DE9005411U1

DE9005411U1 - Magnetisch betätigbares Ventil

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Publication number: DE9005411U1
Application number: DE9005411U
Authority: DE
Original assignee: THOMAS TECHNIK KG GESELLSCHAFT fur MAGNET- und VERFAHRENSTECHNIK 5243 HERDORF DE
Current assignee: THOMAS TECHNIK KG GESELLSCHAFT fur MAGNET- und VERFAHRENSTECHNIK 5243 HERDORF DE
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1990-05-12
Publication date: 1990-08-30
Anticipated expiration: 2000-05-13

Description

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ARNE MISSLING Dipl.-Ing. &agr; (O641) 71019. 63 Giessen

8. Mai 1990 Mi/Fl 89.344GM

thooas technik KG gesellschaft für nagnet-
und Verfahrenstechnik, 5243 Herdorf

Magnetisch betätigbares Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisch betätigbares Ventil, i-isbeMDndere ein Regel- oder Schaltventil mit einem Polkern und eirem mit diesem verbundenen Magnetgehäuse, in welchem ein Anker längs einer Längsachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, sowie mit einem koaxial zu dem Anker in dem Magnetgehäuse angeordneten, in einer tfentilhulse gelagerten Ventilschieber.

Ein magnetisch betätigbares Ventil der beschriebenen Art umfaßt weiterhin in üblicher Weise eine Druckmittel-Zuführungsleitung, eine Verbraucherleitung, sowie eine Druckmiotel-Rückführleitung, so daß die Durchströmung des Ventils durch eine Bewegung des Ventilschiebers relativ zu der Ventilhülse steuerbar ist.

Ein magnetisch betätigbares Ventil der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt. Um bei einem derartigen Ventil einen einfachen und kompakten Aufbau realisieren zu können, ist der Ventilschieber mit dem Anker verbunden. Zu diesem Zwecke ist ein verlängerter Bereich

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des Ventilschiebers mit seinem freien Ende in eine Bohrung des Ankers eingepreßt, so daß der Ventilschieber ait dem Anker eine einstückige Einheit bildet. Diese Einheit wird "-&agr; Bereich des Ventilschiebers über die Lagerung des Ventüschi-sbers in der Venti 2.i. ilst geführt., das andere Ende des Ankers ist in einem entsprechenden Gleitlager aufgenommen. Um Leckagen im Bereich zwischen dem Ventilschieber und der Ventilhülse zu vermeiden, wird zwischen diesen Bauelementen ein äußerst geringes Spiex gefordert. Dieses vorbekannte magnetisch betätigbare Ventil zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Nachteile aus. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß sich, bedingt durch die Art der Lagerung fertigungstechnisch nicht vermeidbare Fluchtungsfehler einstellen, welche zu einem radialen Achsversatz zwischen der Ventilhülse und dem Anker führen. Dies wiederum hat zur Folge, daß im Bereich der Lagerung erhebliche Reibungskräfte auftreten, welche die Funktion des Ventiles erheblich beeinträchtigen. Bedingt durch die hohen Reibungskräfte verschlechtert sich die Kraft-Hysterese, wodurch wiederum das Regelverhalten des Ventiles erheblich verschlechtert und ungünstig beeinflußt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zwischen dem Ventilschieber und der Ventilhülse ein relativ großer Verschleiß auftritt, so daß sich bereits nach kürzester Betriebszeit LecKagen und Undichtigkeiten einstellen' und das Ventil ausgetauscht oder nachgearbeitet werden muß.

Weitere Nachteile ergeben sich im Hinblick auf die Lagerung des Ventilschiebers in der Veitilhülse. Der Ventilschieber selbst muß dabei eine bestimmte Mindestlänge aufweisen, um die geforderte fluidtechnische Funktion sicherzustellen, wobei diese zur Funktionserfüllung erforderliche Mindestlänge der Ventilhülse, die ja eine Lagerstelle des beidseits gelagerten Magnetankers bildet, die koaxiale Au&rich-

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<3 außerordentlich erschwert. Ein weiterer Nachteil ist, daß Ventilschieber und Führungsstange aus ein und demselben Material sein müssen, und zwar aus verschleißtechnischen Gründen aus härtbarem Material, was wieder für den Maqnetkreis Nachteile bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs qenannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Betätigbarkeit einfach und kostengünstig herstellbar ist und einen hohen JO Wirkungsgrad und ein gutes Regelverhalten aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabo dadurch gelöst, daß der Anker zur Verschiebung des Ventilkchiebers mit einem stirnseitigen Bereich gegen den Ventilschieber in Anlage bringbar ist.

Das erfindungsgemäße Magnetventil zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Erfindungsgemäß ist der Anker bautechnisch von dem Ventilschieber getrennt, es liegen somit zwei voneinander unabhängige Bauelemente vor, welche in o^tiStSisr Wi*iss zuscinuRsr^^ rksn Können weiche "i^dooh ~*&thgr;— weils für sich besonders günstig ausgestaltet und insbesondere gelagert werden können. Dabei ist insbesondere hervorzuheben, daß die Funktion des Magneten, insbesondere die Ausgestaltung des Ankers unabhängig ist von der Ausbildung des Ventilschiebers und der Ventilhülse. Da sowohl der Anker als auch der Ventilschieber unabhängig voneinander gelagert sind, ergeben sich keine fertigungstechnischen Probleme, da beide Bauelemente relativ kurz ausgebildet werden können, so daß durch die Abstände der Lagerungen keine Verkantungen o. ä. auftreten können. Der besondere Vorteil liegt weiterhin darin, daß die beiden Bauelemente unabhängig voneinander gelagert und eingebaut werden können, so daß zum einen eine sehr exakte Ausrichtung des Ankers mög-

lieh ist, beispielsweise mittels eines Steuerkonus, während zum anderen die Ventilhülse separat eingebaut werden kann. Selbst geringfügige axiale Versetzungen wären hierbei nicht schädlich. Ein weiterer, besonderer Vorteil liegt darin, daß, bedingt durch die Trennung des Ventilschiebers von dem Anker beide Bauelemente jeweils aus optimal angepaßten Werkstoffen gefertigt werden können, wobei der Werkstoff dos; VpnH lsrhipher.': nirhi· dip maanpt i sr.hen F.i npnsr.haf tpn — _ —._ — -_ — — _ — _ ..._._,._-_- . — ^ ^ — _._.

beeinträchtigt und somit im Hinblick auf die optimale Ventilfunktion angepaßt werden kann.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anker mit einer zentrischen Führungsstange versehen ist, welche in zumindest einer Gleitbuchse geführt ist und deren Stirnfläche gegen den Ventilschieber in Anlage bringbar ist. Diese Ausgestaltungsvariante gibt die Möglichkeit, den Anker mittels der Führungsstange zu lagern und zu positionieren, weiterhin kann die Führungsstange so verlängert werden, daß eine besonders günstige Zusammenwirkung mit dem Ventil schieber gewährleistet ist, welche die magnetische Funktion des Ankers nicht beeinträchtigt.

Bedingt durch den Vorteil, daß insbesondere das Material des Ventilschiebers frei wählbar ist, kann das erfindungsgemäße Ventil auch bei höheren Drücken und hohen Verschleißanforderungen eingesetzt werden, da ein geeigneter Werkstoff für den Ventilschieber eingesetzt werden kann, beispielsweise auch ein magnetisierbarer Werkstoff.

Erfindungsgeiaäß ist es weiterhin besonders günstig, wenn die Führungsstange sich über die gesamte Länge des Ankers erstreckt und dieser beidseitig Kittels der Führungsstange in Gleitbuchsen gelagert ist. Hierdurch ist eine besonders wirkungsvolle und sichere Lagerung des Ankers gewährlei-

stet. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Führungsstange so auszubilden, daß diese sich nur über einen stirnseitigen Bereich aus dem Anker heraus erstreckt, während das rückwärtige Ende des Ankers direkt mit einer entsprechenden Lagerung zusammenwirkt.

Besonders günstig ist es erfindungsgemäß, wenn der Ventilschieber gegen den Anker vorgespannt ist, da auf diese Weise der Ventilschieber bei einer Nicht-Energiebeaufschlagung des Ventiles stets in eine vorgegebene Ausgangsposition überführt wird. Die Vorspannung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine Druckfeder vorgesehen ist, welche sich gegen die Ventilhülse und eine geeignete Anschlagfläche des Ventilschiebers abstützt. Die Druckfeder kann dabei als konische Spiralfeder ausgebildet sein, welche in dem Ventil-Fluidraum untergebracht ist und somit die gesamte Baugröße der Anordnung nicht beeinflußt.

Um sicherzustellen, daß zwischen dem Ventilschieber und dem Anker nur Axialkräfte wirken, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn zumindest eine der Kontaktflächen zwi-

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stange ballig ausgebildet ist. Es werden hierdurch Verkantungen vermieden, welche ein Verklemmen zur Folge haben könnten.

Der kompakte Aufbau des erfindungsgemäßen Ventiles wird weiterhin günstig beeinflußt, wenn zumindest jeweils eine Zulaufleitvmg und eine Ablaufleitung in einem Winkel zur Längsachse des Ankers bzw. der Ventilhülse eingebracht ist. Die Leitung kann in Form einer Bohrung oder Ausfräsung ausgearbeitet sein und mündet bevorzugterweise in dem Bereich der Ventilhülse. Da hierbei keine Blindbohrungen oder Blindstopfen erforderlich sind, vereinfacht sich zum einen

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die Herstellung, zum anderen ist die Funktionsfänigkeit des Ventils leicht überprüfbar, erforderlichenfalls vereinfachen sich Reinigungs- und Wartungs^rbeiten.

Um bei den zuletzt beschriebenen Ausgestaltungsform einen Druckausgleich mit dem Ankerraum vornehmen zu können, ist bevorzugterweise eine Druckausgleichsbohrung vorgesehen, welche parallel zur Längsachse des Ankers eingebracht irt und in die Ablaufleitung mündet,

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ventils, bei welchem mittels des Magneten eine Druckkraft aufgebracht werden kann, und

Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung, ähnlich Fig. L, gemäß welcher mittels des Magneten eine Zugkraft aufbringbar ist.

In den Figuren sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfIndungsgemäßen Magnetventiles im axialen Längsschnitt. Das Magnetventil umfaßt einen Polkern 1, welche in einem Magnetgehäuse 2 angeordnet und mit diesem verbunden ist. Der PoI-kern 1 ist zum Zwecke der Zentrierung mit einem Steuerkonus 3 versehen, welcher zum Zwecke der Abdichtung mit einem Druckrohr 4 verbunden ist, dessen freies Ende sich im Magnetgehäuse 2 abstützt. Auf das Druckrohr 4 ist ein eine Wicklung 5 aufweisender Spulenkörper 6 geschoben, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Druckrohr 4

ist gegen das Magnetgehäuse 2 mittels eines O-Rings 7 abgedichtet. In dem Polkern 1 ist weiterhin eine Gleitbuohse 9 zur Lagerung und Führung einer Führungsstange 10 vorgesehen, welche mit einem Anker 11 verbunden ist. Auf der Führungsstange 10 ist eine Antiklebscheibe 12 aufgebracht, welche beim Aufsetzen des Ankers 11 am Boden einer Ausnehmung 13 die Extremstellung des Ankers Il begrenzt.

Das der Führungsstange 10 gegenüberliegende Ende des Ankers 11 ist mittels einer weiteren Gleitbuchse 8 gelagert.

Weiterhin umfaßt das Ventil eine zentrale, gestuft ausgebildete Polkernbohrung 28, in welche eine Ventilhülse 14 eingebracht ist, in welcher wiederum ein Ventilschieber 15 gleitend hin- und herbewegbar ist. Am der Führungsstange 10 zugewandten Endbereich ist der Ventilschieber 15 geschlossen und weist einen als Anschlag dienenden Sicherungsring 16 auf, gegen welchen sich eine konisch gewickelte Druckfeder 17 abstützt, um auf diese Weise den Ventilschieber 15 in Richtung auf den Anker 11 vorzuspannen. Die Feder 17 stützt sich an der Ventilhülse 14 ab.

Die stirnseitige Fläche der Führungsstange 10 ist ballig oder konvex gewölbt ausgestaltet und befindet sich in Anlage gegen das Ende des Ventilschiebers 15. Somit folgt der Ventilschieber 15 den Bewegungen dee Ankers 11, ohne daß ein Spiel auftreten kann, weiterhin wird vermieden, daß ra~ diale Kräfte zu einem Verkanten oder Verkippen des Ventil-Bchiebers 15 und/oder des Ankers 11 führen können.

Das erfindungsgemäße Magnetventil umfaßt weiterhin eine Pumpenzulaufbohrung P, welche in einem Winkel geneigt zur Längsachse der Führungestange 10 bzw. des Ventilschiebers 15 angeordnet ist und das Bezugszeichen 18 trägt. In gleicher Weise ist eine geneigte Tankablaufbohrung T vorgese-

hen, welche mit dem Bezugszeichen 19 versehen ist. Die beiden Bohrungen 18,19 sind jeweils mittels eines Dichtungsringes 21 und 23 (O-Ring) abgedichtet. Von der Tankablaufbohrung 19 aus erstreckt &ich eine koaxial zur Längsachse angebrachte Druckausgleichsbohrung 20 zu eiern Anker rau» bzw. zu der Ausnehmung 13,

Weiterhin ist eine zentrische Arbeitsdruckbohrung A bzw. ein -beitsdruckanschluß 33 vorgesehen, welcher -Titels eines O-Rings 22 abdichtbar ist. Die Pumpenzulaufbohrung 18 mündet in eine Ringnut 2? der Ventilftülse 14, weiterhin ist ^ eine Querbohrung 30 vorgesehen, welche sich durch die Ventilhülse 14 erstreckt. Der Ventilschieber 15 weist eine Ringnut 24 auf, welche über eine Querbohrung 25 mit einer Längsbohrung 26 des Ventilschiebers 15 verbunden ist und somit in den Arbeitsdruckanschluß A mündet. Oberhalb der Ventilhülse 14 ist ein Raum 31 vorgesehen, in welchen die Tankablaufbohrung 19 mündet bzw. von welchem diese ausgeht. Zur Schaffung eines Druckausgleichs im Ankerraum ist es zweckmäßig, den Anker 11 mit axial ausgebildeten Druckausgleichsbohrungen oder -nuten 32 zu versehen, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

In der in Fig. 1 dargestellten Lage des Ankers 11 und des V Ventilschiebers 15 ist die Pumpenzulaufbohrung 18 geschlossen, während ein Verbraucher über die Längsbohrung 26, die 5 Querbohrungen 25 und die Ringnut 24 mit dem oberhalb der Ventilhülse 14 bzw. des Ventilscniebers 15 anstehenden Raum 31 sowie über die Bohrungen 19 und 20 mit der Tankrücklaufleitung T sowie dem Ankerraum 13 verbunden ist. Bei einer Strombeaufschlagung des Magneten bewegt sich der Anker 11 in den von dem Steuerkcnus 3 umgrenzten Raum 13 und bewirkt ein tieferes Eintauchen des Ventilschiebers I^ in die Ventilhülse 14. Hierdurch wird einerseits die Pumpenzulaufboh-

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rung P (18) freigegeben, andererseits die Tankablaufbohrung T (19) geschlossen- Im statischen Gleichgewicht halten sich dann die am Steuerschieber (Ventilschieber 15) angreifenden Kräfte, die sich aus der Magnetkraft einerseits und der auf den Ventilschieber 15 wirkenden Druckkraft ;;5 Federkraft zusammensetzen, das Gleichgewicht.

Da& in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispicv unterscheid&tgr;&Lgr;.

sicfo von dem Ausführungsbeispiei -,1er Fig. 1 dadurch, daß hier der Magnet eine Zugkraft aufbringt, während im ersten Ausführungsibeispitej. r-siäß Fig. 1 der Magnat eine Druckkraft Uifbrincjt Dir Bewegungsdichtung des Ankers 11 ist somit umgekehrt. Es *äßt sich hiermit im »«jgensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausfüferungsbexsp'e3 ein anderer Druckverlauf bei einer Strombeaufschlagung der Spulenwicklung 5 erzielen. Mit wachsendem Strom fällt der Druck im ArbeitsdrucZcanschluB ab, während bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das umgekehrte Verhalten zu beobachten ist.

Aus den beiden Ausführungsbeispielen ergibt sich deutlich, daß eine präzise axiale und/oder radiale Führung des Ventilschiebers 15 und, unabhängig davon, des Ankers 11 möglich ist, so daß die Arbeitswerte des Magnetventiles innerhalb enger Toleranzen gewährleistet werden können und die Reibungskräfte die Funktionsfähigkeit des Ventiles nicht oder nur unwesentlich beeinflussen.

Das erfindungsgemäße Ventil kann in unterschiedlichsten Ausgestaltungsformen ausgebildet sein, es ist möglich, dieses als 3/2-Wege-Druckminderventil auszubilden, das Ventil kann jedoch auch als 2/2-Wege-Ventil in Form eines Proportional-Drosselventils oder eines Druckbegrenzungsventils ausgestaltet sein. Bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungebeispielen ergibt sich ein proportionaler

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Zusammenhang zwischen dem Magnetstrom und dem Druck am Arbeitsanschluß A. Soll der Druck am Arbeitsanschiuß A bei stromlosem Magneten maximal sein und bei Erhöhung des Magiiatstromes der Arbeitsdruck P^ abnehmen, so ist die in Fig. 2 beschriebene Ausgestaltung.*;?" .ä zu verwenden.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten .

Zusammenfassend ist somit folgendes festzustellen:

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisch betätigbares Ventil, insbesondere ein Regel- oder Schaltventil mit einem Polkern 1 und einem mit diesem verbundenen Magnetgehäuse 2, in welchem ein Anker 11 längs einer Längsachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, sowie mit einem koaxial zu dem Anker 11 in dem Magnetgehäuse 2 angeordneten, in einer Ventilhülse 14 gelagerten Ventilschieber 15. Um bei kompaktem Aufbau und einfacher Herstellbarkeit eine sichere Lagerung sowohl des Ventilschiebers a?s auch des Ankers zu gewährleisten ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Anker mit seiner Führungsstange zur Verschiebung des Ventilschiebers mit einem stii.-nseitigen Bereich gegen den Ventilschieber in Anlage bringbar ist (Fig, I).

Claims

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ARNE MISSLING ()&igr;&mgr;&Igr; Imi «r (Of"11) /1019, (>.') Ciiossor

8. März 1990
Mi/Fl 89.344GM

thonas technik KG gesellschaft für maqnet-
und Verfahrenstechnik, 5243 Herdorf

Magnetisch betätigbares Ventil

Ansprüche

1. Magnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Riegel- oder Schaltventil, mit einem Polkern (1) und einem mit diesem verbundenen Magnetgehäuse (2), in welchem ein Anker (11) längs einer Längsachse hin- und herbewegbar angeordnet ist, sowie mit einem koaxial zu dem Anker (11) in dem Magnetge-

2b häuse (2) angeordneten, mit einer Ventilhülse (14) gelagerten Ventilschieber (15), "dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (11) mit seiner Führungsstange (10) zur Verschiebung des Ventilschiebers (15) mit einem stirnseitigen Bereich gegen den Ventilschieber (15) in Anlage bringbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (II) mit einer zentrischen Führungsstange (10) versehen ist, welche in zumindest einer Gleitbuchse (8,9) geführt ist und deren Stirnfläche gegen den Ventilschieber in Anlage bringbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange (10) sich über die gesamte Länge des Ankers

(11) erstreckt und dieser beidseitig mittels der Führungsstange (10) in Gleitbuchsen (8,9) gelagert ist.

4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führunqsstange (10) nur an einer Seite des Ankers (11) ausgebildet ist und der andere Endbereich des Ankers (11) mittels einer Gleitbuchse (8) am Magnetgehäuse (2) gelagert ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (15) gegen den Anker (11) vorgespannt ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (15) mittels einer diesen umgreifenden, gegen die Ventilhülse (14) und einen am anderen Ende des Ventilschiebers (15) abgestützten Druckfeder (17) vorgespannt ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (17) als konische Spiralfeder ausgebildet ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest, eine der Kontaktflächen zwischen dem Anker (11) bzw. der Führungsstange (10) und dem Ventilschieber (15) ballig ausgebildet ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Zulauf leitung (18) und eine Ablaufleitung (19) in einem Winkel zur Längsachse des Ankers (11) bzw. der Ventilhülse (14) angeordnet sind.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ablaufleitung (19) eine mit dem Ankerraum verbundene Druckausgleichsbohrung (20) mündet, welche parallel zur Längsachse des Ankers (11) angeordnet ist.