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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf doppelt wirkende Elektromagnetventile, in welchen ein Ventilelement in einer Ventilbohrung eines Ventilkörpers zwischen zwei Schaltpositionen geschaltet werden kann, und insbesondere auf doppelt wirkende Elektromagnetventile mit Arretiermechanismus, in welchen der Arretiermechanismus verhindert, dass das Ventilelement aus irgendwelchen Gründen von den Schaltpositionen weg verschoben wird. Hierdurch wird der Betrieb des Ventilelementes stabilisiert.
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Stand der Technik
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Doppelt wirkende Elektromagnetventile, bei denen ein Ventilelement mit einem umfangseitigen Dichtelement so gestaltet ist, dass es in einer Ventilbohrung eines Ventilkörpers in der axialen Richtung zwischen zwei Positionen geschaltet werden kann, sind allgemein bekannt. Da solche doppelt wirkenden Elektromagnetventile, insbesondere solche, die ein aus einem metallischen Schieber bestehendes Ventilelement aufweisen, einen geringen Reibungswiderstand zwischen dem Ventilelement und der inneren Oberfläche der Ventilbohrung aufweisen, muss ein Arretiermechanismus vorgesehen sein, welcher das Ventilelement an den Schaltpositionen hält, um das Halten des Ventilelements an den Schaltpositionen zu stabilisieren.
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Die Stabilisierung der Schaltpositionen ist jedoch nicht nur dann erforderlich, wenn das Ventilelement durch einen metallischen Schieber gebildet wird, sondern beispielsweise auch dann, wenn das Ventil ein gummielastisches Dichtelement aufweist, das von dem Umfang des Ventilelementes vorsteht, wobei das Dichtelement in Reibkontakt mit der inneren Oberfläche der Ventilbohrung steht. Wenn in diesem Fall der Elektromagnet abgeschaltet wird, nachdem die Position des Ventilelementes geschaltet wurde, um die Position des Dichtelements durch Reibkontakt mit der inneren Oberfläche der Ventilbohrung zu halten, kann das Ventilelement durch äußere Kräfte aufgrund von Stößen oder dgl. aus der geschalteten Position heraus verschoben werden. Um zu verhindern, dass das Ventilelement unbeabsichtigt verschoben wird und um der europäischen Sicherheitsnorm ISO 13849-1, Kategorie 1 zu entsprechen, muss dementsprechend der oben genannte Arretiermechanismus vorgesehen werden.
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Ein Beispiel eines solchen Arretiermechanismus ist in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift JP H10- 22 123 A beschrieben. Im Allgemeinen ist bei dem Arretiermechanismus eine Nut an dem äußeren Umfang des Schiebers vorgesehen, oder es sind Aussparungen mit einer konkaven kugeligen Form an mehreren Positionen vorgesehen, die an dem äußeren Umfang des Schiebers gleichmäßig beabstandet sind, wobei zur Positionierung an dem inneren Umfang der Ventilbohrung Stahlkugeln an einer Halteposition vorgesehen sind, die der Nut oder den Aussparungen an dem Schieber derart zugeordnet sind, dass sie durch eine über eine Spulenfeder an der Rückseite der Stahlkugeln aufgebrachte Druckkraft vorstehen, so dass der vorstehende Abschnitt der Stahlkugel in die Nut oder Aussparung gepresst wird, um dadurch den Schieber stabil an der Schaltposition zu halten.
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Bei dem oben beschriebenen Arretiermechanismus ist jedoch eine große Zahl von Komponenten notwendig, um den Arretiermechanismus zu befestigen. Außerdem muss eine Haltestruktur für die Stahlkugeln, die elastisch zu der inneren Oberfläche der Ventilbohrung vorstehen, an dem Ventilkörper vorgesehen werden, und die Umfangsnut oder die Aussparung muss an dem Außenumfang des Schiebers ausgebildet werden. Hierdurch werden die Herstellungskosten signifikant erhöht.
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JP 2004 -
69 015 A beschreibt ein Magnetventil mit einem beweglichen Kern und mit einem fixierten Kern, das einen Fixiermechanismus aufweist. Da der bewegliche Kern in Kontakt mit dem fixierten Kern steht, sind Stahlkugeln mit einer Oberfläche einer V-förmigen umlaufenden Nut an einer äußeren Umfangsfläche eines Ventilelements angeordnet. Die Kugeln werden durch ein Federelement auf diese Oberfläche in axialer Richtung des Ventilelements gedrückt, um das Ventilelement in eine Umschaltposition zu drücken. Für eine Überführung von einer ersten Betriebsposition in eine zweite Betriebsposition wird kein Druck benötigt, wodurch ein Hubweg des beweglichen Kerns kürzer sein kann.
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US 3 863 545 A beschreibt eine Ventileinheit, die mehrere Betriebspositionen aufweist. Wenn die Ventileinheit deaktiviert wird, wird die letzte Betriebsposition gehalten. Dazu umfasst die Ventileinheit einen Ventilkörper mit einem zylindrischen Hohlraum, in dem ein Bewegungsmittel und zwei Ringdichtungen angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Ventileinheit an einem ersten Ende des Hohlraums eine Bohrung, die den Hohlraum mit der Umgebung verbindet. Ein zweites Ende des Hohlraums wird mit einem schraubbaren Deckel verschlossen, der ebenfalls eine Bohrung aufweist. Das Bewegungsmittel weist zwei halbrunde Nuten in Umfangsrichtung und Stäbe an jedem Ende, die durch die Bohrungen des Ventilkörpers gehen, auf. Die Ringdichtungen sind jeweils in dem Hohlraum innerhalb einer Nut angeordnet, wobei die Nut mit jeweils einer Steuervorrichtung fludisch verbunden ist. Weiterhin sind die Ringdichtungen so angeordnet, dass jeweils eine Ringdichtung in jeweils einer Betriebsposition mit einer der beiden halbrunden Nuten des Bewegungsmittels in Eingriff stehen kann. Befindet sich das Bewegungsmittel in einer Betriebsposition, wird die Nut, in der eine Ringdichtung angeordnet ist mit Fluid beaufschlagt, sodass die Ringdichtung mit der Nut des Bewegungsmittels zusammenwirkt und dieses in Position hält. Dadurch wird die Bewegungsposition auch in einem deaktivierten Zustand gehalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein doppelt wirkendes Elektromagnetventil vorzuschlagen, das zu geringen Kosten hergestellt werden kann, wobei ein Arretiermechanismus vorgesehen ist, der eine Haltekraft für das Ventilelement an den Schaltpositionen erhöht und einfach aus einer geringen Zahl an Komponenten zusammengesetzt werden kann, wobei die Haltekraft des Ventilelementes an den Schaltpositionen vorzugsweise variabel einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein doppelt wirkendes Elektromagnetventil vorgesehen, das eine Ventilöffnung (nachfolgend als Ventilbohrung bezeichnet, auch wenn sie nicht notwendigerweise durch Bohren hergestellt ist) in einem Ventilkörper mit mehreren Anschlussöffnungen aufweist und ein Ventilelement mit zwei Schaltpositionen, das in der Ventilbohrung derart aufgenommen ist, dass es in einer axialen Richtung der Ventilbohrung verschiebbar ist. Das Ventilelement ist so konfiguriert, dass es durch zwei elektromagnetische Steuerventile angetrieben wird. Das Elektromagnetventil umfasst einen Arretiermechanismus, der ein Haltekraft erhöht, wenn das Ventilelement an den beiden Schaltpositionen steht, wobei der Arretiermechanismus eine ringförmige Aufnahmenut aufweist, die an einem inneren Umfang der Ventilbohrung oder einem Außenumfang des Ventilelements ausgebildet ist, und einen ringförmigen angehobenen oder erhöhten Abschnitt, der an den jeweils anderen der Ventilbohrung und des Ventilelementes ausgebildet ist, sowie ein ringförmiges Arretierelement, das in der Aufnahmenut aufgenommen ist. Die Aufnahmenut weist rechte und linke Nutenseitenwände auf, die parallel zu einander verlaufen, und einen Nutenboden, welcher die inneren Grundlinien der Nutenseitenwände verbindet. Das Arretierelement besteht aus einem Material, das gummielastisch ist, und weist rechte und linke Seitenwände auf, die sich in einer radialen Richtung des Arretierelements erstrecken und den Nutenseitenwänden der Aufnahmenut zugewandt sind, sowie einen vorstehenden Abschnitt, der von der Aufnahmenut vorsteht. Der erhöhte Abschnitt umfasst Schultern an beiden Enden in der axialen Richtung, wobei jede Schulter einen Verriegelungsabschnitt bildet, welcher den vorstehenden Abschnitt des Arretierelements an den beiden Schaltpositionen elastisch verriegelt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der vorstehende Abschnitt des Arretierelements vorzugsweise ein bogenförmiges distales Ende auf, wobei der Krümmungsradius des Bogens größer ist als eine Hälfte der Dicke des Arretierelements in der axialen Richtung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem die Dimension des Querschnitts des Arretierelements in der radialen Richtung an einer Position des vorstehenden Abschnitts vorzugsweise größer als die Dicke des Arretierelements in der axialen Richtung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zwischen der Aufnahmenut und dem Arretierelement ein Spalt vorgesehen, um eine Deformation des Arretierelements zu absorbieren, wenn das Arretierelement auf dem erhöhten Abschnitt reitet.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Aufnahmenut an dem inneren Umfang der Ventilbohrung ausgebildet, und der erhöhte Abschnitt ist an dem Außenumfang des Ventilelements ausgebildet.
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In diesem Fall ist es möglich, dass zwischen dem Nutenboden der Aufnahmenut und der äußeren Umfangswand des Arretierelements ein Spalt ausgebildet ist, so dass das Arretierelement in der radialen Richtung verlängerbar ist, wenn der vorstehende Abschnitt des Arretierelements auf dem erhöhten Abschnitt reitet. Hierdurch wird die Haltekraft des Ventilelements durch eine Verlängerungskraft erhöht.
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Alternativ ist es möglich, dass das Arretierelement die vorstehenden Abschnitte an mehreren Positionen in der Umfangsrichtung aufweist, und die Haltekraft für das Ventilelement durch das Arretierelement ist in Abhängigkeit von der Summe der Länge der vorstehenden Abschnitte in der Umfangsrichtung und der Größe des Kontaktdruckes der vorstehenden Abschnitte einstellbar.
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Außerdem ist es möglich, dass die gesamte äußere Umfangswand des Arretierelements in Kontakt mit dem Nutenboden der Aufnahmenut gebracht wird und dass das Arretierelement den vorstehenden Abschnitt an seinem gesamten inneren Umfang aufweist. Eine Mehrzahl von Rippen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, kann an der Seitenwand des Arretierelementes so ausgebildet sein, dass sie in Kontakt mit der Nutenseitenwand der Aufnahmenut stehen. Ein Raum, der durch die angrenzenden Rippen zwischen der Seitenwand des Arretierelements und der Nutenseitenwand der Aufnahmenut gebildet wird, dient als ein Raum zur Aufnahme der Dickenerhöhung des Arretierelements durch die Kompression des Arretierelements in der radialen Richtung, wenn der vorstehende Abschnitt des Arretierelements auf dem erhöhten Abschnitt reitet.
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Außerdem ist es möglich, dass eine Adapterplatte, die einen Verlängerungsabschnitt der Ventilbohrung aufweist, mit einem Ende des Ventilkörpers verbunden ist. Die Aufnahmenut ist an einer Kontaktposition der Adapterplatte mit dem Ventilkörper ausgebildet, indem ein Teil der Kontaktflächen an der Adapterplatte und/oder dem Ventilkörper weggeschnitten wird.
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Gemäß einem weiteren besonderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Aufnahmenut an dem äußeren Umfang des Ventilelementes ausgebildet und der erhöhte Abschnitt ist an dem inneren Umfang der Ventilbohrung ausgebildet.
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In diesem Fall umfasst das Arretierelement die vorstehenden Abschnitte an mehreren Positionen in der Umfangsrichtung, und die Haltekraft für das Ventilelement ist in Abhängigkeit von der Summe der Längen der vorstehenden Abschnitte in der Umfangsrichtung und der Größe des Kontaktdruckes der vorstehenden Abschnitte einstellbar.
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Alternativ ist es möglich, dass der gesamte innere Umfang des Arretierelements in Kontakt mit dem Nutenboden der Aufnahmenut gebracht wird und dass das Arretierelement den an dem gesamten äußeren Umfang vorgesehenen vorstehenden Abschnitt aufweist. Mehrere Rippen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, sind vorzugsweise an der Seitenwand des Arretierelements so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der Nutenseitenwand der Aufnahmenut stehen. Ein Raum, der durch die angrenzenden Rippen zwischen der Seitenwand des Arretierelements und der Nutenseitenwand der Aufnahmenut gebildet wird, dient als ein Raum zur Aufnahme oder Absorption der Dickenzunahme des Arretierelements durch die Kompression des Arretierelements in der radialen Richtung, wenn der vorstehende Abschnitt des Arretierelements auf dem erhöhten Abschnitt reitet.
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Außerdem ist es möglich, dass eine Adapterplatte, die einen Verlängerungsabschnitt der Ventilbohrung umfasst, mit einem Ende des Ventilkörpers verbunden ist, wobei der erhöhte Abschnitt an dem Verlängerungsabschnitt der Adapterplatte ausgebildet ist.
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Bei dem oben beschriebenen doppelt wirkenden Elektromagnetventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Arretiermechanismus für das Ventilelement so gestaltet, dass er einfach und aus wenigen Komponenten gebildet wird, wodurch die Produktionskosten verringert werden. Außerdem kann die Haltekraft für das Ventilelement an den Schaltpositionen variabel eingestellt werden.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Teilschnitt, der den Gesamtaufbau einer ersten Ausführungsform eines doppelt wirkenden Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils (Bereich II in 1) der ersten Ausführungsform,
- 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
- 4 ist ein vergrößerter Schnitt an einer Position ähnlich der von 2, wobei ein wesentlicher Teil einer zweiten Ausführungsform des Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist,
- 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V in 4,
- 6 ist ein vergrößerter Schnitt an einer Position ähnlich der von 2, wobei ein wesentlicher Teil einer dritten Ausführungsform des Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist,
- 7 ist ein Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6,
- 8 ist ein Teilschnitt, der einen Gesamtaufbau einer vierten Ausführungsform des Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 9 ist ein vergrößerter Schnitt eines wesentlichen Teils (Bereich IX in 8) der vierten Ausführungsform,
- 10 ist ein Schnitt entlang der Linie X-X in 9,
- 11 ist ein vergrößerter Schnitt an einer Position ähnlich der von 9, wobei ein wesentlicher Teil einer fünften Ausführungsform des Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, und
- 12 ist ein Schnitt entlang der Linie XII-XII in 11.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt die Gesamtgestaltung der ersten Ausführungsform eines doppelt wirkenden Elektromagnetventils mit einem Arretiermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Elektromagnetventil umfasst einen Ventilkörper 1, der durch eine Kombination eines Grundkörpers 1a mit Adapterblöcken 4a, 4b und einer Adapterplatte 5 gebildet wird. Eine Ventilbohrung (Ventilöffnung) 2 ist in dem Ventilkörper 1 so vorgesehen, dass sie den Grundkörper 1a und die Adapterplatte 5 durchtritt. Die Ventilbohrung 2 kommuniziert mit einem Zufuhrduchgang 10, der mit einem Zufuhranschluss P in dem Grundkörper 1a verbunden ist. Die Ventilbohrung 2 steht außerdem mit zwei Ausgangsdurchgängen 11a, 11b in Verbindung, die mit zwei Ausgangsanschlüssen A bzw. B verbunden sind, die in dem Grundkörper 1a an Positionen auf den dem Zufuhrdurchgang 10 gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind. Außerdem steht die Ventilbohrung 2 mit zwei Auslassdurchgängen 12a, 12b in Verbindung, die an zwei Auslassanschlüsse EA bzw. EB angeschlossen sind, die in dem Grundkörper 1a an Positionen an den Seiten der Enden der Ventilbohrung, d.h. weiter außen als die Ausgangsdurchgänge 11a, 11b ausgebildet sind. Außerdem ist ein Ventilelement 3, das die Verbindungszustände der jeweiligen Strömungsdurchgänge schaltet, so in die Ventilbohrung 2 eingesetzt, dass es in einer Richtung der Achse L gleitend bewegbar ist.
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Das Ventilelement 3 ist so konfiguriert, dass es zwischen zwei Schaltpositionen schaltet, nämlich einer ersten Schaltposition (1), die eine Verbindung des Zufuhrdurchgangs 10, der an den Zufuhranschluss P angeschlossen ist, mit dem ersten Ausgangsdurchgang 11a herstellt und eine Verbindung des zweiten Ausgangsdurchgangs 11b mit dem benachbarten zweiten Auslassdurchgang 12b, sowie einer zweiten Schaltposition (8), die eine Verbindung des Zufuhrdurchgangs 10 mit dem zweiten Ausgangsdurchgang 11b herstellt und eine Verbindung des ersten Ausgangsdurchgangs 11a mit dem benachbarten ersten Auslassdurchgang 12a. Das Ventilelement 3 weist einen Antriebsmechanismus auf, welcher das Ventilelement 3 zwischen den beiden Positionen umschaltet.
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Um den oben genannten Antriebsmechanismus zu bilden, ist ein erster Adapterblock 4a mit einem Ende des Grundkörpers 1a in der Richtung der Achse L verbunden, und ein zweiter Adapterblock 4b ist über die Adapterplatte 5 mit dem anderen Ende des Grundkörpers 1a in der Richtung der Achse L verbunden. Zwei Kolben 6a, 6b sind gleitend in Kolbenkammern 7 aufgenommen, die in den Adapterblöcken 4a bzw. 4b ausgebildet sind, so dass die Kolben 6a, 6b an den Enden des Ventilelements 3 anschlagen, um das Ventilelement 3 zu den beiden Schaltpositionen zu verschieben.
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Die Druckkammern 7a, 7b sind in den jeweiligen Kolbenkammern 7 an der Seite einer Druckaufnahmefläche der Kolben 6a bzw. 6b an einer Seite ausgebildet, die einer Anlagefläche, die an dem Ende des Ventilelements 3 anschlägt, gegenüberliegt. Die Druckkammern 7a, 7b stehen jeweils mit Steuerausgangsanschlüssen (in der Zeichnung nicht dargestellt) eines Paares bekannter elektromagnetischer Steuerventile 8a, 8b in Verbindung, die mit einem Ende des oben genannten 5-Wege-Elektromagnetventils verbunden sind.
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Wenn das erste elektromagnetische Steuerventil 8a eingeschaltet wird, wird von dem Steuerausgangsanschluss durch einen Durchgang (in der Zeichnung nicht dargestellt) in dem ersten Adapterblock 4a Steuerluft in die erste Druckkammer 7a zugeführt. Wenn das zweite elektromagnetische Steuerventil 8b nicht eingeschaltet ist, ist hierbei die zweite Druckkammer 7b über das zweite elektromagnetische Steuerventil 8b zur Umgebung offen. Dementsprechend bringt die Steuerluft von dem ersten elektromagnetischen Steuerventil 8a über den ersten Kolben 6a Druck auf das Ventilelement 3 auf, so dass das Ventilelement 3 zu der ersten Schaltposition an dem rechten Ende verschoben wird (vgl. 1). Als Folge hiervon wird der Zufuhrdurchgang 10, der mit dem Zufuhranschluss P verbunden ist, zu dem ersten Ausgangsdurchgang 11a geöffnet, der mit dem ersten Ausgangsanschluss A verbunden ist. Dadurch kann die Luft einem hydraulischen Kreis zugeführt werden, der an den ersten Ausgangsanschluss A angeschlossen ist.
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Wenn das erste elektromagnetische Steuerventil 8a abgeschaltet und das zweite elektromagnetische Steuerventil 8b eingeschaltet wird, tritt der erste Ausgangsdurchgang 11a mit dem ersten Auslassdurchgang 12a in Verbindung und die Druckluft in dem hydraulischen Kreis, der an den ersten Ausgangsanschluss A angeschlossen ist, wird abgelassen, während die Steuerluft von dem Steuerausgangsanschluss des zweiten elektromagnetischen Steuerventils 8b durch Durchgänge (in der Zeichnung nicht dargestellt) in dem ersten Adapterblock 4a, dem Grundkörper 1a, der Adapterplatte 5 und dem zweiten Adapterblock 4b in die zweite Druckkammer 7b eingeführt wird und über den zweiten Kolben 6b Druck auf das Ventilelement 3 aufbringt. Dementsprechend verschiebt sich das Ventilelement 3 aus der in 1 gezeigten Schaltposition nach links und wird so der zweiten Schaltposition, die in 8 gezeigt ist, verschoben. Als Folge hiervon wird der Zufuhrdurchgang 10, der an den Zufuhranschluss P angeschlossen ist, zu dem zweiten Ausgangsdurchgang 11b, der an den zweiten Ausgangsanschluss B angeschlossen ist, geöffnet, so dass die Druckluft dem hydraulischen Kreis, der an den zweiten Ausgangsanschluss B angeschlossen ist, zugeführt werden kann.
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Wie oben beschrieben wurde, ist auch bei dem doppelt wirkenden Elektromagnetventil mit dem oben beschriebenen Aufbau, selbst in dem Fall, wenn ein gummielastisches Dichtelement 9, wie in der Fig. gezeigt, von dem Außenumfang des Ventilelements 3 so vorsteht, dass es in Reibkontakt mit der inneren Oberfläche der Ventilbohrung steht, das Halten des Ventilelements 3 an den beiden Schaltpositionen nicht immer stabil, wenn die elektromagnetischen Steuerventile 8a, 8b nicht eingeschaltet sind. Um zu verhindern, dass das Ventilelement 3 unbeabsichtigt verschoben wird, wird es daher bevorzugt, einen Arretiermechanismus vorzusehen, der die Haltekraft für das Ventilelement 3 an den beiden Schaltpositionen des Elektromagnetventils erhöht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein doppelt wirkendes Elektromagnetventil mit dem in 1 gezeigten Grundaufbau, d.h. ein Elektromagnetventil, bei welchem das Ventilelement 3 in der Richtung der Achse L in der Ventilbohrung 2, die durch den Ventilkörper 1 hindurchtritt, zwischen zwei Positionen geschaltet werden kann, um den Strömungsdurchgang umzuschalten, zu geringen Kosten hergestellt werden, indem ein Arretiermechanismus vorgesehen wird, der dann vorgesehen wird, wenn das Halten des Ventilelements 3 an den beiden Schaltpositionen nicht stabil ist. Der Arretiermechanismus kann einfach aus wenigen Komponenten zusammengesetzt werden, wobei die Haltekraft für das Ventilelement an den Schaltpositionen variabel einstellbar ist. In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele des Arretiermechanismus 20A bis 20C, die bei dem doppelt wirkenden Elektromagnetventil mit dem in 1 gezeigten Aufbau jeweils zwischen der Ventilbohrung 2 und dem Ventilelement 3 vorgesehen sind, anhand der 2 bis 7 im Detail erläutert.
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Zunächst ist 2 eine vergrößerte Ansicht einer Ausgestaltung des Bereiches II des Elektromagnetventils gemäß 1 und zeigt den Arretiermechanismus 20A der ersten Ausführungsform. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2. Außerdem zeigen die 4 und 6 wesentliche Teile der Arretiermechanismen 20B, 20C der zweiten und dritten Ausführungsformen, die anstelle der Gestaltung des Bereiches II des Elektromagnetventils gemäß 1 eingesetzt werden. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V in 4, und 7 ist ein Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6.
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Die Arretiermechanismen 20A bis 20C der ersten bis dritten Ausführungsformen haben insoweit den gleichen Aufbau als eine ringförmige Aufnahmenut 21 an dem Innenumfang der Ventilbohrung 2 vorgesehen ist, als ein ringförmiges Arretierelement 22 aus einem gummielastischen Material in der Aufnahmenut 21 aufgenommen ist, als ein ringförmiger erhöhter Abschnitt 23 an der äußeren Umfangsfläche des Ventilelements 3 so vorgesehen ist, dass das Arretierelement 22 auf dem erhöhten Abschnitt 23 reitet (aufliegt), wenn sich das Ventilelement 3 zwischen den beiden Schaltpositionen verschiebt, und als Schultern an beiden Enden des erhöhten Abschnitts 23 in der Richtung der Achse L als Verriegelungsabschnitt 23a vorgesehen sind, die einen vorstehenden Abschnitt 22d des Arretierelements 22 an den beiden Schaltpositionen verriegeln. Außerdem ist eine Verschiebung des Ventilelements 3 in einer Richtung, in welcher der Verriegelungsabschnitt 23a des erhöhten Abschnitts 23 von dem vorstehenden Abschnitt 22d des Arretierelements 22 entfernt ist, dadurch begrenzt, dass die Enden des Ventilelements 3 an dem Kolben 6a bzw. 6b anschlagen.
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Die Aufnahmenut 21, welche das Arretierelement 22 aufnimmt, umfasst rechte und linke Nutenseitenwände 21a, die als flache Oberflächen ausgebildet sind, welche sich in der Tiefenrichtung und parallel zueinander erstrecken, und einen flachen Nutenboden 21b, welcher die unteren Kanten der rechten und linken Nutenseitenwände 21a verbindet. Außerdem umfasst das Arretierelement 22 rechte und linke Seitenwände 22a, die sich linear in einer radialen Richtung des Arretierelements 22 und parallel zueinander erstrecken, so dass sie den rechten und linken Nutenseitenwänden 21a der Aufnahmenut 21 zugewandt sind, eine ringförmige äußere Umfangswand 22b, die in der Richtung der Achse L flach ist, und den vorstehenden Abschnitt 22d, der von der Aufnahmenut 21 vorsteht. Das Arretierelement 22 hält seine Position stabil, indem die gesamten Seitenwände 22a in Kontakt mit den Nutenseitenwänden 21a stehen können, oder alternativ indem mehrere Rippen 22c, die an einem Teil der Seitenwände 22a so ausgebildet sind, dass sie sich in einer radialen Richtung erstrecken, in Kontakt mit den Nutenseitenwänden 21a stehen können.
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Außerdem weist der erhöhte Abschnitt 23 eine zylindrische Form mit einem gleichmäßigen Durchmesser auf, wobei Abschnitte an beiden Seiten des erhöhten Abschnitts 23 des Ventilelements 3 einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der des erhöhten Abschnitts 23, so dass die Verriegelungsabschnitte 23a als eine schräge Fläche zwischen den Abschnitten mit kleinem Durchmesser und dem erhöhten Abschnitt 23 ausgebildet sind.
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Wenn das Arretierelement zur Abdichtung einen kreisförmigen Querschnitt ähnlich einem O-Ring hat, kann die Stoppposition des Ventilelements instabil werden, da das Arretierelement einfach gedreht oder deformiert werden kann, wenn es gegen die Schultern des erhöhten Abschnitts 23 des Ventilelements 3 gepresst wird. Die Position des Arretierelements 22 oder die Stoppposition des Ventilelements 3 kann aber während eines Stoppvorgangs des Ventilelements 3 stabilisiert werden, indem an dem Arretierelement 22 in der oben beschriebenen Weise ein Paar von Seitenwänden 22a vorgesehen wird. Außerdem ist die Querschnittsform des vorstehenden Abschnitts 22d des Arretierelements 22 vorzugweise bogenförmig, wie es in den 2, 4 und 6 gezeigt ist. Auch wenn diese Form dazu beiträgt, die Stoppposition des Ventilelements 3 akkurat zu stabilisieren, kann auch eine andere Form als eine Bogenform eingesetzt werden, die der Form der Schultern des erhöhten Abschnitts 23 des Ventilelements 3 entspricht.
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Wenn der vorstehende Abschnitt 22d ein bogenförmiges distales Ende aufweist, ist ein Krümmungsradius des Bogens vorzugsweise größer als eine Hälfte der Dicke t des Arretierelements 22 in der Richtung der Achse L. Außerdem ist eine Dimension r des Querschnitts des Arretierelements 22 in der radialen Richtung an einer Position des vorstehenden Abschnitts 22d vorzugsweise größer als die Dicke t.
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Bei dem Elektromagnetventil ist die Adapterplatte 5, die einen Verlängerungsabschnitt 2a der Ventilbohrung 2 aufweist, als ein Teil des Ventilkörpers 1 zwischen dem Grundkörper 1a und dem zweiten Adapterblock 4b vorgesehen. Diese Gestaltung erleichtert die Bearbeitung der Aufnahmenut 21 und die Montage des Arretierelements 22 an der Aufnahmenut 21. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Aufnahmenut 21 durch Wegschneiden eines Teils einer Kontaktfläche der Adapterplatte 5, die in Kontakt mit dem Grundkörper 1a steht, an einer Position zwischen dem Grundkörper 1a und der Adapterplatte 5, die mit einem Ende des Grundkörpers 1a in der Richtung der Achse L verbunden ist, hergestellt. Die Aufnahmenut 21 kann aber auch durch Wegschneiden eines Teils der Seitenfläche des Grundkörpers 1a oder alternativ durch Schneidbearbeitung beider Kontaktflächen des Grundkörpers 1a und der Adapterplatte 5 hergestellt werden. Außerdem muss die Adapterplatte 5 nicht vorgesehen werden, wenn die Bearbeitung der Aufnahmenut 21 des Ventilkörpers 1 und die Montage des Arretierelements 22 an der Aufnahmenut 21 einfach durchgeführt werden kann.
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Als Nächstes wird der genaue Aufbau der Arretiermechanismen 20A bis 20C einzeln erläutert.
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Zunächst ist bei dem in den 2 und 3 gezeigten Arretiermechanismus 20A gemäß der ersten Ausführungsform ein ringförmiger Spalt 25 mit einer im Wesentlichen konstanten Breite zwischen der äußeren Umfangswand 22b des Arretierelements 22, das in der Aufnahmenut 21 aufgenommen ist, und dem Nutenboden 21b der Gehäusenut 21 ausgebildet. Wenn der vorstehende Abschnitt 22d des Arretierelements 22 während des Schaltvorgangs des Ventilelements 3 auf dem erhöhten Abschnitt 23 reitet, ist das Arretierelement 22 in der radialen Richtung elastisch verlängerbar. Dies ist anders als bei dem Arretiermechanismus 20C gemäß der dritten Ausführungsform, der, wie später beschrieben wird, durch den Nutenboden 21b und den erhöhten Abschnitt 23 zusammengepresst wird. Dementsprechend ist die Haltekraft für das Ventilelement 3 durch die Ausdehnungskraft einstellbar. Der Arretiermechanismus 20A gemäß der ersten Ausführungsform ist für einen Fall geeignet, bei dem die Haltekraft für das Ventilelement 3 relativ gering sein kann, und hat einen einfachen und preiswerten Aufbau sowie exzellente Montageeigenschaften.
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Bei dem Arretiermechanismus 20B gemäß dem in den 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel umfasst das in der Aufnahmenut 21 aufgenommene Arretierelement 22 außerdem die vorstehenden Abschnitte 22d, die an mehreren Positionen mit konstantem Abstand in der Umfangsrichtung von der Aufnahmenut 21 vorstehen. Der vorstehende Abschnitt 22d ist so gestaltet, dass er auf dem erhöhten Abschnitt 23 des Ventilelements 3 reitet und während des Schaltens des Strömungsdurchgangs an den ersten und zweiten Schaltpositionen mit dem erhöhten Abschnitt 23 verriegelt ist. Die Haltekraft für das Ventilelement 3 durch das Arretierelement 22 ist in Abhängigkeit von der Summe der Länge der vorstehenden Abschnitte 22d, der Verteilung der vorstehenden Abschnitte 22d, der Größe des Kontaktdruckes, der aufgebracht wird, wenn die vorstehenden Abschnitte 22d auf dem erhöhten Abschnitt 23 reiten, und dgl. einstellbar. In diesem Fall dient der Spalt zwischen den benachbarten vorstehenden Abschnitten 22d als ein Spalt zur Aufnahme oder Absorption von Deformationen durch die Kompression des Arretierelements 22.
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Bei dem in den 6 und 7 gezeigten Arretiermechanismus 20C gemäß der dritten Ausführungsform ist außerdem die äußere Umfangswand 22b des Arretierelements 22, das in der Aufnahmenut 21 aufgenommen ist, so konfiguriert, dass sie in Kontakt mit dem Nutenboden 21b der Aufnahmenut 21 tritt, und der vorstehende Abschnitt 22d, der von der Aufnahmenut 21 vorsteht, ist an dem gesamten Umfang des Arretierelements 22 ausgebildet, um mit dem erhöhten Abschnitt 23 des Ventilelements 3 verriegelt zu werden und auf diesem zu reiten. Außerdem sind mehrere Rippen 22c, die sich in der radialen Richtung erstrecken, an den Seitenwänden 22a des Arretierelements 22 so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit den Nutenseitenwänden 21a der Aufnahmenut 21 stehen. Freiräume, die durch die benachbarten Rippen 22c zwischen den Seitenwänden 22a des Arretierelements 22 und den Nutenseitenwänden 21a der Aufnahmenut 21 gebildet werden, dienen als Räume zur Aufnahme und Absorption der Dickenzunahme des Arretierelements durch die Kompression des Arretierelements 22 in der radialen Richtung, wenn der vorstehende Abschnitt 22d des Arretierelements 22 auf dem erhöhten Abschnitt 23 reitet.
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Wenn bei dem Arretiermechanismus 20C der vorstehende Abschnitt 22d des Arretierelements 22 auf dem erhöhten Abschnitt 23 reitet und das Arretierelements 22 in der radialen Richtung zusammengepresst wird, absorbieren die Räume zwischen den Rippen 22c die Dickenzunahme des Arretierelements 22. Dementsprechend wird die Haltekraft für das Ventilelement 3 durch das Arretierelement 22 wirksam erhöht.
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8 zeigt den Gesamtaufbau der vierten Ausführungsform eines doppelt wirkenden Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie oben erläutert wurde, ist bei den Arretiermechanismen 20A bis 20C der Elektromagnetventile gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen die Aufnahmenut 21 an der inneren Umfangsfläche der Ventilbohrung 2 vorgesehen, so dass das Arretierelement 22 in der Aufnahmenut 21 aufgenommen ist, während der erhöhte Abschnitt 23 an der äußeren Umfangsfläche des Ventilelements 3 vorgesehen ist, so dass die Schultern an beiden Enden des erhöhten Abschnitts 23 als die Verriegelungsabschnitte 23a dienen, welche den vorstehenden Abschnitt 22d des Arretierelements 22 verriegeln. Andererseits ist bei dem Arretiermechanismus 20D des Elektromagnetventils gemäß der in 8 gezeigten vierten Ausführungsform eine Aufnahmenut 31 an der äußeren Umfangsfläche des Ventilelements 3 vorgesehen, so dass ein Arretierelement 32 in der Aufnahmenut 31 aufgenommen wird, während ein erhöhter Abschnitt 33 an der inneren Umfangsfläche der Ventilbohrung 2 vorgesehen ist, so dass die Schultern an beiden Enden des erhöhten Abschnitts 33 als Verriegelungsabschnitte 33a dienen, welche einen vorstehenden Abschnitt 32d des Arretierelements 32 verriegeln.
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Da der Grundaufbau des Elektromagnetventils gemäß 8 im Wesentlichen der gleiche ist, wie bei dem Elektromagnetventil gemäß 1 bis auf die Ausgestaltung des Arretiermechanismus' 20D, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder entsprechende Elemente in 8 zu bezeichnen, wie bei dem Elektromagnetventil gemäß 1. Auf die erneute Erläuterung dieses Grundaufbaus und dieser Elemente wird daher verzichtet und auf die obige Beschreibung verwiesen. Außerdem ist auch der Aufbau des Arretiermechanismus 20D im Wesentlichen der gleiche wie der der Arretiermechanismen 20A bis 20C, die bei dem Elektromagnetventil gemäß 1 verwendet werden, bis auf die Positionierung der Aufnahmenut und des erhöhten Abschnitts. Daher wird auch insoweit auf die erneute detaillierte Beschreibung verzichtet und der Arretiermechanismus 20D der vierten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 9 und 10 nur kurz beschrieben, während der Arretiermechanismus 20E gemäß der fünften Ausführungsform kurz mit Bezug auf die 11 und 12 beschrieben wird.
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Zunächst ist bei dem Arretiermechanismus 20D gemäß der vierten Ausführungsform, der in den 9 und 10 gezeigt ist, die Aufnahmenut 31 an dem Ventilelement 3 ausgebildet, und der angehobene oder erhöhte Abschnitt 33 ist an der inneren Umfangsfläche des Erweiterungsabschnitts 2a der Ventilbohrung 2 in der Adapterplatte 5 ausgebildet, die mit einem Ende des Grundkörpers 1a in der Richtung der Achse L verbunden ist. Die vorstehenden Abschnitte 32d, die von der Aufnahmenut 31 vorstehen, sind an mehreren Positionen mit konstantem Abstand an dem Außenumfang des Arretierelements 32 vorgesehen, das in der Aufnahmenut 31 aufgenommen ist. Die Verriegelungsabschnitte 33a, welche die vorstehenden Abschnitte 32d an den beiden Schaltpositionen des Ventilelements 3 verriegeln, sind an den Schultern an beiden Enden des erhöhten Abschnitts 33 vorgesehen. Die Haltekraft für das Ventilelement 3 durch das Arretierelement 32 ist an den Schaltpositionen in Abhängigkeit von der Summe der Länge der vorstehenden Abschnitte 32d, der Größe des Kontaktdruckes der vorstehenden Abschnitte 32d und dgl. einstellbar.
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Außerdem ist bei dem Arretiermechanismus 20E der fünften Ausführungsform, der in den 11 und 12 gezeigt ist, die Aufnahmenut 31 an dem Ventilelement 3 ausgebildet, und der erhöhte Abschnitt 33 ist an der inneren Umfangsfläche des Verlängerungsabschnitts 2a der Ventilbohrung 2 in der Adapaterplatte 5, die mit einem Ende des Grundkörpers 1a in der Richtung der Achse L verbunden ist, ausgebildet. Die gesamte innere Umfangswand des Arretierelements 32, das in der Aufnahmenut 31 aufgenommen ist, steht in Kontakt mit dem Nutenboden 31b der Aufnahmenut 31. Außerdem ist der vorstehende Abschnitt 32d, der von der Aufnahmenut 31 vorsteht, an dem gesamten Umfang des Arretierelements 32 ausgebildet, und die Verriegelungsabschnitte 33a sind an den Schultern an beiden Enden des erhöhten Abschnitts 33 ausgebildet, so dass die vorstehenden Abschnitte 32d an den beiden Schaltpositionen des Ventilelements 3 mit den Verriegelungsabschnitten 33a verriegelt werden. Außerdem sind mehrere Rippen 32c, die sich in der radialen Richtung erstrecken, an den Seitenwänden 32a des Arretierelements 32 so ausgebildet, dass sie in Kontakt mit den Nutenseitenwänden 31a der Aufnahmenut 31 stehen. Freiräume zwischen den benachbarten Rippen 32c sind zwischen den Seitenwänden 32a des Arretierelements 32 und den Nutenseitenwänden 31a der Außennut 31 ausgebildet und dienen als Räume zur Aufnahme oder Absorption der Dickenzunahme des Arretierelements 32 aufgrund der Kompression des Arretierelements 32 in der radialen Richtung, wenn der vorstehende Abschnitt 32d während des Schaltvorgangs des Ventilelements 3 auf dem erhöhten Abschnitt 33 reitet.
