DE2361398B1

DE2361398B1 - Magnetventil mit Federn

Info

Publication number: DE2361398B1
Application number: DE2361398A
Authority: DE
Inventors: Egon Joergen Soenderborg Hansen (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1973-12-10
Filing date: 1973-12-10
Publication date: 1975-03-13
Also published as: CH576601A5; JPS5091029A; DK588874A; NL7416007A; DK133758C; US3970282A; DK133758B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil, dessen Verschlußstück vom Anker gegen die Kraft einer unter Vorspannung stehenden Belastungsfeder und einer zu Beginn der Verschlußstückbewegung entfallenden Zusatzkraft aus der einen Endlage, insbesondere der Schließlage, in die andere Endlage bewegbar ist, wobei zwischen Anker- und Verschlußstück eine zweite Feder geschaltet ist.

Bei einem bekannten Magnetventil dieser Art (DT-AS 11 94 668) ist zwischen den durch die Belastungsfeder belasteten Anker und das Verschlußstück eine Druckfeder geschaltet, die einen Bund am Verschlußstück gegen einen Mitnahme-Innenflansch des Ankers drückt und in der Schließstellung des zusätzlich durch das Druckmittel belasteten Verschlußstücks eine kleine Relativbewegung zwischen Verschlußstück und Anker zuläßt, wodurch Schläge beim Auftreffen des Verschlußstücks auf seinen Sitz gedämpft werden.

Da Verschlußstück und Anker während der gesamten Hubbewegung direkt miteinander gekuppelt sind, muß zu Beginn der Öffnungsbewegung auf den Anker eine Zugkraft einwirken, die gleich der Kraft der Belastungsfeder und der durch das Druckmittel hervorgerufenen Zusatzkraft ist. Diese Zugkraft muß bei einem Luftspalt des Ankers erzeugt werden, der dem vorgegebenen Hub des Verschlußstückes entspricht. Vorgegebene Zugkraft und vorgegebener Hub führen zu einem Magnetsystem mit einer bestimmten Mindestgröße, die bislang nicht unterschritten werden konnte.
Bei Magnetventilen sind mit dem Anker zusammenwirkende zusätzliche Federn schon für die verschiedensten Aufgaben eingesetzt worden.

So ist es bei Magnetventilen mit zwei Verschlußstükken, die auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Ankers angeordnet sind, bekannt, außer der Belastungsfeder eine Dämpfungsfeder zwischen einem Verschlußstück und den Anker zu schalten und das andere Verschlußstück fest im Anker anzuordnen (DT-AS 11 89 349) oder über eine weitere Dämpfungsfeder am gegenüberliegenden Verschlußstück abzustützen (DT-PS 12 47 792).

Es ist auch bekannt, die Belastungsfedern aus mehreren Federn zusammenzusetzen, die derart wirksam gemacht werden, daß sich eine der Magnetkraftkennlinie angepaßte Federkennlinie ergibt. Hier wirkt in der einen Endlage eine erste Belastungsfeder. Sie wird nahe der anderen Endlage ersetzt (DT-AS 17 75719) oder unterstützt (DT-AS 11 79 068) durch eine weitere Belastungsfeder mit solcher Kraft, daß bei einer Entregung des Elektromagneten der Anker mit Sicherheit vom Kern abreißt. Auch hier ist das Verschlußstück direkt mit dem Anker gekuppelt. Zu Beginn der Hubbewegung muß daher bei einem den gewünschten Hub entsprechenden Luftspalt auf den Anker eine Zugkraft ausgeübt werden, die der Summe der Kraft der Belastungsfeder in der Schließstellung und der vom Druckmittel hervorgerufenen Zusatzkraft entspricht, wodurch die Größe des Magneten festgelegt ist.

Des weiteren ist ein Magnetventil mit entlastetem Verschlußstück bekannt (DT-AS 10 85 736), bei dem der Anker das Verschlußstück unter Zwischenschaltung einer Zusatzfeder gegen die Kraft der Belastungsfeder mitnimmt. Diese Zusatzfeder hat wiederum die Aufgabe, durch Dämpfung ein schlagartiges Auftreffen des Verschlußstücks auf seinen Sitz zu verhindern. Dies hat zur Folge, daß der Hub des Verschlußstücks gegenüber dem Ankerhub erheblich kleiner ist. Wenn der Ankerhub vorgegeben ist, benötigt man wiederum ein entsprechend großes Magnetsystem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem bei einer vorgegebenen Vorspannung der Belastungsfeder in der Endlage und einem vorgegebenen Hub des Ankers ein kleineres Magnetsystem ausreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Feder eine Speicherfeder ist, die während eines ersten Ankerhubteils, während dem das Verschlußstück weiterhin die Endlage einnimmt, bis auf einen Kraftwert spannbar ist, der die das Verschlußstück in der Endlage haltende Kraft übersteigt.

Bei dieser Konstruktion wird zu Beginn des Ankerhubs, wenn also die Magnetkraft noch gering ist, lediglich die Speicherfeder allmählich gespannt. Mit steigender Magnetkraft und dementsprechender Zusammendrückung der Speicherfeder wird schließlich der Punkt erreicht, an welchem die das Verschlußstück in der Endlage haltende Kraft überwunden wird. Diese Kraft setzt sich aus der durch die Belastungsfeder hervorgerufenen Kraft und der Zusatzkraft zusammen. Diese kann sich bei einem normalerweise geschlossenen Ventil aus dem freien Querschnitt des Ventilsitzes mal der Druckdifferenz am Ventil ergeben. Nunmehr bewegt sich die Gesamtanordnung, bestehend aus Anker,

Speicherfeder und Verschlußstück, gegen die Kraft der Belastungsfeder weiter, bis der Anker seine andere Endlage erreicht. Gleichzeitig erfolgt aber eine Entspannung der Speicherfeder, weil die Zusatzkraft zu Beginn der Bewegung des Verschlußstücks entfällt. Infolge dieser Entspannung der Speicherfeder ist der Hub des Verschlußstiicks größer als der Luftspalt im Magnetsystem, über den zu Beginn der Verschlußstückbewegung die hierfür erforderliche Kraft übertragen werden muß. Infolgedessen ergibt sich ein kleineres Magnetsystem. Zwar kann hierbei der Ankerhub insgesamt größer sein als derjenige des Verschlußstücks; dies ist aber für die Auslegung des Magnetsystems ohne Bedeutung, da im ersten Teil des Ankerhubes lediglich die Speicherfeder zusammengedrückt zu werden braucht. Insgesamt bereitet es keine Schwierigkeiten, bei gegebenem Ankerhub den Hub des Verschlußstücks ausreichend groß zu machen. Ein besonderer Vorteil liegt auch darin, daß wegen der Möglichkeit den Ankerhub bezogen auf den Ventilhub groß zu wählen, verhältnismäßig große Toleranzen bei der Auslegung des Magnetsystems in Kauf genommen werden können.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsetzt die gehäusefest abgestützte Belastungsfeder den Anker wenigstens teilweise. Man erhält dabei eine verhältnismäßig lange Belastungsfeder, die nach Überwindung der Vorspannung auch einen entsprechend großen Hub des Verschlußstücks zuläßt.

Des weiteren kann die Speicherfeder an einem äußeren Ansatz des Verschlußstücks und an einem inneren Ansatz des Ankers angreifen. Sie kann hierbei als Zugfeder und als Durckfeder ausgebildet sein.

Bei einer bevorzugten Konstruktion ist dafür gesorgt, daß das Verschlußstück eine Nadel mit einem Außenflansch ist, daß der Anker eine gestufte Bohrung hat, deren Bohrungsabschnitt größeren Querschnitts am Ende einen eingesetzten Innenflansch aufweist, daß die Belastungsfeder durch den Bohrungsabschnitt kleineren Querschnitts geführt ist und sich auf das Ende der Nadel abstützt und daß die Speicherfeder im Bohrungsabschnitt größeren Querschnitts angeordnet ist und sich einerseits am Außenflansch und andererseits am Innenflansch abstützt. Dies führt zu einer sowohl axial als auch radial gedrungenen Bauform.

Das erfindungsgemäße Magnetventil kann die verschiedensten Formen haben. Insbesondere können mit kleinen Magnetkräften große Abstände überwunden werden. Besonders geeignet ist das Magnetventil daher als hilfsgesteuertes Ventil, bei dem die Düse des Hilfsventils unmittelbar auf einer Membran oder auf einem Kolben angebracht ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung näher veranschaulichter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 3 ein Diagramm, in welchem die Kräfte über dem Hub aufgetragen sind.

In F i g. 1 ist ein Ventilgehäuse 1 mit einem Deckel 2 veranschaulicht. Ein Eintrittsstutzen 3 führt über einen Ventilsitz 4 zu einem Austrittsstutzen 5. Ein Magnetaufsatz 6 weist eine Magnetwicklung 7, einen Magnetkern 8, einen Magnetpfad 9 und eine aus nichtmagnetischem Material bestehende Buchse 10 auf. Der Innenraum 11 dieser Buchse ist mit dem Ventilraum 12 in Verbindung.

Ferner ist ein Anker 13, ein Verschlußstück 14 mit einer Nadel 15, die einen Flansch 16 trägt, eine Belastungsfeder 17 und eine Speicherfeder 18 vorgesehen. Der Anker weist eine Bohrung 19 mit einem Abschnitt 20 kleineren Durchmessers und einem Abschnitt 2t größeren Durchmessers auf, die mittels einer Stufe 22 ineinander übergehen. Die Belastungsfeder 17 steht unter einer bestimmten Vorspannung und stützt sich einerseits am Magnetkern 8 und andererseits an der Oberseite der Nadel 15 ab; sie verläuft z.T. durch den Bohrungsabschnitt 20 kleineren Querschnitts. Die im Bohrungsabschnitt 21 größeren Querschnitts untergebrachte Speicherfeder 18 stützt sich einerseits am Flansch 16 und andererseits an einem am Anker 13 angebrachten Innenflansch 23 ab. In der veranschaulichten Stellung wird daher der Anker mit seiner Stufe 22 gegen den Flansch 16 gedrückt, während die Belastungsfeder 17 das Verschlußstück 14 gegen den Ventilsitz 4 drückt.

Zum Verständnis der Wirkungsweise wird auf F i g. 3 verwiesen. Dort ist über der Hubhöhe h die Kraft P aufgetregen. Die Kraft Po aus der dargestellten Ruhelage ergibt isch aus der Vorspannung der Belastungsfeder 17 bei der Federlänge a und der Kraft, die der Mediendruck auf den freien Querschnitt des Ventilsitzes 4 ausübt. Auf diese Weise findet man den Punkt A. Wollte man diese Kraft Po mit einem bekannten Magnetsystem überwinden, müßte der Magnet so ausgelegt sein, daß er eine Kennlinie I hat.

Beim Anmeldungsgegenstand bleibt bei der Erregung des Elektromagneten das Verschlußstück 14 und die Belastungsfeder 17 zunächst in Ruhe. Durch den Anker wird lediglich die Speicherfeder 18 längs der Kennlinie II gespannt. Diese schneidet im Punkt B die Linie der Kraft Po. Alsdann bewegt sich die Gesamtanordnung gegen die Kraft der Belastungsfeder 17 weiter. Es ist ersichtlich, daß für diesen Zweck eine Magnetkraftkurve III ausreicht, die ein sehr viel kleineres Magnetsystem erfordert. Da der Anker im Augenblick der Mitnahme des Verschlußstiicks eine seiner Geschwindigkeit entsprechende Massenträgheit hat, wird das Abheben des Verschlußstücks auch noch hierdurch erleichtert.

Bei der Ausführungsform der F i g. 2 ist eine Membran M eines hilfsgesteuerten Ventils eine Düse 24 als Ventilsitz eingesetzt. Das Verschlußstück 25 ist durch die Belastungsfeder 17 belastet. Der Anker 13 hat eine durchgehende Bohrung 26 und findet seine Ruhelage an gehäusefesten Anschlägen 27. Als Speicherfeder dient eine Zugfeder 28, die in entsprechenden Rastnuten 29 des Ankers und 30 des Verschlußstücks eingehängt ist. Die Funktionsweise dieses Ventils entspricht derjenigen des Ventils der F i g. 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetventil, dessen Verschlußstück vom Anker gegen die Kraft einer unter Vorspannung stehenden Belastungsfeder und einer zu Beginn der Verschlußstückbewegung entfallenden Zusatzkraft aus der einen Endlage, insbesondere der Schließlage, in die andere Endlage bewegbar ist, wobei zwischen Anker und Verschlußstück eine zweite Feder geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Feder eine Speicherfeder (18; 28) ist, die während eines ersten Ankerhubteils (a-b), während dem das Verschlußstück (14; 25) weiterhin die Endlage einnimmt, bis auf einen Kraftwert spannbar ist, der die das Verschlußstück (14; 25) in der Endlage haltende Kraft (Po) übersteigt.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefest abgestützte Belastungsfeder (17) den Anker (13) wenigstens teilweise durchsetzt.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder (18; 28) an einem äußeren Ansatz (16; 30) des Verschlußstücks (14; 25) und an einem inneren Ansatz (23; 29) des Ankers (13) angreift.

4. Magnetventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (14) eine Nadel (15) mit einem Außenflansch (16) ist, daß der Anker (13) eine gestufte Bohrung (19) hat, deren Bohrungsabschnitt (21) größeren Querschnitts am Ende einen eingesetzten Innenflansch (23) aufweist, daß die Belastungsfeder (17) durch den Bohrungsabschnitt (20) kleineren Querschnitts geführt ist und sich auf das Ende der Nadel (15) abstützt, und daß die Speicherfeder (81) im Bohrungsabschnitt (21) größeren Querschnitts angeordnet ist und sich einerseits am Außenflansch (16) und andererseits am Innenflansch (23) abstützt.