DE202015004290U1

DE202015004290U1 - Ventil

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Publication number: DE202015004290U1
Application number: DE202015004290.2U
Authority: DE
Original assignee: Staiger GmbH and Co KG
Current assignee: Staiger GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2015-07-17
Anticipated expiration: 2025-06-17

Abstract

Ventil für gasförmige und flüssige Medien, mit einem Ventilkörper (2), der eine Grundwand (22), eine Umfangswand (25), eine Ventilkammer (26), einen Ventilsitz (23), mindestens einen Eingang (27, 28) und mindestens einen Ausgang (29) für das Medium aufweist, einem Magnetkopf (1) mit einem Gehäuse (4), das einen Innenkern (10), eine Elektrospule (6), ein Joch und eine Trennscheibe (11) umfasst, und einem axial verlagerbaren Plattenanker, der eine Ankerscheibe (31), einen gegen den Ventilsitz (23) andrückbaren Dichtkörper (33) und eine Scheibenfeder (32) besitzt, die an einer Buchse (34) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (4) des Magnetkopfes (1) eine Ventilgehäusewand (16) ausgebildet ist, die einen Aufnahmeraum (17) mitbegrenzt, in den der Ventilkörper (2) eingesetzt ist, der mindestens mit der Umfangsfläche seiner Grundwand (22) an der Ventilgehäusewand (16) hermetisch dicht angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für gasförmige und flüssige Medien, mit einem Ventilkörper, der eine Grundwand, eine Umfangswand, eine Ventilkammer, einen Ventilsitz, mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang für das Medium aufweist, einem Magnetkopf mit einem Gehäuse, das einen Innenkern, eine Elektrospule, ein Joch und eine Trennscheibe umfasst, und einem axial verlagerbaren Plattenanker, der eine Ankerscheibe, einen gegen den Ventilsitz andrückbaren Dichtkörper und eine Scheibenfeder besitzt, die an einer Buchse abgestützt ist,
Aus der DE 102 15 592 C1 ist ein bewährtes Ventil dieser Art bekannt, das bei vielfältigen Anwendungen in niedrigen und mittleren Druckbereichen verlässlich funktioniert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln und kompakter Bauform eine zuverlässige Funktionssicherheit auch in Hochdruckanwendungsbereichen mit mehreren hundert bar Mediumsdruck erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in einer einzigen Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigt.
Das erfindungsgemäße Ventil ist in der Zeichnung in einer geschnittenen Ansicht vergrößert dargestellt. Das Ventil ist für gasförmige und flüssige Medien vorgesehen und besteht im Wesentlichen aus zwei zusammengefügten Baueinheiten, nämlich einem Magnetkopf 1 und einem Ventilkörper 2, die bezüglich einer Mittenachse 3 bevorzugt kreisrund ausgebildet und koaxial angeordnet sind.
Der Magnetkopf 1 weist ein bezüglich der Mittenachse 3 rotationssymmetrisches Gehäuse 4 auf, das aus einem magnetisierbaren Werkstoff besteht und als sogenannter Außenkern ausgeführt ist. In dem Gehäuse 4 ist ein koaxial angeordneter Spulenkörper 5 gelagert, der eine Elektrospule 6 trägt. An den Drahtenden 7 der Elektrospule 6 können die der elektrischen Spannungsversorgung dienenden Elektroleiter kontaktiert werden.
Weiterhin besitzt der Magnetkopf 1 eine stabile Stützscheibe 9, die an ihrem Umfang oben mit der Wand des Gehäuses 4 zweckmäßig verschweißt ist und als Magnetjoch wirkt. Ein im Gehäuse 4 koaxial angeordneter, im Wesentlichen rundstabförmiger Innenkern 10 durchsetzt den Spulenkörper 5 und ist mit seinem oberen Stirnende in einer Ausnehmung der Stützscheibe 9 an letzterer abgestützt. In einem geringen Abstand unter dem Spulenkörper 5 ist eine kreisringförmige Trennscheibe 11 ebenfalls koaxial positioniert, die zweckmäßig aus einem nicht magnetisierbaren Metall besteht.
An der Wand des Gehäuses 4 ist in einer Ebene unter dem Spulenkörper 5 ein in Richtung zur Mittenachse 3 strebender Bund 12 mit einer nach innen vorspringenden Schulter 13 materialeinheitlich einstückig ausgebildet. Der Innenkern 10 besitzt an seinem Umfang eine ebenfalls materialeinheitlich einstückig angeordnete vorstehende Schulter 14, die sich in derselben Ebene wie die Schulter 13 des Gehäuses 4 befindet. An diesen Schultern 13, 14 liegt die Trennscheibe 11 fest abgestützt an, die zwischen der Innenfläche des Bundes 12 und der Umfangsfläche des Innenkerns 10 bevorzugt mittels Presssitz oder geschweißt hermetisch dicht positioniert ist. Dadurch ist eine gegen sehr hohen Innendruck (300 bar) sichere Abstützung gegeben und zudem ist ein Eindringen des Mediums in den Magnetkopf 1 verhindert.
Oberhalb der Trennscheibe 11 können in dem Gehäuse 4 vorteilhaft sämtliche Freiräume mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse dicht vergossen sein, so dass die Elektrospule 6 mit ihrem Spulenkörper 5 sowie die elektrischen Anschlüsse sowohl mechanisch als auch gegen Feuchtigkeit und Spritzwasser geschützt sind. Durch die so mit der Vergussmasse ausgefüllten Hohlräume wird zudem eine dauerhaft hohe Sicherheit gegen im Betrieb auftretende mechanische Schwingungen erreicht.
Das Gehäuse 4 des Magnetkopfes 1 ist in axialer Richtung über den Bund 12 hinaus nach unten hin verlängert und weist dazu eine Ventilgehäusewand 16 auf, die mit der Wand des Gehäuses 4 vorteilhaft materialeinheitlich einstückig ausgebildet ist. Die Ventilgehäusewand 16 ist ausgesprochen stabil ausgeführt und besitzt eine hohe mechanische Festigkeit, wobei die Wandungsdicke etwa gleich der übrigen Gehäusewanddicke ist. Die Ventilgehäusewand 16 begrenzt umfänglich einen Aufnahmeraum 17, der nach unten hin offen ist und in dem der Ventilkörper 2 gelagert ist. Am unteren Ende der Ventilgehäusewand 16, also in der Ebene des Aufnahmeraums 17, ist ein radial nach außen strebender Ringflansch 18 angeformt, sodass das Gehäuse 4 des Magnetkopfes 1 mit der Ventilgehäusewand 16 und dem Ringflansch 18 insgesamt materialeinheitlich aus einem Stück hergestellt ist. Die Dicke des Ringflansches 18 ist mindestens gleich, vorzugsweise größer als die Dicke der Ventilgehäusewand 16.
Der Zeichnung ist zudem deutlich zu entnehmen, dass im Aufnahmeraum 17 der Übergangsbereich zwischen der Ventilgehäusewand 16 und dem von der Gehäusewand nach innen strebenden Bund 12 als relativ großer Radius gestaltet ist. Ebenso ist an der dem Aufnahmeraum 17 gegenüberliegenden Seite des Bundes 12, also dort wo sich die untere Stirnwand des Spulenkörpers 5 befindet, der Übergang zwischen der Gehäusewand und dem Bund 12 als verhältnismäßig großer Radius ausgebildet. Und schließlich ist außen am Gehäuse 4 der Übergang zwischen der Ventilgehäusewand 16 und dem Ringflansch 18 so gestaltet, dass eine Rundung gebildet ist. Die Radien und die Rundung gewährleisten eine hohe Stabilität und Sicherheit des einstückigen Gehäuses 4 für die Aufnahme großer Druckkräfte des Mediums.
Der ungefähr topfförmig gestaltete Ventilkörper 2 besitzt eine Grundwand 22 mit einem Ventilsitz 23, einen gegenüber dem Ventilsitz 23 sich nach unten erstreckenden koaxialen Fortsatz 24, der im Durchmesser kleiner ist als die Grundwand 22, und eine sich nach oben in Richtung zum Magnetkopf 1 erstreckende Umfangswand 25. Der Ventilkörper 2 ist mit der Grundwand 22, dem Ventilsitz 23, dem Fortsatz 24 und der Umfangswand 25 materialeinheitlich einstückig ausgebildet.
Die Grundwand 22 und die Umfangswand 25 begrenzen eine Ventilkammer 26, in die der Ventilsitz 23 etwas hineinragt. In der Grundwand 22 sind Eingänge 27, 28 ausgebildet, durch die das Hochdruckmedium von unten in die Ventilkammer 26 gelangt. Koaxial zur Mittenachse 3 ist in der Grundwand 22 ein Ausgang 29 vorgesehen, der sich vom Ventilsitz 23 nach unten durch den Fortsatz 24 hindurch erstreckt, durch den das Hochdruckmedium bei geöffnetem Ventil zuverlässig abgeführt werden kann. Es liegt im Rahmen der Erfindung, im Bedarfsfalle die Funktion der Eingänge 27, 28 und des Ausgangs 29 zu tauschen, sodass das Hochdruckmedium über den Ausgang 29 zugeführt und die Eingänge 27, 28 abgeleitet werden kann.
In der Ventilkammer 26 befindet sich ein axial verlagerbarer Plattenanker, der eine Ankerscheibe 31, eine Scheibenfeder 32, einen Dichtkörper 33 und eine Buchse 34 aufweist, die bezüglich der Mittenachse 3 kreisrund gestaltet und zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Die annähernd plane Scheibenfeder 32 liegt an der dem Magnetkopf 1 abgewandten Unterseite der Ankerscheibe 31 an und ist mit letzterer mittels des Dichtkörpers 33 fest verbunden.
Der Dichtkörper 33, der für das Verschließen und Öffnen des Ventilsitzes 23 vorgesehen ist, besteht aus einem Elastomerwerkstoff und kann in der Ankerscheibe 31 einvulkanisiert oder anderweitig, z. B. durch Klipsbefestigung, mechanisch montiert und gehalten sein. Der Dichtkörper 33 kann so gestaltet sein, dass er mit der dem Innenkern 10 zugewandten Oberseite der Ankerscheibe 31 im Wesentlichen eine gemeinsame Ebene bildet.
Die Oberseite der Scheibenfeder 32 liegt mit ihrem mittleren Bereich an der unteren Fläche der Ankerscheibe 31 an. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, ist die Scheibenfeder 32 im Durchmesser etwas größer als die Ankerscheibe 31, sodass ein Außenrandbereich der Scheibenfeder 32 den Umfang der Ankerscheibe 31 überragt. Dieser Außenrandbereich befindet sich in einer Ebene im geringen Abstand unter der unteren Fläche der Ankerscheibe 31 und liegt an der nach unten weisenden Stirnfläche der Buchse 34 an.
Beim Zusammenfügen des Ventilkörpers 2 wird die aus Ankerscheibe 31, Scheibenfeder 32 und Dichtkörper 33 bestehende Plattenanker-Baueinheit von oben in die Ventilkammer 26 eingesetzt, bis der Dichtkörper 33 auf dem Ventilsitz 23 aufliegt. Sodann wird die Buchse 34 zweckmäßig mit Hilfe einer Vorrichtung so weit in die Ventilkammer 26 hineingeschoben, dass die Scheibenfeder 32 am Randbereich etwas nach unten in Richtung zur Grundwand 22 gebogen wird, wodurch der Dichtkörper 33 mit einer exakt definierten Federkraft gegen den Ventilsitz 23 drückt. Die Buchse 34 ist so bemessen, dass ihr Umfang im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Umfangswand 25 ist, wodurch ein Reibschluss gebildet und die Buchse 34 im Presssitz unverrückbar festgelegt ist.
Die Dicke der Umfangswand 25 ist ungefähr gleich der Wanddicke der Buchse 34 und somit wesentlich dünner als die Dicke der Ventilgehäusewand 16. Um das Einführen des Ventilkörpers 2 in den Aufnahmeraum 17 zu erleichtern, kann die Umfangswand 25 an ihrem oberen freien Ende mit einer Einführschräge versehen sein.
Wenn sich der Ventilkörper 2 wie dargestellt in dem Aufnahmeraum 17 befindet, übergreift die Ventilgehäusewand 16 die Umfangswand 25 und den größten Teil der Umfangsfläche der Grundwand 22. Der Ventilkörper 2 ist im Bereich der Ventilgehäusewand 16 mittels Presssitz festgelegt, indem der Außendurchmesser der Grundwand 22 und der Innendurchmesser der Ventilgehäusewand 16 so aufeinander abgestimmt sind, dass die miteinander korrespondierenden Flächen kraftschlüssig aneinanderliegen und somit in der Endposition radial fest zusammengepresst sind. In der dargestellten Endposition befindet sich der Plattenanker in seiner optimalen Schließfunktionslage, wobei zwischen der Oberseite der Ankerscheibe 31 und dem Bund 12 sowie der Trennscheibe 11 ein kleiner Abstand besteht. Da die Trennscheibe 11 und die nach unten weisende Stirnfläche des Innenkerns 10 axial etwas zurückgesetzt sind, ist der Abstand in diesen Bereichen geringfügig größer, so dass die Ankerscheibe 31 auch bei geöffnetem Ventil nicht mit dem Innenkern 10 in Berührung kommt.
Auch ist zu erkennen, dass zwischen der Ventilgehäusewand 16 und der relativ dünnen Umfangswand 25 ein Ringspalt 35 besteht, der vorteilhaft dadurch gebildet ist, dass der Außendurchmesser der Umfangswand 25 etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Ventilgehäusewand 16. Das Hochdruckmedium, das durch die Eingänge 27, 28 in die Ventilkammer 26 strömt, gelangt durch die in der Scheibenfeder 32 und der Ankerscheibe 31 ausgebildeten Durchbrüche auch in den Abstandsbereich über der Ankerscheibe 31 sowie in den Ringspalt 35. Die dünne Umfangswand 25 ist also allseits innen und außen von dem Hochdruckmedium umgeben und keinen einseitig wirkenden Kräften ausgesetzt. Sämtliche Mediumskräfte werden umfänglich von der stabilen Ventilgehäusewand 16 aufgenommen.
Das mit der Ventilgehäusewand 16 einstückige Gehäuse 4 des Magnetkopfes 1 nimmt die komplette Abdichtung nach außen auf. Das dargestellte Ventil kann in ein externes Aufnahmegehäuse eingesetzt werden. Unter dem an der Ventilgehäusewand 16 angeformten Ringflansch 18 kann ein Dichtring positioniert werden oder der Ringflansch 18 kann hier mit dem externen Aufnahmegehäuse verschweißt werden. Es ist somit möglich, die hohen Druckkräfte komplett auf das Aufnahmegehäuse bzw. Endgerät zu übertragen, sodass stets eine hohe Sicherheit gewährleistet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10215592 C1 [0002]

Claims

Ventil für gasförmige und flüssige Medien, mit einem Ventilkörper (2), der eine Grundwand (22), eine Umfangswand (25), eine Ventilkammer (26), einen Ventilsitz (23), mindestens einen Eingang (27, 28) und mindestens einen Ausgang (29) für das Medium aufweist, einem Magnetkopf (1) mit einem Gehäuse (4), das einen Innenkern (10), eine Elektrospule (6), ein Joch und eine Trennscheibe (11) umfasst, und einem axial verlagerbaren Plattenanker, der eine Ankerscheibe (31), einen gegen den Ventilsitz (23) andrückbaren Dichtkörper (33) und eine Scheibenfeder (32) besitzt, die an einer Buchse (34) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (4) des Magnetkopfes (1) eine Ventilgehäusewand (16) ausgebildet ist, die einen Aufnahmeraum (17) mitbegrenzt, in den der Ventilkörper (2) eingesetzt ist, der mindestens mit der Umfangsfläche seiner Grundwand (22) an der Ventilgehäusewand (16) hermetisch dicht angeordnet ist.
Ventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Gehäuses (4) und die Ventilgehäusewand (16) materialeinheitlich einstückig ausgeführt sind.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Aufnahmeraum (17) umfänglich begrenzende Ventilgehäusewand (16) die Umfangswand (25) des Ventilkörpers (2) übergreift.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ventilgehäusewand (16) und der Umfangswand (25) des Ventilkörpers (2) ein Ringspalt (35) für das Medium besteht.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Umfangsfläche der Grundwand (22) des Ventilkörpers (2) in den Aufnahmeraum (17) eingepresst und mittels Reibschluss kraftschlüssig an der Ventilgehäusewand (16) festgelegt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (25) des Ventilkörpers (2) eine Einführschräge für das Einführen in den Aufnahmeraum (17) aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Umfangsrand der Scheibenfeder (32) stützende Buchse (34) an der Innenseite der Umfangswand (25) des Ventilkörpers (2) mittels Presssitz gehalten ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilität und Dicke der Umfangswand (25) des Ventilkörpers (2) kleiner ist als die Stabilität und Dicke der Ventilgehäusewand (16).
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Aufnahmeraum (17) mitbegrenzender Übergang zwischen der Ventilgehäusewand (16) und einem nach innen strebenden Bund (12) als Radius ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bund (12) des Gehäuses (4) und am Umfang des Innenkerns (10) einander zugewandte Schultern (14, 15) ausgebildet sind, an denen die Trennscheibe (11) des Magnetkopfes (1) abgestützt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der dem Aufnahmeraum (17) abgewandten Seite des Bundes (12) zu der Wand des Gehäuses (4) als Radius ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgehäusewand (16) in der Ebene des Aufnahmeraums (17) einen nach außen strebenden Ringflansch (18) aufweist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Ringflansches (18) gleich oder größer ist als die Dicke der Ventilgehäusewand (16).
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Ventilgehäusewand (16) zu dem Ringflansch (18) als Rundung ausgebildet ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) mit der Ventilgehäusewand (16) und dem Ringflansch (18) insgesamt materialeinheitlich aus einem Stück hergestellt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (4) eine Stützscheibe (9) kraft- und/oder formschlüssig festgelegt ist, an der das dem Ventilkörper (2) abgewandte Ende des Innenkerns (10) abgestützt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (9) am Umfang mit der Wand des Gehäuses (4) verschweißt ist.
Ventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (2) mit der Ankerscheibe (31), dem Dichtkörper (33) und der Scheibenfeder (32) des Plattenankers bezüglich einer Mittenachse (3) koaxial zu einer Baueinheit zusammengefasst ist und dass der Magnetkopf (1) und der Ventilkörper (2) bezüglich der Mittenachse (3) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.