DE4305938A1 - Magnetventil, insbesondere von einem Proportionalmagneten betätigbares Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil, insbesondere von einem von einem Proportionalmagneten betätigbaren Ventil, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.

Um Schwingungen des Magnetankers zu verhindern und um die Lauf­ flächen gegeneinander bewegbarer Teile zu schmieren, ist bei ei­ nem solchen Ventil der Ankerraum mit einem flüssigen Medium, normalerweise mit Öl gefüllt. Selbst wenn das Ventil in einem mit Öl gefüllten Behälter eingetaucht ist, will man verhindern, daß das das Ventil umgebende Öl in den Ankerraum eintritt und schließt deshalb diesen nach außen hin ab. Das das Ventil umge­ bende Öl ist nämlich normalerweise etwas verschmutzt und enthält kleine feste Partikel, die sich in engen Spalten des Ventils festsetzen und zu einer Schwergängigkeit des Magnetankers oder gar zum Totalausfall des Ventils führen würden.

In der älteren DE-Patentanmeldung P 42 21 821.7 ist ein Magnet­ ventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ge­ zeigt. Bei diesem Ventil besitzt der an seinem Außenumfang längsbeweglich geführte, also bauchgelagerte Magnetanker eine zentrale Bohrung, in die ein fest mit dem Magnetanker verbunde­ ner Stößel eingesetzt ist. Der Stößel tritt dicht durch eine zum Abschließen des mit Öl gefüllten Ankerraums benutzte Gummimem­ bran hindurch und kann außerhalb der Gummimembran einen Schließ­ körper beaufschlagen, der als Kugel ausgebildet ist und mit ei­ nem Ventilsitz zusammenwirkt, der ortsfest in einem stirnseiti­ gen Bauteil des Ventilgehäuses angeordnet ist. Als Schließkörper ist also ein vom Stößel und damit vom Magnetanker getrenntes, separates Teil verwendet, so daß Toleranzen zwischen der Führung des Magnetankers und dem Ventilsitz ausgeglichen werden können. Unabhängig von der jeweiligen radialen Position des Magnetankers kann der Schließkörper somit zum Schließen des Ventils die opti­ male Position am Ventilsitz einnehmen.

Für eine gute Funktion des Magnetventils ist es zweckmäßig, daß der Schließkörper in axialer Richtung eng geführt ist. Anderer­ seits besteht bei einer engen Führung die Gefahr, daß im Hydrau­ likmedium enthaltene Festkörperpartikel eine leichtgängige Füh­ rung beeinträchtigen. Abgesehen von dem Problem mit der Führung des Schließkörpers besitzt das Ventil aus der DE-Patentanmeldung P 42 21 821.7 im Bereich des Schließkörpers und des Ventilsitzes auch eine relativ große axiale Ausdehnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterzu­ entwickeln, daß es bei einwandfreier Führung des Schließkörpers nur kurz baut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Magnetventil ge­ löst, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auf­ weist und bei dem der Schließkörper dichtend in den zentralen Durchgang der Gummimembran eingedrückt und allein von der Gummi­ membran geführt ist. Bei einem erfindungsgemäßen Magnetventil befindet sich also der Schließkörper im Bereich der Gummimem­ bran, wodurch gegenüber einer Anordnung außerhalb der Gummimem­ bran eine beträchtliche Verkürzung des Ventils in axialer Rich­ tung möglich ist. Aufgrund der Beweglichkeit der Membran kann sich der Schließkörper ohne weiteres axial bewegen, obwohl zwi­ schen ihm und der Membran keine relative Bewegung stattfindet. Der Schließkörper ist auf diese Weise einwandfrei und wenig störanfällig geführt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Magnetven­ tils kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So wird gemäß Anspruch 2 als Schließkörper vorzugsweise eine Ku­ gel verwendet, ein Bauteil, das kostengünstig und in großen Stückzahlen auf dem Markt erhältlich ist.

Für die Ausbildung des Ventilsitzes ist es günstig, wenn der Schließkörper ventilsitzseitig über die Gummimembran vorsteht. Der Ventilsitz muß dann nicht in den zentralen Durchgang der Gummimembran eintauchen, was neben einer komplizierteren Form des Ventilsitzes auch Schwierigkeiten hinsichtlich des Strö­ mungsquerschnittes bringen würde. Auch magnetankerseitig steht der Schließkörper zweckmäßigerweise über die Gummimembran vor.

Für einen sicheren Halt des Schließkörpers an der Gummimembran ist es günstig, wenn diese gemäß Anspruch 4 einen den zentralen Durchgang umgebenden Kragen aufweist, der den zentralen Bereich der Gummimembran stabiler macht. Die Länge des zentralen Durch­ gangs kann durch den Kragen auf etwa 55 bis 70 Prozent des Durchmessers des als Kugel ausgebildeten Schließkörpers ausge­ dehnt werden. Ein kugeliger Schließkörper wird in besonders si­ cherer Weise an der Gummimembran gehalten, wenn gemäß Anspruch 6 der zentrale Durchgang die Form einer Kugelschicht hat, wobei die beiden Grundkreise der Kugelschicht vorzugsweise gleich groß sind. Zugleich wird durch eine solche Ausbildung des zentralen Durchgangs der Kugel eine bevorzugte Lage an der Gummimembran zugewiesen, während bei einem zylindrischen Durchgang von der Form des Durchgangs her der Kugel keine bevorzugte Position zu­ geordnet ist. Die Herstellung der Gummimembran in einem Spritz­ gießverfahren wird durch einen kugelschichtförmigen Durchgang nicht erschwert, da die Elastizität der Gummimembran die Tren­ nung vom Werkzeug in axialer Richtung ohne weiteres erlaubt.

Ist der Magnetanker bauchgelagert, so ist der Schließkörper ge­ mäß Anspruch 7 vorteilhafterweise direkt vom Magnetanker beauf­ schlagbar. Auf einen Stößel, der in einer zentralen Bohrung des Magnetankers befestigt ist, kann dann verzichtet werden.

Ist der Ventilsitz eine Buchse, die in einen stirnseitigen Boden des Ventilgehäuses eingesetzt ist, so wird gemäß Anspruch 8 der Außendurchmesser der Buchse bevorzugt mindestens so groß wie der Durchmesser des Schließkörpers gemacht. Dies bietet besondere Vorteile im Hinblick auf das Füllen des Ankerraums mit Öl. Das Ventil kann bis auf den Schließkörper und den Ventilsitz fertig zusammengebaut werden. Dann wird es in eine Vakuumkammer ge­ bracht, die teilweise mit Öl gefüllt ist. Während sich das Ven­ til oberhalb des Ölspiegels befindet, wird die Kammer evakuiert und damit auch alle Luft aus dem Ankerraum des Ventils gesaugt.

Dann wird das Ventil in das Öl eingetaucht und die Vakuumkammer belüftet. Der Luftdruck drückt nun Öl durch den stirnseitigen Boden des Ventilgehäuses und durch den zentralen Durchgang der Gummimembran hindurch in den Ankerraum. Danach kann das Ventil aus der Vakuumkammer entnommen werden. Durch den stirnseitigen Boden des Ventilgehäuses hindurch wird nun der Schließkörper in die Gummimembran eingedrückt. Anschließend wird auch der Ventil­ sitz eingesetzt.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Magnetventils sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, bei dem der Schließkörper über einen Stößel betätigbar ist, auf dem der Magnetanker sitzt,

Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem der Magnetanker bauchgelagert und der Schließkörper direkt vom Magnet­ anker beaufschlagbar ist, und

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus den Fig. 1 und 2 jeweils im Bereich des Schließkörpers.

Das in Fig. 1 gezeigte Magnetventil besitzt als mittleres Teil eines Ventilgehäuses 9 ein topfförmiges Rückschlußteil 10, in dessen Boden 11 sich zentral eine gestufte Bohrung 12 befindet, die eine topfförmige Aufnahme 13 auf der einen Seite mit einer wesentlich flacheren, im Durchmesser jedoch gleich großen topf­ förmigen Aufnahme 14 auf der anderen Seite des Bodens 11 mitein­ ander verbindet. In die topfförmige Aufnahme 13 ist ein Spulen­ körper 15 aus Kunststoff mit einer Wicklung 16 eingesetzt. Die Bohrung 12 besitzt einen von der Aufnahme 14 ausgehenden Boh­ rungsabschnitt 60, dessen Durchmesser wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Spulenkörpers 15 ist, und einen Bohrungsab­ schnitt 61, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Bohrungsabschnitts 60 ist, der stufenförmig in den Bohrungsab­ schnitt 60 übergeht und der durch einen an das Rückschlußteil 10 angeformten in den Spulenkörper 15 hineinragenden Bund 62 in den Spulenkörper 15 hinein verlängert ist.

Auf dem Spulenkörper 15 liegt ein im wesentlichen scheibenförmi­ ges Polstück 25 auf, das mit einem Bund 26, der sich in seinem Endbereich außen kegelstumpfartig verjüngt, in den Spulenkörper 15 hineinragt und mit einem äußeren Kragen 27 bis zum oberen Rand der topfförmigen Aufnahme 13 des Rückschlußteils 10 reicht. Das Polstück 25 ist mit einer durchgängigen, zweifach abgestuf­ ten zentralen axialen Bohrung 28 versehen, die somit drei Boh­ rungsabschnitte 63, 64 und 65 besitzt, die sich in ihren Durch­ messern voneinander unterscheiden. Der Durchmesser des Bohrungs­ abschnitts 65, der sich am weitesten innen in dem Spulenkörper 15 befindet, entspricht dem Durchmesser des Abschnitts 61 der Bohrung 12 und der Durchmesser des Bohrungsabschnitts 63, der vom Bohrungsabschnitt 65 durch den Bohrungsabschnitt 64 getrennt ist, entspricht dem Durchmesser des Abschnitts 60 der Bohrung 12. Der Durchmesser des Bohrungsabschnitts 64 liegt zwischen den Durchmessern der Bohrungsabschnitte 63 und 65. Außen ist auf das Polstück 25 und das Rückschlußteil 10 ein Deckel 29 aus Kunst­ stoff aufgesetzt, der im Bereich um die Bohrung 28 herum mit dem Polstück 25 eine Kammer 30 bildet, die nach außen hin dicht ab­ geschlossen ist.

In den im wesentlichen von den beiden Bohrungsabschnitten 61 und 65 gebildeten Raum befindet sich ein Magnetanker 31, dessen Au­ ßendurchmesser geringfügig kleiner als der Durchmesser der Boh­ rungsabschnitte 61 und 65 ist und der fest auf einem zentrisch durch ihn hindurchgehenden und beidseitig ihn axial überragenden Stößel 32 sitzt. Der Durchmesser des Stößels 32 entspricht dem Durchmesser der Bohrungsabschnitte 60 und 63, in denen er längs­ beweglich gelagert ist. Vom Magnetanker 31 aus gesehen, ragt der Stößel 32 jenseits des Rückschlußteils 10 und des Polstücks 25 nur geringfügig in die topfförmige Aufnahme 14 und die Kammer 30 hinein.

Die Aufnahme 14 des Rückschlußteils 10 ist durch einen zweiten Deckel 33 verschlossen, der aus Metall hergestellt ist und der als Gehäuse für einen Ventilsitz 34 dient. Zwischen dem Deckel 33 und dem Boden der Aufnahme 14 ist eine Gummimembran 35 einge­ klemmt. Axial zwischen dem Deckel 29 und der Gummimembran 35 be­ findet sich ein dichtverschlossener, mit Öl gefüllter Ankerraum 36. Die verschiedenen Teilräume dieses Ankerraums 36 sind durch eine Axialbohrung 37 im Polstück 25, durch eine Axialbohrung 38 im Rückschlußteil 10 und durch eine zum Stößel 32 hin offene Längsnut 39 im Magnetanker 31 miteinander verbunden. Als beweg­ liches Teil befindet sich im Ankerraum 31 noch eine Schrauben­ druckfeder 40, die, den Stößel 32 umgebend, zwischen dem Magne­ tanker 31 und der sich zwischen den beiden Bohrungsabschnitten 63 und 64 befindlichen Stufe des Polstücks 25 eingespannt ist.

Die Gummimembran 35 besitzt zentral einen axialen Durchgang 45, der durch einen Kragen 46 in Richtung auf den Deckel 33 zu ver­ längert ist und die Form einer Kugelschicht hat, wobei die bei­ den senkrecht auf der Längsachse 47 des Ventils stehenden Grund­ kreise 48 der Kugelschicht gleich groß sind, so daß sich eine Symmetrie des Durchgangs 45 bezüglich einer ebenfalls senkrecht auf der Achse 47 stehenden Mittelebene 49 ergibt. In den Durch­ gang 45 ist als Schließkörper des Ventils eine Kugel 50 ein­ geknüpft, die wegen der symmetrischen Ausbildung des Durchgangs 45 beidseits gleich weit über die Membran 35 vorsteht. Axial be­ findet sich die Kugel 50 zwischen dem Stößel 32 und dem Ventil­ sitz 34, der die Form einer Buchse hat und der in einen Stutzen 52 des Deckels 33 eingeschraubt ist. Außerhalb des Stutzens 52 ist der Deckel 33 mit mehreren axialen Durchbrüchen 53 versehen.

Wird die Wicklung 16 nicht von Strom durchflossen so wird die Kugel 50 von der Schraubendruckfeder 40 über den Magnetanker 31 und den Stößel 32 in Schließrichtung des Ventils mit einer be­ stimmten Kraft beaufschlagt. In Öffnungsrichtung wirkt über die Querschnittsfläche der durch den Ventilsitz führenden Bohrung der Druck in dieser Bohrung auf die Kugel 50. Sobald dieser Druck einen der Kraft der Feder entsprechenden Wert übersteigt, öffnet das Ventil. Fließt durch die Wicklung 16 ein Strom so wirkt auf den Magnetanker eine zum Polstück 25 hin gerichtete Kraft. Dadurch wird die Kraft der Schraubendruckfeder 40 ge­ schwächt und das Ventil öffnet bei einem niedrigeren Druck. Durch verschieden weites Einschrauben des Ventilsitzes 34 kann die Schraubendruckfeder 40 justiert werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich hin­ sichtlich seiner Funktion nicht von demjenigen nach Fig. 1. Die Baulänge ist jedoch gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 weiter verkürzt. Im wesentlichen ist dies darauf zurückzuführen, daß der Magnetanker 31 bauchgelagert ist und die in die Gummimembran 35 eingeknüpfte Kugel 50 direkt beaufschlagt, so daß auf einen Stößel verzichtet werden kann. Deshalb auch ist das Polstück 25 nun geschlossen ausgeführt, so daß auch ein dem Deckel aus Fig. 1 entsprechender Deckel nicht vorhanden sein muß. Die Bohrung 28 im Polstück ist nur eine Sackbohrung mit den beiden Bohrungsab­ schnitten 64 und 65. Eine Schraubendruckfeder 40 ist in gleicher Weise wie in Fig. 1 zwischen dem Magnetanker 31 und dem Pol­ stück 25 eingespannt.

Geführt ist der Magnetanker 31 in einer amagnetischen Buchse 58, die in ein Polstück 54 eingesetzt ist, das im wesentlichen die Form des Bodens 11 des Rückschlußteils 10 aus Fig. 1 besitzt. Allerdings ist dieses Polstück 54 nun als separates Teil ausge­ bildet. Einstückig ausgebildet sind jedoch nun ein dem Deckel 34 aus Fig. 1 entsprechender Teil und ein zylindrischer Mantel 55 eines Rückschlußteils 56. Ein Ventilsitz 34 ist wiederum in einen Stutzen 52 des Deckels 33 einschraubbar. Zusätzlich ist auf Seiten des Deckels 33 ein Haltering 57 für die Gummimembran 35 vorhanden.

Durch eine axiale Verkürzung des Mantels 55, des Polstücks 54 und des Magnetankers 31 ist über die Längeneinsparung durch den bloßen Wegfall des Deckels 29 eine weitere Verkürzung der axia­ len Baulänge des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 möglich. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß im Polstück 54 kein Lager für einen Stößel notwendig ist. Hinsichtlich des zen­ tralen Durchgangs 45 zur Aufnahme der Kugel 50 ist die Ausfüh­ rung nach Fig. 2 identisch mit derjenigen nach Fig. 1.

Die Ausführung nach Fig. 2 ist auch besonders deshalb von Vor­ teil, weil, sieht man vom Ventilsitz 51 und von der Kugel 50 ab, die erst nach dem Befüllen des Ankerraums 36 mit Öl montiert werden, alle Teile in eine einzige Richtung und damit besonders automatengerecht montierbar sind. In das Rückschlußteil 56 wird zunächst der Haltering 57 mit der Gummimembran 35 eingelegt. Dann folgt das Polstück 54. Nun kann man den Spulenkörper 15 mit der Wicklung 16 oder den Magnetanker einschieben. Dann folgt die Schraubendruckfeder 40, ehe der Ankerraum durch das Aufsetzen des Polstücks 25 auf das Rückschlußteil 56 verschlossen wird. Das Polstück 25 kann in das Rückschlußteil 56 eingepreßt werden. Denkbar ist es auch, das Rückschlußteil 56 über das Polstück 25 umzubördeln. Das Befüllen des Ankerraums 36 mit Öl und die an­ schließende Montage der Kugel 50 und des Ventilsitzes 51 gesche­ hen in derselben Weise wie bei der Ausführung nach Fig. 1.

Claims (9)

1. Magnetventil, insbesondere von einem Proportionalmagne­ ten betätigbares Ventil, mit einem Ventilgehäuse (9), mit einem Magnetanker (31), der in einem durch eine Gummimembran (35), die mit einem zentralen Durchgang (45) versehen ist, abgedichteten und vorzugsweise mit Öl gefüllten Ankerraum (36) in gehäusefe­ sten Lagerteilen (10, 25; 54) linear bewegbar geführt ist, mit einem Ventilsitz (34), der sich, vom Ankerraum (36) aus gesehen, jenseits der Gummimembran (35) befindet, und mit einem separaten Schließkörper (50), von dem der Ventilsitz (34) mit einer über den Magneten veränderbaren Kraft beaufschlagbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schließkörper (50) dichtend in den zentra­ len Durchgang (45) der Gummimembran (35) eingedrückt und allein von der Gummimembran (35) geführt ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper eine Kugel (50) ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schließkörper (50) an zumindest einer Seite, vorzugsweise beidseits über die Gummimembran (35) vorsteht.

4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimembran (35) einen den zentralen Durchgang (45) umgebenden Kragen (4 6) aufweist.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zentralen Durchgangs (45) etwa 55 bis 70 Pro­ zent des Durchmessers des als Kugel (50) ausgebildeten Schließ­ körpers beträgt.

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Durchgang (45) zur Aufnahme des wenigstens teilweise kugeligen Schließkörpers (50) die Form ei­ ner Kugelschicht hat, wobei die beiden Grundkreise (48) der Ku­ gelschicht vorzugsweise gleich groß sind.

7. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (31) bauchgelagert ist und daß der Schließkörper (50) vom Magnetanker (31) direkt beaufschlagbar ist.

8. Magnetventil nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (34) eine Buchse ist, die in einen stirnseitigen Boden (33) des Ventilgehäuses (9) eingesetzt ist und daß der Außendurchmesser der Buchse (34) mindestens so groß wie der Durchmesser des Schließkörpers (50) ist.

9. Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Rückstellfeder (40) für den Magnetanker (31) im Ankerraum (36) befindet und zwischen einem gehäusefesten Pol­ stück (25) und dem Magentanker (31) eingespannt ist und daß die Kraft der Rückstellfeder (40) durch eine Bewegung des Ventilsit­ zes (34) mit einer axialen Komponente justierbar ist.