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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein magnetgesteuertes Umschaltventil gemäß
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es sind bereits zahlreiche magnetgesteuerte Umschaltventile bekannt.
Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 559 686 ein bekanntes Ventil, bei dem die
Magnetwicklung aktiviert wird, um ein Bauteil an einen Magnetrahmen anzuziehen.
Ein Ventilkegel wird dabei zu einer Stelle bewegt, bei der ein Verschlußteil des
Ventilkegels auf dem zugehörigen Ventilsitz liegt und das andere Verschlußteil von
seinem Ventilsitz abgehoben ist, so daß das Ventil eine Umschaltung der Fluidströmungskanäle
vornimmt.
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Wird andererseits die Magnetwicklung deaktiviert, um die Magnetkraft
zwischen dem Bauteil und dem Rahmen auszuschalten, dann kehrt der Ventilkegel unter
der Wirkung einer Rückstellfeder in seine Ausgangslage zurück und bringt das Bauteil
in einen Abstand zu dem Rahmen, wodurch der ursprüngliche Zustand der Verbindung
der Fluidströmungskanäle wieder hergestellt ist.
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Dabei ist eine Dichtung gezeigt, die bei der obigen Vorveröffentlichung
an der Seite eines Ventilgehäuses angebracht ist, es ist jedoch offensichtlich,
daß die Dichtung auch an der dem Ventilkegel gegenüberliegenden Seite angebracht
sein kann.
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Das bekannte Ventil hat eine V-förmige Dichtung, die zur hermetischen
Abdichtung der Ventilkammer und zum sicheren Führen einer Gleitbewegung der Stützstangen
des Ventilkegels gestaltet ist. Um eine gute Gleitbedingung für den Ventilkegel
ohne Verkippen zu erreichen, soll als Dichtung ein steifes und starres Material
verwendet werden. Andererseits soll aber ein weiches Material als Dichtungsmaterial
verwendet werden, um den Widerstand bei der Gleitbewegung auszuschalten, der sonst
den nachteiligen Effekt hat, daß sich der Ventilkegel bei der Bewegung verkippt
oder verkantet. Das Kippen des Ventilkegels tritt auch durch Reibungsverschleiß
der Dichtung auf, wenn diese längere Zeit eingesetzt wird. Wird der Ventilkegel
betätigt, um sich mit einer solchen gekippten Lage zu verlagern, dann stehen die
Verschlußteile mit dem Ventilsitz natürlich nur in schräger und unstabiler Berührung,
so daß verschiedene Nachteile wie ein ungleichmäßiges Aufliegen des Verschlußteils
auf dem Ventilsitz zur Folge hat, zu denen auch zählt, daß eine hermetische Dichtung
aufgrund des ungleichmäßigen Aufliegens unerreichbar ist. Außerdem tritt ein teilweiser
oder einseitiger Abrieb oder Verschleiß sowohl am Ventilkegel als auch am Ventilsitz
auf.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die beim Stand der Technik auftretenden
Nachteile zu vermeiden und ein magnetgesteuertes Umschaltventil zu schaffen, welches
mit vereinfachtem Aufbau ein Kippen des Ventilkegels und ein gekipptes Auflegen
des Ventilkegels auf den Ventilsitz verhindert, was sonst beim Verschieben des Ventilkegels
zwangsläufig auftritt, wenn sich dieser in Schrägstellung befindet.
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Es ist auch Ziel der Erfindung, den Widerstand beim Umschaltvorgang
so klein wie möglich zu halten, um über einen langen Zeitraum eine gute Umschaltfunktion
und einen
geringen Verschleiß der Gleitteile zu haben.
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Es ist auch Ziel der Erfindung, eine glatte und sichere Bewegung des
Ventilkegels bei minimaler Antriebskraft zu gewährleisten, indem der Gleitwiderstand
bei der Bewegung der Dichtung im Umschaltfall vermindert wird.
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Schließlich ist es auch Ziel der Erfindung, über einen langen Zeitraum
einen stabilen Betrieb des Ventilkegels zu gewährleisten, ohne ein Kippen oder Schrägstellen
des Ventilkegels durch Austausch von Teilen oder Zubehör zu verursachen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs
1. Demnach ist also ein magnetgesteuertes Umschaltventil mit einem Ventilgehäuse
geschaffen, das eine Ventilkammer aufweist und eine Anzahl von Fluidströmungskanälen
besitzt, die an die Ventilkammer angeschlossen sind; es besitzt ferner einen Ventilkegel,
der ein Verschlußteil und ein Paar Stützstangen aufweist, die an gegenüberliegende
Seiten des Verschlußteils angeschlossen sind und das so gestaltet ist, daß die Strömungsrichtung
der Fluidströmungskanäle umschaltbar ist. Zylindrische Führungswände, die in dem
Ventilgehäuse gebildet sind, dienen zur Aufnahme der jeweiligen Stützstangen; Dichtungen
sind zwischen dem Außenumfang der Stützstangen und dem Innenumfang der zylindrischen
Führungswände zum Abdichten der Fluidströmungskanäle angeordnet; und ein Hubmagnet
dient zum Betätigen des Ventilkegels zu dessen Verlagerung zwischen unterschiedlichen
Umschaltstellungen; es zeichnet sich dadurch aus, daß zwei Führungselemente aus
Kunstharz bestehen und an jeweilige Endabschnitte der Stützstangen anschließen und
so gestaltet sind, daß sie in Gleiteingriff mit dem Innenumfang der zylindrischen
Führungswände stehen, um als Führung für die Axialbewegung des Ventilkegels zu
dienen,
wobei eines der Führungselemente an eine Stoßstange angelegt ist, die von dem Hubmagneten
betätigt wird, und wobei das andere Führungselement an eine Rückstellfeder anschließt.
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Durch diesen Aufbau kann die Verschiebung der Stützstangen des Ventilkegels
durch die Führungsteile richtig geführt werden, und zwar durch die an der Innenseite
der zylindrischen Führungswände geführten Führungselemente, die an gegenüberliegende
Seiten des Ventilkegels ansetzen.
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Dadurch wird verhindert, daß sich das kegelförmige Verschlußteil schief
auf den Ventilsitz legt. Dies gewährleistet eine hermetische Abdichtung des Ventilsitzes
und verhindert eine Teilabnutzung des Verschlußteils und des Ventilsitzes.
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Die Erfindung wird anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert:
Die Figur 1 zeigt einen Hubmagneten 1, ein Kegelventil 2, eine elektromagnetische
Wicklung 3 als Teil des Hubmagneten 1, während ein Ventilgehäuse 2a des Kegelventils
2 eine Ventilkammer 4 besitzt, in der der Ventilkegel 5 aufgenommen ist. Der Ventilkegel
5 kann zwischen der ersten Umschaltstellung gemäß der Zeichnung und der zweiten
Umschaltstellung, die gegenüber der ersten Umschaltstellung abgesenkt ist, durch
Deaktivieren oder durch Aktivieren der elektrischen Wicklung 3 umgeschaltet werden,
so daß die drei Fluidströmungskanäle, welche jeweils Öffnungen 2b, 2c, 2d in dem
Ventilgehäuse 2a aufweisen, wahlweise umgeschaltet werden können. Der Ventilkegel
5 weist ein kegelförmiges Verschlußteil 5b und ein Paar von Stützstangen 5a auf,
die an gegenüberliegende Seiten des Verschlußteils 5b ansetzen. Führungselemente
8 und 9 sind fest oder abnehmbar auf die jeweiligen Endabschnitte der Stützstangen
5a,
5a gesetzt, um die Verschiebung des Ventilkegels 5 exakt in axialer Richtung zu
erleichtern, indem sie in zylindrische Führungswände 6, 7 verschiebbar eingesetzt
sind, die in dem Ventilgehäuse 2a gebildet sind. Die Verbindung der Führungselemente
8, 9 mit den Stützstangen 5a, 5a kann in ineinandergreifender Weise realisiert sein,
indem beispielsweise an einem Ende der Stützstange 5a des Ventilkegels 5 ein konvexer
oder konkaver Bereich geformt und ein entsprechender konkaver oder konvexer Bereich
am Innenumfang der Führungselemente 8, 9 gebildet sein kann, wobei diese gebildeten
konvexen und konkaven Flächen miteinander starr oder lösbar gekoppelt sein können.
Von diesen Führungselementen 8, 9 stößt ein Führungselement 8 gegen eine Stoßstange
10, die von dem Hubmagneten 1 bewegt wird, während das andere Führungselement 9
als Federsitz dient, der mit einer Rückstellfeder 11 beaufschlagt ist.
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Die Führungselemente 8, 9 können aus Kunstharz bestehen, welches abriebfest
ist, einen geringen Gleitwiderstand und hohe Antikompressionseigenschaften hat.
Durch Verwendung eines derartigen Materials als Führungselement 8, 9 kann der Ventilkegel
5 weich ohne Widerstandserhöhung gegenüber der Gleitbewegung bewegt werden, so daß
der Ventilkegel 5 über einen sehr langen Zeitraum eine richtige Umschaltfunktion
ausübt. Das zweckmäßigerweise verwendbare Kunstharz für die Führungselemente 8,9
wird vorzugsweise aus der Gruppe von Polyimid, Polytetrafluorethylen, Polybutadienterephthalat
und Polyacetal ausgewählt und ist gegebenenfalls durch ein Verstärkungsmittel wie
Glasfasern verstärkt.
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Zusätzlich dazu, daß die Führungselemente 8, 9 zur Führung der Stützstangen
5a, 5a des Ventilkegels 5 durch Gleitbewegung entlang der Innenseite der zylindrischen
Führungswände 6,7 des Ventilgehäuses 2a gestaltet sind, stößt ein Führungselement
8 gegen die Stoßstange 10, so daß
Reibungsverschleiß für den Gleitbereich
der Stützstange 5a und der Stoßstange 10 deutlich reduziert werden kann, der sonst
auftreten würde, wenn zwischen diesen ein unmittelbarer Kontakt bestünde, und das
andere Führungselement 9 hält den Endbereich der Stützstange 5a, ohne daß dieser
in unmittelbaren Kontakt mit der Rückstellfeder 11 gelangt.
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In einem Fall, in dem die Führungselemente 8, 9 abnehmbar auf den
Stützstangen 5a, 5a sitzen, kann ein neues Führungselement leicht gegen ein durch
Reibung verschlissenes Element ausgetauscht werden, wodurch die glatte und richtige
Verlagerung des Ventilkegels 5 durch geeigneten Austausch des Teils über eine lange
Zeitspanne aufrechterhalten werden kann. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen,
daß die Führungselemente 8, 9 nicht unbedingt eine säulenartige Form haben müssen,
um über ihren gesamten Umfang den zylindrischen Führungswänden 6, 7 angepaßt zu
sein, sondern sie können mit verschiedenen axialen Stegen versehen sein, die so
gestaltet sind, daß sie an der Innenseite der zylindrischen Führungswände 6, 7 in
Gleiteingriff stehen, wodurch eine zusätzliche Reduzierung des Widerstandes gegen
die Gleitbewegung durch Herabsetzung der Gleitfläche erreicht wird. Nachgiebige
Dichtungen 17, 17 sind um die Außenränder der Stützstangen 5a, 5a gehaltert, um
das Arbeitsfluid hermetisch abzudichten.
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Die Dichtungen 17, 17 haben eine zusätzliche Funktion indem sie nämlich
verhindern, daß die Führungselemente 8, 9 in direkten Kontakt mit dem Arbeitsfluid
gelangen.
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Daher werden die Führungselemente 8, 9 unabhängig von den chemischen
Eigenschaften des Arbeitsfluids oder unabhängig selbst von dem Vorhandensein von
kleinen Teilchen wie Schmutz geschützt, der von dem Arbeitsfluid mitgeführt werden
kann, so daß das geeignetste Material für die Führungselemente 8, 9 aus verschiedenen
Stoffen auswählbar ist, ohne daß der Einfluß des Arbeitsfluids berücksichtigt zu
werden braucht. Die dargestellte Dichtung 17 hat einen
Querschnitt,
der in radialer Richtung länger als in axialer Richtung ist, um den Reibungswiderstand
bei der Gleitbewegung zu reduzieren.
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Die von der stromdurchflossenen Wicklung 3 bewegte Stoßstange 10 ist
lösbar in eine Ausnehmung eingesetzt, die in einem Bauteil 13 gebildet ist. Letzteres
wird an einen feststehenden Kern 12 angezogen, wenn die Wicklung 3 erregt wird.
Am oberen Ende der Stoßstange 10 befindet sich ein Flansch 10a, welcher es verhindert,
daß die Stoßstange 10 aus dem Bauteil 13 herausrutscht. Außerdem wird eine Feder
14 zwischen dem Flansch 10a und einem Anschlag 15 zusammengedrückt, damit die Stoßstange
10 aus dem Bauteil 13 herausgedrückt wird. Dadurch wird die Hubdifferenz zwischen
dem Bauteil 13 und dem Ventilkegel 5 ausgeglichen, indem die Stoßstange 10 mehr
oder weniger weit in das Bauteil 13 eindringt, und es wird ferner eine ausreichende
Schließkraft auf den Ventilkegel 5 ausgeübt, um diesen auf den Ventilsitz 4b unter
dem Einfluß der Druckkraft der Feder 14 in die zweite Umschaltstellung zu drücken.
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Ferner ist ein Drucktaster 18 aus flexiblem Material vorgesehen, um
den Ventilkegel 5 von Hand zu bewegen, falls dieser aus irgendeinem Grund festsitzen
sollte.
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Im deaktivierten Zustand der Wicklung 3 des zuvor erwähnten Hubmagneten
1 befindet sich der Ventilkegel 5 in der ersten Umschaltstellung gemäß der Zeichnung,
wobei das Verschlußteil 5b den Ventilsitz 4a unter der Wirkung der Rückstellfeder
11 schließt und dabei wird die Druckkraft der Rückstellfeder 11 über die Stoßstange
10 und die Feder 14 auf das Bauteil 13 übertragen, so daß dieses von dem feststehenden
Kern 12 entfernt gehalten wird.
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Hierauf wird bei einer Erregung der Wicklung 3 das Bauteil 13 an den
feststehenden Kern 12 angezogen, wobei die Feder 14 zusammengedrückt wird und die
Stoßstange 10 des Ventilkegels 5 derart nach unten drückt, daß die Rückstellfeder
11 zusammengedrückt wird, wobei der Ventilkegel 5 in die zweite Umschaltstellung
gelangt, in der das Verschlußteil 5b auf dem Ventilsitz 4b liegt.
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Der Ventilkegel 5 wird in axialer Richtung verschoben, wenn die elektrische
Wicklung 3 aktiviert oder deaktiviert wird, wobei die Verschiebung des Ventilkegels
5 durch die Führungselemente 8 und 9, die an die jeweiligen Stützstangen 5a, 5a
angeschlossen sind, so geführt ist, daß dieser nicht kippt. Dadurch wird das Verschlußteil
5b mit Sicherheit daran gehindert, sich schräg oder ungleichmäßig auf die Ventilsitze
4a und 4b zu legen, so daß eine hermetische Abdichtung zwischen dem Verschluß teil
5b und den zugehörigen Ventilsitzen 4a und 4b erreichbar ist. Dadurch läßt sich
natürlich ein teilweiser oder einseitiger Verschleiß sowohl an den Stützstangen
5a, 5a als auch an den zylindrischen Führungswänden 6 und 7 verhindern, weil diese
keinen unmittelbaren Kontakt miteinander haben.
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Da außerdem die Führungsteile 8, 9 aus Kunstharz mit den zuvor genannten
Eigenschaften hergestellt sind, läßt sich eine glatte Gleitbewegung des Ventilkegels
5 bei Umschaltvorgängen mit einem minimalen Widerstand gegen Verschieben erreichen,
so daß ein Abrieb sowohl an den Führungsteilen 8, 9 als auch an den zylindrischen
Führungswänden 6, 7 verhindert werden kann.
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Ferner nehmen die Dichtungen 17, 17 nicht an der Gleitbewegung des
Ventilkegels 5 teil, sondern dieser wird lediglich von den Führungselementen 8,9
geführt, so daß die Dichtungen
17, 17 den in der Zeichnung dargestellten
Querschnitt haben können, der beim Zusammendrücken von außen leicht verformbar ist,
um den Widerstand gegen die Verschiebungsbewegung des Ventilkegels 5 zu vermindern
und damit sicherzustellen, daß das Ventil mit einer minimalen Antriebskraft umschaltet.
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