DE19623162A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Ansteuermagnetsystem, weiches eine elektromagnetische Spule enthält sowie mit einem Gehäuse, an welchem das Elektromagnetsystem angebracht und in welchem Druckmittelleitungen angelegt sind, wobei die Druckmittelleitungen an oder in mindestens einen Ventilsitz münden, der über ein Ventilbetätigungselement verschließ- bzw. öffenbar ist gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Magnetventile dieser Art sind hinreichend bekannt und in verschiedenartiger Bauform realisiert. Magnetventile dieser Art unterscheiden sich gegenüber rein fluidbetriebenen Ventilen dadurch, daß die Betätigung des Ventilstößels bzw. des Ventilbetätigungselementes nicht über einen kleinen Kolbenantrieb, sondern über einen Elektromagneten erfolgt. Ventile mit rein pneumatischer Ansteuerung haben natürlich den Vorzug, auch dort eingesetzt werden zu können, wo keine elektrische Energie, insbesondere auch keine elektrische Ansteuerbarkeit gegeben ist. Dagegen sind Magnetventile jedoch in ihrer Ansteuerung präziser und schneller. Zudem kann über die elektrische Ansteuerung von Magnetventilen auch eine Einbindung in auch in diesem Bereich mittlerweile viel verwendete Bussysteme realisiert werden. Die Magnetventile können in ihrer Ansteuerung adressiert sein. Dadurch erreicht man durch die Verwendung von Magnetventilen eine vielseitigere Einsatzmöglichkeit. Die Standardbauform bekannter Magnetventile ist, daß im Betätigungsbereich eine Magnetspule verwendet wird, innerhalb der ein beweglicher Anker vorgesehen ist. Der Anker ist wiederum mit Mitteln versehen, die an den eigentlichen Ventilstößel mechanisch ankoppeln. Der Ventilstößel selbst besteht in den meisten Fällen aus einem oder mehreren Ventiltellern, die auf Ventilsitze auflegbar bzw. von denselben abhebbar sind. Die mechanische Einheit, bestehend aus beweglichem Anker, Ventilstößel und mechanischen Kopplungsmitteln muß nach außen abgedichtet werden, weil die letztendlichen Betätigungselemente in Druckräume des Ventilkörpers hineinragen. Diese Abdichtung soll Leckagen aus dem zu schaltenden Druckmitteileisungssystem entweder ganz ausschalten oder zumindest minimieren.

Nachteilig ist hierbei, daß Dichtungen dem Verschleiß unterliegen und eine geeignete Abdichtung des Druckleitungssystems nicht beliebig und dauerhaft bewerkstelligbar ist. Darüber hinaus erzeugen Dichtungen am Ventilstößel mechanische Reibung, die zu einer deutlichen Veränderung der Dynamik solcher Ventile führt. Insbesondere werden die Ansprechzeiten dadurch verzögert bzw. verlängert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Magnetventil der gattungsgemäßen Art die Dynamik erheblich zu verbessern und auf Dichtungen im Bereich des Ventilbetätigungselementes des Ventiles nach außen verzichten zu können.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Magnetventil der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird insgesamt auf mechanische Kopplungselemente sowie in diesem Falle auch auf einen beweglichen Anker im Elektromagnet verzichtet. Die Betätigung des eigentlichen Betätigungselementes bzw. des eigentlichen Ventilstößeis erfolgt dabei ohne mechanische Kopplung zum Anker des Magneten. Die Betätigung erfolgt alleine über magnetische Wechselwirkung. Um dies zu bewerkstelligen, sind bei der vorliegenden Erfindung sowohl der Anker, als auch der Ventilstößel aus Permanentmagneten gebildet. Der Anker innerhalb des Magneten ist ortsfest angeordnet, d. h. er verschiebt sich während der elektrischen Beaufschlagung der Spule nicht. Der eigentliche Ventilstößel bzw. das Ventilbetätigungselement besteht aus einem Permanentmagneten, welcher mit einer Elastomerummantelung versehen ist. Durch diese Elastomerummantelung liegt der Ventilstößel entsprechend besser abdichtend auf dem Ventilsitz auf.

In der einfachsten Ausführung der Erfindung ist der Anker der Magnetspule jedoch nicht als Permanentmagnet, sondern als magnetische Feldlinien leitender Körper ausgebildet. Dadurch, daß der Ventilstößel aus einem Permanentmagneten mit einer vorgegebenen magnetischen Polorientierung besteht, kann bei entsprechender Polarisierung der Magnetspule auch die Betätigung in der gewünschten Richtung erfolgen. Liegt der Ventilstößel bei einer entsprechenden Stellung auf, so wird er durch das Druckgefälle zwischen dem Druckraum, in weichem der Stößel angeordnet ist, und dem Druck unterhalb des Ventilsitzes, den er verschließt, gehalten. So wird eine verschließende Kraft auch dauerhaft bei Vorliegen des entsprechenden Druckes, d. h. auch bei Abwesenheit einer elektrischen Beaufschlagung des Magnetsystemes erreicht. Bei entsprechender Polarisierung des Elektromagneten kann der Ventilstößel abgehoben werden, wobei die magnetische Kraft entgegen der durch das Druckmittel erteilten Kraft in Betrag und Richtung wirken muß.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß auch der Anker aus einem Permanentmagneten besteht. Dadurch kann auch bei Abwesenheit von Druckmittel eine Vorzugsstellung bzw. eine Grundstellung des Ventiles durch entsprechende Ausrichtung der Pole erreicht werden. Weist beispielsweise der Südpol des Ankers auf den Südpol des Permanentmagneten des Ventilstößels, so führt dies zu einer Abstoßung und der Ventilstößel wird nach unten betätigt und dauerhaft gehalten. Ist der Ventilstößel jedoch in umgekehrter Weise eingebaut, so daß sich der Südpol des Ankerpermanentmagneten dem Nordpol des Ventilstößels gegenüberliegen, so wird in der Grundstellung der Ventilstößel angezogen. Diese Grundstellungen werden, wie oben bereits ausgeführt, in Abwesenheit von sowohl Druckmittelenergie als auch elektrischer Energie bewirkt. Durch die Elastomerummantelung des Permanentmagneten, welcher als Ventilstößel wirkt, besteht der Ventilstößel somit nur noch aus einem einzigen massiven körperhaften Bauteil, welches lediglich noch die entsprechende Elastomerummantelung aufweist.

Die Vorteile einer solchen erfindungsgemäßen Bauform bestehen darin, daß auf Abdichtungen vom inneren Druckraum des Ventiles nach außen gänzlich verzichtet werden kann. Des weitern kann auf mechanisch bewegliche Ankerelemente vollständig verzichtet werden. Dadurch wird die gesamte Bauform des Ventiles einfacher und störunempfindlicher. Darüber hinaus erhöht sich noch die Dynamik des Ventiles in vorteilhafter Weise.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ventilausgestaltung in Schnittdarstellung mit gleichpoliger Ausrichtung und

Fig. 2 einen Teilausschnitt zu Fig. 1 mit gegenpoliger Ausrichtung.

Fig. 1 zeigt die Erfindung in Schnittdarstellung eines Magnetventiles. Bei vorliegenden erfindungsgemäßen Ventil wird ein Magnetsystem verwendet, welches aus einer Spule 2 besteht, das von einem magnetisch leitenden Joch 3 umgeben ist. In der Mitte ist ein Anker 4 vorgesehen, der in dieser Ausgestaltung der Erfindung aus einem Permanentmagneten besteht und ortsfest ist. Die Verwendung von magnetisch remanentem Material erhöht die auf den Ventilstößel 5 wirkende Kraft deutlich. In dieser entsprechenden Darstellung von Süd- und Nordpolausrichtung zwischen Magnetspule 2 und Ankerpermanentmagnet 4 wird bewirkt, daß bei Abwesenheit von elektrischer Energie das Permanentmagnetfeld des Ankers dennoch wirksam ist. Bei elektrischer Beaufschlagung der Spule wird dieses Permanentmagnetfeld durch eine Gegenfelderzeugung aufgehoben und eine entsprechende Wirkung auf das Betätigungselement erreicht. Gegebenenfalls kann zur Unterstützung noch eine Druckfeder unter dem Stößel sein.

Im unteren Teil des Bildes von Fig. 1 ist das eigentliche Ventilgehäuse 1 dargestellt, in dem die Druckmittelleitungen R, A und P angelegt sind. Der eigentliche Ventilstößel 5 bzw. das Ventilbetätigungselement ist dabei innerhalb eines Druckraumes angeordnet, in den sämtliche drei Leitungen, R für Entlüftung, A für Arbeitsleitung und P für Druckmittelversorgung einmünden. Zwei der Leitungen, nämlich R die Entlüftung und P die Druckmittelversorgung münden dabei in Ventilsitze. Die Arbeitsleitung mündet frei in den Druckraum. Das eigentliche Ventilbetätigungselement bzw. der Stößel ist innerhalb dieses Druckraumes angeordnet und gänzlich als Permanentmagnet ausgestaltet. In der Darstellung zu Fig. 1 ist die Südpolausrichtung so angelegt, daß sich die Südpole des Ventilstößeis und des Ankerpermanentmagneten gegenüberliegen und somit abstoßen. Der Ventilstößel wird somit nach unten auf den unteren Ventilsitz gepreßt. Zur abdichtenden Auflage des Ventilstößels auf dem Ventilsitz ist in vorteilhafter Weise der Permanentmagnet, d. h. der Ventilstößel 5 mit einem Elastomer 6 ummantelt.

Der Ventilstößel besteht bei dieser erfindungsgemäßen Bauform lediglich aus einem ummantelten einstückigen geometrischen Körper. Einer separaten Anformung von Ventilsitzen bedarf es hierbei nicht. Lediglich sind diejenigen Flächen, die im entsprechenden Betätigungszustand auf den entsprechenden Ventilsitzen dichtend aufliegen, zu diesem Zweck entsprechend plan geformt. Die eigentliche Ventilsitzfunktion übernimmt hierbei die erfindungsgemäße Ummantelung in ihrer physischen Konsistenz die dichtende Ventiltellerfunktion. Durch die Weichheit der Elastomerummantelung kommt es zu einem dichtenden Anliegen auf dem entsprechenden Ventilsitz. Diese Bauform ist extrem einfach herzustellen und darüber hinaus in seiner Funktion sehr zuverlässig.

Fig. 2 zeigt eine zweite Bauform, die sich von der ersten aus Fig. 1 nur darin unterscheidet, daß sich die Pole des Ankerpermanentmagneten und des Ventilstößels nicht gleichnamig, sondern entgegengesetzt gegenüberliegen. Dadurch, daß der Südpol des Ankerpermanentmagneten dem Nordpol des Ventilstößels gegenüberliegt, wird in der elektrisch nicht beaufschlagten Grundstellung das Ankermagnetfeld den Ventilstößel nach oben ziehen und auf den oberen Ventilsitz schließen. Dies kann in entsprechender Berücksichtigung zur Verwendung entweder als NC-Version oder als NO-Version für Ventile dieser Art eingesetzt werden. Diese in Fig. 1 und Fig. 2 aufgezeigten Grundstellungen werden, wie oben bereits ausgeführt, in Abwesenheit sowohl elektrischer als auch pneumatischer Beaufschlagung erreicht. Das heißt, ohne Verwendung von Druck- oder Zugfedern wird hier eine Grundstellung des Ventiles im unbetätigten Zustand gewährleistet.

Wegen der guten Dynamik und der kostensparenden Bauform sind diese Ventile vielseitig einsetzbar.

Claims (9)

1. Magnetventil mit einer elektromagnetischen Spule und einem diese Spule umgebenden Joch samt Anker, sowie mit einem Gehäuse, in welchem Druckmittelleitungen geführt werden und vom Anker ein Ventilstößel auf Ventilsitze setzbar oder von denselben abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (5) sowie der Anker (4) aus permanentmagnetischem Material gebildet sind, und daß der Anker (4) ortsfest und unbeweglich angeordnet ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Ventilstößel (5) aus einem einstückigem Permanentmagneten besteht.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (5) zumindest partiell mit einer Elastomerummantelung versehen ist.

4. Magnetventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) sowie der Ventilstößel (5) auf einer gemeinsam fluchtenden Betätigungslinie angeordnet sind.

5. Magnetventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) ortsfest und magnetisch leitschlüssig mit dem Joch (3) des Elektromagneten verbunden in der Spule (2) angeordnet ist.

6. Magnetventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Pole der Permanentmagneten (4, 5) dieselbe Polarität haben.

7. Magnetventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Pole der Permanentmagneten (4, 5) entgegengesetzte Polarität haben.

8. Magnetventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ventilsitze diametral gegenüberliegend angeordnet sind und in den Druckmittelraum münden, in welchem der Ventilstößel bewegbar ist.

9. Magnetventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsleitungsanschluß frei und ohne Ventilsitz in den Druckmittelraum einmündet.