DE19757475C2 - Servogesteuertes Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein servogesteuertes Ma­ gnetventil, mit einem Hauptventil, dessen Hauptver­ schlußstück durch den Arbeitshub eines Servokolbens vom gehäusefesten Hauptventilsitz abhebbar ist, und mit ei­ nem Servoventil, dessen Servoverschlußstück vom Servo­ ventilsitz abhebbar ist, wenn ein Tauchanker nach einem Leerhub ein das Servoverschlußstück tragenden Schieber mitnimmt und dadurch eine Druckkammer auf der dem Hauptventilsitz abgewandten Seite des Servokolbens zur Niederdruckseite hin druckentlastet.

Bei einem bekannten Magnetventil dieser Art (US 2 965 350) besteht der Schieber aus einer Stange, die an einem Ende das Servoverschlußstück, am anderen Ende einen Anschlag und dazwischen einen zweiten Anschlag trägt. Zwischen den beiden Anschlägen ist der Tauchanker mit entsprechenden Gegenanschlägen angeord­ net. Während eines ersten Abschnitts des Arbeitshubes des Tauchankers wird dieser unbelastet beschleunigt, so daß er nach einem Leerhub mit erheblicher Energie auf den Schieber trifft. Da gleichzeitig auch die Magnet­ kraft angewachsen ist, genügen verhältnismäßig kleine elektromagnetische Systeme, um das Magnetventil zu be­ tätigen. Dem Leerhub folgt ein zweiter Abschnitt des Arbeitshubes, in welchem der Schieber aus dem Bereich des Hauptventilsitzes entfernt wird, so daß das Haupt­ verschlußstück, das zusammen mit dem Servoventilsitz am Boden eines topfförmigen Servokolbens ausgebildet ist, genügend weit öffnen kann. Dies ergibt einen verhält­ nismäßig großen Arbeitshub des Tauchankers und damit eine große Bauhöhe des Magnetventils.

Es ist ferner ein Magnetventil bekannt (DE 297 06 717 U1), bei dem ein federbelasteter Tauchanker mit einem das Servoverschlußstück tragenden Zwischenstück verbunden ist, so daß das Servoventil nach einem Leerhub des Tauchankers öffnet. Das Hauptventilverschlußstück ist als Sitzhülse ausgebildet, die das Zwischenstück umgibt und durch Anschläge am Zwischenstück in Öffnungsrich­ tung mitnehmbar ist. Durch entsprechende Bemessung der Wirkfläche des Hauptventilsitzes und des Querschnitts des Tauchankers öffnet das Hauptventil druckausgegli­ chen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnet­ ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das unter sonst gleichen Umständen eine geringere Bauhöhe und einen größeren Öffnungshub des Hauptventils ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Servokolben ein Ringkolben ist, der einen Hauptven­ tilverschlußstück und Servoventilsitz tragenden Ein­ satz umgibt, sowie beim Arbeitshub mit ersten Anschlä­ gen den Schieber und mit zweiten Anschlägen den Einsatz mitnimmt.

Bei dieser Konstruktion wird der Schieber, nachdem der Tauchanker den Leerhub durchlaufen hat, nicht mehr vom Tauchanker nach außen gezogen, sondern durch den Servo­ kolben nach außen gedrückt, wobei der Schieber einen dem Leerhub entgegengesetzten Hub relativ zum Tauch­ anker durchführt. Da der Schieber nicht aus dem freien Ende des Tauchankers herauszuragen braucht, ist die ge­ wünschte kleine Bauhöhe möglich.

Der Servokolben nimmt bei seinem Arbeitshub auch den das Hauptverschlußstück tragende Einsatz mit, so daß sich eine große Öffnung des Hauptventils ergibt. Die gegenüber dem Schieber verzögerte Mitnahme des Einsat­ zes stellt sicher, daß das Servoventil während des Öff­ nungshubes des Hauptverschlußstücks geöffnet bleibt und deshalb der Öffnungsvorgang nicht unterbrochen wird. Hierbei sind die Leerlaufstrecke des Tauchankers, der zweite Anschlag und eine Stufe des Einsatzes derart an­ einander angepaßt, daß das Servoventil nicht schließen kann. Insgesamt kann man einen verhältnismäßig großen Ventilöffnungsgrad mit einem sehr niedrigen Öffnungs­ differenzdruck erzielen.

Empfehlenswert ist es, daß die ersten Anschläge durch die ringförmige Stirnfläche des Servokolbens gebildet sind und mit radial über den Einsatz hervorstehenden Anschlagflächen des Schiebers zusammenwirken und/oder daß die zweiten Anschläge durch einen Innenflansch des Servokolbens gebildet sind und mit einer äußeren Stufe des Einsatzes zusammenwirken. Solche Ausgestaltungen lassen sich sehr leicht herstellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür ge­ sorgt, daß der Schieber etwa die Form eines Topfes mit Bodenplatte und Topfwand hat, das benachbarte Ende des Tauchkolbens ins Topfinnere greift und durch Anschläge an Topf und Tauchkolben eine Relativbewegung auf die Größe des Leerhubs begrenzt ist. Dies ergibt eine die kurze Bauhöhe begünstigende Kupplung zwischen Schieber und Tauchkolben.

Hierbei ist es von Vorteil, daß die Bodenplatte in der Mitte das Servoverschlußstück trägt und außen über den Topfdurchmesser übersteht. Der überstehende Teil bildet die gewünschten Anschlagflächen, ohne daß der Topf­ durchmesser wesentlich größer als der Tauchankerdurch­ messer vorgesehen sein müßte.

Günstig ist es auch, daß die Topfwand einen Ausschnitt aufweist, durch den der Tauchanker quer zur Hubrichtung einführbar ist. Auf diese Weise kann der Zusammenbau erheblich vereinfacht werden.

Von Vorteil ist es, daß die Bodenplatte am Rand Ein­ schnitte und/oder weiter innen Löcher aufweist. Auf diese Weise ergeben sich Kanäle, über die Flüssigkeit bei der Bewegung des Schiebers ohne große Drosselwir­ kung übertreten kann, so daß die Bewegung des Schiebers nicht behindert wird. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Flüssigkeit in der Druckkammer bei voll geöffnetem Ventil aus dem Schieber strömen kann, was sonst wegen der Anlage des Servokolbens an dem Schieber nicht er­ folgen könnte.

Es empfiehlt sich, daß der Arbeitshub des Tauchankers nur geringfügig größer als der Leerhub ist. Damit er­ zielt man eine äußerst geringe Bauhöhe.

Vorzugsweise ist zusätzlich zu einer den Tauchanker belastenden Schließfeder eine schwächere Druckfeder zwischen Schieber und Tauchanker vorgesehen. Diese Druckfeder verhindert ein "Kleben" des Tauchankers am Schieber und damit eine Öffnung des Servoventils, bevor der Leerhub durchlaufen ist.

Des weiteren ist es günstig, daß zusätzlich zu einer den Tauchanker belastenden Schließfeder zwischen Gehäu­ se und Servokolben eine in Richtung des Arbeitshubs wirkende, schwächere Druckfeder vorgesehen ist. Diese Druckfeder stellt sicher, daß der Servokolben seinen Arbeitshub beginnt, sobald das Servoventil geöffnet ist. Im Extremfall kann der Öffnungsdifferenzdruck auf Null reduziert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß Ma­ gnetventil in geschlossenem Zustand,

Fig. 2 das Magnetventil der Fig. 1 im geöffneten Zu­ stand,

Fig. 3 einen erfindungsgemäß verwendbaren Schieber in perspektivischer Darstellung und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform.

Das veranschaulichte Magnetventil weist einen Elektro­ magneten 1 mit einer Spule 2 auf, die auf einen Spulen­ träger 3 gewickelt und von einem Joch 4 umgeben ist. Ein Ankerrohr 5, in das am äußeren Ende ein Stopfen 6 aus magnetischem leitendem Material eingesetzt ist, wird von dem Spulenträger 3 gehalten. Ferner ist im An­ kerrohr 5 ein Tauchanker 7 geführt, der durch eine in einer Sackbohrung 8 aufgenommene Schließfeder 9 bela­ stet ist. Der Elektromagnet 1 ist über das Ankerrohr 5 fest mit einem Ventilgehäuse 10 verbunden. Zu diesem Zweck weist das Ankerrohr 5 am unteren Ende einen radi­ al abgewinkelten Kragen 11 auf, der mittels eines flan­ schartigen Klemmstücks 12 am Ventilgehäuse 10, bei­ spielsweise durch Schrauben, festgehalten wird.

Im Ventilgehäuse 10 befindet sich ein Hauptventil 13 und ein Servoventil 14. Das Hauptventil 13 besitzt ei­ nen gehäusefesten Hauptventilsitz 15, der zwischen der einlaufseitigen Druckseite 16 und der auslaufseitigen Niederdruckseite 17 angeordnet ist, und ein Hauptver­ schlußstück 18, das an der Unterseite eines Einsatzes 19 ausgebildet ist. Das Servoventil 14 besitzt einen Servoventilsitz 20, der sich an der Oberseite des Ein­ satzes 19 befindet und den Einlaß zu einem zur Nieder­ druckseite 17 führenden Kanal 21 bildet, und ein Servo­ verschlußstück 22, das an der Unterseite eines Schie­ bers 23 ausgebildet ist.

Der Einsatz 19 wird von einem Servokolben 24 umgeben, der an seiner dem Hauptventilsitz 15 abgewandten Stirn­ seite eine Druckkammer 25 begrenzt, die bei geschlosse­ nem Haupt- und Servoventil aufgrund von Leckkanälen den eingangsseitigen Druck und bei geöffnetem Servoventil 14 den ausgangsseitigen Niederdruck führt. Der Servo­ kolben 24 weist erste Anschläge 26 an seiner oberen Stirnseite auf, die mit Anschlagflächen 27 an der Un­ terseite des Schiebers 23 zusammenwirken, sowie zweite Anschläge 28 an einem Innenflansch des Servokolbens 24, die mit einer äußeren Stufe 29 des Einsatzes 19 zusam­ menwirken. Der Abstand zwischen den ersten Anschlägen 26 und den zugehörigen Anschlagflächen 27 ist kleiner als der Abstand zwischen den zweiten Anschlagflächen 28 und der zugehörigen Stufe 29. Dies hat zur Folge, daß bei einer Bewegung des Servokolbens 24 zunächst der Schieber 23 und dann der Einsatz 19 mitgenommen werden, die Mitnahmebewegung daher bei geöffnetem Servoventil 14 erfolgt.

Das Verhältnis der Durchmesser von Servokolben 24 und Einsatz 19 wird so gewählt, daß das Hauptventil öffnen kann, und liegt typischerweise bei etwa 2 : 1.

Der Schieber 23 hat eine wesentlich geringere axiale Erstreckung als der Tauchanker 7. Er besitzt im wesent­ lichen die Form eines Topfes mit einer Topfwand 30 und einer Bodenplatte 31. Der Topfdurchmesser ist etwas ge­ ringer als der Durchmesser des Tauchankers 7. Die Bo­ denplatte 31 steht zur Bildung der Anschlagflächen 27 über den Topfdurchmesser hinaus. Ein Ankerfuß 32 ragt in das Topfinnere und weist am unteren Ende einen Dop­ pelanschlag 33 auf, der in der einen Endstellung mit einem durch die Oberseite der Bodenplatte 31 gebildeten Anschlag 34 und in der anderen Endstellung mit einem durch einen Innenflansch des Schiebers 30 gebildeten Anschlag 35 zusammenwirkt. Schieber 23 und Tauchanker 7 können daher relativ zueinander um einen Leerhub S be­ wegt werden. Dieser Leerhub S ist etwas kleiner als der Arbeitshub L, den der Tauchanker 7 zurücklegen kann.

Weitere Einzelheiten des Schiebers 23 ergeben sich aus Fig. 3. Die Topfwand 30 besitzt eine Aussparung 36, so daß man den Ankerfuß 32 trotz Vorhandensein des Dop­ pelanschlags 33 quer zur Hubrichtung in das Topfinnere einschieben kann. Außerdem weist die Bodenplatte 31 au­ ßen Einschnitte 37 und weiter innen Löcher 38 auf, die einen ungedrosselten Flüssigkeitsübertritt von der Un­ terseite zur Oberseite der Bodenplatte 31 und umgekehrt ermöglichen, die Arbeitsweise des Magnetventils also nicht durch Drosselwiderstände behindert wird.

Das Magnetventil arbeitet wie folgt:

• 1. Wenn das Hauptventil 13 geschlossen ist (Fig. 1) und der Elektromagnet 1 erregt wird, durchläuft der Tauchanker 7 seinen Arbeitshub L. Hierbei trifft der Doppelanschlag 33 nach einem belastungsfreien Leerhub S auf den Anschlag 35 des Schiebers 23 und nimmt diesen über ein kurzes Wegstück mit. Hier­ durch öffnet sich das Servoventil 14, und die Druckkammer 25 wird über den Kanal 21 zur Nieder­ druckseite 17 hin druckentlastet. Nunmehr überwiegt die durch den Flüssigkeitsdruck von unten auf den Servokolben 24 ausgeübte Kraft, so daß sich der Servokolben 24 nach oben verschiebt und dabei über seine ersten Anschläge 26 zunächst den Schieber 23 und dann über seine zweiten Anschläge 28 den Ein­ satz 19 mitnimmt. Dies bewirkt, daß unter Beibehal­ tung der Öffnung des Servoventils 14 der Schieber um einen dem Leerhub S entsprechenden Hub nach oben geschoben wird. Diese Bewegung macht auch der Ein­ satz 19 mit, so daß das Hauptventil 13 geöffnet wird und einen großen Öffnungsquerschnitt besitzt. Dieser Zustand, der in Fig. 2 veranschaulicht ist, bleibt erhalten, solange der Elektromagnet erregt ist.
• 2. Wird der Erregerstrom unterbrochen, sorgt die Schließfeder 9 dafür, daß der Tauchanker 7 nach un­ ten geschoben wird, so daß der Anker nach einer kurzen Bewegung am Boden des Schiebers 23 anliegt und die Löcher 38 schließt. Er nimmt durch Anlage des Doppelanschlags 33 am Anschlag 34 den Schieber 23 mit, wodurch sich das Servoventil 14 schließt. Über Leckkanäle baut sich in der Druckkammer 25 wieder der eingangsseitige Druck auf, wodurch der Servokolben 24 und der Einsatz 19 in die veran­ schaulichte Ruhestellung zurückkehren. Das Haupt­ ventil 13 schließt zunächst langsam und dann immer schneller, bis die Stellung der Fig. 1 erreicht ist. Wenn der Einsatz 19 am Hauptventilsitz 15 zur Anlage kommt, bleibt das Hauptventil geschlossen, aber das Servoventil ist weiterhin offen, bis die Weiterbewegung des Schiebers schließlich bewirkt, daß das Servoverschlußstück 22 am Servoventilsitz 20 anliegt.

Die Ausführungsform der Fig. 4 entspricht derjenigen der Fig. 1 bis 3. Jedoch sind zwei Federn zusätzlich zur Schließfeder 9 vorhanden. Es handelt sich um eine erste Druckfeder 39, die schwächer als die Schließfeder 9 und zwischen den Tauchanker 7 und den Schieber 23 ge­ schaltet ist. Sie sorgt dafür, daß zu Beginn des Leer­ hubes des Tauchankers 7 eine sichere Trennung vom Schieber 23 erfolgt. Eine zweite Druckfeder 40 ist schwächer als die Schließfeder 9 und zwischen dem Ven­ tilgehäuse 1 und dem Servokolben 24 angeordnet. Sie vermag den Servokolben 24 bis zur Anlage an den Einsatz 23 anzuheben und sorgt dafür, daß schon geringe Druck­ differenzen ausreichen, um den Servokolben 24 in Bewe­ gung zu setzen und damit das Hauptventil 13 zu öffnen. Außerdem kann mit dieser Druckfeder 40 bei passender Dimensionierung eine abgebremste Schließbewegung er­ zielt werden.

Von den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfa­ cher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann der Schieber, statt den Ankerfuß 32 zu übergreifen, auch mit einem mittigen Fortsatz in eine entsprechende Ausnehmung des Tauchankers 7 greifen. Günstig beeinflußt es die Bewe­ gung des Tauchankers 7, wenn die obere und die untere Stirnseite miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine Verlängerung der Sackbohrung 8 durch eine Bohrung kleineren Durchmessers.

Claims (10)

1. Servogesteuertes Magnetventil, mit einem Hauptven­ til, dessen Hauptverschlußstück durch den Arbeits­ hub eines Servokolbens vom gehäusefesten Hauptven­ tilsitz abhebbar ist, und mit einem Servoventil, dessen Servoverschlußstück vom Servoventilsitz ab­ hebbar ist, wenn ein Tauchanker nach einem Leerhub einen das Servoverschlußstück tragenden Schieber mitnimmt und dadurch eine Druckkammer auf der dem Hauptventilsitz abgewandten Seite des Servokolbens zur Niederdruckseite hin druckentlastet, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben (24) ein Ring­ kolben ist, der einen Hauptventilverschlußstück (18) und Servoventilsitz (20) tragenden Einsatz (19) umgibt sowie beim Arbeitshub mit ersten An­ schlägen (26) den Schieber (23) und mit zweiten An­ schlägen (28) den Einsatz (19) mitnimmt.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten Anschläge (26) durch die ring­ förmige Stirnfläche des Servokolbens (24) gebildet sind und mit radial über den Einsatz (19) hervor­ stehenden Anschlagflächen (27) des Schiebers (23) zusammenwirken.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweiten Anschläge (28) durch einen Innenflansch des Servokolbens (24) gebildet sind und mit einer äußeren Stufe (29) des Einsatzes (19) zusammenwirken.

4. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schieber (23) etwa die Form eines Top­ fes mit Bodenplatte (31) und Topfwand (20) hat, das benachbarte Ende des Tauchkolbens (7) ins Topfinne­ re greift und durch Anschläge (33, 34, 35) an Topf und Tauchkolben eine Relativbewegung auf die Größe des Leerhubs (S) begrenzt ist.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bodenplatte (31) in der Mitte das Ser­ voverschlußstück (22) trägt und außen über den Topfdurchmesser übersteht.

6. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Topfwand (30) einen Ausschnitt (36) aufweist, durch den der Tauchanker (7) quer zur Hubrichtung einführbar ist.

7. Magnetventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bodenplatte (31) am Rand Ein­ schnitte (37) und/oder weiter innen Löcher (38) aufweist.

8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitshub (L) des Tauchankers (7) nur geringfügung größer als der Leerhub (S) ist.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1, 4, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einer den Tauchanker (7) belastenden Schließfeder (9) ei­ ne schwächere Druckfeder (39) zwischen Schieber (23) und Tauchanker (7) vorgesehen ist.

10. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1, 4, 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einer den Tauchanker (7) belastenden Schließfeder (9) zwischen Gehäuse (1) und Servokolben (24) eine in Richtung des Arbeitshubs wirkende, schwächere Druckfeder (40) vorgesehen ist.