DE2508483A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

GÜNTER L. GEISS

PATENTINGENIEUR

7760 RADOLFZELL/BODENSEE

MARKTPLATZ 9 - FERNRUF 07732-3782

MEIN ZEICHEN: G 473 RADOLFZELL/AM 24.2.1975

GRA Gesellschaft für Regelungstechnik und Automation mbH. 7500 Karlsruhe, Gartenftraße 71

Magnetventil

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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, bestehend aus einer ■it einen Magneten versehenen« den Ventilschaft führenden Hülse und eine» Zu- und Ablauf enthaltenden Ventilkörper, in den koaxial zum Ventilschaft eine Höhlung eingestochen ist, die den eine Ringfläche beschreibenden Ventilsitz enthält, auf welcher der am Ende des Ventilschafts angeordnete, mit einer elastischen Dichtung versehene Ventilteller aufliegt.

Solche Magnetventile werden in der Regel für rasch und relativ genau zu steuernde Flüssigkeits- oder Gasströme verwendet und sie müssen in den bisher bekannten Ausführungsformen den jeweiligen Anforderungen genau angepaßt werden, wobei eine Reihe von Einflüssen zu berücksichtigen ist. So muß die Bohrung des Ventildurchtritts, also die Lichtweite det Ringfläche des Ventilsitzes oft auf 1/10 mm genau aufgebohrt sein, um die angestrebten StrömungsVerhältnisse zu sichern. Aber auch die Breite der Ringfläche selbst muß ein in relativ engen Grenzen bestimmtes Maß aufweisen; ist die Ringfläche zu breit, dann wird einerseits der spezifische Anpreßdruck zu gering, was dann eine verstärkte Anpreßfeder erfordert, und andrerseits wird auch eine Verstärkung des Magneten notwendig, um die stärkere Feder zu kompensieren und den fehlenden Gegendruck auszugleichen, was wiederum von dem im System vorhandenen Druck abhängt. Ist die Ringfläche dagegen zu schmal, dann besteht die Gefahr, daß sie in die Dichtung des Ventiltellers einschneidet und sie zerstört oder zumindest die Abdichtung

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beeinträchtigt. Aus diesem Grunde ist es bei den bisher bekannten Ausführungen nicht möglich, die Bohrung des Ventildurchtritts nachträglich zu erweitern, sondern es müssen in sehr engen Abstufungen eine große Anzahl verschieden bemessener Lagergrößen hergestellt und vorgehalten werden. Daneben sind auch zu jedem Bohrungsdurchmesser angepaßte Hubwege des Ventilschafts bzw. -tellers vorzusehen, damit einerseits keine überflüssig große Hubwege in Kauf genommen werden müssen und andrerseits keine Einschnürungen vor dem Ventildurchtritt auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der vorbeschriebenen Art so auszubilden, daß es aus eine· für eine große Variationsbreite verschieden weiter. Durchströmöffnungen geeigneten Finheitskörper besteht, der mit sehr geringem Aufwand nahezu stufenlos an jede gewünschte Durchflußweite angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden der Höhlung und die Unterfläche der Dichtung so gestaltet sind, daß ihr Abstand zueinander von ihrer Achse aus nach außen um etwa die Hälfte des jeweiligen Achsabstands zunimmt. Dies kann einmal dadurch erzielt werden, daß der Boden der Höhlung eben ausgebildet ist und die Unterfläche der Dichtung einen Kegel beschreibt, dessen Basis etwa das Vierfache seiner Höhe beträgt. Zum andern kann die gleiche Wirkung erzielt

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werden, wenn die Unterfläche der Dichtung eben ist und die Oberfläche des Bodens der Höhlung einen Kegel gleicher Art beschreibt. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die an die Bohrung des Ventildurchtritts anstoßende Kante zu einer ebenen Ringfläche abgestochen ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kleinster Bohrung und in Cffenstellung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, aber mit größter Bohrung und in Schließstellung,

Fig. 3 einen vergrößerten Detai1 schnitt durch den Ventilsitz gemäß dem Beispiel nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Gegenüberstellung der verschiedenen Ventilsitzausbildungen je in offener Stellung und

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel im Vertikal schnitt.

Das Oberteil des Magnetventils weist eine Hülse 1 auf, in die der Magnet 2 eingepreßt ist und in welcher der Ventilschaft 3 beweglich geführt ist. Die Unterstrecke la der Hülse 1 ist abgestuft erweitert und nimmt die Druckfeder 4 auf. Der Hülsenfuß ist als ebener Flansch Ib ausgebildet, der mit dem das Unterteil des Magnetventils bildenden Ventil körper 5 verbunden

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ist. In den Ventilkörper 5 ist von oben her eine zylindrische Höhlung 6 eingestochen, deren Durchmesser der Lichtweite der koaxialen Unterstrecke la der Hülse entspricht. Hart am Rand der Höhlung ist ein Kanal 7 nach unten geführt, der in das Ende des von der einen Seite her eingebohrten Zulaufs 8 einmündet. Koaxial zur Höhlung 6 ist die Bohrung 9 des Ventildurchtritts angeordnet, die in den dem Zulauf 8 gegenüberliegenden Ablauf 10 mündet.

Insoweit gleicht das erfindungsgemäße Magnetventil den bereits bekannten Ausführungen mit der einen Abweichung, daß der Boden der Höhlung 6 keinen nach oben zeigenden Ventilsitz trägt, sondern eben ausgebildet ist, was schon eine spürbare Vereinfachung in der Herstellung bedeutet.

Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen ist bei diesem ersten Ausführungsbeispiel der am unteren Ende des Ventilschafts 3 angeordnete Ventilteller mit'einer Dichtung 11 versehen, deren Unterfläche als flacher Kegel ausgebildet ist. Dieser Kegel weist eine Seitenneigung von etwa 1:2 auf, so daß seine Basis etwa das Vierfache seiner Höhe beträgt. Hierdurch werden folgende Wirkungen erzielt:

Der obere Totpunkt des Ventils ist starr in Offenstellung und bei allen Lichtweiten der Bohrung 9 stets gleichbleibend in seiner Höhe. Die Spitze des Kegels der Dichtung Ϊ1 liegt in

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oder geringfügig über der Bodenebene der Höhlung 6. Der so ausgebildete Einheitskörper soll für alle Lichtweiten der Bohrung 9 zwischen einer kleinsten Bohrung und dem größten Durchmesser dienen und er weist in seiner Ausgangs- oder Lagerform zunächst nur den kleinsten Durchmesser auf. wie es in Fig. 1 beispielsweise dargestellt ist. Je nach Wunsch kann diese Bohrung 9 dann weitgehend stufenlos beliebig bis zum größten Durchmesser (z.B. gemäß Fig. 2) aufgebohrt werden. Je größer nun der Durchmesser ist, desto tiefer tritt in Schließstellung die kegelförmige Dichtung 11 von oben her in die Bohrung 9 ein, ohne daß dazu eine sonstige Veränderung vorgenommen werden muß.

In Cffenstellung beträgt demzufolge die lichte Weite des Eintrittsspalts zwischen der Bohrungsoberkante und der Dichtung 11 aufgrund der Kegelneiffung 1:2 stets zwangsläufig ein Viertel des Bohrungsdurchmessers, so daß eine periphe_Pa-Ie Eintrittsfläche entsteht, die der Durchtritts fläche der Bohrung 9 entspricht (Eintri tts fläche = D«3T· — // Durchtritts-

fläche = —-— ). Es können somit keine unerwünschten Einschnürungen unmittelbar vor dem Eintritt in die Bohrung 9 entstehen und es können andrerseits auch keine überflüssige Totwege des Ventils auftreten.

Durch die Kegelform der Dichtung 11 sitzt diese in Schließstellung außerdem - gleichgültig, wie weit die Bohrung 9 aufgebohrt

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wurde - stets optimal mit einer schmalen Ringfläche auf» die auch bei hohen Leitungsdrücken nur minimale Magnetkraft erfordert. Natürlich ist es zweckmäßig, wenn die Kante zwischen der Bohrung θ und-dem Boden der Höhlung 6 abgerundet ist. Die Dichtung 11 verformt sich in Schließstellung, so daß sie um ein geringes Maß auch in die Bohrung 9 hineinragt und gegen deren Innehwandung ebenfalls angepreßt ist, was die Diehtwirkung erhöht und zudem die Ringfläche sehr schmal werden läßt, ohne daß die Gefahr der Beschädigung besteht (vgl. Fig. 3). Hierdurch entsteht einerseits eine besonders zuverlässige Abdichtung und andrerseits können die den Magneten unterstützenden Gegenkräfte des Leitungsdrucks maximal wirksam werden.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausbildung liegt^ ferner darin, daß die Strömungsverhältnisse im Betrieb wesentlich verbessert werden. Fig. 4 zeigt eine Gegenüberstellung der Ventilsitze der bisher bekannten Ausführungen (a) mit den erfindungsgemäßen Ausführungen (b oder c), wobei die obere Reihe je die kleinste und die untere Reihe je die größte Bohrung 9 zeigt. Es ist hier deutlich zu erkennen, daß bei den bisherigen Ausführungen (a) für jeden Bohrungsdurchmesser ein gesonderter Ventilkörper 5 hergestellt und vorgehalten werden muß, weil auch nur kleine Aufweitungen (gestrichelt angedeutet) die Ringfläche des Ventilsitzes in eine Schneidekante verwandeln, die die Dichtung 11 zerstören «uß. Auch die Hubwege müssen hier durch entspre-

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chendes Ausstechen und tieferlegen des Ventilsitzes und der Höhlung 6 im Ventilkörper 5 verändert werden. Von wesentlichen Nachteil sind hierbei außerdem die unvermeidbaren Wirbelbildungen hinter dem Ventilsitz unterhalb der ebenen Dichtung 11a, die praktisch eine Einschnürung des Ventildurchgangs bewirken. Demgegenüber wird bei der kegelförmigen Dichtung 11 die Strömung weitgehend laminar. Darüber hinaus hat die Kegelform den Vorteil, daß sie eine zwangsläufige Zentrierung der Dichtung bewirkt, so daß die Druckflächen stets an der gleichen Stelle liegen. Bei der bisherigen Ausführung können die Druckflächen entsprechend dem seitlichen Spiel des Ventilschafts 3 in der Hülse 1 wechseln, was erfahrungsgemäß in einiger Zeit zu mangelhafter Abdichtung und zu vorzeitigem Verschleiß führt. Dieser Nachteil kann bei der Erfindung nicht eintreten.

Wie in Fig. 5 sowie Fig. 4 c gezeigt, läßt sich der Erfindungsgedanke auch in kinematischer Umkehrung verwirklichen, wenn zu einer ebenflächigen Dichtung 11a der Boden der Höhlung die Form eines Kegels 6a erhält, welcher ebenfalls eine Seitenneigung 1:2 aufweist. Zweckmäßigerweise wird hierbei mit der Bohrung 9 die zwischen ihr und der kegelförmigen Oberfläche des Höhlungsbodens entstehende Kante durch ebenes Abstechen zu einer Ringfläche mit genauer Soubrette gebildet, so daß die schon beschriebenen Vorteile auch bei dieser Ausführung gewährleistet sind. Auf die Vorteile der selbsttätigen

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Zentrierung der Dichtung und der Verbesserung der Strömungsverhältnisse muß bei dieser Variante jedoch verzichtet werden, weshalb der erstgenannten Ausführung in der Regel der Vorzug zu geben ist. Im übrigen besteht natürlich auch noch die Möglichkeit, sowohl die Dichtung 11 wie auch den Boden der Höhlung 6 in der beschriebenen Weise kegelförmig zu gestalten, in welchem Falle die Kegel natürlich flacher auszubilden sind, so daß sie beide zusammen die Seitenneigung 1:2 aufweisen. Diese Sonderform kann unter bestimmten Voraussetzungen als Ausnahme zweckmäßig sein.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß anstelle der bis. her notwendigen großen Zahl verschiedener Ventil größen nur ein einheitlicher Ventilkörper hergestellt und auf Lager gelegt werden muß, der dann rasch und mit geringem Aufwand an jede verlangte Größe innerhalb seiner Grenzwerte angepaßt werden kann, ohne daß dabei irgendwelche andere Nachteile in Kauf genommen werden müßten. Dadurch wird die Herstellung vereinfacht und die Lagerhaltung auf einen Bruchteil des bisher unerläßlichen gesenkt. Hinzu kommen die schon erwähnten Vorteile der besseren Abdichtung» längerer Lebensdauer, selbsttätiger Zentrierung und günstigerer StrömungsVerhältnisse.

Patentansprüche :

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Claims (6)

1. GRA Gesellschaft für Regelungstechnik und Automation mbH.

   Patentansprüc. he:

   ./ Magnetventil, bestehend aus einer mit einem Magneten versehenen, den Ventilschaft führenden Hülse und einem Zu- und Ablauf enthaltenden Ventilkörper, in den koaxial zum Ventilschaft eine Höhlung eingestochen ist, die den eine Ringfläche beschreibenden Ventilsitz enthält, auf welcher der am Ende des Ventilschafts angeordnete, mit einer elastischen Dichtung versehene Ventilteller aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Höhlung (6) und die Unterfläche der Dichtung (11) so gestaltet sind, daß ihr Abstand zueinander von ihrer Achse aus nach außen um etwa die Hälfte des jeweiligen Achsabstands zunimmt.
2. 2./ Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Höhlung (6) eben ausgebildet ist und die Unterfläche der Dichtung (11) einen Kegel beschreibt, dessen Basis etwa das Vierfache seiner Höhe beträgt.
3. 3./ Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante zwischen der Bohrung (9) des Ventildurchtritta und dem

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   Boden der Höhlung (6) ausgerundet ist.
4. 4./ Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterfläche der Dichtung (lla) eben ist und die Oberfläche (6a) des Bodens der Höhlung (6) einen Kegel beschreibt, dessen Basis etwa das Vierfache seiner Höhe beträgt.
5. 5./ Magnetventil nach Anspruch 4. dadurch gekennzeihhnet, daß die an die Bohrung (9) des Vrnti1durchtritts anstoßende Kante des kegelförmigen Bodens der Höhlung (6a)zu einer ebenen Ringfläche abgestochen ist.
6. 6./ Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu lagernde Ausführung seines Ventilkörpers (5) mit der kleinsten Bohrung (9) der vorgesehenen Variationsbreite des Ventildurchtritts versehen ist.

   Der Vertreter:

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   GÜNTER L. GEISS

   PATENTINGENIEUR

   776Ο RADOLFZELL

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