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Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, das in herkömmlicher Weise eine Spule, die
um einen Unterbau gewickelt ist, wobei ein äußerer Magnetkreis die Spule umgibt, und
wobei wenigstens ein fester Kern im Inneren des Unterbaus vorgesehen ist und einen
beweglichen verschiebbaren Kern, insbesondere beweglich entgegen der Kraft einer Feder
und zwar längs der Achse der Spule, wobei der bewegliche Kern dazu dient, um
wenigstens einen Fluiddurchgang zu verschließen, bzw. zu öffnen und zwar abhängig von seiner
axialen Position, beinhaltet. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
Elektromagnetventil, in dem der bewegliche Kern eine flache Gestalt aufweist.
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Im Stand der Technik sind bereits Elektromagnetventile bekannt, bei denen der
bewegliche Kern in Form einer Scheibe oder einer metallischen Ringscheibe von relativ geringer
Dicke mit einer kreis- oder ringförmigen Form verwirklicht ist. Dank seiner flachen Gestalt
erlaubt es ein solch beweglicher Kern, daß man sehr große Luftspaltoberflächen bei
gleichzeitigem geringen Raumbedarf und Gewicht, vergleichbar mit einem klassischen
Plungerkern von länglicher zylindrischer Form, erhält.
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Bei zahlreichen bereits verwirklichten Elektromagnetventilen mit flachem beweglichen
Kern kommt der flache bewegliche metallische Kern direkt zur Anlage gegen einen
ebenfalls metallischen festen Sitz, um auf diese Weise die Abdichtung sicherzustellen. Solche
Bauweisen sind in den Dokumenten US-A-4005733, CH-A-264710 und DE-A-3133060
gezeigt. Bei einer solchen Bauweise treten während des Betriebes Geräusche auf,
außerdem resultieren aus dieser Bauweise eine erhöhte Abnutzung und eine unvollständige
Abdichtung in der Verschlußposition.
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Betriebsbedingte Geräusche können auch dann beobachtet werden, wenn der bewegliche
flache Kern in die endgültige Öffnungsposition gelangt.
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Bei anderen, weiterentwickelten Ausführungsbeispielen von bekannten
Elektromagnetventilen mit beweglichem flachen Kern ist der bewegliche Kern in Form einer metallischen
Ringscheibe verwirklicht, in dessen Zentrum ein Abdichtorgan aus einem nichtmetallischen
biegsamen Material angeordnet ist, welches dazu dient, gegen wenigstens einen festen
Sitz zur Anlage zu kommen - s. die Schriften GB-A-1559836 und US-A-3921670 sowie
ergänzend das Dokument US-A-4211257 (in welchem der bewegliche Kern keine gänzlich
flache Gestalt aufweist). Dieser Aufbau verbessert die Dichtwirkung, aber er löst nicht das
Problem der Betriebsgeräusche, die dann auftreten, wenn der Randbereich des
metallischen Kreisringes am Ende seiner Bewegung gegen die inneren festen Teile des
Elektromagnetventils schlägt.
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Darüber hinaus bestehen Schwierigkeiten darin, die Zentrierung und die Führung des
beweglichen flachen Kerns sicherzustellen, sowohl während seiner Erstmontage, als auch
während der Benutzung des Elektromagnetventils; eine ungenügende Zentrierung und
Führung, die sich mit dem Effekt radialer magnetischer Kräfte verbindet, erzeugt
Reibungseffekte des beweglichen Kerns gegen den äußeren Magnetkreis.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beseitigen, indem sie ein
Elektromagnetventil mit beweglichen flachen Kern bereitstellt, welches einen Aufbau
besitzt, der bemerkenswerte funktionelle Verbesserungen beinhaltet, sowohl im Hinblick auf
eine Verminderung der Betriebsgeräusche als auch im Hinblick auf eine Verbesserung der
Zentrierung und Führung und auf eine Erleichterung der Montage, wobei die
Ausgestaltung der Erfindung einfach und preiswert bleibt.
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Zu diesem Zweck ist in dem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil, das einen flachen
beweglichen Kern aufweist, der in Form eines metallischen Kreisringes verwirklicht ist, in
dessen Mitte ein Abdichtorgan aus nichtmetallischem, biegsamen Material angeordnet ist,
wobei das Abdichtorgan gegen wenigstens einen festen Sitz zur Anlage kommt,
vorgesehen, daß die metallische Ringscheibe des beweglichen Kerns an ihrem Umfang mehrere
Vorsprünge aus nichtmetallischem, biegsamen Material aufweist, die als mechanische
Anschläge zur Begrenzung des Verschiebeweges des beweglichen Kerns dienen. Diese am
Umfang vorgesehenen Vorsprünge, die eine Geräuschentwicklung vermeiden, sind
vorzugsweise als Organe verwirklicht, die entsprechende Löcher der Ringscheibe
durchqueren und an beiden Seiten der besagten Ringscheibe vorspringen, so daß sie als
Anschläge zur Begrenzung des Verschiebeweges in den beiden Verschieberichtungen des
beweglichen flachen Kerns dienen.
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In den Fällen, in denen das zentrale Verschlußorgan ebenfalls eine Mittelöffnung der
Ringscheibe durchquert und Teile aufweist, die an den beiden Flächen der Scheibe über
diese vorspringen und die mit zwei einander gegenüber liegenden Sitzen
zusammenarbeiten, sieht die Erfindung vor, daß das mittlere Verschlußorgan und die am Umfang
vorgesehenen Vorsprünge aus biegsamem oder elastischen Kunststoffmaterial gegossen
sind.
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Das mittlere Verschlußorgan und die am Umfang befindlichen Vorsprünge können in
einfacher Weise durch eine einzige Gießoperation gleichzeitig aus einem biegsamen
synthetischen
Material wie beispielsweise Fluorsilikon geform werden, ohne daß die
Notwendigkeit eines besonderen Fixiermittels besteht.
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Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sieht vor, daß die
metallische Ringscheibe des flachen beweglichen Kerns an ihrem Umfang in denjenigen
Gebieten, die sich zwischen den erwähnten Vorsprüngen befinden, radiale Einschnitte
aufweist, die zum Zentrieren und zur Führung dienen und die mit Fingern
zusammenarbeiten, die axial ausgerichtet sind und die ebenfalls zum Zentrieren und zum Führen
dienen und die fest mit dem Unterbau des Elektromagnetventils verbunden sind.
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Diese Finger stellen eine präzise Zentrierung und Führung des flachen beweglichen Kerns
relativ zum äußeren Magnetkreis sicher, und sie vermeiden darüber hinaus die
Reibungsbewegungen der metallischen Ringscheibe gegen den Magnetkreis, der sich aus den
radialen Magnetkräften ergeben könnte.
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Zwischen den zur Zentrierung und zur Führung vorgesehenen Fingern sind in vorteilhafter
Weise wenigstens zwei Finger vorgesehen, die an ihren freien Enden jeweils einen
Vorsprung haben, der zur Achse der Spule weist und der den beweglichen, flachen Kern
zeitweilig bei der Montage des besagten Kernes halten kann.
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Der flache bewegliche Kern kann folglich vormontiert werden und ist zeitweilig an dem
Unterbau durch wenigstens zwei gegenüberliegende Finger gehalten, die die Form von
Haken besitzen, und die sich unter Federspannung gegenüberstehen. Die Montage des
flachen beweglichen Kerns ist darüber hinaus durch die Tatsache erleichtert, daß seine
beiden Seiten identisch sind, so daß er über die zur Zentrierung, zur Führung und zum
Halten dienenden Finger in beliebiger Richtung übergestülpt werden kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe der beigefügten Beschreibung und unter Bezug
auf die ergänzenden schematischen Zeichnungen besser verständlich werden, wobei
Beschreibung und Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Elektromagnetventils mit einem flachen beweglichen Kern darstellen. Es zeigen:
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Fig. 1 ein durch die Mittelachse eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils
gehendes Schnittbild mit der Angabe einer ersten Position des flachen
beweglichen Kerns;
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Fig. 2 einen zentralen Teilschnitt, der eine zweite Positon des beweglichen
flachen Kerns des Elektromagnetventils zeigt;
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Fig. 3 eine Draufsicht des flachen beweglichen Kerns des besagten
Elektromagnetventils;
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Fig. 4 einen Schnitt des beweglichen flachen Kerns entsprechend der Linie IV/IV
der Figur 3;
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Fig. 5 eine Außenansicht des Unterbaus des Elektromagnetventils aus Figur 1,
wobei die zur Zentrierung, zur Führung und zum Halten des flachen
beweglichen Kerns dienenden Finger sichtbar sind.
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Wie die Fig. 1 zeigt, beinhaltet das Elektromagnetventil eine Spule 1, die um einen
isolierten Unbau 2 gewickelt ist und die durch einen Steckverbinder elektrisch versorgt wird, die
Mittelachse der Spule 1 ist mit 4 bezeichnet. Diese Spule 1 ist durch einen festen äußeren
Magnetkreis 5 von rohrförmiger Gestalt umschlossen, der selbst im Inneren eines
lsoliergehäuses 6 angeordnet ist, welches an einem Ende durch einen Isolierdeckel 7
verschlossen ist. Wulstförmige Dichtringe 8 und 9 sind zwischen dem Unterbau 2 und dem
Magnetkreis 5 sowie zwischen dem Magnetkreis 5 und dem Gehäuse 6 angeordnet.
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Im zentralen Kanal des Unterbaus 2 ist ein doppelter unbeweglicher Kern angeordnet, der
in einen festen vorderen Kern 10 und einen festen hinteren Kern 11 aufgeteilt ist. Die
festen vorderen und hinteren Kerne 10 und 11 bilden einen zentralen Durchgang 12, der
sich in Richtung der Achse 4 erstreckt, wobei der feste vordere Kern 10 durch sein
äußeres Ende einen ersten Ansatz zur Verbindung mit einem pneumatischen Kreislauf
bildet, in den das Elektromagnetventil eingefügt werden kann. Das Gehäuse 6 bildet an
einem Ende des Elektromagnetventils zwei andere Anschlüsse 13 und 14 für die
Verbindung an den besagten Fluidkreis. Einer dieser letztgenannten Verbindungsanschlüsse 14
ist in Richtung der Achse 4 im Hinblick auf das hintere Ende des festen hinteren Kernes 11
angeordnet. Die einander gegenüber angeordneten Enden des festen hinteren Kernes 11
und des Anschlusses 14 bilden zwei ringförmige Dichtsitze, die mit 15 und 16 bezeichnet
sind:
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Ein flacher beweglicher Kern 17 ist vor dem hinteren Ende des festen hinteren Kerns 11
angeordnet, wobei der Umfang des beweglichen Kerns 17 der Innenfläche des äußeren
Magnetkreises 5 benachbart ist. Der flache bewegliche Kern 17 ist in Richtung der Achse
4 beweglich zwischen einer ersten, dem festen Kern 11 (Fig. 1) angenäherten Position und
einer anderen, dem festen Kern 11 entfernten Position (Fig. 2) angeordnet, wobei die
Federkraft einer Schraubenfeder 18 den beweglichen Kern 17 in Richtung dieser anderen
Position zu drücken versucht.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen genauer den Aufbau des flachen beweglichen Kernes 17.
Dieser besteht aus einer metallischen Ringscheibe 19, die ein zentrales Loch 20 besitzt und
eine Anzahl von am Umfang angeordneten Löchern 21, wobei diese Löcher in
regelmäßigen Winkelintervallen angeordnet sind, beispielsweise bei sechs am Umfang
angeordneten Löchern 21 in Winkelintervallen von 60º. An der Scheibenaußenkante der metallischen
Ringscheibe 19 sind radiale Einschnitte 22 angeordnet, wobei sich diese in den Bereichen
zwischen den Löchern 21 befinden.
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Das Mittelloch 20 der Ringscheibe 19 nimmt ein mittleres Verschlußorgan 23 auf, das die
Form eines Plättchens besitzt und aus einem nichtmetallischen biegsamen Material
besteht. Das Verschlußorgan 23 besitzt zwei symmetrische Bereiche, die über die beiden
Oberflächen der Ringscheibe 19 hervorstehen und die miteinander durch einen
Zwischenbereich mit kleinerem Durchmesser verbunden sind, der das zentrale Loch 20 der
Ringscheibe 19 durchquert.
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Die am Umfang angeordneten Löcher 21 der metallischen Ringscheibe 19 nehmen jeder
einen Vorsprung 24 auf, der aus einem nichtmetallischen biegsamen Material besteht.
Ebenso wie das mittlere Verschlußorgan 23 durchquert jeder am Umfang angeordnete
Vorsprung 24 mit Hilfe eines Mittelbereiches das entsprechende Loch 21 der Ringscheibe
19, wobei die Vorsprünge an beiden Seiten der besagten Ringscheibe 19 symmetrisch
vorstehen.
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Das mittlere Verschlußorgan 23 und die am Umfang angeordneten Vorsprünge 24 werden
durch den Gießvorgang mit einem biegsamen synthetischen Material wie beispielsweise
Fluorsilikon gebildet.
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Wenn der flache bewegliche Kern 17 sich an seinem Platz befindet, wie dies in den
Figuren 1 und 2 gezeigt ist, befindet sich sein mittleres Verschlußorgan 23 zwischen den
beiden Dichtsitzen 15 und 16. Sobald die Spule 1 vom Strom durchflossen wird, wird der
bewegliche Kern 17 magnetisch angezogen und das Verschlußorgan 23 kommt an dem
Dichtsitz 15 des festen hinteren Kernes 11 zur Anlage; der Durchgang 12, der durch die
doppelten festen Kerne 10 und 11 gebildet ist, wird folglich abgedichtet, während die
Anschlüsse 13 und 14 miteinander verbunden werden, diese erste Position wird in der Figur
1 verdeutlicht. Sobald die Spule 1 nicht mehr stromdurchflossen ist, drückt die Kraft der
Feder 18 den flachen beweglichen Kern 17 in seine andere Position, in der das mittlere
Verschlußorgan 23 gegen den Dichtsitz 16 des Anschlusses 14 zur Anlage kommt; dieser
Anschluß 14 wird folglich verschlossen, während eine Verbindung zwischen dem
Durchgang 12 und dem Anschluß 13 hergestellt wird - s. Fig. 2.
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Beim Erreichen des flachen beweglichen Kerns 17 in einer der beiden Endpositionen des
oben beschriebenen Verschiebeweges bilden die vorstehenden Bereiche, die zum einen
das mittlere Verschlußorgan 23 und zum anderen die am Umfang angeordneten
Vorsprünge 24 sind, elastische AnschIäge, die das Betriebsgeräusch herabsetzen. Folglich ist
beim Erreichen der Position aus Fig. 1 der mechanische Anschlag durch den Andruck des
Verschlußorganes 23 am Dichtsitz 15 und durch den gleichzeitigen Kontakt der
Vorsprünge 24 mit der Frontfläche 25 des Unterbaues 2 erreicht. Beim Erreichen des
beweglichen
Kernes 23 in der Position der Fig. 2 wird der mechanische Anschlag durch den
Andruck des Verschlußorganes 23 am Dichtsitz 16 und durch den gleichzeitigen Kontakt der
Vorsprünge 24 mit der Innenfläche des Gehäuses 6 erreicht.
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Auf der Frontfläche 25 des Unterbaues 2 sind vier zur Zentrierung und zur Führung
dienende Finger 26 vorstehend angeordnet, die in vier der sechs radialen Einschnitte 22 der
metallischen Ringscheibe 19 eingreifen. Aus derselben Frontfläche 25 stehen noch zwei
weitere Finger 27 hervor, die diametral gegenüber angeordnet sind und eine sehr viel
größere Länge aufweisen, als die vorher genannten Finger 26, wobei jeder Finger 27 an
seinem freien Ende einen Vorsprung 28 besitzt, der in Richtung der Achse 4 weist - s.
auch Fig. 5. Die beiden Finger 27 sind elastisch verformbar und stellen durch Verhaken
mit Hilfe ihrer Vorsprünge 28 ein zeitweiliges Halten der flachen beweglichen Scheibe 17
während der Montage von letzterer sicher, in dem sie der Bewegung der Kraft der Feder
18 entgegenwirken. Während des Betriebes des Elektromagnetventils unterstützen diese
beiden Haltefinger 27, die in zwei radialen Einschnitten 22 geführt sind, mit den anderen
Fingern 26 die Zentrierung und Führung des flachen beweglichen Kernes 17.
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Wie in den Figuren 1 und 5 gezeigt ist, sieht die Erfindung vor, daß durch nicht nur die
Finger 26, 27 zur Zentrierung, Führung und Halterung des flachen beweglichen Kernes 17
sondern auch der Isolierkörper 29 des Verbindungssteckers 3, der für die elektrische
Versorgung der Spule 1 vorgesehen wird, durch einen Gießvorgang in einem Stück mit dem
Unterbau 2 hergestellt werden, wobei der lsolierkörper 29 durch die Verbindungslamellen
30 durchstoßen wird.
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Das vorstehend beschriebene Elektromagnetventil mit einem flachen beweglichen Kern 17
ist u.a. verwendbar für die Steuerung von Zylindern oder pneumatischen Motoren und
kann seinerseits durch ein elektrisches Dauersignal oder ein unterbrochenes Signal
gesteuert werden, welches durch den Verbindungsstecker 3 auf die Spule 1 wirkt. Ein
solches Elektromagnetventil kann außerdem bei Automobilen im Karosserie- oder im
Motorbereich für diverse Anwendungsfälle verwendet werden.
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Es versteht sich von selbst, daß sich die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele
eines Elektromagnetventils mit flachem beweglichen Kern beschränkt, wie es hier
beispielhaft beschrieben wurde. Die Anordnung der Anschlüsse für die pneumatischen
Verbindungen, die elektrischen Verbindungsmittel und die mechanischen Befestigungsmittel
beinhalten verschiedene Varianten, die es erlauben, das Elektromagnetventil bei den
unterschiedlichsten Verwendungszwecken einzusetzen. Die konstruktiven Details des
beweglichen Kerns können darüber hinaus modifiziert werden, ohne sich vom Kern der Erfindung
zu entfernen, dies betrifft ebenso die Anzahl der am Umfang angeordneten Vorsprünge 24
und ihr Materialaufbau wie den des mittleren Verschlußorganes 23.