CH688743A5 - Tauchanker-Magnetventil. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Tauchanker-Magnetventil mit einem in einer Spulenanordnung beweglichen Anker, an dem ein Verschlussstück befestigt ist, das zumindest teilweise aus elastischem Material gebildet ist und im Schliesszustand auf einem Ventilsitz aufliegt. 



  Ein derartiges Magnetventil ist beispielsweise aus EP 0 151 562 A2 bekannt. Das bekannte Ventil ist als Drei-Wege-Ventil ausgebildet, bei dem einer der Ventilsitze durch das Ende eines durch den Anker geführten Rohres gebildet wird, während der andere Ventilsitz dem ersten Ventilsitz gegenüberliegt. Der Anker weist an seinem Ende eine hohlzylinderartige Ausnehmung mit einer umlaufenden Nut in deren Umfangswand auf, in der eine elastische Scheibe als Verschlussstück angeordnet ist. Die elastische Scheibe kann an dem einen oder dem anderen Ventilsitz zur Anlage gebracht werden. Der Anker kann dabei über eine Stellung hinaus bewegt werden, in der die Scheibe am entsprechenden Ventilsitz zur Anlage kommt, wobei die Scheibe etwas durchgebogen wird. 



  Werden Magnetventile dazu verwendet, den Fluss eines strömenden Fluids zu unterbrechen, kann es Schwierigkeiten beim \ffnen des Ventils geben. Gelegentlich entsteht hier eine Saugwirkung, die ein \ffnen des Ventils, also ein Trennen von Verschlussstück und Ventilsitz, erschwert. Dementsprechend erfordert diese Trennung eine relativ grosse Magnetkraft. Dies ist umso nachteiliger, als bei den Ventilen, die im nichtaktivierten Zustand geschlossen sind, gerade am Beginn der Bewegung des Ankers nur eine relativ kleine Kraft zur Verfügung steht. Abhilfe wurde bislang dadurch geschaffen, dass die Spulenanordnung und der Anker entsprechend gross dimensioniert wurden oder zur Aufnahme eines relativ grossen Stromes ausgelegt waren. Es liegt auf der Hand, dass diese Lösung nicht befriedigt. Oft steht für grössere Magnetventile der Platz nicht zur Verfügung.

  Ein grosser Strom führt automatisch auch zu einer hohen Erwärmung und damit zu Verlusten, die nach Möglichkeit vermieden werden sollen. 



  Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil anzugeben, bei dem die zum \ffnen des Ventils notwendige Kraft vermindert werden kann. 



  Diese Aufgabe wird bei einem Magnetventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Verschlussstück eine zumindest teilweise elastische Zunge aufweist, die in Schliessstellung mit einem ersten Abschnitt auf dem Ventilsitz aufliegt und einen seitlich über den Ventilsitz überstehenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei die Verbindung mit dem Anker nur über den zweiten Abschnitt erfolgt. 



  Hierdurch wird erreicht, dass das Ventil in der ersten Phase der Ankerbewegung noch geschlossen bleiben kann. Der Anker muss hier lediglich die Federkraft der elastischen Zunge überwinden, die aber kleiner ist als die  beispielsweise durch eine Saugwirkung erzeugte Haltekraft der Zunge auf dem Ventilsitz. Nach einer gewissen Bewegung kommt der Anker in einen Bereich, wo die Zugkraft grösser wird. Zudem hat der Anker durch seine Bewegung eine gewisse kinetische Energie aufgenommen. Der "Schwung" des Ankers und die vergrösserte Zugkraft greifen nun ausserhalb des Ventilsitzes an. Dies führt dazu, dass ein Moment auf die Zunge ausgeübt wird, das die Zunge zunächst an einer Seite vom Ventilsitz abhebt. Es entsteht eine kleine \ffnung, die aber ausreicht, um eine Strömung beginnen zu lassen.

  Die Zunge kann nun noch weiter vom Ventilsitz wegbewegt werden, wobei sie der Bewegung des Ankers folgt. Trotz der von dem durch den Spalt strömenden Fluid hervorgerufenen Saugwirkung reicht die Kraft nun aus, um die Zunge vollständig vom Ventilsitz abzuheben. Die Zunge federt nun in ihre Ruhestellung zurück, wobei sie den Ventilsitz vollständig freigibt. 



  Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die erforderliche Magnetkraft, die zum Abheben des Verschlussstücks vom Ventilsitz notwendig ist, wesentlich geringer. Die Spulenanordnung kann also für eine wesentlich geringere Kraft ausgelegt sein. Die Baugrösse kann vermindert werden. Der Strombedarf sinkt. 



  In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zunge zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt elastisch. Bei dieser Ausführungsform erfolgt ein Kippen der Zunge weg vom Ventilsitz. Wenn die gesamte Zunge elastisch ist, kann ein Abrollen der Zunge vom Ventilsitz erfolgen. 



  In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verschlussstück eine kreisringförmige Platte aufweist, wobei die Zunge mit der Platte verbunden ist und nach innen ragt. Eine derartige Platte lässt  sich leicht im Anker befestigen. Die bei der Bewegung der Zunge entstehenden radialen Kräfte können durch die Ausgestaltung als Kreisring nach allen Seiten aufgefangen werden. 



  Hierbei ist bevorzugt, dass die Zunge und die Platte einstückig ausgebildet sind. Die Zungen-Platten-Kombination kann beispielsweise aus einem Rohling ausgestanzt oder ausgeschnitten werden. Die Verbindung bleibt dann über einen zwischen Zunge und kreisringförmigen Platte verbleibenden Steg erhalten. Dieser Steg kann durchaus die Breite der Zunge aufweisen oder sogar noch etwas breiter sein. 



  Mit Vorteil weist der Anker an seinem dem Ventilsitz zugewandten Ende eine hohlzylinderartige Ausnehmung auf, in der die Platte angeordnet ist. Durch diese Ausnehmung wird die Platte allseitig seitlich fixiert. Hierdurch ist eine stabile Lage der Zunge in bezug auf den Ventilsitz gegeben. Seitliche Kräfte, die beim \ffnen des Ventils entstehen, werden aufgenommen. 



  Hierbei ist bevorzugt, dass in der Umfangswand der Ausnehmung eine umlaufende Rille bzw. an der Umfangswand ein umlaufender Vorsprung vorgesehen ist, durch die bzw. den die Platte, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Federrings, gehalten ist. Die Platte wird hiermit auf einfache Art und Weise gegen Zugkräfte in der Ausnehmung gehalten. 



  In einer besonders einfach herzustellenden Ausführungsform ist hierbei der Rand der Ausnehmung nach innen umgebördelt, wobei insbesondere zwischen Bördelrand und Platte ein Bördelring vorgesehen ist. Nach dem Einlegen der Platte in die Ausnehmung wird der äussere Rand der Ausnehmung nach innen umgebördelt, wodurch die Platte sicher in der Ausnehmung gehalten wird. Der Bördelring  kann hierbei gegebenenfalls die Platte schützen, so dass sie durch das Bördeln nicht beschädigt wird. 



   Bevorzugterweise liegt die Zunge im Ruhezustand am Anker an. Der Ruhezustand ist dadurch definiert, dass hier keine Zugkräfte auf die Zunge wirken. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Ventil vollständig geöffnet wird, die Zunge also vollständig vom Ventilsitz abgehoben ist. Eine anderer Ruhestellung ist dann erreicht, wenn der Anker die Zunge auf dem Ventilsitz herunterdrückt. In der Ruhestellung ist also  zumindest einseitig vom Anker abgestützt, was zu einer Verminderung von Vibrationen und damit von Geräuschen führt. Ausserdem hat dies den Vorteil, dass die Zunge bei Schliessen des Ventils praktisch vollständig vom Anker gestützt ist, so dass recht hohe Schliesskräfte aufgebracht werden können. 



  Vorteilhafterweise ist die Zunge aus rostfreiem Federstahl gebildet. Dieses Material ist elastisch genug, um beim \ffnen des Ventils in einem ausreichenden Mass nachzugeben. Andererseits weist es die notwendige Festigkeit auf, um die beim \ffnen entstehenden Zugkräfte aufzunehmen und eine Vielzahl von Ventilspielen auszuhalten. 



  Zur Verbesserung des Schliessverhaltens kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass zwischen der Zunge und dem Ventilsitz eine elastische Schicht, insbesondere aus einem gummiartigen Material oder Kunststoff, angeordnet ist. Derartiges Material kann beispielsweise ein Natur- oder Kunst-Gummi oder Teflon sein. Die elastische Schicht weist eine gewisse Nachgiebigkeit auf, so dass sie Unebenheiten der Oberfläche von Ventilsitz und/oder Zunge ausgleichen kann. 



  Hierbei ist bevorzugt, dass die elastische Schicht auf der Zunge angeordnet ist. Bei Undichtigkeiten des Ventils lässt sich die Zunge, gegebenenfalls mit der ringförmigen Platte, leichter auswechseln als der Ventilsitz. 



  Zum Aufbringen der Schicht ist es in einer Ausgestaltung bevorzugt, dass die elastische Schicht auf die Zunge aufvulkanisiert, aufgesintert, aufgeklebt oder aufgespritzt ist. Die elastische Schicht ist dann fest mit der Zunge verbunden, so dass beim Abheben der Zunge vom Ventilsitz die elastische Schicht unmittelbar folgt. 



  In einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die elastische Schicht als getrenntes Teil ausgebildet ist, das einen von der Schicht abstehenden und durch eine \ffnung in der Zunge gesteckten Fortsatz aufweist. In diesem Fall lässt sich die elastische Schicht getrennt von der Zunge auswechseln. Die elastische Schicht kann dicker sein. Man kann ihre Stärke gewissen Erfordernissen anpassen. Durch eine Veränderung der Stärke dieses Teiles kann man das \ffnungsverhalten des Ventils beeinflussen, ohne den Antrieb ändern zu müssen. 



  Hierbei ist bevorzugt, dass der Fortsatz pilzförmig ausgestaltet ist und einen die Zunge hintergreifenden umlaufenden Vorsprung aufweist. Das die elastische Schicht bildende Teil kann zur Montage einfach mit dem pilzförmigen Fortsatz durch die \ffnung in der Zunge gesteckt werden. Durch den umlaufenden Vorsprung ist es selbsthaltend. Es kann nur durch Aufwendung einer erhöhten Kraft aus der Zunge entfernt werden. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen: 
 
   Fig. 1 ein Magnetventil in prinzipieller Darstellung, 
   Fig. 2 eine Platte mit Zunge, 
   Fig. 3 eine Bewegungsabfolge bei der \ffnung des Ventils, 
   Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung eines Verschlussstücks, 
   Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung einer Platte mit Zunge und 
   Fig. 6 einen Schnitt VI-VI nach Fig. 5. 
 



  Ein Tauchanker-Magnetventil 1 weist eine Spulenanordnung 2 auf, die von einem Joch 3 umgeben ist. In der Spulenanordnung 2 ist ein Anker 4 beweglich gelagert. Wenn die Spulenanordnung 2 mit Strom beaufschlagt wird, wird der Anker 4 aus der in Fig. 1 dargestellten Ruhelage zum Anschlag an einen Kernkopf 5 des Jochs 3 gezogen. Am anderen Ende des Ankers 4 ist ein Verschlussstück 6 angeordnet, das mit einer in Fig. 2 näher dargestellten Verschlussplatte 7 auf einem Ventilsitz 8 aufliegt. In diesem geschlossenen Zustand unterbricht die Verschlussplatte 7 zusammen mit dem Ventilsitz 8 einen Strömungsweg von einem Zufluss 9 zu einem Abfluss 10. Der Ventilsitz 8 ist hier der Einfachheit halber als Ende eines den Abfluss 10 bildenden Rohres 11 dargestellt. Üblicherweise wird jedoch der Ventilsitz in bekannter Art und Weise bearbeitet sein. 



  Fig. 2 zeigt die Verschlussplatte 7. Diese besteht aus einem Kreisring 12, mit dem eine Zunge 13 verbunden ist, wobei die Zunge 13 nach innen in den Kreisring 12 hineinragt. Gestrichelt angedeutet ist der Ventilsitz  8. Es ist erkennbar, dass die Zunge 13 einen ersten Abschnitt I aufweist, mit dem sie auf dem Ventilsitz 8 aufliegt, und einen seitlich über den Ventilsitz 8 überstehenden zweiten Abschnitt II, in dem sie in den Kreisring 12 übergeht. Da der Kreisring 12 mit dem Verschlussstück 6 des Ankers 4 verbunden ist, erfolgt die Verbindung der Zunge 13 mit dem Anker 4 nur über diesen zweiten Abschnitt II. 



  Die Zunge 13 und der Kreisring 12 sind einstükkig ausgebildet. Sie sind über einen Stegbereich 14 zwischen dem ersten Abschnitt I und dem zweiten Abschnitt II miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine sehr einfache Herstellung. Beispielsweise kann die gesamte Verschlussplatte 7 aus einem plattenförmigen Rohling ausgestanzt werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Zunge 13 und den Kreisring 12 aus zwei getrennten Teilen zusammenzusetzen. Bei der einteiligen Form besteht die gesamte Verschlussplatte 7 aus einem rostfreien Federstahl, so dass die gesamte Platte elastisch ist. Grundsätzlich reicht es aber aus, wenn die Zunge 13 elastisch ist. Im Extremfall würde es sogar ausreichen, wenn der Stegbereich 14 zwischen dem ersten Abschnitt I und dem zweiten Abschnitt II elastisch ist. 



  Die Funktionsweise des Ventils mit der Verschlussplatte 7 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3a zeigt das Ventil in geschlossenem Zustand. Die Zunge 13 liegt auf dem Ventilsitz 8 auf. Das Verschlussstück 6 unterstützt hierbei die Zunge. Es kann die Zunge gegebenenfalls flächig gegen den Ventilsitz 8 pressen. 



  In Fig. 3b hat sich der Anker 4 eine kleine Strekke in Richtung \ffnungsstellung bewegt. Die Zunge 13 verbleibt auf dem Ventilsitz 8. Der Anker 4 muss zu dieser Bewegung lediglich die Federkräfte der Zunge 13 überwinden. Der Anker 4 ist nun beschleunigt worden, d.h.  er weist eine gewisse kinetische Energie auf. Weiterhin kommt er näher an den Kernkopf 5 heran, so dass sich der Luftspalt im magnetischen Kreis verkleinert. Die Kraft auf den Anker vergrössert sich. Der Anker ist nun in der Lage, wie dies in Fig. 3c dargestellt ist, die Zunge 13 zumindest einseitig vom Ventilsitz 8 abzuheben. Dies wird durch die ausserhalb des Ventilsitzes 8 angreifenden Kräfte ermöglicht, die eine Hebelwirkung auf die Zunge 13 ausüben. Hierdurch kann Fluid in den Abfluss 10 strömen, wie dies durch den Pfeil 15 angedeutet ist.

   Der Druckunterschied zwischen Zufluss 9 und Abfluss 10, der bisher dazu beigetragen hat, die Zunge 13 auf dem Ventilsitz 8 zu halten, wird dadurch teilweise ausgeglichen. Die Zunge 13 wird nun im wesentlichen nur noch durch Saugkräfte beaufschlagt, die durch das in Richtung des Pfeiles 15 strömende Fluid erzeugt werden. Diesen Kräften entgegen wirkt die Rückstellkraft der Zunge 13, die bei einer weiteren Aufwärtsbewegung des Ankers 4 immer grösser wird, so dass die Zunge 13 schliesslich vollständig vom Ventilsitz abhebt und wieder zur Anlage an das Verschlussstück 6 gelangt. Diese Stellung ist die Ruhestellung der Zunge. In dieser Ruhestellung kann die Zunge 13 nicht frei schwingen, da sie lediglich in eine Richtung, nämlich weg vom Verschlussstück 6 bewegbar ist. Dies trägt zu einer Verminderung von Geräuschen bei. 



  Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Verschlussstücks 106, bei dem Teile, die denen der Fig. 1 bis 3 entsprechen, mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Das Verschlussstück 106 weist eine hohlzylinderartige Ausnehmung 16 auf, in die die Verschlussplatte 107 eingesetzt ist. Die Verschlussplatte 107 hat in der Draufsicht die gleiche Form wie die in Fig. 2 dargestellte Verschlussplatte 7. Sie weist allerdings eine Beschichtung 17 aus Gummi, Teflon oder einem anderen Kunststoffmaterial auf, das ebenfalls elastisch, ins besondere druckelastisch, ist. Diese Beschichtung 17 ist auf die Verschlussplatte 7 beispielsweise aufvulkanisiert.

  Sie ist zwischen der Verschlussplatte 107 und dem nicht näher dargestellten Ventilsitz angeordnet und trägt zu einer verbesserten Dichtigkeit beim Zusammenwirken von Verschlussplatte 107 und Ventilsitz bei, da mit ihrer Hilfe eventuell vorhandene Unebenheiten in den Oberflächen ausgeglichen werden können. 



  Der Innenumfang der Ausnehmung 16 weist einen umlaufenden Vorsprung 18 auf, der nach innen in die Ausnehmung 16 hineinragt. Dieser hält die Verschlussplatte 107 gegen eine axiale Bewegung, d.h. eine Bewegung in Richtung der Bewegung des Ankers 4, fest. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Vorsprung 18 durch eine Bördelung gebildet, wobei zwischen dem Vorsprung 18 und der Verschlussplatte 107 ein Bördelring 19 angeordnet ist. Zur Herstellung wird zunächst die beschichtete Verschlussplatte 107 in die Ausnehmung 16 eingelegt. Auf die Beschichtung 17 der Ventilplatte 117 wird der Bördelring 19 aufgelegt. Sodann wird die die Ausnehmung 16 umgebende Aussenwand des Verschlussstücks 6 nach innen umgebördelt. Hierdurch kommt die Verschlussplatte 107 flächig zur Anlage an das Verschlussstück 106, nämlich an den Boden der Ausnehmung 16. 



  Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausgestaltung, bei der Teile, die denen der Fig. 1 bis 3 entsprechen, mit um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Die Verschlussplatte 207 hat in der Draufsicht die gleiche Form wie die Verschlussplatte 7 der Fig. 2. In Fig. 5 ist sie jedoch von unten gesehen dargestellt, d.h. in Richtung des Pfeiles A aus Fig. 6. Anstelle einer aufvulkanisierten Beschichtung 17 weist die Verschlussplatte 207 ein elastisches Teil 217 auf, das plattenartig ausgebildet ist und einen pilzförmigen, von der Platte 217 abstehenden Fortsatz 21 aufweist, der durch eine \ff nung 22 in der Verschlussplatte 207, genauer gesagt in der Zunge 213, geführt ist. Der pilzförmige Fortsatz 21 weist einen umlaufenden Vorsprung 23 auf, der die Zunge 213 hintergreift.

   Nach dem Durchführen des Fortsatzes 21 durch die \ffnung 22 in der Zunge 213 ist die elastische Platte 217 an der Zunge 213 fixiert. 

Claims (14)

1. Tauchanker-Magnetventil mit einem in einer Spulenanordnung beweglichen Anker, an dem ein Verschlussstück befestigt ist, das zumindest teilweise aus elastischem Material gebildet ist und im Schliesszustand auf einem Ventilsitz aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (6, 106) eine zumindest teilweise elastische Zunge (13, 113, 213) aufweist, die in Schliessstellung mit einem ersten Abschnitt (I) auf dem Ventilsitz (8) aufliegt und einen seitlich über den Ventilsitz (8) überstehenden zweiten Abschnitt (II) aufweist, wobei die Verbindung mit dem Anker (4) nur über den zweiten Abschnitt (II) erfolgt.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (13) zwischen dem ersten (I) und dem zweiten Abschnitt (II) elastisch ist.

3.

Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussstück (6, 106) eine kreisringförmige Platte (7, 107, 207) aufweist, wobei die Zunge (13, 113, 213) mit der Platte verbunden ist und nach innen ragt.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (13, 113, 213) und die Platte (12) einstückig ausgebildet sind.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (4) an seinem dem Ventilsitz (8) zugewandten Ende eine hohlzylinderartige Ausnehmung (16) aufweist, in der die Platte (107) angeordnet ist.

6.

Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfangswand (20) der Ausnehmung (16) eine umlaufende Rille bzw. an der Umfangswand (20) ein umlaufender Vorsprung (18) vorgesehen ist, durch die bzw. den die Platte (107), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Federrings, gehalten ist.

7. Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der Ausnehmung (16) nach innen umgebördelt (18) ist, wobei insbesondere zwischen Bördelrand und Platte (107) ein Bördelring (19) vorgesehen ist.

8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (13, 113) im Ruhezustand am Verschlussstück (6, 106) anliegt.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (13, 113, 213) aus nichtrostendem Federstahl gebildet ist.

10.

Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zunge (113, 213) und dem Ventilsitz eine elastische Schicht (17, 217), insbesondere aus einem gummiartigen Material oder Kunststoff, angeordnet ist.

11. Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Schicht (17, 217) auf der Zunge (113, 213) angeordnet ist.

12. Magnetventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Schicht (17) auf die Zunge (113) aufvulkanisiert, aufgesintert, aufgeklebt oder aufgespritzt ist.

13. Magnetventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Schicht als getrenntes Teil (217) ausgebildet ist, das einen von der Schicht (217) abstehenden und durch eine \ffnung (22) in der Zunge (213) gesteckten Fortsatz (21) aufweist.

14.

Magnetventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (21) pilzförmig ausgestaltet ist und einen die Zunge (213) hintergreifenden umlaufenden Vorsprung (23) aufweist.