DE3619818A1 - Magnetventilsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventilsystem für kleine Über­ drücke und kleine Durchflußmengen eines Fluids, insbesondere Luft, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 auf­ weist.

Für kleine Überdrücke bis zu etwa 0,15 bar und kleine Durchfluß­ mengen bis zu etwa 30 l/min sind die bekannten Sitzventile er­ heblich überdimensioniert. Sie haben deshalb einen großen Platz­ bedarf und einen entsprechend großen Herstellungsaufwand. Aber auch die bekannten Kolbenschieber-Magnetventile sind für kleine Durchflußmengen bei kleinen Drücken unwirtschaftlich und haben außerdem ebenfalls einen relativ großen Platzbedarf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil­ system für kleine Überdrücke und kleine Durchflußmengen zu schaf­ fen, das trotz eines geringen Raumbedarfes sehr kostengünstig ist. Diese Aufgabe löst ein Magnetventilsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Die Verwendung eines handelsüblichen Elektromagneten eines Klapp­ anker-Relais reduziert bereits wesentlich die Kosten und den Raumbedarf. Hierzu trägt aber auch bei, daß das Betätigungsglied durch wenigstens einen Teil des Klappankers gebildet ist, weil ein Minimum an Einzelteilen sich ebenfalls raumsparend und kos­ tenreduzierend auswirkt. Wegen der kleinen Durchflußmenge ist ein relativ kleiner Ventilhub ausreichend, weshalb die Hebelarmlänge des Betätigungsgliedes klein gewählt werden kann, was ebenfalls den Raumbedarf gering hält. Die erforderlichen Ventilkräfte sind ebenfalls gering und können deshalb von einem entsprechend klei­ nen Elektromagneten aufgebracht werden.

Im Hinblick auf eine Minimierung der Anzahl der erforderlichen Bauteile und eine einfache Montage ist bei einer bevorzugten Aus­ führungsform der Ventilkörper unmittelbar am Klappanker befe­ stigt. Mit besonders geringem Aufwand läßt sich ein zuverlässiges Verschließen des Kanales mit sehr kleiner Betätigungskraft errei­ chen, wenn der Ventilkörper, der vorteilhafterweise aus einem elastischen Material wie Latex oder Kunststoff besteht, nicht an eine glatte Fläche angedrückt wird, in der die Mündungsöffnung des Kanals liegt, sondern das in die Kammer mündende Ende des Ka­ nals durch einen über die Kammerwandung überstehenden Abschnitt eines Rohres gebildet ist. Der Überstand dieses Rohres über die Kammerwandung kann dabei so gering sein, daß zusätzlich eine An­ lage des Ventilkörpers an der Kammerwandung erfolgt.

Das erfindungsgemäße Ventilsystem läßt sich nicht nur in ein­ facher Weise so ausbilden, daß beim Erregen des Elektromagneten die Mündungsöffnung verschlossen wird. Man kann die Anordnung des Ventilkörpers am Klappanker und die Lage der Mündungsöffnung be­ züglich des Ventilkörpers ebenso einfach derart wählen, daß beim Erregen des Elektromagneten die Mündungsöffnung freigegeben, das Ventil also geöffnet wird.

Im letztgenannten Falle ist allerdings eine Rückstellfeder uner­ läßlich, welche bei entregtem Eletromagneten das Ventil geschlos­ sen hält. Eine Rückstellfeder ist aber auch dann vorteilhaft, wenn beim Erregen des Elektromagneten das Ventil geschlossen wird, weil sie dann das Ventil zwangsläufig öffnet, wenn der Elektro­ magnet entregt wird. Ordnet man dem Klappanker einen kleinen Dauermagneten zu, dann kann das erfindungsgemäße Ventil auch im­ pulsartig angesteuert werden. Selbst für eine Betriebsweise als stetiges Ventil eignet sich die erfindungsgemäße Lösung, sofern eine Rückstellfeder vorgesehen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei die Kammer begrenzende und bis auf den Kanal sowie eine Zu- oder Ab­ leitung dicht verschließende Teile eines Gehäuses vorgesehen, in dem der Elektromagnet mit seinem Klappanker angeordnet ist. Da die Kammer abgeschlossen ist, kann mit ihrem Inneren auch eine Meßleitung in Verbindung stehen, die eine Druckmessung ermög­ licht. Hierbei ist es von Vorteil, daß die Kammer mit einem sehr kleinen Volumen ausgeführt sein kann, so daß dieses Volumen dann, wenn beispielsweise der Druck in einem angeschlossenen Verbrau­ cher gemessen werden soll, durch das Kammervolumen nicht nennens­ wert verfälscht wird. Die Druckmessung, welche auch ein Steuern oder ein Regeln des Druckzustandes in einem angeschlossenen Ver­ braucher, Druckerzeuger oder Druckspeicher ermöglicht, kann des­ halb in der Kammer oder einer an diese angeschlossenen Meßleitung erfolgen.

Um das Kammervolumen möglichst klein zu halten, ist es zweck­ mäßig, den den Elektromagneten aufnehmenden Teil des Gehäuses möglichst klein zu machen. Um dennoch eine einfache Gehäuseform zu erhalten, ist vorteilhafterweise der eine Teil des Gehäuses gemäß Anspruch 5 ausgebildet.

Damit eine einfache Form des Klappankers genügt, ist es hierbei vorteilhaft, den Kanal gemäß Anspruch 6 anzuordnen.

Besondere Vorteile hat die erfindungsgemäße Lösung dann, wenn zwei oder mehr vorzugsweise gleich ausgebildete und in ein und demselben Gehäuse angeordnete Ventile nebeneinander gereiht sind, da hierbei die Kosten- und Raumersparnis besonders groß ist. Man kann also beispielsweise außer einer der Anzahl der Verbraucher entsprechenden Anzahl von Ventilen ein Ventil einem Druckerzeuger und ein Ventil einer Druckablaßleitung zuordnen. Da die einzel­ nen, vorzugsweise gleich ausgebildeten Ventile unabhängig vonein­ ander geschaltet werden können, kann man mittels einer solchen Baueinheit beispielsweise bei den einzelnen Vebrauchern unter­ schiedliche Drücke erzeugen und aufrechterhalten oder auch deren Drücke messen und gegebenenfalls verändern.

Bei einem gemeinsamen Gehäuse für mehrere Elektromagneten ist es besonders vorteilhaft, jeden Elektromagneten in einer separaten Vertiefung des einen Gehäuseteils anzuordnen, da dann das Kammer­ volumen so klein wie möglich gehalten wird, ohne daß eine kompli­ zierte Gehäuseform erforderlich wäre.

Sofern eine Rückstellfeder erforderlich ist, ist diese vorzugs­ weise als eine Blattfeder gemäß Anspruch 9 ausgebildet. Aus Fer­ tigungsgründen, aber auch Montagegründen ist hierbei eine Ausbil­ dung gemäß Anspruch 10 besonders vorteilhaft. Sind wenigstens zwei Ventile nebeneinander angeordnet, dann kann das Metallplätt­ chen allen Klappankern zugeordnet sein, wobei eine Ausbildung ge­ mäß Anspruch 11 besonders vorteilhaft ist. Ein derartiges Metall­ plättchen mit Zungen läßt sich beispielsweise durch Ätzen sehr kostengünstig herstellen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1.

Ein im wesentlichen in Form eines langgestreckten Blockes aus ge­ bildetes Gehäuse 1, das im Ausführungsbeispiel aus Kunststoff be­ steht, weist in einer der sich in Gehäuselängsrichtung er­ streckenden Wände sechs in Gehäuselängsrichtung mit gleichen Zwi­ schenräumen nebeneinander angeordnete, die Wand durchdringende Bohrungen auf, in denen abgedichtet je ein Rohr 2 mit Hilfe je einer Mutter 3 festgelegt ist. Der über die Außenseite des Gehäu­ ses 1 überstehende Teil jedes Rohres 2 ist als Anschlußstutzen für eine Schlauchleitung ausgebildet. Das innenliegende Ende je­ des Rohres 2 steht geringfügig über die Innenseite dieser Wand über, welche, abgesehen von einer umlaufenden Randzone, eine im Inneren des Gehäuses 1 vorgesehene Kammer 4 teilweise begrenzt.

Das Gehäuse 1 ist in der durch die Kammerwand und die umlaufende Randzone definierten Ebene in einen Oberteil 1′ und einen Unter­ teil 1′′ geteilt. Der Oberteil 1′ braucht aber nicht oberhalb des Unterteiles 1′′ zu liegen. Das Gehäuse 1 kann jede beliebige Lage einnehmen.

Die Kammer 4, welche die Form einer rechteckförmigen Platte hat, ist in die dem Oberteil 1′ zugekehrte Seite des Unterteiles 1′′ eingelassen. Zwischen der die Kammer 4 berandenden, ebenen Zone des Unterteils 1′′ und der umlaufenden Randzone des Oberteils 1′ liegt eine Dichtung 6, welche das Gehäuse 1 dicht verschließt, wenn der Oberteil 1′ und der Unterteil 1′′ mittels Schrauben 20 zusammengespannt sind.

Jedem der Rohre 2 ist im Unterteil 1′′ eine im Ausführungsbeispiel zylindrische Vertiefung 7 zugeordnet, deren Längsachse lotrecht auf der Teilungsebene des Gehäuses steht. Die Vertiefungen 7 sind, wie Fig. 3 zeigt, in der gleichen Richtung wir die Rohre 2 nebeneinander angeordnet, wobei die Längsachse jedes Rohres 2 zu­ sammen mit der Längsachse der zugeordneten Vertiefung 7 Ebenen definieren, die parallel zu den Stirnflächen 8 des Gehäuses 1 liegen. Der Durchmesser der gleich ausgebildeten Vertiefungen 7 ist wenig größer als der größte Durchmesser eines handelsüblichen Elektromagneten 9 eines Klappanker-Relais und die axiale Länge der Vertiefungen 7 ist so gewählt, daß nur der Polkörper 10 des von der Erregerwicklung 11 umfaßten Schenkels des U-förmigen Mag­ netkernes und der freie Endabschnitt 12 des anderen Schenkels in die Kammer 4 hineinragen. Zur Festlegung der Elektromagneten 11 in ihren Vertiefungen 7 genügt es, die Elektromagneten am Grund der Vertiefungen festzukleben. Da jeder der gleich ausgebildeten Elektromagnete 9 seine Vertiefung 7 nahezu vollständig ausfüllt, wird das Volumen der Kammer 4 durch die Vertiefungen 7 nur wenig vergrößert.

Die Anschlüsse für die Elektromagneten 9 können direkt in der Wand des Gehäuses 1 festgelegt sein. Die Wand kann in diesem Be­ reich zurückversetzt sein. Eine derartige Wandeinziehung ist aber auch dann von Vorteil, wenn die Anschlüsse der Elektromagnete an einer Leiterplatte 13 vorgesehen sind. Im Ausführungsbeispiel ist eine solche Wandeinziehung 14 sowohl in der Unterseite des Unter­ teiles 1′′ als auch in dessen einer Seitenwand vorgesehen.

Der freie Endabschnitt 12 des einen Schenkels des Magnetkernes bildet, wie bei Klappanker-Relais üblich, eine Gabel, in die ein Klappanker 15 eingelegt ist, der in seiner Lagerzone beidseitig auf die freie Breite der Gabel reduziert ist und dadurch nur eine Kippbewegung machen kann, gegen eine Verschiebung in seiner Längsrichtung jedoch durch die Gabel gesichert ist. Als Klappan­ ker 15 dient ein rechteckförmiges Eisenplättchen, das einen dop­ pelarmigen Hebel bildet, dessen einer Arm den Polkörper 10 über­ greift. Der andere Arm des in der Kammer 4 liegenden Klappankers 15 übergreift das in die Kammer 4 ragende Ende des Rohres 2 und trägt auf der diesem Ende zugekehrten Seite einen fest mit ihm verbundenen Ventilkörper 16 in Form eines Plättchen aus einem weichen, elastischen Dichtungsmaterial, beispielsweise einen Kunststoff oder Latex.

Ist der Elektromagnet 9 erregt, dann liegt der eine Arm des Klappankers 15 flach am Polkörper 10 an. Der andere, den Ventil­ körper 16 tragende Arm drückt den Ventilkörper 16 mit der erfor­ derlichen Schließkraft an das in die Kammer 4 ragende Ende des Rohres 2 sowie an eine dieses Rohrende umgebende Ringzone der durch den Oberteil 1′ gebildeten Wand der Kammer 4.

Da alle Elektromagnete 9 unabhängig voneinander steuerbar sind, sind alle Ventile ebenfalls unabhängig voneinander steuerbar.

Um sicherzustellen, daß beim Abschalten des Elektromagneten 9 der Klappanker 15 in diejenige Schwenklage geht, in welcher der Ven­ tilkörper 16 den größtmöglichen Abstand von dem Ende des Rohres 2 hat, ist jedem Klappanker 15 eine Rückstellfeder 17 in Form einer federnden Zunge zugeordnet, welche sich in Längsrichtung des Klappankers 15 gegen dessen den Ventilkörper 16 tragendes Ende hin erstreckt. Die gleich ausgebildeten Rückstellfedern 17 ha­ ben, wie Fig. 3 zeigt, eine etwas geringere Breite als die Weite der durch den freien Endabschnitt 12 gebildeten Gabel und enden im Abstand vom Ventilkörper 16.

Alle Rückstellfedern 17 sind Teile eines Metallplättchens 18, das mit seinem senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zungen verlau­ fenden Rand in einer Nut liegt, die längs der Kammer 4 in der dem Oberteil 1′ zugekehrten Fläche des Unterteiles 1′′ vorgesehen ist und eine an die Dicke des Metallplättchens angepaßte Tiefe sowie eine der Länge des Randes entsprechende Länge hat. Der Rand des Metallplättchens 18 ist dadurch im Gehäuse 1 festgelegt. Zwischen den die Rückstellfedern 17 bildenden Zungen und von diesen je durch einen Schlitz getrennt, erstrecken sich von dem in der Nut liegenden Rand parallel zu den Zungen Stegteile 18′ über die Kam­ mer 4 hinweg. Ihr freies Ende liegt in einer Nut 19, welche längs des Randes der Kammer 4 in der dem Oberteil 1′ zugekehrten Seite des Unterteiles 1′′ vorgesehen ist und eine der Dicke der Stegteile 18′ entsprechende Tiefe hat. Daher sind die Stegteile 18′ auch im Bereich ihres freien Endes festgelegt. Die Rückstellfedern 17 und die Stegteile 18′ werden vorteilhafterweise dadurch gebildet, daß man, ausgehend von einem rechteckförmigen Metallplättchen, die nicht benötigten Materialpartien durch Ätzen entfernt.

Im Ausführungbeispiel liegen die die Rückstellfedern 17 bildenden Zungen in dem sich unmittelbar an den alle Rückstellfedern 17 und Stegteile 18′ verbindenden Längsstreifen anschließenden Abschnitt ebenso wie die Stegteile 18′ an der dem Unterteil 1′′ zugekehrten Seite des Oberteils 1′ an. Der sich an diesen abgestützten Ab­ schnitt anschließende Endabschnitt ist gegen den Klappanker 15 hin abgebogen und drückt auf diesen mit der erforderlichen Feder­ kraft. Durch diese Ausbildung und Abstützung der Rückstellfedern 17 erhält man man eine definierte Rückstellkraft, wodurch es mög­ lich ist, die Betätigungskraft des Elektromagneten 9 auf einem Minimum zu halten.

Sind beispielsweise an drei der Rohre 2 je ein Druckbehälter, beispielsweise je eine mit Luft gefüllte Kammer, an das vierte Rohr eine Druckmeßeinrichtung und an das fünfte Rohr ein Drucker­ zeuger angeschlossen, dann kann für jeden Druckbehälter unab­ hängig von den anderen Druckbehältern eine Druckmessung sowie ei­ ne Druckerhöhung und eine Druckverminderung vorgenommen werden. Für die Druckmessung werden das dem Druckbehälter zugeordnete Ventil und das der Druckmeßeinrichtung zugeordnete Ventil gleich­ zeitig geöffnet. Für eine Druckerhöhung wird außerdem das dem Druckerzeuger zugeordnete Ventil, für eine Druckverminderung das Ventil mit dem freien Rohr 2 geöffnet.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als wei­ tere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den An­ sprüchen erwähnt sind.

Claims (11)

1. Magnetventilsystem für kleine Überdrücke und kleine Durchflußmengen eines Fluids, insbesondere Luft, mit wenigstens einem in eine Kammer mündenden Kanal, einem zum Zwecke des Ver­ schließens und Öffnens der Mündungsöffnung des Kanals an diese andrückbaren beziehungsweise von ihr weg bewegbaren Ventilkörper und einem die Antriebskraft des dem Ventilkörper zugeordneten Elektromagneten auf den Ventilkörper übertragenden Betätigungs­ glied, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Elektromagnet (9) die Bauweise der Elektromagneten von Klappanker-Relais aufweist und
• b) das Betätigungglied durch wenigstens einen Teil des Klapp­ ankers gebildet ist.

2. Magnetventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (10) unmittelbar an dem als dop­ pelarmiger Hebel ausgebildeten Klappanker (15) befestigt ist.

3. Magnetventilsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Kammer (4) mündende Ende des Ka­ nals durch einen über die Kammerwandung überstehenden Abschnitt eines Rohres (2) gebildet ist.

4. Magnetventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet durch wenigstens zwei die Kammer (4) be­ grenzende und bis auf den Kanal sowie eine Zu- oder Ableitung dicht verschließenden Teile (1′, 1′′) eines Gehäuses (1), in dem der Elektromagnet (9) mit seinem Klappanker (15) angeordnet ist.

5. Magnetventilsystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, da der eine Teil (1′) des Gehäuses (1) eine zur Kammer (4) hin offene Vertiefung (7) aufweist, welche den Elektromagne­ ten (9) bis auf seine mit dem Klappanker (15) zusammenwirkende Polstücke (10, 12) aufnimmt und in einem geringen Abstand um­ gibt.

6. Magnetventilsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal diejenige Wand des einen Teils (1′) des Gehäuses (1) durchdringt, welche der dem Elektromagneten (9) abgekehrten Seite des Klappankers (15) zugewandt ist.

7. Magnetventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kanäle im Abstand ne­ beneinander mit zueinander parallelen und in ein und derselben Ebene liegenden Längsachsen sowie eine gleiche Anzahl von Elek­ tromagneten (9) mit je einem Klappanker (15) in entsprechender Anordnung vorgesehen sind.

8. Magnetventilsystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Elektromagnet (9) in einer separaten Vertie­ fung (7) des einen Gehäuseteils (1′′) angeordnet ist.

9. Magnetventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Klappanker (15) eine als Blattfe­ der ausgebildete Rückstellfeder (17) anliegt.

10. Magnetventilsystem nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückstellfeder (17) durch eine Zunge eines Me­ tallplättchens (18) gebildet ist, das in der Kammer (4) zwischen dem Klappanker (15) und der ihm zugewandten Kammerwand liegend sich von der einen zur gegenüberliegenden Kammerseite erstreckt und an diesen Kammerseiten festgelegt ist.

11. Magnetventilsystem nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei wenigstens zwei im Abstand nebeneinander ange­ ordneten Magnetventilen (9) mit Klappanker (15) das Metallplätt­ chen (18) sich über alle Klappanker (15) hinweg erstreckt und alle der je eine Rückstellfeder (17) bildenden Zungen in der Er­ streckungsrichtung der Klappanker (15) parallel zueinander ver­ laufend sowie den zugeordneten Klappanker (15) auf einem Teil von dessen Länge überdeckend einstückig mit dem Metallplättchen (18) ausgebildet sind.