DE102013009838B3

DE102013009838B3 - Zweiwegeventil

Info

Publication number: DE102013009838B3
Application number: DE201310009838
Authority: DE
Inventors: Klaus Schoch
Original assignee: Staiger GmbH and Co KG
Current assignee: Staiger GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2033-06-13

Abstract

Das Zweiwegeventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen. Es besitzt einen Ventilkörper, einen Eingang, einen Ausgang, einen Ankerraum, einen Plattenanker, eine Scheibenfeder, einen Dichtkörper, einen Ventilraum und einen Ventilsitz. Dem Ventilkörper ist ein Elektromagnetkopf mit einem Dauermagneten, einer Elektrospule, einem Innenkern und einem Außenkern zugehörig. Bei aktiviertem Elektromagnetkopf ist der Dauermagnet durch die elektromagnetische Kraft geschwächt. Der Dichtkörper ist dabei durch die Kraft der Scheibenfeder dicht gegen den Ventilsitz gedrückt. Bei nicht eingeschaltetem Elektromagnetkopf sind der Plattenanker und der an diesem befestigte Dichtkörper durch die Kraft des Dauermagneten derart verlagert, dass der Ventilsitz freigegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweiwegeventil für gasförmige und flüssige Medien, das einen Ventilkörper mit einem Eingang und einem Ausgang für das Medium aufweist. In einem Ankerraum des Ventilkörpers befindet sich ein Plattenanker, der axial verlagerbar ist. Außerdem sind in dem Ventilkörper eine Scheibenfeder und ein Dichtkörper vorgesehen und in einem Ventilraum ist ein Ventilsitz ausgebildet. Dem Ventilkörper ist ein Elektromagnetkopf zugeordnet, der einen Dauermagneten für den Plattenanker beinhaltet und zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft eine Elektrospule, einen Innenkern und einen Außenkern besitzt.
Aus der DE 10 2008 017 764 A1 ist ein an sich bewährtes Zweiwegeventil dieser Art bekannt. Soll das Ventil geöffnet werden, ist der Elektromagnetkopf zu aktivieren, wodurch die Kraft des Dauermagneten durch die elektromagnetische Kraft unterstützt wird, so dass die auf den Plattenanker wirkenden gesamten magnetischen Kräfte größer sind als die Schließkraft der Scheibenfeder. Der Plattenanker mit dem Dichtkörper wird somit nach oben in Richtung Dauermagnet verlagert und der Ventilsitz wird geöffnet. Da der Abstand des Plattenankers zum Dauermagneten in der nach oben verlagerten Position kleiner geworden ist, wirkt die Kraft des Dauermagneten verstärkt auf den Plattenanker und hält letzteren in dieser Position, so dass der Elektromagnetkopf ausgeschaltet werden kann. Soll das Ventil wieder geschlossen werden, muss der Elektromagnetkopf mit umgekehrter Polarität erneut aktiviert werden. Das elektromagnetische Feld reduziert in diesem Fall die Kraft des Dauermagneten derart, dass die Schließkraft der Scheibenfeder überwiegt und den Dichtkörper gegen den Ventilsitz drückt. Dabei hat sich der Abstand zwischen dem Plattenanker und dem Dauermagneten vergrößert und die am Plattenanker angreifende Kraft derart verringert, dass die Schließkraft der Scheibenfeder ausreicht, den Dichtkörper in der Verschlussposition zu halten, so dass der Elektromagnetkopf abgeschaltet werden kann. Für die Steuerung dieses Ventils ist somit immer eine Aktivierung des Elektromagnetkopfes erforderlich, sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen des Ventils, wobei zudem jedes Mal eine Umpolung vorzunehmen ist.
Der DE 10 2011 078 104 A1 ist ein elektromagnetisch betätigtes Sitzventil zu entnehmen, das einen Ventilkörper mit einem Eingang, einem Ausgang und einem Ventilsitz für ein Medium aufweist. Der Ventilsitz ist über einen Dichtkörper verschließ- und freigebbar, der am Ende eines Stößels angeordnet ist, der über eine Verbindungsstange mit einem Stabanker gekoppelt ist. Der Stabanker ist innerhalb einer Elektrospule eines Elektromagnetkopfes angeordnet und axial verlagerbar. Außerdem ist in einer Ebene über der Elektrospule ein ringförmiger Dauermagnet vorgesehen, der den Stabanker umschließt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Zweiwegeventil der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine hohe Sicherheit für eine schnelle und leichtgängige Ansteuerung der Öffnungs- bzw. Schließposition und eine dauerhaft hohe Funktionstüchtigkeit des Ventils 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 schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigt.
Das erfindungsgemäße Zweiwegeventil ist in der Zeichnung in einer geschnittenen Teilansicht stark vergrößert dargestellt. Das Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen, und weist einen Ventilkörper 1 und einen Elektromagnetkopf 2 auf, die bezüglich einer Mittenachse 3 koaxial angeordnet und bevorzugt kreisrund ausgebildet sind.
Der Ventilkörper 1 ist etwa topfförmig gestaltet und besitzt eine Grundwand 4 sowie eine sich in Richtung nach oben erstreckende Umfangswand 5. Am Umfang der Grundwand 4 kann ein O-Ring 6 in einer nach außen offenen Rechtecknut gelagert sein, so dass der Ventilkörper 1 in eine Aufnahmebohrung einer hier nicht dargestellten Montageplatte oder eines Gerätes dicht eingesetzt werden kann. Für die Zuführung des Mediums kann in der Grundwand 4 ein koaxialer Eingang 7 ausgebildet sein, der zu einem Ventilsitz 8 führt, welcher in einen Ventilraum 9 hineinragt. Um das Medium aus dem Ventilraum 9 herauszuführen, sind in der Grundwand 4 Ausgänge 10, 11 ausgebildet. Die Ein- und Ausgänge können auch vertauscht werden, so dass eine entgegengesetzte Durchflussrichtung entsteht.
In einem über dem Ventilraum 9 vorgesehenen Ankerraum 12 befindet sich ein axial verlagerbarer Plattenanker 13, der einen Dichtkörper 14 aufweist, der aus einem Elastomer besteht, im Plattenanker 13 koaxial einvulkanisiert ist und für das Verschließen und Öffnen des Ventilsitzes 8 vorgesehen ist. Außerdem ist in einer Ebene unter dem Plattenanker 13 eine Scheibenfeder 15 angeordnet, die im Bereich des Dichtkörpers 14 koaxial am Plattenanker 13 angeordnet und mit ihrem Außenrand an einer Buchse 16 abgestützt ist, die an der Innenfläche der Umfangswand 5 mittels Presssitz gehalten ist. Der Plattenanker 13, der Dichtkörper 14 und die Scheibenfeder 15 sind im Bereich der Mittenachse 3 derart miteinander verbunden, dass eine vormontierte Baueinheit gegeben ist. Um die Baueinheit nach dem Einsetzen in den Ventilkörper 1 in ihrer Position zu fixieren, ganz es günstig sein, den Außenrand der Scheibenfeder 15 an der Umfangswand 5 des Ventilkörpers 1 z. B. durch Verstemmen so festzulegen, dass eine Sicherung sowohl gegen eine axiale Verschiebung als auch gegen eine Verdrehung um die Mittenachse 3 gegeben ist. Die Scheibenfeder 15 ist zudem so ausgebildet und in den Ventilkörper 1 eingebaut, dass ihre Kraft gegen den Ventilsitz 8 gerichtet ist. Der Plattenanker 13 ist im Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser der Buchse 16, so dass er bei seiner axialen Verlagerung weitgehend spielfrei geführt ist. Für eine leichtgängige axiale Verlagerung des Plattenankers 13 kann letzterer vorzugsweise mehrere Durchgangslöcher aufweisen, so dass ein Mediumsausgleich erfolgen kann.
Der Elektromagnetkopf 2 weist eine zu der Mittenachse 3 koaxial angeordnete Elektrospule 17 auf, die auf einem Spulenkern gelagert sein kann. Außerdem besitzt der Elektromagnetkopf 2 einen Dauermagneten 18, einen Innenkern 19, einen Außenkern 20 und eine nichtmagnetisierbare Scheibe 21. Der Dauermagnet 18 und der Innenkern 19 sind innerhalb der Elektrospule 17 koaxial zur Mittenachse 3 angeordnet, wobei der Dauermagnet 18 in axialer Längsrichtung der Elektrospule 17 gesehen sich etwa in deren Mitte befindet. Die Dicke des Dauermagneten 18 in axialer Richtung ist etwa gleich der Dicke des Plattenankers 13.
Der kreiszylindrische Außenkern 20 umgibt die Elektrospule 17. Ein im Durchmesser etwas kleinerer Rohrteil 22 des Außenkerns 20 ist von der Umfangswand 5 des Ventilkörpers 1 eng umfasst, wobei ein etwa in der Ebene des Dauermagneten 18 am Rohrteil 22 ausgebildetes Außengewinde in ein Innengewinde eingreift, das am oberen Endbereich der Umfangswand 5 vorgesehen ist. Am unteren Ende des Rohrteils 22 ist ein rechtwinklig nach innen ragender Kragen 23 ausgebildet, der den Spulenkern der Elektrospule 17 untergreift und in axialer Richtung etwas dicker ist als die nicht magnetisierbare Scheibe 21.
Die Scheibe 21 ist in der Ebene des Kragens 23 angeordnet und untergreift wie dieser ebenfalls den Spulenkern. Dabei entspricht der Außendurchmesser der Scheibe 21 etwa dem Innendurchmesser des Kragens 23 und der Innendurchmesser der Scheibe 21 entspricht etwa dem Außendurchmesser des Innenkerns 19, der die Scheibe 21 durchsetzt und in Richtung zum Plattenanker 13 überragt. Mit Hilfe der genauen Durchmesseranpassungen ist die Scheibe 21 zwischen dem Innenkern 19 und dem Kragen 23 hermetisch dicht angeordnet, so dass das Medium nicht in das Innere des Elektromagnetkopfs 2 eindringen kann. Die Lage der Scheibe 21 ist so gewählt, dass sie, in axialer Richtung gesehen, bezüglich der dem Plattenanker 13 zugewandten Stirnseite des Kragens 23 zurückgesetzt ist.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Zweiwegeventil in der stromlos offenen Position dargestellt. In dieser Position ist der Elektromagnetkopf 2 ausgeschaltet, so dass kein elektromagnetisches Feld existent ist. Die Schließkraft der Scheibenfeder 15 ist kleiner als die Zugkraft des Dauermagneten 18, der den Plattenanker 13 bis zur Anlage an den Kragen 23 nach oben gezogen hat und in dieser Öffnungsposition hält, wobei sich der Dichtkörper 14 auf Abstand über dem Ventilsitz 8 befindet und das Medium vom Eingang 7 durch den Ventilsitz 8 in den Ventilraum 9 strömen und am Ausgang 10 heraustreten kann.
Wenn das Zweiwegeventil geschlossen werden soll, wird dem Elektromagnetkopf 2 elektrische Spannung zugeführt, wodurch ein derartiges elektromagnetisches Feld erzeugt wird, das der Kraft des Dauermagneten 18 entgegenwirkt und die Anzugskraft somit schwächt, und zwar um ein solches Maß, dass sie kleiner ist als die Schließkraft der Scheibenfeder 15. Aufgrund der bei eingeschaltetem Elektromagnetkopf 2 größeren Schließkraft der Scheibenfeder 15 werden der Plattenanker 13 und der Dichtkörper 14 axial nach unten verlagert, so dass der Dichtkörper 14 den Ventilsitz 8 dicht verschließt. Dadurch ist der Durchfluss des Mediums gestoppt. Die Verschlussposition des Ventils bleibt so lange aufrechterhalten, wie der Elektromagnetkopf 2 mit Spannung versorgt wird und somit aktiv ist.
Nach dem Abschalten der Spannungszufuhr für den Elektromagnetkopf 2 ist das elektromagnetische Feld nicht mehr existent und es wirkt ausschließlich das Magnetfeld des Dauermagneten 18 als Anzugskraft von oben auf den Plattenanker 13. Und da die Anzugskraft des Dauermagneten 18 größer ist als die Schließkraft der Scheibenfeder 15, werden der Plattenanker 13 und der Dichtkörper 14 nach oben verlagert und in dieser dargestellten Öffnungsposition gehalten.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Zweiwegeventil ohne zusätzliche Energiezufuhr, sondern allein durch die integrierte Kraft des Dauermagneten 18 in seine geöffnete Normalposition gebracht und in dieser Öffnungsposition auch konstant gehalten wird. Für die Ventilöffnung ist kein elektrischer Impuls oder dergleichen notwendig und es ist gewährleistet, dass im Normalzustand, wenn also der Elektromagnetkopf 2 nicht aktiviert ist, stets ein einwandfreier Durchfluss des Mediums erfolgt, so dass letzteres auch dann sicher zum Verbraucher gelangt, wenn ein unvorhergesehener Stromausfall eintreten sollte. In der Verschlussposition des erfindungsgemäßen Zweiwege ventils sind aufgrund der Schwächung der Dauermagnetkraft und der starken Schließkraft der Scheibenfeder 15 ein dichtes Verschließen des Ventilsitzes 8 und eine zuverlässige Absperrung des Mediumsflusses gegeben. Außerdem treten durch die behinderungsfreie Plattenankeranordnung praktisch keine Reibungsverluste auf, so dass in Verbindung mit den äußerst kleinen zu bewegenden Massen ein sehr verschleißarmer Ventilbetrieb und eine lang andauernde Funktionstüchtigkeit gegeben sind.

Claims

Zweiwegeventil für ein gasförmiges oder flüssiges Medium, umfassend einen Ventilkörper (1), der einen Eingang (7) und einen Ausgang (10) für das Medium, einen Ankerraum (12) mit einem axial verlagerbaren Plattenanker (13), eine Scheibenfeder (15), einen Dichtkörper (14) sowie einen Ventilraum (9) mit einem Ventilsitz (8) aufweist, und einen Elektromagnetkopf (2), der einen Dauermagneten (18) für den Plattenanker (13) beinhaltet und zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft eine Elektrospule (17), einen Innenkern (19) und einen Außenkern (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiviertem Elektromagnetkopf (2) die Kraft des Dauermagneten (18) durch die elektromagnetische Kraft geschwächt und der Dichtkörper (14) durch die Kraft der Scheibenfeder (15) dicht gegen den Ventilsitz (8) gedrückt ist und dass bei deaktiviertem Elektromagnetkopf (2) der Plattenanker (13) und der Dichtkörper (14) durch die Kraft des ungeschwächten Dauermagneten (18) gegen die Kraft der Scheibenfeder (15) in Richtung zum Dauermagneten (18) hin verlagert sind und der Ventilsitz (8) freigegeben ist.
Zweiwegeventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten (2) und die Schwächung der Kraft des Dauermagneten (18) bei geschlossenem Ventilsitz (8) konstant gegeben sind.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenfeder (15) an der Unterseite des Plattenankers (13), die dem Elektromagnetkopf (2) abgewandt ist, befestigt ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenanker (13), der Dichtkörper (14) und die Scheibenfeder (15) in ihren Mittenbereichen zu einer koaxialen vormontierten Baueinheit miteinander verbunden sind.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenfeder (13) mit einem Außenrand an einer dem Elektromagnetkopf (2) abgewandten Stirnseite einer Buchse (16) abgestützt ist, die an der Umfangswand (5) des Ventilkörpers (1) mittels Presssitz angeordnet ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrand der Scheibenfeder (15) an der Umfangswand (5) des Ventilkörpers (1) gegen Verdrehen und Axialverschiebung fixiert ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenfeder (15) im Mittenbereich eine den Außenrand in Richtung zum Plattenanker (13) überragende Wölbung aufweist und in Richtung zum Ventilsitz (8) vorgespannt ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenanker (13) in einer Ebene der Buchse (16) für eine reibungsarme Axialverlagerung spielfrei geführt ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenanker (13) mindestens ein quer zu seiner Ebene ausgerichtetes Durchgangsloch für das Medium aufweist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Dichtkörpers (14) zu dem Ventilsitz (8) in der abgehobenen Öffnungsposition durch Anlage der dem Elektromagnetkopf (2) zugewandten Oberseite des Plattenankers (13) an einen Kragen (23) des Außenkerns (20) begrenzt ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Dauermagneten (18) in axialer Richtung etwa gleich der Dicke des Plattenankers (13) ist.
Zweiwegeventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (18) in axialer Richtung etwa in der Mitte der Elektrospule (17) angeordnet ist.