DE2303450A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

Patentanwälte Stuttgart, den ?A. Januar 1973

DR.-INQ. !^. H. WiLKSLM Dr.W/Wo

DiPi ^ '2 El £".J372R

Telefon 07IW 291133

Betr.: Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung D

Anm.: Dip!.-Kaufmann

E. Heinrich Kirchheira

7000 Stuttgart Ost
Talstraße 41

Magnetventil

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere in der Ausbildung als Vorsteuerventil mit einem Verschlußkorper, der mit einem Dichtelement und mit einem magnetischen Ankerteil versehen ist und bei erregtem Magnetteil von diesem gegen Federwirkung bewegt wird.

Bei bekannten Magnetventilen dieser Art für gasförmige und flüssige Medien ist der Verschlußkorper als Plunger ausgebildet und. in einem zentral im Magnetteil angeordneten Führungsrohr geführt. Bei erregtem Magnetteil wird der Plunger gegen die Wirkung einer Schraubenfeder in das Führungsrohr hineingezogen. Der Nachteil dieser Bauart ist dabei darin zu sehen, daß der Plunger in der

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Hegel einer Schmierung bedarf, da er aufgrund der magnetischen Querkräfte und seines Eigengewichtes metallisch am Führungsrohr reibt. Der dadurch entstehende Abrieb verschleißt sowohl den Plunger als auch das Führungsrohr und die abgeriebenen Metallpartikel bilden eine Gefahr für die stromabwärts liegenden Regelgeräte. Das wirkt sich dann besonders nachteilig aus, wenn die' bekannten Magnetventile als Vorsteuerventile eines auf einen Betrieb mit trockener, nicht geölter Luft ausgelegten Hauptsteuerventile eingesetzt sind, weil dann die Vorsteuerventile bezüglich der Lebensdauer zum schwächsten Teil des Ventils werden können. Das kann nur vermieden werden, wenn das Vorsteuerventil durch ölhaltige Luft oder sonstige Maßnahmen geschmiert wird. Abgesehen davon, daß die bekannten Geräte zum Anreichern von Luft mit öl relativ aufwendig sind und ölhaltige Luft nicht umweltfreundlich ist, ist es in vielen Anwendungsfällen auch nicht möglich, ölhaltige Luft einzusetzen, öldämpfe sind beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie schädlich und können auch die Gefahr von Explosionen an elektrischen !Teilen von Schaltschränken oder dergleichen hervorrufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil, insbesondere ein Vorsteuerventil derart auszubilden, daß ein schmierungs- und wartungsfreier Betrieb mit trockener Luft oder mit anderen Gasen, ggfl. auch mit Flüssigkeit möglich ist, ohne daß die Lebensdauer des Magnetventiles beispielsweise durch Abrieb beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verschlußkörper ausschließlich durch mindestens eine im Ventilkörper befestigte und in Richtung der Achse des Verschlußkörpers eine geringe, in radialer Richtung jedoch eine große Steifigkeit aufweisende Feder geführt ist.

Durch diese Ausgestaltung gelingt es, den Verschlußkörper völlig reibungsfrei und daher auch verschleißfrei arbeiten zu lassen. Eine Wartung solcher Ventile ist daher nicht nötig, auch wenn solche Ventile für den Betrieb in trockener Luft oder anderen

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nichtschmierenden Gasen oder Flüssigkeiten eingesetzt werden. Durch den Wegfall eines Plungers wird auch in axialer Richtung nur noch wenig Platz benötigt, so daß die Gesamtbaugröße klein gehalten werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn der Ankerteil als eine im Wirkbereich des Magnetteiles liegende Scheibe o.dgl. aus magnetischem Material ausgebildet ist, weil dann durch diese Kombination von Verschlußkörper und Feder in sehr einfacher Weise eine Fertigung aus Stanzteilen vorgenommen werden kann, die eine wirtschaftliche Massenfertigung erlaubt. Es kann dabei auch noch vorgesehen werden, daß die Scheibe topffÖ2*mig mit einem vorstehenden Band ausgebildet ist, so daß der ' so ausgebildete Verschlußkörper gestanzt und gezogen werden kann , wobei dann nur noch die freien Kanten, welche die Polflächen bilden, bearbeitet werden müssen.

Die Feder kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als scheibenförmige Flachfeder ausgebildet sein, die im Bereich ihres Zentrums unmittelbar am Verschlußkörper und mit ihrem Umfang am Ventilkörper befestigt ist. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine sichere Führung der Magnetscheibe und beansprucht aber wenig Raum. Die scheibenförmige Flachfeder kann mit Durchbrechungen in derartiger Anordnung und Ausbildung versehen sein, daß lange Biege- und Torsionsarme gebildet werden, so daß die Feder bei radialer Führung des scheibenförmigen Ankerteiles in axialer Richtung im erforderlichen Ausmaß nachgiebig bleibt. Dabei kann bei einem Ausführungsbeispiel die scheibenförmige Flachfeder zwei konzentrisch zueinander liegende ringförmige Durchbrechungen aufweisen, die jeweils durch versetzt angeordnete Stege unterbrochen sind. Dabei kann jede ringförmige Durchbrechung vier Stege aufweisen. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Durchbrechungen im wesentlichen spiralförmig zum Zentrum der Flachfeder gelegt sein. Auch in dieser Anordnung ergeben sich lange Biege- und

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Torsionsarme für eine sichere und reibungsfreie Führung des scheibenförmigen Ankers, wobei durch Anordnung von vier spiralförmigen Durchbrechungen vier Arme gebildet werden können. Es ist darüberhinaus noch eine ganze Reihe von Ausführungsformen denkbar, bei denen es aber immer darauf ankommt, die Länge der Verbindungsstücke vom äußeren Umfang der Flachfederscheibe zum Zentrum, das den Verschlußkörper führt, möglichst groß zu gestalten und zwar so, daß die radialen Spannungen immer wesentlich größer als die in der Federscheibe auftretenden axialen Spannungen sind. Auf diese Weise kann dann eine leichte axiale Nachgiebigkeit bei radialer Steifigkeit und damit eine axiale Führung erzielt werden. Dieses Ergebnis wird beispielsweise auch erreicht, wenn die Verbindungsstege vom fest eingespannten Umfang der Federscheibe zum den Verschlußkörper führenden Zentrum mäanderförmig ausgebildet sind, wobei die Stärke der Federscheibe im Verhältnis zur Breite der Verbindungsstege klein ist. Auch in diesem Fall tritt das gewünschte Verhältnis der Spannungen auf und der Verschlußkörper wird in radialer Richtung unnachgiebig, in axialer Richtung dagegen elastisch nachgiebig geführt.

Neben radialer Führung des scheibenförmigen Ankerteiles mit eingebauter Dichtung kann es erforderlich sein, daß die Dichtfläche des Ankerteiles während des Hubes und in den Endlagen stets exakt parallel zur Ausgangslage bleiben soll. Das kann dann dadurch erreicht werden, daß zwei der beschriebenen scheibenförmigen Flachfedern parallel wirken, indem sie sowohl am äußeren Umfang als auch in der Mitte durch Stege miteinander und mit dem scheibenförmigen Ankerteil verbunden sind. Hierfür lassen sich besonders geeignete Federformen finden, die in sich asymmetrisch, paarweise aber wieder symmetrisch sind, so daß Kipperseheinungen des Verschlußkörpers vermieden sind. Dabei ist es auch denkbar, anstelle der runden scheibenförmigen Flachfeder eine oder zwei rechteckige und nur einseitig eingespannte Blattfedern zu verwenden, wobei in diesem Fall nur ein relativ geringer Hub für den Verschlußkörper möglich ist.

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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Hauptsteuerventil mit einem erfindungsgemäßen Magnetventil als Vorsteuerventil,

Fig. 2 in größerem Maßstab ein Magnetventil als Durchgangsventil mit einer Flachfederscheibe,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2, (jedoch als Breiwegeventil und mit zwei Flachfederscheiben,

Fig. 4 eine Ansicht auf eine Flachfederscheibe in einer Ausführungsform und

Fig. 5 eine Ansicht auf eine Flachfederscheibe in einer anderen Ausführungsform, die für einen größeren Hub des Verschlußkörpers geeignet ist, .

Fig. 6 eine Ansicht wie in der Fig. 4 und 5» jedoch bei einer Ausführungsform einer Flachfederscheibe, die für noch größeren Hub gedacht ist.

Fig. 7 eine Flachfederscheibe, die sich bei großem Verschlußkörperhub für eine paarweise oder gekoppelte Anordnung mit identischen, aber spiegelbildlich angeordneten Flachfederscheiben eigent,

Fig. 8 eine Flachfederscheibe, die ähnlich wie jene der Fig. 7 für spiegelbildliche Kombination von zwei Federscheiben vorgesehen ist und

Fig. 9 eine Flachfederscheibe, bei der die Länge, der V^rbindungsstege vom Einspannumfang zum Führungszentrum für den Verschlußkörper durch mäanderförmige Ausbildung für Stege gewonnen wird.

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In der Fig. 1 ist ein mit trockener Luft arbeitendes als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Hauptsteuerventil 1 mit einem als Magnetventil ausgebildeten Vorsteuerventil 2 kombiniert. Dieses Vorsteuerventil 2 weist anstelle eines zentral im Magnetteil 3 angeordneten Führungsrohres und eines in diesem geführten und deshalb in nachteiliger Weise Reibung verursachenden Plungers, der mit einem Dichtelement unter der Wirkung einer Schraubenfeder eine Düse 4- abschließt, einen als Magnetscheibe 5 ausgebildeten Verschlußkörper auf, der als Ankerteil dient und vor dem Magnetteil 3 liegt. Die Magnetscheibe 5 wird dabei von einer scheibenförmigen Flachfeder gehalten, die am äußeren Umfang in einer Ausnehmung im Ventilkörper 3a gehalten ist, eine hohe radiale Steifigkeit und eine geringe axiale Steifigkeit aufweist und im Bereich ihres Zentrums mit der Magnetscheibe fest verbunden ist. In der gezeigten Stellung drückt bei nicht erregtem Magnetteil 3 die Flachfederscheibe 6 ein zentral in der Magnetscheibe 5 angeordnetes Dichtelement gegen die Mündung der Düse 4. Bei erregtem Magnetteil wird die Magnetscheibe 5 gegen die Wirkung der Flachf'ederscheibe 6 an den Magnetteil 3 gezogen und die Mündung der Düse 4 wird freigegeben. Da bei einer Bewegung der Magnetacheibe 5 jegliche Reibung entfällt, ist keinerlei Schmierung erforderlich und auch die Gefahr eines Abriebes nicht gegeben. Das Vorsteuerventil kann demnach ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer mit trockener ölfreier Luft oder mit anderen nichtschmierenden Gasen oder Flüssigkeiten betrieben werden.

Die nach Fig. 1 bei einem Vorsteuerventil dargestellte Ausbildung eines Verschlußkörpers als Magnetscheibe und Aufhängung dieser Magnetscheibe an einer scheibenförmigen Flachfeder läßt sich mit gleichen Vorteilen gemäß Fig. 2 auch bei einem Ventil 8 mit koaxialem Durchgang vorsehen, bei dem ein Druckanschluß 9 zentral im Magnetteil 3 angeordnet ist und bei dem gegenüber ein Verbraucheranschluß 10 liegt. Der Druckanschluß 9 mündet -

in einen vor dem Magnetteil 3 liegenden

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Raum 12, an den mit einem Ventilsitz 13 der Verbraucheranschluß anschließt. In dem Raum 12 liegt eine Magnetscheibe 5, in der zentral ein Dichtelement 7 angeordnet ist. Die Magnetscheibe 5 ist vorzugsweise durch. Schweißen an einer scheibenförmigen Flachfeder 6 befestigt, die am äußeren Umfang des Gehäuses des Ventils 8 eingespannt ist. Die Flachfederscheibe 6 drückt die Magnetscheibe 5 mit dem Dichtelement 7 an den Ventilsitz 13. Infolge der Anordnung von Durchbrechungen 14 ist die Flachfederscheibe so ausgebildet, daß sie sich in radialer Richtung steif, in axialer Richtung dagegen nachgiebig verhält, so daß bei einer Erregung des Magnetteiles 3 die Magnetscheibe 5 gegen die Wirkung der Flachfederscheibe und unter exakter axialer Führung gegen den Ventilsitz 11 gezogen wird.

Die im Durchgangsventil nach. Fig. 2 veranschaulichte Magnetscheibe und die scheibenförmige Flachfeder läßt sich in gleicher Weise auch, natürlich, bei einem Dreiwegeventil mit Vorteilen einsetzen.

Wie Fig. 3 zeigt, ist es auch möglich, die Magnetscheibe 5 zwei scheibenförmigen Flachfedern 6, 6a aufzuhängen, um evtl. Kippbewegungen der Magnetscheibe auszuschalten. Diese Anordnung ist im gezeigten Beispiel bei einem Dreiwegeventil mit einem weiteren Anschluß 16 verwirklicht. Sie eignet sich insbesondere für Präzisionsventile. Die Flachfederscheiben selbst können nach verschiedenen Prinzipien aufgebaut sein, die aber alle dem vorher schon erwähnten Zweck dienen, die bei Verformungen in radialer Richtung auftretenden Spannungen wesentlich größer zu halten, als die in axialer Richtung auftretenden.

Bei der scheibenförmigen Flachfeder 6 nach Fig. 4- bestehen die Durchbrechungen 14 aus zwei im wesentlichen konzentrischen jeweils durch Verbindungsstege 15 unterbrochenen Ringen. Die Verbindungsstege 15 liegen von Ring zu Ring derart versetzt zueinander, daß jeder Verbindungssteg eines Ringes etwa in der Mitte der Durchbrechung des anderen Ringes liegt, so daß sich lange Biege- und

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Torsionsarme zwischen dem äußeren Umfang und dem Zentraum der Flachfeder 6 ergeben. Durch diese Torsionsarme wird die an der Flachfederscheibe innen befestigte Magnetscheibe in axialer Richtung nachgiebig, in radialer Richtung dagegen steif geführt. Es wäre auch möglich, anstelle der in beiden konzentrischen Ringen gezeigten vier Durchbrechungen jeweils nur zwei vorzusehen, die eine analoge versetzte Anordnung der Verbindungsstege ■ ergeben.

Anstelle der ringförmigen Durchbrechungen 14 bei einer Flachfederscheibe nach Fig. 4 können gemäß Fig. 5 auch spiralförmig gelegte Durchbrechungen 14a vorgesehen sein, so daß sich ebenfalls spiralförmig verlaufende Verbindungsstege 15a ergeben.

FlachfederausSihrungen, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, eignen sich für Ventilausführungen, die einen größeren Hub des Verschlußkörpers gegenüber Ausführungen voraussetzen, bei den Federn nach Fig. 4 eingesetzt sind. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Verbindungsstege wesentlich länger sind, als bei der Ausführungsform der Fig. 4, die sich für Ventile mit kleinem Hub besser eignet und die bei gleicher Materialstärke für die Flachfederscheibe auch größere Federkräfte aufweist.

Gemäß Fig. 6 läßt sich auch eine Ausführung finden, die noch größere Hübe zuläßt, wobei die Federcharakteristik dann durch die Wahl der Material stärke der Flachfederscheibe variiert werden kann. Hier sind nur 2 Verbindungsstege 15b und 15c vorgesehen, die sich aber vom äußeren Umfangsteil 17 aus über einen etwa 450° großen Winkel bis zum Zentrumsteil 18 hin erstrecken. Fig. 7 zeigt eine Flachfeder mit nur einem Verbindungssteg 15d, der vom Umfangsteil 17 zum Zentrumsbereich 18 verläuft. Diese Flachfeder eignet sich aufgrund ihrer unsymmetrischen Ausbildung zur Vermeidung von Kippkräften am Verschlußteil zur Kombination mit einer gleichen, aber spiegelbildlich angeordneten zweiten Feder in der Art, wie das in Fig. 3 angedeutet ist. Auch eine paketweise Anordnung mehrerer Flachfedern ist je nach gewünschter Federcharakteristik natürlich möglich.

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Pig. 8 zeigt ebenfalls eine für Kombinationszwecke geeignete, in sich, unsymmetrische Plachfederausbildung für großen Hub. Auch hier ist aber noch das Prinzip der spiralförmigen Anordnung des Verbindungssteges 15© vom Umfang 17 zum Zentrum 18 vorgesehen.

Anders ist das bei der Federscheibe der Pig. 9» wo weder konzentrische Durchbrechungen noch spiralförmig verlaufende Verbindungsstege vorgesehen sind. Hier sind die Verbindungsstege 15f mäanderförmig ausgebildet, verlaufen aber in ihrer Grundrichtung im wesentlichen radial. Auch auf diese Weise lassen sich die Verbindungsstege 15f zu langen Biege- und Torsionsarmen ausgestalten, die die gewünschten Eigenschaften der Flachfederscheibe (axiale Beweglichkeit bei radialer Steifigkeit) ergeben.

Bei ganz einfachen Ventilausführungen, die nur einen geringen Hub benötigen, kann die Magnetscheibe auch an ein oder zwei rechteckig ausgebildeten und nur einseitig eingespannten Blattfedern aufgehängt sein.

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Claims (11)

Patent- und SchutzanSprüche

1.) Magnetventil, insbesondere in der Ausbildung als Vorsteuerventil mit einem Verschlußkörper, der mit einem Dichtelement und einem magnetischen Ankerteil versehen ist und bei erregtem Magnetteil von diesem gegen Federwirkung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (5) durch mindestens eine im Ventilkörper (3a) befestigte und in Richtung der Achse des Verschlußkörpers eine geringe, in radialer Richtung Jedoch große Steifigkeit aufweisende Feder (6) geführt ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerteil als eine im Wirkbereich des Magnetteiles (3) liegende Scheibe (5) o.dgl. aus magnetischem Material ausgebildet ist.

3. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (5) topfförmig mit einem vorstehenden Rand (5a) ausgebildet ist.

4-, Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als scheibenförmige Flachfeder ausgebildet ist, die im Bereich ihres Zentrums unmittelbar am Verschlußkörper (5) und mit ihrem Umfang am Ventilkörper (3a) befestigt ist.

5- Magnetventil nach den Ansprüchen 1 und 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Flachfeder (6) mit Durchbrechungen (14-, 14a) in derartiger Anordnung und Ausbildung versehen ist, daß lange Biege- und Torsionsarme als Verbindungsstege zwischen dem Umfang und dem Zentraum gebildet werden.

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6. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei konzentrisch zueinander liegende ringförmige Durchbrechungen (14) vorgesehen sind, die jeweils durch versetzt angeordnete Verbindungsstege (15)
unterbrochen sind.

7. Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede ringförmige Durchbrechung (14) vier Verbindungsstege (15) aufweist.

8. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (14a) im wesentlichen
spiralförmig zum Zentrum der Flachfederscheibe (6) gelegt sind.

9. Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vier spiralförmige Durchbrechungen (14a) vorgesehen sind.

10. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege mäanderförmig vom Umfang zum Zentrum hin verlaufen (Fig. 9)·

11. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als mindestens eine rechteckige und nur einseitig eingespannte Blattfeder ausgebildet ist.

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