DE3802658C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein derartiges gattungsgemäßes Magnetventil ist aus der DE-OS 33 38 111, Fig. 2 bekannt. Dieses als auch ein weiteres bekanntes mit Permanentmagneten ausgestattetes Magnetventil (US-PS 34 95 620) kann lediglich die Funktion "Auf - Zu erfüllen und quasi als Rückschlagventil dienen. Hingegen zeigt die DE-OS 2S 39 774 ein mit Permanent­ magneten versehenes Ventil, dessen Durchflußquerschnitt manuell oder fremdkraftbetätigt einstellbar ist. Gleiches gilt auch bei einem Magnetventil (DE-PS 32 19 799), dessen Ventilkörper durch einen Elektromagnet gegenüber dem Ven­ tilsitz bewegt wird, wenn der Elektromagnet mittels Si­ gnalen entsprechend angesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes permanentmagnetisch gesteuertes Ventil so auszu­ bilden, daß ein möglichst einfaches und vielseitig verwendbares Magnetventil zu Steuer- bzw. Regelzwecken und auch zur Verwendung als Signalkoppler geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die in dessen kenn­ zeichnendem Teil angegebenen Maßnahmen gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen kennzeichnen.

Mit einem derart ausgebildeten Magnetventil ist insbesonders eine automatische Regelung des über das Ventil fließenden Volumenstromes des zu steuernden oder zu re­ gelnden Mediums möglich, wobei bei gleichzeitiger Ausbil­ dung des Ventils als Signalkoppler auch noch die Position des Ventilkörpers während der Regelung erfasst werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 2a eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Magnetventils gemäß der Erfindung.

Entsprechend Fig. 1 weist das Magnetventil 1 ein nichtma­ gnetisches Gehäuse 2 mit einer Gehäusekammer 2.1 auf, in welcher sich auf einem Gehäusebund 2.2 ein Ventilkörper 3 abstützt. Der Ventilkörper 3 ist als ringscheibenförmiger Permanentmagnet 3.1 mit einer zentralen Bohrung 3.1.1 ausgebildet und in der Gehäusekammer 2.1 paßgenau - also dichtend - axial verschiebbar. Des weiteren ist in der Gehäusekammer 2.1 mit axialem Abstand zum Ventilkörper 3 ein Ventilsitz 4 fest angeordnet, welcher über eine Ge­ windeverbindung 4.3 in axialer Richtung justierbar ist. Der Ventilsitz 4 besteht ebenfalls aus einem scheibenför­ migen Permanentmagnet 4.1, welcher eine kegelförmige, nichtmagnetische Ventilnadel 4.2 trägt. Die Permanentma­ gnete 3.1 und 4.1 sind hierbei so angeordnet, daß sie sich mit gleichnamigen Polflächen 3.1.2, 4.1.2 - Nordpol, Nordpol - gegenüberliegen, so daß sie sich aufgrund gleicher Pole abstoßen, wodurch der Ventilkörper 3 auf Anlage am Gehäusebund 2.2 gehalten wird. Um die Ventilnadel 4.2 herum weist der Permanentmagnet 4.1 Durchlaßöffnungen 4.1.1 auf, deren Flächen insgesamt mindestens der wirksamen Fläche A der zentralen Bohrung 3.1.1 entsprechen. Der Ventilsitz 4 ist im Gehäuse 2 so justiert, daß sich seine Ventilnadel 4.2 in Ruhelage des Ventilkörpers 3 gerade bis zur Bohrung 3.1.1 und in deren Zentrum erstreckt. Er­ sichtlich entspricht die Bohrung 3.1.1 einem Teilbereich der Kontur der Ventilnadel 4.2 - ist also kegelstumpfförmig ausgebildet -, so daß sie von dieser verschlossen werden kann, wenn sich der Ventilkörper 3 in axialer Richtung entsprechend bewegt.

Wird nun der Anschluß 2.5 des Magnetventils 1 mit einem unter Druck stehenden Medium (Gas, Flüssigkeit) beauf­ schlagt, so erfährt der Ventilkörper 3 infolge des auf ihn wirkenden Staudruckes eine Kraft, die ihn in eine zu den wirkenden Magnetfeldern liegende Gleichgewichtslage in­ nerhalb der Gehäusekammer 2.1 zwingt. Auch bei einer Vor- oder Hinterdruckschwankung verändert sich der Staudruck und somit die Lage des Ventilkörpers 3. Diese Lageverän­ derung des Ventilkörpers 3 bewirkt wiederum eine Änderung der wirksamen Fläche A, da die Ventilnadel 4.2 mehr oder weniger in die Bohrung 3.1.1 eintaucht. Ersichtlich kann durch entsprechende Formgebung der Ventilnadel 4.2 eine Druckschwankung mit Konstanz des Volumenstromes V oder einer gewünschten Volumenstromänderung beantwortet werden.

Wie des weiteren aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann das Ma­ gnetventil 1 auch noch als Signalkoppler ausgebildet sein, um so bspw. Positionen des Ventilkörpers 3 erfassen zu können. In besonders einfacher Weise sind hierbei zum einen in die Wandung des Gehäuses 2 an diversen, im Bewegungshub des Ventilkörpers 3 liegenden Stellen Signalleiter 10 bspw. Lichtwellenleiter eingesetzt, welche einerseits in die Gehäusekammer 2.1 enden und andererseits mit einer geeig­ neten Sende-/Empfänger-Elektronik verbunden sind; zum an­ deren ist im Ventilkörper 3, den als Lichtwellenleitern ausgebildeten Signalleitern 10 zugewandt liegend, ein optisches Kopplungsglied 11 angeordnet, in welches bspw. ebenfalls Lichtwellenleiter 11.1 eingelegt und so mitein­ ander verbunden sind, daß sie ein am Signalleiter 10.1 bzw. 10.1 und 10.2 anstehendes Signal in den Signalleiter 10.3 einkoppeln können.

Statt einer optischen Signalkopplung ist u.a. auch eine elektronische Signalkopplung anwendbar, derart, daß ein über den Signalleiter 10.1.1 zugeführtes Signal in ein im Ventilkörper 3 angeordnetes elektronisches Kopplungsglied 12, bspw. ein ROM-Speicher, eingespeichert wird und an anderer Stelle über den Signalleiter 10.3.1 ausgelesen werden kann.

Gleichermaßen wie in Fig. 1 können auch die nachfolgend beschriebenen Magnetventile als Signalkoppler ausgebildet sein.

Auch gemäß Fig. 2 weist das Magnetventil 1 ein nichtma­ gnetisches Gehäuse 2 mit einer Gehäusekammer 2.1 auf, in welcher ein nichtmagnetischer Ventilsitz 4 fest, gegenüber dem Gehäuse 2 jedoch über eine Gewindeverbindung 4.3 in axialer Richtung justierbar, angeordnet ist. Der Ventil­ nadel 4.2 des Ventilsitzes 4 zugewandt ist in der Gehäuse­ kammer 2.1 ein Ventilkörper 3 paßgenau - also dichtend - axial verschiebbar angeordnet, welcher als ringscheiben­ förmiger Permanentmagnet 3.1 mit einer zentralen Bohrung 3.1.1 ausgebildet ist. Am Gehäuse 2 ist ferner konzentrisch zu diesem ein sich axial erstreckender, ringförmig ausgebildeter Permanentmagnet 4.1 befestigt, wobei in Ru­ helage des Ventilklörpers 3 die Anordnung so justiert ist, daß sich einerseits die Ventilnadel 4.2 gerade bis zur Bohrung 3.1.1 und in deren Zentrum und sich andererseits der Permanentmagnet 4.1 mittig vom Ventilkörper 3 aus in beiden Richtungen axial erstreckt. Da dem Nordpol 4.1.2 des Permanentmagneten 4.1 der Nordpol 3.1.2 des Ventil­ körpers 3 zugewandt liegt, wird aufgrund der magnetischen Feder der Ventilkörper 3 in einer schwebenden Ruhelage gehalten. Um die Ventilnadel 4.2 herum weist der Ventilsitz 4 noch Durchlaßöffnungen 4.1.1 auf, deren Flächen insgesamt der wirksamen Fläche A der Bohrung 3.1.1 entsprechen.

Wird nun der Anschluß 2.5 des Magnetventils 1 mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt, so erfährt der Ventilkörper 3 infolge des auf ihn wirkenden Staudruckes eine Kraft, die ihn entgegen den wirkenden Magnetfeldern in eine außermittige Gleichgewichtslage zwingt, wobei diese Lageveränderung eine Änderung der wirksamen Fläche A be­ wirkt, da die Ventilnadel 4.2 mehr oder weniger in die Bohrung 3.1.1 eintaucht.

Während in Fig. 2 der weitere Permanentmagnet 4.1 ring­ förmig ausgebildet ist, kann dieser gemäß Fig. 2a auch durch mehrere in die Wandung des Gehäuses 2 eingelegte stabförmige Permanentmagnete 4.1 gebildet sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3ist in der Gehäuse­ kammer 2.1 des Gehäuses ein Ventilsitz 4 fest angeordnet, welcher in seinem Zentrum eine als Permanentstabmagnet 4.1 ausgebildete Ventilnadel 4.2 trägt. Um die Ventilnadel 4.2 herum weist der Ventilsitz 4 Durchlaßöffnungen 4.1.1 auf, deren wirksame Flächen der Fläche der Durchlaßöffnung 3.0.1 entsprechen, welche zwischen dem Ventilsitz 4 und dem auf der Ventilnadel 4.2 axial verschiebbar angeordneten Ven­ tilkörper 3 in dessen Ruhelage gebildet ist, welcher wie­ derum als ringförmiger Permanentmagnet 3.1 ausgebildet ist. Da dem Nordpol 4.1.2 des Permanentstabmagneten 4.1 der Nordpol 3.1.2 des Ventilkörpers 3 zugewandt liegt, wird aufgrund der magnetischen Felder der Ventilkörper 3 in einer schwebenden Ruhelage gehalten.

Wird nun der Anschluß 2.5 des Magnetventils 1 mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt, so erfährt der Ventilkörper 3 infolge des auf ihn wirkenden Staudruckes eine Kraft, die ihn entgegen den wirkenden Magnetfeldern aus seiner Ruhelage heraus in eine neue Gleichgewichtslage zwingt, wobei diese Lageveränderung eine Änderung der wirksamen Fläche der Durchlaßöffnung 3.0.1 bewirkt, da der Ventilkörper 3 zum Ventilsitz 4 hin angehoben wird.

Ersichtlich sind also für dieses einfachst ausgebildete Magnetventil vielseitige Einsatzmöglichkeiten gegeben, wobei insbesondere der aufgrund der verwendeten Permanentmagnete nicht-lineare Kennlinienverlauf des Ven­ tils genutzt wird. Weiterhin läßt sich das Magnetventil auch in aggressiven Medien ein­ setzen.

Die Anwendung des Magnetventils ist nicht auf die be­ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr lassen sich die Magnetventile auch als Bauteile zur Er­ füllung logischer Schaltfunktionen (UND-, ODER-Glieder etc.) ausbilden. Auch lassen sich die einzelnen Funkti­ onssysteme in zweckerforderlicher Weise miteinander kom­ binieren.

Claims (13)

1. Magnetventil, insbesondere zur Regelung ei-nes Volumen­ stromes und/oder zur Verwendung als Signalkoppler, bestehend aus einem nichtmagnetischen Gehäuse mit einer Gehäusekammer,
einem zwischen einer Ein- und Auslaßöffnung der Gehäuse­ kammer in derselben axial verschiebbar angeordneten Ven­ tilkörper und einem mit diesem zusammenwirkenden, gehäuse­ fest angeordneten Ventilsitz,
wobei sowohl der Ventilsitz als auch der Ventilkörper mindestens teilweise als Permanentmagnete ausgebildet und deren Pole sich gegenüberliegend zugeordnet sind,
so daß aufgrund der sich gegenseitig beeinflußenden ma­ gnetischen Felder zwischen den Permanentmagneten der Ven­ tilkörper gegenüber dem Ventilsitz in seiner Ruhelage ge­ halten wird und nur mittels Fremdkraft aus dieser Ruhelage heraus bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sich gleichnamige Pole (3.1.2-4.1.2) der Permanent­ magnete (3.1; 4.1) gegenüberliegen,
daß der Ventilkörper (3) eine zentrale Bohrung (3.1.1) aufweist bzw. gegenüber dem Ventilsitz (4) eine Durchlaß­ öffnung (3.0.1) bildet und der Ventilsitz (4) der wirk­ samen Fläche (A) der Bohrung (3.1.1) bzw. der Durchlaß­ öffnung (3.0.1) entsprechende Durchlaßöffnungen (4.1.1) aufweist,
wobei beim Auslenken des Ventilkörpers (3) aus seiner Ru­ helage heraus die wirksame Fläche der Bohrung (3.1.1) bzw. der Durchlaßöffnung (3.0.1) verringert wird bzw. bei ma­ ximaler Auslenkung dieselben verschlossen werden.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Ventilnadel (4.2) des Ventilsitzes (4) in Ruhelage des Ventilkörpers (3) gerade bis zur Bohrung (3.1.1) und in deren Zentrum erstreckt (Fig. 1 und 2).

3. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3) ringförmig ausgebildet und auf einer als Permanentstabmagnet (4.1) ausgebildeten Ventil­ nadel (4.2) axial verschiebbar mittig angeordnet ist (Fig. 3).

4. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3) dichtend in der Gehäusekammer (2.1) angeordnet ist.

5. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (4) gegenüber dem Ventilkörper (3) ju­ stierbar (4.3) und dichtend in der Gehäusekammer (2.1) angeordnet ist.

6. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (4.2) nichtmagnetisch ausgebildet ist.

7. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (3.1.1) im Ventilkörper (3) und die Ven­ tilnadel (4.2) derart gestaltet sind, daß die Ventilnadel (4.2) bei maximaler Auslenkung des Ventilkörpers (3) aus seiner Ruhelage heraus die Bohrung (3.1.1) verschließt.

8. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (4) in seiner Innenkontur derart ge­ staltet ist, daß die Durchlaßöffnung (3.0.1) bei maximaler Auslenkung des Ventilkörpers (3) verschlossen wird.

9. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (4.2) justierbar im Ventilsitz (4) angeordnet ist.

10. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wandung des Gehäuses (2) an diversen, im Bewegungshub des Ventilkörpers (3) liegenden Stellen Signalleiter (10) eingesetzt sind und daß im Ventilkörper (3) ein Kopplungsglied (11) ange­ ordnet ist.

11. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ventilsitz (4) an diversen, im Bewegungshub des Ventilkörpers (3) liegenden Stellen Signalleiter (10) ein­ gesetzt sind und daß im Ventilkörper (3) ein Kopplungsglied (11) angeordnet ist.

12. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (4) oder die Ventilnadel (4.2) eine dünne Bypaßbohrung (4.2.1) aufweist, die eine Verbindung zwischen der Ein- (2.5) und Auslaß­ öffnung (2.5′) herstellt.

13. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (2) konzentrisch und mittig zum Ventilkörper (3) sich in beiden Richtungen axial erstreckend der ring­ förmig ausgebildete oder aus mehreren stabförmigen Magneten gebildete Permanentmagnet (4.1) des Ventilsitzes (4) an­ geordnet ist.