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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen an Magnetventilen
vorgenommene Verbesserungen. Sie betrifft insbesondere Magnetventile
mit einer Elektromagnet-Untereinheit, die mit einer pneumatischen
Schalt-Untereinheit
mit einem Ventilelement verbunden ist, wobei die pneumatische Schalt-Untereinheit
aus einem Körper
gebildet ist, welcher das Ventilelement umschließt, das zwischen zwei einander
gegenüberliegend
angeordneten Dichtsitzen gefangen ist. Die Bewegung des Ventilelements
wird einerseits über
einen Stößel durch
eine Feder, die in dem bewegbaren Kern der Elektromagnet-Untereinheit
angeordnet ist, und andererseits durch eine unter dem Ventilelement
angeordnete und um den unteren Sitz der pneumatischen Schalt-Untereinheit
herum anliegende Feder (allgemein als unter dem Ventilelement befindliche
Feder bezeichnet) bewirkt wird, wobei die unter dem Ventilelement
befindliche Feder das Ventilelement gegen den oberen Sitz der pneumatischen
Schalt-Untereinheit drückt, wenn
der Elektromagnet mit Energie versorgt ist. In der Ruhestellung,
d.h. wenn der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt wird, drückt die
Feder des bewegbaren Kerns der Elektromagnet-Untereinheit den Kern
in Anlage an dem Stößel zurück und drückt das Ventilelement
auf den Sitz des unteren Kanals des Magnetventils.
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Zum
besseren Verständnis
der mittels der Erfindung vorgenommenen Verbesserungen sei zunächst auf
die 1 und 2 Bezug genommen, welche in
axialem und vertikalem Schnitt einen Elektromagneten nach dem Stand
der Technik zeigen.
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Aus
den 1 und 2 ist ersichtlich, dass die
vorliegende Erfindung ein Magnetventil betrifft, das einerseits
eine in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 versehene
Elektromagnet-Untereinheit und andererseits eine in ihrer Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 12 versehene pneumatische Schalt-Untereinheit
aufweist. Mechanische Einrichtungen gewährleisten die Verbindung der
beiden Untereinheiten 10 und 12.
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Die
pneumatische Schalt-Untereinheit 12 besteht aus einem Körper, der
ein vorzugsweise aus Elastomermaterial gebildetes Ventilelement 14 umschließt, das
zwischen zwei einander gegenüberliegenden
Dichtsitzen 15, 16 gefangen ist. Die Bewegung
des Ventilelements 14 im Körper der pneumatischen Schalt-Untereinheit 12 wird
einerseits über
einen Stößel 19 durch
eine in dem bewegbaren Kern 18 der Elektromagnet-Untereinheit 10 befindliche
Feder 17 und andererseits durch eine (unter dem Ventilelement
befindliche Feder) Feder 20 bewirkt, welche das Rückstellen
des Ventilelements gewährleistet.
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In
der Ruhestellung, das heißt,
wenn der Elektromagnet nicht mit Energie versorgt wird, drückt die
Feder 17 den bewegbaren Kern 18 derart zurück, dass
dieser das Ventilelement 14 über seinen Stößel 19 gegen
den Sitz 16 des unteren Kanals des Magnetventils drückt.
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Die
Kraft der Feder 17 des bewegbaren Kerns 18 muss
ausreichen, um die Dichtigkeit des unteren Sitzes 16 zu
gewährleisten,
und um dieses Ergebnis zu erzielen, muss diese Kraft gleich der nachfolgenden
Summe sein:
(Druck × Querschnitt
des Sitzes 16) + Kraft der Feder 20 + zusätzliche
Dichtkraft.
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Hierzu
sei auf 3 Bezug genommen, welche die
Kraft der Feder 17 in Abhängigkeit von dem Magnethub
des unteren Sitzes 16 des Ventilelements darstellt.
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In
der offenen Stellung des Magnetventils, das heißt bei mit Energie versorgtem
Elektromagneten, ist die in dem bewegbaren Kern 18 erzeugte
Magnetkraft größer als
die Kraft der Feder 17, und unter diesen Bedingungen drückt sich
der bewegbare Kern 18 gegen den festen Kern 21 (oder
Joch) der Elektromagnet-Untereinheit 10 und übt nicht
länger über den Stößel 19 Kraft
auf das Ventilelement 14 aus. Die Feder 20 zum Rückstellen
des Ventilele ments 14 drückt somit das letztere gegen
den oberen Sitz 15 der Untereinheit 12.
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Unter
Berücksichtigung
der Herstellungsweise (insbesondere der Stahlqualität, des Drahtdurchmessers,
der Anzahl und der Steigung der Windungen, der freien Länge) kann
die Feder 17 des bewegbaren Kerns nur mit einer gewissen
Toleranz hinsichtlich der freien Länge und somit der Kraft bei
einer gewissen vorbestimmten Höhe,
die als "vorgegebene
Höhe" bezeichnet wird,
gebildet werden. Bei den gegenwärtig
umgesetzten Lösungen
kann bei einer Belastung auf die vorgegebene Höhe die Kraft zwischen 20 und
40% schwanken, was bei der gegenwärtig angestrebten Leistung
und der Miniaturisierung der Magnetventile dieses Typs zunehmend inakzeptabel
ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems besteht der gegenwärtig am häufigsten eingesetzte Ansatz
darin, eine Teilung der Federn vorzunehmen, um die Herstellungstoleranzen
zu verringern. Dieses Verfahren ermöglicht auf einfache Weise eine
Verringerung der Fertigungsschwankungen, jedoch bleiben relativ
große
Schwankungen bestehen und das Verfahren bringt aus Herstellungsausschuss
resultierende Mehrkosten für
den Posten der Federn mit sich.
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Eine
andere gegenwärtig
verwendete Lösung
sieht ein Einstellen der Feder des bewegbaren Kerns nach der Montage
des Magnetventils vor. Zu diesem Zweck ist das Joch, das heißt der feste
Kern der Elektromagnet-Untereinheit
axial gebohrt und mit einem Gewinde versehen, um einen Gewindestößel aufzunehmen,
welcher mit einem O-Ring versehen ist, um die Dichtigkeit zu gewährleisten.
Der Gewindestößel ist
an einem seiner Enden in Kontakt mit der Feder des bewegbaren Kerns
der Elektromagnet-Untereinheit. Zum Einstellen des Magnetventils,
das heißt
der Kraft der Feder des bewegbaren Kerns, genügt es, den maximalen Arbeitsdruck
in den unteren Kanal des Magnetventils einzuleiten, anschließend den
Stößel einzuschrauben,
bis die Feder des bewegbaren Kerns die Dichtigkeit des unteren Sitzes unter
Druck gewährleistet.
Diese bekannte Lösung ist
genau, da die Feder des bewegbaren Kerns lediglich die Kraft liefert,
die zum Gewährleisten
der Dichtigkeit an dem unteren Sitz des Ventilelements des Magnetventils
erforderlich ist. Der Nachteil dieser Lösung liegt in ihren Kosten
für die
Herstellung und Umsetzung: sie erfordert ein Gewindebohren des festen Jochs
des Magnetventils, eine Bearbeitung eines zusätzlichen Teils (Gewindestößel) und
den Einsatz eines zusätzlichen
O-Rings zur Gewährleistung
der Dichtigkeit der Einheit.
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Ausgehend
von einem Stand der Technik gemäß den 1 und 2 hat
sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, das vorgenannte technische
Problem zu lösen,
das heißt:
- – die
Verringerung der Streuungen der Kraft der Feder des bewegbaren Kerns
der Elektromagnet-Untereinheit, und
- – ferner
das Ausgleichen der Streuungen der Rückstellfeder des Ventilelements
(unter dem Ventilelement befindliche Feder) der pneumatischen Schalt-Untereinheit,
und
zwar auf einfache Weise, ohne den Einsatz von zusätzlichen
Dichteinrichtungen zu erfordern.
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Folglich
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren der Feder des
bewegbaren Kerns eines Magnetventils, das eine Elektromagnet-Untereinheit aufweist,
die mit einer pneumatischen Schalt-Untereinheit mit einem Ventilelement
verbunden ist, wobei die Bewegung des Ventilelements in dem Körper der
pneumatischen Schalt-Untereinheit einerseits über einen Stößel durch
eine Feder, die in dem bewegbaren Kern der Elektromagnet-Untereinheit angeordnet
ist, und andererseits durch eine unter dem Ventilelement und um
den unteren Sitz der pneumatischen Schalt-Untereinheit herum anliegende
Feder bewirkt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
dass
- – ein
Kraftaufnehmer entweder in einem vorbestimmten Abstand von der Oberseite
des bewegbaren Kerns, wobei dieser Abstand gleich dem tatsächli chen
Weg des bewegbaren Kerns ist, oder direkt in Kontakt mit der Fläche des
bewegbaren Kerns angeordnet wird, wenn beabsichtigt ist, die Feder
des bewegbaren Kerns hinsichtlich ihrer Kraft nach dem Weg einzustellen
(Kern in Anlage an dem Joch);
- – die
Feder des bewegbaren Kerns in einer zu diesem Zweck vorgesehenen
Bohrung in der Achse des Kerns befestigt wird, worauf
- – hinter
der Feder ein elastischer Stift angeordnet wird, der mehr oder weniger
in die Bohrung des bewegbaren Kerns eingetrieben wird, wobei die von
der Feder auf den Aufnehmer erzeugte Kraft gemessen wird, und
- – das
Eintreiben des elastischen Stifts in den bewegbaren Kern beendet
wird, sobald die gewünschte
Kraft von dem Kraftaufnehmer gemessen wird.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
handelt es sich bei den bei der Einstellung der Feder des bewegbaren
Kerns zu berücksichtigenden
Parametern einerseits um
- – die vorgegebene Höhe der Feder,
d.h. die Höhe, bei
der die Feder des bewegbaren Kerns die Kraft liefern soll, die zur
Gewährleistung
der Dichtigkeit am unteren Sitz erforderlich ist, und
- – andererseits
um die zur Gewährleistung
der Dichtigkeit am unteren Sitz erforderliche Kraft, wobei die beiden
Parameter entweder berechnet oder gemessen werden können.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der elastische Stift vollständig durchbohrt. Er kann vorzugsweise
durch schraubenlinienförmiges Aufwickeln
eines Metalldrahts gebildet sein, oder die Form eines zylindrischen
Teils oder einer Kugel aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auf ein Magnetventil des normalerweise offenen Typs angewendet
werden. Gemäß dieser
besonderen Anwendung erfolgt die Einstellung der Feder des bewegbaren
Kerns der Elektromagnet-Unteranordnung, indem mittels des Kraftaufnehmers
die Kraft gemessen wird, welche von der Feder unter der Klappe erzeugt
wird, wenn sie in die pneumatische Schalt-Unteranordnung eingebaut
ist, und indem diese Kraft in der Feder des bewegbaren Kerns reproduziert
wird, damit die Toleranzen der beiden Federn durch das Einstellen
der Feder des bewegbaren Kerns kompensiert werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen,
welche Ausführungsbeispiele darstellen,
die keinerlei einschränkenden
Charakter haben. Es zeigen:
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1 und 2 axial
bzw. vertikal geschnittene Darstellungen eines Magnetventils, auf
welche das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren Anwendung
findet und auf welches in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung
Bezug genommen wird;
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3 Kurven
zur Darstellung der Kraft der Feder des bewegbaren Kerns (in bestimmten
Zuständen,
welche in der der Figur beigefügten
Tabelle angegeben sind) in Abhängigkeit
von dem Magnethub des unteren Sitzes des Ventilelements des Magnetventils;
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4 eine
schematische Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5a und 5b ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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6 Kraftkurven
der unter dem Ventilelement befindlichen Feder in Abhängigkeit
vom Weg des Ventilelements bei einem normalerweise offenen Magnetventil.
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Wie
zuvor erwähnt,
ist das erfindungsgemäße Verfahren
darauf gerichtet, die herstellungsbedingten Streuungen der Feder 17 des
bewegbaren Kerns 18 der Elektromagnet-Untereinheit des
Magnetventils durch ein einfaches Einstellen auszugleichen, das
keine zusätzlichen
Dichteinrichtungen erfordert, wobei diese Einstellung im Inneren
des bewegbaren Kerns 18 erfolgt.
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Im
folgenden wird auf 4 Bezug genommen. Es ist erkennbar,
dass der bewegbare Kern 18 von einer durchgehenden Bohrung
durchquert ist, die zum Aufnehmen der Feder 17 bemessen
ist. In diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist ein Kraftaufnehmer 21 in einer vorbestimmten Entfernung
von der Oberseite des bewegbaren Kerns 18 angeordnet, welche
gleich dem realen Weg des bewegbaren Kerns 18 ist. Wenn
eine Einstellung der Feder hinsichtlich ihrer Kraft nach dem Weg
(Kern in Anlage an dem Joch) erfolgen soll, kann der Aufnehmer 21 direkt
in Kontakt mit der Oberfläche
des Kerns angeordnet werden. Ist die Feder 17 in der Bohrung des
Kerns 18 angeordnet, wird hinter der Feder 17 ein
elastischer Stift 22 angeordnet, der an der Feder abgestützt ist,
wie dies in der 4 deutlich zu erkennen ist.
Dieser elastische Stift kann beispielsweise durch wendelförmiges Winden
eines Metalldrahts gebildet sein. Er kann auch in anderer Form ausgebildet
sein, beispielsweise als elastisches zylindrisches Teil, Kugel,
etc...
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Erfindungsgemäß wird das
Einstellen der Feder 17 mittels des Stifts 22 erreicht,
indem derselbe mehr oder weniger in die Bohrung des Kerns 18 eingetrieben
wird. Zu diesem Zweck kann ein Stößel, wie bei 23 dargestellt,
verwendet werden, und wenn dieser den Stift verschiebt, wird die
von der Feder 17 auf den Aufnehmer 21 aufgebrachte
Kraft gemessen. Sobald der Aufnehmer 21 die gewünschte Kraft
gemessen hat, wird das Eintreiben des Stifts 22 in die Bohrung
des Kerns beendet.
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Die
Parameter, die bei der Einstellung der Feder 17 unter den
vorgenannten Bedingungen zu berücksichtigen
sind, sind die folgenden:
- – die vorgegebene Höhe der Feder,
das heißt
die Höhe,
bei welcher die Feder 17 die erforderliche Kraft aufbringen
muss, um die Dichtigkeit des Sitzes 16 an dem unteren Kanal
des Magnetventils zu gewährleisten;
diese vorgegebene Höhe
ist in der 4 angegeben, und
- – die
zur Gewährleistung
der Dichtigkeit an dem unteren Sitz 16 erforderliche Kraft.
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Diese
beiden Parameter können
entweder berechnet oder gemessen werden, und es genügt, das
erfindungsgemäße Einstellverfahren
durchzuführen,
sobald sie bekannt sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
eine Verringerung der Toleranz der Kraft der Feder 17 des
bewegbaren Kerns auf einen Wert unter 10%. Das Merkmal der Verwendung
eines elastischen Stifts, wie bei 22 dargestellt, zur Durchführung der
Einstellung hat insbesondere die folgenden Vorteile:
- – es
handelt sich um ein einfach in Massen herzustellendes und daher
kostengünstiges
Teil, dessen Einsatz im Vergleich mit den Mehrkosten, welche durch
eine nach einer zuvor genannten Lösung nach dem Stand der Technik
vorgeschlagene Verteilung der Federn verursacht werden, erheblich
wirtschaftlicher ist;
- – es
ist möglich,
die axiale Bohrung in dem bewegbaren Kern 18 mit einer
Herstellungstoleranz, wie sie mittels eines Bohrers erhalten werden kann,
auszubilden, während
eine wesentlich engere Toleranz für das feste Einsetzen von maschinell
bearbeiteten Teilen erforderlich ist, wie beispielsweise den Gewindestößel, der
bei der anderen vorgenannten Lösung
nach dem Stand der Technik verwendet wird;
- – da
der Stift 22 durchgehend durchbohrt ist, wird der "Dashpot"-Effekt, das heißt, die
Komprimierung der Luft in der die Feder 17 aufnehmenden Bohrung des
bewegbaren Kerns 18, vermieden, wenn sie im Betrieb des
Magnetventils in Anlage an dem festen Kern 21 gelangt.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den 5a und 5b dargestellt.
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Diese
Beispiele betreffen ein normalerweise geschlossenes Magnetventil
vom 3/2-Typ, das jedoch gleichermaßen als normalerweise offene
Ausführung
vorliegen kann, wobei der Druckeinlass und der Druckauslass jedoch
umgekehrt sind, während der
Arbeitskanal der gleiche bleibt. Die Erfindung ist gleichermaßen auf
sogenannte universelle Magnetventile anwendbar, bei denen der Druckeinlass über einen
beliebigen Kanal erfolgen kann.
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Bei
diesen Anwendungen ist es gleichermaßen erforderlich, ein Kraftgleichgewicht
zwischen den Federn 17 und 20 zu erreichen:
Kraft
der Feder 17 des bewegbaren Kerns 18 > Kraft der unter dem
Ventilelement befindlichen Feder 20.
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Es
ist in jedem Fall erforderlich, dass die unter dem Ventilelement
befindliche Feder 20 die Dichtigkeit des Andrucks des Sitzes 15 an
dem oberen Kanal des Magnetventils gewährleistet. Somit ist das zuvor
ausgeführte
und durch die Erfindung gelöste Problem
gegeben, nämlich
das Problem der Toleranz der Feder 17 des bewegbaren Kerns.
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Die
Lösung
ist mit der zuvor beschriebenen identisch: die Feder 17 des
bewegbaren Kerns 18 erfolgt, indem die von der unter dem
Ventilelement befindlichen Feder 20 erzeugte Kraft gemessen
wird, wenn diese in der pneumatischen Schalt-Untereinheit eingebaut
ist, und diese Kraft in der Feder 17 des bewegbaren Kerns
reproduziert wird, um die Toleranzen der beiden Federn durch Einstellen
der Federn 17 zu kompensieren (5a, 5b und 6).
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Es
ist selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen
und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, sondern Varianten umfasst, die in den Schutzumfang der Anmeldung
fallen, welcher ausschließlich
durch den Rahmen der zugehörigen
Ansprüche
definiert ist.