CH681740A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil mit einer Magnetspule, einem einen Ventilschaft bildenden, durch das Magnetfeld der Magnetspule verschiebbaren Magnetanker, einem den Ventilschaft umgebenden Ventilteller, wenigstens einem Ventilsitz und einer Rückstellfeder, die den Ventilteller bei ausgeschalteter Magnetspule am Ventilsitz hält, wobei auf den Ventiltelier einwirkende Kräfte zwischen diesem und dem Ventilschaft übertragen werden.

Bei einem bekannten Magnetventil dieser Art (DE-PS 3 441 251 ) sind der Ventilteller und der Ventilschaft bzw. Magnetanker einteilig aus magnetisch leitendem Material hergestellt. Beim Öffnen und Schliessen des Ventils ist daher eine verhältnismässig grosse Masse zu bewegen, wodurch der Ansprechgeschwindigkeit des Magnetventils eine obere Grenze gesetzt ist, insbesondere bei Ansteu-erung des Magnetventils durch elektrische Impulse. Sodann besteht die Gefahr, dass die Abdichtung des Ventilsitzes durch den Ventilteller in der Schliessstellung nicht ausreichend ist, da harte Materialien Oberflächenrauhigkeiten bei der Berührung nicht ausgleichen können.

Es sind auch Ventile bekannt (DE-AS 1 218 242 und DE-AS 1 218 243), bei denen der Ventilschaft formschlüssig mit dem Ventilteller verbunden und dieser aus einer verhältnismässig starren Stützscheibe und einem die Stützscheibe umgebenden gummiartigen Material gebildet ist. Hierbei treten jedoch insofern Schwierigkeiten auf, als zwischen dem gummiartigen Material und der Stützscheibe leicht Dampf eindringen und den Ventiltelier verformen kann. Die Folge ist eine mangelhafte Abdichtung in der Schliessstellung aufgrund der Unebenheiten des Ventiltellers. Sodann stösst das Auswechsein des Ventiltellers im Fall einer Abnutzung des gummiartigen Materials wegen der formschlüssigen Verbindung zwischen Ventilschaft und Ventilteller auf Schwierigkeiten. Gegebenenfalls muss der Ventilschaft ebenfalls ausgewechselt werden. Dies ist materialaufwendig und insbesondere bei magnetisch leitfähigem Material kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs geschilderten Art anzugeben, bei dem eine bessere Abdichtung in der Schliessstellung gewährleistet und eine raschere Betätigung, insbesondere im Impulsbetrieb, möglich ist.

Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Ventilteller vom Ventilschaft getrennt ausgebildet ist und eine Ringscheibe aus federndem Metall mit wenigstens am inneren Rand der Ringscheibe radial vorstehenden Zähnen und einen auf die Ringscheibe unter Freilassung wenigstens eines Teils der Zähne aufgespritzten Überzug aus elastischem Kunststoff aufweist.

Bei dieser Lösung ist eine hinreichende Abdichtung in der Schliessstellung gewährleistet, weil sich der elastische Kunststoff in Verbindung mit der elastischen Biegsamkeit der dünnen Ringscheibe, insbesondere ihrer einen kleineren Querschnitt aufweisenden Zähne, etwaigen Unebenheiten des Ventilsitzes besser anpasst und/oder eine Schrägstellung des Ventiltellers aufgrund einer Verkantung des Ventilschafts besser ausgleicht als ein starrer Ventilteller. Unebenheiten des Ventiltellers aufgrund von Dampfeinschlüssen zwischen der stützenden Ringscheibe und dem elastischen Kunststoff und dadurch bedingte Undichtigkeiten werden ebenfalls vermieden, weil die freiliegenden Flächen der Zähne einen Austritt der Dampfeinschlüsse zur Atmosphäre hin gestatten. Die Zähne stellen ferner sicher, dass ein gummielastischer Kunststoff weniger leicht unter bzw. entgegen dem Saugdruck -wenn das Ventil in Strömungsrichtung schliesst - in der letzten Phase der Schliess- bzw. Öffnungsbewegung des Ventiltellers schlagartig gegen den Ventilsitz gesaugt wird bzw. zunächst an diesem angesaugt bleibt und dann schlagartig abgehoben wird. Hierbei wurde der Überzug von der Ringscheibe auf der dem Ventilsitz zugekehrten Seite abgehoben und gleichzeitig, ohne die Zähne, auch auf der anderen Seite der Ringscheibe gedehnt, und um beide Ringscheibenränder herumgezogen, was am radial inneren Rand der Scheibe durch die Zähne verhindert wird. Sodann ist der Überzug radial schmaler als ohne die Zähne bei gleichbleibendem Innen- und Aussendurchmesser der Ringscheibe. Es ist daher weniger Überzugsmaterial zum Abheben vorhanden. Durch das schlagartige Schliessen bzw. Öffnen würden laut hörbare «Fluidschläge» im angeschlossenen Rohrleitungssystem verursacht. Die freigehaltenen Flächen der Zähne der Ringscheibe können ferner während der Montage des Ventiltellers und im Betrieb des Magnetventils zur Übertragung der Öffnungs- und Schliesskräfte dienen. Das Anspritzen des elastischen Kunststoffs, bei dem es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches Polymer mit verhältnismässig hoher Härte im Bereich von etwa 40 bis 63 Shore-D handelt, vorzugsweise um ein thermoplastisches Polyester oder Chloropren-Kautschuk, jeweils mit hoher Kühlmittelbeständigkeit, ist sehr rasch und einfach durchführbar. Darüber hinaus haben Ventilteller und Ventilschaft zusammen eine geringere Masse als bei deren einteiliger Ausbildung aus magnetisch leitfähigem Material. Das Magnetventil lässt sich daher mit hoher Betätigungs-Pulsfrequenz öffnen und schliessen.

Vorzugsweise hat die Ringscheibe am äusseren Rand ebenfalls radial vorstehende Zähne, die in Umfangsrichtung relativ zu den am inneren Rand der Ringscheibe radial vorstehenden Zähnen versetzt sind und deren Oberfläche wenigstens teilweise freiiiegt. Dies ergibt einen noch besseren Zusammenhalt zwischen der Ringscheibe und dem elastischen Kunststoff. So liesse sich der elastische Überzug - auch im Falle einer Aufquellung des Kunststoffs durch eine das Ventil durchströmende Flüssigkeit und einer dadurch bedingten Streckung des Überzugmaterials in radialer Richtung der Ringscheibe - weniger leicht von der dem Ventilsitz abgekehrten Seite durch einen Saugdruck zwischen Ventilteller und Ventilsitz um die Ringscheibenränder herum auf die dem Ventilsitz zugekehrte Seite ziehen und von dieser abheben. Dies auch deshalb, weil sich die radiale Breite des Überzugs bei gleich5

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bleibendem Innen- und Aussendurchmesser der Ringscheibe noch weiter verringern würde. Schlaggeräusche durch schlagartiges Ansaugen des Uberzugmaterials an den Ventilsitz bzw. schlagartiges Abheben des beim Öffnen des Ventils zunächst am Ventilsitz angesaugt bleibenden Überzugmaterials werden dadurch in noch höherem Masse verhindert. Desgleichen können eventuelle Dampfeinschlüsse zwischen der Ringscheibe und dem Kunststoff noch besser entweichen (längs der Zähne), ohne dass im elastischen Kunststoff Ausbauchungen auftreten.

Das Magnetventil ist besonders als Mehrdüsenventil geeignet, bei dem mehrere Ventilsitze um die zur Ebene der Ringscheibe senkrechte Mittelachse des Ventiltellers herum angeordnet sind. Da keine besonderen Halterungsvorrichtungen für den elastischen Kunststoff erforderlich sind, steht die gesamte, den Ventilsitzen zugekehrte Ringfläche als Anlagefläche für die Ventilsitze zur Verfügung, und ein Verkanten des Ventiltellers relativ zu den Ventilsitzen wird - im Gegensatz zu nur einem Ventilsitz - weitgehend vermieden.

Sodann kann dafür gesorgt sein, dass am Ventilschaft eine den Ventilschaft umgebende Buchse befestigt ist, die eine Abstufung mit einer dem Ventilsitz oder den Ventilsitzen abgekehrten Anlagefläche für den die radial inneren Zähne aufweisenden Randabschnitt der Ringscheibe aufweist. Dies ermöglicht zum einen ein einfaches Auswechseln des Ventiltellers durch Abziehen vom Ventilschaft. Zum anderen ist gleichzeitig sichergestellt, dass der Ventilteller um eine beliebige Querachse des Ventilschafts schwenkbar ist und somit seine Lage an die des Ventilsitzes oder der Ventilsitze besser anpassen kann. Gleichzeitig wird die auf den Ventilschaft wirkende Betätigungskraft im wesentlichen über die radial inneren Zähne auf den Ventilteller, und umgekehrt, übertragen.

Die Buchse kann auf dem einen Endabschnitt des Ventilschafts sitzen, und der andere Endabschnitt kann einen Dämpfungskolben bilden, der in einen Dämpfungszylinder in einem Austrittsraum eines Ventilgehäuses ragt. Auf diese Weise werden nicht nur eventuelle Anschlaggeräusche zwischen Ventilteller und Ventilsitz bei schlagartiger Betätigung des Magnetventils gedämpft, sondern auch Verkantungen des Ventilschafts aufgrund der Führung im Dämpfungszyiinder weitgehend vermieden, was zu einer noch besseren Abdichtung beiträgt.

Der Dämpfungszylinder kann einen radial von seinem Öffnungsrand abstehenden, den Austrittsraum begrenzenden Ringflansch aufweisen, den von je einem Ventilsitz umgebene Düsen durchsetzen. Hierbei entfällt - im Gegensatz zu einer getrennten Ausbildung einer die Ventilsitze tragenden Platte und des Dämpfungszylinders - eine engtolerierte Fertigung von Platte und Dämpfungszylinder zwecks genau axialer Montage beider Teile zur Vermeidung von Verkantungen von Ventilteller und Ventilsitzen. Gleichzeitig kann der Ventilteller in einem kleinen Abstand von den Düsenlöchern angebracht werden, wobei eine Durchbiegung des Ventiltellers und sodann ebenfalls schlagartige, sich als knallende Geräusche in dem anschliessenden Leitungssystem bemerkbar machende Druckwellen («Flüssigkeitsschläge») beim Öffnen und Schliessen des Ventils vermieden werden.

Sodann kann zwischen einer Endfläche eines von der Magnetspule umgebenen, in dieser in seiner axialen Lage justierbaren Magnetkerns und einer dieser Endfläche zugekehrten Endfläche des den Magnettanker bildenden Ventilschafts in dessen Schliessstellung ein Luftspalt bestehen. Durch die axiale Justierbarkeit des Magnetkerns lässt sich ein genau bemessener Luftspalt einstellen, so dass eine optimale Magnetkraft erzeugt wird. Gleichzeitig wird dadurch der Ankerhub genau definiert, wobei dieser so klein einstellbar ist, dass der Ventilteller in abgehobener Stellung nicht den Durchfluss der Düsen beeinträchtigt. Vorzugsweise beträgt die Hubhöhe wenigstens ein Viertel des Düsenlochdurchmessers.

An der dem Luftspalt zugekehrten Endfläche des Magnetkerns ist vorzugsweise eine Scheibe aus nichtmagnetisierbarem Material befestigt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Magnetanker nicht durch einen Restmagnetismus (Remanenz) des Magnetkerns an diesem festgehalten wird, wenn die Rückstellfeder den Ventilteller und Magnetanker bei ausgeschalteter Magnetspule wieder in die Schliessstellung bringt.

Der Ventiltelier kann auf der dem Ventilsitz bzw. den Ventilsitzen abgekehrten Seite einen den Ventilschaft umgebenden Vorsprung aufweisen, der in die Rückstellfeder ragt. Auf diese Weise wird die Rückstellfeder durch den Vorsprung geführt, der vorzugsweise konisch ausgebildet ist. Die Rückstellfeder drückt dann den Ventilteller gegen die Abstufung der Buchse und bewegt damit den Ventilschaft, so dass der Ventilteller bei ausgeschalteter Magnetspule an dem Ventilsitz oder den Ventilsitzen anliegt.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäs-sen Magnetventils,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Ventilteller des Magnetventils nach Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III der Fig. 2,

Fig. 4 den Schnitt IV—IV der Fig. 2 und Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Ringscheibe aus federndem Metall, die in elastischem Kunststoff des Ventiltellers nach den Fig. 2 bis 4 eingebettet ist.

Das Magnetventil nach Fig. 1 hat ein Gehäuse, das miteinander dicht verbundene, magnetisch leitfähige, koaxiale Gehäuseteile 1 und 2 aufweist. Im Gehäuseteil 1 ist ein Elektromagnet mit einer Magnetspule 4, einem die Magnetspule 4 aufnehmenden Spulenträger 5, einem die Spule umgebenden Mantel 6, einem in einer axialen Mittelbohrung 7 des Spulenträgers 5 angeordneten Rohr 8, einem in dem Rohr 8 eingesetzten stabförmigen Magnetkern 9, einer das Rohr 8 umgebenden und den Gehäuseteil 1 abschliessenden Ringscheibe 10 und zwei die Spalte zwischen Spulenträger 5 und Mantel 6 abdichten5

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den Dichtungsscheiben 11. Über ein seitlich aus dem Mantel 6 und dem Gehäuseteil 1 herausgeführtes Kabel 12 erfolgt die Stromversorgung bzw. Ansteu-erung des Elektromagneten. Der Elektromagnet hat ferner einen stabförmigen Ventilschaft 13, der zugleich einen Magnetanker und einen Dämpfungskolben bildet. Der Ventilschaft 13 ist koaxial zum Magnetkern 9 angeordnet und von diesem durch einen Luftspalt getrennt. Sein dem Magnetkern 9 zugekehrter Endabschnitt ist von einer fest aufgesetzten Buchse 14 umgeben, die ihrerseits von einem Ventilteller 15 umgeben ist. Der Ventilteller 15 wird durch eine kegelförmige Rückstellfeder 16, die sich einerseits über die Ringscheibe 10 am Gehäuse und andererseits am Ventilteller 15 abstützt, gegen Ventilsitze 17 gedrückt. Der andere Endabschnitt des Ventilschafts 13 bildet den Dämpfungskolben und ragt mit diesem in einen Dämpfungszylinder 18, der einen radial von seinem Öffnungsrand abstehenden Ringflansch 19 aufweist. Der Ringflansch 19 trennt einen mit einem Einlassstutzen 20 verbundenen Einlassraum 21 von einem Auslassraum 22, der mit einem Auslassstutzen 23 verbunden ist, wobei der Dämpfungszylinder 18 in den Auslassraum 22 ragt.

Die Ventilsitze 17 sind im Einlassraum 21 in gleich-massigen Winkelabständen um den Ventilschaft 13 herum angeordnet und jeweils von einer Düse 24 durchsetzt, wobei Ein- und Auslassraum 21 bzw. 22 bei von den Ventilsitzen 17 durch die Kraft des Elektromagneten abgehobenem Ventilteller 15 über die Düsen 24 miteinander verbunden sind.

Der Ventilteller 15 ist vom Ventilschaft 13 getrennt ausgebildet und enthält eine sehr dünne etwa 0,25 mm dicke Ringscheibe 25 (siehe insbesondere Fig. 5) aus federndem Metall, insbesondere Federstahl, mit sechs am inneren Rand der Ringscheibe radial vorstehenden Zähnen 26 und sechs am äusseren Rand der Ringscheibe 25 radial vorstehenden Zähnen 27. Die Zähne 26 und 27 sind in gleichen Winkelabständen verteilt angeordnet und wechseln einander in Umfangsrichtung mit einem Abstand zwischen innen und aussen aufeinderfol-genden Zähnen ab. Die Ringscheibe 25 hat einen unter Freilassung wenigstens eines Teils der Zähne 26, 27 aufgespritzten Überzug 28 aus elastischem Kunststoff mit einer Basisdicke von etwa 1 mm und einem axialen ringförmigen Vorsprung 29. Der Vorsprung 29 ragt in die Rückstellfeder 16, um diese zu führen, und ist zur Einführung in die Rückstellfeder 16 an seinem freien Ende aussen konisch abgeschrägt. Die Zähne 26 und 27 ragen nur zu einem Teil radial aus dem Überzug 28 heraus.

Der elastische Kunststoff hat eine Shore-D-Här-te von etwa 40 bis 63. Geeignet ist ein thermoplastisches Polymer, vorzugsweise ein thermoplastisches Elastomer. Desgleichen ist ein thermoplastisches Polyester geeignet. Vorzugsweise wird ein Chloropren-Kautschuk verwendet.

Der Ventilteller stützt sich über die radial inneren Zähne 26 an einer den Ventilsitzen abgekehrten Anlagefläche einer Abstufung 30 der Buchse 14 unter dem Druck der Rückstellfeder 16 ab. Auf diese Weise werden die beim Öffnen und Schliessen des Ventils ausgeübten Kräfte im wesentlichen über die radial inneren Zähne 26 übertragen. Gleichzeitig kann sich der Ventilteller 15 um beliebige Querachsen des Ventilschafts 13 drehen und auf diese Weise grossflächig an die Ventilsitze 17 anlegen.

An der dem Luftspalt zugekehrten Endfläche des Magnetkerns 9 ist eine Scheibe 31 aus nichtmagneti-sierbarem Material durch Einbördelung befestigt. In der Mitte hat die Scheibe 31 ein Loch 32, durch das eventuell zwischen Scheibe 31 und Magnetkern 9 eingeschlossene Dämpfe entweichen können. Die Scheibe 31 stellt sicher, dass ein nach Abschalten der Magnetspule 4 im Magnetkern 9 noch vorhandener Restmagnetismus (Remanenz) die durch die Rückstellfeder 16 bewirkte Schliessbewegung des Ventilschafts 13 und des Ventiltellers 15 nicht merklich behindert.

Die axiale Lage des Magnetkerns 9 und damit die Luftspaltweite ist genau einstellbar. Zu diesem Zweck wird bei abgeschalteter Magnetspule 4 und dementsprechend durch die Rückstellfeder 16 an den Ventilsitzen 17 in der dargestellten Lage anliegend gehaltenem Ventilteller 15, der zunächst in dem durch Sicherungsringe 33 und 34 in seiner axialen Lage relativ zum Gehäuseteil 1 und zum Spulenträger 5 gesicherten Rohr 8 verschiebbar ist, solange gegen den Ventilschaft 13 gedrückt, bis die auf dem Ventilschaft 13 aufgeschrumpfte Buchse 30 am Öffnungsrand des Dämpfungszylinders 18 anliegt. Anschliessend wird der Magnetkern 9 um die gewünschte Spaltweite in entgegengesetzter Richtung aus dem Rohr 8 herausgezogen und mit dem aus Metall bestehenden Rohr 8 verlötet, wie es durch eine Lötnaht 35 angedeutet ist. Die vorstehenden Enden von Rohr 8 und Magnetkern 9 werden dann durch eine Schutzhaube 36 abgedeckt. Diese genaue Einstellung des Luftspalts hat den Vorteil, dass gleiche Öffnungs- und Schliesszeiten erreicht werden und die Magnetspule 4 maximal ausgenutzt wird.

Das dargestellte Magnetventil wird als Expansionsventil für leicht verdampfbare Flüssigkeiten, insbesondere in Kälteanlagen, verwendet. Hierbei wird die zu verdampfende Flüssigkeit - bei eingeschalteter Magnetspule 4 und demzufolge durch den Magnetkern 13 über die Buchse 30 gegen die Kraft der Rückstellfeder 16 von den Ventilsitzen 17 abgehobenem Ventilteller 15 - aus dem Einlassraum 21 durch die Düsen 24 in den Auslassraum 22 und von dort über den Auslassstutzen 23 zur Kühlanlage durchgelassen. Bei der Expansion im Auslassraum 22 verdampft die Kühlflüssigkeit und bewirkt auch eine Abkühlung des Dämpfungszylinders 18 und der in den Dämpfungsraum des Dämpfungszylinders 18 durch einen Ringspalt zwischen Ventilschaft 13 und Dämpfungszylinder 18 gelangten Flüssigkeit, so dass die Flüssigkeit in dem Dämpfungsraum des Dämpfungszylinders 18 trotz der Vergrösserung des Volumens des Dämpfungsraums beim Anziehen des Magnetankers 13 an den Magnetkern 9 nicht verdampft und die Dämpfungswirkung von Dämpfungskolben und Dämpfungszylinder 18 nicht beeinträchtigt wird.

Claims (9)

Patentansprüche

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nen Ventilschaft bildenden, durch das Magnetfeld der Magnetspule verschiebbaren Magnetanker, einem den Ventilschaft umgebenden Ventilteller, wenigstens einem Ventilsitz und einer Rückstellfeder, die den Ventiltelier bei ausgeschalteter Magnetspule am Ventilsitz hält, wobei auf den Ventilteller einwirkende Kräfte zwischen diesem und dem Ventilschaft übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (15) vom Ventilschaft (13) getrennt ausgebildet ist und eine Ringscheibe (25) aus federndem Metall mit wenigstens am inneren Rand der Ringscheibe (25) radial vorstehenden Zähnen (26) und einen auf die Ringscheibe (25) unter Freilassung wenigstens eines Teils der Zähne (26) aufgespritzten Uberzug (28) aus elastischem Kunststoff aufweist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (25) am äusseren Rand radial vorstehende Zähne (27) aufweist, die in Umfangsrichtung relativ zu den am inneren Rand der Ringscheibe (25) radial vorstehenden Zähnen (26) versetzt sind und deren Oberfläche wenigstens teilweise freiliegt.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ventilsitze (17) um die zur Ebene der Ringscheibe senkrechte Mittelachse des Ventiltellers (15) herum angeordnet sind.

4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilschaft (13) eine den Ventilschaft umgebende Buchse (14) befestigt ist, die eine Abstufung (30) mit einer dem Ventilsitz (17) oder den Ventilsitzen (17) abgekehrten Anlagefläche für den die radial inneren Zähne (26) aufweisenden Randabschnitt der Ringscheibe (25) aufweist.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (14) auf dem einen Endabschnitt des Ventilschaftes (13) sitzt und der andere Endabschnitt einen Dämpfungskolben bildet, der in einen Dämpfungszylinder (18) in einem Austrittsraum (22) eines Ventilgehäuses ragt.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungszylinder (18) einen radial von seinem Öffnungsrand abstehenden, den Austrittsraum (22) begrenzenden Ringflansch (19) aufweist, den von je einem Ventilsitz (17) umgebene Düsen (24) durchsetzen.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Endfläche eines von der Magnetspule (4) umgebenen, in dieser in seiner axialen Lage justierbaren Magnetkerns (9) und einer dieser Endfläche zugekehrten Endfläche des den Magnetanker bildenden Ventilschaftes (13) in dessen Schliessstellung ein Luftspalt besteht.

8. Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Luftspalt zugekehrten Endfläche des Magnetkerns (9) eine Scheibe (31) aus nichtmagnetisierbarem Material befestigt ist.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (15) auf der dem Ventilsitz (17) bzw. den Ventilsitzen (17) abgekehrten Seite einen den Ventilschaft (13)

umgebenden Vorsprung (29) aufweist, der in die Rückstellfeder (16) ragt.

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