DE3147030A1

DE3147030A1 - Magnetventileinheit

Info

Publication number: DE3147030A1
Application number: DE19813147030
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1981-11-27
Publication date: 1983-06-09
Also published as: IT1153079B; CH658703A5; FR2517384A1; DE3147030C2; IT8224326A0; JPS5899578A; IT8224326A1; FR2517384B1

Description

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17. November 1981
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Festo Maschinenfabrik G. Stoll, Esslingen.

Magnetventileinheit

Die Erfindung betrifft eine Magnetventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mangnetventile zur Steuerung der Druckluftzufuhr und Abluftentsorgung von Druckluftverbrauchern sind in Form von entsprechenden 3/2-Magnetventilen seit vielen Jahren bekannt und in den verschiedensten Bauformen erhältlich.

Auch bei derartigen Magnetventilen besteht generell der
Wunsch, diese möglichst kompakt zu bauen, damit die zur
Ansteuerung vieler Druckluftverbraucher notwendigen Ventilbänke übersichtlich auf kleinem Raum untergebracht werden können. Sowohl im Hinblick auf geringe Herstellungskosten als auch im Hinblick darauf, die zur Erregung der Elektromagnete erforderliche Leistung klein zu halten, ist es
ferner wünschenswert, die Elektromagnete selbst möglichst klein auszulegen.

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Bei den bisher verwendeten Magnetventilen müsssn aber die Durchströmquerschnitte an den dem Ventilkörper zugeordneten Ventilsitzen verhältnismäßig groß gewählt werden, damit die großen Mengen entspannter Arbeitsluft in vernünftig kurzer Zeit abgeführt werden können. Große Durchstromauerschnitte für die Abluft bedingen aber einen verhältnismäß leistungsfähigen Elektromagneten, da dieser Kräfte bereitstellen können muß, welche größer sind als die durch Druckbeaufschlagung des Ventilkörpers erhaltenen Kräfte.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Magnetventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 geschaffen werden,· welche mit einem klein ausgelegten Elektromagneten auskommt, trotzdem aber ein Abführen der entspannten Luft unter großem Durchströmquerschnitt erlaubt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Magnetventileinheit gemäß Anspruch 1.

Bei der vorliegenden Erfindung ist erkannt, daß man den Elektromagneten eines Maghetventiles dann noch weiter verkleinern kann, wenn man den von ihm bewegten Ventilkörper in erster Linie nur für die Steuerung des unter hohem Druck stehenden Luftstromes auslegt. Für diesen Luftstrom wird nämlich nur ein geringer Durchströmquerschnitt benötigt, so daß auch die Überwindung der auf den Ventilkörper einwirken-.den Druckbeaufschlagungskräfte durch einen verhältnismäßig

kleinen Elektromagneten bewerkstelligt werden kann.

Das Abführen der großen Mengen entspannter Luft erfolgt dagegen erfindungsgemäß über einen vorgesteuerten zweiten Ventilkörper, durch welchen eine groß dimensionierte zusätzliche Druckentlastungsöffnung freigegeben werden kann. Da üblicherweise bei den als Stellmotoren "i_. B. in Verpackungsmaschinen verwendeten Druckluftzylindern mit einem Speisedruck von etwa 6 atm und einem Entlastungsdruck von etwa 1 atm gearbeitet wird, muß der Durchströmquerschnitt für die entspannte Abluft etwa fünf- bis sechsmal größer sein als der Durchströmquerschnitt für die unter hohem Druck zugeführte Luft. Derartige Abströmquerschnitte lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Ventil ohne Schwierigkeiten realisieren.

Anders gesagt: Geht man aus von einem vorgegebenen Abströmquerschnitt für die entspannte Luft, so kann bei Anwendung der Erfindung der Durchströmqüerschnitt in der erfindungsgemäßen Magnetventileinheit um den Faktor 5-6 kleiner gewählt werden als bei einem bekannten Magnetventil; man kann somit auch einen entsprechend kleineren, billigeren und einfacher anzusteuernden Elektromagneten verwenden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Eine Magnetventileinheit gemäß Anspruch 2 enthält nur ein zusätzliches bewegtes Ventilteil_f verglichen mit einem

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herkömmlichen Magnetventil. Sie läßt sich daher besonders kostengünstig herstellen und arbeitet auch im Dauerbetrieb störungsfrei.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird gewährleistet, daß durch den zusätzlichen Ventilkörper keine zusätzliche Drosselung des dem Verbraucher zugeführten Druckluftstromes erfolgt. Zugleich ist gewährleistet, daß nach einem Abschalten der Druckluftversorgung der zweite Ventilkörper rasch in die die zusätzliche Druckentlastungsöffnung freigebende Stellung bewegt wird.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht, daß der zweite Ventilkörper nach dem Öffnen des ersten Ventilkörpers rasch in die die zusätzliche Druckentlastungsöffnung verschließende Stellung bewegt wird, nur geringe Bruchteile des Druckluftstromes unmittelbar über die zusätzliche Druckentlastungsöffnung abströmen können.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird der durch die Erfindung erhaltene Vorteil auch bei einem doppelt wirkenden Druckluftzylinder erhalten, wobei zur Umsteuerung der Bewegungsrichtung nur eine einzige Signalleitung notwendig ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig» T eine schematische Darstellung einer Magnetventileinheit zur Ansteuerung eines einfach wirkenden Druckluftzylinders, welche großen Abströmquerschnitt aufweist;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein praktisches' Ausführungsbeispiel einer Magnetventileinheit mit großem Abströmquerschnitt; und

Fig_o 3 eine Ventilanordnung zum Ansteuern eines doppelt wirkenden Druckluftzylinders unter Verwendung einer Magnetventileinheit nach Fig. 2 sowie einer ähnlichen, normalerweise in Durchlaßstellung stehenden Magnetventileinheit.

Fig. 1 zeigt einen einfach wirkenden Druckluftzylinder 10 mit einem durch eine Feder 12 in die in der Zeichnung rechts gelegene Endlage vorgespannten Kolben 14. über eine Magnetventileinheit 16 ist der Druckluftzylinder 10 mit einer Druckleitung 18 verbindbar bzw. entlüftbar. Entlüftungsleitungen sind in der Zeichnung mit 20, 22 bezeichnet; es versteht sich, daß man die Abluft - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Schalldämpfern (nicht gezeigt) - auch direkt von Druckentlastungsöffnungen der Magnetventileinheit an die Atmosphäre abgeben kann.

Die Magnetventileinheit 16 wird über eine Steuerleitung 24 erregt, die von einer nicht näher gezeigten Steuerschaltung her beaufschlagt wird. - 6 -

Die Magnetventileinheit 16 umfaßt ein 3/2-Magnetventil 26, welches in die Entlastungsstellung vorgespannt ist und bei Signalbeaufschlagung der Steuerleitung 24 in die Druckdurchlaßstellung umschaltet. Die das Magnetventil 26 mit dem Druckluftzylinder 10 verbindende Arbeitsleitung 28 ist zugleich mit dem Servozylinder 30 eines in die Durchlaßstellung vorgespannten Abluft-2/2-Servoventiles 32 verbunden, über welches die Arbeitsleitung 28 mit der Entlüftungsleitung 22 verbindbar ist.

Die Magnetventileinheit 16 arbeitet folgendermaßen:

Wird die Steuerleitung 24 mit Signal beaufschlagt, so wird die Druckleitung 26 mit dem Druckluftzylinder 10 verbunden, so daß der Kolben 14 entgegen der Kraft der Feder 12 in der Zeichnung nach links bewegt wird. Gleichzeitig wird der Servozylinder 30 mit Druck beaufschlagt, so daß das Abluftventil 32 geschlossen wird. Wird die Beaufschlagung der Steuerleitung 24 beendet, so wird die Arbeitsleitung 28 mit der Entlüftungsleitung 22 verbunden, wobei jedoch nur ein kleiner Durchströmquerschnitt zur Verfügung steht, da das Magnetventil 26 so ausgelegt ist, wie dies die Druckluftversorgung des Druckluftzylinders 10 erfordert. Nachdem nun aber der Servozylinder 30 nicht mehr mit Druck beaufschlagt ist, wird das Abluftventil 32 in die Durchlaßstellung bewegt, so daß der Druckluftzylinder 10 nun über großen Durchströmquerschnitt mit der Entlüftungsleitung 22 verbunden ist. Der Kolben 14 kann nun unter der Kraft der

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Feder 12 rasch in seine Ruhelage zurückkehren„

Das in Fig. 2 wiedergegebene Ausführungsbeispiel zeigte daß sich das Abluftventil leicht in das Ventilgehäuse eines Magnetventiles integrieren läßt:¹

Ein Ventilgehäuse 34 hat eine Druckanschlußöffnung 36 und eine nach oben offene Venti!kammer 38, in welche das untere Ende eines Elektromagneten 40 eingeschraubt ist. Dessen Arbeitsstößel 42 trägt einen Ventilteller 44, der mit einem am Kammerboden vorgesehenen vorspringenden Ventilsitz 46, der einem von der Druckanschlußöffnung 36 herkommenden Druckkanal 48 zugeordnet ist, und einem gegenüberliegenden, nicht gezeigten Ventilsitz zusammenarbeitet, über welchen die Ventilkammer 38 mit einem Entlüftungsstutzen 50 verbindbar ist. Auf diese Weise ist somit ein von der Ventilkammer 38 ausgehender Arbeitskanal 52 durch Erregen des Elektromagneten 40 mit der Druckanschlußöffnung 36 verbindbar und bei nicht erregtem Elektromagneten mit dem Entlüftungsstutzen 50 verbunden.

Der Arbeitskanal 52 mündet über einen Stutzen 54 in eine Gehäusebohrung 56, die koaxial zur Druckanschlußöffnung 36 und den Hauptabschnitten des Druckkanals 48 sowie des Arbeitskanals 52 angeordnet ist. Das in der Zeichnung links gelegene Ende der Gehäusebohrung 56 steht über einen Anschlußkanal 58 der mit einem einfach wirkenden Druckluftzylinder zu verbindenden Arbeitsöffnung 60 des Ventilgehäuses 34 in Verbindung. - r -

In der Gehäusebohrung 56 ist ein becherförmiger Ventilkörper 56 axial verschiebbar angeordnet, welcher in seinem Boden mit einer Durchgangsöffnung 64 versehen ist, deren Querschnitt dem Querschnitt des Arbeitskanales 52 entspricht. Der Querschnitt des Anschlußkanals 58.und einer die Wand der Gehäusebohrung 56 durchsetzenden, beim linken Ende der Gehäusebohrung 56 gelegenen zusätzlichen Abluftöffnung 66 ist dagegen mindestens um ein solches Vielfaches größer als der Querschnitt des Arbeitskanals 52, wie dies dem Entspannungsverhältnis des gasförmigen Arbeitsmediums entspricht. Bei einer Entspannung des Arbeitsmediums· von 6 auf 1 atm haben Anschlußkanal 58 und Abluftöffnung 66 jz. B. den sechsfachen Querschnitt des Arbeitskanals 52.·-

Der Stutzen 54 ist an seinem f-reien Ende mit Schlitzen 68 versehen, damit die in der Zeichnung rechts gelegene Stirnfläche 70 des Ventilkörpers 62 nach öffnen des Ventiltellers 44 rasch mit Druck beaufschlagt wird.

Die in Fig. 2 wiedergegebene Magnetventileinheit arbeitet folgendermaßen:

Fig. 2 zeigt die Stellung der Ventilteile unmittelbar nach Beendigung der Erregung des Elektromagneten 40. Bei dieser Stellung des Ventiltellers 44 wird die Ventilkammer 38 über den Entlüftungsstutzen 50 entlüftet, und der Ventilkörper 62 bewegt sich nun infolge Differenzdruckbeaufschlagung in der Zeichnung nach rechts, so daß die Abluftöffnung 66 frei-

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gegeben wird. Vom angeschlossenen Druckluftzylinder abzuführende Luft kann somit über den Anschlußkanal 58 und die Abluftöffnung 66 unter großem Querschnitt abströmen.

Wird der Elektromagnet 40 wieder erregt, so wird die Strömungsverbindung zwischen der Ventilkammer 38 und dem Entlüftungsstutzen 50 unterbrochen, die Ventilkammer 38 und der Arbeitskanal 52 werden wieder mit dem an der Anschlußöffnung 36 anstehenden Druck beaufschlagt, über die Schlitze 68 wird nun auch die Stirnfläche 70 des Ventilkörpers 62 mit Druck beaufschlagt, so daß dieser in der Zeichnung nach links in die die Abluftöffnung 66 überdeckende Stellung bewegt wird. Nun strömt unter hohem Druck stehende Luft über den Ventilkörper 62 in die Arbeitsöffnung 60 und von dort zum Druckluftzylinder.

In Fig. 3 sind zwei Magnetventileinheiten 72, 74 gezeigt, von denen die eine derjenigen nach Fig. 2 vollständig entspricht, während die andere sich von einer Magnetventileinheit gemäß Fig. 2 dadurch unterscheidet, daß ihr Ventilteller in die Durchlaßstellung vorgespannt ist und bei Erregung des Elektromagneten in di'e Schließstellung gebracht wird.

Die Arbeitsöffnungen der Magnetventileinheiten 72, 74 sind über Arbeitsleitungen 76^78 mit den Arbeitsträumen 80, 82 eines doppelt wirkenden Druckluftzylinders 84 verbunden.

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Die Anschlußöffnungen beider Magnetventileinheiten 72, 74 sind an eine gemeinsame Druckleitung 86 angeschlossen. Die beiden Elektromagnete der beiden Magnetventileinheiten 72,74 werden von einer gemeinsamen Steuerleitung 88 her erregt. Abluftstutzen 90 der Magnetventileinheiten kommunizieren direkt mit der Atmosphäre.

Man erkennt, daß man gemäß Fig. 3 unter Verwendung eines einzigen Steuersignales einen doppelt wirkenden Druckluftzylinder mit kleinen Elektromagneten für beide Arbeitsrichtungen steuern kann, wobei in beiden Bewegungsrichtungen ein rasches, unbehindertes Abströmen der Abluft sichergestellt ist.

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Claims

Patentansprüche :

1. Magnetventileinheit zur Steuerung der Druckrittelver- und -entsorgung eines Druckluftverbrauchers, mit einem Ventilgehäuse, welches eine Drucköffnung, eine mit dem Verbraucher zu verbindende Arbeitsöffnung sowie eine Entlastungsöffnung aufweist, mit einem im Ventilgehäuse angeordneten, in eine Ruhelage vorgespannten Ventilkörper zur wahlweisen Verbindung der Arbeitsöffnung mit der Drucköffnung bzw. der Entlastungsöffnung und mit einem Elektromagneten zum Bewegen des Ventilkörpers in eine Arbeitsstellung, gekennzeichnet durch einen zweiten Ventilkörper (32; 62) , welcher eine vom strom "ab- des ersten Ventilkörpers (26; 44) herrschenden Druck beaufschlagte Druckangriffsfläche (30; 70) aufweist und durch welchen ein Strömungsweg zwischen der Ärbeitsöffnung (28; 60) und einer großen Durchströmquerschnitt aufweisenden zusätzlichen Druckentlastungsöffnung (22; 66). steuerbar ist.

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2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilkörper (62) eine mittige Durchgangsöffnung (64) aufweist und mit seiner Mantelfläche in eine die zusätzliche Druckentlastungsöffnung (66) überdeckende Stellung bewegbar ist.

3. Ventileinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung (84) der Querschnittsfläche des Arbeitskanals (52) des Ventilgehäuses (34) entspricht.

4. Ventileinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskanal (52) des Ventilgehäuses (34) in eine den zweiten Ventilkörper (62) aufnehmende Gehäusebohrung (56) durch einen Stutzen (54) ausmündet, welcher radiale Schlitze (68) aufweist.

5. Ventilanordnung zum Ansteuern eines doppelt wirkenden Druckluftzylinders, gekennzeichnet durch eine erste, normalerweise geschlossene Magnetventileinheit (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und eine zweite, normalerweise offene Magnetventileinheit (74) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Arbeitsöffnungen (76, 78) an die beiden Arbeitsräume (82, 84) des Druckluftzylinders (84) angeschlossen sind.