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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem insbesondere quaderförmigen Gehäuse und einem hohlen Inneren, in das wenigstens drei Strömungskanäle münden, von denen mindestens zwei mit Ventilsitzen ausgebildet sind.
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Magnetventile sollen heutzutage immer leistungsfähiger und vor allem immer kompakter ausgeführt werden. Darüber hinaus sollen sie ein schnelles Ansprech- und Schaltverhalten bieten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach aufgebautes, kompaktes Magnetventil zu schaffen.
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Dies wird bei einem Magnetventil der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass im hohlen Inneren wenigstens zwei zweiarmige Betätigungselemente schwenkbar gelagert sind und jedes Betätigungselement mindestens mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, um abhängig von seiner Schwenkposition den Ventilsitz abzudecken oder freizugeben. Das erfindungsgemäße Magnetventil baut deshalb sehr kompakt, weil im hohlen Inneren des Gehäuses mehrere wippenartige Betätigungselemente untergebracht sind, die die Ventilsitze öffnen und schließen können. Darüber hinaus sind auch wenige Teile notwendig, denn die Betätigungselemente sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Magnetventil mit mehreren integrierten 3/2-Wegeventilen.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse insbesondere als länglicher Quader ausgeführt.
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In einer Ausführungsform sind in einem Ventilgehäuse mindestens zwei Betätigungselemente und drei Strömungskanäle angeordnet, wobei zwei davon als Ventilsitze ausgebildet sind. Jedes Betätigungselement wirkt mit nur einem Ventilsitz zusammen und kann diesen öffnen oder verschließen. Geöffnete Ventilsitze stehen fluidisch in Verbindung zum dritten Strömungskanal. Es sind also vier Schaltzustände möglich: es können beide Ventilsitze offen sein, es können beide Ventilsitze geschlossen sein, es kann der erste Ventilsitz geöffnet und der zweite geschlossen sein, und es kann der zweite Ventilsitz geöffnet und der erste geschlossen sein. Diese Ventilanordnung ist besonders zum Mischen von Fluiden geeignet. In einem Ventil mit nur einem wippenartigen Betätigungselement, das mit zwei Ventilsitzen zusammenwirkt, ist immer jeweils ein Ventilsitz offen und gleichzeitig der andere geschlossen. Damit können keine Mischvorgänge realisiert werden.
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Eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Zwischenwand trennt das hohle Innere in mehrere Steuerkammern. In jeder Steuerkammer ist wenigstens ein Betätigungselement untergebracht.
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Eine besonders kompakte Ausführungsform kann dadurch erreicht werden, dass die Zwischenwand diagonal im Inneren des Gehäuses verläuft, sodass in Draufsicht Steuerkammern mit einer dreieckigen Basisfläche entstehen. Durch diese Dreiecksform kann das Betätigungselement längs des längsten Schenkels des Dreiecks verlaufen, wodurch Platz gespart werden kann. Ferner ergeben sich längere Hebelarme, wodurch geringere Bewegungskräfte benötigt werden. Das Hebelarmende beschreibt dadurch einen Kreis mit größerem Radius. Das bedeutet, dass die Auslenkung annähernd senkrecht und nicht stark gekrümmt ist.
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Die diagonal verlaufende Zwischenwand hat auch noch einen weiteren Vorteil im Zusammenhang mit längs der diagonalen Zwischenwand verlaufenden Betätigungselementen. Die Anker, die die Betätigungselemente aktivieren und die außerhalb des Gehäuses sitzen, können Achsen haben, welche parallel zu der Außenseite des Gehäuses verlaufen und insbesondere eine in einer Ansicht in Spulenlängsrichtung (Axialrichtung) ersichtlichen Mittelachse des Gehäuses schneiden, die insbesondere parallel zur Gehäuselängsseite ist. Die Anker mit ihren Spulen liegen dadurch, in Längsrichtung der Spulen und Anker gesehen, innerhalb der durch das Gehäuse definierten Grundfläche und ragen seitlich nicht aus dieser heraus.
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In einer weiteren Ausführungsform sollte in jeder Steuerkammer ein Betätigungselement und mindestens zwei Strömungskanäle vorgesehen sein, wobei jedes Betätigungselement mit mindestens einem Ventilsitz in Kontakt bringbar ist. Das bedeutet, das Betätigungselement kann einen von zwei Strömungskanälen verschließen, um ein 2/2-Wegeventil zu bilden. Das heißt, es sind in einem Ventilgehäuse zwei 2/2-Wegeventile untergebracht.
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Sind in jeder Steuerkammer drei Strömungskanäle vorgesehen, von denen jeweils zwei als Ventilsitze ausgebildet sind, so sind in einem einzigen Ventilgehäuse zwei voneinander unabhängige Ventile mit jeweils einer 3/2-Wegefunktion realisiert.
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Die Steuerkammern sollten fluidisch voneinander getrennt sein, damit die Ventile in jeder Steuerkammer separat voneinander und unabhängig voneinander schaltbar sind. Es wäre jedoch auch möglich, einen Zuström- oder Abströmkanal als gemeinsamen Kanal für beide Steuerkammern vorzusehen, die dann fluidisch miteinander verbunden sind, und in jeder Steuerkammer sind dann zwei Abström- bzw. Zuströmkanäle vorhanden, die unabhängig voneinander geschaltet werden können.
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Die Rückstellung des Betätigungselements kann durch eine in jeder Steuerkammer vorgesehene Feder realisiert werden.
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Ein schnelles Rückstellen wird erreicht, wenn die Feder parallel zu zu- oder abströmseitigen, in der Wand des Gehäuses vorgesehenen Strömungskanälen angeordnet ist.
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Die Feder sollte sich mit ihrem einen Ende an einer Gehäusewand und dem anderen Ende am Betätigungselement abstützen.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass am Ende eines Arms eine Feder am Betätigungselement angreift.
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Die Gehäusewand und/oder das Betätigungselement sollten Haltegeometrien für die Feder haben, damit die Feder verliersicher im Inneren des Gehäuses positioniert bleibt. Solche Haltegeometrien sind insbesondere Fortsätze, auf die die Feder, die üblicherweise als Schraubenfeder ausgeführt ist, mit Presssitz aufgeschoben ist.
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Die Schwenklagerung für das Betätigungselement sieht insbesondere einen Lagerstift vor, dessen Enden jeweils in einer Gehäusewand gelagert sind.
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Theoretisch ist es sogar möglich, einen gemeinsamen Lagerstift für beide Betätigungselemente zu verwenden. Der oder die Lagerstifte sind von außen in eine Bohrung im Gehäuse eingeschoben. Vorteilhaft ist auch, wenn die Lagerstifte mit ihrem innen liegenden Ende in der Zwischenwand gelagert sind. Die Lagerstellen sind in den Gehäusewänden abgedichtet.
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Die Betätigungselemente können jeweils auf ihrer vom Ventilsitz abgewandten Seite eine Angriffsfläche für einen Aktor aufweisen. Der Aktor, üblicherweise ein Magnetanker, drückt damit sozusagen rückseitig gegen das Betätigungselement, um es in Richtung zum zugeordneten Ventilsitz zu bewegen.
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Die Angriffsfläche kann als Steg ausgeführt sein und/oder ein halbkreisförmiges Querschnittsprofil oder ein, allgemeiner gesagt, konvexes Querschnittsprofil haben. Dies ist deshalb vorteilhaft, um möglichst keine Gleitreibung zwischen dem angreifenden, längs einer Achse beweglichen Aktor und der sich auf einem Kreis beweglichen Angriffsfläche auftreten zu lassen. Durch die konvexe Fläche ergibt sich vielmehr eine Wälzbewegung der beiden Teile.
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In diesem Zusammenhang wird bevorzugt die Mittelachse des Ventilsitzes die Mittellängsachse durch den Steg schneiden. Das bedeutet, die über den Steg aufgebrachte Kraft liegt direkt über dem Ventilsitz.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn in Schließstellung die an der Angriffsfläche angreifende Resultierende der Betätigungskraft die durch den Ventilsitz definierte Schließfläche vorzugsweise senkrecht schneidet. Der Ventilsitz ist üblicherweise ein ringförmiger Rand, der die Mündung eines Strömungskanals umgibt. Dieser Ring definiert die Schließfläche, die das Innere des Außenumfangs des Ringes bildet.
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An der Angriffsfläche erfolgt, wie gesagt, eine ankerseitige Krafteinleitung durch einen Aktor, wobei eine Angriffsfläche exzentrisch zur Mittelachse des Ankers angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die Anker relativ nahe nebeneinander zu positionieren, damit die Außenfläche des Aktors möglichst, in Längsrichtung des Ankers gesehen, nicht über den Außenumfang des Gehäuses hinaustritt. Darüber hinaus jedoch ermöglicht es diese Ausführung, die Hebelarme sehr lang auszuführen. Insbesondere sollte die Angriffsfläche näher am Ende des zugeordneten Hebelarms des Betätigungselements liegen, das heißt werter außen als die Mittelachse des Ankers.
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Am Betätigungselement kann ein einstückig angeformter Lagerfortsatz vorhanden sein. Zusätzlich oder alternativ ist an jedem Arm des Betätigungselements eine Schließfläche für einen Ventilsitz angeordnet. Die Schwenkachse des Betätigungselements liegt vorzugsweise in der durch die Schließflächen definierten gemeinsamen Ebene.
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Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein Betätigungselement einen längeren und einen kürzeren Arm aufweist, insbesondere dass die beiden kürzeren Arme der beiden Betätigungselemente im Gehäuse in entgegengesetzte Richtungen weisen. Hierdurch kann sich gegebenenfalls sogar ein punktsymmetrischer Aufbau der Steuerkammern und der Betätigungselemente ergeben.
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Die Betätigungselemente sind insbesondere langgestreckte Körper, die parallel zueinander verlaufen.
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Um so wenig wie möglich unterschiedliche Teile zu haben, können die Betätigungselemente identisch ausgeführt sein, das heißt gleiche Geometrin und Abmessungen besitzen.
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Zur Schaffung eines 3/2-Wegeventils münden in jede Steuerkammer drei Strömungskanäle mit zwei Ventilsitzen. Das bedeutet, ein Strömungskanal bleibt stets offen, wogegen die anderen beiden Strömungskanäle in Ventilsitzen in das Innere der Steuerkammer münden.
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Die Ventilsitze können dabei eine unterschiedliche Geometrie in jeder Steuerkammer haben.
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Am Betätigungselement kann zumindest an einem Arm im Bereich des Kontaktes mit dem zugeordneten Ventilsitz ein elastisches Dichtelement zum Abdecken oder Freigeben des zugeordneten Ventilsitzes befestigt sein.
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Zur seitlichen Positionierung der Betätigungselemente sind gemäß der bevorzugten Ausführungsform an der Wand des Gehäuses keilförmige, nach innen weisende Führungsvorsprünge angeformt. Insbesondere ist eine Seite dieses Keils, die zum zugeordneten Betätigungselement weist, parallel zur gegenüberliegenden Zwischenwand angeordnet, sodass diese beiden Flächen parallel zueinander liegen und seitliche Führungsflächen bilden.
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Das quaderförmige Gehäuse sollte zur vereinfachten Fertigung einen einstückig angeformten Boden und einstückig angeformte Seitenwände sowie eine offene Deckelseite haben. Das Gehäuse besteht damit nur aus zwei Teilen, nämlich dem Deckel und dem restlichen Gehäuse.
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Der Deckel könnte auch in den Magnetantrieb integriert sein, sodass er kein zusätzliches Teil erfordert.
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Der Deckel sollte eine Öffnung zum Durchtritt eines ankerseitigen Aktors besitzen.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn in das hohle Innere wenigstens ein vom Betätigungselement entfernter Kanal mündet, sodass das Betätigungselement die Strömung zu oder von diesem Kanal nicht beeinflusst.
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Die Betätigungselemente sollten im Wesentlichen in einer Ebene liegen, das heißt, nebeneinander, sodass die Ventilsitze ebenfalls im Wesentlichen in einer Ebene positioniert sind. Dies erleichtert die Herstellung des Magnetventils. Insbesondere können alle Ventilsitze an einer Wand des Gehäuses vorhanden sein, wobei unter „Wand” auch der Boden zu verstehen ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Magnetventil,
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2 eine perspektivische Ansicht des Magnetventils mit abgenommenem Antrieb,
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3 eine Draufsicht auf das in 2 gezeigte Ventilgehäuse bei abgenommenem Ventilantrieb,
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4 eine vergrößerte Ansicht des in 3 gezeigten Gehäuses längs der Linie IV-IV,
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5 eine Schnittansicht durch das Magnetventil längs der Linie V-V in 1,
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6a und 6b eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht auf eine mögliche Variante des Magnetantriebs, der beim erfindungsgemäßen Magnetventil eingesetzt werden kann,
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7a und 7b eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des Magnetantriebs,
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8a bis 8c eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des bei der Erfindung einsetzbaren Magnetantriebs,
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9a bis 9c eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des bei der Erfindung einsetzbaren Magnetantriebs,
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10a bis 10c eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des bei der Erfindung einsetzbaren Magnetantriebs,
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11a bis 11d eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. zwei Schnittansichten in zwei unterschiedlichen axialen Höhen einer weiteren Ausführungsform des bei der Erfindung eingesetzten Magnetantriebs,
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12a und 12b eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des bei der Erfindung einsetzbaren Magnetantriebs,
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13a und 13b eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des bei der Erfindung einsetzbaren Magnetantriebs, und
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14a bis 14c eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des bei der Erfindung einsetzbaren Magnetantriebs.
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Das Magnetventil ist extrem klein bauend und ist in 1 übertrieben groß dargestellt. In der Praxis hat das erfindungsgemäße Magnetventil nur eine Breite von ca. 7–10 mm.
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Das Magnetventil ist als doppeltes 3/2-Wegeventil ausgeführt, bei dem beide Ventile unabhängig voneinander betätigt werden können.
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Die Betätigungseinheit 12 umfasst ein vorzugsweise einstückiges Fluidgehäuse 14, welches einen Boden 16 sowie eine umlaufende Seitenwand 18 besitzt. Nach oben hin ist das Gehäuse 14 durch einen Deckel 20 als Teil des Magnetantriebs 10 geschlossen. Das Innere des Gehäuses 14 lässt sich 2 am einfachsten entnehmen. Eine einstückig an Boden 16 und Seitenwand 18 anschließende Zwischenwand 22 verläuft diagonal durch das quaderförmige Gehäuse 14.
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Durch die Zwischenwand 22 wird das hohle Innere des Gehäuses 14 in zwei vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, fluidisch voneinander getrennte Steuerkammern 24, 26 unterteilt, die jeweils einem 3/2-Wegeventil zugeordnet sind. Alternativ hierzu können auch mehr als zwei 3/2-Wegeventile in einem Gehäuse 14 untergebracht sein.
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In den Steuerkammern 24, 26 sind zwei Ventilkörper, im Folgenden Betätigungselemente 28 bzw. 30 genannt, vollständig untergebracht. Die Betätigungselemente 28, 30 sind zweiarmige Hebel (siehe 4), welche jeweils über einen Lagerstift 32, dessen gedachte Mitte die Schwenkachse bildet, im Gehäuse 14 gelagert sind. Die Stifte 32 werden von außen in Bohrungen in der Seitenwand 18 und der Zwischenwand 22 eingepresst, wie in den 3 und 5 zu sehen ist. Die Stifte 32 verlaufen entweder parallel oder koaxial zueinander, im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen sie parallel.
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In 4 ist zu erkennen, dass die Hebelarme 34, 36 unterschiedlich lang sind.
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Jedes Betätigungselement 28, 30 wirkt mit zwei Ventilsitzen 38, 40 zusammen, welchen Strömungskanäle 42, 44 zugeordnet sind, die in die Steuerkammer 24 oder 26 münden. Vom Boden 16 erstrecken sich kegelförmige Fortsätze 46, 48 in Richtung zum Betätigungselement 28, 30. Koaxial durch die Fortsätze 46, 48 verlaufen die an der Spitze der jeweiligen Fortsätze 46, 48 mündenden Strömungskanäle 42, 44. Um die Mündung herum ist eine ringförmige Fläche am Fortsatz 46, 48 vorgesehen, die den Ventilsitz 38 bzw. 40 bildet.
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Die Abstände der beiden Ventilsitze 38, 40 von der gedachten Schwenkachse des Lagerstifts 32 sind in der gezeigten Ausführungsform gleich, könnten jedoch auch unterschiedlich sein.
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Zur besseren Stabilität des Betätigungselements 30 im Bereich des Lagerstiftes 32 hat das Betätigungselement 30 einen Fortsatz 50, der auch Lagerauge genannt wird. Entsprechendes gilt für das Betätigungselement 28.
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In 4 ist auch ein Strömungskanal 52 dargestellt, der jedoch vorzugsweise, wie 5 zeigt, entfernt von dem Betätigungselement 28, 30 liegt.
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Jede Steuerkammer 24, 26 hat somit insgesamt drei Strömungskanäle, die in sie münden, nämlich die Strömungskanäle 42, 44, 52. Von diesen drei Strömungskanälen können zwei, nämlich die Strömungskanäle 42, 44 durch das Betätigungselement 28 oder 30 geschlossen werden.
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Das wippenartige Betätigungselement 30 trägt auf seiner den Ventilsitzen 38, 40 zugeordneten Fläche jeweils ein Dichtelement 54 aus einem Elastomer, das für eine erhöhte Dichtigkeit bei Anlage des Betätigungselements 28, 30 am Ventilsitz 38 oder 40 sorgt. Die beiden Ventilsitze 38, 40 definieren eine gemeinsame Ebene 56, in der auch die Mittelachse des Lagerstifts 32 liegen sollte (siehe 4). Dies ist jedoch nur eine vorteilhafte Option.
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Die beiden Betätigungselemente 28, 30 haben vorzugsweise eine identische Gestalt, sie sind nur um 180° gedreht in ihren jeweiligen Steuerkammern 24, 26 eingebaut.
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Die Betätigungselemente 28, 30 sind langgestreckte, stabartige Körper, die sich insbesondere parallel zur Zwischenwand 22 fast über die gesamte diagonale Länge der Steuerkammern 24, 26 erstrecken.
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Zwischen dem längeren Hebelarm 36, genauer gesagt zwischen dessen axialem freien Ende und dem Boden 16 ist eine Feder 58 montiert, welche in Bezug auf 4 das Betätigungselement 30 entgegen dem Uhrzeigersinn vorspannt und gegen den Ventilsitz 38 drückt.
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Zur besseren Halterung der Feder 58 sind sowohl am Hebelarm 36 als auch am Boden 16 Haltegeometrien 60 vorgesehen, die stiftartige Fortsätze darstellen.
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Auf der den Ventilsitzen 38, 40 entgegengesetzten Seite des Betätigungselements 28, 30 hat dieses eine im Querschnitt halbkreisförmige Angriffsfläche 62, die insbesondere in Form eines Steges ausgebildet ist. Dies ist in 2 deutlich zu erkennen.
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Bei geschlossenem Strömungskanal 44 liegt die Angriffsfläche 62 exakt über dem Ventilsitz 40, das heißt, die entsprechenden Flächen sind zueinander ausgerichtet.
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Die Angriffsfläche 62 dient dem reibungsarmen Kontakt mit einem Aktor in Form eines beweglichen Magnetkerns 64 des Magnetantriebs 10. Der Magnetkern 64 hat eine stirnseitig plane Gegenkontaktfläche, mit der er an der Angriffsfläche 62 anliegen kann.
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Alternativ können die beiden Kontaktflächen aber auch so ausgeführt sein, dass die Angriffsfläche 62 am Betätigungselement 28, 30 plan ausgeführt ist und der Magnetkern 64, 82 an seiner Stirnfläche eine halbkugelförmige Geometrie aufweist.
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Der Magnetkern 64 ist in einer Längs- oder Axialrichtung A (siehe 1) verschiebbar.
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Die Feder 58 ist ebenfalls in dieser Axialrichtung A ausgerichtet. Darüber hinaus verlaufen die Strömungskanäle 42, 44 in Axialrichtung A.
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Die Ausrichtung der stegartigen Angriffsfläche 62 in Bezug auf die gedachte Mittelachse des Strömungskanals 44 erfolgt vorzugsweise so, dass die Mittelachse des Strömungskanals 44 und damit auch die Mittelachse des Ventilsitzes 40 die in 2 gezeigte Mittellängsachse 66 des Steges schneidet, dies in Bezug auf die geschlossene Ventilstellung am Strömungskanal 44.
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Allgemeiner ausgedrückt sollte die Resultierende der Betätigungskraft durch den Magnetkern 64, die auf die Angriffsfläche 62 wirkt, in der Schließstellung die sogenannte Schließfläche senkrecht schneiden. Die Schließfläche ist durch den äußeren Umfang des ringförmigen Ventilsitzes 40 definiert und sie definiert wiederum eine Kreisfläche, die als Schließfläche bezeichnet wird.
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Wie in den 1 und 4 ferner zu erkennen ist, steht die Angriffsfläche 62 versetzt zur Mittelachse des Magnetkerns 64, sodass der Magnetkern 64 weiter innen positioniert ist, um eine höhere Kompaktheit des Magnetantriebs 10 zu realisieren. Der Kontakt zwischen der Angriffsfläche 62 und der unteren Stirnseite des Magnetkerns 64 liegt näher zum freien Ende des Hebelarms 36, bezogen auf die Mittelachse des Magnetkerns 64.
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Weitere Besonderheiten der Betätigungseinheit 12 sind ihre geringe Höhe, bezogen auf die Axialrichtung A. Diese geringe Höhe wird durch die parallele Anordnung der Betätigungselemente 28, 30 erreicht, die im Wesentlichen in einer Ebene liegen. Das bedeutet, sie sind bezogen auf die Axialrichtung A nicht übereinander angeordnet, sondern nebeneinander, wie in 1 zu sehen ist. Vorzugsweise liegen somit die Schwenkachsen der Lagerstifte 32 in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur Axialrichtung A liegt.
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Die leichte Montage und die sichere Halterung der Betätigungselemente 28, 30 werden auch durch die Lagerung der Betätigungselemente 28, 30 in Längsrichtung der Lagerstifte 32 verbessert. Von gegenüberliegenden Wänden 18 (siehe 5) stehen nämlich einstückig angeformte keilförmige, nach innen weisende Führungsvorsprünge 70 ab, die eine Führungsfläche 72 haben, welche parallel zur gegenüberliegenden Seite der Zwischenwand 22 verlaufen.
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Somit sind die Betätigungselemente 28, 30 zwischen gegenüberliegenden Führungsflächen gegen axiales Verschieben gesichert gelagert.
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Der Magnetantrieb 10, der in 1 dargestellt ist, ist eine vorgefertigte, in sich geschlossene Einheit, die nach ihrer Montage und Fertigstellung auf die ebenfalls als vorgefertigte Einheit ausgeführte Betätigungseinheit 12 aufgesetzt wird.
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Der Magnetantrieb 10 umfasst zwei parallele Spulen 74, 76, die jeweils einen Magnetstopfen 78, 80 an ihrem der Betätigungseinheit 12 entgegengesetzten Ende umschließen. Ebenfalls im Inneren der Spulen 74, 76 sind axial verschiebbare Anker, im Folgenden Magnetkerne 82, 64 genannt, untergebracht, die durch Federn 86 in Richtung zur Betätigungseinheit 12 gegenüber dem jeweiligen Magnetstopfen 78, 80 vorgespannt sind. Die Magnetkerne 82, 64 ragen durch Öffnungen im Deckel 20 in das Innere des Gehäuses 14 hinein und drücken in der Ausgangsstellung gegen die konvexen Angriffsflächen 62 ihres jeweiligen Betätigungselements 28 oder 30. Da die Federn 58 jedoch schwächer ausgeführt sind als die Federn 86, ist in der Ausgangsstellung bei nicht bestromter Spule 74, 76 das jeweilige Betätigungselement 28, 30 so geschwenkt, dass es vom Ventilsitz 40 entfernt ist und am Ventilsitz 38 aufliegt.
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Mit dem Bezugszeichen 88 ist ein Gleitelement bezeichnet, das bei der Bewegung der Magnetkerne 82, 64 innerhalb der diese umgebenden Hülsen eventuell auftretenden Reibkräften entgegenwirkt.
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Zu erkennen ist in 1 auch, dass der Magnetantrieb 10 ebenfalls sehr kompakt baut. Er steht in Axialrichtung A gesehen auf keiner Seite gegenüber der Grundfläche des Gehäuses 14 vor.
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Die beiden Spulen 74, 76 können unabhängig voneinander betätigt werden, das heißt, die beiden durch die Betätigungselemente 28, 30 gebildeten 3/2-Wegeventile können ebenfalls unabhängig voneinander betätigt werden. Diese unabhängige Betätigung wird dadurch ermöglicht, dass jeder Antrieb seinen eigenen Eisenkreis hat, die beiden Eisenkreise sind im Wesentlichen voneinander entkoppelt. Diese Entkoppelung wird erreicht, obwohl die beiden nach oben aus den Spulen 74, 76 herausragenden Magnetstopfen 78, 80 in einem gemeinsamen Jochblech 90 aufgenommen sind. Darüber hinaus ist ein am entgegengesetzten Ende der Spulen 74, 76 vorgesehenes, gemeinsames Jochblech 92 vorhanden, sodass die Jochbleche 90, 92 in Axialrichtung die beiden parallelen Spulen 74, 76 begrenzen.
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In den 6 bis 14 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie zwei sich im Wesentlichen nicht beeinflussende Eisenkreise trotz der beiden gemeinsamen Joche 90, 92 gebildet werden.
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Bei der Ausführungsform nach 6a sind zwei magnetische Elemente in Form von zwei parallelen Jochbolzen 94 vorgesehen, die parallel zu den Spulen 74, 76 und zwischen diesen verlaufen. Wie in 6b zu erkennen, liegen die Jochbolzen 94 innerhalb der gemeinsamen Umhüllenden der beiden Spulen 74, 76 und stehen nicht, bezogen auf 6b, nach oben und nach unten, das heißt seitlich vor. Die beiden Jochbolzen 94 sind magnetisch und ragen in Ausnehmungen in den beiden Jochblechen 90, 92, um darin aufgenommen und befestigt zu werden. Die Jochbolzen 94 bilden zusammen mit den Spulen 74, 76 und den Magnetstopfen 78, 80 zwei Eisenkreise. Die Streufelder jedes Eisenkreises sind sehr gering, sodass der benachbarte Eisenkreis funktional unbeeinflusst bleibt.
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Eine noch bessere Entkoppelung der Eisenkreise wird durch die Ausführungsform nach 7 erreicht. Auch hier sind entsprechende Jochbolzen 94 vorgesehen. Zumindest das obere Jochblech 90, vorzugsweise beide Jochbleche 90, 92 besitzen jedoch Spalte 96, die jeweils von entgegengesetzten Längsrändern 98, 100 der Jochbleche 90, 92 ausgehen, in Richtung zum gegenüberliegenden Längsrand 100 bzw. 98 verlaufen und dann aufeinander zu, ohne ineinander überzugehen. Die Spalte 96 verlaufen von ihren Längsrändern 98, 100 nicht exakt gegenüberliegend aufeinander zu, sondern sind seitlich zueinander versetzt, sodass sie immer einem Jochbolzen 94 zugeordnet sind und zwischen dem zugeordneten Jochbolzen 94 und einem Magnetstopfen 78 oder 80 liegen. Damit entkoppelt der Spalt 96 einen Jochbolzen gegenüber dem Magnetstopfen 78 und der andere Spalt 96 den Magnetstopfen 80 gegenüber dem anderen Jochbolzen 94 magnetisch. Somit ist der in 7b obere Jochbolzen 94 magnetisch dem Magnetstopfen 78 und der untere Jochbolzen 94 dem Magnetstopfen 80 zugeordnet, um jeweils einen eigenen Eisenkreis zu bilden. Ein schmaler Verbindungssteg 102 zwischen den Spalten 96 bildet zwar eine Art Brücke, dies ist jedoch so schmal, dass keine wesentliche Beeinflussung der beiden Eisenkreise über sie stattfindet und beide Antriebe getrennt voneinander wirken können.
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Der Verbindungssteg 102 ermöglicht, dass die Jochbleche 90, 92 einstückig ausgeführt werden können, was ihre Montage erleichtert. Bei zweiteiligen Jochblechen ist ein zusätzlicher Justageschritt zur Ausrichtung der Teile zueinander erforderlich.
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Für die Ausführungsformen nach den 6 bis 7, ebenso wie für die übrigen Ausführungsformen nach den 8 bis 14 kann es vorteilhaft sein, die Jochbleche 90, 92 als Blechpakete auszuführen, das heißt, die Jochbleche 90, 92 sind mehrere Lagen aus dünnen Blechen. Diese Bleche können einfachheitshalber als Pakete gestanzt sein.
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Während die L-förmigen Spalte 96 in 7a axial komplett durch die Jochbleche 90, 92 gehen, ist bei der Ausführungsform nach 8 vorgesehen, dass die oberste Lage des mehrlagigen Jochblechs 90 oder 92 spaltlos ausgeführt ist (siehe 8b), wogegen die darunterliegenden Lagen einen komplett durchgehenden Spalt 96 besitzen, der auch ohne Verbindungssteg 102 ausgeführt ist, sodass in den unteren Lagen die beiden Eisenkreise komplett voneinander getrennt sind. Insbesondere ist die oberste Lage aus einem nicht ferritischen Material, um keine Magnetbrücke zu bilden.
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Bei den Ausführungsformen nach den 9 bis 14 sind nicht zwei Jochbolzen zur Trennung der Eisenkreise vorgesehen, sondern ein magnetisches Element in Form eines Magnetblechs 104, welches sich zwischen den Spulen 74, 76 erstreckt (siehe zum Beispiel 9c). Das Magnetblech 104 erstreckt sich axial zwischen den Jochblechen 90, 92 und kontaktiert diese. Die Spulen 74, 76 können an ihrer engsten Stelle das Magnetblech 104 auch kontaktieren, zum Beispiel klemmen, wobei der Drahtlack zur Isolierung des Spulendrahts nicht verletzt werden darf.
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Das Magnetblech 104 hat keilförmig verdickte Längsränder, gesehen in Axialrichtung A. Diese Längsränder tragen des Bezugszeichen 106. Die keilförmigen Längsränder 106 erstrecken sich über die gesamte Länge des Magnetblechs 104 in Axialrichtung A der Spulen 74, 76 und füllen im Wesentlichen den Raum zwischen der äußeren Umhüllenden 108 der Spulen 74, 76 und den Spulen 74, 76, der sich durch deren Kreiszylinderaußenfläche ergibt, aus.
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Bei der Ausführungsform nach 9 sind die Jochbleche 90, 92 nicht geschlitzt.
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Bei der Ausführungsform nach 10a jedoch sind die Jochbleche 90, 92 gemäß 7 mit den entsprechenden Spalten 96 verwendet, sodass diesbezüglich auf die Erläuterungen zu 7 verwiesen werden kann.
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Bei der Ausführungsform nach 11 sind die Jochbleche 90, 92 aus 8 im Zusammenhang mit dem Magnetblech 104 verwendet. Auch hier müssen keine separaten Ausführungen mehr erfolgen.
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Bei der Ausführungsform nach 12 ist das Magnetblech 104 ohne verdickte Längsränder ausgeführt, sondern nur rechteckig. Die Jochbleche 90, 92 entsprechen denen bei den Ausführungsformen nach 6.
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Die Ausführungsform nach 13 kombiniert das Magnetblech 104 gemäß 12 mit den Jochblechen 90, 92 aus den 7 und 10.
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Die Ausführungsform nach 14 kombiniert das Magnetblech 104 gemäß 12 mit den Jochblechen 90, 92 aus den 8 und 11.
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Die Magnetantriebe 10, die in den Figuren gezeigt sind, bauen seitlich sehr klein, stehen also nicht über die Basisfläche des Bodens 16 des Gehäuses 12 über. Die Spulen 74, 76 mit ihren Mittelachsen liegen in Axialrichtung A gesehen auf der Mittelachse M des länglichen Gehäuses 14, siehe 3. Zu erkennen ist, dass es durch die diagonale Anordnung der Betätigungselemente 28, 30 erst ermöglicht wird, die Spulen 74, 76 auf dieser Mittelachse M zu positionieren, um gleichzeitig einen kompakten Aufbau zu erzielen.
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Das gezeigte Ventil ist vorzugsweise ein Pneumatikventil mit zwei 3/2-Wegeventilen.
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Die langen Hebelarme an den wippenartigen Betätigungselementen 28, 30 erlauben die Unterbringung der Rückstellfedern 58.
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Im Normalbetrieb steht Medium, beispielsweise Luft, unter Druck unter dem Sitz 40 an. Der Kanal 42, der bei pneumatischen Ventilen eine Entlüftungsfunktion hat, steht in fluidischer Verbindung mit dem Strömungskanal 52, dem sogenannten Arbeitsanschluss. Bei Betätigung der zugeordneten Spule 76 wird der Ventilsitz 40 durch die Feder 58 geöffnet und gleichzeitig der Ventilsitz 38 verschlossen. In dieser Schaltstellung des Magnetventils ist der Kanal 44 mit dem Strömungskanal 52 fluidisch verbunden.
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Soll hingegen der Kanal 42 freigelegt werden, wird die Spule 76 bestromt, der Magnetkern 82 oder 64 wird zum Betätigungselement 28, 30 bewegt, das Betätigungselement 28, 30 schwenkt im Uhrzeigersinn gemäß 4 und hebt vom Ventilsitz 38 ab. Aufgrund der geringen magnetischen Beeinflussung beider Antriebe kann der Antrieb einer Steuerkammer 24, 26 unabhängig von dem der anderen Steuerkammer 26 bzw. 24 betätigt werden.
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Die diagonale Anordnung der Betätigungselemente 28, 30 führt zu langen Hebelarmen und zu geringen Querbewegungen, wodurch die fluidische Leistung verbessert wird. Die sich unter den Magnetkernen 82, 84 befindlichen Ventilsitze 40 sorgen für eine direkte Kraftübertragung.
