ELECTROMAGNETICALLY ACTUATED 3/2-WAY VALVE FOR THE CONTROL OF A CONSUMER IN A PRESSURIZED CONDUIT

Abstract: 1. An electro-magnetically actuated 3/2-way valve for the control of a consumer in a pressurized conduit system, comprising a valve housing (1) having arranged therein a valve chamber (2) which is open at one side, and which is connected through a first valve seat (3, 3') and a first passage (4), with a pressure connector (P) and, through a second passage (5), with a working connector (A), and comprising an upper valve section (6) closing the open side of the valve chamber (2) and being firmly connected to the valve housing (1), a magnetic system (7 to 9) being arranged at the upper valve section, said magnetic system including a magnet coil (7) having arranged therein an armature (8, 8') which slides in a guide tube (10) and opposes a head piece (9, 9') which is received in an upper section of the magnet coil (7) and is connected with a magnet yoke (9a), and said armature being connected at its end facing towards the first valve seat (3, 3'), with a double acting valve plate (12), whereby a second valve seat (14, 14') is provided on the side of the valve plate (12) facing away from the first valve seat (3, 3'), through which second valve seat (14, 14') the valve chamber (2) is connected with a return connector (R) arranged laterally of the upper valve section (6) in the range between the second valve seat (14, 14') and the lower end of the guide tube for the armature (8, 8'), whereby the armature (8, 8') is connected with the valve plate (12) through a valve stem (11, 11", 11'a, 11'b) passing through the opening of the second valve seat (14, 14') and defining therewith an annular penetration space, and whereby the space (9b, 9'b) between the armature (8, 8') and the head piece (9, 9') is connected with the space below the valve plate through a connecting passage (22, 23, 25) extending through the armature and the valve stem (11, 11", 11'a, 11'b) and opening out on the side of the valve plate (12) facing towards the first valve seat (3, 3'), characterized in that the cross-sectional surface of the penetration space between the valve stem (11, 11') and the second valve seat (14, 14') equals the effective cross-sectional surface of the pressure connector (P), and that the armature (8, 8') slides in the guide tube (10) in sealing relation to the medium but in low-friction manner by providing, in the guide tube (10), a foil (20) of a fluor-containing polymer which extends within the section of the guide tube (10) adjacent to the head piece (9, 9') over a predetermined length, and which is inserted so as to surround the armature (8, 8') on the outer surface thereof and is radially and axially fixed, whereby, in a valve for a low-pressure conduit system, the effective cross-sectional surface of the armature (8, 8') is by a predetermined amount smaller and, in a valve for an overpressure conduit system, is by a predetermined amount larger than the effective cross-sectional surface of each of the two valve seats (3, 3', 14, 14').

Description: Elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil zur Steuerung eines Verbrauchers in einem Druckleitungssystem. Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil zur Steuerung eines Verbrauchers in einem Druckleitungssystem mit einem Ventilgehäuse, in dem eine einseitig. offene Ventilkammer angeordnet ist, die durch einen ersten Ventilsitz und einen ersten Kanal mit einem Unterdrucksnschluss und über einen zweiten Kanal mit einem Arbeitsanschluss verbunden ist und einem die offene Seite der Ventilkammer abschliessenden, mit dem Ventilgehäuse fest verbundenen Ventiloberteil, an dem ein Magnetsystem angeordnet ist, mit einer Magnetspule, in welcher ein in einem Führungsrohr geführter Magnetanker angeordnet ist, der einem im Oberteil der Magnetspule angeordneten, mit einem Magnetjoch verbundenen Kopfstück gegenüberliegt und der an seinem, dem ersten Ventilsitz zugekehrten Ende mit einem beidseitig wirkenden Ventilteller verbunden ist, wobei gegenüber der dem ersten Ventilsitz abgevandten Seite des Ventiltellers ein zweiter Ventilsitz angeordnet ist, durch den die Ventilkammer mit einem Rücklaufanschluss verbunden ist. Derartig aufgebaute 3/2-Weoeventile sind grundsätzlich bekannt (s. DE-PS 1 272 664 und DE-OS 28 55 902). Sie können auch zur Steuerung eines Verbrauchers in Unterdruckleitungssystemen, insbesondere bei Melkanlagen, verwendet werden. Das Hauptanwendungagebiet liegt hierbei in der Verwendung als Pulsatorventil bei der puisweisen Ansteuerung des Melkgeschirrs mit Unterdruck. Grundsätzlich sollen Ventile der eingangs genannten Bauart einer ganzen Anzahl von Forderungen genügen. Diese sind folgende: a) Hohe Betriebssicherheit in staubiger und feuchter Umgebung; b) grösstmöglicher Luftdurchsatz bei möglichst geringer elektrischer Betätigungsleistung; c) möglichst kleine Umschaltzeiten; d) geringer Verschleiss bei hoher Schalthäufig keit in ungeölter Luft; e) Aufrechterhalten der Funktionssicherheit auch bei stärkeren Schwankungen der Betriebs spannung (Batteriebetrieb); -f) einfache Zerlegungs- und Zusammensetzungs möglichkeit des Ventils ohne grossen Aufwand; g) Verwendbarkeit des Ventils für Gleich- und Wechselstrom; h) Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressi ver Umluft. Bei einem Ventil, das als Pulsatorventil eingesetzt wird, ist die Forderung nach einem grossen Luftdurchsatz besonders wichtig. Es hat sich gezeigt, dass bei Ventilen mit zu kleinen Durchsatzmengen die sogenannte "Pulskur- ve" des Ventils, welche den zeitlichen Verlauf des Unterdruckes in dem über das Ventil evakuierten Raum angibt und im wesentlichen einen rechteckigen Verlauf haben scllte, stark verschliffen ist und erhebliche Anstiegs- und Abfallzeiten auftreten, was zur Folge hat, dass das Verhältnis von evakuiertem und belüftetem Melk- zeug nicht mehr mit dem elektrisch gesteuerten Pulstakt übereinstimmt. Bei den bekannten Ventilen der oben angegebenen Bauart ist der Luftdurchsatz dadurch beschränkt, dass der mit dem Aussenraum verbundene Rucklauf- anschluss des Ventils, über den die Belüftung erfolgt, durch den Spalt zwischen Magnetanker und dem äusseren Führungsrohr oder durch den Magnetanker selbst hindurchgeführt ist. Die Spaltbreiten können aber nicht beliebig gross gemacht werden und wenn der Magnetanker zu grosse Durchmesser aufweist, werden die Aussenabmessungen der Ventile unhandlich gross und das Verhältnis von elektrischer Betätigungsleistung zu Luftdurchsatz sehr ungünstig. Andererseits ist es aber wichtig, dass der Rücklaufanschluss möglichst den gleichen Durchtrittsquerschnitt aufweist wie die anderen Anschlüsse des Ventils, da gerade. bei der Anwendung der Ventile zur Steuerung von Verbrauchern in Unterdruckleitungssystemen die auftretenden Druckdifferenzen begrenzt sind. Die Forderung nach hoher Funktionssicherheit ist insbesondere im Anwendungsfall bei Melkanlagen von sehr grosser Bedeutung, da aus sicherheitstechnischen Forderungen heraus nur Pulsator-Ventile mit einer Schutzkleinspannung (12 bis 24V) zum Einsatz kommen. Wegen der exakten Steuermöglichkeit wird vorzugsweise Gleichstrom zur Ansteurung verwendet. Da in den elektrischen Zuleitungen der Ventile grössere Spannungsabfälle entstehen können, ist es besonders wichtig, dass das Ventil einen sehr grossen elektrischen Arbeitsbereich aufweist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein 3/2-Wegeventil der eingangs erwähnten Bauart so zu verbessern, dass es einerseits für Unterdrucksysteme und Überdrucksysteme gleichermassen brauchbar ist und die oben aufgestellten Forderungen in möglichst optima ler Weise erfüllt sind. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäu dadurch, dass der Magnetanker mit dem Ventilteller über einen durch die Öffnung des zweiten Ventilsitzes hindurchgeführten, einen ringförmigen Durchtrittsraum freilassenden Ventilschaft verbunden ist, wobei die Querschnitsfläche dieses Durchtrittsraumes gleich der wirksamen Querschnittsfläche des Druckanschlusses ist und der Rücklaufänschluss seitlich am Ventiloberteil im Bereich zwischen dem zweiten Ventilsitz und dem unteren Ende des Führungsrohres für den Magnetanker angeordnet ist und der Magnetanker gegenüber dem Medium dichtend und reibungsarm im Führungsrohr geführt ist, wobei die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers um einen vorgegebenen Betrag grösser oder kleiner ist als der wirksame Querschnitt jedes der beiden Ventilsitze und der Raum zwischen Magnetanker und Kopfstück über einen durch den Magnetanker und mindestens einen Teil des Ventilschaftes geführten Verbindungskanal mit dem Raum unterhalb oder oberhalb des Ventil tellers verbunden ist. Das erfindungsgemässe Ventil zeichnet sich durch eine ausserordentliche Einfachheit im Aufbau aus, der vom Aufbau der bekannten 3/2-Wegeventile.stark abweicht, indem- der Rücklaufanschluss weder durch den Luftspalt zwischen Führungsrohr und Magnetanker, noch durch den Magnetanker selbst hindurchoeführt ist, sondern so seitlich am Ventiloberteil angeordnet ist, dass ein kurzer Durchtrittsraum zwischen dem Aussenraum und der Ventilkammer erreicht wird, der nicht durch bauartbedingte Eigenheiten des Magnetsystems begrenzt ist. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemässe Ventil die oben angegebenen Forderungen in hervorragender Weise erfüllt und insbesondere bei seinem Einsatz als Pulsatorventil Pulskurven mit sehr kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten erreicht werden können. Das erfindungsgemässe Ventil ist sowohl für Unterdrucksysteme als auch für Überdrucksysteme verwendbar. Bei Unterdrucksystemen (Patentanspruch 2) ist es vorteilhaft, wenn die wirksame Querschnittsfläche des Magnetan- kers. kleiner ist als die wirksamen Querschnitte jedes der beiden Ventilsitze und der Verbindungskanal an der dem ersten Ventilsitz zugewandten Seite des Ventiltellers ausmündet. Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, kann bei dieser Ausbildung die elektrische Betätigungsleistung auf einen Bruchteil reduziert -werden, weil über den Magnetanker jeweils nur die der Flächendifferenz zwischen Magnetanker und den Ventilsitzen entsprechende Kraft aufgebracht werden muss. Bei überdrucksystemen (Patentanspruch 3) ist es dagegen vorteilhaft, wenn die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers grösser ist als der wirksame Querschnitt jedes der beiden Ventilsitze. Auch in diesem Falle brauc-ht übr den Magnetanker nur eine der Flächendifferenz entsprechende Kraft aufgebracht zu werden. Es kann dann bei beiden Ausbildungsformen auf die sonst bei derartigen Ventilen übliche Rückholfeder meist verzichtet werden und der Aufbau des Ventils wird besonders einfach. Durch eine unterschiedlich grosse Ausbildung der beiden Ventil-sitze (Patentanspruch 4) wird erreicht,.dass die Nennweiten für den Druckanschluss und den Arbeitsanschluss des Ventils gleich gross sind. Die aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Ventilsitze auftretenden unterschiedlichen Uffnungs- bzw. Schliesskräfte in den beiden Endstellungen des Ventiltellers werden durch die besondere Ausgestaltung der Magnetkraftkennlinie, deren Verlauf nach bekannten Methoden beeinflussbar ist, kompensiert. Zur Erzielung einer dichtenden und besonders reibungsarmen Führung des Magnetankers im Führungsrohr, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in den an das Kopfstück angrenzenden Abschnitt des Führungsrohres eine Folie aus einem fluorhaltigen Polymer auf einer vorgegebenen Länge den Magnetanker an seiner Mantelfläche umfassend eingelegt und radial und axial fixiert ist (Patentanspruch 5Y. Es hat sich herausgestellt, dass Folie aus einem fluorhaltigem Polymer, beispielsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE), Polytetrafluoräthylen Perfluorpropylen (PFEP), Polychlortrifluoräthylen (PCTFE) oder Polyvinyldenflorid (PVDF) ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweisen und der Verschleiss minimal ist. Die Fixierung einer derartigen Folie im Führungsrohr kann durch einfaches Einkleben erfolgen, sie kann aber auch (Patentanspruch 6) derart erfolgen, dass die Folie an der dem Kopfstück zugewandten Seite zwischen der Aussenseite eines auf die Endfläche des Kopfstückes aufgelegten O-Ringes und der Innenwand des Führungsrohres eingeklemmt ist. Bei dieser Ausführungsform at es sich gezeigt, dass es ausreicht, die Folie in das Führungsrohr einzulegen und an einem Ende in der angegebenen Weise zu fixieren. Infolge einer besonderen Eigenschaft des verwendeten Foliematerials haftet dies nach einiger teit des Gebrauchs ausserordentlich stark an der als Unterlage dienenden Innenuand oes Führunsrohres, veil es zum Teil in die Hauigkeiten dieser Unterlage hineinfliesst. Die sehr gute Gleitfähigkeit stellt sich nach kurzem Gebrauch ein, insbesondere dann, wenn die äussere Mantelfläche des agnetankers eine gut polierte Oberfläche ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Oberflächenrauhtiefe an der Mantelfläche des Magnetankers kleiner als 2pm ist, während die Ober flächenrauhtiefe an dem von der Folie bedeckten Teil der inneren Mantelfläche des Führungsrohres im Bereich zwischen 0,01 und 0,1 mm liegt. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartig reibungsarm ausgebildeten Fünrung des agnetankers im Führungsrohr die Lebensdauer des Ventils auf das mindestens Vierfache gesteigert werden kann. Weiterhin ist es aufgrund der stark verringerten Reibung möglich, mit kleinerer Mag netspulenleistung zu arbeiten, oder grössere Kräfte mit der gleichen Magnetapulenleistung zu erzeugen. Es hat sich herausgestellt, dass der Energiebedarf um bis zu 30 gesenkt werden kann. Selbstverständlich kann die reibungsarme Führung des Magnetankers auch durch in die tlantelfläche eingelegte führungsringe aus einem Fluorhaltigem Polymer erreicht werden. Die besonders vorteilhaften Ausgestaltungen. des erfindungsgemässen Ventils nach den Patentansprüchen 9 und 10 ergeben eine einfache Möglichkeit, das Ventil auf unterschiedliche Durchflusswerte einzustellen. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemässe Ventil auch bei Temperaturzunahme und dadurch bedingte starke Widerstandszunahme einwandfrei funktioniert. Das Ventil ist sowohl bei gasförmigen als auch bei flüssigen Medien einsetzbar. Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemässe 3/2- Wegeventil näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 durch eine erste Ausführungsform eines mit Gleichstrom ansteuerbaren 3/2-Wegeventils; Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II in Fig. l; Fig. 3 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 durch eine weitere mit Gleichstrom ansteuerbare Aus führungsform eines 3/2-Wegeventils; Fig. 4 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 durch eine dritte mit Gleichstrom steuerbare Ausführungs form eines 3/2-Wegeventils für ein Überdruck system; Fig. 5 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 durch eine mit Wechselstrom ansteuerbare Ausführungsform eines 3/2-Wegeventils; Fig. 6 einen Vertikalschnitt analog Fig. 1 durch eine weitere mit Wechselstrom ansteuerbare Aus führungsform eines 3/2-Wegeventils; ; Fig. 7 eine Magnetkraftkennlinie für ein 3/2- Wege- ventil nach Fig. 1 und 2. Bei den in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das in den Fig. l und 2 dargestellte 3/2-Wegeventil besitzt ein Ventilgehäuse 1 mit einem Druckanschl-uss P, der an eine Unterdruckleitung anschliessbar ist, sowie einen Arbeitsanschluss A, der an einen Verbraucher, beispielsweise ein Helkzeug, angeschlossen ist. Der Druckanschluss P ist über einen Kanal 4 und der Arbeitsanschluss A über einen Kanal 5 mit einer Ventilkammer 2 verbunden, die einseitig offen im Ventilgehäuse 1 angeordnet ist. Dabei ist das in die Ventilkammer 2 mündende Ende des Kanals 4 als Ventilsitz 3 ausgebildet. Auf das Ventilgehäuse 1 ist druckdicht ein Ventiloberteil 6 so aufgesetzt, dass es die Ventilkammer 2 nach aussen abs-chliesst. Am Ventiloberteil 6 ist an der Oberseite das Magnetsystem des Ventils angeordnet, mit einer Magnetspule 7, durch die in Längsrichtung ein Führungsrohr 10 hindurchgeführt ist. In das Oberteil der Magnetspule 7 ist ein Kopfstück 9 eingesetzt, das mit dem an der Aussenseite der Magnetspule 7 entlanggeführten Magnetjoch 9a verbunden ist. Das Kopfstück 9 und das Magnetjoch 9a bestehen aus magnetisch leitendem Material. Im Führungsrohr 10 ist bewegbar ein Magnetanker 8 geführt, der an seiner Oberseite einen Ansatz ssa aufweist, der mit einer an der Unterseite des Kopfstücks 9 angeordneten Ausnehmung 9b zusammenwirkt zur Erzielung eines gewünschten Verlaufes der Magnetkraftkennlinie. Zur dichtenden und reibungsarmen Führung des Magnetan ke.rs 8 im Führungsrohr 10 ist in das Führungsrohr eine Folie 20 aus Polytetrafluoräthylen eingeklebt. Die eingeklebte Folie ist so angeordnet, dass sie den magnetischen Fluss nicht behindert, also den Eisenquerschnitt nicht mindert, den Luftspalt nicht vergrössert und den magnetischen Flussweg nicht verlängert. Das untere Ende des Magnetankers 8 ist über einen Ventilschaft 11 mit einem Ventilteller 12 verbunden, der dem Ventilsitz 3 gegenüberliegt. Zwischen dem Ventil oberteil 6 und dem Ventilqehäuse 1 ist eine Ringplatte 13 eingesetzt, die die Ventilkammer 2 nach oben abschliesst und eine mittlere Durchtrittsöffnung aufweist, die an der der Ventilkammer 2 zugewandten Seite als zweiter Ventilsitz 14 ausgebildet ist. Durch die Öffnuno des Ventilsitzes 14 ist der Ventilschaft 11 hindurchgeführt, so dass der beidseitig wirkende Ventilteller 12 wahlweise den ersten Ventilsitz 3 oder den zweiten Ventilsitz 14 abschliesst, je nach der Stellung des Magnetankers 8. Der Raum innerhalb der Ausnehmung 9b ist über einen durch den Magnetanker 8 und einen Teil des Ventilschaftes 11 geführten Verbindungskanal 21 mit dem Raum oberhalb des Ventiltellers 12 im Bereich des Rücklaufanschlusses R verbunden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass dieser Raum ständig mit der Aussenatmosphäre in Verbindung steht und ein Druckausgleich stattfinden kann, so dass die Bewegung des Magnetankers 8 trotz der dichtenden Führung nicht behindert ist. Der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes 14 ist grösser als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes 3, wobei der Durchmesserunterschied so gewählt ist, dass unter Berücksichtigung der- Dicke des Ventilschaftes 11 ein ringför miger Durchtrittsraum in der Öffnung des zweiten Ventilsitzes 14 entsteht, dessen Durchtrittsquerschnitt dem Durchtrittsquerschnitt des ersten Ventilsitzes 3 entspricht. An der Oberseite der Ringplatte 13 sind insgesamt vier radial verlaufende Aufsätze 15 angeordnet. Die Zwischenräume zwischen den Aufsätzen 15 stellen radial verlaufende Strömungskanäle 16 dar. In der Aussenwand des Ventiloberteils 6 sind Durchtrittsschlitze 17 vorge sehen, die den mit dem Aussenraum verbundenen Rücklaufanschluss R des Ventils darstelSen. Die Strömungskanäle 16 sind unmittelbar mit der Öffnung des zweiten Ventilsitzes 14 verbunden und die Ringplatte 13 kann, wie aus Fig. 2 ersichtlich, so eingesetzt sein, dass die Aufsätze 15 mit Ausnehmungen 15a in Nasen 6a einrasten, die an der Innenseite des Ventiloberteils 6 angeordnet sind, und zwar so, dass die Eintrittsöffnungen d-er Strömungskanäle 16 mit den Durchtrittsschlitzen 17 fluchten. Damit ist der Rücklaufanschluss R auf maximalen Durchfluss eingestellt. Die Ringplatte 13 kann aber auch so in das Ventilgehäuse 1 eingesetzt sein, dass sich die Aufsätze 15 in der in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichneten Lage befinden, in oer die Ausnehmungen 15a in Nasen 17a einrasten, die an der Innenseite des Ventiloberteils 6 im Bereich der Durchtrittsschlitze 17 angeordnet sind. Wie ebenfalls aus Fig. 2 abzulesen, ist in dieser Stellung der Ringplatte 13 der Durchflussquerschnitt durch den Rücklaufanschluss R gedrosselt, weil in dieser Stellung die Aufsätze 15 einen Teil des Eintrittsquerschnittes der Durchtrittsschlitze 17 abdecken. Wie Fig. 1 zu entnehmen, ist der Druckanschluss P in Richtung der Längsmittelachse des Ventils angeordnet, während der Arbeitsanschluss A an der Seitenfläche des Ventilgehäuses 1, also unter einem Winkel von 9O0,zum Druckanschluss P angeordnet ist. Dieser eröffnet die Möglichkeit, mehrere der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ventile zu einem Block zusammenfassen und an eine nicht dargestellte gemeinsame Unterdruckleitung mit den Druckanschlüssen P anzuschliessen. An die dann parallelstehenden Ar-beitsanschlüsse A verschiedener Ventile können die zu den Verbrauchern führenden Zuleitungen angeschlossen werden. Das Ventil ist leicht auseinandernehmbar und zusammensetzbar, da es aus nur vier auseinandernehmbaren Teilen aufgebaut sein kann, nämlich dem Ventilgehäuse 1, dem Ventiloberteil 6, an dem das Magnetsystem fest angeord- net ist, dem Magnetanker 8, an dem der Ventilteller 3 fest angeordnet ist und der zwischen Ventiloberteil 6 und Ventilgehäuse 1 einsetzbaren Ringplatte 13. Dies hat zur Folge, dass ein Auseinandernehmen des Ventils zu Reinigungszwecken oder zum Verstellen der Ringplatte 13 auch von nicht fachkundigen Benutzern durchgeführt werden kann. Auch die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform eines 3/2-Wegeventils ist mit dem Druckanschluss P an eine Unterdruckleitung und mit dem Arbeitsanschluss A an einen Verbraucher anschliessbar. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass der Raum 9b oberhalb des Magnetankers 8 an einen durch den Magnetanker 8 und den Ventilschaft 11 hindurchgeführten Verbindungskanal 22 angeschlossen ist, der am Ventilteller 12 an der dem ersten Ventilsitz 3' zugewandten Seite ausmündet. Auf diese Weise ist der Raum 9b wechselweise mit dem Druckanschluss P oder (im geöffneten Zustand des Ventils) mit dem Arbeitsanschluss A verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist in einer auch in Fig. 3 angedeuteten Weise dafür gesorgt, dass die wirksame Querschnittsfläche des Ventilsitzes 3' und des Ventilsitzes 14 grösser ist als die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers 8. Dies hat zur Folge, dass im geschlossenen Zustand des Ventils an der Unterseite des Ventiltellers 12 der gleiche Unterdruck herrscht wie im Raum 9b oberhalb des Magnetankers. Auf den Ventilteller 12 wirkt dann nur eine Schliesskraft, die der Differenz der beiden obengenannten wirksalllen Flächenquerschnitte entspricht. Es braucht daher beim Öffnen des Ventils durch das ragnetsystem auch nur eine Kraft erzeugt werden, die dieser Differenz entspricht. Dadurch kann die zum Öffnen erforderliche elektrische Leistung auf einen Bruchteil des sonst erforderlichen Wertes reduziert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Spalte zwischen dem Magnetanker 8 und der Folie 20 so klein gehalten werden können, dass ein Austausch zwischen dem Raum 9b und dem Rücklaufanschluss R, also dem Aussenraum, praktisch nicht stattfindet. Befindet sich das Ventil in dem gegenüber dem Druckanschluss P geöffneten Zustand, in dem der Ventilteller 12 am zweiten Ventilsitz 14 anliegt, so ist der Raum 9b oberhalb des Magnetankers -8 über den Verbindungskanal 22 sowohl mit dem Druckanschluss P als auch dem Arbeitsanschluss A verbunden und es wirkt weiterhin eine der oben bezeichneten Flächendifferenz entsprechende Schliesskraft in Abhängigkeit vom herrschenden Unterdruck.- Beim Entregen des Magnetsystems schlieat.das Ventil selbsttätig, ohne dass eine Rückholfeder notwendig wäre. In Fig. 4 ist ein 3/2-Wegeventil dargestellt, das analog aufgebaut ist, wie das in Fio. 1 dargestellte Ventil, aber mit seinem Druckanschluss P an eine überdruckleitung anschliessbar ist, während der Arbeitsanschluss A ebenfalls an einen Verbraucher anschliessbar ist. Dieses Ventil unterscheidet sich von den oben beschriebenen Ventilen dadurch, dass die wirksamen Querschnitte der Ventilsitze 3 und 14 so bemessen sind, dass sie um einen vorgegebenen Betrag kleiner sind als die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers 8. Der Raum 9b ober- halb des Magnetankers 8 ist über einen Verbindungska nal 23 mit der dem Ventilsitz 3 zugekehrten Oberfläche des Ventiltellers 12 verbunden, in die er ausmündet. In dem in Fig. 4 dargestellten entregten Zustand des Magnetsystems sind zwei Flächen wirksam, nämlich die Querschnitts fläche des Magnetankers 8 und die Fläche unter dem ersten Ventilsitz 3. Der Flächendifferenz entsprechend ist das Ventil mit einer sich aus dem Druck ergebenden Schliesskraft geschlossen, ohne dass eine - besondere Schliessfeder notwendig ist. Beim'Öffnen des Ventils muss wiederum nur eine dieser Flächendifferenz entsprechende Öffnungskraft aufgebracht werden. Im erregten Zustand des Magnetsystems sind ebenfalls zwei Flächen wirksam, nämlich einmal die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers 8 und die Fläche unter dem zweiten Ventilsitz 14. Auch in diesem Zustand hat das Magnetsystem nur die Aufgabe, den Magnetanker 8 gegen eine die Flächendifferenz entsprechende Kraft zu halten.' Auch dieses Ventil kann ohne Rückholfeder betrieben werden, wenn es mit einem minimalen Mediumsdruck angesteuert wird. Für den Fall, dass das Ventil vom Druck Null an eingesetzt werden soll, ist eine kleine Feder erforderlich, die aber lediglich die äusserst geringen Reibungskräfte am Magnetanker 8 überwinden muss. Um den Zusammenbau des Ventils zu erleichtern, ist bei dieser Ausführungsform der Ventilschaft 11 in eine Bohrung Bb des Magnetankers 8 eingeschraubt. In den Fig. 5 und 6 sind Varianten der Ausführungsform eines 3/2-Wegeventils nach Fiq. 1 bzw. 3 dargestellt, die zur Ansteuerung durch Wechselstrom besonders geeignet ist. In den Fig. 5 und 6 sind alle Bauteile, die der Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. 3 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und es wird bezüclich dieser Einzelteile auf die oben gegebene Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 1 und 3 hingewiesen. Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ventil weist ein in die Magnetspule 7 eingesetztes Kopfstück 9' auf, in dessen untere Fläche, die dem Magnetanker 8' zugewandt ist, ein Kurzschlussring 18 eingesetzt ist. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform der Ventilteller 12 mit dem Magnetanker 8' nicht durch einen druchgehenden starren Ventilschaft verbunden, sondern der Ventilschaft weist eine durch ein Federelement überbrückte Unterbrechung auf. Dies wird dadurch erreicht, dass an der Unterseite des Magnetankers 8' ein Zapfen ll'a und an der Oberseite des Ventiltellers 12 ein Zapfen ll'b angeordnet sind und auf diese beiden Zapfen die Enden einer Schraubenfeder 19 aufgeschoben sind. Durch diese Ausbildung wird ein Flattern des Ventiltellefs im Betrieb mit Wechselstrom verhindert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Raum 9'b oberhalb des Magnetankers 8' mit einem Verbindungskanal 24 verbunden, der durch den Magnetanker 8' und den Zapfen' ll'-a geführt ist, an dessen Ende er im Bereich des Rücklaufanschlusses R ausmündet. Durch ist auch bei diesem Ventil ein Druckausgleich zwischen dem Raum 9'b und der Aussenluft und damit ein einwandfreier Bewegungsablauf des dichtend und reibungsarm über die Folie 20 im Führungsrohr 10 geführten Magnetankers 8' gewährleistet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der Raum 9'b oberhalb des Magnetankers 8' über einen Verbindungskanal 25, der sowohl durch den Magnetanker 8', , den Zapfen 11 a und den Zapfen ll'b geführt ist mit der dem Ventilsitz 3 zuge wandten Seite des Ventiltellers 12 verbunden. Damit diese Verbindung durch die Unterbrechung zwischen den Stirnseiten der Zapfen ll'a und ll'b nicht- ge.stört wird, ist aussen über die Schraubendruckfeder 19 ein dichtender Schlauch, beispielsweise Gummischiauch 26, gezogen. Auf diese Weise hat das Ventil die gleichen Eigenschaften wie das anhand von Fig. 3 beschriebene Ventil und es sind zum Uffnen und Schliessen nur die den vorgegebenen Flächendifferenzen zuischen den Ventilsitzen 3 und 14 einerseits und dem Magnetanker 8' andererseits wirksam, so dass das Ventil bei geringstem Energieverbrauch und ohne Rückholfeder arbeitet. In den übrigen Einzelmerkmalen entspricht die Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 der Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. 3. Die Ausbildung der beiden Ventilsitze 3 und 14. mit verschiednenen Durchmessern hat zur Folge, dass im Betrieb des Ventils, bei dem der Druckanschluss P an eine Unterdruckleitung angeschlossen ist, in den beiden Endstellungen des Ventil tellers 12 auf dem ersten Ventilsitz 3 bzw. dem zweiten Ventilsitz 14 aufgrund der unterschiedlichen Dichtunosquerschnitte unterschiedliche Schliess- bzw. Öffnungskräfte wirksam sind, die jeweils von der wirkenden magnetkraft zu überwinden sind. Dies hat zur Folge, dass die Magnetkraftkennlinie des Magnetsystems einen solchen Verlauf haben muss, dass in den beiden Endstellungen jeweils eine ausreichende Kraft zur Verfügung steht. Andererseits soll aber die Magnetkraftkennlinie auch einen Verlauf besitzen, der eine besonders günstige Leistungsaufnahme garantiert. Es hat sich herausgestellt, dass in diesem Falle eine Magnetkraftkennlinie besonders günstig ist, die im Bereich zwischen den beiden Endstellungen des Ventiltellers 12 einen Sattel aufweist. Eine derartige Maanetkraftkennli- nie ist in Fio. 7 dargestellt. In Fig. 7 ist die wirkende Magnetkraft bei einem 3/2 Wegeventil, das gemäss Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, gegen den Hub des Magnetankers aufgetragen, wobei die obere Endstellung des Ventil tellers 12 am Ventilsitz 14 mit E (evakuieren) und die untere Endstellung am Ventilsitz 3 mit 8 (belüften) bezeichnet ist, der Nennhub'NH zwischen den beiden Stellungen E und B beträgt etwa 2,5 mm und, wie Fig. 7 zu entnehmen, weist die Kennlinie im Bereich zwischen den beiden Stellungen E und 8 einen Sattel S auf. Der Prüfstrom betrug 0,5 A. Die Kennlinie wurde unter "worst case"-Bedingungen aufgenommen, d.h. bei maximaler Erwärmung und minimaler Speisespannung. Punkt B in Fig. 7 ist der Kraft gleichzusetzen, die erforderlich ist, um den Ventilteller 12 bzw. den Magnetanker 8 gegen ein anstehendes 60eigens Vakuum anzuziehen. Nach seiner Betätigung durcheilt der Magnetanker den Nennhub NH von 2,5 mm und muss nun am zweiten Ventilsitz 14 eine grössere Fläche gegen das Vakuum abdichten. Die hierfür erforderliche grössere Kraft ist durch den Punkt E gegeben. Die wirklich zur Verfügung stehende Magnetkraft ist in beiden Punkten erheblich grösser als die notwendige Kraft Durch den Sattel S der Magnetkraftkennlinie wird erreicht, dass in den beiden Punkten B und E ein ausreichender Kraftüberschuss vorhanden ist, die Differenz zwischen den in den beiden Punkten vorhandenen Magnetkräften aber nicht allzugross ist, wodurch eine günstige Leistunosbilanz erreicht wird.

Claims: Patentansprüche: 1. Elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil zur Steuerung eines Verbrauchers in einem Druckleitungs system, mit einem Ventilgehäuse (1), in dem eine einsei tig offene Ventilkammer (2) angeordnet ist, die durch einen ersten Ventilsitz (3) und einen ersten Kanal (4) mit einem Druckanschluss (P) und über einen zweiten Kanal (5) mit einem Arbeitsanschluss (A) verbunden ist und einem die offene Seite der Ventilkammer (2) abschliessen den, mit dem Ventilgehäuse (1) fest verbundenen Ventil oberteil (6), an dem ein Magnetsystem (7 bis 9) angeord net ist, mit einer Magnetspule (7), in welcher ein in einem Führungsrohr (10) geführter Magnetanker (8) ange ordnet ist, der einem im Oberteil der Magnetspule (7) angeordneten, mit einem Magnetjoch (9a) verbundenen Kopfstück (9) gegenüberliegt und der an- seinem,dem ersten Ventilsitz (3) zugekehrten Ende mit einem beid seitig wirkenden Ventilteller (12) verbunden ist, wobei - gegenüber-der dem ersten Ventilsitz (3) abgewandten Seite des Ventiltellers (12) ein zweiter Ventilsitz (14) angeordnet ist, durch den die Ventilkammer (2) mit einem Rücklaufanschluss (R) verbunden ist, dadurch gekennzeich -net, dass-der Magnetanker (8, 8') mit dem Ven-tilteller (12) über, einen durch die ÖfFnung des- zweiten Ventil sitzes (14, 14!) hindurchgeführten, einen ringförmigen Durchtrittsraum freilassenden Ventilschaft (11, 11", ll'a, ll'b) verbunden ist, wobei die Querschnittsfläche dieses Durchtrittsraumes gleich der wirksamen Quer schnittsfläche des Druckanschlusses (P) ist und der Rücklaufanschluss (R) seitlich am Ventiloberteil (6) im Bereich zwischen dem zweiten Ventilsitz (14, 14') und dem unteren Ende des Führungsrohres (10) für den Magnet anker (8, 8') angeordnet ist und ---------------------- der-llagnetanker (8, 8') gegenüber dem thedium dich tend und reibungsarm im Führungsrohr (10) geführt ist, wobei die wirksame Querschnittsfläche des Nagnetankers (8, 8') um einen vorgegebenen Betrag grösser oder kleiner ist als der wirksame Querschnitt jedes der beiden Ven tilsitze (3, 3', 14, 14') und der Raum (9b) zwischen Magnetanker (8, 8') und Kopfstück (9) über einen durch den Magnetanker (8, 8') mindestens einen Teil des Ven tilschaftes (11, 11", ll'a, ll'b) geführten Verbindungs- kanal (21, 22, 23, 24, 25) mit dem Raum unterhalb oder oberhalb des Ventiltellers (12) verbunden ist. 2. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 1 für ein Unterdrucklei tungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers (8, 8') kleiner ist als der wirksame Querschnitt jedes der beiden Ventil sitze (3, 3', 14, 14') und der Verbindungskanal (22, 23, 25) an der dem ersten Ventilsitz (3, 3') zugewandten Seite des Ventiltellers (12) ausmündet. 3. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 1 für ein Uberdrucklei- tungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Querschnittsfläche des Magnetankers (8, 8') grösser ist als der wirksame Querschnitt jedes der beiden Ventil sitze (3, 3', 14, 14') und der Verbindungskanal (23) an der dem ersten Ventilsitz (3) zugewandten Seite des Ventiltellers (12) ausmündet. 4. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Durchmesser des zweiten Ventil sitzes (14) grösser ist als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes (3). 5. 3/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der dichtenden und reibunosaren Führung des tlagnetankers (8, 8') im Führungsrohr (10) eine Folie (20) aus einem fluorhalti- gem Polymer, in den an das Kopfstück (9, 9') angrenzen den Abschnitt des Führungsrohres (10) auf einer vorgege benen Länge den Magnetanker (8, 8') an seiner Mantel fläche umfassend eingelegt und radial und axial fixiert ist. 6. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass die Folie zur radialen und axialen Fixierung an der dem Kopfstück zugewandten Seite zwischen der Aussen seite eines auf die Endfläche des Kopfstückes aufgeleg ten O-Ringes der Innenwand des Führungsrohres einge klemmt ist. 7. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Oberflächenrauhtiefe an der Man telfläche des Magnetankers (8, 8') kleiner als 2m ist, während die Oberflächenrauhtiefe an dem von der Folie (20) bedeckten Teil der inneren Mantelfläche des Füh rungsrohres (10) im Bereich zwischen 0,01 und 0,4 mm liegt. 8. 3/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Betätigung durch Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfstück (9') an der dem Magnetanker (8') zuge wandten Seite ein Kurzschlussring (18) angeordnet ist und der Ventilschaft (ll'a, ll'b) eine durch ein Federele ment (19) überbrückte Unterbrechung aufweist. 9. 3/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz an der Unterseite einer zwischen Ventilgehäuse (1) und Ventil oberteil (6) eingesetzten Ringplatte (13) angeordnet ist, die an ihrer Oberseite radiale Strömunoskanäle (16) aufweist, die mit dem Rücklaufanschluss (R) verbunden sind, wobei die Strömungskanäle (16) in mit dem AuSen- raum verbundene, den Rücklaufanschluss (R) bildende Durchtrittsschlitze (17) im Ventiloberteil (6) einmün- den. 10. 3/2-Wegeventil. nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass die Ringplatte (13) in mindestens zwei gegen einander um einen vorgegebenen Winkel verdrehten Posi tionen in das Ventilgehäuse (1) einsetzbar ist, wobei in mindestens einer der Positionen die Eintrittsöffnungen der Strömungskanäle (16) gegen die Durchtrittsschlitze (17) so versetzt angeordnet sind, dass ein verkleinerter Durchtrittsquerschnitt entsteht. 11. 3/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es aus den vier auseinander nehmbaren und wieder zusammensetzbaren Teilen, dem Ventilgehäuse 1, dem Ventiloberteil (6), der Ringplatte 13 und dem Magnetanker (8) mit Ventilteller (12),be steht.

Inventors: MOLDENHAUER, HERMANN
Applicants: A. UND K. MULLER GMBH & CO. KG
Application year: 1983
Main classification: F16K31
IPC codes: F16K31