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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die
DE 34 01 349 A1 offenbart ein Ventil dieser Art, das einen Ventilkörper, einen Magnetkopf und einen elektromagnetisch axial verlagerbaren Anker aufweist, dem eine gegen einen Ventilsitz wirkende spiralschraubenförmige Druckfeder mit linearer Federkraftkennlinie zugeordnet ist.
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Die
JP H10-196 831 A offenbart ein Proportionalmagnetventil mit nicht linearer Magnetkennlinie. Einem über einen Magnetkopf elektromagnetisch axial verlagerbarer Anker können zwei axial beabstandete Scheibenfedern mit progressiven Federkraftlinien zugeordnet sein. Die gebildete progressive Gesamtfederkraftlinie kann der Magnetkraftkennlinie des elektromagnetisch entgegengesetzt verlagerbaren Ankers angeglichen sein.
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Die
DE 196 06 318 A1 offenbart einen Druckregler für elektro-hydraulische Getriebesteuerungen mit einem Magnetkopf, in dem ein Anker gegen die Kraft einer spiralschraubenförmigen Druckfeder elektromagnetisch axial verlagerbar ist. Der Anker ist an gegenüberliegenden Enden in einer vorderen und einer hinteren Lagerung geführt.
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Die
DE 43 26 507 C2 offenbart ein Ventil mit einem Ventilkörper, einem Magnetkopf und einem elektromagnetisch verlagerbaren Plattenanker, der zwischen zwei federkraftlosen Membranscheiben gelagert und mittels einer schraubenförmigen Druckfeder gegen einen Ventilsitz andrückbar ist. Die gegen den Plattenanker wirkende Druckfeder ist mit ihrem oberen Ende an einem gewindelosen Schaft einer Schraube abgestützt, die in eine Zentralbohrung des dem Magnetgehäuse zugehörigen Magnetkerns eingeschraubt ist. Der gewindelose Schaft der Schraube besteht aus einem Material, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient größer ist als der des Magnetgehäuses, wodurch bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen eine geringere Temperaturabhängigkeit der Ventilfunktion erreicht werden soll.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln Ventilvarianten mit stets zuverlässig proportionaler Öffnungsfunktion erzielt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in einer einzigen Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigt.
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In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Ventil in einer geschnittenen Ansicht vergrößert dargestellt. Das Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen. Es weist einen Ventilkörper 1 und einen Magnetkopf 2 auf, die bezüglich einer Mittenachse 3 bevorzugt kreisrund ausgebildet und koaxial angeordnet sind.
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Der Ventilkörper 1 besitzt eine Grundwand 4 mit einem bezüglich der Mittenachse 3 koaxialen Ventilsitz 5, der in eine Ventilkammer 6 hineinragt. Die Ventilkammer 6 ist von einer dünnen Umfangswand 7 mitbegrenzt, die sich nach oben in Richtung zum Magnetkopf 2 hin erstreckt, im Außendurchmesser etwas kleiner ist als die Grundwand 4 und mit letzterer materialeinheitlich einstückig ist. An der dem Ventilsitz 5 abgewandten Seite der Grundwand 4 ist materialeinheitlich einstückig ein sich nach unten erstreckender koaxialer Anschlussteil 8 angeformt, der im Durchmesser kleiner ist als die Grundwand 4. In dem Anschlussteil 8 befindet sich ein in den Ventilsitz 5 einmündender koaxialer Eingang 9 für das Medium. In der Grundwand 4 ist mindestens ein Ausgang 10, 11 ausgebildet, durch den das Medium bei geöffnetem Ventilsitz 5 aus der Ventilkammer 6 heraus weitergeleitet werden kann.
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Der Ventilkörper 1 des erfindungsgemäßen Ventils kann in eine Bohrung eines hier nicht dargestellten Aufnahmegehäuses dicht eingesetzt werden. Dafür können sowohl am Umfang der Grundwand 4 als auch am Umfang des Anschlussteils 8 Ringdichtungen 12, 13 vorgesehen sein, die zweckmäßig in Ringnuten gelagert sind.
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Der Magnetkopf 2 besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 14 auf, das aus einem magnetisierbaren Werkstoff besteht und als äußerer Magnetkern ausgeführt ist. Das Gehäuse 14 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat einen über seine gesamte Länge gleichbleibenden Außendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser der Grundwand 4 des Ventilkörpers 1 ist. Es hat eine sich über den größten Teil des Magnetkopfs 2 erstreckenden obere Rohrwand 15 und einen in der Zeichnung unteren Rohrteil 16, dessen Innendurchmesser größer ist als der der Rohrwand 15, sodass die Wanddicke des Rohrteils 16 dünner ist als die der übrigen Rohrwand 15. Bevorzugt ist die Wanddicke des unteren Rohrteils 16 nur etwa halb so dick ist wie die der oberen Rohrwand 15. Der Übergangsbereich von der Rohrwand 15 zum dünnwandigeren Rohrteil 16 ist zweckmäßig als rechtwinklige Abstufung ausgebildet.
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Der dünnwandige Rohrteil 16 übergreift und umschließt die noch dünnwandigere Umfangswand 7 des Ventilkörpers 1 eng anliegend und ist mit ihrem freien Ende in einem Rücksprung 17 der Grundwand 4 abgestützt. Die Wanddicke der sich am unteren Rohrteil 16 des Gehäuses 14 abstützenden Umfangswand 7 des Ventilkörpers 1 kann zweckmäßig nur halb so dick oder dünner als die Wanddicke des unteren Rohrteils 16 sein.
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Im Gehäuse 14 des Magnetkopfs 2 sind konzentrisch ein Oberjochteil 18 und ein Unterjochteil 19, die aus magnetisierbarem Material bestehen, sowie eine auf einem Spulenkörper 20 gelagerte Elektrospule 21 und ein elektromagnetisch axial verlagerbarer Anker 22 vorgesehen.
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Der ringförmige Spulenkörper 20 mit der Elektrospule 21 befindet sich ungefähr im mittleren Bereich des Magnetkopfs 2. Die aus dem Magnetkopf 2 oben herausragenden Elektroleiter 23, 24 dienen der elektrischen Spannungsversorgung der Elektrospule 21.
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Der im Querschnitt etwa T-förmige Oberjochteil 18 hat einen Flansch 25, der im oberen Bereich des Gehäuses 14 gelagert ist und an dessen Innenfläche 26 anliegt, sowie einen Bolzenteil 27, der axial in den Spulenkörper 20 hineinragt und sich etwa bis zu dessen Mitte hin erstreckt. Der Außendurchmesser des Bolzenteils 27 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der rohrförmigen Basiswand 28 des Spulenkörpers 20, sodass ein schmaler Ringspalt 29 gebildet ist. Der Oberjochteil 18 weist am unteren Endbereich des Bolzenteils 27 umfänglich eine Ringnut auf, in der ein Dichtungsring 31 gelagert ist. Außerdem besitzt der Bolzenteil 27 des Oberjochteils 18 im unteren Endbereich eine koaxiale, im Längsmittenbereich abgestufte Sacklochbohrung 32, in der ein Ringlager 33 positioniert ist, das an einem Abstufungsanschlag anliegt und in der Sacklochbohrung 32 mit einem Sicherungsring 34 festgelegt ist.
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Der ringförmige Unterjochteil 19 ist mit einem Grundkörper 35, einem in der Zeichnung unteren Bund 36, einer sich vom Grundkörper 35 nach oben erstreckenden Ankerführungshülse 37 sowie einem sich an diese anschließenden Hülsenfortsatz 38 materialeinheitlich einstückig ausgeführt. Die Wanddicke der Ankerführungshülse 37 entspricht ungefähr der Wanddicke des unteren Rohrteils 16 des Gehäuses 14, während die Wanddicke des Hülsenfortsatzes 38 nur etwa ein Drittel so dick ist wie die Ankerführungshülse 37 und bevorzugt lediglich etwa 0,1 mm beträgt. Die Umfangsfläche 39 des Grundkörpers 35 liegt an der Innenfläche 26 des Gehäuses 14 an und besitzt eine Ringnut, in der ein gegen die Innenfläche 26 des Gehäuses 14 wirkender Dichtring 40 gelagert ist. Der Bund 36, dessen Durchmesser größer ist als der des Grundkörpers 35, untergreift die obere Rohrwand 15 des Gehäuses 14 und liegt in der Gehäusewandabstufung an einer Stützfläche an.
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Die Ankerführungshülse 37 mit dem Hülsenfortsatz 38 des Unterjochteils 19 ist in den Spulenkörper 20 so weit hineingeschoben, dass die mit der Basiswand 28 einstückige untere Stirnwand 41 des Spulenkörpers 20 auf einem Flächenteil 42 des Unterjochteils 19 aufliegt. Der Außendurchmesser der Ankerführungshülse 37 und des Hülsenfortsatzes 38 ist etwa gleich dem Innendurchmesser der rohrförmigen Basiswand 28 des Spulenkörpers 20, sodass die Ankerführungshülse 37 und der Hülsenfortsatz 38 eng an der Basiswand 28 anliegen. Dabei befindet sich der äußerst dünnwandige Hülsenfortsatz 38 eingepresst in dem schmalen Ringspalt 29 zwischen der Basiswand 28 und dem Bolzenteil 27 und übergreift letzteren, wobei der Dichtungsring 31 an der Innenfläche des Hülsenfortsatzes 38 anliegt. Durch die sehr dünne Wand des Hülsenfortsatzes 38 wird ein hoher magnetischer Widerstand erzeugt, der einen magnetischen Kurzschluss unterbindet, sodass die Wirkkraft des Magnetfeldes zwischen den Polflächen des Oberjochteils 18 und des Ankers 22 zur uneingeschränkten Entfaltung gelangen kann.
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Der rundbolzenförmige Anker 22 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist zweckmäßig als sogenannter Tauchanker ausgeführt und bildet mit einer Progressivscheibenfeder 43, einem Dichtungshalter 44 und einer Dichtung 45 eine Baueinheit. In dem Bereich zwischen einem in der Zeichnung oberen Rundbolzenteil 46 und einem unteren Vorsprung 47 weist der Anker 22 eine im Durchmesser kleinere Einschnürung 48 auf, in deren Bereich eine Druckfeder 49 vorgesehen ist. Der Rundbolzenteil 46 ist in eine Bohrung des Grundkörpers 35 und der Ankerführungshülse 37 des Unterjochteils 19 unter Einhaltung eines umfänglichen Abstands 50 reibungsfrei eingetaucht, und zwar so weit, dass bei geschlossenem Ventilsitz 5 zwischen der Unterstirnfläche 51 des Bolzenteils 27 und der Oberstirnfläche 52 des Ankers 22 ein Hubraum 53 für letzteren gebildet ist.
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Oben am Rundbolzenteil 46 weist der Anker 22 einen koaxialen Lagerzapfen 54 auf, der ortsfest angeordnet ist und in die Sacklochbohrung 32 des Oberjochteils 18 hineinragt. Dabei durchsetzt der Lagerzapfen 54 den Sicherungsring 34 berührungsfrei und ist in dem Ringlager 33, das bevorzugt aus einem Rubin hergestellt ist, spielfrei und reibungsarm gelagert.
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Die Progressivscheibenfeder 43 kann bevorzugt als dünne kreisscheibenförmige Flachfeder ausgeführt sein und zur Erzielung einer progressiven Federkraftkennlinie mit gebogenen und/oder speziell geformten Federstegen materialeinheitlich einstückig sein. Sie ist mit ihrem axialen Zentralbereich an der unteren Stirnfläche des Ankers 22 abgestützt und über den Dichtungshalter 44, der einen Zapfen 55 und einen Teller 56 aufweist, an letzterem befestigt, wobei der Zapfen 55 in einem Ankerloch festgelegt ist und der Teller 56 die Progressivscheibenfeder 43 untergreift und gegen den Anker 22 drückt.
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Der Umfangsrand 57 der Progressivscheibenfeder 43 ist an der dünnen Umfangswand 7 des Ventilkörpers 1 axial spielfrei zentriert und an einem Justierring 58 abgestützt. Durch die vorbeschriebene besondere Lagerung des Ankers 22 oben mittels des Ringlagers 33 und unten mittels der Progressivscheibenfeder 43 ist ein äußerst reibungsarmer Antrieb gegeben. Der Justierring 58 ist in den Ventilraum 6 hineingepresst und liegt mit seiner Umfangsfläche an der Innenfläche der Umfangswand 7 des Ventilkörpers 1 fest an. Durch mehr oder weniger tiefes Hineinpressen des Justierrings 58 in den Ventilraum 6 kann die gegen den Ventilsitz 5 wirkende Federkraft und progressive Federkraftkennlinie der Progressivscheibenfeder 43 feinfühlig stufenlos eingestellt werden. Die in der dargestellten Verschlussposition des Ventils auf dem Ventilsitz 5 aufliegende flache Dichtung 45 kann zweckmäßig in einem Rücksprung an der Unterseite des Dichtungshalters 44 fest positioniert sein.
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Die annähernd schraubenförmige Druckfeder 49 weist eine lineare Federkraftlinie auf und ist mit ihren Federdrahtwindungen so ausgeführt, dass sie eine zylindrisch-/kegelförmige Konfiguration besitzt, wobei die in der Zeichnung untere Federdrahtwindung im Durchmesser kleiner ist als die obere Federdrahtwindung. Die obere Federdrahtwindung der Druckfeder 22 ist an einer Anschlagfläche 59 des Unterjochteils 19 abgestützt, während die untere Federdrahtwindung gegen den Vorsprung 47 wirkt und somit den Anker 22 mit der Dichtung 45 auch bei hohem Mediumsdruck dicht gegen den Ventilsitz 5 drückt.
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Die Druckfeder 49 mit linearer Federkraftlinie und die Progressivscheibenfeder 43 mit progressiver Federkraftlinie haben die gleiche Wirkrichtung gegen den Ventilsitz 5. Die so gebildete progressive Gesamtfederkraftkennlinie der beiden Federn 43, 49 ist vorteilhaft so ausgelegt, dass sie der in entgegengesetzter Richtung wirkenden progressiven Magnetkraftkennlinie bei elektromagnetisch aktiviertem Anker 22 im Wesentlichen angeglichen ist. Die besondere Gestaltung von progressiver Gesamtfederkraftkennlinie und progressiver Magnetkraftkennlinie sind in idealer Weise so ausgelegt, dass sich in Kombination eine lineare Strom-Durchflusskennlinie ausbildet. Somit wird eine proportionale Öffnungsfunktion des erfindungsgemäßen Ventils erreicht, die ein exaktes und dauerhaft zuverlässiges Betriebsverhalten gewährleistet. Durch einfache Modifikation der Druckfeder 49 können vielfältige Anpassungen an unterschiedliche Druck-, Nennweiten- und Durchflussbereiche ausgebildet werden.
