DE2248428C3 - 3/2-Wegeventil mit einem elektromagnetischen Hilfsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein 3/2-Wegeventil, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß, mit einem Verschlußglied,' mit einer ersten Druckkammer, die das Verschlußglied in der einen Richtung beaufschlagt, mit einer zweiten Druckkammer, mit einer Verbindung zwischen beiden Druckkammern, wobei der Druck in der zweiten Druckkammer den in der ersten übersteuert und das Verschlußglied in Gegenrichtung beaufschlagt, und mit einem elektromagnetischen Hilfsventil zum Verbinden der zweiten Druckkammer mit einem drucklosen Raum.

Ein derartiges Ventil ist aus der CH-PS 426 414 bekannt. Bei diesem Ventil wird ein aus magnetisierbarer!! Material bestehender Anker von einem mit Hilfe eines Elektromagneten verstärkten Magnetfeld eines innerhalb des Elektromagneten angeordneten Dauermagneten derart gegen eine Federkraft einer Schraubenfeder angehoben, daß eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer hergestellt wird, oder aber das Feld des Dauermagneten wird geschwächt, so daß der Anker vom Dauermagneten durch die Feder-

428 ₂

kraft abgerissen wird und somit die Verbindung zwischen den beiden Druckkammern unterbrochen und die zweite Druckkammer mit einem drucklosen Raum verbunden wird. Die Ausbildung des Hilfsventil benötigt demnach im Vergleich mit dem ganzen Ventil im Verhältnis viel Platz. Weiterhin ist eine verhältnismäßig große elektrische Steuerenergie erforderlich, wodurch sich eine geringe Ansprechempfindlichkeit ergibt. Auch kann das Hilfsventil nur ausschließlich elektrisch betätigt werden, so daß bei einer Störung im Stromkreislauf das gesamte Ventil ausfall».

Weiterhin ist z.B. aus der US-PS 2 572 175 ein 2/2-Wegeventil bekannt, bei dem mit Hilfe einer elektromagnetisch bewegbaren Membrane die Verbindung der zweiten Druckkammer zur ersten unterbrochen und zu einem drucklosen Raum, beispielsweise zu der Atmosphäre, hergestellt wird. Dabei besitzt die Membrane zwei Arbeitsstellungen, nämlich im erregten Zustand des Elektromagneten als Abdichtung der öffnung für die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer, und im stromlosen Zustand als Abdichtung der öffnung für die Verbindung der zweiten Druckkammer mit dem drucklosen Raum. Damit weist die->e Membrane einen relativ großen Arbeitsweg auf, wodurch eine Ermüdung des Membranmaterials begünstigt wird. Auch ist bei diesen Ventilen keine Möglich keit vorhanden, das Ventil bei Ausfall des Elektromagneten hilfsweise mit einem Druckmittel zu steuern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, aus gehend von einem 3/2-Wegeventil der eingangs beschriebenen Art, dieses derart zu verbessern, daß eine kompakte Bauweise mit kurzen Ventilwegen des Hilfsventils erreicht wird und zudem eine wahlweise Steuerung durch ein Druckmittel möglich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der aus einer Magnetspule und einem magnetisierbaren, im wesentlichen E-förmigen Kern bestehende Elektromagnet innerhalb des Gehäuses derart angeordnet ist, daß der mittlere Schenkel des Kerns einen mit der zweiten Druckkammer verbundenen Durchlaß aufweist, über dessen äußerer öffnung eine den Anker des Elektromagneten bildende Membran angeordnet ist, die im erregten Zustand des Elektromagneten an der äußeren öffnung dichtend anliegt und als innere Trennwand einer wahlweise zu beaufschlagenden Druckkammer ausgebildet ist.

Auf Grund dieser erfindungsgcnäßen Ausgestaltung weist die Membran des Hilfsventil nur eine Arbeitsstellung auf, und zwar im erregten Zustand des Elektromagneten als Abdichtung der äußeren öffnung. Im stromlosen Zustand hat die Membran keine Dichtfunktion. Somit ist die Dichtwirkung der Membran unabhängig von eventuellen Ermüdungserscheinungen des Membranmaterials. Da die Auslenkung der Membran nur in einer Richtung erfolgt, ist eine schnelle Arbeitsweise mit geringer Steuerleistung möglich. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung der Membran des Hilfsventil, dieses auch zusätzlich als druckmittelbetätigtes Ventil einzusetzen, und zwar beispiels weise beim Ausfall des Elektromagnetkreises.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Membran einen ebenen runden Mittelteil, der mit der äußeren öffnung in Eingriff kommt, einen Randteil, der im Gehäuse gehalten ist, und den runden Mittelteil mit dem Randteil verbindende Arme aufweist und auf der vom Elektromagneten abgelegenen Seite eine nichtmetallische geschlossene Schicht aufliegt. Durch diese spezielle Ausgestaltung

der Membran wird die zu bewegende Masse derselben noch wesentlich verringert, so daß die Empfindlichkeit und die Arbeitsfrequenz des erfindungsgemäßen Ventils gegenüber bekannten Ausführungen beträchtlich gesteigert werden kann.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, -,--enn der sitzseitige Membranteil aus einem einzigen dünnen Metallblechstück mit einer Stärke von 0,150 mm herausgeätzt ,SL Dadurch wird die vollständige Ebenheit der Membrane auch nach der Bearbeitung gewährleiste» und eine Formänderung der kristallinen MikroStruktur vermieden.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes 3/2-Wegeventil,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 und 4 eine schematische Darstellung der beiden Betriebsstellungen des Ventils gemäß F i g. 1.

Das erfindungsgemäße 3/2-Wegeventil weist ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einem Einlaß 2 und einem Auslaß 3 auf. Es besteht aus einer ersten Druckkammer 4, mit weicher der Einlaß 2 für Druckluft in Verbindung steht. Die erste Druckkammer 4 steht auch mit dem Auslaß 3 in Verbindung. Die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 4 und dem Auslaß 3 ist der Rege lung durch ein hin- und herbewegliches Verschlußglied 5 unterworfen, das eine bestimmte Oberfläche 6 auf weist, auf die der Luftdruck in der ersten Druckkammer 4 wirkt, um das Ventil 5 geschlossen zu halter

Das Ventil enthält ferner eine zweite Druckkammer 7 und eine Verbindung 8 zwischen den beiden Kammern, so daß die /weite den Luftdruck der ersten aufnehmen kann. Eine biegsame, nichtmetallische Mem bran 9 nimmt den Luftdruck in der zweiten Druckkammer 7 auf einer vorherbestimmten Fläche auf, die größer ist als die Oberfläche 6 des Ventils 5 und die durch eine Ventilstange 10 die öffnung des Ventils 5 bewirkt. Die Ventilstange 10 ist mit einer Längsbohrung versehen, welche die Verbindung 8 bildet. Um das Ventil 5 unter der Wirkung des auf seine Oberfläche 6 wirkenden Luftdrucks geschlossen zu halten, ist die zweite Druckkammer 7 mit einem regelbaren Luftaustritt vers ^lien.

Die Membran 9 betätigt ein Ventr 4a. das sich schließt, wenn sich das Ventil 5 öffnet und umgekehrt, wodurch der Auslaß 3 mit einer Auslaßöffnung 3a verbunden werden kann. In F i g. 1 ist diese Auslaßöffnung 3a nicht sichtbar. Sie ist aber in den F i g 3 und 4 dargestellt.

Ein magnetisierbarer, im wesentlichen E-förmiger Kern 12 weist in seinem mittleren Schenkel einen axialen Durchlaß 13 auf, der am einen Ende mit der zweiten Druckkammer 7 verbunden ist und der am anderen Ende eine die Strömung beschränkende, äußere öffnung 14 aufweist, durch welche die Luft aus der zweiten Druckkammer 7 austritt. Eine Magnetspule 15 um-, gibt den Kern 12, und eine den Anker des Elektromagneten bildende Membran 16 ist vor der öffnung 14 und in einem geringen Abstand von derselben angeordnet. Die Membran 16 weist einen ebenen, runden Mittelteil 16a auf, der mit der öffnung 14 bei Erregung der Magnetspule 15 in Eingriff kommt und den Austritt von Druckluft aus derselben verhindert, so daß sich ein Druck in der zweiten Druckkammer 7 aufbauen kann.

Der E-förmige Kern 12 wird durch einen zylindrischen, magnetisierbaren Mantel mit einer unteren Endwand 17 sowie einer zylindrischen Seitenwand 18 gebildet, die sich bis zu einer flanschartigen Kante 19 erstreckt, welche den Umfang der Membran 16 berührt Bei Erregung der Magnetspule 15 bildet sich ein Magnetkreis aus, der geschlossen ist, wenn der Mittelteil 16a der Membran 16 mit der öffnung 14 im Eingriff stehL

Wie F i g. 2 zeigt, weist die Membran 16 neben dem ebenen Mittelteil 16a einen ebenen Randteil 16/> aui, der die Kante 19 der Wand berühr (wobei diese Teile in radialem Abstand voneinander liegen), sowie ebene Arme 16a welche alle mit dem gleichen Halbmesser um den Mittelpunkt der Membran 16 gekrümmt sind und die Teile 16a und 166 miteinander verbinden. Die Membran 16 ist kreisförmig und vollkommen eben und ist aus einem einzigen ebenen Teil äußerst dünnen Meüüls mit einer Dicke von 0,150 mm herausgeätzt. Der Abstand zwischen der öffnung 14 und der Membran 16 ist sehr klein und beträgt etwa 0.125 mm. Wegen der geringen Dicke der Membran 16 und der langen Arme 16c ist die Federkonstante des Mittelteils 16a sehr klein.

1st die Magnetspule 15 stromlos, so entweicht die Druckluft aus der zweiten Druckkammer 7 durch die öffnung 14 und durch die öffnung 20 in die Atmosphäre. Wegen der Mantelkonstruktion des E-förmigen Kerns 12 und des fast vollständig geschlossenen magnetischen Flußweges infolge des Eingriffs des Randteils 166 mit der Kante 19 der Wand ist nur sehr wenig elektrische Energie, maximal etwa 0,5 Watt, zum Verschließen der öffnung 14 mit der Membran 16 erforderlich. Wenn dies erfolgt, steigt der Luftdruck in der zweiten Druckkammer 7 sehr rasch an und bewegt das Tellerventil 5 aus der Schließstellung in die Offenstellung, während sich das Tellerventil 9a gleichzeitig schließt.

Um eine zusätzliche pneumatische Betätigung des Ventils zu ermöglichen, wird der Membran 16 auf der dem Kern 12 gegenüberliegenden Seite eine dünne, nichtmetallische Schicht 21 überlagert. Weiterhin weist das zylindrische Gehäuse 1 eine zylindrische Ausnehmung 22 auf, in welcher die Magnetspule 15 und der E-förrnige Kern 12, 18, 19 angeordnet sind, wobei die Membran 16 und die Schicht 21 auf der Kante 19 des Kerns 12 aufliegen und aus der Ausnehmung 22 durch Verschieben entfernbar sind. Das Gehäuse 1 ist mit einem kreisförmigen Deckel versehen, welcher einen Umfangsflansch 24 aufweist, der die Membran 16 und die Schicht 21 mit einem Sprengring 25 im Ende der Ausnehmung 22 des Gehäuses 1 in Stellung hält und eine Druckkammer 23 bildet. Die Druckkammer 23 ist äußerst klein und mit einer Einlaßöffnung 26 versehen, auf welche ein Drucksignal zur Einwirkung gebracht werden kann, um das Ventil alternativ zu der elektrischen Betätigung z. B. hydraulisch zu betätigen.

Um eine Punktberührung der Membran 16 mit dem Kern 12 an der öffnung 14 zu vermeiden, ist diese von einer erhöhten Wand 14a umgeben. Diese Wand 14a stützt den Mittelteil 16a der Membran 16 ab. Durch die Wand 14a wird auch ein besserer magnetischer Fluß erreicht.

In F i g. 3 ist das Ventil 5 durch den Arbeitsdruck geschlossen, weil die Magnetspule 15 stromlos ist und kein pneumatisches Signal auf die öffnung 26 zur Einwirkung kommt. In F i g. 4 verschließt die Membran 16 die öffnung 14, weil die Magnetspule 15 erregt ist oder weil ein pneumatisches Signal empfangen wurde. Das Druckmittel in der zweiten Druckkammer 7 wird in

diesem Fall aus der ersten Druckkammer 4 durch die Membran 9 aufgenommen, welche eine größere Fläche als das Ventil S aufweist, so daß dieses in die Offenstellung bewegt wird. Wegen der dünnen, nichtmetallischen Schicht 21, welche die Membran 16 für das Druckmedium undurchlässig macht, kann ein auf die öffnung 26 einwirkendes pneumatisches Signal auch das Ventil 5 in die Offenstellung verschieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

V.

Claims (3)

Patentansprüche: 2

1. 3/2-Wegeventil, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß, S mit einem Verschlußglied mit einer ersten Druckkammer, die das Verschlußglied in der einen Richtung beaufschlagt, mit einer zweiten Druckkammer, mit einer Verbindung zwischen beiden Druckkammern, wobei der Druck in der zweiten Druckkamraer den in der ersten übersteuert und das Verschlußglied in Gegenrichtung beaufschlagt, und mit einem elektromagnetischen Hilfsventil zum Verbinden der zweiten Druckkammer mit einem drucklosen Raum, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Magnetspule (15) und einem magnetisierbarer im wesentlichen E-förmigen Kern (12,18. 19) bestehende Elektromagnet innerhalb des Gehäuses (1) derart angeordnet ist, daß der mittlere Schenkel des Kerns einen mit der zweiten Druckkammer (7) verbundenen Durchlaß (13) aufweist, über dessen äußerer öffnung (14) eine den Anker des Elektromagneten bildende Membran (16, 21) angeordnet ist, die im erregten Zustand des Elektromagneten an der äußeren öffnung (14) dichtend anliegt und als innere Trennwand einer wahlweise zu beaufschlagenden Druckkammer (23) ausgebildet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16, 21) einen ebenen runden Mittelteil (16a), der mit der äußeren öffnung (14) in Eingriff kommt, einen Randteil (166), der im Gehäuse (1) gehalten ist, und den runden Mittelteil (16a) mit dem Randteil (166) verbindende Arme (16c) aufweist und auf der vom Elektromagneten (15) abgeiegenen Seite eine nichtmetallische geschlossene Schicht (21) aufliegt.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sitzseitige Membranteil Π6) aus einem einzigen dünnen Metallblechstück mit einer Stärke von 0,150 mm herausgeätzt ist.