ventilgliedanordnungen, von denen die eine in der geschilderten Weise ausgebildet ist und die andere zur Erzielung der „Normalerweise Geschlossen”-Konfiguration ausgebildet ist, wobei beide Ventilgliedanordnungen durch ein und dieselbe Elektromagneteinrichtung 5 gleichzeitig betätigbar sind.
