DE4026231A1 - Elektromagnetisch betaetigbares doppelsitzventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Doppelsitzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem derartigen bekannten Ventil ergeben sich durch Temperaturschwan­ kungen beträchtliche Verschiebungen der elektrischen bzw. hydrau­ lischen Betriebswerte.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Doppelsitzventil mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß unter nahezu allen Temperaturbedingungen eine Optimierung der elektrischen und hydraulischen Funktionswerte erreicht wird, und daß insbesondere Verschiebungen der Betriebswerte durch Temperaturänderungen nahezu ausgeglichen werden.

Bei hohen Umgebungstemperaturen vergrößert sich der elektrische Widerstand der Spulenwicklung. In diesem Zustand sind bei gegebener Spannung an der Spule der Strom und somit die verfügbare Magnetkraft gering. Dies wird jedoch weitestgehend dadurch kompensiert, daß der Ventileinsatz, der aus einem Material mit einem höheren Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten besteht (z. B. Kunststoff) als das Ventil­ gehäuse (z. B. Stahl oder Aluminium), sich ausdehnt und den Anker (Ventilkörper) näher an den Kern schiebt. Dadurch verkleinert sich der Arbeitsluftspalt, was zu einer erhöhten Magnetkraft führt, und wirkt somit der Verringerung der magnetischen Durchflutung entgegen. Gleichzeitig verringert sich der Abstand des Ventilkörpers zum Ventilsitz, verkleinert somit den Durchflußquerschnitt und erhöht gleichzeitig den Durchflußwiderstand. Dies wirkt sich in der Regel jedoch nicht störend aus, da die Viskosität des Druckmittels bei hohen Temperaturen gering ist, und daher der geforderte Durchfluß­ strom bei gegebener Druckdifferenz aufgrund der geringen viskosen Reibung erreicht wird.

Bei tiefen Temperaturen wirkt sich die Zähigkeit des Druckmittels in starkem Maße negativ auf den Durchflußstrom bei gegebener Druck­ differenz aus. Dies wird ausgeglichen durch die temperaturabhängige Vergrößerung des Abstandes zwischen Ventilkörper und ablaufseitigem Ventilsitz aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten von Ventilgehäuse und Ventileinsatz. Gleichzeitig ver­ größert sich zwar der Arbeitsluftspalt zwischen Anker und Kern, doch nimmt mit sinkender Temperatur auch der elektrische Widerstand der Spulenwicklung ab. Bei konstanter Spannung nimmt somit die dem Strom proportionale magnetische Durchflutung zu und kompensiert die Ver­ größerung des Arbeitsluftspaltes. Bei stromdurchflossener Spule und damit geöffnetem zulaufseitigem Ventilsitz ist der Durchflußquer­ schnitt in analoger Weise ebenfalls vergrößert.

Durch die vorteilhafte Gestaltung des Ventils läßt sich dieses mit geringem Fertigungsaufwand und aus preiswerten Materialien fertigen. Durch die Einbettung des Magnetmantels in Spritzkunststoff lassen sich unterschiedliche Befestigungsvorrichtungen erstellen, ohne daß hierzu spezielle Nuten oder Befestigungselemente z. B. gefräst wer­ den müssen. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1 und 2 je einen Längsschnitt durch ein Doppelsitzventil.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein Elektromagnetventil bezeichnet, das einen etwa topfförmigen Magnetmantel 11 aufweist, der an seinem Außen­ umfang Durchbrüche 12 hat. In seinem Boden 13 weist der Magnetmantel eine eingezogene, zylindrische Öffnung 14 auf, in der ein kugel­ förmiger Ventilkörper 15 gleitend geführt ist. Dieser wirkt mit zwei Ventilsitzen 16, 17 zusammen. In den Magnetmantel 1l ist eine Spule 19 des Elektromagneten eingesetzt, dessen Anker das Ventilglied 15 bildet. Oberhalb der Spule befindet sich ein Deckel 20 mit einer zylindrischen Öffnung 21. Im Boden 13 sind neben der Öffnung 14 mehrere gestanzte Durchgänge 22 ausgebildet, die dem Druckmittel­ durchfluß dienen. Magnetmantel 11 und Deckel 20 sind einfache Stanz- und Ziehteile.

In der Mitte des Magnetmantels 11 ist innerhalb der Spule 19 ein zylindrischer Kern 23 aus metallischem Werkstoff angeordnet, der mit seinem oberen Ende in die Öffnung 21 ragt. Das dem Boden 13 des Mantels zugewandte Ende des Kerns 23 ist als kegelige Schulter 25 ausgebildet, in welcher sich einige axial verlaufende Schlitze 26 befinden, die ebenfalls dem Druckmitteldurchfluß dienen.

Der Kern 23 weist eine durchgehende, axial verlaufende Bohrung 28 auf, in welcher sich eine Kunststoffhülse 29 befindet, die mit Hilfe eines Wulstes 30 in einer im Kern angebrachten Ringnut 31 fest­ gehalten wird. Unterhalb des Wulstes 30 ist die Kunststoffhülse 29 konisch ausgebildet, ihr unterer Abschluß bildet den Ventilsitz 16.

An einer durch den Wulst 30 gebildeten Schulter 33 stützt sich eine Druckfeder 34 ab, welche den Ventilkörper 15 gegen den Ventilsitz 17 drückt. Vom Ventilsitz 16 geht ein innerhalb der Kunststoffhülse 29 längsverlaufender, zylindrischer Durchgang 35 aus, der in einen Durchgang 36 größeren Durchmessers übergeht. Über die Durchgänge 35, 36 steht der Ventilsitz 16 mit einem nicht dargestellten Behälter in Verbindung, dessen Anschluß mit T bezeichnet ist.

Unterhalb des Bodens 13 des Magnetmantels 11 befindet sich ein aus metallischem Werkstoff bestehendes Ventilgehäuse 40, welches einen flanschartigen Rand 41 hat, der so am Mantelboden 13 anliegt, daß die Durchgänge 22 mit dem durch den Rand 41 begrenzten Raum 42 in Verbindung stehen. Das Ventilgehäuse 40 weist eine von der Boden­ seite des Mantels ausgehende Bohrung 43 auf, die in eine Bohrung 47 größeren Durchmesser übergeht. In die Bohrungen 43, 47 ist ein Ventileinsatz 44 eingepaßt, der aus einem Kunststoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des Ventilgehäuses 40 ist. Das obere, dem Mantelboden zugewandte Ende des Ventileinsatzes 44 bildet den Ventilsitz 17. Im Zentrum des Ventilsitzes mündet ein Längskanal 45, der andererseits in einen Querkanal 46 mündet. Dieser steht über einen im Ventileinsatz 44 ausgebildeten Ringkanal 48 mit Querbohrungen 49 im Ventilgehäuse in Verbindung. Über die Quer­ bohrungen 49 besteht Verbindung zu einer Druckmittelquelle, deren Anschluß mit P bezeichnet ist. Durch Dichtringe 51, die sich in beiderseits des Ringkanals 48 angeordneten Ringnuten 52 befinden, wird dieser nach außen abgedichtet. Seitlich des Ventilsitzes 17 münden zwei ebenfalls im Kunststoffeinsatz verlaufende Längskanäle 54, 55, die in eine mittige Längsbohrung 56 desselben übergehen, die wiederum zu einem nicht dargestellten Verbraucheranschluß A führt.

Praktisch der gesamte Magnetmantel sowie der Anschluß des Ventil­ gehäuses 40 sind von einem gespritzten Kunststoffkörper 53 einge­ hüllt. Das Ventilgehäuse 40 weist an seinem Außenumfang im Bereich des Bodens 13 eine der sicheren Anbindung dienende umlaufende Ring­ nut 57 auf, die eine nur über einen Teil des Umfangs verlaufende Vertiefung 59 hat. Diese Vertiefung dient der Verdrehsicherung des Ventilgehäuses. Die umspritzten Teile des Ventils sind bereits vor­ montiert, so daß sich eine einfache und kostengünstige Fertigung ergibt. In den Kunststoff kann eine Löschdiode 58 mit eingespritzt werden, die gleichzeitig durch den umgebenden Kunststoff geschützt wird.

Durch die spezielle Ausbildung des Magnetventils ergeben sich nur minimale Fertigungstoleranzen, da insbesondere die Positionierung des Ventilsitzes 16 und des Kerns 23 durch die Spritzwerkzeuge erfolgt. Somit sind der Abstand des Ventilgehäuses und seiner Anlage zum Arbeitsluftspalt werkzeuggebunden. Die Positionierung des Ventilsitzes 17 wird sehr genau durch die Anlage des Ventileinsatzes an die durch die Bohrungen 47 und 43 im Ventilgehäuse gebildete Schulter 50 bestimmt. Die Lage des Ventileinsatzes wird durch einen Verstemmvorgang an der dem Mantelboden abgewandten Stirnseite des Ventilgehäuses sicher fixiert.

Bedingt durch die spezielle Form des Ventilgehäuses ist dieses mit einem sehr geringen Zerspanungsaufwand herzustellen. Auch dies trägt zu einer einfachen und vor allem preisgünstigen Fertigung bei.

Das Magnetventil ist stromlos geschlossen. Die Feder 34 drückt bei nicht erregter Spule 19 den Ventilkörper 15 auf den Ventilsitz 17. Gleichzeitig ist der Verbraucheranschluß A über die Bohrung 56, die Kanäle 54 und 55, den Raum 42 und die Durchgänge 22 mit dem geöff­ neten Ventilsitz 16 verbunden. Dieser wiederum steht über die Durch­ gänge 35, 36 mit dem Behälter T in Verbindung. Wird die Spule 19 erregt, so wird das Ventilglied 15 gegen die Federwirkung auf den Sitz 16 gedrückt. Druckmittel gelangt so von der Pumpe über die Bohrungen 49, den Ringkanal 43 und die Kanäle 46, 45 zum geöffneten Ventilsitz 17. Von dort gelangt das Druckmittel über die Kanäle 54 und 55 sowie die Bohrung 56 zum Verbraucheranschluß A.

Der Ventilhub des Ventilgliedes 15 ist sehr gering, dadurch ist eine schnelle Schaltfolge möglich. Da die Ventilsitze 16, 17 aus Kunst­ stoff bestehen, ergeben sich gute Dämpfungseigenschaften und Geräuschminderung.

Die Fig. 2 zeigt ein elektromagnetisch betätigbares Doppelsitz­ ventil, das sich besonders für den Einsatz bei stark verschmutzten Ölkreisläufen eignet, insbesondere wenn aus technischen Gründen im Druckmittelkreislauf nur Filter mit großen Maschenweiten eingesetzt werden. Gleiche Teile wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind mit den gleichen Ziffern versehen. Der Unterschied zum zuvor be­ schriebenen Ausführungsbeispiel besteht in der Trennung der Magnet- und Ventilbaugruppe, so daß keine direkte Druckmitteldurch­ strömung des Ankerraums stattfindet. Dadurch wird eine störende Beeinflussung der Magnetfunktion, insbesondere durch die Ansammlung ferromagnetischer Partikel, verhindert.

Das Elektromagnetventil 60 weist einen Magnetmantel 11A auf, der sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß sich im Boden 13A keine gestanzten Durchgänge befinden. In der eingezogenen Öffnung 14 ist ein kugelförmiger Anker 15A gleitend geführt, der sich einerseits auf einen Führungskörper 29A im Kern 23 auflegen kann. Der aus Kunststoff bestehende Führungskörper 29A weist im Gegensatz zur Kunststoffhülse 29 aus dem zuvor beschrie­ benen Ausführungsbeispiel keine Durchgänge auf.

An die äußere Seite des Bodens 13A stößt mit einer Stirnseite ein zylindrisches Ventilgehäuse 61, von dessen entgegengesetzter Stirn­ seite eine Längsbohrung 63 ausgeht, die in eine durchgehende Längs­ bohrung 64 geringeren Durchmesser übergeht. Der Durchmesser der Bohrung 64 entspricht dem Durchmesser der eingezogenen Öffnung 14 im Boden 13A. Das Ventilgehäuse weist weiterhin zwei radial verlaufende durchgehende Bohrungen 66, 67 auf, von denen die Bohrung 66 die Längsbohrung 63 und die Bohrung 67 die Längsbohrung 64 durchdringt.

Die Querbohrung 66 steht mit einer Druckmittelquelle in Verbindung, deren Anschluß mit P bezeichnet ist, während die Querbohrung 67 mit einem Behälter T verbunden ist.

In die Längsbohrungen 63, 64 sind zwei hintereinander angeordnete, zylindrische Ventileinsätze 69, 70 eingepaßt, die aus einem Kunst­ stoff bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des Ventilgehäuses 61 ist. Der Außendurchmesser des Einsatzes 69 entspricht dem Durchmesser der Bohrung 63. Der Einsatz 70 weist einerseits einen der Bohrung 63 und andererseits einen der Bohrung 64 entsprechenden Außendurchmesser auf. Das in die Bohrung 64 ragende Ende des Einsatzes 70 reicht bis in die Nähe des kugel­ förmigen Ankers 15A, der von der Druckfeder 34 bis an den Einsatz in das Ventilgehäuse 61 gedrückt wird. Der Einsatz weist an seinem dem Anker zugewandten Ende mehrere Führungsrippen 71 auf. Durch den Ein­ satz 70 verläuft ein Querkanal 72, der mit den beiden Abschnitten der Querbohrung 67 im Ventilgehäuse in Verbindung steht. Die dem Anker abgewandte Seite des Ventileinsatzes weist eine Vertiefung 73 auf, an deren Grund ein Ventilsitz 74 ausgebildet ist, der über eine Bohrung 75 mit dem Querkanal 72 verbunden ist. Am Grund dieser Ver­ tiefung sind um den Ventilsitz verteilt mehrere Führungsrippen 76 ausgebildet, die einen kugelförmigen Ventilkörper 77 führen, der durch einen Stößel 78 betätigt wird. Der Stößel durchdringt den Kanal 72 und ist in einer durchgehenden Bohrung 80 dicht gleitend geführt. Das dem Ventilkörper abgewandte Ende des Stößels ragt durch diese Bohrung hindurch bis zum Anker und wird von diesem gegen den Ventilkörper gedrückt. Der Stößel ist einfach aufgebaut und kann sehr preiswert hergestellt werden. Vorzugsweise sollte er aus austenitischem Stahl bestehen, um das Ansammeln ferromagnetischer Partikel im Magnetraum zu verhindern.

Der Einsatz 69 weist an seinem dem Ventilkörper 77 zugewandten Ende einen zylindrischen Fortsatz 81 geringeren Durchmessers auf, der in die Vertiefung 73 ragt und dessen Ende einen zweiten, mit dem Ventilkörper 77 zusammenwirkenden Ventilsitz 82 bildet. Zusammen mit der Außenwandung der Vertiefung 73 bildet der Fortsatz 81 einen Ringraum 83. Der Fortsatz 81 ist vom Ventilsitz 82 ausgehend in Längsrichtung durchbohrt. Diese Bohrung 84 mündet in einen Querkanal 85 im Ventileinsatz 69, der mit den beiden Abschnitten der Bohrung 66 in Verbindung steht.

Um den Fortsatz 81 herum ist im Einsatz 69 ein Ringkanal 87 ausge­ bildet, der über nicht dargestellte Längskanäle mit dem Verbraucher­ anschluß A in Verbindung steht.

Am Außenumfang des Einsatzes 69 sind beiderseits des Querkanals 85 je eine Ringnut 88, 89 ausgebildet, in die Dichtringe 90, 91 ein­ gelegt sind. Die Ringnut 89 ist an der dem Einsatz 70 zugewandten Stirnseite so ausgebildet, daß durch einen Verstemmvorgang an der dem Anker abgewandten Stirnseite des Ventilgehäuses die Dichtung radial nach außen gepreßt wird. Durch diesen Verstemmvorgang werden auch die Einsätze 69, 70 in ihrer Lage fixiert.

Das Elektromagnetventil 60 ist ebenfalls stromlos geschlossen. Bei nicht erregter Magnetspule 19 drückt die Feder 34 den Anker 15A und damit über den Stößel 78 den Ventilkörper 77 gegen den Ventilsitz 82. Der Anker wird dabei von den Führungsrippen 71 geführt. Damit ist die Druckmittelzufuhr von der Pumpe zum Verbraucher ver­ schlossen. Gleichzeitig sind der Verbraucheranschluß A und der Behälter T miteinander verbunden. Der Verbraucheranschluß ist dabei über die nicht dargestellten Längskanäle und den Ringkanal 87 mit der Vertiefung 83 verbunden. Über den geöffneten Ventilsitz 74 und die Bohrung 75 besteht eine Verbindung zum Querkanal 72, der wiederum über die Bohrung 67 mit dem Behälteranschluß T verbunden ist.

Bei stromdurchflossener Spule 19 wird der Anker an den Führungs­ einsatz 29A gezogen. Der Ventilkörper 77 verschließt daraufhin unter dem Druck des Druckmittels den Ventilsitz 74. Der Verbraucher­ anschluß A ist über die nicht dargestellten Längskanäle und den Ringkanal 87 mit der Vertiefung 73 verbunden. Von dort besteht über den geöffneten Ventilsitz 82 und die Bohrung 84 sowie den Querkanal 85 eine Verbindung zu der Bohrung 66, die an die Druckmittelquelle P angeschlossen ist.

Durch die Ausbildung des Ventileinsatzes 70 als Kunststoffspritzteil lassen sich die Führungsrippen 76 einfach herstellen. Damit ist sichergestellt, daß der Ventilkörper 77 bei der Montage sicher auf den Sitz gebracht wird und im Betrieb nur minimale Radialbewegungen ausführen kann. Dadurch wird der Sitzverschleiß vermindert, und somit kann das Magnetventil auch in getakteter Ausführung für höhere Schaltzahlen eingesetzt werden.

Das Ventilgehäuse ist an seinem Außendurchmesser ein durchgehender Zylinder und kann mit einem Minimum an Zerspanungsaufwand her­ gestellt werden, insbesondere wenn als Ausgangsmaterial ein gezogenes Rohr verwendet wird.

Claims (9)

1. Elektromagnetisch betätigbares Doppelsitzventil mit einem kugel­ förmigen Anker (15; 15A) des Elektromagneten, das in einem Gehäuse­ mantel (11; 11A) aus Blech angeordnet ist und der Anker an einer bundartigen Öffnung (14) des Gehäusemantels geführt ist, sowie mit einem als Ventilgehäuse ausgebildeten Anschlußteil (40, 44; 61, 69, 70) mit Druckmittelkanälen (45, 46, 48; 72, 75, 84, 85, 87), das sich gleichachsig an den Gehäusemantel anschließt, der samt Kern (23) und elektrisch leitenden Anschlußteilen zu einem Gehäuse (53; 53A) aus Kunststoff umspritzt ist, das auch eine Partie des Anschlußteiles (40, 44; 61, 69, 70) mit umschließt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Anschlußteil mindestens ein Ventileinsatz (44; 69, 70) angeordnet ist, der aus einem Material besteht, dessen Wärmeaus­ dehnungskoeffizient größer als der des Materials des Ventilgehäuses ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (15, 15A) zwischen dem Ventileinsatz (44; 70) und einem in den Kern (23) eingesetzten Kunststoffeinsatz (29; 29A) liegt.

3. Ventil nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (15) des Elektromagneten zugleich Ventilkörper ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffeinsatz (29) auf seiner dem Anker zugewandten Seite einen Ventilsitz (16) und mindestens einen Druckmittelkanal (35, 36) aufweist.

5. Ventil nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Ventilgehäuse (61) zwei Ventileinsätze (69, 70) eingepaßt sind, daß im ersten Ventileinsatz (61) Druckmittelkanäle (72, 75) aus­ gebildet sind und daß im zweiten Ventileinsatz (70) weitere Druck­ mittelkanäle (84, 85, 87) verlaufen.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein kugelförmiger Ventilkörper (77) zwischen zwei Ventilsitzen (74, 82) liegt, daß der erste Ventilsitz (74) in dem einen Ventil­ einsatz (70) ausgebildet ist, und daß der zweite Ventilsitz (82) in dem anderen Ventileinsatz (69) ausgebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (77) über einen Stößel (78) betätigt ist, der in einer Bohrung (80) im Ventileinsatz (70) dicht gleitend geführt ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Ventileinsatz (70) um den Ventilsitz (74) herum Führungsrippen (76) ausgebildet sind.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dem Anker (15A) zugewandte Seite des Ventil­ einsatzes (70) Führungsrippen (71) für den Anker aufweist.