ELECTROMAGNETIC THREE-WAY VALVE, ESPECIALLY FOR THE REMOTE CONTROL OF A FLUID OPERATED DEVICE

Abstract: 1. An electromagnetic 2/3-way valve, especially for the remote control of fluid operated devices, comprising a valve housing (1) having arranged therein a valve chamber (11) which is open at one side and which is connected through a first passage (12), with a pressure conduit (P) and, through a second passage (13), with an operational conduit (A), the end of said first passage (12) which is located within said valve chamber (11), being formed as a first valve seat (14), further comprising an upper valve component closing the open side of said valve chamber (11) and rigidly connected to said valve housing (1), said upper valve component including an outer guide tube (2) which, at one end thereof, is inserted in said valve housing and which, at its end facing said valve housing (1), is integral with a connecting device (2a), and including a head piece (3) through which a return passage (R) leads to the outside, further comprising a magnet coil (8) the outside of which is surrounded by a magnet yoke (9) having its ends in contact with said head piece (3) and said outer guide tube (2), respectively, and further comprising a movable inner valve part (5, 6) arranged within said outer guide tube (2) and including a magnet core (5) and a valve plate (6) at the end thereof facing said first valve seat (14), said inner valve part (5) being retained, under the action of a compression spring (7), in a position in which said valve plate (6) bears against said first valve seat (14), said valve being provided, within said outer guide tube (2) and coaxial therewith, with an inner tube (4) which, at one end, is connected to said return passage (R), and the other end of which is formed as a second valve seat (15) and is located opposite said first valve seat (14) at a predetermined distance therefrom, and in which valve said inner valve part (5, 6) is formed as a hollow-cylindrical component arranged between said outer guide tube (2) and said inner tube (4), said component acting as a magnet core and being provided with openings (16, 16a) connecting said valve chamber (11) with the interior of said component, whereby said valve plate (6, 6a) which is effective on both sides, is arranged in such a way that it bears against said second valve seat (15) upon displacement of said magnet core (5) against the closing force of said compression spring (7) by a predetermined stroke length, characterized in that the upper end of said outer guide tube (2) is connected to said head piece (3) within said magnet coil (8), whereby an upper section (2c) of said guide tube (2) facing said head piece (3), consists of non-magnetizable material, whereas a lower section (2b) of said guide tube (2) facing said connecting device (2a), consists of magnetically conductive material, that said openings are formed as slots (16, 16a) arranged directly adjacent the end of said inner valve part (5, 6) facing said valve chamber (11), and that said valve plate is a sealing plate (6, 6a) made of elastic material.

Description: Elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil, insbesondere zur Fernsteuerung von einseitig mit einem Fluid beaufschlagbaren Vorrichtungen. Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil, insbesondere zur Fernsteuerung von einseitig mit einem Fluid beaufschlagbaren Vor richtungen, beispielsweise Membranen, Zylindern, Druckverstärkern usw. Die Erfindung geht dabei aus von einem stopfbuchsenlosen Ventil mit einem Ventilgehäuse, in dem eine einseitig offene Ventilkammer angeordnet ist, die über einen ersten Kanal mit einem Druckanschluss und über einen zweiten Kanal mit einem Arbeitsanschluss verbunden ist, wobei das in der Ventilkammer gelegene Ende des ersten Kanals als erster Ventilsitz ausgebildet ist, einem die offene Seite der Ventilkammer abschliessenden, mit dem Ventilgehäuse fesbierbundenen Ventiloberteil, das ein mit einem Ende in das'Ventilgehäuse eingeschraubtes äusseres Führungsrohr aufweist, dessen anderes Ende mit einem Kopfstück verbunden ist, durch welches ein Rücklaufkanal nach aussen geführt ist, einer um das Ventiloberteil herum angeordneten Magnetspule, die an ihrer Aussenseite von einem Magnetjoch umfasst ist, dessen Enden am Kopfstück bzw. dem äusseren Führungsrohr anliegen, sowie einem innerhalb des äusseren Filhrungsrohres angeordneten, bewegbaren Ventilinnenteil mit einem Magnetanker und einem am, dem ersten Ventilsitz zugewandten Ende angeordneten Ventilteller, das unter der Einwirkung einer Druckfeder in einer Stellung festgehalten ist, in der der Ventilteller auf dem ersten Ventilsitz aufliegt. Ventile dieser Bauart haben die Eigenschaft, dass bei nicht erregter Magnetspule der erste Ventilsitz durch den Ventilteller geschlossen ist und der Arbeitsan schluss mit dem RUcklaufkanal verbunden ist. Bei er erregter Magnetspule ist der erste Ventilsitz geoffnet, und der Arbeitsanschluss ist mit dem Druckanschluss verbunden, während der Rücklaufkanal geschlossen ist. Bei Ventilen bekannter Bauart sind an dem im wesentlichen als Magnetanker ausgebildeten Ventilinnenteil jeweils an den beiden Enden zwei Dichtungen angeordnet, von denen eine über den ersten Ventilsitz den Druckanschluss verschliesst, während die andere den Rücklaufkanal verschliesst. Es hat sich bei diesen Ventilen als besonders problematisch erwiesen, dass der Rücklaufweg vom Arbeitsanschluss zum Rücklaufkanal durch den Spalt zwischen im Magnetanker und dem äusseren Führungsrohr geführt ist. Dadurch bekommt das Ventilinnenteil die Eigenschaften eines Differentialkolbens, was zur Folge hat, dass beim Abschalten der Magnetspule zu den durch den vom Druckanschluss her wirkenden Kräften ihrer gleichen Richtung wirkende Zusatzkräfte auftreten, welche durch die die Schliessung bewirkende Druckfeder überwunden werden müssen. Bei einer Erregung der Magnetspule zur Freigabe des Weges vom Druckanschluss zum Arbeitsanschluss unter stützen aber zunächst nur die vom Druckanschluss her wirkenden Kräfte die Magnetkraft gegenüber der starken durch die Druckfeder bewirkten Schliesskraft, da insbesondere bei kopressiblen Medien in kurzer Zeit kein nennenswerter Druckaufbau infolge einer Durchströmung zum Rücklaufkanal möglich ist. Eine Beseitigung dieses Nachteiles stösst auf kon struktive Schwierigkeiten, da ein grosser Ringspalt zwischen dem Ventilinnenteil und dem äusseren Führungsrohr zwar eine bessere Durchströmmöglichkeit zum Rücklaufkanal bringt, aber gleichzeitig hohe magne tische Verluste zur Folge hat. Die hierdurch bedingte hohe Spulenleistung schliesst beispielsweise eine elektronische Ansteuerung des Ventils, die besonders wirtschaftlich wäre, aus. Werden für den Weg zum Rücklaufkanal oder zum Arbeitsanschluss sehr kleine Querschnitte gewählt, so bleiben die Durchflusswerte des Ventils gering. Es ist auch bereits bekannt geworden, durch mit Profilen versehene Magnetanker, beispielsweise als Mehrkant ausgebildete oder mit Schlitzen versehene Magnetanker, eine Verbesserung zu erreichen. Die magnetischen Verluste blieben aber dennoch hoch,und der technische Aufwand derartiger Ventile ist beträchtlich. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ausgehend von einem Ventil der eingangs er läuterten Bauart ein einfach aufgebautes elektroma gnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil zu schaffen, bei dem die oben erwähnten nachteiligen Nebenwirkungen vermieden werden, das mit sehr geringen magnetischen Verlusten arbeitet und mit dem dennoch hohe Durch flussleistungen erzielt werden bzw. in hohen Druck stufen gearbeitet werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass innerhalb des äusseren Führungsrohres und koaxial zu diesem ein inneres Rohr angeordnet ist, das mit einem Ende an den Rücklaufkanal angeschlossen ist und dessen anderes, als zweiter Ventilsitz ausgebildetes Ende in einem vorgegessenen Abstand dem ersten Ventilsitz gegenüberliegt und das Ventilinnenteil als hohlzylindrischer, zwischen dem äusseren rührungsrohr und dem inneren Rohr angeordneter Körper ausgebildet ist, der an seinem der Ventilkammer zugewandten Ende die Ventilkammer mit dem Innenraum des Körpers verbindende Durchtrittsöffnungen aufweist, wobei der Ventilteller so angeordnet ist, dass er bei einer Hubbewegung des Magnetankers entgegen der Schliesskraft der Druckfeder nach einem vorgegebenen Hubweg auf dem zweiten Ventilsitz aufliegt. Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert wird, besitzt das erfindungsgemässe Ventil sehr kurze DurchfluBwege,und es wird insbesondere der Rücklauf vom Arbeitsanschluss zum Rücklaufkanal nicht durch den Ringspalt zwischen dem Magnetanker und dem äusseren Führungsrohr geführt. Das Ventil ist sehr einfach aufgebaut. Es besitzt nur einen Ventilteller, der mittels der beiden genannten Ventilsitze den jeweiligen Verschluss bewirkt. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Ventils sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemässe Ventil kann wegen seiner geringen magnetischen Verluste mit geringer elektrischer Leistung angesteuert werden, was es für eine elektro nische Ansteuerung besonders geeignet macht. Ebenso kann es mit Vorteil für gegenüber bekannten Ventilen sergrosserte Iu.rchflussleistungen und höhere Iruckstufen eingesetzt werden. Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemässe Ventil näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsge mässen Ventils im Schnitt. In den Fig. 2.1, 2.2,' 2.3, sind Einzelheiten von Varianten der Ausführungsform nach Fig. 1 dargestellt. Fig. 3 zeigt'ebenfalls im Schnitt eine weitere Varian te der Ausführungsform nach Fig. 1. Das in Fig. 1 dargestellte Ventil besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit einem Druckanschluss P, der an eine Druckquelle anschliessbar ist und einem Arbeitsan schluss A, der an einen Verbraucher anschliessbar ist. Der Druck anschluss P ist über einen Kanal 12 und der Arbeitsanschluss A über einen Kanal 13 mit einer Ventilkammer 11 verbunden, die einseitig offen im Ventilgehäuse 1 angeordnet ist. Dabei ist das in die Ventilkammer 11 mündende Ende des Kanals 12 als Ventilsitz 14 ausgebildet. Auf das Ventilgehäuse 1 ist druckdicht ein Ventil oberteil so aufgeschraubt, dass es die Ventilkammer 11 nach aussen abschliesst. Dieses Ventiloberteil besitzt ein äusseres Führungsrohr 2, das an seinem dem Ventilgehause 1 zugewandten Ende einstückig mit einer Be festigungsvorrichtung verbunderr ist, die als Schraubenmutter 2a mit einem ein Aussengewinde tragenden Ansatzstück ausgebildet ist, das in das Ventilgehäuse 1 eingeschraubt ist. Am anderen Ende ist das äussere Führungsrohr 2 mit einem Kopfstück 3 verbunden, durch das ein inneres Rohr 4 so hindurchgeführt ist, dass es konzentrisch zum äusseren Führungsrohr 2 in den Innenraum zwischen dem Kopfstück 3 und dem Ventilgehäuse 1 hineinragt. Dabei ist das dem Ventilge hause l zugewandte Ende dieses inneren Rohres 4 als Ventilsitz 15 ausgebildet, der dem Ventilsitz 14 in der Ventilkammer'11 in einem vorgegebenen Abstand gegenüberliegt. Zwischen dem inneren Rohr 4 und der Innenseite des äusseren FAhrungsrohres 2 entsteht ein Innenraum mit ringförmigem Querschnitt, in dem das bewegbare Ventilinnenteil angeordnet ist, das als hohlzylindrischer Körper aus magnetisch leitendem Material ausgebildet ist, der den Magnetanker 5 bildet, wobei am unteren Ende des Magnetankers 5 ein als Dichtungsplatte 6 ausgebildeter Ventilteller gehaltert ist. Eine Druckfeder 7, die zwischen einem Absatz im äusseren Führung rohr 2 und einer flanschartigen Verbreiterung des Magnetankers 5 an seinem die Dichtungsplatte 6 tragenden Ende angeordnet ist, bewirkt, dass der Magnetanker 5 unter der Einwirkung der Druck feder 7 in eine Stellung gedrückt wird, in der die Dichtungsplatte 6 auf dem Ventilsitz 14 aufliegt. Um das Kopfstück 3 und das äussere Führungsrohr 2 herum ist eine Magnetspule 8 angeordnet, um deren Aussenseite ein Magnetjoch 9 herumgeführt ist, dessen Enden am Kopfstück 3 bzw. am äusseren Führungsrohr 2 anliegen. Magnetspule 8 und Magnetjoch 9 sind durch eine auf das Kopfstück 3 aufgeschraubte Überwurfmutter 10 festgehalten. Das Kopfstück 3 besteht aus magnetisch leitendem Material, während das innere Rohr 4 und der in Fig. 1 obere Abschnitt 2c des äusseren Führungsrohres 2 aus nicht magnetisierbarem Werkstoff bestehen. Der in Fig. 1 untere Abschnitt 2b des äusseren Führungsrohres2 sowie die Schraubenmutter 2a bestehen wiederum aus magnetisch leitendem Material Der Magnetanker 5 weist an seinem der Ventilkammer 11 zugekehrten Ende Durchtrittsöffnungen 16 auf, die beispielsweise schlitzartig ausgebildet sein können und die den Innenraum der Ventilkammer 11 mit dem Innenraum des Magnetankers 5 verbinden. Die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Ventils ist folgende: Bei nicht erregter Magnetspule 8 wird unter der Einwirkung der Druckfeder 7 der Magnetanker 5 in Fig. 1 nach unten gedrückt, so dass die Dichtungsplatte 6 mit ihrer Unterseite auf dem Ventilsitz 14 aufliegt. In dieser Stellung ist der Druckanschluss P verschlös- sen und der Arbeitsanschluss A über die Durchtritts öffnungen 16 und das innere Rohr 4 mit dem Rücklaufkanal R verbunden. WiK die Magnetspule 8 erregt, so wird durch die elektromotorische Kraft der Magnetanker 5 in in Fig. 1 vertikaler Richtung entgegen der Kraft der Druckfeder 7 nach oben gezogen, und zwar soweit, bis nach einem dzr vorgegebenen Hubweg die Oberseite der Dichtungsplatte 6 auf dem Ventilsitz 15 am unteren Ende des inneren Rohres 4 aufsitzt. In dieser Stellung ist der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A verbunden, während der Rücklaufkanal R verschlossen ist. In diesem Zustand des Ventils bei erregter Magnet spule 8 erfolgt der Kraftlinienfluss über das obere Ende des Magnetjochs 9, das Kopfstück 3, den Magnetanker 5, einen mit X bezeichneten Luftspalt zurück zum unteren Ende des Magnetjochs 9. Die Spaltverluste zwischen dem Magnet anker 5 und dem äusseren FGhrungs- rohr 2 können aber sehr klein gehalten werden, da dieser Querschnitt nicht von einem Medium durchströmt zu werden braucht. Der Luftspalt ist vielmehr auf den notwendigen Arbeitsluftspalt beschränkt, da durch die erwähnte Ausbildung des unteren Teils 2b des äusseren Führungsrohres 2 mit der Schraubenmutter 2a aus magnetisch leitendem Material für eine sehr gute Rückleitung des magnetischen Flusses gesorgt ist. Die Ausbildung und Halterung der am Magnetanker 5 angeordneten als Ventilteller wirkenden Dichtungsplatte 6 kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. In Fig. 2.1 ist die Ausbildung der Dichtungsplatte 6 gemass Fig. 1 noch einmal dargestellt und den in den Fig. 2.2 und 2.3 dargestellten Varianten gegenuberge- stellt. Bei der Variante nach Fig. 2.2 ist am unteren Ende des Magnet ankers 5 eine Dichtungskappe 6a angeordnet, deren horizontaler Abschnitt als Dichtungsplatte entweder auf dem Ventilsitz 14 oder dem Ventilsitz 15 aufliegt. An den Seiten der Dichtungskappe 6a sind die den Innenraum der Ventilkammer 11 mit dem Innenraum des Magnet ankers 5 verbindenden Durchtritts offnungen 16a angeordnet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2.3 ist die Dich tungsplatte 6 über beispielsweise elastische Halterungen 17 an der Innenseite des unteren Endes des Magnetankers 5 angeordnet. Bei der Verwendung von elastischen Halterungen 17 braucht die Dichtungs platte 6 selbst nicht aus elastischem Material zu bestehen. Anhand von Fig. 3 wird noch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine weitgehende Beeinflussung der Magnetkraft-Kennlinie möglich ist. Die Aus führungsform nach Fig. 3 entspricht in ihren wesentlichen Teilen der Ausführungsform nach Fig. 1 und es sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern be zeichnet. Das in Fig. 3 obere Ende des Magnetankers 5 i9 bei diesem Ausführungsbeispiel in besonderer Weise ausgestaltet, in dem es einen konischen Flächenabschnitt 5a besitzt, dem ein entsprechend ausgebildeter konischer Flächenabschnitt 3a an der Unterseite des Kopfstückes 3 gegenüberliegt. Durch eine derartige besondere Ausbildung der sich gegenüberliegenden Flächen 5a und 3a kann die Magnetkraft-Kennlinie stark beein flusst werden. Da der Spalt zwischen den Flächen 5a und 3a aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung des Ventils nicht mehr von einem Hedium durchströmt ist, ergeben sich für die Ausgestaltung dieser Flächen im Hinblick auf eine gewünschte Kennlinie keine strömungstechnisch bedingten Beschränkungen. Selbstverständlich sind auch andere Ausbildungen der einander gegenüberliegenden Flächen 5a und 3a möglich, was zu einer Vielzahl von Möglichkeiten verschiedener Magnetkraft-Kennlinien führt.

Claims: Patentansprüche: 1. Elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil, ins besondere zur Fernsteuerung von einseitig mit einem Fluid beaufschlagbaren Vorrichtungen, mit einem Ventilgehäuse, in dem eine einseitig offene Ventil kammer angeordnet ist, die über einen ersten Kanal mit einem Druckanschluss und über einen zweiten Kanal mit einem Arbeitsanschluss verbunden ist, wo bei das in der Ventilkammer gelegene Ende des ersten Kanals als erster Ventilsitz ausgebildet ist, einem die offene Seite der Ventilkammer ab schliessenden, mit dem Ventilgehäuse fest verbun denen Ventiloberteil, das ein mit einem Ende in das Ventilgehäuse eingeschraubtes äusseres Führungs rohr aufweist, dessen anderes Ende mit einem Kopf stück verbunden ist, durch welches ein REcklauf- kanal nach aussen geführt ist, einer um das Ventil oberteil herum angeordneten Magnetspule, die an ihrer Aussenseite von einem Magnetjoch umfasst ist, dessen Enden am Kopfstück bzw. dem äusseren Führungsrohr anliegen, sowie einem innerhalb des äusseren Führungsrohres angeordneten, bewegbaren Ventilinnenteil mit einem Magnetanker und einem am dem ersten Ventilsitz zugewandten Ende ange ordneten Ventilteller, das unter der Einwirkung einer Druckfeder in einer Stellung festgehalten ist, in der der Ventilteller auf dem ersten Ventil sitz aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass inner halb des äusseren Pdhrungsrohres (2) und koaxial zu diesem ein inneres Rohr (4) angeordnet ist, das mit einem Ende an den Rücklaufkanal (R) ange schlossen ist und dessen anderes als zweiter Ven tilsitz (15) ausgebildetes Ende in einem vorgege benen Abstand dem ersten Ventilsitz (14) gegen überliegt und das Ventilinnenteil als hohl2ylin- drischer, zwischen dem äusseren Fuhrungsrohr (2) und dem inneren Rohr (4) angeordneter Körper (5) ausgebildet ist, der an seinem der Ventilkammer < 11) zugewandten Ende die Ventilkammer mit dem Innen raum des Körpers (5) verbindene Durchtrittsöff- nungen (16, 16a) aufweist, wobei der Ventilteller (6, 6a) so angeordnet ist, dass er bei einer Bub- be-wegung des Magnetankers (5) entgegen der S hlieB- kraft der Druckfeder (7) nach einem vorgegebenen Hubweg auf dem zweiten Ventilsitz (15) aufliegt. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch geKennzeichnet1ddss der Ventilteller (6, 6a) als beidseitig wirkende Dichtungsplatte ausgebildet ist. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass das Kopfstück (3) aus magnetisch leiten dem Material besteht, während das innere Rohr (4) und mindestens ein Teil (2c) des äusseren FAhrungs- rohres (2? aus nicht magnetisierbarem Material bestehen. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Ventilgehäuse (1) zugewandte Teil des äusseren PUhrungsrohres (2) als Befestigungsvor richtung (2a) ausgebildet ist, die xsammen mit einem anschliessenden Abschnitt (2b) vorgegebener Länge des äusseren Führungsrohres (2) aus magnetisch leitendem Material besteht. 5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kopfstück (3) zugewandte Ende des hohlzylindrischen Körpers (5) mindestc teilweise konisch ausgebildete Abschlussflächen (5a) aufweist, denen entsprechend konisch ausgebildete Abschlussflächen (3a) am Kopfstück (3) gegenüber liegen.

Inventors: MOLDENHAUER, HERMANN, MULLER, KURT, Müller, Kurt
Applicants: A. UND K. MULLER GMBH & CO. KG
Application year: 1979
Main classification: F16K31
IPC codes: F16K31