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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Sitzventil
mit einer elektrischen Spule, die zur Bildung eines Magnetflusskreises
von einem äußeren Joch umgeben ist, das an einem
Ende mit einem ortsfesten Magnetkern in Verbindung steht und am
anderen Ende einen Durchbruch für einen koaxial mit dem
ortsfesten Magnetkern korrespondierenden beweglichen Magnetanker
zur Betätigung mindestens eines Ventilsitzes aufweist.
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Das
Einsatzgebiet eines derartigen elektromagnetischen Sitzventils erstreckt
sich vornehmlich auf pneumatische Anwendungen. Wegen des kompakten
Konstruktionsprinzips eignet sich das Sitzventil insbesondere zur
Bildung eines Patronenventils, welches beispielsweise als Vorsteuerventil
für einen Ventilblock zum Einsatz kommen kann.
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Aus
der
DE 31 21 365 A1 geht
ein gattungsgemäßes Sitzventil hervor. Auf einen
spindelförmigen Spulenkörper ist ein elektrischer
Draht zur Ausbildung einer elektrischen Spule gewickelt, welche zur
Bildung eines Magnetflusskreises von einem U-förmig gebogenen
Joch die Magnetpole einfassend umgeben ist. An einem der Magnetpole
ist ein in das Spuleninnere hineinragender ortsfester Magnetkern
angeordnet, der mit dem Joch in Verbindung steht. Seitens des gegenüberliegenden
Magnetpols weist das Joch einen Durchbruch zur Hindurchführung
eines metallischen Polrohres auf, in welchem der stirnseitig mit
dem ortsfesten Magnetkern korrespondierende Magnetanker gleitend
geführt ist. Das sich entlang des Spuleninnere erstreckende
Polrohr ist gewöhnlich ein gedrehtes metallisches Rohr,
welches neben der Führung des beweglichen Magnetankers
auch einer Minimierung des magnetischen Widerstandes dient. Aufgrund
der vielen zu montierenden Einzelteile ist dieses bekannte Sitzventil
jedoch recht aufwändig aufgebaut.
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Aus
der
DE 34 16 336 A1 geht
ein demgegenüber mit weniger Einzelteilen auskommendes elektromagnetisches
Sitzventil hervor, bei welchem auf ein metallisches Polrohr gänzlich
verzichtet wird. Stattdessen ragt das aus Kunststoff spritzgegossene Gehäuse
zur Bildung einer Gleitführung für den beweglichen
Magnetanker in das Spuleninnere hülsenartig hinein. Der
Magnetflusskreis wird bei diesem Sitzventil durch einen topfförmigen
Eisenmantel realisiert, welcher größtenteils in
das Kunststoffgehäuse eingegossen ist.
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Konstruktionsbedingt
ist der Spalt zwischen dem äußeren Magnetflusskreis
und dem beweglichen Anker teilweise durch den Kunststoff des Gehäuses
ausgefüllt. Hierdurch wird in nachteilhafterweise der magnetische
Widerstand erhöht und zur Kompensation ist es erforderlich,
die elektrische Spulenleistung zu erhöhen, was wiederum
thermische Probleme verstärkt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisches
Sitzventil der gattungsgemäßen Art dahingehend
weiterzuverbessern, dass die erforderliche Schaltkraft bauteilsparend
und mit möglichst minimaler elektrischer Leistungsaufnahme
darstellbar ist.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem elektromagnetischen Sitzventil
gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch
1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Durchbruch
zur Hindurchführung des Magnetankers einen sternförmigen
Querschnitt aufweist, um den Luftspalt zwischen Joch und Magnetanker
zu minimieren.
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Der
Vorteil dieser Lösung besteht insbesondere darin, dass
trotz Verwendung eines Spulenträgers aus Kunststoff ohne
zusätzliches metallisches Polrohr der Luftspalt zwischen
Joch und Magnetanker sehr klein bemessen werden kann, wodurch ein sehr
geringer magnetischer Widerstand erzielt wird. Dies minimiert wiederum
die elektrische Leistungsaufnahme der elektrischen Spule, was dem
Thermikproblem zu Gute kommt.
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Vorzugsweise
besteht der sternförmige Querschnitt aus einer Bohrung
mit mindestens vier sich nach radial außen erstreckenden äquidistant voneinander
beabstandet angeordneten Ausnehmungen. Ein derartiger Querschnitt
lässt sich durch Stanzen in einfacher Weise herstellen.
Der symmetrische Aufbau der sternförmigen Querschnitts
gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung
der magnetischen Kräfte um den beweglichen Magnetanker
herum.
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Um
die Anzahl erforderlicher Verbindungsmittel minimal zu halten, wird
gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden
Maßnahme vorgeschlagen, den ortsfesten Magnetkern in einem
aus Kunststoff bestehenden Spulenträger der elektrischen
Spule einzupressen oder einzuklemmen. Dieser lässt sich
in das Kunststoffmaterial ohne Beschädigung des Spulenträgers
hineindrücken und wird durch die Materialpaarung Kunststoff
zu Metall in der montierten Position sicher fixiert.
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Um
die Montage des erfindungsgemäßen Sitzventils
zu vereinfachen wird vorgeschlagen, dass das Joch benachbart zum
sternförmigen Durchbruch für den Magnetanker mindestens
zwei einander relativ zum Durchbruch gegenüberliegende
Befestigungsdurchbrüche aufweist. Diese können
in einem Arbeitsgang gemeinsam mit dem sternförmigen Durchbruch
durch Stanzen erzeugt werden und dienen der Anbringung eines mindestens
einen Ventilsitz verkörpernden Ventilgehäuseelements
aus Kunststoff, welches in die so erzeugten Befestigungsdurchbrüche
per Schnappverbindung zum Eingriff kommt. Diese Schnappverbindung
kann dabei aus einzelnen federnden Kunststoffarmen gebildet werden,
die jeweils an ihrem distalen Ende Rastmittel zum Eingriff in die
Befestigungsdurchbrüche aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
das Ventilgehäuse insgesamt aus wenigen Einzelteilen aufzubauen,
in dem ein erstes Ventilgehäuseelement koaxial an einem
zweiten Ventilgehäuseelement aus Kunststoff per Schnappverbindung
befestigt ist, in welchem je ein Ventilsitz angeformt ist, wobei
ein elastomeres Ventilelement zum wechselseitigen Verschließen
der einander gegenüberliegenden Ventilsitze von den beiden
Ventilgehäuseelementen käfigartig umschlossen
ist. Zusätzliche Verbindungsmittel für die Bauteile
sind somit entbehrlich und das innerhalb des Ventilgehäuses
bewegbare Ventilelement kann direkt durch die Ventilgehäuseelemente
entlang seines Verstellweges geführt werden.
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In
diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, zur Betätigung
des Ventilelements ein sich zwischen dem Magnetanker und dem Ventilelement durch
den Ventilsitz hindurch erstreckendes Adapterteil vorzusehen. Dieses
sollte vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, um damit gleichzeitig
eine thermische Isolation zwischen dem während des Betriebs
recht heiß werdenden Magentanker und dem aus temperaturempfindlichen
Elastomermaterial bestehenden Ventilelement zu bieten. Hierdurch
kann zwar thermisch empfindliches, aber relativ verschleißfestes
NBR (Nitril-Elastomer) als Dichtungswerkstoff verwendet werden.
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Eine
Ausführung des erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Sitzventils als verschnapptes Patronenventil macht eine separate
Vormontage möglich und erleichtert somit den Einsatz in
verschiedenen Anwendungsgebieten, insbesondere als Vorsteuerventil.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand
der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines elektromagnetischen
Sitzventils,
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2 einen
Längsschnitt durch das Sitzventil nach 1 im
montierten Zustand, und
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3 einen
Querschnitt des Sitzventils nach 2 entlang
Schnitt C-C.
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Gemäß 1 besteht
das elektromagnetische Sitzventil aus einer elektrischen Spule 1,
die auf einem Spulenträger 2 aus Kunststoff aufgewickelt
ist. Seitens des oberen Magnetpols wird ein ortsfester Magnetkern 3 in
das Innere des Spulenträgers 2 eingepresst. Den äußeren
Magnetflusskreis bildet in Weiterführung hiervon ein U-förmiges
Joch 4, welches im Bereich des anderen Magnetpols einen Durchbruch 5 aufweist.
Durch den Durchbruch 5 des Jochs 4 hindurch erstrecht
sich ein beweglicher Magnetanker 6. Zwischen dem ortsfesten
Magnetkern 3 und dem beweglichen Magnetanker 6 wird
im Spuleninneren eine Druckfeder 7 platziert. Auf den beweglichen
Magnetanker 6 ist ein Adapterteil 8 aufgelegt, welches
zur Betätigung eines aus Elastomermaterial bestehenden
Ventilelements 9 dient, das auf einen – nicht
erkennbaren – Ventilsitz seitens eines ersten Ventilgehäuseelements 10 einwirkt
und andererseits auch auf einen – ebenfalls hier nicht
erkennbaren – Ventilsitz, der in einem zweiten Ventilgehäuseelement 11 angeformt
ist. Patronenventiltypisch ist ein Dichtring 12 außenradial
des ersten Ventilgehäuseelements 10 angeordnet
und ein zweiter Dichtring 13 ist außenradial des
zweiten Ventilgehäuseelements 11 angeordnet.
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Gemäß 2 ist
das erste Ventilgehäuseelement 10 koaxial mit
dem zweiten Ventilgehäuseelement 11 per Schnappverbindung
befestigt. Beide Bauteile bestehen aus Kunststoff. Zur Betätigung
des Ventilelements 9 erstreckt sich zwischen dem Magnetanker 6 durch
einen oberen Ventilsitz hindurch das Adapterteil 8, welches
ebenfalls aus Kunststoff besteht, um einen thermische Isolation
zwischen Magnetanker 6 und Ventilelement 9 herzustellen.
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Im
stromlosen Zustand der elektrischen Spule 1 verschließt
das Dichtelement 9 den unteren Belüftungsventilsitz
zwischen dem äußeren Speisedruckanschluss P und
dem Arbeitsanschluss A, welcher zwischen den beiden Dichtringen 12 und 13 ausgebildet
ist. Beim Bestromen der elektrischen Spule 1 wird der Magnetanker 6 gegen
den Magnetkern 3 gezogen, woraufhin der untere Belüftungsventilsitz
freigegeben wird und der Arbeitsanschluss A vom Speisedruckanschluss
P belüftet wird. Gleichzeitig wird der gegenüberliegende
Entlüftungsventilsitz geschlossen, so dass die ansonsten
im Ruhezustand offene Verbindung zwischen dem Arbeitanschluss A
und dem Entlüftungsanschluss R verschlossen ist.
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Nach 3 ist
zur Reduzierung der elektrischen Leistungsaufnahme des elektromagnetischen Sitzventils
durch Minimierung des magnetischen Widerstandes im Magnetflusskreis
ein im Joch 4 ausgebildeter Querschnitt 14 zur
Hindurchführung des Magnetankers 6 sternförmig
ausgebildet und besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus
vier sich nach radial außen erstreckenden äquidistant
voneinander beabstandet angeordneten Ausnehmungen 15 (exemplarisch).
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Das
Joch 4 weist benachbart zum sternförmigen Durchbruch 5 für
den Magnetanker 6 zwei einander relativ zum Durchbruch 5 gegenüberliegend
angeordnete Befestigungsdurchbrüche 16 zur Anbringung
des – hier nicht dargestellten – Ventilgehäuseelements 10 per
Schnappverbindung auf.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene
bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen
hiervon denkbar, welche vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche
mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich,
den sternförmigen Querschnitt eine andere Gestalt zu geben,
welche jedoch symmetrisch sein sollte.
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- 1
- elektrische
Spule
- 2
- Spulenträger
- 3
- Magnetkern
- 4
- Joch
- 5
- Durchbruch
- 6
- Magnetanker
- 7
- Druckfeder
- 8
- Adapterteil
- 9
- Ventilelement
- 10
- erstes
Ventilgehäuseelement
- 11
- zweites
Ventilgehäuseelement
- 12
- erster
Dichtring
- 13
- zweiter
Dichtring
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Befestigungsdurchbruch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3121365
A1 [0003]
- - DE 3416336 A1 [0004]