DE102011100286B4

DE102011100286B4 - Ventil

Info

Publication number: DE102011100286B4
Application number: DE201110100286
Authority: DE
Inventors: Bruno Staiger; Klaus Schoch; Michael Korn
Original assignee: Staiger GmbH and Co KG
Current assignee: Staiger GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: DE102011100286A1

Abstract

Ventil, umfassend einen rohrförmigen Ventilkörper (1) und einen elektromagnetischen Antrieb (2), mit mindestens einem Eingang (12) und einem Ausgang (15) für ein flüssiges Medium, einem Ventilsitz (7), einem gegen diesen mittels einer Druckfeder (24) anpressbaren Dichtkörper (9), der an einem axial verschiebbaren Anker (16) des Antriebs (2) vorgesehen ist, und einer als Magnetschlussgehäuse ausgeführten hohlen Stange (3), in der der Ventilkörper (1) und der Antrieb (2) koaxial eng umschlossen gelagert sind, wobei der Dichtkörper (9) des Ankers (16) mit einer zylindrischen Wandung (11) und einem Boden (10) etwa topfförmig ausgebildet ist, die Wandung (11) in einem Rohrteil (25) des Ventilkörpers (1) spielfrei gleitend geführt ist und mindestens eine eine Rohrwand (4) des Ventilkörpers (1) radial durchsetzende Bohrung (13) des Eingangs (12) von der zylindrischen Wandung (11) des Dichtkörpers (9) verschließbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für flüssige Medien.
Die DE 198 27 874 B4 offenbart ein Ventil mit einer Hohlstange, in der ein Ventilkörper und ein elektromagnetischer Antrieb koaxial eng umschlossen gelagert sind. Der Ventilkörper weist einen ersten Ventilsitz auf, dem gegenüber sich ein zweiter Ventilsitz befindet, der in der Achsmitte der Hohlstange ausgebildet ist. Zwischen den beiden Ventilsitzen ist ein Dichtkörper vorgesehen, der an einem U-förmigen Übertragungsteil gelagert ist, der wiederum an einem scheibenförmigen Plattenanker befestigt ist, welcher axial verlagerbar ist. Zwischen dem Plattenanker und dem Übertragungsteil ist eine dünne Scheibenfeder vorgesehen.
Die DE 11 2004 000 373 T5 offenbart ein hydraulisches Steuerventil, das ein Gehäuse besitzt, das aus mehreren axial zusammengesetzten stangenförmigen Hohlkörpern gebildet ist. In dem Hohlstangengehäuse sind ein Ventilkörper und ein elektromagnetischer Antrieb koaxial eng umschlossen gelagert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil dieser Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine kleinbauend schlanke Ausführung mit bei hohen Betriebsdrücken des Mediums dauerhaft zuverlässiger Ventilschaltfunktion 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 stark vergrößert und geschritten dargestellte Ventil kann zur Steuerung und Drosselung hydraulischer Medien eingesetzt werden und ist im Wesentlichen als schlanke kreiszylindrische Einheit ausgeführt, die einen rohrförmigen metallischen Ventilkörper 1 und einen elektromagnetischen Antrieb 2 aufweist, die koaxial angeordnet und in einer dünnen, hohlen Stange 3 integriert sind. Diese Hohlstange 3, deren Innendurchmesser in bevorzugter Ausführung nur etwa 10 mm beträgt, erfüllt in dieser Konstellation die Funktion eines Magnetschlussgehäuses und kann so konzipiert und gelagert sein, dass sie den Ventilkörper 1 und den Antrieb 2 über deren die gesamte Länge eng umschließt und gemeinsam mit diesen axial hin und her bewegt werden kann.
Der Ventilkörper 1 besitzt eine Rohrwand 4, an deren in der Zeichnung linker Stirnseite ein Bund 5 ausgebildet ist, an dem ein Stirnende der Hohlstange 3 abgestützt ist. Neben dem Bund 5 kann die Hohlstange 3 mit der Rohrwand 4 des Ventilkörpers 1 vorzugsweise durch einen Presssitz 37 verbunden sein, indem zum Beispiel der Außendurchmesser der Rohrwand 4 an dieser Stelle gleich oder etwas größer ist als der Innendurchmesser der Hohlstange 3, so dass deren Innenfläche mit der Außenfläche der Rohrwand 4 neben dem Bund 5 fest verpresst ist. Etwa in der Längsmitte des Ventilkörpers 1 ist in der Rohrwand 4 eine im Querschnitt U-förmige Ringnut vorgesehen, in der ein Dichtring 6 gelagert ist. In einem Abstand rechts neben der Ringnut weist die Rohrwand 4 des Ventilkörpers 1 einen als plane Dichtfläche ausgeführten metallischen Ventilsitz 7 auf, an dem eine Ringschneide 8 eines metallischen Dichtkörpers 9 dicht anliegt. Bei anderen Ausführungsformen kann es für die Sitzabdichtung vorteilhaft sein, den Ventilsitz 7 aus Elastomer oder Kunststoff auszubilden. Der Dichtkörper 9 ist ungefähr topfförmig gestaltet und besitzt einen Boden 10 und eine zylindrische Wandung 11, deren Außenfläche an der Innenseite der Rohrwand 4 weitgehend spielfrei gleitend geführt ist. Die Ringschneide 8 ist dadurch gebildet, dass der freie Endbereich der zylindrischen Wandung 11 in Form einer Messerschneide konisch verjüngt ist.
Direkt neben dem Ventilsitz 7 rechts befindet sich der Eingang 12 für das Medium, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Bohrungen 13 aufweist, die die Rohrwand 4 des Ventilkörpers 1 radial durchsetzen und an dessen Umfang in gleichen Abständen verteilt angeordnet sind. In der dargestellten Verschlussposition des Ventils sind die Bohrungen 13 von der Außenfläche des Dichtkörpers 9 verschlossen. Außerdem weist der Eingang 12 sechs Durchbrüche 14 auf, die die Wand der Hohlstange 3 radial durchsetzen und den Bohrungen 13 zugeordnet sind. Der Ausgang 15 des Mediums befindet sich an der in der Zeichnung linken Ventilkörperseite und wird vom Bund 5 umfasst.
Der Dichtkörper 9 ist Teil eines Ankers 16, der einen Führungsstab 17 aufweist. Der Führungsstab 17 ist im Durchmesser kleiner als der Dichtkörper 9 und erstreckt sich in der Zeichnung von dessen Boden 10 koaxial nach rechts. Im Inneren ist der Führungsstab 17 koaxial zur Mittenachse 18 von einer Längsbohrung 19 durchsetzt, die in einen Innenraum des Dichtkörpers 9 einmündet. In der Nähe des Dichtkörperbodens 10 befindet sich eine Querbohrung 20, die die Längsbohrung 19 kreuzt. Die Längsbohrung 19 und die Querbohrung 20 sind für einen Mediumsausgleich innerhalb des Ventils vorgesehen. Der Anker 16 kann mit dem Dichtkörper 9 und dem Führungsstab 17 materialeinheitlich einstückig ausgeführt sein. In bevorzugter Ausführung kann es aber zweckmäßig sein, den Dichtkörper 9 und den Führungsstab 17 als Einzelteile herzustellen und an der Rückseite des Bodens 10 so miteinander zu verbinden, dass ein Bewegungsspiel quer zur Mittenachse 18 gegeben ist, so dass seitliche Verklemmungen des Ankers 16 vermieden sind. Dabei kann es günstig sein, die querbewegliche Verbindung zwischen dem Führungsstab 17 und dem Dichtkörper 9 als solche Bördelverbindung 21 auszuführen, dass letztere nicht starr ist, sondern ein gewisses Bewegungsspiel hat.
Der elektromagnetische Antrieb 2 weist zudem eine Magnetbuchse 22 auf, die mit dem Ventilkörper 1 mittels einer Press-, Schweiß- oder Bördelverbindung fest verbunden ist und von dem Führungsstab 17 des Ankers 16 durchsetzt ist. So wie der Ventilkörper 1, so besitzt auch die Magnetbuchse 22 eine im Querschnitt U-förmige Ringnut, in der ein Dichtring 23 gelagert ist. Zwischen dem Dichtkörper 9 und der Magnetbuchse 22 ist eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 24 positioniert, die von einem rechtsseitigen Rohrteil 25 des Ventilkörpers 1 übergriffen ist und deren eines Ende an einer Schulter 26 des Ankers 16 und deren anderes Ende an einem Widerlager 27 der Magnetbuchse 22 abgestützt ist.
An der der Druckfeder 24 gegenüberliegenden Seite der Magnetbuchse 22 liegt eine koaxial ausgerichtete elektrische Spulenwicklung 28 an. Diese Spulenwicklung 28 kann auf einem hier nicht dargestellten Spulenkern angeordnet sein oder, wie in der Zeichnung dargestellt, als trägerlose Wicklung ausgeführt sein. In die Spulenwicklung 28 ist der konisch verjüngte freie Endbereich des Ankerführungsstabs 17 eingetaucht. Dabei ist der Führungsstab 17 des axial verlagerbaren Ankers 16 weitgehend spielfrei in einer Führungshülse 29 gelagert, die in der Spulenwicklung 28 angeordnet ist. An der der Magnetbuchse 22 gegenüberliegenden Seite der Spulenwicklung 28 befindet sich ein koaxial angeordneter Magnetkern 30, der mit einem Fortsatz 31 etwa bis in die Mitte der Spulenwicklung 28 in die Führungshülse 29 eingreift. Sowohl die Magnetbuchse 22 als auch die Führungshülse 29 und der Magnetkern 30 sind zweckmäßig dicht miteinander verbunden. Im freien Endbereich des Fortsatzes 31 ist eine trichterförmige Ausnehmung 32 ausgebildet, in die der konisch verjüngte Endbereich des Führungsstabs 17 eingreifen kann, wenn der Anker 16 nach rechts in die Öffnungsposition verlagert wird.
An der der Spulenwicklung 28 abgewandten Seite des Magnetkerns 30 kann eine Leiterplatte 33 mit Anschlüssen vorgesehen sein, an denen die Drähte der Spulenwicklung 28 und Leitungsadern einer Elektrozuleitung 34 vorzugsweise mittels Lötverbindungen kontaktiert sind. Zum sicheren Schutz gegen äußere Einwirkungen ist die Hohlstange 3 in dem in der Zeichnung rechten Endbereich mit einer Vergussmasse 35 ausgefüllt, in der die Spulenwicklung 28, der Magnetkern 30, die Leiterplatte 33 mit den Anschlüssen, Spulenwicklungsdrähten und Leitungsadern sowie ein Teil einer Knickschutztülle 36 mit dem Ende der Elektrozuleitung 34 dicht eingebettet sind.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Schließposition des Ventils steht das Medium in den Bohrungen 13, deren Durchmesser bevorzugt etwa 3 mm beträgt, des Eingangs 12 an und wirkt mit hohem Druck radial gegen die Außenfläche der zylindrischen Wandung 11 des Dichtkörpers 9. Sobald die Spulenwicklung 28 mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, erfolgt eine Aktivierung des elektromagnetischen Antriebs 2, wodurch der Anker 16 mit relativ geringer Magnetkraft, die etwas größer ist als die Kraft der Druckfeder 24, axial nach rechts verlagert wird. Dabei hebt die Ringschneide 8 des Dichtkörpers 9, dessen Durchmesser bevorzugt etwa 7,2 mm beträgt, ungefähr 1 bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa 1,35 mm, von der planen Dichtfläche des Ventilsitzes 7 ab, so dass hier eine Ventilsitzöffnung von ungefähr 30 mm² entsteht, durch die das Medium nach links zum Ausgang 15 des Ventilkörpers 1 strömen kann. Wird die elektrische Spannung abgeschaltet, steht auch die Magnetkraft nicht mehr zur Verfügung, so dass die Druckfeder 24 den Anker 16 mit dem Dichtkörper 9 nach links verlagert und die metallische Ringschneide 8 dicht gegen den Ventilsitz 7 gedrückt wird. Das erfindungsgemäße Ventil ist vorteilhaft für Dauereinsätze bei hohen Betriebsbeanspruchungen geeignet, wobei eine hohe Sicherheit und zuverlässige Funktion auch bei am Außenumfang der Hohlstange 3 auftretenden hohen Mediumsdrücken bis zu etwa 120 bar gewährleistet ist.

Claims

Ventil, umfassend einen rohrförmigen Ventilkörper (1) und einen elektromagnetischen Antrieb (2), mit mindestens einem Eingang (12) und einem Ausgang (15) für ein flüssiges Medium, einem Ventilsitz (7), einem gegen diesen mittels einer Druckfeder (24) anpressbaren Dichtkörper (9), der an einem axial verschiebbaren Anker (16) des Antriebs (2) vorgesehen ist, und einer als Magnetschlussgehäuse ausgeführten hohlen Stange (3), in der der Ventilkörper (1) und der Antrieb (2) koaxial eng umschlossen gelagert sind, wobei der Dichtkörper (9) des Ankers (16) mit einer zylindrischen Wandung (11) und einem Boden (10) etwa topfförmig ausgebildet ist, die Wandung (11) in einem Rohrteil (25) des Ventilkörpers (1) spielfrei gleitend geführt ist und mindestens eine eine Rohrwand (4) des Ventilkörpers (1) radial durchsetzende Bohrung (13) des Eingangs (12) von der zylindrischen Wandung (11) des Dichtkörpers (9) verschließbar ist.
Ventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (12) mindestens einen Durchbruch (14) aufweist, der die Wand der Hohlstange (3) radial durchsetzt und der Bohrung (13) in der Ventilkörperrohrwand (4) zugeordnet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (7) des Ventilkörpers (1) als dem Dichtkörper (9) zugewandte Dichtfläche ausgebildet ist, an der das freie Ende der zylindrischen Wandung (11) unmittelbar anliegt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der zylindrischen Wandung (11) des Dichtkörpers (9) als konisch verjüngte Ringschneide (8) ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (16) einen Führungsstab (17) aufweist, der im Durchmesser kleiner ist als der topfförmige Dichtkörper (9) und an dessen Boden (10) koaxial abstrebend vorgesehen ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (16) mit dem Dichtkörper (9) und dem Führungsstab (17) materialeinheitlich einstückig ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstab (17) und der Dichtkörper (9) des Ankers (16) axial querbeweglich miteinander verbunden sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstab (17) des Ankers (16) eine koaxiale Magnetbuchse (22) durchsetzt und in eine elektrische Spulenwicklung (28) eintaucht, in der ein Fortsatz (31) eines koaxial angeordneten Magnetkerns (30) gelagert ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Führungsstabs (17) des Ankers (16) konisch verjüngt ist und einer trichterförmigen Ausnehmung (32) im Fortsatz (31) des Magnetkerns (30) zugewandt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstab (17) des Ankers (16) in einer Führungshülse (29) der Spulenwicklung (28) weitgehend spielfrei gelagert ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (24) an einer Schulter (26) des Ankers (16) einerseits und an einem Widerlager (27) der Magnetbuchse (22) andererseits abgestützt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Spulenwicklung (28) abgewandten Endbereich des Magnetkerns (30) eine Leiterplatte (33) mit Anschlüssen für Spulenwicklungsdrähte und Leitungsadern einer Elektrozuleitung (34) vorgesehen ist.