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Magnetventil
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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit zwei Ventilsitzen,
einem Magnetanker, der mit einem zentralen Durchflußkanal versehen ist, in welchem
ein mit beiden Ventilsitzen zusammenwirkendes aus einem elastischen Material bestehendes
Ventilelement angeordnet ist.
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Bei einem Magnetventil der vorgenannten Art wird durch das Ventilelement
sowohl die Verbindung zwischen einem Zulaufanschluß und einem Arbeitsanschluß, als
auch die Verbindung zwischen dem letzteren und einem Rücklauf- oder Entlüftungsanschluß
gesteuert. Wenn der Arbeitsanschluß mit dem Entlüftungsanschluß in Verbindung steht,
strömt das Druckmittel zwischen dem Magnetanker und dem Ventilelement hindurch zum
Entlüftungsanschluß.
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Das langgestreckt ausgebildete Ventilelement besteht aus einem elastischen
Kunststoffmaterial, oder auch aus einem Kautschukmaterial, wie z.B. Perbunan oder
Viton.
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Es wurde nun gefunden, daß bei einem solchen Ventilelement im Laufe
des Betriebs Längenänderungen auftreten können, die eine Veränderung des Hubweges
des Magnetankers zur Folge haben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der
eingangs genannten Art so zu gestalten, daß Längenänderungen des Ventilelementes
im Betrieb vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das langgestreckt
ausgebildete Ventilelement zur Längenstabilisierung mit einer Metallseele versehen
ist.
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Die Metallseele ist zweckmäßigerweise in das Ventilelement eingespritzt,
und sie kann aus einem Stift oder einem Draht bestehen, der an seinem Umfang zur
besseren Verankerung zweckmäßigerweise mit Rillen oder dgl.
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versehen ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Metallseele
in Form eines U-förmig gebogenen Metallbandes ausgebildet sein, wobei vorzugsweise
die Enden des Metallbandes aus dem Ventilelement quer zu dessen Längsrichtung herausgeführt,
zum Magnetanker hin hakenförmig umgebogen sind und in eine an dessen Außenseite
ausgebildeten Nut eingreifen. Anstelle der Nut können auch Schlitze oder Sacklöcher
vorgesehen sein.
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Die hakenförmig umgebogenen Enden des Metallbandes sind vorteilhafterweise
mit einer Auflagefläche für eine den Magnetanker beaufschlagende Rückstellfeder
versehen.
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Um den Durchfluß des Druckmittels zwischen dem Ventilelement und dem
Magnetanker so wenig wie möglich zu behindern, sind die Enden des Metallbandes zwischen
der Austrittsstelle aus dem Ventilelement und den umgebogenen Haken vorteilhafterweise
mit einem im Winkel abgekröpften Abschnitt ausgestattet.
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Zweckmäßigerweise besteht das Ventilelement aus einem langgestreckten
Schaft mit daran integral angeformten radialen Armen, die in eine Ringnut des Magnetankers
eingreifen.
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Gemäß einer vorteilhaften Abwandlung des Ventilelementes besteht dieses
nur noch aus einem langgestreckten prismatischen Schaft mit insbesondere quadratischem
Querschnitt.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert, in welcher Fig. 1 im Schnitt schematisch ein Magnetventil
zeigt.
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Fig. 2 zeigt in Schrägansicht ein Ventilelement, das im Ventil nach
Fig. 1 verwendet wird.
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Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Ventilelement nach Fig.
2.
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Fig. 4 zeigt im Schnitt eine abgewandelte Ausführungsform des Ventilelements.
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Fig. 5 zeigt das Ventilelement nach Fig. 4 in Schrägansicht.
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Fig. 6 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform des Ventil elements.
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Fig. 1 zeigt ein Magnetventil 10 mit einem Gehäuse 12, einer Magnetspule
14 und einem Magnetanker 16, der in einer Magnetschlußhülse 18 axial geführt und
verschiebbar ist.
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Im Gehäuse 12 sind zwei Ventilsitze 20 und 22 ausgebildet, die durch
ein Ventilelement 24 betätigt werden. Der Ventilsitz 20 stellt hierbei die Verbindung
von einem Zulaufanschluß 58 zu einem Arbeitsanschluß 60 her, während der Ventilsitz
22 die Verbindung vom Arbeitsanschluß 60 zu einem Rücklaufanschluß oder Entlüftungsanschluß
62 herstellt.
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Das Ventilelement 24 besteht aus einem elastischen Kunststoffmaterial
oder einem Kautschukmaterial, wie z.B. Perbunan oder Viton, und es ist in einer
zentralen Längsbohrung des Magnetankers 16 angeordnet und im Magnetanker gehalten.
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Das Ventilelement 24 besteht, wie insbesondere die Fig. 2 und 3 zeigen,
aus einem langgestreckten, in der dargestellten Ausführungsform prismatischen Schaft
26, an dessem in der Zeichnung unteren Ende beispielsweise vier radiale Arme 28
integral angeformt sind, von denen jeder aus einem radialen Steg und einem sich
an diesen anschließenden axialen Bund oder Ansatz 32 gebildet ist. Zwischen den
einzelnen Armen sind Ausnehmungen 34 gebildet, durch welche, wie noch erläutert
wird, das Druckmittel durchfließen kann.
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Der Querschnitt des Schaftes 26 ist quadratisch, wobei das übereckmaß,
d.h, die Länge der Diagonale dem Durchmesser der Bohrung des Magnetankers
16
entspricht.
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In der Schaltstellung nach Fig. 1 ist der Ventilsitz 20 geschlossen,
der Ventilsitz 22 dagegen geöffnet, d.h. das Druckmittel kann vom Arbeitsanschluß
60 durch die Ausnehmungen 34 zwischen den Armen 28 des Ventilelementes 24 und danach
durch einen Spalt 36 zwischen dem Magnetanker 16 und dem Ventilelement 34 zum und
durch den geöffneten Ventilsitz 22 und danach zum Entlüftungsanschluß 62 strömen.
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Wenn das Obereckmaß des Schaftes 26 des Ventilelements 24 gerade dem
Innendurchmesser des Magnetankers 16 entspricht, so werden zwischen dem letzteren
und dem Schaft 26 vier solcher axialer Spalte 36 gebildet.
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Um nun eine Längenänderung des Ventilelementes 24 im Laufe des Betriebes
zu vermeiden, ist dieses mit einer axial verlaufenden Metall seele 38 versehen,
die z.B. aus einem Stift oder einem Draht bestehen kann, der an seinem Außenumfang,
wie insbesondere Fig. 3 zeigt, zur besseren Verankerung im Material des Ventilelementes
24 mit Rillen oder einem Gewinde ausgestattet ist. Die Metall seele 38 ist zweckmäßigerweise
in das Ventilelement 24 eingespritzt.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist das Ventilelement 24 im Magnetanker 16 mittels
seiner Arme 28 gehalten, deren Ansätze 32 in eine Ringnut-40 des Magnetankers 16
eingreifen, bzw. infolge der Elastizität des Materials in diese Ringnut 40 einschnappen,wobei
zwischen den Ansätzen 32 und dem Schaft 26 genügend Zwischenraum für das Druckmittel
vorhanden ist.
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Der Magnetanker 16 ist ständig durch eine Druckfeder 44 beaufschlagt,
die zwischen einem Bund 42 des Magnetankers und einem Bund der Magnetschlußhülse
18 angeordnet ist.
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In der in Fig. 1 dargestellten Position ist die Magnetspule 14 entregt,
so daß der Magnetanker 16 und damit auch das Ventilelement 24 durch die Druckfeder
44 gegen den Ventilsitz 20 angedrückt und dieser geschlossen wird. Wird die Magnetspule
14 erregt, so wird der Magnetanker gegen die
Kraft der Druckfeder
44 nach oben in Fig. 1 gezogen, wodurch der Ventilsitz 22 geschlossen und der Ventilsitz
20 geöffnet wird.
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Durch die Anordnung einer Metallseele im Ventilelement 24 wird eine
exakte Länge des letzteren gewährleistet und eine gleichbleibende Hubgröße zwischen
den beiden Ventilsitzen 20 und 22 erreicht.
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Durch geeignete Dimensionierung der Stege 30 des Ventilelementes,
insbesondere ihrer Höhe H (Fig. 3) kann das Ventilelement an die beim Uffnen und
Schließen der Ventilsitze auftretenden dynamischen Belastungen angepaßt und insbesondere
die Masse des Magnetankers 16 beim Auftreffen des Ventilelementes 24 auf den jeweiligen
Ventilsitz elastisch abgefedert werden, was eine lange Lebensdauer, auch bei hoher
Schalthäufigkeit, ermöglicht.
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Bei Betrieb mit Wechselspannung muß bekanntlich der Magnetanker zum
Anliegen am Gehäuse bzw. an einem anderen entsprechenden Metallteil kommen, damit
keine Brummgeräusche auftreten. Außerdem muß aber auch das Ventilelement auf dem
jeweiligen Ventilsitz aufsitzen. Durch entsprechende Auslegung, insbesondere der
axialen Höhe H der Stege 30 des Ventilelementes 24 wird erreicht, daß sowohl der
Magnetanker am Gehäuse anliegt, als auch das Ventilelement gegen den jeweiligen
Ventilsitz angedrückt wird.
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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des Ventilelementes und des Magnetankers.
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Bei diesem Ventilelement 25 nach Fig. 4 ist die Metallseele aus einem
etwa U-förmig abgebogenen Metallband 46 gebildet, dessen in der Figur untere Enden
48 quer zur Längsrichtung des Schaftes 26 des Ventilelementes und einander diametral
gegenüberliegend aus dem Schaft 26 herausgeführt sind.
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Diese Enden sind dann, wie insbesondere auch Fig. 5 zeigt, nach oben
zum Magnetanker 17 hin hakenförmig umgebogen, wobei Haken 50 gebildet werden, deren
Stirnenden 64 wieder aufeinander und auf das Ventilelement 25 zu gerichtet sind.
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Die Stirnenden 64 der Haken 50 greifen, wie Fig. 4 zeigt, in eine
am Außenumfang des Magnetankers 17 ausgebildete Ringnut 52 ein und sind in dieser
geeignet verankert, z.B. eingeklemmt. Anstelle der Ringnut 52 können auch zwei Schlitze
oder zwei entsprechende Sackbohrungen treten, in welche die Stirnenden 64 eingreifen.
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Mit Hilfe der Haken 50 ist somit das Ventilelement 25 mit dem Anker
17 verbunden, dessen in der Figur untere Stirnfläche gerade die Enden 48 berührt
oder vorzugsweise etwas gegen diese Enden 48 angedrückt wird, was mittels geeigneter
Vorspannung der Haken 50 erreicht wird.
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Von besonderem Vorteil bei dieser Ausführungsform ist es, daß das
Ventilelement 25 in Form eines einfachen prismatischen Körpers, z.B.
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eines Stabes mit quadratischem Querschnitt (ggf. auch mit Kreisquerschnitt)
ausgebildet werden kann und die Arme 28 der Ausführungsform nach Fig. 1 wegfallen.
Aber auch die Form des Magnetankers 17 ist beträchtlich einfacher. Er ist rohrförmig
und kann daher aus Rohrmaterial hergestellt werden, wobei es nur erforderlich ist,
an seinem Außenumfang die Nut 52 (oder Schlitze bzw. Sacklöcher) anzubringen. Die
Ringnut 40 der Ausführungsform nach Fig. 1 fällt weg, aber auch der dortige Bund
42, da die beiden Haken 50 je eine Auflagefläche 54 für die Druckfeder 44 aufweisen,
deren eines Ende sich auf diesen Auflageflächen 54 abstützt, womit über die Verbindung
der Haken 50 mit dem Magnetanker 17 der letztere ständig durch die Druckfeder 44
beaufschlagt wird.
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Als Material für das Metallband 46 eignet sich Stahl, wobei die Arme
48 so dimensioniert werden, daß, ebenso wie bei den Stegen 30 der Ausführungsform
nach Fig. 1, ein ausreichender elastischer Federweg vorhanden ist, damit sowohl
der Magnetanker am Gehäuse anliegt, als auch das Ventilelement 25 gegen den jeweiligen
Ventilsitz angedrückt wird.
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Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 4.
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Die Enden 48 des Metallbandes 46 sind hier zwischen der Austrittsstelle
aus dem Ventilelement 25 und den Haken 50 mit einem abgekröpften Abschnitt 56 versehen,
der von den Armen 48 aus in einem Winkel von etwa 450 nach außen und oben (bezogen
auf Fig. 6) verläuft und dann in den horizontalen unteren Schenkel der Haken 50
übergeht. Durch diese abgekröpften Abschnitte 56 wird der Abstand der Enden 48 des
Metallbandes 46 zur unteren Stirnfläche 66 des Magnetankers 17 vergrößert, wodurch
die Umströmung der Enden 48 durch das Druckmittel (das vom Arbeitsanschluß 60 zum
Entiüftungsanschluß 62 strömt) verbessert und damit der Strömungswiderstand der
Enden 48 des Metallbandes 46 reduziert wird.
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Die Seele 38, 46 kann außer aus Metall auch aus anderen qeeignet formstabilen
Materialien bestehen, wie z.B. Kunststoffen, insbesondere Duroplasten, Keramik oder
Holz.
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