DE19545532A1 - Halte- und Führungseinheit für ein Sperrorgan eines Solenoidventils und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halte- und Führungseinheit für ein Sperrorgan eines Solenoidventils und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halte- und Führungseinheit für ein Membran-Sperrorgan eines Solenoidventils mit einem elek­ trisch betätigten Vorsteuerventil.
Im speziellen ist der Erfindungsgegenstand eine Halte- und Führungseinheit, umfassend ein erstes, topfförmiges Element aus Kunststoffmaterial, dessen Boden einen äußeren axialen Schaft aufweist, in dem eine Längsleitung zwischen einem Ven­ tilsitz für das Vorsteuerventil und einer Abströmöffnung ver­ läuft, welche am distalen Ende des Schafts angeordnet ist, und ein zweites, ringförmiges Element ebenfalls aus Kunst­ stoffmaterial, welches um den Schaft verankert ist und mit dem Boden des ersten Elements einen Ringsitz zur Halterung des Sperrorgans bildet.
Die erfindungsgemäße Malte- und Führungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element an dem Schaft des er­ sten Elements mit Preßpassung durch Ultraschallschweißung verankert ist.
Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Her­ stellung einer Halte- und Führungseinheit der vorgenannten Art, wobei die wesentlichen Kennzeichen dieses Verfahrens in den beigefügten Ansprüchen 4 ff. festgelegt sind.
Weitere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden an­ hand der folgenden, lediglich beispielhaft gegebenen, detail­ lierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnun­ gen klar werden. Es stellen dar:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Solenoidventils mit einem elektrisch betätigten Vorsteuerventil, welches eine erfindungsgemäße Halte- und Führungseinheit für ein Membran- Sperrorgan umfaßt,
Fig. 2 eine Schnittansicht der in dem in Fig. 1 ge­ zeigten Solenoidventil enthaltenen Halte- und Führungseinheit in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 das in Fig. 2 mit III bezeichnete Detail in vergrößertem Maßstab und
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich derjenigen der Fig. 3, welche zwei Elemente der erfindungsgemäßen Halte- und Füh­ rungseinheit vor deren gegenseitiger Kupplung zeigt.
In Fig. 1 ist ein Solenoidventil des Typs, der gegenwärtig beispielsweise zur Steuerung der Wassereinleitung vom Wasser­ netz in eine Waschmaschine (eine Wäsche-Waschmaschine oder einen Geschirrspüler) verwendet wird, allgemein mit 1 be­ zeichnet.
Das Solenoidventil 1 umfaßt einen Körper 2, in dem ein Ein­ laßverbinder 3 und ein Auslaßverbinder 4 gebildet sind. Ein Filter 5 und ein Durchflußregler 6, beide bekannter Art, sind im Einlaßverbinder 3 angeordnet. Eine im wesentlichen ring­ förmige Einlaßkammer 7 ist in dem Körper 2 zwischen dem Ein­ laßverbinder 3 und dem Auslaßverbinder 4 um einen rohrförmi­ gen, einen Ventilsitz 9 bildenden Vorsprung 8 des Körpers gebildet. Eine Auslaßleitung 10 in dem rohrförmigen Vorsprung 8 steht mit dem Auslaßverbinder 4 in Verbindung.
Dem Ventilsitz 9 ist ein allgemein mit 11 bezeichnetes ring­ förmiges Sperrorgan bzw. ein ringförmiger Obturator zugeord­ net. Das Sperrorgan umfaßt ein Ringelement 12, welches im Zusammenwirken mit dem Sitz 9 als das eigentliche Ventilele­ ment wirkt. Das Ringelement 12 ist durch eine Membran 14 mit einem weiteren Ringelement 13 verbunden. Das Ringelement 13 ist zwischen dem Körper 2 und einem Endflansch 15 eines rohr­ förmigen Gehäuses 16 festgeklemmt, an dessen Außenseite eine Erregerspule 17 angeordnet ist. Der Obturator 12 selbst steht mit einem entsprechenden Sitz in einer allgemein mit 18 be­ zeichneten Halte- und Führungseinheit in Eingriff.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 bis 4 umfaßt die Halte- und Führungseinheit 18 ein erstes Element 19 aus ge­ formtem Kunststoffmaterial mit einem oberen, topfförmigen Abschnitt 20 und einem mit diesem einteiligen, unteren rohr­ förmigen Schaft 21. Der Schaft 21 geht von der unteren Wand des topfförmigen Abschnitts 20 aus; ein axial mittlerer Be­ reich des Schafts 21 bildet eine radiale Schulter 22.
Der Schaft 21 begrenzt eine axiale Leitung 21a, welche sich nach oben hin in einen Ventilsitz 23 öffnet, der im Boden des topfförmigen Abschnitts 20 ausgebildet ist. Nach unten hin endet die Leitung 21a in einer Abströmöffnung 24, welche mit der Auslaßleitung 10 des Solenoidventils in Verbindung steht (Fig. 1).
Mit Bezug auf Fig. 1 trägt ein axial beweglich in dem rohr­ förmigen Gehäuse 16 gelagerter Kern 25 an seinem unteren Ende ein Sperrorgan 26. Eine Schraubenfeder 27 ist zwischen dem anderen Ende des Kerns 25 und der Endwand des Gehäuses 16 angeordnet. Wenn sich die Spule 17 im erregungslosen Zustand befindet, drückt die Feder 27 auf den Kern 25, so daß das Sperrorgan 26 (auch Obturator genannt) auf den Ventilsitz 23 drückt (Fig. 1).
Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Membran 14 die Kammer 7 von einer darüberliegenden Steuerkammer 28 trennt, welche zwischen dem Flansch 15 des Gehäuses 16, der Membran 14 und der Halte- und Führungseinheit 18 begrenzt ist.
Wie am besten aus Fig. 2 zu erkennen ist, liegt die Membran 14 teilweise an der Seitenfläche des topfförmigen Abschnitts 20 des Elements 19 der Halte- und Führungseinheit an. Wenig­ stens eine, in Fig. 2 mit 29 bezeichnete Nut ist in der Sei­ te des topfförmigen Abschnitts 20 ausgebildet; ihr unteres Ende ist mit einer Ringausnehmung 30 verbunden, welche in der Unterseite des Bodens des topfförmigen Abschnitts 20 ausge­ bildet ist. Die Ausnehmung 30 liegt einer Leitung 31 im Sperrorgan 12 gegenüber (Fig. 2).
Die Kammer 7 des Solenoidventils steht über die Leitung 31 und die Nuten 29 und 30 permanent mit der darüberliegenden Steuerkammer 28 in Verbindung, in welcher das von dem Obtur­ ator 26 und vom Sitz 23 gebildete Ventil angeordnet ist. Die­ ses Ventil (das Vorsteuerventil) kann durch Erregung des So­ lenoids 17 gesteuert werden und ist normalerweise geschlos­ sen.
Im Betrieb erreicht das dem Einlaßverbinder 3 des Solenoid­ ventils zugeführte Hydraulikfluid in bekannter Weise über die Leitung 31 und die Nuten 30 und 29 die Steuerkammer 28. Der Hydraulikdruck in der Kammer 28 übt eine Kraft auf die Halte- und Führungseinheit 18 und die Membran 14 aus, die größer als diejenige Kraft ist, die darauf durch den Hydraulikdruck in der Kammer 7 ausgeübt wird. Im nichterregten Zustand des So­ lenoids 17 bleibt das vom Sperrorgan 12 und vom Ventilsitz 9 gebildete Hauptventil folglich geschlossen. Sobald das Sole­ noid 17 erregt wird, wird der Kern 25 gegen die Wirkung der Feder 27 nach oben gezogen; das Sperrorgan 26 öffnet den Ven­ tilsitz 23, und der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 28 entlädt sich nahezu augenblicklich über die Leitung 21a im Schaft 21 und die Auslaßleitung 10. Die auf das Sperrorgan 12, die Membran 14 und die Halte- und Führungseinheit 18 durch den Druck in der Kammer 7 ausgeübte Kraft hebt folglich diese Baugruppe an und bewegt das Sperrorgan 12 vom Ventil­ sitz 9 weg. Das Hauptventil ist damit geöffnet; das Hydrau­ likfluid kann vom Einlaßverbinder 3 zum Auslaßverbinder 4 strömen.
Wie am besten aus den Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist, umfaßt die Halte- und Führungseinheit 18 ferner ein Ringelement 40, welches mit dem Schaft 21 des topfförmigen Elements 20 gekup­ pelt ist. Dieses Ringelement steht radial über den die Ring­ schulter 22 bildenden Abschnitt des topfförmigen Elements 20 vor. Das Ringelement 40 legt zusammen mit dem Boden des topf­ förmigen Elements 20 einen Ringsitz 41 fest, in dem das Sperrorgan 12 eingeklemmt ist (Fig. 3).
Fig. 4 zeigt die Form des Rings 40 und des Schafts 21 des topfförmigen Elements 20 vor deren Kupplung. Wie aus dieser Zeichnung zu erkennen ist, weist der Ring 40 eine Innenfläche mit einem Stufenprofil mit einer Reihe zylindrischer Ringflä­ chen 51, 52, 53 auf, welche durch radiale Schultern 54 und 55 miteinander verbunden sind. Die zylindrischen Flächen 51, 52 und 53 weisen zunehmend größer werdende Durchmesser auf.
Die äußere Seitenfläche des rohrförmigen Schafts 21 weist in entsprechender Weise ein ähnliches Stufenprofil mit zylindri­ schen Flächen 61, 62 und 63 auf, welche durch radiale Schul­ tern 64 und 65 miteinander verbunden sind. Die Durchmesser der zylindrischen Flächen 61 bis 63 werden zunehmend größer.
Die Durchmesser der aufeinanderfolgenden inneren Ringflächen 51, 52 und 53 des Rings 40 sind geringfügig kleiner als die Durchmesser der zylindrischen Flächen 61, 62 und 63 des rohr­ förmigen Schafts 21. Die axialen Abmessungen der zylindri­ schen Flächen und die radialen Abmessungen der Schultern des Rings 40 entsprechen im wesentlichen den axialen Abmessungen der zylindrischen Flächen bzw. den radialen Abmessungen der Schultern des rohrförmigen Schafts 21. Bei der Montage wird der Ring 40 mit dem Ende des rohrförmigen Schafts 21 unter Zuhilfenahme einer Sonotrode (engl. "sonotrode") mit Preßpas­ sung gekuppelt, welche deren Ultraschallverschweißung herbei­ führt.
Eine in den Fig. 3 und 4 mit 50 bezeichnete Ringnut ist vorteilhafterweise der äußeren zylindrischen Fläche 63 in der Schulter 22 des topfförmigen Elements 20 benachbart ausgebil­ det. Diese Nut ist dazu vorgesehen, das "überfließende Mate­ rial" zu sammeln, welches aus der Verschmelzung der Stufen des Rings 40 mit den entsprechenden, mit diesen in Preßein­ griff stehenden Stufen des Schafts 21 beim Preßpassen durch Ultraschallschweißen entsteht.
Nach Beendigung des Passens haben der Ring 40 und das topf­ förmige Element 20 die in Fig. 2 und vergrößert in Fig. 3 gezeigte Gestalt.
Das Ringelement 40 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendi­ gerweise, vom topfförmigen Element weg mit einer konischen äußeren Ringfläche 40a verjüngt.
Im Betrieb des Solenoidventils 1 wirkt der Ring 40 als Füh­ rungselement für die Verlagerung des Sperrorgans 12. Der Ring 40 erstreckt sich nämlich in den rohrförmigen Vorsprung 8 des Körpers 2 des Solenoidventils, an welchem der Ventilsitz 9 gebildet ist, und ist darin axial verschiebbar geführt.
Selbstverständlich können unter Beibehaltung des Erfindungs­ prinzips die Ausführungsformen und Konstruktionseinzelheiten in weitem Maß hinsichtlich der lediglich beispielhaft be­ schriebenen und dargestellten variiert werden, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zusammenfassend wird eine Einheit vorgeschlagen, welche ein erstes, topfförmiges Element aus Kunststoffmaterial mit einem Boden umfaßt, welcher einen äußeren axialen Schaft aufweist, in dem eine längsverlaufende Leitung zwischen einem Sitz ei­ nes Vorsteuerventils und einer distalen Abströmöffnung gebil­ det ist. Ein zweites, ringförmiges Element aus Kunststoffma­ terial ist um den Schaft des ersten Elements mit Preßpassung durch Ultraschallschweißung verankert und begrenzt mit einer Bodenwand des ersten Elements einen Ringsitz, in dem ein Sperrorgan bzw. Obturator gehalten ist.

Claims (5)

1. Malte- und Führungseinheit für ein Membran-Sperrorgan (12, 14) eines Solenoidventils (1) mit einem elektrisch betätigten Vorsteuerventil (23-26, 17), umfassend
  • - ein erstes, topfförmiges Element (20) aus Kunst­ stoffmaterial, dessen Boden einen äußeren axialen Schaft (21) aufweist, in dem eine Längsleitung (21a) zwischen einem Ventilsitz (23) für das Vorsteuerventil (23-26, 17) und einer Abströmöffnung (24) verläuft, welche am distalen Ende des Schafts (21) angeordnet ist, und
  • - ein zweites, ringförmiges Element (40) ebenfalls aus Kunststoffmaterial, welches um den Schaft (21) verankert ist und mit dem Boden des ersten Elements (20) einen Ringsitz (41) zur Halterung des Sperrorgans (12, 14) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (40) an dem Schaft (21) des ersten Elements (20) mit Preßpassung durch Ultraschallschweißung verankert ist.
2. Halte- und Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Seitenfläche des Schafts (21) des ersten Elements (20) und eine Innen­ fläche des zweiten Elements (40) jeweils mit Stufenpro­ filen (51-55, 61-65) ausgeführt sind, welche bei der Passung miteinander in Preßeingriff gelangen können und als Folge der Ultraschallschweißung verschmelzen können.
3. Halte- und Führungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (40) eine Außenfläche (40a) aufweist, welche von dem ersten Ele­ ment (20) weg verjüngt ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Halte- und Führungsein­ heit (18) für ein Membran-Sperrorgan (12, 14) eines So­ lenoidventils (1) mit einem elektrisch betätigten Vor­ steuerventil (23-26, 17), umfassend die Schritte:
  • - Vorsehen eines ersten, topfförmigen Elements (20) aus Kunststoffmaterial, dessen Boden einen äußeren axialen Schaft (21) aufweist, in dem eine Längsleitung (21a) zwischen einem Ventilsitz (23) für das Vorsteuerventil (23-26, 17) und einer Abströmöffnung (24) verläuft, welche am distalen Ende des Schafts (21) angeordnet ist,
  • - Vorsehen eines zweiten, ringförmigen Elements (40) ebenfalls aus Kunststoffmaterial und
  • - Verankern des zweiten Elements (40) um den Schaft (21) des ersten Elements (20) in solcher Weise, daß ein Ring­ sitz (41) zum Haltern des Sperrorgans (12, 14) zwischen dem zweiten Element (40) und der Bodenwand des ersten Elements (20) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (40) durch Preßpassen und Ultraschallschweißen mit dem Schaft (21) des ersten Elements (20) verankert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Seitenfläche des Schafts (21) des ersten Elements (20) und eine Innen­ fläche des zweiten Elements (40) jeweils mit Stufenpro­ filen (51-55, 61-65) ausgeführt werden, welche beim Passen miteinander in Preßeingriffgelangen können und als Folge des Ultraschallschweißens verschmelzen können.
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