DE102020127169A1

DE102020127169A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE102020127169A1
Application number: DE102020127169.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Hettinger
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Ein Magnetventil umfasst einen Magnetantrieb, ein Dichtelement (42) und einen einzigen dem Dichtelement (42) zugeordneten Ventilsitz (22). Der Magnetantrieb weist eine Halterung (38) mit einem Aufnahmeraum (40) für das Dichtelement (42) auf, die so ausgebildet ist, dass das Dichtelement (42) stets spielfrei in axialer Richtung in der Halterung (38) gelagert ist. Ferner hat die Halterung (38) eine an den Aufnahmeraum (40) angrenzende Dichtöffnung (58), über die das Dichtelement (42) in einer geschlossenen Stellung an dem Ventilsitz (22) anliegt. Des Weiteren hat das Magnetventil hierbei eine axiale Ausdehnungskammer (46), die entgegengesetzt zur Dichtöffnung (58) unmittelbar an den Aufnahmeraum (40) angrenzt, und der Aufnahmeraum (40) ist zumindest abschnittsweise in radialer Richtung größer als das Dichtelement (42), um ein freies Ausdehnungsvolumen (72) in radialer Richtung für das Dichtelement (42) zu bilden, sodass das Dichtelement (42) axial in die Ausdehnungskammer (46) und radial in das Ausdehnungsvolumen (72) aufquellen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Magnetantrieb, einem Dichtelement und einem dem Dichtelement zugeordneten Ventilsitz. Dabei ist das Dichtelement mittels des Magnetantriebs zwischen einer geschlossenen Stellung, in der das Dichtelement den Ventilsitz verschließt, und einer offenen Stellung, in der das Dichtelement den Ventilsitz freigibt, entlang einer Längsachse verstellbar.
Derartige Magnetventile sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die üblicherweise in diesen Magnetventilen eingesetzten Dichtelemente können bei Kontakt mit einem quellenden Medium, beispielsweise Wasserdampf, aufquellen, wodurch sich der zur Verfügung stehende Hub des Ventils durch das vergrößerte Volumen des aufgequollenen Dichtelements verringert. Gerade bei kleineren Ventilen mit einem Hub von weniger als einem Millimeter kann sich ein derartiges Aufquellen des Dichtelements durch den Medienkontakt so stark auswirken, dass es zu einer Durchflussreduzierung oder zu Funktionsstörungen des Magnetventils kommt.
Um eine solche Quellung des Dichtelements zu kompensieren, wird das Magnetventil üblicherweise mit einem vergrößerten Hub gestaltet. Dies hat jedoch den Nachteil, dass auch eine größere Magnetkraft zur Betätigung des Ventils bereitgestellt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetventil bereitzustellen, das einen im Wesentlichen konstanten Hub aufweist, unabhängig von dem Medium, das das Ventil durchströmt.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Magnetventil mit einem Magnetantrieb, einem Dichtelement und einem einzigen dem Dichtelement zugeordneten Ventilsitz vorgesehen. Das Dichtelement ist hierbei mittels des Magnetantriebs zwischen einer geschlossenen Stellung, in der das Dichtelement den Ventilsitz verschließt, und einer offenen Stellung, in der das Dichtelement den Ventilsitz freigibt, entlang einer Längsachse verstellbar, die sich in axialer Richtung erstreckt. Der Magnetantrieb hat eine Halterung mit einem Aufnahmeraum für das Dichtelement, die so ausgebildet ist, dass das Dichtelement stets, d.h. auch im nicht aufgequollenen Zustand, spielfrei in axialer Richtung in der Halterung gelagert ist. Die Halterung hat dabei eine an den Aufnahmeraum angrenzende Dichtöffnung, über die das Dichtelement in der geschlossenen Stellung an dem Ventilsitz anliegt. Das Magnetventil hat ferner eine axiale Ausdehnungskammer, die entgegengesetzt zur Dichtöffnung unmittelbar an den Aufnahmeraum angrenzt. Der Aufnahmeraum ist zumindest abschnittsweise in radialer Richtung größer als das Dichtelement, um ein freies Ausdehnungsvolumen in radialer Richtung für das Dichtelement zu bilden, sodass das Dichtelement axial in die Ausdehnungskammer und radial in das Ausdehnungsvolumen aufquellen kann.
Es wurde erkannt, dass eine Ausdehnung des Dichtelements beim Aufquellen in Richtung des Ventilsitzes effektiv dadurch vermindert oder sogar vollständig verhindert werden kann, indem dem Dichtelement Ausdehnungsräume in Form der axialen Ausdehnungskammer und des radialen Ausdehnungsvolumens bereitgestellt werden, in die das Dichtelement sich beim Aufquellen definiert ausdehnen kann.
Dadurch, dass dem Dichtelement nur ein Ventilsitz gegenüberliegt, kann sich das Dichtelement axial entgegengesetzt zum Ventilsitz ausdehnen, ohne dass sich der Hub wesentlich verringert.
Auf diese Weise hat das Magnetventil sowohl bei Anwendungen mit quellenden Medien, d.h. Medien, die das Dichtelement bei Kontakt aufquellen lassen, als auch bei Anwendungen mit nicht-quellenden Medien einen konstanten Hub und damit gleichbleibende Fluiddaten.
Dieser Effekt kann zuverlässiger sichergestellt werden, indem die Halterung eine dem Ventilsitz gegenüberliegende Stirnwand hat, durch die sich die als Kanal ausgebildete Dichtöffnung in axialer Richtung erstreckt.
Insbesondere kann die Stirnwand dabei den Aufnahmeraum und das Ausdehnungsvolumen in axialer Richtung begrenzen, um eine Barriere in Richtung Ventilsitz zu bilden, die das Dichtelement zurückhält und beim Aufquellen die Ausdehnung des Dichtelement in axialer Richtung vom Ventilsitz weg richtet.
In einer Ausführungsform weist die Dichtöffnung einen Durchmesser senkrecht zur Längsachse auf, der über die gesamte Länge des Kanals kleiner ist als ein maximaler Durchmesser senkrecht zur Längsachse des Dichtelements, die das Dichtelement im nicht aufgequollenen Zustand in einem axialen Abschnitt des Aufnahmeraums aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich das Dichtelement über die Dichtöffnung nicht wesentlich in Richtung des Ventilsitzes ausdehnt, wenn das Dichtelement quillt.
In einer weiteren Ausführungsform weitet sich der Kanal in Richtung zum Ventilsitz konisch auf, wodurch der Durchmesser senkrecht zur Längsachse und damit das Volumen einzelner Kanalabschnitte in Richtung Ventilsitz größer werden. Damit wird die Spannung innerhalb des Dichtelements mit geringerem Abstand zum Ventilsitz immer geringer, auch beim Aufquellen.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement einen Fortsatz hat, der im nicht aufgequollenen Zustand aus dem Aufnahmeraum in den Kanal ragt und das Dichtelement zumindest abschnittsweise im aufgeweiteten Abschnitt radial von der Kanalwand beabstandet ist. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass sich der Fortsatz radial im Kanal ausdehnen kann, wenn das Dichtelement aufquillt. Dies hat zur Folge, dass die Ausdehnung des Fortsatzes in axialer Richtung minimiert wird.
Ferner kann dabei der Fortsatz im nicht aufgequollenen Zustand des Dichtelements in axialer Richtung einen konstanten Durchmesser senkrecht zur Längsachse aufweisen und koaxial zum Kanal ausgebildet sein. Auf diese Weise ist der Fortsatz so gestaltet, dass er den Ventilsitz sicher verschließt, wenn er an diesem anliegt. Ferner gewährleistet der symmetrische Aufbau, dass sich der Fortsatz beim Quellen gleichmäßig in alle radialen Richtungen ausdehnt.
Gemäß einer Ausführungsform liegt das Dichtelement im Bereich des Kanals im nicht aufgequollenen Zustand radial an der Kanalwand flächig und spielfrei an, wodurch das Dichtelement stets, d.h. auch im nicht aufgequollenen Zustand, in radialer Richtung spielfrei in der Halterung gelagert ist.
Insbesondere liegt das Dichtelement hierbei in radialer Richtung nur im Bereich des Kanals an der Halterung an. Dies hat den Vorteil, dass die übrigen radialen Seitenflächen des Dichtelements freiliegen und sich das Dichtelement somit über diese in radialer Richtung ausdehnen kann, wenn das Dichtelement quillt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das Dichtelement, insbesondere in einem radialen Randabschnitt, an zwei einander gegenüberliegenden und in Axialansicht sich überschneidenden Ringflächen in axialer Richtung an und erstreckt sich zwischen diesen. Die Ringflächen werden sozusagen in Axialrichtung gedanklich aufeinander projiziert und überschneiden sich dabei. Auf diese Weise ist das Dichtelement zuverlässig in axialer Richtung festgelegt, denn es wird in axialer Richtung, ohne eine Schrägkomponente, geklemmt, womit sichergestellt ist, dass sich das Dichtelement ohne wesentliche Einschränkungen in die axiale Ausdehnungskammer ausdehnt, wenn das Dichtelement aufquillt.
Insbesondere können sich die Ringflächen dabei jeweils in einer Ebene erstrecken, die senkrecht zur Längsachse steht, wodurch sich das Dichtelement beim Aufquellen besonders vorteilhaft ausdehnt.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Halterung so ausgebildet ist, dass das Dichtelement stets, d.h. auch im nicht aufgequollenen Zustand, in radialer Richtung spielfrei in der Halterung gelagert ist, um sicherzustellen, dass das Dichtelement stets eine definierte Lage aufweist und den Ventilsitz in der geschlossenen Stellung des Magnetventils zuverlässig verschließt.
In einer Ausführungsform weist die axiale Ausdehnungskammer, insbesondere angrenzend zum Aufnahmeraum, einen Durchmesser senkrecht zur Längsachse auf, der mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% des größten Durchmessers des Dichtelements im Aufnahmeraum senkrecht zur Längsachse im nicht aufgequollenen Zustand entspricht. Hierdurch liegt ein besonders großer Anteil des Dichtelements an seiner dem Ventilsitz abgewandten axialen Seite frei und kann sich somit in die axiale Ausdehnungskammer ausdehnen, wenn das Dichtelement aufquillt.
Zusätzlich oder alternativ kann die axiale Ausdehnungskammer, insbesondere angrenzend zum Aufnahmeraum, einen Durchmesser senkrecht zur Längsachse aufweisen, der mindestens 50%, insbesondere mindestens 70% des Durchmessers der Dichtöffnung entspricht. Auf diese Weise ist beim Aufquellen des Dichtelements die dem Ventilsitz abgewandte axiale Seite des Dichtelements ausreichend entlastet, so dass sich das Dichtelement hauptsächlich von dem Ventilsitz weg ausdehnt und sich somit der Hub durch das Aufquellen des Dichtelements nicht wesentlich verringert.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Dichtöffnung einen kleinsten Durchmesser senkrecht zur Längsachse aufweist, der mindestens 50% des größten Durchmessers des Dichtelements im Aufnahmeraum senkrecht zur Längsachse im nicht aufgequollenen Zustand entspricht. Diese Gestaltung gewährleistet, dass sich das Dichtelement über die Dichtöffnung nicht wesentlich in Richtung des Ventilsitzes ausdehnt, wenn das Dichtelement quillt.
Um eine besonders homogene Ausdehnung weg vom Ventilsitz zu gewährleisten, kann die axiale Ausdehnungskammer koaxial zum Aufnahmeraum angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform weist das radiale Ausdehnungsvolumen und der Aufnahmeraum eine axiale Höhe auf, die mindestens 50%, insbesondere mindestens 75% der axialen Höhe des Dichtelements entspricht. Dies hat den Vorteil, dass ein besonders großer Anteil der radialen Seitenflächen des Dichtelements freiliegen und sich das Dichtelement somit über diese in das radiale Ausdehnungsvolumen ausdehnen kann, wenn das Dichtelement quillt.
Es ist von Vorteil, wenn das Dichtelement, der Aufnahmeraum, die axiale Ausdehnungskammer und/oder das radiale Ausdehnungsvolumen rotationssymmetrisch gegenüber der Längsachse ausgebildet sind. Diese rotationssymmetrische Gestaltung begünstigt, dass sich das Dichtelement gleichförmig weg vom Ventilsitz ausdehnt, wenn es aufquillt.
Ferner können das Volumen der axialen Ausdehnungskammer und das radiale Ausdehnungsvolumen in Summe zumindest 10%, insbesondere zumindest 20% des Volumens des Dichtelements im nicht aufgequollenen Zustand betragen. Somit steht ein ausreichend großes Volumen in der axialen Ausdehnungskammer und im radialen Ausdehnungsvolumen bereit, um die Volumenzunahme des Dichtelements im aufgequollenen Zustand vollständig zu kompensieren. Indem sich das Dichtelement auf diese Weise unbegrenzt in diese bereitgestellten Ausdehnungsräume ausdehnen kann, wird zuverlässig verhindert, dass sich das Dichtelement wesentlich in Richtung des Ventilsitzes ausdehnt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Halterung Teil eines vom Magnetantrieb betätigten Verschlussteils oder bildet das Verschlussteil, wodurch das Magnetventil besonders kompakt und kostengünstig gestaltet sein kann.
Insbesondere kann dabei das Verschlussteil einen Ventilanker des Magnetventils bilden.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass das Verschlussteil eine axiale Durchführung aufweist, die sich von der axialen Ausdehnungskammer bis zu einem entgegengesetzten axialen Ende des Verschlussteils erstreckt, insbesondere wobei das Verschlussteil einen Querkanal aufweist, der sich in radialer Richtung von der axialen Durchführung durch das Verschlussteil erstreckt und in eine Ventilkammer des Magnetventils mündet. Diese Gestaltung stellt sicher, dass das Verschlussteil sowie das Dichtelement im Betrieb vom Medium umspült ist, wodurch das Magnetventil zuverlässig arbeitet und besonders einfach gestaltet sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Magnetventil einen Anschlussdurchmesser mit einer Nennweite von 0,8 bis 3 mm, insbesondere 1,2 bis 2,7 mm auf und/oder hat einen Hub zwischen 0,6 und 1,0 mm und ist damit ein besonders kleines und kompaktes Magnetventil.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Magnetventil mit einem Magnetantrieb und einem Dichtelement, die in einer teilweisen Schnittansicht in einer geschlossenen Stellung des Magnetventils dargestellt sind,
- 2 in einer Seitenansicht das Magnetventil aus 1 in einer offenen Stellung, wobei der Magnetantrieb und das Dichtelement in einer teilweisen Schnittansicht dargestellt sind, und
- 3 in einer Detailansicht den Ausschnitt A aus 1.

In 1 ist ein Magnetventil 10 mit einem Magnetantrieb 12 und einem Fluidgehäuse 14 gezeigt.
Das Fluidgehäuse 14 weist einen Fluideingang 16 und einen Fluidausgang 18 auf, die über Kanäle in eine Ventilkammer 20 des Magnetventils 10 münden und über diese strömungsmäßig miteinander verbunden sind, wobei Ein- und Ausgang auch vertauscht sein können.
Der Fluideingang 16 endet mit seinem Kanal an einem Ventilsitz 22 des Magnetventils 10.
Der Magnetantrieb 12 hat eine Spule 24, ein Kernführungsrohr 26, einen feststehenden Magnetstopfen 28, der in einem Kernführungsrohr 26 fest angebracht ist, und ein im Kernführungsrohr 26 axial in Längsrichtung L verschiebbar angeordnetes Verschlussteil 30.
Das Verschlussteil 30 ist in der dargestellten Ausführungsform ein Ventilanker des Magnetantriebs 12.
Das Verschlussteil 30 hat im Kernführungsrohr 26 eine kreiszylinderförmige Geometrie und weist an einem ersten axialen Ende 32 eine Stirnfläche 34 auf, die dem Magnetstopfen 28 gegenüberliegt und als Anlagefläche dient.
An einem entgegengesetzten zweiten axialen Ende 36 des Verschlussteils 30, das dem Ventilsitz 22 gegenüberliegt, ist eine Halterung 38 mit einem Aufnahmeraum 40 für ein Dichtelement 42 des Magnetventils 10 angeordnet.
Die Halterung 38 ist hierbei integral mit dem Verschlussteil 30 ausgebildet, d.h. ist einstückiger Bestandteil des Verschlussteils 30.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Halterung 38 separat zum Verschlussteil 30 ausgebildet und an diesem befestigt sein.
Das Verschlussteil 30 hat eine axiale Durchführung 44, die sich vom ersten axialen Ende 32 in Längsrichtung L durch das Verschlussteil 30 erstreckt und über eine axiale Ausdehnungskammer 46 in den Aufnahmeraum 40 mündet.
Die axiale Durchführung 44 ist über einen radialen Querkanal 48 des Verschlussteils 30 mit der Ventilkammer 20 strömungsmäßig verbunden.
Das Verschlussteil 30 weist an seinem zweiten axialen Ende 36 einen radial nach außen überstehenden Bund 50 auf, an dem sich eine Feder 52 des Magnetventils 10 abstützt.
Axial entgegengesetzt stützt sich die Feder 52 an einem Abschnitt 54 des Kernführungsrohres 26 ab und beaufschlagt das Verschlussteil 30 in axialer Richtung zum Ventilsitz 22 hin.
Optional kann der Bereich des Verschlussteils 30, längs dem die Feder 52 verläuft, konisch zum zweiten Ende 36 zulaufen, wie dies in 1 gezeigt ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Feder 52 in der axialen Durchführung 44 angeordnet sein, die dann einen Federraum für die Feder 52 bildet.
In der 1, in dem das Magnetventil 10 in einer geschlossenen Stellung gezeigt ist, drückt die Feder 52 das Verschlussteil 30 mit dem Dichtelement 42 in axialer Richtung auf den Ventilsitz 22, so dass dieser geschlossen ist und somit kein Medium vom Fluideingang 16 über den Ventilsitz 22 zum Fluidausgang 18 strömen kann.
Um das Magnetventil 10 in eine geöffnete Stellung (siehe 2) zu verstellen, wird mittels der Spule 24 eine Magnetkraft erzeugt, die das Verschlussteil 30 entgegen der Kraft der Feder 52 axial in Richtung des Magnetstopfens 28 zieht, bis die Stirnfläche 34 an dem Magnetstopfen 28 anliegt. Hierdurch entfernt sich das zweite axiale Ende 36 des Verschlussteils 30 mit dem Dichtelement 42 in axialer Richtung vom Ventilsitz 22, so dass der Fluideingang 16 über den Ventilsitz 22 und die Ventilkammer 20 mit dem Fluidausgang 18 strömungsmäßig verbunden ist.
Das Magnetventil 10 ist medienberührt gestaltet. Das heißt, dass bei geöffnetem Magnetventil 10 Medium in die Ventilkammer 20 strömt und das Verschlussteil 30 bis zum Magnetstopfen 28 umspült.
Über die axiale Durchführung 44 und den Querkanal 48 stehen alle Volumina, in die über das Verschlussteil 30 Medium strömen kann, stets strömungsmäßig in Verbindung mit der Ventilkammer 20, so dass das Medium aus diesen Volumina jederzeit mit geringem Druck verdrängt werden kann und die Funktion des Magnetantriebs 12 nicht beeinträchtigt.
Das Magnetventil 10 ist als 2/2 Wegeventil mit einem einzelnen Ventilsitz 22 ausgeführt, dem das Dichtelement 42 zugeordnet ist.
Insbesondere ist das Magnetventil 10 ein kleines, kompaktes Magnetventil mit einem Anschlussdurchmesser mit einer Nennweite von 0,8 bis 3 mm, insbesondere 1,2 bis 2,7 mm.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Magnetventils 10 zwischen dem Ventilsitz 22 und dem Dichtelement 42 einen Hub H von 0,6 mm.
Der Hub H entspricht hierbei dem Abstand M zwischen dem Verschlussteil 30 und dem Magnetstopfen 28.
Grundsätzlich kann das Magnetventil 10 einen beliebig großen Hub H aufweisen. Vorzugsweise beträgt der Hub H jedoch zwischen 0,6 und 1,0 mm und ist damit vergleichsweise klein.
Um sicherzustellen, dass der Hub H sich auch dann nicht wesentlich verändert, wenn das Dichtelement 42 bei Medienkontakt aufquillt und sich anschließend in einem aufgequollenen Zustand mit vergrößertem Volumen befindet, sind das Magnetventil 10 und insbesondere die Halterung 38, wie nachfolgend anhand der 3 erläutert wird, gestaltet.
In allen Figuren ist das Dichtelement 42 in seinem Ausgangszustand gezeigt, d.h. im nicht aufgequollenen Zustand.
Die Halterung 38 umschließt den Aufnahmeraum 40, in dem das Dichtelement 42 aufgenommen ist, und hat am zweiten axialen Ende 36 eine Stirnwand 56 mit einer Dichtöffnung 58, wie in 3 ersichtlich ist.
Die Dichtöffnung 58 ist hierbei als axialer Kanal 60 durch die Stirnwand 56 ausgebildet, der dem Ventilsitz 22 axial gegenüberliegt und in den Aufnahmeraum 40 mündet.
Der Kanal 60 hat angrenzend zum Aufnahmeraum 40 einen kreiszylindrischen Abschnitt 62 und einen sich daran in axialer Richtung anschließenden konischen Abschnitt 64, in dem sich der Durchmesser des Kanals 60 in axialer Richtung zum Ventilsitz 22 hin vergrößert.
Der Aufnahmeraum 40 erstreckt sich in axialer Richtung von der Stirnwand 56 bis zur axialen Ausdehnungskammer 46, an die der Aufnahmeraum 40 unmittelbar angrenzt bzw. in den der Aufnahmeraum 40 übergeht.
Die axiale Ausdehnungskammer 46 hat einen Radius r₁, der kleiner ist als der maximale Radius r₂ des Dichtelements 42 im Aufnahmeraum 40.
Das Dichtelement 42 hat ferner einen axialen Fortsatz 66, der sich vom Aufnahmeraum 40 durch den Kanal 60 in Richtung des Ventilsitzes 22 erstreckt und der eine Anlagefläche 68 aufweist, die in der geschlossenen Stellung des Magnetventils 10 am Ventilsitz 22 anliegt und diesen dicht verschließt.
In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Fortsatz 66 in axialer Richtung bis auf die Höhe des zweiten axialen Endes 36 des Verschlussteils 30 bzw. der Halterung 38.
Grundsätzlich kann sich der Fortsatz 66 beliebig weit in axialer Richtung in den Kanal 60 oder über diesen hinaus erstrecken, wobei der Hub H dem axialen Abstand zwischen der Anlagefläche 68 und dem Ventilsitz 22 in der offenen Stellung des Magnetventils 10 (siehe 2) entspricht.
Der Fortsatz 66 ist in Form eines Kreiszylinders mit einem Radius r₃ gestaltet, der dem Radius r₃ des kreiszylindrischen Abschnitts 62 entspricht. Somit liegt der Fortsatz 66 im kreiszylindrischen Abschnitts 62 flächig und spielfrei in radialer Richtung an der Halterung 38 an, während im konischen Abschnitt 64 ein Spalt 70 in radialer Richtung zwischen der Halterung 38 und dem Fortsatz 66 gebildet ist.
Der Radius r₃ des kreiszylindrischen Abschnitts 62 ist kleiner als der maximale Radius r₂ des Dichtelements 42 im Aufnahmeraum 40.
Der Aufnahmeraum 40 hat einen Radius r₄, der größer ist als der maximale Radius r₂ des Dichtelements 42 im Aufnahmeraum 40, wodurch der Aufnahmeraum 40 ein freies Ausdehnungsvolumen 72 aufweist, das das Dichtelement 42 im Aufnahmeraum 40 hohlzylinderförmig umgibt.
Der Aufnahmeraum 40 bzw. das Ausdehnungsvolumen 72 hat eine axiale Höhe h₁, die kleiner ist als die gesamte axiale Höhe h₂ des Dichtelements 42.
Aufgrund dieser Gestaltung ist das Dichtelement 42 in der Halterung 38 radial ausschließlich über den Fortsatz 66 spielfrei gelagert, was in einer alternativen Ausführungsform auch anders sein kann.
In axialer Richtung ist das Dichtelement 42 zwischen einer ersten Ringfläche 74, die die Dichtöffnung 58 umschließt, und einer gegenüberliegenden zweiten Ringfläche 76 spielfrei gelagert, die die Öffnung zur axialen Ausdehnungskammer 46 umschließt.
Hierbei erstrecken sich die beiden Ringflächen 74, 76 in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse L steht, und liegen sich in axialer Richtung direkt gegenüber.
Die entsprechenden Kontaktflächen, mit denen das Dichtelement 42 in seinem radialen Randabschnitt 78 an den beiden Ringflächen 74, 76 anliegt, erstrecken sich parallel zu den Ringflächen 74, 76, wodurch eine besonders gute Lagerung sichergestellt ist. Ferner begünstigt diese Lagerung, insbesondere an der ersten Ringfläche 74, die Art und Weise wie sich das Dichtelement 42 beim Aufquellen ausdehnt, wie später beschrieben wird.
Unter anderem sind das Dichtelement 42, der Fortsatz 66, der Kanal 60, der Aufnahmeraum 40, das radiale Ausdehnungsvolumen 72, die axiale Ausdehnungskammer 46 und der Ventilsitz 22 rotationssymmetrisch sowie koaxial gegenüber der Längsachse L ausgebildet.
In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Radius r₁ der axialen Ausdehnungskammer 46 etwa 1,65 mm, der Radius r₂ des Dichtelements 42 etwa 2,5 mm und der Radius r₃ der Dichtöffnung 58 etwa 2,1 mm.
Der Durchmesser der axialen Ausdehnungskammer 46 beträgt damit etwa 66% des maximalen Durchmessers des Dichtelements 42 sowie etwa 79% des minimalen Durchmessers der Dichtöffnung 58.
Selbstverständlich kann das Magnetventil 10 in einer alternativen Ausführungsform im Wesentlichen beliebige Maße aufweisen. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der axialen Ausdehnungskammer 46 jedoch mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% des maximalen Durchmessers des Dichtelements 42 und/oder mindestens 50%, insbesondere mindestens 70% des minimalen Durchmessers der Dichtöffnung 58.
Ferner beträgt der minimale Durchmesser der Dichtöffnung 58 etwa 84% des maximalen Durchmessers des Dichtelements 42.
Grundsätzlich kann das Verhältnis des minimalen Durchmessers der Dichtöffnung 58 zum maximalen Durchmesser des Dichtelements 42 beliebig groß sein. Vorzugsweise beträgt der minimale Durchmesser der Dichtöffnung 58 jedoch mindestens 50% des maximalen Durchmessers des Dichtelements 42.
Insbesondere ist in allen Fällen der maximale Durchmesser des Dichtelements 42 größer als der Durchmesser der axialen Ausdehnungskammer 46 sowie der minimale Durchmesser der Dichtöffnung 58, um eine zuverlässige axiale Lagerung des Dichtelements 42 auch im nicht aufgequollenen Zustand zu gewährleisten.
Des Weiteren beträgt in der dargestellten Ausführungsform die axiale Höhe h₁ des Aufnahmeraums 40 bzw. des Ausdehnungsvolumens 72 etwa 2,5 mm und die Höhe h₂ des Dichtelements 42 etwa 3,1 mm.
Der Radius r₄ des Aufnahmeraums 40 bzw. des Ausdehnungsvolumens beträgt etwa 2,7 mm.
Die axiale Höhe h₁ des Aufnahmeraums 40 bzw. des Ausdehnungsvolumens 72 beträgt damit etwa 81% der axialen Höhe h₂ des Dichtelements 42.
Selbstverständlich kann die axiale Höhe h₁ des Aufnahmeraums 40 bzw. des Ausdehnungsvolumens 72 in einer alternativen Ausführungsform einen beliebig großen Anteil der axialen Höhe h₁ des Dichtelements 42 aufweisen. Vorzugsweise entspricht die axiale Höhe h₁ des Aufnahmeraums 40 bzw. des Ausdehnungsvolumens 72 jedoch mindestens 50%, insbesondere mindestens 75% der axialen Höhe h₁ des Dichtelements 42.
Insbesondere ist in allen Fällen die axiale Höhe h₁ des Aufnahmeraums 40 bzw. des Ausdehnungsvolumens 72 kleiner oder gleich als die axiale Höhe h₁ des Dichtelements 42, um eine zuverlässige radiale Lagerung des Dichtelements 42 auch im nicht aufgequollenen Zustand zu gewährleisten.
Aufgrund dieser Gestaltung ist das Dichtelement 42 auch im nicht aufgequollenen Zustand und somit stets spielfrei in der Halterung 38 gelagert, sowohl radial als auch axial.
Wenn das Dichtelement 42 im Betrieb mit einem quellenden Medium in Kontakt kommt, beispielsweise Wasserdampf, und aufquillt, dehnt sich das Dichtelement 42 radial in das Ausdehnungsvolumen 72 und axial in die axiale Ausdehnungskammer 46 aus.
Die axiale Ausdehnungskammer 46 und das Ausdehnungsvolumen 72 sind dabei so bemessen, dass ihr gemeinsames Volumen etwa 15% des Volumens des Dichtelements 42 im Ausgangszustand beträgt.
Grundsätzlich können das Volumen der axialen Ausdehnungskammer 46 und das Ausdehnungsvolumen 72 jeweils beliebig groß sein. Vorzugsweise beträgt ihr gemeinsames Volumen jedoch zumindest 10%, insbesondere zumindest 20% des Volumens des Dichtelements 42 im nicht aufgequollenen Zustand.
Auf diese Weise sind in Form der axialen Ausdehnungskammer 46 und des Ausdehnungsvolumens 72 ausreichend große Ausdehnungsräume bereitgestellt, in die sich das Dichtelement 42 ausdehnen kann, wenn es aufquillt.
Die Geometrie der Halterung 38 begünstigt dabei ferner, dass sich das Dichtelement 42 hauptsächlich in radialer Richtung sowie in axialer Richtung vom Ventilsitz 22 weg ausdehnt.
Insbesondere die Art und Weise wo Kontaktflächen, an denen sich das Dichtelement 42 beim Aufquellen abstützt, und Freiflächen, über die sich das aufquellende Dichtelement 42 in die Ausdehnungsräume ausdehnt, angeordnet und wie diese ausgebildet sind, gewährleisten hierbei, dass sich das Dichtelement 42 nicht wesentlich in Richtung des Ventilsitzes 22 ausdehnen kann.
Somit bleibt der Hub H des Magnetventils 10 konstant, auch wenn das Dichtelement 42 aufquellen sollte.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.

Claims

Magnetventil mit einem Magnetantrieb (12), einem Dichtelement (42) und einem einzigen dem Dichtelement (42) zugeordneten Ventilsitz (22), wobei das Dichtelement (42) mittels des Magnetantriebs (12) zwischen einer geschlossenen Stellung, in der das Dichtelement (42) den Ventilsitz (22) verschließt, und einer offenen Stellung, in der das Dichtelement (42) den Ventilsitz (22) freigibt, entlang einer Längsachse (L) verstellbar ist, die sich in axialer Richtung erstreckt, wobei der Magnetantrieb (12) eine Halterung (38) mit einem Aufnahmeraum (40) für das Dichtelement (42) hat, die so ausgebildet ist, dass das Dichtelement (42) stets spielfrei in axialer Richtung in der Halterung (38) gelagert ist, wobei die Halterung (38) eine an den Aufnahmeraum (40) angrenzende Dichtöffnung (58) hat, über die das Dichtelement (42) in der geschlossenen Stellung an dem Ventilsitz (22) anliegt, und wobei das Magnetventil (10) eine axiale Ausdehnungskammer (46) hat, die entgegengesetzt zur Dichtöffnung (58) unmittelbar an den Aufnahmeraum (40) angrenzt, und der Aufnahmeraum (40) zumindest abschnittsweise in radialer Richtung größer als das Dichtelement (42) ist, um ein freies Ausdehnungsvolumen (72) in radialer Richtung für das Dichtelement (42) zu bilden, sodass das Dichtelement (42) axial in die Ausdehnungskammer (46) und radial in das Ausdehnungsvolumen (72) aufquellen kann.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (38) eine dem Ventilsitz (22) gegenüberliegende Stirnwand (56) hat, durch die sich die als Kanal (60) ausgebildete Dichtöffnung (58) in axialer Richtung erstreckt, insbesondere wobei die Stirnwand (56) den Aufnahmeraum (40) und das Ausdehnungsvolumen (72) in axialer Richtung begrenzt.
Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (60) in Richtung zum Ventilsitz (22) konisch aufweitet.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42) einen Fortsatz (66) hat, der im nicht aufgequollenen Zustand aus dem Aufnahmeraum (40) in den Kanal (60) ragt und das Dichtelement (42) zumindest abschnittsweise im aufgeweiteten Abschnitt (64) radial von der Kanalwand beabstandet ist, insbesondere in dem Endbereich der Dichtöffnung (58), welcher dem Ventilsitz (22) nahe ist.
Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (66) im nicht aufgequollenen Zustand des Dichtelements (42) in axialer Richtung einen konstanten Durchmesser senkrecht zur Längsachse aufweist und koaxial zum Kanal (60) ausgebildet ist.
Nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42) im Bereich des Kanals (60) im nicht aufgequollenen Zustand radial an der Kanalwand flächig und spielfrei anliegt, insbesondere in radialer Richtung nur im Bereich des Kanals (60) an der Halterung (38) anliegt.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42), insbesondere in einem radialen Randabschnitt (78), an zwei einander gegenüberliegenden und in Axialansicht sich überschneidenden Ringflächen (74, 76) in axialer Richtung anliegt und sich zwischen diesen erstreckt, insbesondere wobei sich die Ringflächen (74, 76) jeweils in einer Ebene erstrecken, die senkrecht zur Längsachse (L) steht.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (38) so ausgebildet ist, dass das Dichtelement (42) stets in radialer Richtung spielfrei in der Halterung (38) gelagert ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnungskammer (46) einen Durchmesser senkrecht zur Längsachse (L) aufweist, der mindestens 30%, insbesondere mindestens 50% des größten Durchmessers des Dichtelements (42) im Aufnahmeraum (40) senkrecht zur Längsachse (L) im nicht aufgequollenen Zustand und/oder der mindestens 50%, insbesondere mindestens 70% des Durchmessers der Dichtöffnung (58) entspricht.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtöffnung (58) einen kleinsten Durchmesser senkrecht zur Längsachse (L) aufweist, der mindestens 50% des größten Durchmessers des Dichtelements (42) im Aufnahmeraum (40) senkrecht zur Längsachse (L) im nicht aufgequollenen Zustand entspricht.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnungskammer (46) koaxial zum Aufnahmeraum (40) angeordnet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Ausdehnungsvolumen (72) und der Aufnahmeraum (40) eine axiale Höhe (h₁) aufweisen, die mindestens 50%, insbesondere mindestens 75% der axialen Höhe (h₂) des Dichtelements (42) entspricht.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42), der Aufnahmeraum (40), die axiale Ausdehnungskammer (46) und/oder das radiale Ausdehnungsvolumen (72) rotationssymmetrisch gegenüber der Längsachse (L) ausgebildet sind.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der axialen Ausdehnungskammer (46) und das radiale Ausdehnungsvolumen (72) in Summe zumindest 10%, insbesondere zumindest 20% des Volumens des Dichtelements (42) im nicht aufgequollenen Zustand beträgt.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (38) Teil eines vom Magnetantrieb (12) betätigten Verschlussteils (30) ist oder das Verschlussteil (30) bildet, insbesondere wobei das Verschlussteil (30) einen Ventilanker des Magnetventils (10) bildet.
Magnetventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (30) eine axiale Durchführung (44) aufweist, die sich von der axialen Ausdehnungskammer (46) bis einem entgegengesetzten axialen Ende (32) des Verschlussteils (30) erstreckt, insbesondere wobei das Verschlussteil (30) einen Querkanal (48) aufweist, der sich in radialer Richtung von der axialen Durchführung (44) durch das Verschlussteil (30) erstreckt und in eine Ventilkammer (20) des Magnetventils (10) mündet.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (10) einen Anschlussdurchmesser mit einer Nennweite von 0,8 bis 3 mm, insbesondere 1,2 bis 2,7 mm aufweist und/oder einen Hub (H) zwischen 0,6 und 1,0 mm hat.