DE19809599A1 - Verschleißfestes Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verschleißfestes Magnetventil, das aggressiven Medienströmen aussetzbar ist, und das sowohl bei der Steuerung und Regelung der Tauchtiefe, bevorzugt von Meerwassersonden, zum Einsatz gelangt, als auch zur Dosierung geringer Volumen von aggressiven Medien einsetzbar ist.

Magnetventile, die die Stellung eines Ventilgliedes in bezug auf einen Ventilsitz steuern, sind grundsätzlich bekannt. Insbesondere finden solche Ventile in der Kraftfahrzeugtechnik bei elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzpumpen Anwendung, wo Fluidströme zwischen unterschiedlichen Druckräumen zu steuern sind. Derartige Magnetventilausbildungen sind jedoch nicht zur Steuerung aggressiver Medienströme, insbesondere bei hohen Druckdifferenzen, geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere in aggressiven Umgebungen verschleißfestes Magnetventil anzugeben, das eine präzise Steuerung von Medienströmen geringer Volumen ermöglicht und im geschlossenen Zustand eine Leckrate von Null über lange Betriebszeiten aufweist. Insbesondere soll das Ventil bei der Steuerung und Regelung der Tauchtiefe, u. a. von Meerwassersonden, und zur Dosierung von Probennahmen zum Einsatz gelangen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die gesamte Ventileinheit im seitlichen Schnitt,

Fig. 1a einen Ableitungsbereich des Ventils,

Fig. 2 eine Hülse, die Bestandteil des Ventils ist,

Fig. 3 einen Ventilsitz in detaillierterer Darstellung,

Fig. 4a die Ausbildung eines oberen Teils des Ventilsitzeinbau­ raums,

Fig. 4b einen Schnitt entlang einer Ebene X-X nach Fig. 4a und

Fig. 5 eine Ausbildung einer zum Einsatz gelangenden Ventilnadel.

Fig. 1 zeigt die gesamte Ventileinheit mit ihren wesentlichen Baugruppen in einem seitlichen Schnitt. Die Ventileinheit besteht aus einem Ventilblock 1, der aus zwei miteinander dichtend verbundenen Baugruppen 11 und 12 besteht. Im ersten Bauteil 11 ist ein Einbauraum 10 für einen Ventilsitz 20 vorgesehen, dessen oberer Teil in den Fig. 4a und 4b detaillierter dargestellt ist. Der Ventilsitz ist einstückig ausgeführt und in Fig. 1 vermittels geeigneter Dichtmittel 5 (O-Ring) in genannten oberen Teil des Einbauraums 10 dichtend eingebracht.

An den Ventilblockbauteil 11 schließt sich eine den elektromagnetischen Ventilteil beinhaltende Baugruppe 3 an. Die Baugruppe 3 umfaßt einen Magnetanker 31, der durch die Wirkung einer ihn umgebenden Magnetspule 32 in diese hineingezogen werden kann. Sein tiefster Einzug und damit die maximale Ventilöffnung ist durch ein höhenverstellbares Mittel 33 justier- und begrenzbar. Der Magnetanker 31 selbst ist von einer bis in den Ventilblockteil 11 hineinreichenden Hülse 34 umfaßt, deren detailliertere Ausbildung in Fig. 2 vergrößert wiedergegeben ist. Diese Hülse 34 ist aus einem V4A-Stahl in Kombination mit einem ferromagnetischen Werkstoffe der im Beispiel aus einem in den Bodenbereich der Hülse 34 einschraubbaren Formstück 341 besteht, gefertigt. Die Hülse 34 ist an ihrem, dem Ventilblockbauteil 11 zugewandten Ende so ausgeführt, daß sie einerseits den Ventilsitz 20 in ihrem Inneren zentrierend umfaßt und andrerseits nach außen gegen den Ventilblockbauteil 11 mittels eines weiteren O-Rings 5 dichtend verbindbar ist. Der Magnetanker 31 trägt weiterhin eine Ventilnadel 4, deren Ausbildung in Fig. 5 näher dargestellt ist, welche vermittels einer auf den Magnetanker 31 in einem Bereich 35 eingreifenden, ansonsten nicht näher dargestellten Druckfeder in Richtung des Ventilsitzes 20 gedrückt wird. Die detailliertere Ausbildung des Ventilsitzes 20 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Ventilsitz 20 weist eine durchgehende zentrische Bohrung 22 auf, der im Bereich des oberen Ventilsitzteils 20a ein verengter Durchmesserbereich 23 gegeben ist, an den sich in Richtung des unteren Ventilsitzteils 20b eine konische Ventilsitzbohrung mit einem Winkel α anschließt, in die die kegelige Spitze der Ventilnadel 4 eingreift. Die hochpräzise geschliffene Spitze der Ventilnadel schließt einen Winkel β ein, wobei die Maßgabe gilt, daß β stets kleiner als α ist.

Fig. 4a zeigt die Ausbildung des Einbauraums 10, das an ihn anschließenden Leitungsstück 13 und einer mit diesem in Verbindung stehenden weiteren Leitungsstück 14 in detaillierterer Darstellung. Fig. 4b zeigt einen Schnitt entlang einer Ebene X-X in Fig. 4a. Der Einbauraum 10 ist in einem Bereich 15 soweit erweitert ausgeführt, daß das durch die Leitung 16 (vgl. Fig. 1, Pfeil H₂O) eingespeiste Wasser, hier insbesondere Meerwasser, über eine Nut 24 durch die Bohrungen 21 (vgl. Fig. 3) in den Raum, in dem sich die Ventilnadelspitze im Ventilsitz 20 befindet, einströmen kann. Wird die Ventilnadel 4 durch den Magnetanker 31 zurückgezogen, ist der Wasserweg durch eine Bohrung 22 (Fig. 3) hin zu einer Ableitung 17 (Fig. Ia) freigegeben und ein nicht näher dargestellter Ballasttank kann in definierter Weise befüllt, respektive entleert werden.

Im Rahmen der Erfindung sind alle mit einem aggressiven Medium (hier Meerwasser) direkt in Kontakt kommenden Baugruppen 16, 13, 14, 11, 17 und 20 aus einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere V4A-Stahl, gefertigt, wohingegen die Ventilnadel 4 aus einer Keramik, insbesondere aus Siliziumnitrid und das Formstück 341 aus einem ferromagnetischen Material gefertigt sind.

In Fig. 5 ist schließlich die zum Einsatz gelangende Ventilnadel 4 näher dargestellt. Diese ist zumindest in ihrem oberen Spitzenbereich 41 aus einer harten Keramik, insbesondere Si₃N₄, gefertigt und trägt ein abgesetztes Zentrierstück 42, welches in eine entsprechende Gegenausnehmung des Magnetankers 31 eingepaßt ist. Der Ventilnadel 4 ist zumindest in dem Teilbereich, mit dem sie dichtend in den Ventilsitz eingreift ein kleinerer Winkel, insbesondere 60°, als dem der Ventilsitzbohrung, hier 120°, gegeben und sie ist hochpräzise geschliffen. Die material- und winkelmäßige Ausbildung der Ventilnadelspitze und des Bereiches der konischen Ventilsitzbohrung, in den die Ventilnadelspitze dichtend eingreift, gewährleistet eine absolute Dichtheit des Ventils in geschlossener Stellung, da sich die Ventilnadelspitze bei jedem Verschluß eine mikroskopisch nachweisbare neue Dichtfläche schafft. Dabei tritt jedoch kein Verschleiß des Ventilsitzes ein, wie in mehreren tausend Versuchen unter Einsatz von aggressivem Meerwasser gefunden wurde. Die Leckrate des geschaffenen Magnetventils ist praktisch Null.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Ventilblock

10

Einbauraum

11

erste einstückige Ventilbaugruppe

12

eine weitere Ventilbaugruppe

13

,

14

Leitungsstücke

15

erweiterter Einbauraumbereich

16

Ab- bzw. Zulaufleitung

17

Ableitung

20

einstückiger Ventilsitz

20

a oberer Ventilsitzteil

20

b unterer Ventilsitzteil

21

Bohrungen

22

zentrische Ventilsitzbohrung

23

verengter Durchmesserbereich der Bohrung

22

24

Nut

3

Baugruppe mit elektromagnetischen Ventilteil

31

Magnetanker

32

Magnetspule

33

verstellbares Justier- und Begrenzungsmittel

34

Hülse

341

ferromagnetisches Formstück

35

Bereich, in den eine Druckfeder eingreift

4

Ventilnadel

41

Spitzenbereich der Ventilnadel

42

abgesetztes Zentrierstück der Ventilnadel

5

Dichtmittel (O-Ring)
α Winkel des Ventilsitzes, in den die Ventilnadel eingreift
β Winkel der Ventilnadelspitze
X-X Schnittebene

Claims (6)

1. Verschleißfestes Magnetventil, bestehend aus einem Ventilblock (1), in dessen erster einstückiger Baugruppe (11) ein Einbauraum (10) vorgesehen ist, in den ein einstückig ausgebildeter Ventilsitz (20) mit seinem oberen Ventilsitzteil (20a) gegen die Einbauraumseitenwandungen dichtenden eingebracht ist und in seinem unteren Ventilsitzteil (20b) von einer Hülse (34) zentrierend aufgenommen ist, wobei die Hülse (34) ihrerseits von der ersten Baugruppe (11) dichtend aufgenommen ist und innwändig einen Magnetanker (31) führt, weiterhin weist der Ventilsitz (20) eine durchgehende zentrische Bohrung (22) auf, der im Bereich des oberen Ventilsitzteils (20a) ein verengter Durchmesserbereich (23) gegeben ist, an den sich in Richtung des unteren Ventilsitzteils (20b) eine konische Ventilsitzbohrung mit einem Winkel α anschließt, in die eine vom Magnetanker (31) aufgenommene Ventilnadel (4) eingreift, der in ihrem Spitzenbereich (41) ein Winkel β mit der Maßgabe gegeben ist, daß β < α ist, und daß die Ventilnadel zumindest in ihrem Spitzenbereich aus einer harten Keramik gefertigt ist, wohingegen der Ventilsitz (20) aus einem Edelstahl gefertigt ist.

2. Verschleißfestes Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α der Ventilsitzbohrung zu 120° und der Winkel β der Ventilnadelspitze zu 60° festgelegt ist.

3. Verschleißfestes Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilnadel (4) ein abgesetztes Zentrierstück (42) gegeben ist, welches in eine entsprechende Gegenausnehmung des Magnetankers (31) eingepaßt ist.

4. Verschleißfestes Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ventilsitz (20) senkrecht zu der durchgehenden zentrischen Bohrung (22) im Bereich des Ventilnadelsitzes Bohrungen (21) eingebracht sind, die mit einer umlaufenden Nut (24) in Verbindung gebracht sind, welche von einer Zu- bzw. Ablaufleitung (13) erfaßt ist.

5. Verschleißfestes Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (34) aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoffe insbesondere aus einem V4A-Stahl, gefertigt ist, in deren Bodenbereich ein Formstück (341) aus einem ferromagnetischen Werkstoff eingebracht ist.

6. Verschleißfestes Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzug des Magnetankers (31), durch ein höhenverstellbares Mittel (33) justier- und begrenzbar ist.