DE3618104C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch einen Elektromagneten betätigtes Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Ventile sind bspw. aus der US-PS 35 59 686 bekannt. Dort ist ein elektromagnetisch betätigtes Ventil beschrieben, welches durch eine Schraubenfeder in Schließstellung gehalten ist. Zum Öffnen des Ventils muß der Elektromagnet verhältnis­ mäßig groß sein, um den Ventilkörper entgegen der Federkraft von dem Ventilsitz in die vollständig geöffnete Stellung zu drücken. Aus diesem Grunde ist auch das bekannte Ventil größer und kostspieliger in der Herstellung als erwünscht.

In der DE-AN B 533 VIIIb/21c ist eine elektromagnetisch betätigte Ventilsteuerung beschrieben, bei welcher der Anker des Elektromagneten über eine Druckfeder, eine Schubstange und einen Stößel mit dem Ventilverschlußstück gekoppelt ist. Das Ventilverschlußstück ist über eine zweite Druckfeder in Schließrichtung mit Federkraft beaufschlagt. Zum Öffnen des Ventils muß die Magnetkraft, die auf den Anker wirkt, größer sein als die auf das Ventilverschlußstück wirkende Rückstell­ kraft der Druckfeder. Daher ist bei dieser bekannten Bauart ein sehr starker und damit relativ großer Elektromagnet vorzusehen. Zudem erweist es sich für viele Anwendungsfälle als nachteilig, daß dieses bekannte Ventil nur solange geöffnet bleibt, wie der Elektromagnet stromdurchflossen ist. Das Ventil kann daher nicht durch einen kurzen Stromstoß geöffnet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektromagne­ tisch betätigtes Ventil der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß bei kostengünstiger Herstellbarkeit und sicherer Funktion seine Abmessungen verringert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch diese Merkmale wird die Notwendigkeit beseitigt, das Ventilverschlußstück durch die elektromagnetische Kraft voll­ ständig in die geöffnete Stellung zu bewegen. Der Anker braucht daher nur noch diejenige Arbeit zu leisten, die nötig ist, um das Ventilverschlußstück geringfügig vom Ventilsitz abzuheben. Auf diese Weise können der Bewegungshub des Ankers verkürzt und damit auch die Abmessungen des Ventils verringert werden, bei zugleich verbesserter Funktionssicherheit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilstange aus dem Ventilgehäuse herausgeführt, wodurch sich eine einfache und sichere Handhabung bei besonders kompakten Aufbau des Ventils erreichen läßt.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ventilrückstellung über einen von außen betätig­ baren Durckknopf, der über eine mit dem Auslaß verbundene Druckkammer auf die Ventilstange einwirkt, wodurch das Ventil auch einsetzbar ist, wenn der Fluiddruck am Auslaß nicht gleich dem Umgebungsdruck ist.

Um Fehlfunktionen durch Vibration oder dgl. zu verhindern, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem Anker und dem feststehenden Eisen­ kern eine Feder angeordnet ist, die diese Teile auseinander­ drückt. Zudem ist die Schubstange in Ruhestellung etwas von dem Anker beanstandet, so daß der Anker bei Betätigung des Elektro­ magneten mit einer gewissen kinetischen Energie auf die Schub­ stange auftrifft, wodurch eine weitere Reduktion der Abmes­ sungen des Elektromagneten ermöglicht wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung, welche den Hauptteil des Ventils gemäß Fig. 1 im Bereich des Ventilverschlußstücks zeigt,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel hat ein Ventilgehäuse 1 einen Einlaß 2, einen Auslaß 3 und einen Durchlaß 4, welcher Einlaß 2 und Auslaß 3 in Strömungsverbindung miteinander bringt. Das Ventilgehäuse 1 besteht aus einem Aufbaublock 1 A und einem Ventilstützglied 1 B, welches dicht in eine Bohrung 5 eingepaßt ist, welche sich zu dem Durchlaß 4 hin öffnet. Der Aufbaublock 1 A hat eine Schub­ stangenbohrung 6 gegenüber dem Ventilstützglied 1 B. Das Ventil­ stützglied 1 B hat eine Durchgangsbohrung 10, in welche die Ven­ tilstange 9 des Ventilgliedes eingesetzt ist.

Wie sich aus Fig. 2 im einzelnen ergibt, ist am Öffnungsende der Schubstangenbohrung 6 ein Ventilsitz 7 vorgesehen, dessen effektiver Durchmesser größer ist als der Durchmesser d der Ventilstange 9, und zwar um den Betrag Δ d. Der Ventilsitz 7 wird durch Bewegung des Ventilverschlußstücks 8, dessen oberer Abschnitt halbkugelförmig ausgestaltet ist, geöffnet und ge­ schlossen. Die Ventilstange 9, welche sich von dem Ventilver­ schlußstück 8 aus erstreckt, ist gleitend in der Durchgangs­ bohrung 10 aufgenommen, wobei das dem Ventilverschlußstück 8 gegenüberliegende Ende aus dem Ventilgehäuse 1 hinausragt. ein O-Ring 11 ist in der Mitte zur Abdichtung vorgesehen.

Ein Elektromagnet 14, welcher an dem Ventilgehäuse 1 angebracht ist, weist eine elektrische Anregungsspule 15 aus einem um einen Spulenkörper gewickelten Draht, einen feststehenden Eisenkern 16, magnetische Rahmen 17, welche die Spule 15 und den Eisenkern 16 umgeben, ein Führungsrohr 18 aus nicht-magne­ tischem Material, welches in ein Spulenkernloch in der Spule 15 eingepaßt ist, und einen Anker 19, welcher gleitend in das Führungsrohr 18 eingepaßt ist, auf; die gesamte Anordnung ist in synthetisches Harz, Kunststoff od. dgl. eingegossen.

Der Anker 19 hat eine Schubstange 20 an seinem einen Ende. Die Schubstange 20 führt durch ein Mittelloch in dem feststehenden Eisenkern 16 und durch die Schubstangenbohrung 6, wobei sich seine Spitze bis zur Oberseite des Ventilverschlußstückes 8 er­ streckt. der Anker 19 kann sich über einen geringen Hub Δ s bewegen, der gerade ausreicht, um das Ventilverschlußstück 8 geringfügig von dem Ventilsitz 7 abzuheben.

Das Ventil gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Fig. 1 zeigt das Ventil in einem Zustand, in dem kein Strom durch die elektrische Anregungsspule 15 fließt. Wie zuvor erwähnt, ist der effektive Durchmesser des Ventilverschluß­ stückes 8 an der Stelle, wo es mit dem Ventilsitz 7 in Berüh­ rung kommt, um das Maß Δ d größer als der Durchmesser d der Ventilstange 9. Der Druck des Fluides wirkt auf das Ventilver­ schlußstück 8, wobei die Kraft, die sich aus der Durchmesser­ differenz Δ d ergibt, das Ventilverschlußstück 8 gegen den Ventilsitz 7 drückt und das Ventil geschlossen hält. In diesem Zustand befindet sich die Spitze der Schubstange 20 dicht bei dem Ventilverschlußstück 8, wobei ein gewisser Abstand gewahrt ist, der geringer als der Hub Δ s zwischen dem Anker 19 und dem feststehenden Eisenkern 16 ist. Es wird angenommen, daß bei der Benutzung des Ventils, zumindest wenn das Ventil geschlossen ist, der Druck am Auslaß 3 und der Druck am anderen Ende der Ventilstange 9 etwa gleich sind.

Wenn in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand ein Stromstoß an die elektrische Anregungspule 15 festgelegt wird, wird der Anker 19 in Richtung des feststehenden Eisenkernes 16 über den geringen Hub Δ s angezogen, worauf die Schubstange 20 das Ventilverschluß­ stück 8 geringfügig von dem Ventilsitz 7 abhebt, um das Ventil zu öffnen.

Wenn das Ventil etwas geöffnet ist, strömt das unter Druck stehende Fluid von dem Einlaß 2 zu dem Auslaß 3, wobei auch der Druck in der Schubstangenbohrung 6 ansteigt. Dieser erhöhte Druck wirkt auf die Oberseite des Ventilverschlußstücks 8, wodurch die Richtung der resultierenden Kraft, die auf das Ventilverschlußstück 8 einwirkt, umgekehrt wird. Folglich wird das Ventilverschlußstück 8 von dem Ventilsitz 7 abgehoben und anschließend von dem Druck des Fluides, das durch den Durchlaß 4 hindurchströmt, in vollständig geöffneter Stellung gehalten.

Selbst wenn der Strom, der durch die Spule 15 fließt, pulsiert, wird das Ventilverschlußstück 8 in der vollständig geöffneten Stellung gehalten. Die Aufgabe des Ankers 19 ist nicht die vollständige Öffnung der Fluidströmung, sondern besteht lediglich darin, das Ventilverschlußstück 8 etwas vom Ventil­ sitz 7 abzuheben, um auch auf der Auslaßseite des Ventilsitzes 7 einen Druckanstieg zu erzeugen. Folglich ist der notwendige Bewegungshub des Ankers 19 sehr gering.

Wenn der Durchmesser der Ventilöffnung D ist, sollte der Anker 19 einen Bewegungshub von etwa ^D /₄ ausführen. Auf diese Weise kann der Bewegungshub auf etwa ½ bis ¼ der üblicher­ weise erforderlichen Strecke reduziert werden. Folglich kann die von dem Elektromagneten 14 aufzubringende Kraft, welche umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Bewegungshubes des Ankers 19 ist, auf ¼ bis ¹/₁₆ des üblichen Maßes reduziert werden.

Da der Durchmesser der Schubstange 20 an ihrer Spitze ver­ ringert ist, wie in der Fig. 1 und 2 gezeigt, steigt der Druck, welcher auf die Oberseite des Ventilverschlußstückes 8 ein­ wirkt, besonders rasch an, sobald das Ventilverschlußstück 8 angehoben wird; dadurch wird die Betätigung des Ventilver­ schlußstückes 8 beschleunigt, um den Ventilsitz 7 zu öffnen.

Aus der vollständig geöffneten Stellung kann der Ventilsitz 7 durch äußere Krafteinwirkung geschlossen werden, d. h. entweder von Hand oder durch sonstige Mittel, die auf die Spitze der Ventilstange 9 einwirken, die aus dem Ventilgehäuse 1 heraus­ ragt; dabei wirkt die Schließkraft gegen den Druck des Fluides im Ventilgehäuse 1. Sobald das Ventilverschlußstück 8 den Ventilsitz 7, wie in Fig. 1 gezeigt, erneut verschließt, wird das Ventilverschlußstück 8, wieder durch den Fluiddruck im Ein­ laß 2 in der geschlossen Stellung gehalten.

Das beschriebene elektromagnetisch betätigte 2/2- Ventil kann auch als Notventil eingesetzt werden, da das Ventil durch einen Stromstoß in die geöffnete Stellung gebracht wird und die gewünschte Funktion auch erfüllt, wenn der Strom danach ausfällt. Ein anderes Beispiel seiner Anwendung sind an einem Fischereinetz od. dgl. angebrachte Schwimmer, die auf den Seeboden abgesetzt werden. Wenn das Fischereinetz angehoben werden soll, werden die Schwimmer mit Luft gefüllt, um den für das Anheben des Netzes an die Oberfläche nötigen Auftrieb zu schaffen. Das Aufblasen mit Luft wird durch Zufuhr von Druck­ luft von einem Lufttank aus über ein Ventil erreicht, welches durch ein Signal von einem Ultraschallgerät oder einer anderen geeigneten Einrichtung geöffnet wird.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Er­ findung, deren Ventilgehäuse 21 einen Aufbaublock 21 A und ein Ventilstützglied 21 B aufweist, die den entsprechenden Bauteilen der ersten Ausführungsform sehr ähnlich sind; außerdem ist ein Druckknopfstützglied 21 C vorgesehen.

Das Druckknopfstützglied 21 C, welches derart in den Ventilauf­ baublock 21 A eingeschraubt ist, daß es das Ventilstützglied 21 B in seine Stellung drückt und dort festlegt, bildet in Verbin­ dung mit dem Ventilstützglied 21 B eine Druckkammer 43, die mit einem Auslaß 23 über einen Durchlaß 24 in Strömungsverbindung steht. Das Stützglied 21 C nimmt gleitend einen abgedichteten Ventilrückstelldruckknopf 45 auf, welcher durch eine Rückstell­ feder 44 in der Druckkammer 43 von der Ventilstange 29 eines Ventilverschlußstückes 28 weggedrückt wird.

An dem offenen Ende einer Schubstangenbohrung 26 ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, ein Ventilsitz 27 vorgesehen, dessen wirksamer Durchmesser um das Maß Δ d größer ist als der Durchmesser d der Ventilstange 29. Die Ventilstange 29 des Ventilverschlußstückes 28, welches den Ventilsitz 27 schließt, ist gleitend in eine Durchgangsbohrung 30 eingesetzt, wobei das gegenüberliegende Ende der Ventilstange 29 in die Druckkammer 43 hineinragt und in der Mitte ein O-Ring 31 zur Dichtung vorgesehen ist.

Ein Elektromagnet 34 ist an dem Ventilkörper 21 angebracht und weist, wie im ersten Ausführungsbeispiel, eine elektrisch anregbare Spule 35, einen feststehenden Eisenkern 36, mag­ netische Rahmen 37, ein Führungsrohr 38 aus nicht-magnetischem Material und einen Anker 39 auf. Zwischen dem Anker 39 und dem feststehenden Eisenkern 36 ist eine Feder 46 eingefügt, die Anker 39 und Kern 36 auseinanderdrückt. Eine Schubstange 40 ist durch eine Schubstangenbohrung 26 und den feststehenden Eisen­ kern 36 hindurchgeführt, wobei ein Ende der Schubstange 40 in Berührung mit dem Ventilverschlußstück 28 gebracht ist und das andere Ende etwas aus dem feststehenden Eisenkern 36 in Rich­ tung des Ankers 39 hinausragt. Da der Aufbau dieses zweiten Ausführungsbeispieles im übrigen im wesentlichen gleich dem des ersten Beispieles ist, können insoweit die Erläuterungen weiterer Einzelheiten entfallen.

Das zweite Ausführungsbeispiel arbeitet im wesent­ lichen wie das erste Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich aber von jenem wie folgt:

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ragt die Spitze der Ventil­ stange 29 des Ventilverschlußstückes 28 in die Druckkammer 43, wobei der Druck im Auslaß 23 stets auf dem gleichen Niveau liegt, wie der Druck in der Druckkammer 43. Daher ist es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, daß der Fluiddruck am Auslaß 23 im wesentlichen gleich dem Umgebungs­ druck ist, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel auf das äußere Ende der Ventilstange 9 einwirkt.

Die Feder 46 zwischen dem Anker 39 und dem feststehenden Eisen­ kern 36 verhindert Fehlfunktionen bei Vibrationen oder anderen Ursachen, welche bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht ganz vermieden werden können. Dadurch kann das Ventil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auch unter sehr unterschiedlichen Umgebungsbedingungen arbeiten. Darüber hinaus erlaubt der Raum zwischen dem Anker 39 und der Schubstange 40, daß der Anker 39 die Schubstange 40 mit seiner gespeicherten kinetischen Energie anstößt. Dies erlaubt eine weitere Reduktion der Abmessungen und gewährleistet eine noch sicherere Funktion des Ventils.

Zum Schließen des Ventilsitzes 27 mit dem Ventilverschlußstück 28 wird der Rückstelldruckknopf 45 gegen die Kraft der Rück­ stellfeder 44 gedrückt, ohne daß das Ventilverschlußstück 28 in unmittelbare Berührung mit dem Ventilsitz 27 gebracht wird. Dies hält die Ventilstange 29 frei von Einfluß von äußerem Druck und verhindert eine Fehlfunktion des Ventils.

Bei dem zuvor beschriebenen 2/2-Ventil wird das Ventilverschlußstück 28 so betätigt, daß es in die vollständig geöffnete Stellung gelangt und dort verbleibt, sobald es in einen Abstand, der dem geringen Hub des Ankers 39 entspricht, von dem Ventilsitz 27 gebracht worden ist. Daher kann der Bewegungshub im Vergleich zu dem Maß der Verschiebung des Ventilverschlußstückes 28 sehr gering gemacht werden; die Abmessungen der elektrisch anregbaren Spule 35 können dement­ sprechend verringert werden.

Da die Dauer der Stromzufuhr zu der elektrisch anregbaren Spule 35 zur Öffnung des Ventilsitzes 27 verkürzt werden kann, reicht auch ein kurzer Stromimpuls beispielsweise in der Form eines Notsignals aus, um den Ventilsitz 27 zu öffnen und geöffnet zu halten, auch wenn das elektrische System nachher ausfällt.

Bezugszeichenliste

1 Ventilgehäuse
1 A Aufbaublock
1 B Stützglied
2 Einlaß
3 Auslaß
4 Durchlaß
5 Bohrung
6 Schubstangenbohrung
7 Ventilsitz
8 Ventilverschlußstück
9 Ventilstange
10 Durchgangsbohrung
11 O-Ring
14 Elektromagnet
15 Anregungsspule
16 Eisenkern
17 Rahmen
18 Führungsrohr
19 Anker
20 Schubstange
21 Ventilgehäuse
21 A Aufbaublock
21 B Ventilstützglied
21 C Druckknopfstützglied
22 Einlaß
23 Auslaß
24 Durchlaß
26 Schubstangenbohrung
27 Ventilsitz
28 Ventilverschlußstück
29 Ventilstange
30 Durchgangsbohrung
31 O-Ring
34 Elektromagnet
35 Anregungsspule
36 Eisenkern
37 Rahmen
38 Führungsrohr
39 Anker
40 Schubstange
41 Durchlaß
43 Druckkammer
44 Rückstellfeder
45 Ventilrückstelldruckknopf
46 Feder

Claims (4)

1. Durch einen Elektromagneten (14) betätigtes Ventil, dessen Gehäuse (1; 21) einen Einlaß (2; 22) und einen Auslaß (3; 23) aufweist, die über einen Durchlaß (4; 24) miteinander verbunden sind, an dessen Einlaßseite ein Ventilsitz (7; 27) vorgesehen ist, dem ein Ventilverschlußstück (8; 28) zugeordnet ist, das mit einer Ventilstange (9; 29) verbunden ist, welche in einem Ventilstützglied (1 B; 21 B) des Ventilgehäuses (1; 21) ver­ schiebbar und dichtend geführt ist, wobei die Querschnitts­ fläche der Ventilstange (9; 29) kleiner als die wirksame Fläche des Ventilsitzes (7; 27) ist, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß das Verschlußstück (8; 28) allein durch den einlaß­ seitigen Fluid-Druck in Schließstellung gehalten ist, und
• b) daß zum Auslösen der Öffnungsbewegung des Ventils eine in der Schließstellung des Verschlußstücks (8; 28) an diesem mit einem Ende anliegende und durch einen Stromstoß der Magnetspule (15; 35) über deren Anker (19; 39) betätigbare Schubstange (20; 40) das Verschlußstück (8; 28) gering­ fügig vom Ventilsitz (7; 27) in Öffnungsrichtung abhebt, wonach das Verschlußstück (8; 28) allein durch den Fluid-Druck in seine volle Offenstellung bewegt wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (9; 29) aus dem Ventilgehäuse (1; 21) herausge­ führt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilgehäuse (21) eine mit dem Auslaß (23) verbundene Druck­ kammer (43) vorgesehen ist, in die die Ventilstange (29) hin­ einragt, die über einen abgedichtet aus dem Ventilgehäuse (21) herausgeführten Ventilrückstelldruckknopf (45) in Ventil­ schließstellung betätigbar ist, der bei Nichtbetätigung von einer Rückstellfeder (44) außer Anlage von der Ventilstange (29) gedrückt wird.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen dem Anker (39) und dem feststehenden Eisenkern (36) des Elektromagneten (34) angeordnete Feder (46) diese Teile auseinanderdrückt, und daß das dem am Ventilverschluß­ stück (28) anliegenden Ende gegenüberliegende Ende der Schub­ stange (40) etwas aus dem feststehenden Eisenkern (36) in Richtung des Ankers (39) vorsteht, jedoch in der Ruhestellung des Ankers (39) von diesem beabstandet ist.