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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die
EP 2 531 765 B1 offenbart ein Ventil, dessen mit verschiedenen Vorsprüngen ausgebildeter Magnetanker relativ voluminös ist und eine an Stützflächen anliegende Flachformfeder und ein im Gieß- oder Spritzgussverfahren hergestelltes Dichtelement aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine kleinbauende Ventileinheit mit einer platzsparend flachen, kostengünstig herstellbaren Magnetankerausführung erzielt wird, die eine hohe Funktionstüchtigkeit aufweist.
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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 schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:
- 1 ein erfindungsgemäßes Ventil in vergrößerter Darstellung in einer geschnittenen Seitenansicht,
- 2 einen erfindungsgemäßen Magnetanker des Ventils der 1 in vergrößerter Darstellung in einer geschnittenen Seitenansicht,
- 3 einen Magnetanker ähnlich der 2, jedoch mit einer anderen Ankerscheibe,
- 4 den Ventilkörper des Ventils der 1 und den Magnetanker der 3 in einer geschnittenen Perspektivansicht vor dem Zusammenbau,
- 5 den beim Zusammenbau des Ventils in den Ventilkörper der 4 axial eingeschobenen Magnetanker in einer Zwischenposition,
- 6 den beim Zusammenbau des Ventils in den Ventilkörper der 5 axial eingepressten Magnetanker in der Endposition.
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Das erfindungsgemäße Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen und bezüglich einer Mittenachse 1 im Wesentlichen als kreisförmig zylindrischer Körper ausgeführt. Das Ventil weist gem. 1 einen Ventilkörper 2 und einen mit diesem verbundenen Magnetkopf 3 auf. Der Ventilkörper 2 besitzt eine Ventilkammer 4, die von einer Umfangswand 5 des Ventilkörpers 2 mitbegrenzt ist, und weist einen bezüglich der Mittenachse 1 koaxial angeordneten Eingang 6 mit einem in die Ventilkammer 4 einmündenden Ventilsitz 7 sowie mit der Ventilkammer 4 verbundene Ausgänge 8 für das Medium auf. In der Ventilkammer 4 ist ein platten- bzw. scheibenförmiger Magnetanker 9 gelagert, der keinerlei Vorsprünge, Nietansätze oder dergleichen aufweist und in axialer Richtung sehr flach ausgebildet ist. Am Außenumfang des Ventilkörpers 2 sind zwei Dichtringe vorgesehen, die in Umfangsnuten gelagert sein können.
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Der Magnetkopf 3 weist einen bolzenförmigen Innenkern 10 und einen rohrförmigen Außenkern 11 auf, der den Außenmantel des Magnetkopfes 3 bildet und einen im Durchmesser etwas reduzierten Umfangsteil 12 mit einem Bodenrand 13 besitzt. Zwischen dem Bodenrand 13 und dem Innenkern 10 befindet sich eine nicht magnetisierbare Zwischenscheibe 14, die bezüglich der dem Magnetanker 9 zugewandten Anschlagfläche des Bodenrands 13 und dem Ende des Innenkerns 10 etwas zurückgesetzt ist. Der Innenkern 10, der Bodenrand 13 und die Zwischenscheibe 14 begrenzen die Ventilkammer 4 über dem Magnetanker 9.
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In einem von dem Innenkern 10, dem Bodenrand 13, der Zwischenscheibe 14 und dem Außenkern 11 begrenzten Ringraum des Magnetkopfes 3 befindet sich ein Spulenkörper 15 mit einer elektrischen Spulenwicklung 16. Um den Magnetkopf 3 abzudichten, kann eine isolierende Vergussmasse 17 vorgesehen sein, die eine elektrische Leiterplatte 18 und Elektroleiteranschlüsse 19 dicht umschließt und in der die Spulenwicklung 16 und der Spulenkörper 15 dicht eingebettet sind.
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Der in den 1 und 2 dargestellte Magnetanker 9 besitzt eine bevorzugt kreisrunde dünne Ankerscheibe 20, die eine dem Ventilkörper 2 zugewandte Stirnseite 21 und eine zu dieser parallele Stirnfläche 22 aufweist, die dem Magnetkopf 3 zugewandt ist. In der Ankerscheibe 20 ist eine bezüglich der Mittenachse 1 koaxiale Ausnehmung 23 ausgebildet, die an der Stirnseite 21 offen ist und gegenüber an der Stirnfläche 22 von einer dünnen Bodenwand 24 verschlossen ist, die für die elektromagnetische Ventilschaltfunktion einen guten Magnetfluss gewährleistet. Außerdem ist in der Ankerscheibe 20 mindestens eine bezüglich der Mittenachse 1 radial versetzte Durchgangsbohrung 25 für das Medium ausgebildet.
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In der Ausnehmung 23 der Ankerscheibe 20 befindet sich eine aus einem gummielastischen Material bestehende Flachdichtscheibe 26, die vorteilhaft ohne besondere Formgebungsmaßnahmen bevorzugt im Stanzverfahren einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die dünne, bevorzugt kreisrunde Flachdichtscheibe 26 ist derart vorteilhaft ausgeführt und in der Ausnehmung 23 positioniert, dass ihre mit dem Ventilsitz 7 korrespondierende Dichtfläche mit der unteren Stirnseite 21 der Ankerscheibe 20 eine gemeinsame Ebene bildet.
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Darüber hinaus weist der Magnetanker 9 eine scheibenförmige Flachformfeder 27 auf, die mit einer Grundscheibe 28 an der dem Magnetkopf 3 abgewandten Stirnseite 21 der Ankerscheibe 20 anliegt. In der Mitte der Grundscheibe 28 befindet sich ein koaxiales Ventilsitz-Durchgangsloch 29, das von einem Lochrandteil 30 begrenzt ist, der einen Randteil der Flachdichtscheibe 26 an der Öffnungsseite der Ausnehmung 23 übergreift, sodass die Flachdichtscheibe 26 in der Ausnehmung 23 der Ankerscheibe 20 formschlüssig gelagert ist. Zur Erzielung der Federwirkung kann die Grundscheibe 28 mehrere etwa teilkreisförmige Aussparungen aufweisen, zwischen denen Federstege ausgebildet sind.
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Am Umfang der Grundscheibe 28 befinden sich bevorzugt sechs kreisförmig angeordnete Halteteile 31, zwischen denen sechs gleichmäßig große Abstandslücken gebildet sind. Das Maß einer jeden Abstandslücke zwischen zwei Halteteilen 31 ist deutlich größer als das Maß eines Halteteils 31 zwischen zwei Abstandslücken. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, das Maß der Halteteile 31 und das Maß der Abstandslücken umfänglich gleich groß auszubilden oder das Maß der Halteteile 31 umfänglich deutlich größer auszubilden als das Maß der Abstandslücken, wobei letztere vorteilhaft sogar als schmale Schlitze ausgeführt sein können. Zudem liegt es auch im Rahmen der Erfindung, den Halteteil 31 am Umfang der Grundscheibe 28 als kreisringförmigen Bund ohne Abstandslücken auszubilden, wobei dieser als Bund gestaltete Halteteil 31 aus der Ebene der Grundscheibe 28 umgebogen und schräg nach außen gerichtet ist.
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Die Halteteile 31 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind aus der Ebene der Grundscheibe 28 in einem Winkel von etwa 70° nach oben in Richtung zum Magnetkopf 3 gebogen, sodass sie schräg nach außen gerichtet sind. Zweckmäßig kann der Winkel, um den die Halteteile 31 schräg aus der Scheibenebene heraus umgebogen sind, etwa 60° oder mehr betragen. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Halteteile 31 aus der Ebene der Grundscheibe 28 heraus in eine den genannten Winkeln entsprechende Schrägstellung nach unten in Richtung zum Ventilkörper 2 zu biegen.
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Die Grundscheibe 28 kann in bevorzugter Ausführung mittels Schweißpunkten, vorzugsweise durch Laserschweißen, an der Stirnseite 21 der Ankerscheibe 20 befestigt sein, wobei die Schweißpunkte vorzugsweise in einem geringen Abstand um die Ausnehmung 23 herum angeordnet sein können. Durch eine derart unlösbare und räumlich nicht hervorstehende Punktschweißverbindung kann der Magnetanker 9 als vorgefertigte Baueinheit hergestellt werden.
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Die sich an der dem Magnetkopf 3 zugewandten Seite der Grundscheibe 28 befindliche Ankerscheibe 20 ist in ihrem Durchmesser so bemessen, dass zwischen der Ankerscheibenumfangsfläche und den diese umfassenden schräg stehenden Halteteilen 31 ein kleiner Abstand besteht. Die Länge der Halteteile 31 ausgehend von der Grundscheibe 28 bis zum freien Ende ist etwas kleiner als die Dicke der Ankerscheibe 20.
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Der in 3 dargestellte Magnetanker 9' ist bis auf die Ankerscheibe 20' genau so gestaltet wie der vorbeschriebene Magnetanker 9 der 1 und 2 und besitzt die an der Stirnseite 21' der Ankerscheibe 9' anliegende und mittels Punktschweißung befestigte Flachformfeder 27 mit der Grundscheibe 28, dem Ventilsitz-Durchgangsloch 29, dem Lochrandteil 30 und den Halteteilen 31. Die Ankerscheibe 20' der 3 besitzt wie die vorbeschriebene Ankerscheibe 20 die Durchgangsbohrung 25' und die Ausnehmung 23', in der die Flachdichtscheibe 26 formschlüssig gelagert ist, wobei die Dichtfläche, die mit dem Ventilsitz 7 korrespondiert, und die untere Stirnseite 21' der Ankerscheibe 20' eine gemeinsame Ebene bilden. Die Ankerscheibe 20' unterscheidet sich zu der vorbeschriebenen und in den 1 und 2 dargestellten Ankerscheibe 20 lediglich dadurch, dass die Bodenwand 24' der Ausnehmung 23' eine Ventilsitz-Durchgangsöffnung 32' aufweist, die von einem Öffnungsrandteil 33' begrenzt ist. Dieser Öffnungsrandteil 33' bildet mit der dem Magnetkopf 3 zugewandten Stirnfläche 22' der Ankerscheibe 20' eine gemeinsame Ebene und übergreift den der Flachformfeder 27 abgewandten Umfangsrand der Flachdichtscheibe 26, sodass diese wie auch bei dem Magnetanker 9 innerhalb der Dicke der Ankerscheibe 20 bzw. 20' integriert und in der Ausnehmung 24 bzw. 24' formschlüssig gelagert ist. Der Magnetanker 9' kann vorteilhaft bei einem Dreiwegeventil verwendet werden, bei dem z. B. im Innenkern 10 des Magnetkopfes 3 ein Medienkanal ausgebildet ist, der mit einem am Stirnende des Innenkerns 10 ausgebildeten Ventilsitzvorsprung in die Ventilkammer 4 ragt und beim Betätigen des Ventils und axialen Verlagern des Magnetankers 9' in die Ventilsitz-Durchgangsöffnung 32' eindringt und von der Flachdichtscheibe 26 abgedichtet wird.
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In den 4 bis 6 sind drei verschiedene Positionen des Magnetankers 9' während des Einsetzens in den Ventilkörper 2 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass der durch die rohrförmige Umfangswand 5 begrenzte Raum des Ventilkörpers 2 drei im Innendurchmesser unterschiedliche Bereiche aufweist, die durch schräge Abstufungen 34, 35 begrenzt sind. Der obere Eingangsbereich besitzt den größten Innendurchmesser, der nur etwas größer ist als das Maß zwischen den äußeren Kanten an den freien Enden der einander diametral gegenüberliegenden Halteteile 31.
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Beim Zusammenbau des Ventils wird gemäß 4 der Magnetanker 9' zunächst in den oberen Eingangsbereich des Ventilkörpers 2 eingesetzt. Dabei wird der Magnetanker 9' nahezu spielfrei bis zur ersten Abstufung 34 verschoben und erreicht somit eine lagerichtige Vorzentrierung.
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Beim weiteren axialen Hineindrücken (5) des Magnetankers 9' gelangt er bei Überwindung der ersten Abstufung 34 in den Mittelbereich des von der Umfangswand 5 umfassten Raums, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der des Eingangsbereichs. Somit sind in dieser Position die schräg stehenden Halteteile 31 durch die Umfangswand 5 weiter in Richtung Mittenachse 1 hingebogen, wobei die Halteteile 31 aufgrund ihres Bestrebens, zurück in die schräge Ausgangsstellung zu gelangen, durch die Rückstellkraft bereits kräftig gegen die Umfangswand 5 drücken.
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Die 6 zeigt den Magnetanker 9' in seiner Endposition, wo er sich durch weiteres axiales Hineindrücken bei Überwindung der zweiten Abstufung 35 in dem Endbereich des von der Umfangswand 5 umfassten Raums befindet, dessen Innendurchmesser wiederum kleiner ist als der des Mittelbereichs. Beim Hineindrücken in den Endbereich kann der Magnetanker 9' mit hoher Genauigkeit in seine exakte Endlage gebracht werden, wobei die Halteteile 31 so weit in Richtung zum Ventilsitz 7 hin verschoben werden, bis eine exakt definierte Federvorspannkraft der Flachformfeder 27 erreicht wird, sodass die Flachdichtscheibe 26 gegen den Ventilsitz 7 drückt und den Eingang 6 sperrt. In dieser Endposition sind die Halteteile 31 durch die Umfangswand 5 so weit in Richtung zur Mittenachse 1 hingebogen, dass sie einen rechten Winkel zur Ebene der Grundscheibe 28 bilden. Dabei wirken die Halteteile 31 als ausgesprochen starke Andrückteile, die mit sehr hoher Rückstellkraft kräftig gegen die Umfangswand 5 drücken. Die Außenfläche der Halteteile 31 liegt dabei reibschlüssig an der Innenfläche der Umfangswand 5 an, sodass ein kraftschlüssiger Presssitz besteht, der eine dauerhaft sichere Festlegung des Magnetankers 9' am Umfang der Flachformfeder 27 gewährleistet.
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Nach dem Einsetzen des Magnetankers 9 bzw. 9' in den Ventilkörper 2 werden der Magnetkopf 3 und der Ventilkörper 2 zusammengefügt (1), wobei die Umfangswand 5 des Ventilkörpers 2 den im Durchmesser reduzierten Umfangsteil 12 des Außenkerns 11 eng umschließt. Der Magnetkopf 3 wird dabei so weit in den Ventilkörper 2 eingeschoben, bis zwischen der Stirnfläche des Bodenrandes 13 und dem Magnetanker 9, 9' ein exakt definierter axialer Ankerhub eingestellt ist. Sobald die Spulenwicklung 16 des fertig montierten Ventils über die Elektroleiteranschlüsse 19 mit elektrischen Spannung versorgt wird, erfolgt eine Aktivierung des Magnetkopfes 3, wodurch der Magnetanker 9, 9' durch die Magnetkraft gegen die Kraft der Flachformfeder 27 nach oben gezogen wird. Dadurch hebt die Flachdichtscheibe 26 vom Ventilsitz 7 ab und das Medium gelangt durch die Ventilkammer 4 zum Ausgang 8. Beim Abschalten der elektrischen Spannung steht die Magnetkraft nicht mehr zur Verfügung, sodass die Flachformfeder 27 den Magnetanker 9, 9' und die Flachdichtscheibe 26 nach unten verlagert, wobei letztere gegen den Ventilsitz 7 gedrückt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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