DE102013017259A1

DE102013017259A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102013017259A1
Application number: DE201310017259
Authority: DE
Inventors: Gunter Heinrich
Original assignee: Staiger GmbH and Co KG
Current assignee: Staiger GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: DE102013017259B4

Abstract

Das Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen und umfasst einen Ventilkörper und einen Elektromagnetkopf, dessen Magnetjoch mindestens eine materialeinheitlich einstückig angeformte Befestigungslasche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für gasförmige und flüssige Medien, mit einem Ventilkörper, der mindestens einen Eingang, einen Ausgang und einen in einer Ventilkammer vorgesehenen Ventilsitz aufweist, dem ein Dichtkörper zugeordnet ist, sowie einem Elektromagnetkopf mit einem Magnetkern, einer Elektrospule, einem Magnetjoch und einem verlagerbaren Anker für den Dichtkörper.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei der Magnetjochherstellung ohne zusätzliche Arbeitsschritte mit einfachen Mitteln ein integriertes Ventilbefestigungsteil 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. Es stellen dar:
1 ein erfindungsgemäßes Ventil in einer vergrößerten Schnittdarstellung,
2 das Magnetjoch des Ventils der 1 in einer Perspektivansicht.
Das in der Zeichnung dargestellte Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen und kann bevorzugt als Pilotventil in das Gehäuse eines hier nicht dargestellten Aktors oder dergleichen eingebaut werden. Das Ventil weist einen vorzugsweise kreisrunden Ventilkörper 1 und einen Elektromagnetkopf 2 auf, die bezüglich einer Mittenachse 3 koaxial angeordnet sind.
Der Ventilkörper 1 ist zylindrisch abgestuft und weist einen Flansch 4, einen gegenüber diesem im Durchmesser reduzierten Mittelteil 5 und einen Fortsatz 6 auf, dessen Durchmesser wiederum kleiner ist als der Durchmesser des Mittelteils 5. Am Umfang des Mittelteils 5 und des Fortsatzes 6 können O-Ringe 7, 8 vorgesehen sein, die in nach außen offenen Rechtecknuten gelagert sind. Im Fortsatz 6 kann für das Medium ein koaxialer Eingang 9 ausgebildet sein, der in einen Ventilsitz 10 mündet, welcher in eine Ventilkammer 11 hineinragt, die etwa in der Ebene des Flansches 4 ausgebildet ist. Für die Herausführung des Mediums aus der Ventilkammer 11 kann im Bereich zwischen dem Mittelteil 5 und dem Fortsatz 6 des Ventilkörpers 1 ein Ausgang 12 vorgesehen sein. Bei verschiedenen Anwendungen kann es aber zweckmäßig sein, den Fluss des Mediums umzukehren, so dass letzteres über den dargestellten Ausgang 12 zugeführt und den dargestellten Eingang 9 abgeführt wird.
In der Ventilkammer 11 befindet sich ein aus einem Elastomerwerkstoff hergestellter Dichtkörper 13, der an dem in der Zeichnung unteren Ende eines im Querschnitt kreiszylindrischen Ankers 14 vorzugsweise durch Vulkanisation befestigt ist und für das Öffnen und Schließen des Ventilsitzes 10 vorgesehen ist. Der Anker 14, der in einem Sackloch eine Schraubenfeder 15 aufweist, befindet sich in einer zur Mittenachse 3 koaxialen Zentralbohrung eines eine Elektrospule 16 tragenden Spulenkörpers 17 des Elektromagnetkopfes 2.
Der Spulenkörper 17 weist eine die Zentralbohrung begrenzende Traghülse 18 und zwei zueinander beabstandete Stirnwände 19, 20 auf, zwischen denen die Elektrospule 16 angeordnet ist. Zwischen der Stirnwand 19 des Spulenkörpers 17 und dem Flansch 4 des Ventilkörpers 1 ist ein Ringschlitz 21 ausgebildet, der an seinem Grund von einem dünnwandigen Rohrteil 22 begrenzt ist. Der Rohrteil 22 verbindet also den Flansch 4 und die Stirnwand 19 und somit den Ventilkörper 1 mit dem Spulenkörper 17. Der Ventilkörper 1 und der Spulenkörper 17 können deshalb vorteilhaft aus ein und demselben Material, vorzugsweise Kunststoff, hergestellt und als materialeinheitlich einstückige Baueinheit ausgeführt sein. Die Traghülse 18 und der Rohrteil 22 haben den gleichen Innendurchmesser, der lediglich etwas größer ist als der Durchmesser des Ankers 14, so dass letzterer bei seiner axialen Verlagerung zum Öffnen und Schließen des Ventilsitzes 10 weitgehend spielfrei geführt ist.
In der Zentralbohrung der Traghülse 18 ist etwa im axialen Mittenbereich der Elektrospule 16 ein Magnetschlusskörper 23 gelagert, der in einer umfänglichen Rechtecknut einen O-Ring 24 trägt, der an der Traghülse 18 dicht anliegt. In der dargestellten Verschlussposition des Ankers 14 und des Dichtkörpers 13 besteht zwischen der Oberseite des Ankers 14 und der Unterseite des Magnetschlusskörpers 23, an dem sich die Schraubenfeder 15 abstützt, ein Abstand 25. An der dem Anker 14 abgewandten oberen Seite des Magnetschlusskörpers 23 liegt ein Dauermagnet 26 an, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der Traghülse 18 annähernd gleich ist. An der dem Magnetschlusskörper 23 gegenüberliegenden Seite des Dauermagneten 26 liegt ein Magnetkern 27 an, dessen Durchmesser annähernd gleich dem Innendurchmesser der Traghülse 18 ist und der an einem oberen Bund 28, der an der Stirnwand 20 des Spulenkörpers 17 anliegt, einen Querschlitz 29 für den Eingriff eines Montagewerkzeugs aufweisen kann. Außerdem kann der Magnetkern 27 an seinem Umfang ein Gewinde 30 besitzen, das in ein Innengewinde der Traghülse 18 eingreift.
Der Elektromagnetkopf 2 weist zudem ein Magnetjoch 31 auf, das mit einer Grundwand 32, die eine Durchgangsbohrung 33 besitzt, auf der Stirnwand 20 des Spulenkörpers 17 aufliegt. An dieser Grundwand 32 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten zwei zueinander beabstandete Seitenwände 34, 35, die die Elektrospule 16 außen übergreifen und sich in Richtung zum Ventilkörper 1 hin erstrecken. Diese Seitenwände 34, 35 besitzen je eine Haltewand 36, 37, die auf Abstand und parallel zur Grundwand 32 angeordnet und in ein und derselben Ebene einander zugewandt sind.
Zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Haltewände 36, 37 besteht ein gewisser Abstand und jede dieser Stirnseiten weist eine in Form eines Teilkreises ausgebildete Ausnehmung 40, 41 auf. Die Haltewände 36, 37 weisen zudem je eine Einführschräge 42, 43 auf, die zwischen der Stirnseite und einer Außenseite 44, 45 der Haltewände 36, 37 ausgebildet sind.
Außerdem ist zu erkennen, dass an dem Magnetjoch 31 zwei Befestigungslaschen 46, 47 vorgesehen sind, die aus den Seitenwänden 34, 35 ausgestanzt und in entgegengesetzter Richtung zu den Haltewänden 36, 37 nach außen gebogen sind, so dass sie die Außenflächen der Seitenwände 34, 35 überragen, wobei die Haltewände 36. 37 und die Befestigungslaschen 46, 47 in ein und derselben Ebene liegen. Da die Befestigungslaschen 46, 47 aus den Seitenwänden 34, 35 herausgebogen worden sind, weisen letztere Aussparungen 48, 49 auf, die den Konfigurationen der Befestigungslaschen 46, 47 entsprechen. An den freien Enden der Befestigungslaschen 46, 47 können bevorzugt etwa halbkreisförmige Aufnahmen 50 ausgebildet sein, die für die Positionierung von Schrauben oder ähnlichen Befestigungsmitteln vorgesehen sind. Insbesondere der 2 ist zu entnehmen, dass das Magnetjoch 31 mit der Grundwand 32, den Seitenwänden 34, 35, den Haltewänden 36, 37 und den Befestigungslaschen 46, 47 insgesamt besonders vorteilhaft aus einem einzigen Blech in einem einzigen Stanzbiegevorgang materialeinheitlich einstückig hergestellt ist.
Beim Zusammenbau des Ventils wird das Magnetjoch 31 von einer Seite, also quer zu Mittenachse 3, aufgeschoben, so dass die Haltewände 36, 37 in den Ringschlitz 21 eingreifen. Dabei gleiten die Einführschrägen 42, 43 am Umfang des Rohrteils 22 entlang, bis letzterer in die im Durchmesser angepassten Ausnehmungen 40, 41 einschnappt, wodurch das Magnetjoch 31 arretiert ist. Die Breite des Ringschlitzes 21 zwischen dem Flansch 4 und der Stirnwand 19 ist im Wesentlichen gleich der Dicke der Haltewände 36, 37, so dass diese formschlüssig spielfrei in dem Ringschlitz 21 positioniert sind. In dieser Position befindet sich die Durchgangsbohrung 33 des Magnetjochs 31 koaxial über der Zentralbohrung des Spulenkörpers 17 und die Seitenwände 34, 35 übergreifen den Außenumfang der Elektrospule 16. Nun wird der Anker 14 mit dem Dichtkörper 13 und der Schraubenfeder 15 von oben in die Zentralbohrung des Spulenkörpers 17 eingeführt. Dann werden der Magnetschlusskörper 23, der Dauermagnet 26 und der Magnetkern 27 in die Zentralbohrung eingebracht. Dabei wird mit Hilfe eines in den Querschlitz 29 eingreifenden Schraubendrehers das Gewinde 30 des Magnetkerns 27 in das Innengewinde des Spulenkörpers 17 eingeschraubt, bis sich der Bund 28 in der Durchgangsbohrung 33 in der Ebene der Grundwand 32 befindet. Durch stufenloses Verdrehen des Magnetkerns 27 kann das elektromagnetische Feld für eine optimale Funktion des Ankers 14 feinfühlig justiert werden.
Bei der Verwendung des Ventils wird der Ventilkörper 1 in eine abgestufte Bohrung eines Aktorgehäuses oder dergleichen eingesetzt, wobei über die O-Ringe 7, 8 innerhalb der Bohrung die notwendigen Trennungen für den Mediumsfluss erzielt werden. Dabei kann das Ventil mittels der Befestigungslaschen 46, 47 des einstückig gefertigten, komplett geschlossenen Magnetjochs 31 zum Beispiel mittels Schrauben im Bereich der Aufnahmen 50 an dem Gehäuse befestigt werden. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass bei dem erfindungsgemäßen Ventil eine zusätzliche Montage von Magnetschlussteilen oder anderweitigen Befestigungsteilen nicht erforderlich ist.
Wenn der Elektromagnetkopf 2 durch einen elektrischen Einschaltimpuls aktiviert wird, erfolgt eine Verstärkung der Magnetkraft, wobei der Anker 14 mit Unterstützung des Dauermagneten 26 gegen die Kraft der Schraubenfeder 15 in Richtung gegen den Magnetschlusskörper 23 gezogen wird. Dabei hebt der Dichtkörper 13 von dem Ventilsitz 10 ab, so dass das Ventil geöffnet ist und das Medium vom Eingang 9 in die Ventilkammer 11 und von dort zu dem Ausgang 12 gelangen kann. Nach Beendigung des Einschaltimpulses bleibt das Ventil dennoch geöffnet, denn die Kraft des Dauermagneten 26 ist ausreichend, den in Richtung nach oben verlagerten Anker 14 in dieser Öffnungsposition zu halten.
Soll das Ventil geschlossen werden, wird der Elektromagnetkopf 2 wiederum durch einen elektrischen Einschaltimpuls aktiviert, allerdings wurde zuvor die elektrische Polarität vertauscht, so dass der elektrische Strom gegenüber dem Einschaltvorgang in entgegengesetzter Richtung durch die Elektrospule 16 fließt. Das dadurch aufgebaute Magnetfeld wirkt der Kraft des Dauermagneten 26 entgegen. Es wird also eine Schwächung des Magnetfeldes erreicht, so dass die Kraft der Schraubenfeder 15 überwiegt. Der Anker 14 wird somit axial vom Magnetschlusskörper 23 fortbewegt, so dass der Dichtkörper 13 gegen den Ventilsitz 10 gedrückt wird und diesen verschließt, wodurch der Fluss des Mediums gesperrt ist.
Aufgrund dieser Maßnahmen kann das Ventil sowohl in der Öffnungs- als auch in der Schließstellung äußerst stromsparend betrieben werden, da die Elektrospule 16 lediglich zum Öffnen und Schließen des Ventils verhältnismäßig kurz mit Spannung versorgt wird. Die Einschaltimpulse dauern nur so lange, bis der Anker 14 seine jeweilige Endstellung erreicht hat. In diesen Endstellungen wird der Anker 14 allein durch die Kraft des Dauermagneten 26 gehalten, so dass dafür keine weitere Energieversorgung notwendig ist.

Claims

Ventil für gasförmige und flüssige Medien, mit einem Ventilkörper (1), der mindestens einen Eingang (9), einen Ausgang (12) und einen in einer Ventilkammer (11) vorgesehenen Ventilsitz (10) aufweist, dem ein Dichtkörper (13) zugeordnet ist, sowie einem Elektromagnetkopf (2) mit einem Magnetkern (27), einer Elektrospule (16), einem Magnetjoch (31) und einem verlagerbaren Anker (14) für den Dichtkörper (13), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Magnetjoch (31) mindestens eine Befestigungslasche (46, 47) materialeinheitlich einstückig ausgebildet ist.
Ventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (31) an der dem Ventilkörper (1) abgewandten Seite der Elektrospule (16) eine Grundwand (32) aufweist, an der zwei zueinander beabstandete, die Elektrospule (16) seitlich umgreifende Seitenwände (34, 35) angeordnet sind, an denen mindestens je eine Befestigungslasche (46, 47) ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwand (32) des Magnetjochs (31) eine Durchgangsbohrung (33) aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (34, 35) des Magnetjochs (31) an dem der Grundwand (32) abgewandten Ende je eine Haltewand (36, 37) aufweisen.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltewände (36, 37) des Magnetjochs (31) einander zugewandt und im Wesentlichen in einer Ebene parallel zur Grundwand (32) ausgerichtet sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltewände (36, 37) des Magnetjochs (31) an ihren einander zugewandten Stirnseiten je eine teilkreisförmige Ausnehmung (40, 41) aufweisen.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Haltewände (36, 37) des Magnetjochs (31) eine zwischen der Stirnseite und einer Außenseite (44, 45) ausgebildete Einführschräge (42, 43) aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslasche (46, 47) und die Haltewand (36, 37) des Magnetjochs (31) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslasche (46, 47) des Magnetjochs (31) aus der Seitenwand (34, 35) ausgestanzt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (34, 35) des Magnetjochs (31) eine der Befestigungslasche (46, 47) gemäße Aussparung (48, 49) aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslasche (46, 47) des Magnetjochs (31) in entgegengesetzter Richtung zur Haltewand (36, 37) nach außen gerichtet ist und die Außenfläche der Seitenwand (34, 35) überragt.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslasche (46, 47) des Magnetjochs (31) mindestens eine Aufnahme (50) für ein Befestigungsmittel aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (31) mit der Grundwand (32), den Seitenwänden (34, 35), den Haltewänden (36, 37) und den Befestigungslaschen (46, 47) ein aus einem Blech materialeinheitlich einstückig hergestelltes Stanzbiegeteil ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltewand (36, 37) des Magnetjochs (31) in einem Ringschlitz (21) angeordnet ist, der zwischen einem Flansch (4) des Ventilkörpers (1) und einer Stirnwand (19) eines Spulenkörpers (17) der Elektrospule (16) ausgebildet und am Grund von einem dünnwandigen Rohrteil (22) begrenzt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Rohrteils (22) am Grund des Ringschlitzes (21) etwa gleich dem Durchmesser der teilkreisförmigen Ausnehmungen (40, 41) der Haltewände (36, 37) ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1), der Spulenkörper (17) der Elektrospule (16) und der Rohrteil (22) materialeinheitlich einstückig ausgebildet sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zentralbohrung des Spulenkörpers (17) der Anker (14), ein Magnetschlusskörper (23), ein Dauermagnet (26) und der Magnetkern (27) angeordnet sind.