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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventilsystem, insbesondere ein direktgesteuertes elektromagnetisches Ventilsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Elektromagnetische Ventilsysteme, bei denen der Schaltzustand eines Ventils durch die Bestromung eines Elektromagneten geregelt wird, haben sich in der Praxis in einer Vielzahl von Anwendungen bewährt. Ein wichtiges Anwendungsfeld für derartige Systeme ist insbesondere die Regelung von Fluidströmen und insbesondere Flüssigkeitsströmen.
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Bei einem derartigen Ventilsystem wird der Fluidstrom durch einen in einem Ventilkörper vorgesehenen Fluidkanal geführt, der eine Durchtrittsöffnung aufweist. Ferner weist das Ventilsystem einen elektromagnetischen Antrieb auf, mit dem ein Stellglied aus einer Position, in der es die Durchtrittsöffnung verschließt, in eine Position, in der es die Durchtrittsöffnung freigibt, verbracht werden kann.
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Wesentliches Augenmerk muss bei der Herstellung eines nach diesem Prinzip aufgebauten elektromagnetischen Ventilsystems darauf gerichtet werden, dass eine gute Abdichtung gegen den Austritt von Fluid erfolgt. Dies gilt nicht nur im Hinblick auf ein vollständiges Verschließen des Ventils in der Schließposition des Stellglieds, sondern auch für die Verhinderung des Übertritts von Fluid in den elektromagnetischen Antrieb sowie des Austritts von Fluid an Kontaktstellen zwischen Ventilkörper und elektromagnetischem Antrieb in die Umgebung. Dementsprechend ist es aus dem Stand der Technik, bekannt, eine Mehrzahl entsprechender Dichtungen vorzusehen.
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Erstens wird die Kontaktfläche des Stellglieds, mit der der Verschluss der Durchtrittsöffnung ermöglicht wird, mit einer ersten Dichtung in Form eines Dichthuts versehen. Zweitens wird zur Abdichtung gegen den Übertritt von Fluid in den elektromagnetischen Antrieb ein als Abschnitt des Ankers des elektromagnetischen Antriebs ausgeführtes Stellglied mit einer Kunststoffkappe, die über einen Faltenbalg aus Kunststoff mit einem am Gehäuse des elektromagnetischen Antrieb abgestützten Kunststoffring einstückig verbunden ist, vorgesehen. Drittens wird zwischen diesem Kunststoffring und dem Ventilkörper noch ein O-Ring angeordnet, der das Austreten des Fluids in die Umgebung verhindern soll. Um den elektromagnetischen Antrieb vor äußeren Einflüssen zu schützen muss der Übergang Ventilkörper zu Gehäuse zusätzlich abgedichtet werden. Hierfür wird zusätzlich eine Dichtmanschette radial von außen um den Übergangsbereich zwischen Ventilkörper und Gehäuse herum angeordnet.
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Diese Vielzahl von Dichtungen macht den Zusammenbau des elektromagnetischen Ventilsystems sehr aufwändig und steht einer kostengünstigen Herstellung des elektromagnetischen Ventilsystems entgegen. Insbesondere ist es notwendig, die eine vergleichsweise exakte Positionierung der Dichtungen zueinander zu gewährleisten, was dazu führt, dass eine Fertigung durch Ineinanderstecken der einzelnen Komponenten als zweckmäßig angesehen wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein elektromagnetisches Ventilsystem bereitzustellen, das eine einfache und wirksame Abdichtung gegen Fluidaustritt, Fluidübertritt aufweist bzw. Schutz gegen äußere Einflüsse gewährleistet und kostengünstiger herzustellen ist als bekannte elektromagnetische Ventilsysteme.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektromagnetisches Ventilsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße elektromagnetische Ventilsystem hat einen Ventilkörper, der einen Fluidkanal, welcher eine Durchtrittsöffnung hat, aufweist. Die Durchtrittsöffnung ist mit einem beweglichen Stellglied verschließbar. Das elektromagnetische Ventilsystem hat ferner einen zumindest teilweise in ein Gehäuse aufgenommenen elektromagnetischen Antrieb, mittels dessen das Stellglied aus einer ersten Position, in der das Stellglied die Durchtrittsöffnung mittelbar oder unmittelbar verschließt, in eine zweite Position, in der das Stellglied die Durchtrittsöffnung für den Durchfluss von Fluid freigibt, verbringbar ist.
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Der Fluidkanal kann dabei insbesondere ein offener Fluidkanal sein, was bedeutet, dass er in mindestens einer Richtung, die weder der Zufluss- noch der Abflussrichtung des Fluids entspricht, nicht durch eine dem Ventilkörper zuzuordnende Wandfläche beschränkt wird, sondern z.B. durch eine Gehäusefläche oder eine Dichtfläche einer Dichtung.
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Das Stellglied verschließt die Durchtrittsöffnung unmittelbar, wenn durch die Bewegung des Stellglieds das Stellglied selbst oder eine daran angeordnete Dichtfläche die Durchtrittsöffnung in der ersten Position verschließt. Nicht unmittelbar sondern mittelbar verschließt das Stellglied die Durchtrittsöffnung, wenn es lediglich einen Mechanismus betätigt oder antreibt, mit dem dann die Durchtrittsöffnung in der ersten Position verschlossen wird.
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Erfindungswesentlich ist, dass eine Dichtung vorgesehen ist, wobei erstens die Abdichtung der Durchtrittsöffnung gegen Fluiddurchtritt in der ersten Position, zweitens die Abdichtung gegen den Übertritt von Fluid aus dem Fluidkanal in den elektromagnetischen Antrieb, drittens die Abdichtung gegen Austritt von Fluid aus dem elektromagnetischen Ventilsystem und viertens die Abdichtung des Ventilkörpers zum Gehäuse zum Schutz vor äußere Einflüssen durch die eine Dichtung gewährleistet ist. Durch diese Maßnahme wird das Vorsehen mehrerer einzelner Dichtungen, die jeweils sorgfältig positioniert und fixiert werden müssen, um die Dichtigkeit zu gewährleisten und den unerwünschten Fluidaustritt zu verhindern vermieden, was die Herstellung, insbesondere auch im Hinblick auf notwendige Justage und Positionierung von Teilen zueinander, vereinfacht und Herstellungskosten senkt.
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Ein besonders einfach aufgebauter Antrieb für das elektromagnetisches Ventilsystem wird bereitgestellt, wenn der elektromagnetische Antrieb eine Spule mit einem zumindest abschnittsweise innerhalb der Spule angeordneten Polkern sowie einen zumindest abschnittsweise innerhalb der Spule angeordneten, relativ zur Spule in axialer Richtung der Spule beweglichen Anker aufweist.
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Ein besonders einfach aufgebautes Stellglied wird realisiert, wenn das Stellglied durch einen Abschnitt des Ankers, auf dessen der Durchtrittsöffnung zugewandter Seite eine Kunststoffkappe angeordnet ist, gebildet ist. Die kostengünstig herstellbare Kunststoffkappe stellt dabei einerseits sicher, dass eine Beschädigung oder Abnutzung eines Abschnitts einer am Stellglied vorgesehenen oder mit dem Stellglied wechselwirkenden Dichtung sicher vermieden werden kann.
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Durch zumindest abschnittsweises Anordnen des Ventilkörpers auf dem Gehäuse können offene Abschnitte des Fluidkanals, in denen in einer anderen Richtung als der gewünschten Durchflussrichtung an dieser Stelle des Kanals keine Begrenzung durch eine Fläche des Ventilkörpers vorhanden ist, durch das Gehäuse oder zwischen Gehäuse und Ventilkörper angeordnete Dichtflächen bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Verspannung des Ventilkörpers mit dem Gehäuse vorliegt, so dass ein Druck auf die Dichtung ausgeübt wird. Dies lässt sich beispielsweise dadurch bewirken, dass der Ventilkörper in einer solchen Position auf dem Gehäuse festgerastet wird, eine andere Möglichkeit ist z.B. die Verschraubung des Ventilkörpers mit dem Gehäuse.
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Eine besonders bevorzugte Möglichkeit zur Ausgestaltung einer Dichtung, welche erstens die Abdichtung der Durchtrittsöffnung gegen Fluiddurchtritt in der ersten Position, zweitens die Abdichtung gegen den Übertritt von Fluid aus dem Fluidkanal in den elektromagnetischen Antrieb und drittens die Abdichtung gegen Austritt von Fluid aus dem elektromagnetischen Ventilsystem durch die eine Dichtung gewährleistet, ist die Ausführung der Dichtung als eine impermeable Membran, die einen ersten Abschnitt aufweist, der in der ersten Position des Stellglieds vom Stellglied gegen die Durchtrittsöffnung gepresst ist, die einen zweiten Abschnitt aufweist, der so geformt ist, dass seine Länge in Richtung der Bewegung zwischen der zweiten Position des Stellglieds und der ersten Position des Stellglieds variabel ist und einen dritten Abschnitt aufweist, der zwischen Ventilkörper und Gehäuse zusammengedrückt ist. Die Variabilität der Länge in Richtung der Bewegung kann dabei erreicht werden, indem dieser Abschnitt als Balg mit einer oder mehreren Falten oder wechselseitig vor- und zurückspringenenden Wülsten ausgeführt wird. Bevorzugt sollte die Dichtung aus einem Elastomer, insbesondere aus Gummi bestehen.
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Der Begriff Membran wird dabei insbesondere verwendet, um klarzustellen, dass es sich um eine Dichtung handelt, deren Form nicht fest vorgegeben ist, sondern die zumindest abschnittsweise eine gewisse Flexibilität aufweist.
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Besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist ein elektromagnetisches Ventilsystem, wenn das Gehäuse zu mindestens einer Seite hin offen ist, so dass der vormontierte elektromechanische Antrieb bei der Montage des elektromagnetischen Ventilsystems von dieser Seite her einlegbar ist, statt dass, wie bisher, die einzelnen Komponenten ineinandergeschoben werden müssen. Diese Maßnahme wird insbesondere auch als eine eigenständige, vom Vorhandensein der multifunktionalen Dichtung unabhängige Erfindung angesehen, die aber ohne Schwierigkeiten mit den einzelnen vorstehend als vorteilhaft beschriebenen Merkmalen kombinierbar ist.
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Zweckmäßig ist es ferner, wenn das elektromagnetische Ventilsystem so ausgestaltet wird, dass das Stellglied mit einer Feder gegen das Verbringen aus der ersten Position in die zweite Position vorgespannt ist, da dadurch das sichere Schließen des Ventils gewährleistet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, näher erläutert. Die Figur zeigt:
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1: einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Ventilsystems.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein elektromagnetisches Ventilsystem 100 mit einem Ventilkörper 11, der einen Fluidkanal 12, welcher eine Durchtrittsöffnung 13 hat, aufweist. Ferner erkennt man einen einem zumindest teilweise in ein Gehäuse 1 aufgenommenen elektromagnetischen Antrieb mit einer Spule 2 mit Spulenträger 21 und Wicklung 22, einem zumindest abschnittsweise im Spuleninneren angeordneten Polkern 8 und einem in einem Führungsrohr 4 geführten Anker 5. Ein in Innenraum des Ventilkörpers 11 hineinragender Abschnitt 5a des Ankers 5 mit einer aufgesetzten Kappe 6, die bevorzugt aus Kunststoff gefertigt ist, bildet ein Stellglied, mittels dessen die Durchtrittsöffnung 13 im Zusammenwirken mit einem ersten Abschnitt 10a der als Dichtung verwendeten Membran 10 verschlossen wird, wenn der Anker 5, wie in 1 dargestellt, in Schließposition, d.h. der ersten Position des Stellglieds im Sinne dieser Anmeldung, ist.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Anker 5 im stromlosen Zustand der Spule 2 in Schließposition durch eine Druckfeder 7 gehalten, die in einer Bohrung 51 des Ankers 5 so angeordnet ist, dass sie sich einerseits am Polkern 8 und andererseits am Boden der Bohrung 51 abstützt. In diesem Zustand wird der erste Abschnitt 10a der als Dichtung verwendeten Membran 10 an die Ränder der Durchtrittsöffnung 13 gepresst und der Anker 5 liegt an einer Scheibe 3 an. Wird die Spule 2 bestromt, wird der Anker 5 in das Innere der Spule 2 hineingezogen, wobei die Druckfeder 7 zusammengedrückt wird, bis sie auf einen in einer im Polkern 8 vorgesehenen Nut angeordneten O-Ring 9 stößt. Durch das Vorsehen des O-Rings 9 und geeignete Materialwahl für den Ring 3 können unangenehme Schaltgeräusche weitgehend vermieden werden.
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Mit der durch Bestromung der Spule 2, die über in der Figur nicht dargestellte elektrische Anschlüsse erfolgen kann, hervorgerufenen Bewegung des Ankers 5 wird das Stellglied von der Durchtrittsöffnung 13 abgezogen, so dass Fluid durch den Fluidkanal 12 fließen kann. Die vom Anker 5 erreichte Endposition bei Bestromung der Spule 2 ist die zweite Position des Stellglieds im Sinne dieser Anmeldung.
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Besonders hervorgehoben werden soll die Ausgestaltung der als Dichtung eingesetzten, für das Fluid impermeablen Membran 10, die bevorzugt aus einem Elastomer, insbesondere Gummi besteht und die, wie aus 1 hervorgeht, eine durchgehende Trennschicht zwischen dem Fluidkanal 12 und dem elektromagnetischen Antrieb bildet. Insbesondere gewährleistet sie somit eine Abdichtung der Durchtrittsöffnung 13 gegen Fluiddurchtritt in der ersten Position des Stellglieds, zweitens die Abdichtung gegen den Übertritt von Fluid aus dem Fluidkanal 12 in den elektromagnetischen Antrieb in sämtlichen Positionen des Stellglieds und drittens die Abdichtung gegen Austritt von Fluid aus dem elektromagnetischen Ventilsystem 100.
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Um die Abdichtung dieser verschiedenen Positionen gewährleisten zu können, weist die Membran 10 einen ersten Abschnitt 10a auf, der in der ersten Position des Stellglieds vom Stellglied gegen die Durchtrittsöffnung 13 gepresst ist. Die Abdichtung gegen den Übertritt von Fluid in den elektromagnetischen Antrieb wird insbesondere durch einen zweiten Abschnitt 10b gewährleistet, dessen Länge in Richtung der Bewegung zwischen der zweiten Position des Stellglieds und der ersten Position des Stellglieds variabel ist, da der radial nach außen gewölbte Wulst 10b.1 und der radial nach innen gewölbte Wulst 10b.2 bei Bewegung des Stellglieds ihren Radius ändern können.
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Schließlich weist die Membran 10 einen dritten Abschnitt 10c auf, der zwischen Ventilkörper 11 und Gehäuse 3 zusammengedrückt ist, da Ventilkörper 11 und Gehäuse 3 gegeneinander, z.B. durch Verrastung oder Verschraubung, verspannt sind. Durch diese Maßnahme, deren Effektivität nötigenfalls noch dadurch gesteigert werden kann, dass die Kontaktflächen zwischen Ventilkörper 11 und Abschnitt 10c und/oder Gehäuse 3 und Abschnitt 10c profiliert ausgeführt werden, wird ein Austreten von Fluid aus dem elektromagnetischen Ventilsystem 100 sicher vermieden.
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Vorteilhaft ist ferner, dass die Membran 10 in der Darstellung gemäß 4 auch noch einen zwischen dem ersten Abschnitt 10a und dem zweiten Abschnitt 10b angeordneten vierten Abschnitt 10d aufweist, der die Kappe 6 an mindestens einer Stelle hintergreift. Auf diese Art wird sicher vermieden, dass die Membran 10 und insbesondere der erste Abschnitt 10a bei der Verbringung des Ankers 5 in die zweite Position die Durchtrittsöffnung 13 nicht freigibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Spule
- 3
- Scheibe
- 4
- Führungsrohr
- 5
- Anker
- 5a
- Abschnitt des Ankers
- 6
- Kappe
- 7
- Druckfeder
- 8
- Polkern
- 9
- O-Ring
- 10
- Membran
- 10a
- erster Abschnitt
- 10b
- zweiter Abschnitt
- 10b.1
- Wulst
- 10b.2
- Wulst
- 10c
- dritter Abschnitt
- 10d
- vierter Abschnitt
- 11
- Ventilkörper
- 12
- Fluidkanal
- 13
- Durchtrittsöffnung
- 21
- Spulenträger
- 22
- Wicklung
- 51
- Bohrung
- 100
- Elektromagnetisches Ventilsystem
