DE202006001009U1

DE202006001009U1 - Eigenmediumbetätigtes durch einen Magnetanker gesteuertes Servoventil

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Publication number: DE202006001009U1
Application number: DE200620001009
Authority: DE
Original assignee: A&K Mueller GmbH and Co KG
Current assignee: A&K Mueller GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2016-01-25

Abstract

Eigenmediumbetätigtes, durch einen Magnetanker gesteuertes Servoventil mit einem in einem Ventilgehäuse bewegbar angeordneten, den Ventilteller tragenden Differenzialkolben, an dessen einer Seite ein mit dem Ventileinlass verbundener Druckraum angeordnet ist, der über einen dem Ventilteller gegenüberliegenden Ventilsitz mit dem Ventilausgang verbunden ist und an dessen anderer Seite ein Steuerraum angeordnet ist, der über eine mittig im Differenzialkolben angeordnete Entlastungsbohrung mit dem Ventilauslass und über eine außermittig im Differenzialkolben angeordnete Ausgleichsbohrung mit dem Druckraum verbunden ist, wobei die Entlastungsbohrung durch das eine Ende des in einer Magnetspule geführten Magnetankers im entregten Zustand der Magnetspule durch die Kraft eines auf den Magnetanker wirkenden Federelements verschlossen ist und im erregten Zustand der Magnetspule öffnet und der Druckraum gegen den Steuerraum durch eine Rollmembran abgeschlossen ist, deren Außenrand dichtend mit dem Ventilgehäuse und deren Innenrand dichtend mit dem Differenzialkolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass Rollmembran, Differenzialkolben und Ventilteller als ein einstückig aus Elastomeren bestehendes...

Description

Die Erfindung betrifft ein eigenmediumbetätigtes, durch einen Magnetanker gesteuertes Servoventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Derartige Servoventile sind an sich bekannt und beispielsweise in EP 0 416 339 B1 und EP 0 489 331 B1 beschrieben. Diese bekannten Servoventile sind derart aufgebaut, dass sie einen beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Differenzialkolben aufweisen, der an seiner dem Ventilsitz zugewandten Seite einen Ventilteller trägt, der einstückig in eine Rollmembran integriert ist, deren äußerer Rand dichtend mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Am der Entlastungsbohrung im Differenzialkolben zugewandten Ende des Magnetankers ist ein Dichtungselement angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servoventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 derart auszugestalten, dass sein Aufbau erheblich vereinfacht wird und das Ventil aus möglichst wenigen Bauteilen zusammensetzbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Rollmembran, den Differenzialkolben und den Ventilteller als einheitliches, aus Elastomeren bestehendes Schließteil auszubilden, wobei verschiedene Bereiche dieses Schließteils aus Elastomeren mit unterschiedlicher Härte bestehen, die zusammenvulkanisiert werden. So kann beispielsweise der Rollbereich des Schließteils aus einem Elastomer mit einer Härte bestehen, die geringer ist als die Härte des Elastomers, das den Dichtungsbereich des Schließteils bildet, der den Ventilteller enthält. Dies wird weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiel näher erläutert.
An diesem einstückig aufgebauten Schließteil können weitere Elemente einstückig aus dem entsprechenden Elastomer angeordnet sein. So kann an der dem Ventilsitz zugewandten Seite des Schließteils ein an sich bekannter, beim Schließen des Ventils in den Ventilsitz eintauchender Regelkörper angeordnet sein, der aus dem gleichen Elastomer bestehen kann wie der Dichtungsbereich des Schließteils und mit diesem einstückig verbunden ist. Weiterhin können an der dem Steuerraum bzw. dem Magnetanker zugewandten Seite des Schließteils weitere, aus dem gleichen Elastomer wie der Dichtungsbereich des Schließteils bestehende und mit diesem einstückig verbundene Elemente angeordnet sein wie beispielsweise ein die Entlastungsbohrung umgebender Dichtungswulst sowie die Entlastungsbohrung außerhalb des Dichtungswulstes umgebende Abstütznocken und schließlich ein eine auf das Schließteil in Schließrichtung wirkende Druckfeder mittels einer Hinterschneidung halternder Aufnahmewulst.
Durch eine solche Zusammenfassung verschiedener Bauelemente in einem einstückigen Bauteil wird eine erhebliche Vereinfachung des Ventilaufbaus und damit auch eine Vereinfachung des Zusammenbaus und der Wartung erreicht.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils ist das Ventilgehäuse zweiteilig aufgebaut und besitzt ein den Ventilsitz sowie Einlass und Auslass enthaltendes Unterteil und ein als Deckel ausgebildetes, auf das Unterteil dichtend aufsetzbares und mit ihm verbindbares Oberteil. Mindestens das Oberteil kann aus Kunststoff bestehen, und es kann auch hier eine starke Vereinfachung des Aufbaus erzielt werden, indem an der Innenseite des Oberteils ein einstückig mit ihm verbundener, in den Steuerraum des Ventils ragender Reinigungsstift angeordnet ist, der durch die Aus gleichsbohrung geführt ist und verhindert, dass sich dort Schmutz- bzw. Kalkteilchen festsetzen. Weiterhin kann an diesem Oberteil ebenfalls einstückig eine Führungshülse angeordnet sein, die durch die Magnetspule hindurchragt und in welcher der Magnetanker geführt ist. In dieser Führungshülse kann zwischen dem Magnetanker und dem vom Oberteil des Ventilgehäuses abgewandten, verschlossenen Ende der Führungshülse das auf den Magnetanker wirkende Federelement angeordnet sein.
Mit dieser Ausbildung ist es möglich, das Oberteil des Ventilgehäuses mit dem Magnetanker, dem Federelement, dem Schließteil und der auf das Schließteil wirkenden Druckfeder als zusammenhängende Baugruppe auszubilden, die als Ersatzteil für das Servoventil angeboten werden kann.
Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für ein Servoventil nach der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Servoventil, der durch die Achse des Einlasses und des Auslasses sowie des Magnetankers läuft;
2 in gegenüber 1 vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch das Schließteil des Servoventils nach 1;
3 den Bereich X in 2 in gegenüber 2 vergrößerter Darstellung;
4 eine perspektivische Schrägaufsicht auf das Schließteil von der Seite des Steuerraums her;
5 in einer perspektivischen Schrägaufsicht das Schließteil nach 4 von der Seite des Druckraums her.
Das in den 1 bis 5 dargestellte Servoventil besitzt ein aus einem Unterteil 1 und einem Oberteil 2 bestehendes Ventilgehäuse, wobei am Unterteil 1 ein Ventileinlass E und ein Ventilauslass A angeordnet ist. Auf das Unterteil 1 des Ventilgehäuses ist das deckelartige Oberteil 2 abgedichtet aufgesetzt und in einer in 1 nicht eigens dargestellter Weise mit dem Unterteil 1 verschraubt.
Im Innenraum des Ventilgehäuses ist ein Schließteil 3 bewegbar angeordnet. Dieses Schließteil, das in den 2 bis 5 genauer dargestellt ist, übernimmt sowohl die Funktion einer Rollmembran mittels eines Rollbereiches 3.1 als auch die Funktion eines Differenzialkolbens und eines Ventiltellers mittels eines Dichtungsbereiches 3.2. Der äußere Rand 3.1 der Rollmembran ist mit dem Ventilgehäuse verbunden, indem er dichtend zwischen einen Ansatz 1.1 des Unterteils 1 und einen Kragen 2.4 des Oberteils 2 eingespannt ist. Das Schließteil 3 trennt einen Druckraum 4, der mit dem Ventileinlass E verbunden ist, von einem Steuerraum 5, der über eine mittig im in das Schließteil 3 integrierten Differenzialkolben angeordnete Entlastungsbohrung 9 und einen daran anschließenden Entlastungskanal 9.1 mit dem Ventilauslass A verbunden ist.
Weiterhin ist der Steuerraum 5 über eine außermittig im Schließteil 3 angeordnete Ausgleichsbohrung 10 mit dem Druckraum 4 verbunden. Der Druckraum 4 ist über einen im Unterteil 1 des Ventilgehäuses angeordneten Ventilsitz 1.2 bei geöffnetem Ventil mit dem Ventilauslass A verbunden. Das dem Steuerraum 5 zugewandte Ende der Entlastungsbohrung 9 ist durch das eine Ende eines in einer Magnetspule 7 geführten Magnetankers 6, der unter der in Schließrichtung wirkenden Kraft eines Federelements 8 steht, im entregten Zustand der Magnetspule 7 verschlossen. Wird die Magnetspule 7 erregt, so wird der Magnetanker 6 gegen die Kraft des Federelements 8 in die Magnetspule 7 hineingezogen und öffnet damit die Entlastungsbohrung 9. Im Steuerraum 5 ist konzentrisch zum Schließteil 3 und zum Magnetanker 6 eine Druckfeder 11 angeordnet, die sich einerseits an der dem Steuerraum zugewandten Oberfläche des Schließteils 3 und andererseits an der Innenwand des Oberteils 2 des Ventilgehäuses abstützt und auf den in das Schließteil 3 integrierten Ventilteller in Schließrichtung wirkt.
Im folgenden wird der genauere Aufbau des Schließteils 3 näher erläutert.
In das Schließteil 3 sind, wie erwähnt, die Rollmembran, der Differenzialkolben und der Ventilteller des Ventils einstückig integriert, wobei sowohl der Rollbereich 3.1 als auch der Dichtungsbereich 3.2 des Schließteils 3 aus Elastomeren bestehen, die zusammenvulkanisiert sind. Dieser Aufbau eröffnet die Möglichkeit, Rollbereich 3.1 und Dich tungsbereich 3.2 aus Elastomeren unterschiedlicher Härte auszubilden. So kann beispielsweise der Rollbereich 3.1 eine Härte von 50° Sh und der Dichtungsbereich eine Härte von 70° Sh aufweisen.
Weiterhin sind in das Schließteil 3 zusätzliche Bauelemente einstückig integriert, die aus dem gleichen Elastomer bestehen wie der Dichtungsbereich 3.2. des Schließteils 3. So ist beispielsweise an der dem Ventilsitz 1.2 zugekehrten Seite des Schließteils 3 im Bereich des Ventiltellers ein beim Schließen des Ventils in den Ventilsitz 1.2 eintauchender Regelkörper 3.3 angeordnet, der durch Führungsstege 3.31 am Ventilsitz 1.2 geführt ist. Dieser Regelkörper besitzt in an sich bekannter Weise eine besondere Regelkontur, welche die hubproportionale Durchflussabhängigkeit des Ventils bei konstantem Druck bestimmt. Durch den Regelkörper 3.3 laufen die Entlastungsbohrung 9 und der Entlastungskanal 9.1.
Weiterhin ist die Entlastungsbohrung 9 an der dem Steuerraum 5 zugewandten Seite des Schließteils 3 von einem ebenfalls einstückig mit dem Schließteil verbundenen Dichtungswulst 3.4 umgeben. Dabei ist die der Entlastungsbohrung zugewandte Seite des Magnetankers 6 als plane Dichtungsfläche ausgebildet. Somit sitzt das eigentliche Dichtungselement am Schließteil 3, und der Magnetanker braucht nicht mehr mit einem eigenen Dichtungselement versehen zu sein.
Weiterhin sind an der dem Steuerraum 5 zugewandten Seite des Schließteils 3 im Bereich um die Entlastungsbohrung 9 herum Abstütznocken 3.5 für den Magnetanker 6 angeordnet, um die Entlastungsbohrung 9 vor einer zu hohen bleibenden Verformung zu schützen.
Schließlich ist zur Halterung der auf das Schließteil 3 wirkenden Druckfeder 11 an der dem Steuerraum 5 zugekehrten Seite des Schließteils ein konzentrisch zur Druckfeder liegender Aufnahmewulst 3.6 angeordnet, an dem die Druckfeder in einer Hinterschneidung festgehalten ist.
Die außermittig im Dichtungsbereich 3.2 des Schließteils 3 angeordnete Ausgleichsbohrung 10 ist innerhalb einer Einsenkung des Schließteils angeordnet, und zwar derart, dass in ihrer unmittelbaren Umgebung die Dicke des Schließteils reduziert ist. Hierdurch wird das Lösen von Verschmutzungen und Verkalkungen beim Schließ- und Öffnungsvorgang des Ventils erleichtert. Die Reinigung der Ausgleichsbohrung wird weiterhin unterstützt durch einen an sich bekannten Reinigungsstift 2.1, der einstückig mit dem aus Kunststoff bestehenden Oberteil 2 des Ventilgehäuses verbunden ist und von oben durch die Ausgleichsbohrung 10 geführt ist.
Wie aus 1 ersichtlich, ist mit dem deckelartigen Oberteil 2 des Ventilgehäuses auch die aus dem gleichen Material bestehende Führungshülse 2.2 einstückig verbunden, die durch die Magnetspule 7 ragt und in welcher der Magnetanker 6 geführt ist. Das Federelement 8 ist am in 1 oberen Ende der Hülse 2.2 zwischen dem Magnetanker 6 und dem verschlossenen oberen Ende der Führungshülse 2.2 angeordnet.
Auch diese Ausbildung unterstützt den einfach zu montierenden Kompaktaufbau des Ventils. Die Konzentration dieses Aufbaus auf wenige einstückig miteinander verbundene Bauteile ermöglicht es, dass beispielsweise das Oberteil 2 des Ventilgehäuses mit dem Magnetanker 6, dem Federelement 8, dem Schließteil 3 und der Druckfeder 11 als zusammenhängende Baugruppe ausgebildet sein kann, die als Ersatzteil angeboten werden kann.
In üblicher Weise sind im Ventileinlass ein Sieb 12 und ein Mengenregler 13 angeordnet. Über einen Befestigungsflansch 14 kann das Unterteil 1 des Ventilgehäuses fest montiert werden.
Die Funktionsweise des dargestellten Ventils ist in an sich bekannter Weise folgende.
Im entregten Zustand der Magnetspule 7 befindet sich, wie in 1 dargestellt, das Ventil in der Schließstellung. Die Entlastungsbohrung 9 ist durch den Magnetanker 6 verschlossen, der durch die Ausgleichsbohrung 10 in den Steuerraum 5 wirkende Wasserdruck hält, unterstützt von der Druckfeder 11, das Schließteil 3 auf dem Ventilsitz 1.2 fest. Bei Erregung der Magnetspule 7 wird die Entlastungsbohrung 9 durch Abheben des Magnetankers 6 geöffnet, so dass der Druck im Steuerraum 5 abfällt und durch den Mediumsdruck im Druckraum 4 das Schließteil gegen die Kraftwirkung der Druckfeder 11 in die geöffnete Stellung angehoben wird.

Claims

Eigenmediumbetätigtes, durch einen Magnetanker gesteuertes Servoventil mit einem in einem Ventilgehäuse bewegbar angeordneten, den Ventilteller tragenden Differenzialkolben, an dessen einer Seite ein mit dem Ventileinlass verbundener Druckraum angeordnet ist, der über einen dem Ventilteller gegenüberliegenden Ventilsitz mit dem Ventilausgang verbunden ist und an dessen anderer Seite ein Steuerraum angeordnet ist, der über eine mittig im Differenzialkolben angeordnete Entlastungsbohrung mit dem Ventilauslass und über eine außermittig im Differenzialkolben angeordnete Ausgleichsbohrung mit dem Druckraum verbunden ist, wobei die Entlastungsbohrung durch das eine Ende des in einer Magnetspule geführten Magnetankers im entregten Zustand der Magnetspule durch die Kraft eines auf den Magnetanker wirkenden Federelements verschlossen ist und im erregten Zustand der Magnetspule öffnet und der Druckraum gegen den Steuerraum durch eine Rollmembran abgeschlossen ist, deren Außenrand dichtend mit dem Ventilgehäuse und deren Innenrand dichtend mit dem Differenzialkolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass Rollmembran, Differenzialkolben und Ventilteller als ein einstückig aus Elastomeren bestehendes Schließteil (3) ausgebildet sind, wobei der Rollbereich (3.1) dieses Schließteils und ein den Ventilteller enthaltender Dichtungsbereich (3.2) des Schließteils jeweils aus zusammenvulkanisierten Elastomeren unterschiedlicher Härte bestehen.
Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Ventilsitz (1.2) zugekehrten Seite des Schließteils (3) im Bereich des Ventiltellers ein beim Schließen des Ventils in den Ventilsitz (1.2) eintauchender, aus einem Elastomer bestehender Regelkörper (3.3) angeordnet ist, der einstückig mit dem Schließteil (3) verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkörper (3.3) aus dem gleichen Elastomer besteht wie der Dichtungsbereich (3.2) des Schließteils (3).
Servoventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbohrung (9) über einen durch den Regelkörper (3.3) geführten Entlastungskanal (9.1) mit dem Ventilauslass (A) verbunden ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsbohrung (10) im Dichtungsbereich (3.2) des Schließteils (3) angeordnet ist und in einem die Ausgleichsbohrung (10) unmittelbar umgebenden Bereich die Dicke des Schließteils (3) reduziert ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbohrung (9) an der dem Steuerraum (5) zugewandten Seite des Schließteils von einem einstückig mit dem Schließteil verbundenen Dichtungswulst (3.4) umgeben ist und die der Entlastungsbohrung (9) zugewandte Stirnseite des Magnetankers (6) als plane Dichtungsfläche ausgebildet ist.
Servoventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Steuerraum (5) zugewandten Seite des Schließteils (3) im Bereich um die Entlastungsbohrung (9) Abstütznocken (3.5) für den Magnetanker (6) angeordnet sind, die einstückig mit dem Schließteil (3) verbunden sind.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dem Steuerraum (5) zugewandten Oberfläche des Schließteils (3) und der Gehäuseinnenwand innerhalb des Steuerraums (5) eine in Schließrichtung des Ventiltellers wirkende Druckfeder (11) angeordnet ist, die mittels eines konzentrisch zur Druckfeder auf dem Schließteil (3) angeordneten, eine Hinterschneidung aufweisenden Aufnahmewulstes (3.6) gehalten ist.
Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse ein den Ventilsitz (1.2) und den Ventileinlass (E) sowie den Ventilauslass (A) enthaltendes Unterteil (1) und ein als Deckel ausgebildetes, mit dem Unterteil dichtend verbundenes Oberteil (2) aufweist, wobei mindestens das Oberteil (2) aus Kunststoff besteht und an seiner Innenseite einen einstückig mit ihm verbundenen, in den Steuerraum (5) ragenden Reinigungsstift (2.1) aufweist, der durch die Ausgleichsbohrung (10) geführt ist.
Servoventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (6) in einer durch die Magnetspule (7) geführten Führungshülse (2.2) geführt ist, die aus Kunststoff besteht und einstückig mit dem Oberteil (2) des Ventilgehäuses verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Magnetanker (6) wirkende Federelement (8) in der Führungshülse (2.2) zwischen Magnetanker (6) und dem vom Oberteil (2) abgewandten, verschlossenen Ende der Führungshülse (2.2) angeordnet ist.
Servoventil nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2) des Ventilgehäuses mit dem Magnetanker (6), dem Federelement (8), dem Schließteil (3) und der Druckfeder (11) als zusammenhängende Baugruppe ausgebildet ist.