DE102018003505A1

DE102018003505A1 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil

Info

Publication number: DE102018003505A1
Application number: DE102018003505.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baum; Olaf Ohligschläger; Diego Lehmann; Fabian Rösner; Edwin Kreuzberg
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2018-04-28
Filing date: 2018-04-28
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-29
Also published as: DE102018003505B4; US10935147B2; US20190331241A1; CN110410556A

Abstract

Aufgabe: Ein elektromagnetisch betätigtes Ventil soll bei geringer Längserstreckung große Durchflussmengen für das Fluid bei geringer Druckdifferenz ermöglichen. Es soll dabei kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar sein.
Lösung: Ein Magnetanker (7) trägt eine Mehrzahl von punktsymmetrisch angeordneten Ventilkörpern (13), die zusammen ein bewegliches Ventilmittel (10) bilden, wobei die Mehrzahl der Ventilkörper (9) mit einer gleichen Mehrzahl von Ventilsitzen (14) zusammenwirken, die zusammen ein ruhendes Ventilmittel (9) bilden.
Anwendung: Zusammen mit einer Pumpe, einem Tank und/oder anderen fluidischen Geräten in Aggregaten zur Förderung von Gemischen aus Gas und Flüssigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Ventil entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Stand der Technik:
Elektromagnetisch betätigte Ventile sind bekannt und weit verbreitet. Die übliche Bauform solcher Ventile, mit einer linearen Anordnung des Elektromagneten und des fluidischen Ventilteils, bewirkt eine erhebliche Längsersteckung.
Ventile sind durch Leitungen mit anderen fluidischen Bauteilen verbunden, die als Rohrleitungen oder als Bohrungen in einem Steuerblock dargestellt sind. Solche Leitungen legen die geometrische Schnittstelle zu anderen Bauteilen fest.
Aufgabe:
Es soll ein elektromagnetisch betätigtes Ventil beschrieben werden, dass bei geringer Längserstreckung große Durchflussmengen für das Fluid bei geringer Druckdifferenz ermöglicht. Es soll dabei kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar sein.
Lösung:
Die auf die Vorrichtung gerichteten Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 angegeben.
Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigte Ventil enthält mindestens einen Elektromagneten mit einer Magnetspule und einem Magnetanker sowie ein ruhendes Ventilmittel und ein bewegliches Ventilmittel.
Dabei trennt das Ventil bevorzugterweise bei bestromter Magnetspule einen ersten Fluidraum von einem zweiten Fluidraum und verbindet bei unbestromter Magnetspule die beiden Fluidräume miteinander.
Die Tatsache der Bestromung oder Nichtbestromung wird als Wirkungszustand der Magnetspule bezeichnet.
Der Magnetanker trägt eine Mehrzahl von sternförmig angeordneten Ventilkörpern, die zusammen das bewegliche Ventilmittel bilden.
Dabei wirkt die Mehrzahl der Ventilkörper mit einer gleichen Mehrzahl von Ventilsitzen zusammen, die zusammen das ruhende Ventilmittel bilden.
Vorzugsweise sind die Ventilkörper in gleichem Abstand von der Mitte des Magnetankers in gleichmäßigem Winkelabstand auf dem Magnetanker angeordnet.
Weiter vorzugsweise sind auf dem Magnetanker drei Ventilkörper angeordnet, in einem Winkelabstand von jeweils 120°.
Ebenfalls vorzugsweise bestehen die Ventilkörper aus einem Elastomermaterial und weisen jeweils eine differenzdruckwirksame Dichtfläche auf, die weniger als 25% der differenzdruckwirksamen Gesamtfläche eines der Ventilkörper beträgt, weiter vorzugsweise weniger als 10% der differenzdruckwirksamen Gesamtfläche.
Vorteilhafterweise ist der dem veränderlichen Luftspalt des Elektromagneten zugewandte Teil des Magnetankers ringförmig gestaltet und fährt bei einer Bestromung der Magnetspule zwischen einen ringförmig gestalteten äußeren Magnetpol und einen ebenfalls ringförmig gestalteten inneren Magnetpol ein.
Vorzugsweise ist der Magnetanker auf einem Rohr beweglich gelagert, wobei der erste Fluidraum mit dem Innenraum des Rohrs immer fluidisch verbunden ist, und der zweite Fluidraum gegen den Innenraum des Rohrs abgedichtet ist, wenn das Ventil geschlossen ist.
Dabei weist vorteilhafterweise das genannte Rohr eine nicht mit dem zweiten Fluidraum verbundene weitere Öffnung auf, die ein weiteres auf der von dem Magnetanker abgewandten Seite des Elektromagneten angeordnetes Gerät mit dem ersten Fluidraum dauerhaft verbindet, wobei das genannte Gerät die genannte Öffnung gegen den zweiten Fluidraum abdichtet.
Das genannte Gerät kann ein weiteres Ventil, eine Pumpe oder eine fluidbetätigte Kupplung sein.
Vorteilhafterweise ist eine Rückstellfeder zwischen dem inneren Magnetpol und dem Magnetanker so angeordnet, dass die Rückstellfeder auf das Ventil öffnend wirkt, während der Elektromagnet auf das Ventil schließend wirkt.
In einer dazu alternativen Ausführung sind der Magnetanker und die Rückstellfeder so angeordnet, dass die Rückstellfeder auf das Ventil öffnend wirkt, während der Elektromagnet auf das Ventil schließend wirkt.
Ebenfalls vorteilhafterweise bewegt die Magnetspule bei einer Beaufschlagung mit einer Wechselspannung einer Frequenz höher als eine vorgegebene Grenzfrequenz den Magnetanker nur so geringfügig, dass das Ventil nicht geschlossen wird, aber das die Magnetspule umgebende Fluid aufgeheizt wird. Die genannte Grenzfrequenz ergibt sich vor allem aus der Masse des Magnetankers und der Federsteifigkeit der Rückstellfeder.
Anwendung:
Das erfindungsgemäße Ventil wird zusammen mit einer Pumpe, einem Tank und/oder anderen fluidischen Geräten in Aggregaten zur Förderung von Gemischen aus Gas und Flüssigkeit verwendet, lässt sich aber auch in anderen elektrofluidischen Aggregaten vorteilhaft verwenden, wenn eine geringe Baulänge erforderlich ist.
Bilder und beispielhafte Ausführung:

1 zeigt eine schematisierte Ansicht des erfindungsgemäßen Ventils.
2 zeigt eine Draufsicht des Magnetankers mit den Ventilkörpern

Das beispielhafte elektromagnetisch betätigte Ventil (1) gemäß 1 enthält einen Elektromagneten (2) mit einer Magnetspule (3) und einem Magnetanker (7) sowie ein ruhendes Ventilmittel (9) und ein bewegliches Ventilmittel (10).
Dabei trennt das Ventil (1) bei einem ersten Wirkungszustand der Magnetspule (3) einen ersten Fluidraum (11) von einem zweiten Fluidraum (12), und bei einem zweiten Wirkungszustand der Magnetspule (3) verbindet es die beiden Fluidräume (11, 12) miteinander.
Der Magnetanker (7) trägt eine Mehrzahl von punktsymmetrisch um die Mittellinie des Magnetankers (7) angeordneten Ventilkörpern (13), die zusammen das bewegliche Ventilmittel (10) bilden, wobei die Mehrzahl der Ventilkörper (9) mit einer gleichen Mehrzahl von Ventilsitzen (14) zusammenwirken, die zusammen das ruhende Ventilmittel (9) bilden.
Die Ventilkörper (13) sind in gleichem Abstand von der Mitte des Magnetankers (7) in gleichmäßigem Winkelabstand auf dem Magnetanker (7) angeordnet.
In diesem Beispiel sind gemäß 2 auf dem Magnetanker (7) drei Ventilkörper (13, 13', 13") angeordnet, in einem Winkelabstand von jeweils einem Drittel eines Vollkreises.
Die Ventilkörper (13) bestehen aus einem Elastomermaterial und weisen jeweils eine differenzdruckwirksame Dichtfläche auf, die weniger als 25% der differenzdruckwirksamen Gesamtfläche eines der Ventilkörper (13) beträgt.
Der dem veränderlichen Luftspalt (6) des Elektromagneten zugewandte Teil des Magnetankers (7) ist ringförmig gestaltet und fährt bei einer Bestromung der Magnetspule (3) zwischen einen ringförmig gestalteten äußeren Magnetpol (5) und einen ebenfalls ringförmig gestalteten inneren Magnetpol (4) ein.
Der Magnetanker (7) ist auf einem Rohr (8) beweglich gelagert.
Der erste Fluidraum (11) ist mit dem Innenraum (15) des Rohrs (8) immer fluidisch verbunden, und der zweite Fluidraum (12) ist gegen den Innenraum (15) des Rohrs (8) abgedichtet, wenn das Ventil (1) geschlossen ist.
Eine Rückstellfeder (16) zwischen dem inneren Magnetpol (4) und dem Magnetanker (7) ist gemäß diesem Beispiel so angeordnet, dass sie auf das Ventil (1) öffnend wirkt, während der Elektromagnet (2) auf das Ventil (1) schließend wirkt.
Das Rohr (8) weist eine nicht mit dem zweiten Fluidraum (12) verbundene weitere Öffnung (17) auf, die ein weiteres auf der von dem Magnetanker (7) abgewandten Seite des Elektromagneten (2) angeordnetes Gerät (18) mit dem ersten Fluidraum (11) dauerhaft verbindet, wobei das Gerät (18) die Öffnung (17) gegen den zweiten Fluidraum (12) abdichtet.
Bezugszeichenliste

1.: Ventil
2.: Elektromagnet
3.: Magnetspule
4.: Innerer Magnetpol
5.: Äußerer Magnetpol
6.: Luftspalt
7.: Magnetanker
8.: Rohr
9.: Ruhendes Ventilmittel
10.: Bewegliches Ventilmittel
11.: Fluidraum
12.: Fluidraum
13.: Ventilkörper
14.: Ventilsitz
15.: Innenraum
16.: Rückstellfeder
17.: Öffnung
18.: Gerät

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1), mindestens einen Elektromagneten (2) mit einer Magnetspule (3) und einem Magnetanker (7) sowie ein ruhendes Ventilmittel (9) und ein bewegliches Ventilmittel (10) enthaltend, wobei das Ventil (1) bei einem ersten Wirkungszustand der Magnetspule (3) einen ersten Fluidraum (11) von einem zweiten Fluidraum (12) trennt und bei einem zweiten Wirkungszustand der Magnetspule (3) die beiden Fluidräume (11, 12) miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet dass der Magnetanker (7) eine Mehrzahl von punktsymmetrisch angeordneten Ventilkörpern (13) trägt, die zusammen das bewegliche Ventilmittel (10) bilden, wobei die Mehrzahl der Ventilkörper (9) mit einer gleichen Mehrzahl von Ventilsitzen (14) zusammenwirken, die zusammen das ruhende Ventilmittel (9) bilden.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (13) in gleichem Abstand von der Mitte des Magnetankers (7) in gleichmäßigem Winkelabstand auf dem Magnetanker (7) angeordnet sind.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Magnetanker (7) drei Ventilkörper (13, 13', 13") angeordnet sind, in einem Winkelabstand von jeweils einem Drittel eines Vollkreises.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (13) aus einem Elastomermaterial bestehen.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (13) jeweils eine differenzdruckwirksame Dichtfläche aufweisen, die weniger als 25% der differenzdruckwirksamen Gesamtfläche eines der Ventilkörper (13) beträgt.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem veränderlichen Luftspalt (6) des Elektromagneten zugewandte Teil des Magnetankers (7) ringförmig gestaltet ist und bei einer Bestromung der Magnetspule (3) zwischen einen ringförmig gestalteten äußeren Magnetpol (5) und einen ebenfalls ringförmig gestalteten inneren Magnetpol (4) einfährt.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (7) auf einem Rohr (8) beweglich gelagert ist.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidraum (11) mit dem Innenraum (15) des Rohrs (8) immer fluidisch verbunden ist, und dass der zweite Fluidraum (12) gegen den Innenraum (15) des Rohrs (8) abgedichtet ist, wenn das Ventil (1) geschlossen ist.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (3) bei einer Beaufschlagung mit einer Wechselspannung einer Frequenz höher als eine vorgegebene Grenzfrequenz den Magnetanker (7) nur so geringfügig bewegt, dass das Ventil (1) nicht geschlossen wird, aber das die Magnetspule (3) umgebende Fluid aufgeheizt wird.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (16) zwischen dem inneren Magnetpol (4) und dem Magnetanker (7) so angeordnet ist, dass die Rückstellfeder (16) auf das Ventil (1) öffnend wirkt, während der Elektromagnet (2) auf das Ventil (1) schließend wirkt.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (16) zwischen dem inneren Magnetpol (4) und dem Magnetanker (7) so angeordnet ist, dass die Rückstellfeder (16) auf das Ventil (1) schließend wirkt, während der Elektromagnet (2) auf das Ventil (1) öffnend wirkt.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8) eine nicht mit dem zweiten Fluidraum (12) verbundene weitere Öffnung (17) aufweist, die ein weiteres auf der von dem Magnetanker (7) abgewandten Seite des Elektromagneten (2) angeordnetes Gerät (18) mit dem ersten Fluidraum (11) dauerhaft verbindet, wobei das Gerät (18) die Öffnung (17) gegen den zweiten Fluidraum (12) abdichtet.