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Dreiwege-Steuerventil mit elektromagnetischem Antrieb Die Erfindung
betrifft ein Dreiwege-Steuerventil mit elektromagnetischem Antrieb und einem elastischen
Verschlußteil, der mittels eines Stößels bewegbar ist.
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Bei einem bekannten Ventil dieser Art ist der elastische Verschlußteil
mit einem Bund fest eingespannt und wird durch seine Eigenelastizität gegen den
Ventilsitz gezogen Das Abheben vom Ventilsitz erfolgt mittels eines Stößels. Der
Verschlußteil wird dabei erheblich gedehnt, so daß zum Verschieben des Stößels gegen
den elastischen Widerstand des Verschlußteils größere Kräfte erforderlich sind.
Ferner kommt das bekannte Ventil nicht mit einem einzigen Verschlußteil aus. Zur
Weiterbildung als Dreiwegeventil ist zusätzlich zu dem erwähnten, teilweise fest
eingespannten Verschlußteil noch ein ortsfester ringförmiger Dichtungsteil erforderlich,
der mit einem Teil des Stößels zusammenwirkt. Dadurch wird der Verschiebeweg des
Stößels sehr groß. Das bekannte Ventil benötigt also größere Betätigungskräfte,
hat einen langen Ventilweg und spricht demgemäß nur langsam an. Für die Verwendung
in elektronischen Anlagen ist es nicht geeignet, da dort die zum Betätigen des Elektromagneten
verfügbaren Ströme im allgemeinen nur schwach sind und demgemäß der Elektromagnet
nur geringe Kräfte aufzubringen vermag. Mit diesen lassen sich bei dem bekannten
Ventil keine hohen Ansprechgeschwindigkeiten erzielen, so daß der Hauptvorteil einer
Elektroniksteuerung, nämlich kurze Steuerzeiten, verlorengeht.
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Weiterhin ist auch ein Dreiwege-Steuerventil bekannt, das nur mit
einem Verschlußteil ausgestattet ist. Dieser Verschlußteil ist auf beiden Seiten
mit Dichtflächen versehen. Beidseitig des Verschlußteils sind Kolbenstangen vorgesehen,
von denen eine mit einem Elektromagneten zusammenwirkt, während sich die andere
an einer Druckfeder abstützt. Diese Druckfeder muß verhältnismäßig stark ausgebildet
sein, weil sie zur Verschiebung des Verschlußteils von seiner einen in seine andere
Stellung den Betriebsdruck überwinden muß. Bei Zurückführung des Verschlußteils
in seine Ausgangsstellung muß also der Elektromagnet außer dieser Federkraft auch
noch den Betriebsdruck überwinden. Es sind also wie bei dem eingangs beschriebenen
Ventil größere Betätigungskräfte erforderlich.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Dreiwege-Steuerventil mit elektromagnetischem
Antrieb so auszubilden, daß nur geringe Antriebskräfte benötigt werden, und es so
insbesondere an die besonderen Bedingungen anzupassen, die in elektronischen Anlagen
herrschen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einteilige
Verschlußteil axial frei verschiebbar gelagert und an zwei axial voneinander entfernten
Stellen seines Umfangs in einer Ventilbohrung geführt ist, zwei axial voneinander
im Abstand befindliche Ventilsitze vorgesehen sind, an deren einen der Verschlußteil
allein durch das zu steuernde Druckmittel und an deren anderen er mittels des Stößels
anpreßbar ist, und der Verschlußteil wenigstens zum Teil nutförmig am Umfang angeordnete
Kanäle aufweist, durch die zwei der Steuerwege bei geschlossenem dritten miteinander
verbindbar sind.
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Der axial frei verschiebbare und an zwei voneinander entfernten Stellen
geführte Verschlußteil kann mit sehr geringen Kräften bewegt werden; dies um so
mehr, als keine nennenswerte Verformung des elastischen Verschlußkörpers beim Betätigen
des Ventils stattfindet. Ein Klemmen braucht infolge der guten Führung nicht befürchtet
zu werden. Der Verschlußteil wird in der einen Richtung allein durch das Druckmittel
angepreßt. Auch hierdurch ergibt sich eine Reduzierung der Betätigungskräfte. Die
Anordnung von zwei Ventilsitzen im Zusammenwirken mit den Kanälen, die ein Um- bzw.
Durchströmen des Verschlußteils ermöglichen, läßt einen einzigen Verschlußteil für
das Dreiwegeventil ausreichen. Die beiden Ventilsitze können sehr nahe zusammengelegt
werden. Dadurch ergibt sich ein kurzer Ventilweg und eine geringe Ansprechzeit.
Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben,
und zwar zeigt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt, Fig. 2 eine Rückansicht, Fig. 3
eine Teilansicht der Fig. 1, Fig. 4 eine ähnliche Ansicht einer anderen Ausführung,
Fig. 5 und 6 Ansichten ähnlich den Fig. 3 und 4, jedoch für eine andere Ausführung,
Fig.7 eine Draufsicht des Ankers des Elektromagneten, Fig. 8 eine Teilansicht des
Deckels für den Anker des Elektromagneten, Fig. 9 eine Ansicht im senkrechten Schnitt
eines Druckknopfes zur Handbetätigung, Fig. 10 eine Ansicht des in Fig. 9 gezeigten
Druckknopfes im Aufriß, Fig. 11 eine Ansicht des Druckknopfes in Fig. 9 von unten.
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Aus den Zeichnungen ergibt sich, daß das Ventil mit normalerweise
geschlossenem Kreislauf ein Gehäuse 1 aus Metall oder Kunststoff besitzt, das zwei
Bohrungen 2, 3 aufweist, die zur Aufnahme einer vollständigen Magnetspule mit ihrem
Anker bzw. der Ventilteile dienen. Letztere bestehen aus einem Stößel 4, einem Ringkörper
5 mit dem Sitz 6 für den Versehlußteil 7 und einem Rohranschlußstück 8 für den Lufteintritt.
Diese vorher zusammengebaute Baugruppe wird in ihre Bohrung 3 im Gehäuse 1 eingesetzt
und in das Gewinde 9 eingeschraubt.
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Der metallische Stößel 4 gleitet frei in einer Bohrung 10 des Ringkörpers
5. Dieser besteht bei der Ausführungsform nach Fig. 1 aus Metall, beispielsweise
aus Messing. Ein Dichtungsring 11 gewährleistet seine Abdichtung in der Bohrung
3. Der Verschlußteil 7, welcher sich innerhalb des Ringkörpers 5 und dem mit einem
Gewinde versehenen Anschlußstück 8 befindet, kann auf dem Sitz 6 zur Auflage gebracht
bzw. von diesem abgehoben werden.
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Die Abdichtung des Anschlußstücks 8 in der Bohrung 3 ist durch eine
Dichtung 12 gewährleistet. Wie ersichtlich, ist der Versehlußteil 7 durch die Bohrung
16 des Anschlußstüeks 8 sowie durch die Bohrung 18 des Ringkörpers 5 mittels Rippen
19 geführt, die zwischen sich einen ringförmigen Durchlaßkanal bilden, der mit dem
Raum 20 in Verbindung steht.
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Der in Fig. 3 gezeigte Stößel 4 ist zylindrisch und mit einem Hohlraum
21 versehen, welcher an zwei Kanälen 14 endet, die in die Bohrung 15 des
Ventilgehäuses münden.
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Über die Kanäle 14 und die Bohrung 15 erfolgt der Luftaustritt ins
Freie.
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Das Ende 22 des Stößels 4 bildet einen Sitz für den Verschlußteil
7. Der Verschlußteil aus elastischem Material, beispielsweise aus Gummi, weist einen
kegelstumpfförmigen, an seiner Spitze abgerundeten Kopf 23 und einen zylindrischen
Teil 24 von kleinerem Durchmesser auf, der frei in der Bohrung des Anschlußstücks
8 gleitet. Der Hohlraum 25 steht über Kanäle 17 mit dem Raum 20 in Verbindung, welcher
den Kopf des Verschlußteils umgibt, der normalerweise auf dem zweiten Sitz 6 am
Ringkörper 5 aufruht.
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Der Teil 26 des Stößels 4 nimmt mittels einer Regelschraube 27 den
Schub eines Hebels 28 aus Weicheisen auf, der um eine Achse 29 verschwenkbar ist
und an seinem Ende unter der Wirkung der in der Bohrung 2 befindlichen Magnetspule
steht.
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Der Hebel 28 umfaßt einen Anker 30 (Fig. 7) aus Magneteisen, der mit
dem Hebel 28 mittels Gummi-> einlegen 31 verbunden ist. Der Hebel 28 kann auch durch
einen Druck betätigt werden, der von Hand auf einen Druckknopf 32 aus Gummi ausgeübt
wird, wobei eine Rampenanordnung 33 (Fig. 9 und 10) nach dem Belieben der Bedienungsperson
den Druckj knopf angedrückt halten kann.
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Ein Deckel 34 aus durchsichtigem Kunststoff mit einer Dichtung 35
deckt den Antrieb ab.
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Der Druckknopf ist wie folgt ausgebildet: Der Körper 36 (Fig. 8, 9
und 10) sitzt in einer Öffnung 37, in der er einerseits durch zwei Nocken 38 und
andererseits durch eine Lippe 39 gehalten wird. Der Druckknopf wird in einer stabilen
Lage gehalten, wenn, nachdem er gedreht worden ist, die Nocken 38 in Einschnitte
40 (Fig. 8) eingeführt worden sind. Es kann nun auf den Knopf gedrückt werden, ohne
seine Befestigung zu verändern. In dieser Stellung ruht die Lippe 39 auf der ebenen
Fläche des Deckels 34 auf, kann sich jedoch leicht ablösen, um die Luft von innen
nach außen unter dem geringsten Druck hindurchtreten zu lassen. Dagegen schließt
sie den Eintritt von Außenluft hermetisch ab, so daß sie eine Sicherung gegen das
Eindringen von Staub bildet.
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Der Druckknopf 32 trägt innen einen Dorn 66, der in der Ruhestellung
den Hebel 28 berührt, ohne dagegenzudrücken. Wenn ein Druck ausgeübt wird, drückt
dieser Dorn gegen den Hebel 28. Bei dieser Bewegung wird die Lippe 39 verformt,
welche, wenn die Wirkung aufhört, den Druckknopf infolge ihrer elastischen Spannung
wieder in seine Ausgangsstellung zurückführt.
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Die Rampenanordnung 33 arbeitet wie folgt: Wenn sich der Druckknopf
in seiner normalen Stellung befindet, sind die Nocken 38 in den Einschnitten 401
und 40= (Fig. 8) verankert, und die beiden Rampen 33 des Druckknopfes befinden sich
in dem Hohlraum zu beiden Seiten des Hebels 28, so daß sie in keiner Weise die Benutzung
des Druckknopfes bei den aufeinanderfolgenden Betätigungen behindern.
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Wenn das Ventil während eines Steuervorganges unter Druck gehalten
werden soll, genügt es, den Druckknopf um eine Vierteldrehung zu drehen, was zur
Folge hat, daß die Rampen 33 auf dem Hebel 28 zur Auflage kommen, so daß dieser
angedrückt gehalten wird und die Bedienungsperson den Knopf freigeben kann.
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Zur Rückführung in die Normalstellung genügt es, den Knopf um eine
Vierteldrehung zu drehen, was zur Folge hat, daß die Rampen 33 zurücktreten und
die Nocken 38 in die Ausschnitte 401 und 40° zurückgeführt werden.
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Das Rohranschlußstück 41, das zur Verbindung mit einem Verbraucher
bestimmt ist, ist am Gehäuse 1 durch eine Mutter 42 schwenkbar befestigt.
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Die Magnetspule ist am Gehäuse 1 durch zwei Stiftschrauben 43 befestigt,
die gleichzeitig die Stromversorgungsklemmen bilden. Diese Schrauben halten ein
abnehmbares Gehäuse 44 aus Isoliermaterial in seiner Lage, auf das ein Deckel 45
aufgeschraubt ist, der eine Öffnung 46 zur Hindurchführung der Leitungen aufweist.
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Die Wirkungsweise des Ventils für normalerweise geschlossenen Kreislauf,
d. h., wenn durch das Drükken des Druckknopfes oder durch die Erregung der
Magnetspule
die Zufuhr von Druckluft zum Verbraucher herbeigeführt wird, ist wie folgt: Es sei
angenommen, daß das Ventil durch sein Anschlußstück 8 an ein Druckluftnetz und durch
sein Anschlußstück 41 an einen Verbraucher angeschlossen ist und der Zeitpunkt betrachtet
wird, bei welchem nach einer Arbeitsbewegung der Luftaustritt aus dem Verbraucher
beginnt.
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Der Verschlußteil 7 wird gegen seinen Sitz 6 durch den Luftdruck angedrückt,
der im Raum 25 und infolge der Bohrungen 17 auch in dem Raum 20 herrscht.
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Wenn. der Druckknopf 32 gedrückt oder die Magnetspule unter Spannung
gesetzt wird, kommt der Sitz 22 des Stößels 4 zuerst am Kopf 23 des Verschlußteils
7 zur Anlage, wodurch die Verbindung mit dem Luftaustritt geschlossen wird, drückt
sodann gegen den Verschlußteil7, welcher sich von seinem Sitz 6 entfernt, so daß
der Durchlaß für die Druckluft freigegeben wird, die ihren Weg über die Kanäle 47,
den Ringraum 48 und das Anschlußstück 41 zum Verbraucher gelangt, in welchem ihre
Wirkung so lange andauert, wie der Druckknopf 32 gedrückt gehalten wird.
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Hierbei ist zu bemerken, daß die Sitze 6 und 22 im wesentlichen gleiche
Durchmesser haben.
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Sobald der Druckknopf 32 freigegeben wird, wird der Verschlußteil
7 gegen seinen Sitz 6 durch den Druck des Netzes angedrückt und die Belieferung
des Verbrauchers beendet. Hierauf wird der Stößel 4, auf dessen Ende 22 der Druck
wirkt, der im Verbraucher herrscht, rasch nach rückwärts zurückgeführt, wodurch
der Auslaß freigegeben wird.
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Bei der gleichen Ventilbauart können in Abänderung die beiden Teile
5 und 8 aus Kunststoff hergestellt werden, welche Ausführungsform in Fig. 4 gezeigt
ist. In diesem Falle hat der Ringkörper 5 a die in der Zeichnung dargestellte
besondere Form, bei welcher die Abdichtung in der Bohrung 3 durch die Lippe 49 gewährleistet
ist. Das Anschlußstück 8'a gewährleistet ebenfalls die Abdichtung in der Bohrang
3 durch die Lippe 50 und gegenüber dem Ringkörper 5 durch die Lippe 51.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist ein normalerweise offener
Kreislauf vorgesehen, d. h., daß durch den Druck auf den Druckknopf oder durch die
Erregung der Magnetspule nicht das Einleiten von Druckluft in den Verbraucher, sondern
im Gegenteil das Schließen des Drucklufteinlasses und das öffnen des Auslasses bewirkt
wird.
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Die in Fig. 5 dargestellte Baugruppe umfaßt den Ringkörper 52 mit
seinem Dichtungsring 53, den Verschlußteil 54 mit seinen Rippen 55, welche die Führung
in der Bohrung 3 gewährleisten, den Kanal 56, der in den Ringraum 57 und über diesen
in das mit dem Verbraucher verbundene Rohranschlußstück 41 mündet, den am Ringkörper
52 vorgesehenen Sitz 58, den Stößel 59, dessen Kopf 60 die Auflagestelle für die
Schraube 27 des Hebels 28 bildet, ferner anschließend an den Ringkörper 52 das Rohranschlußstück
61 mit seinem Dichtungsring 13, welches den Sitz 62 aufweist, auf dem der Verschlußteil
54 am Ende seiner Bewegung in dieser Richtung zur Auflage kommt.
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Wenn diese Baugruppe in das Ventil an Stelle der in Fig. 1 und 3 dargestellten
Vorrichtung eingesetzt wird, ist die Arbeitsweise des Ventils mit normalerweise
offenem Kreislauf folgende: Der Druckknopf befindet sich in der Ruhestellung, und
die Magnetspule ist nicht erregt, der Verschlußteil 54 liegt auf dem Sitz 58 auf,
wie in Fig. 5 dargestellt.
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Der Verbraucher steht mit dem Netz über das Rohranschlußstück 61,
den Sitz 62, die Kanäle 56, den Ringraum 57 und das Rohranschlußstück 41 in Verbindung.
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Wenn auf den Druckknopf 32 ein Druck ausgeübt oder wenn die Magnetspule
unter Spannung gesetzt wird, verschiebt der Hebel 28 den Stößel 59, welcher den
Verschlußteil auf seinen Sitz 62 drückt, wodurch die Druckluftzufuhr unterbrochen
wird.
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Gleichzeitig wird die im Verbraucher enthaltene Luft mit dem Auslaß
über das Rohranschlußstück 41, den Ringraum 57, die Kanäle 56, die Bohrung 63 sowie
über den Raum des Deckels 34 und schließlich die Lippe 39 des Druckknopfes 32 in
Verbindung gesetzt.
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Dieser Betriebszustand des Gerätes dauert so lange an, wie der Druckknopf
gedrückt oder die Magnetspule unter Spannung gehalten wird.
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Sobald diese Wirkung aufhört, drückt der im Rohranschlußstück 61 herrschende
Druck atü den Verschlußteil 54, welcher den Stößel 59 sowie den Hebel
28 zurückbewegt, wodurch das Ventil in seine Ausgangsstellung in Bereitschaft
zur Aufnahme eines neuen Impulses zurückgebracht wird.
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Wie vorangehend kann diese Baugruppe (Fig. 6) mit dem Ringkörper
52 a und dem Rohranschlußstück 61 a aus Kunststoff hergestellt werden. Die
Dichtungsringe 53 und 13 der Ausführungsform nach Fig. 5 sind durch Lippen 64, 65
ersetzt. Der Verschlußteil 54 und der Stößel 59 bleiben gleich, so daß die Wirkungsweise
des, wie angegeben, abgeänderten Ventils unverändert ist.
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Hierbei ist zu bemerken, daß das elektromagnetisch gesteuerte Ventil
mit normalerweise offenem Kreislauf nach Fig.5 und 6 besonders vorteilhaft gegenüber
Ventilen mit normalerweise geschlossenem Kreislauf ist.
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In der Tat ist bei, den letzteren der Druck der die Wirkung des Druckstückes
überwinden soll, proportional der Fläche des Kreises mit dem Durchmesser 67 (Fig.4).
Bei den Ventilen mit normalerweise offenem Kreislauf ist der durch das Druckstück
zu überwindende Druck proportional der Fläche des Kreises mit dem Durchmesser 68
(Fig. 6). Wie ersichtlich, ist bei gleichen Durchtrittsquerschnitten der Durchmesser
68 kleiner als der Durchmesser 67. Es können daher bei der letzterwähnten Art von
Ventilen Magnetspulen von geringerer elektromagnetischer Kraft verwendet werden,
die folglich mit noch schwächeren Strömen arbeiten.