DE8806867U1 - Electromagnetically operated 5/2-way valve - Google Patents
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Firma A. &ugr;. &Kgr;. Müller GmbH & Co. KG, Bücherstr. 31-37, 4000 Düsseldorf 13Company A. &ugr;. &Kgr;. Müller GmbH & Co. KG, Bücherstr. 31-37, 4000 Düsseldorf 13
Elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil. 10Electromagnetically operated 5/2-way valve. 10
Die Neuerung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The innovation concerns an electromagnetically actuated 5/2-way valve with the features from the generic term of claim 1.
W In der deutschen Gebrauchsmusterschrift Nr. 72 07 693 ist ein pneumatisch betätigbares Mehrwegeventil beschrieben, das im übrigen die Merkmale aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 aufweist.W In the German utility model no. 72 07 693 a pneumatically operated multi-way valve is described, which also has the features from the generic term of claim 1.
Dieses bekannte Ventil ist für Überdrucksysteme gedacht und benötigt einen bestimmten Mindestdruck zu seiner Betätigung.This well-known valve is intended for overpressure systems and requires a certain minimum pressure to operate.
Die Anforderungen, die an ein 5/2-Wegeventil gestellt werden, das für Unterdrucksysteme geeignet sein soll, unterscheiden sich von den Anforderungen an Ventile für Überdrucksysteme.The requirements placed on a 5/2-way valve that is intended to be suitable for negative pressure systems differ from the requirements placed on valves for positive pressure systems.
Unterdruck kann in weiten Bereichen schwanken, aber r.cr maximal 100 kPa annehmen.Negative pressure can vary within wide ranges, but r.cr can not exceed 100 kPa.
Wenn beispielsweise über das Ventil ein doppeltwirkender Zylinder betätigt werden soll, dessen Bewegung in beiden Richtungen getrennt in der Geschwindigkeit variieren soll, was zu bestimmten Anforderungen hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit und der wirkenden Kräfte führt, so kann man in einem Unterdrucksystem nicht, wie bei Überdruck, den Druck in weiten BereichenIf, for example, a double-acting cylinder is to be operated via the valve, the speed of which is to vary separately in both directions, which leads to certain requirements with regard to the speed of movement and the forces acting, then in a vacuum system one cannot, as with overpressure, vary the pressure over wide ranges.
variieren. Mit den wirksamen Kolbenflächen muß die Kraft des Zylinders bestimmt werden. Dies hat zur Folge, daß die Nennweite des die Bewegungsabläufe steuernden Ventils groß sein muß und die Umschaltvorgänge nur kurze Zeit beanspruchen dürfen.vary. The force of the cylinder must be determined using the effective piston areas. This means that the nominal width of the valve controlling the movement sequences must be large and the switching processes must only take a short time.
~&mgr; Die der Neuerung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein elektromagnetisch betätigbares 5/2-Wegeventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 so auszugestalten, daß es insbesondere für Unterdrucksysteme geeignet ist und mit großen Nennweiten ausgestattet sein kann. Weiterhin sollte es, um ein schnelles Umschalten zu gewährleisten, direktwirkend betätigbar sein und nur geringe Steuerleistung erfordern. Schließlich sollte es möglich sein, die verschiedenen Durchtrittswege des Ventils in unterschiedlicher Weise zu variieren und das Ventil sollte verschleißarm und wenig anfällig gegen Verschmutzung sein. ~μgr; The task underlying the innovation was to design an electromagnetically actuated 5/2-way valve with the features from the generic term of claim 1 in such a way that it is particularly suitable for vacuum systems and can be equipped with large nominal diameters. Furthermore, in order to ensure rapid switching, it should be directly actuated and require only a small amount of control power. Finally, it should be possible to vary the various passageways of the valve in different ways and the valve should be low-wear and less susceptible to contamination.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht neuerungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Schutzan-Spruchs 1.According to the innovation, this task is solved with the features from the characterizing part of the protection claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen des neuerungsgemäßen Ventils sind in den Schutzansprüchen 2 bis 6 beschrieben .Advantageous embodiments of the valve according to the invention are described in claims 2 to 6.
Wegen der Forderung nach kurzen Umschaltzeiten wird bei dem neuen Ventil auf eine Kolben- oder Membranunterstützung im Betätigungsteil, wie bei dem bekannten Teil, verzichtet. Die Forderung nach geringer elektrischer Steuerleistung verbietet es weiterhin, einen Steuerschieber für große Nennweiten direkt zu betätigen.Due to the requirement for short switching times, the new valve does not have a piston or diaphragm support in the actuating part, as in the known part. The requirement for low electrical control power also prohibits the direct actuation of a control slide for large nominal diameters.
Das neue Ventil ist außerordentlich einfach aufgebaut. Es sind vier koaxial zueinander angeordnete Ventilsitze vorhanden, die durch insgesamt nur zwei doppelwirkende Ventilteller je nach Schaltstellung wechselweise abgedichtet werden müssen. Hier tritt das Problem auf, daß es nur mit größter Präzision möglich wäre, einen gleichzeitigen Form- Kraftschluß der Dichtelemente zu erreichen. Bei dem neuen Ventil wird dieses Problem dadurch gelöst, daß jeder der beiden Ventilteller den einen ihm zugeordneten Ventilsitz durch eine starr anliegende Dichtung und den anderen ihm zugeordnetenThe new valve is extremely simple in design. There are four valve seats arranged coaxially to one another, which must be alternately sealed by a total of just two double-acting valve disks depending on the switching position. The problem here is that it would only be possible to achieve a simultaneous positive and force-locking connection of the sealing elements with the greatest precision. In the new valve, this problem is solved by each of the two valve disks sealing the valve seat assigned to it with a rigid seal and the other valve seat assigned to it with a
verschließt. Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert, wirkt je nach der Stellung des Ventiltellers die flexibel anliegende oder die starr anliegende Seite eines Dichtelementes auf den entsprechenden Ventilsitz. Durch diesen Aufbau des neuen Ventils ist es möglich, größere maßliche Toleranzen zu überbrücken.closes. As explained in more detail below using an example, depending on the position of the valve plate, the flexibly or rigidly attached side of a sealing element acts on the corresponding valve seat. This design of the new valve makes it possible to bridge larger dimensional tolerances.
Das neue Ventil ist in hervorragender Weise zum Einsatz in Unterdrucksystemen geeignet.The new valve is ideal for use in vacuum systems.
Eine bevorzugte Anwendungsart bei Unterdrucksystemen ist die Verwendung des Ventils als Pulsator in Melkanlagen zur pulsweisen Ansteuerung des Melkgeschirrs mit Unterdruck. Gewöhnlich werden in derartigen Anlagen 3/2-Wege-Polsatorventile eingesetzt. Die Verwendung des neuen 5/2-Wegeventils bei alternierender Pulsierung im Verhältnis 50/50% kann jeweils ein 3/2-Wegeventil eingespart werden.A preferred application for vacuum systems is the use of the valve as a pulsator in milking systems for pulsating the milking equipment with vacuum. 3/2-way pulsator valves are usually used in such systems. Using the new 5/2-way valve with alternating pulsation in a ratio of 50/50% means that one 3/2-way valve can be saved.
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Wird die Betätigungsvorrichtung des neuen Ventils gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 2 ausgebildet, so stellt sich eine monostabile Wirkungsweise ein. Es ist aber auch möglich, auf eine Rückholfeder zu verzichten und den Anker in beiden Bewegungsrichtungen kraftschlüssig mit dem Ventilschaft zu verbinden. Bei entsprechender Ausbildung des Magnetsystems kann das Ventil dann durch polarisierte Impulse in einer bistabilen Wirkungsweise betrieben werden.If the actuating device of the new valve is designed according to the features of claim 2, a monostable mode of operation is achieved. However, it is also possible to dispense with a return spring and to connect the armature to the valve stem in a force-locking manner in both directions of movement. If the magnetic system is designed accordingly, the valve can then be operated in a bistable mode of operation by polarized pulses.
Der einfache Aufbau gestattet es, beispielsweise durch entsprechende Ausbildung der zweiten Ventilsitze, die verschiedenen Ourchtrittswege des Ventils unterschiedlich zu beeinflussen, indem beispielsweise bei einer in Schutzanspruch 6 beschriebenen Ausführungsform unterschiedliche Einsatzstücke eingesetzt werden.The simple construction allows, for example by appropriately designing the second valve seats, the various passage paths of the valve to be influenced differently, for example by using different inserts in an embodiment described in claim 6.
Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung ein Aueführungebeispiel für ein 5/2-Wegeventil nach der
Neuerung näher erläutert.
25In the following, an example design for a 5/2-way valve according to the innovation is explained in more detail using the attached drawing.
25
Die Zeichnung zeigt ein 5/2-Wegeventil für ein Unterdrucksystem in einem Vertikalechnitt durch die Mittelachse des Ventils.The drawing shows a 5/2-way valve for a vacuum system in a vertical section through the center axis of the valve.
1 Das in Fig. 1 dargestellte 5/2-Wegeventil für ein Unterdruckeyetem besitzt ein Ventilgehäuse VG, an dem ein Druckanschluß P zum Anschluß an ein Unterdrucksystem, zwei Arbeitcenschlüsse Al und A2 zum Anschluß en einen Verbraucher und zwei Rücklaufenschlüsse Rl und R2 zur1 The 5/2-way valve for a vacuum system shown in Fig. 1 has a valve housing VG, on which a pressure connection P for connection to a vacuum system, two working connections Al and A2 for connection to a consumer and two return connections Rl and R2 for
Die Darstellung ist längs der vertikalen Mittellinie M geteilt, so daß die linke und die rechte Bildhälfte in den beweglichen Teilen des Ventils die beiden unterschiedlichen Schaltzustände darstellen.The illustration is divided along the vertical center line M, so that the left and right halves of the image represent the two different switching states in the moving parts of the valve.
Der Druckanschluß P mündet in eine innerhalb des Ventilgehäuses VG koaxial zur Längsmittelachse M angeordnete
Innenkammer, an deren Enden nach außen weisende erste
Ventilsitze 1.1 und 1.2 angeordnet sind. Gegenüber den beiden ersten Ventilsitzen 1.1 und 1.2 ist jeweils ein
zweiter Ventilsitz 2.1 und 2.2 angeordnet. Diese zweiten Ventilsitze 2.1 und 2.2 sind jeweils an einem Einsatzstück
2.11 und 2.22 angeordnet, die von beiden Seiten in das Ventilgehäuse VG einsetzbar sind.The pressure port P opens into an inner chamber arranged within the valve housing VG coaxially to the longitudinal center axis M, at the ends of which outward-facing first
Valve seats 1.1 and 1.2 are arranged. A second valve seat 2.1 and 2.2 is arranged opposite the first two valve seats 1.1 and 1.2. These second valve seats 2.1 and 2.2 are each arranged on an insert piece 2.11 and 2.22, which can be inserted into the valve housing VG from both sides.
Oberhalb des Einsatzstückes 2.11 und unterhalb des
Einsatzstückes 2.22 befindet sich jeweils eine Außenkammer 6.1 und 6.2, die an ihren Seitenflächen die
Belüftungsöffnungen Rl und R2 aufweist.Above the insert 2.11 and below the
Insert 2.22 has an outer chamber 6.1 and 6.2, which have on their side surfaces the
has ventilation openings Rl and R2.
Die Ventilsitze 1.1 und 2.1 sind in einer Ventilkammer 7.1 angeordnet, die mit dem Arbeitsanschluß Al verbunden ist, während die Ventilsitze 1.2 und 2.2 in einer Ventilkammer 7.2 angeordnet sind, die mit dem Arbeitsanschluß A2 verbunden ist.The valve seats 1.1 and 2.1 are arranged in a valve chamber 7.1, which is connected to the working connection Al, while the valve seats 1.2 and 2.2 are arranged in a valve chamber 7.2, which is connected to the working connection A2.
3ü Zwischen dem ersten und zweiten Ventilsitz 1.1 und 2.1 bzw. 1.2 und 2.2 ist jeweils ein auf- und abbewegbarer Ventilteller 3.1 und 3.2 angeordnet. Die beiden Ventilteller 3.1 und 3.2 sind über den Ventilschaft 4 miteinander verbunden.3ü Between the first and second valve seats 1.1 and 2.1 or 1.2 and 2.2, a valve plate 3.1 and 3.2 that can be moved up and down is arranged. The two valve plates 3.1 and 3.2 are connected to one another via the valve stem 4.
Der bewegbare Steuerteil des Ventils ist als eine zusammenhängende Baueinheit ausgebildet, indem auf einenThe movable control part of the valve is designed as a coherent unit by
den Ventilschaft 4 bildenden Zuganker ein Mittelteil 3.3 aufgeschoben ist, das an seinen beiden Enden jeweils in eine sich verbreiternde Abstützplatte 3.31 und 3.32 übergeht. Diese Abstützplatte befindet sich jeweils im Bereich der ersten und zweiten Ventilsitze je nach Stellung des Ventils und ihr Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser des ersten Ventilsitzes 1.1 bzw. 1.2 aber größer als der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes 2.1 bzw. 2.2.A central part 3.3 is pushed onto the tie rod forming the valve stem 4, which at both ends merges into a widening support plate 3.31 and 3.32. This support plate is located in the area of the first and second valve seats depending on the position of the valve and its diameter is smaller than the diameter of the first valve seat 1.1 or 1.2 but larger than the diameter of the second valve seat 2.1 or 2.2.
Auf die Abstützplatte 3.31 und 3.32 ist jeweils eine flexible ringförmige Dichtungsscheibe 3.1 und 3.2 aufgelegt, die an zwei von außen auf den Ventilschaft 4 aufgesteckten Außenteilen 3.4 und 3.5 verankert ist. Die beiden Auß^nteile 3.4 und 3.5 weisen an dem dem Mittelteil 3.3 zugewandten Ende ebenfalls Verbreiterungen auf, deren Durchmesser aber kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Ventilsitze 2.1 und 2.2.A flexible ring-shaped sealing disk 3.1 and 3.2 is placed on the support plate 3.31 and 3.32, which is anchored to two outer parts 3.4 and 3.5 placed on the outside of the valve stem 4. The two outer parts 3.4 and 3.5 also have widenings at the end facing the middle part 3.3, but their diameter is smaller than the diameter of the second valve seats 2.1 and 2.2.
Die Verankerungselemente für die Dichtungsscheiben 3.1 und 3.2 sind als Nuten 3.41 und 3.51 ausgebildet.The anchoring elements for the sealing discs 3.1 and 3.2 are designed as grooves 3.41 and 3.51.
Die aus dem Mittelteil 3.3, den Außenteilen 3.4 und 3.5 und den Dichtungsscheiben 3.1 und 3.2 bestehende Baueinheit wird durch den Zuganker 4 zusammengehalten und ist kosxial in das Ventilgehäuse VG eingesetzt, wobei von der Baueinheit die Innenkammer 5, die Ventilkammern 7.1 und 7.2, die ersten und zweiten Ventilsitze 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2 und mindestens teilweise die Außenkammern 6.1 und 6.2 durchsetzt sind. Die Führung der bewegbaren Baueinheit erfolgt durch Führungerippen 3.42, 3.33, 3.34 und 3.52 an den beiden Außenteilen und dem Innenteil. Diese Führungsrippen sind an entsprechenden Bereichen der beiden Einsatzstücke 2.11 und 2.22 sowie der Innenkammer 5 geführt.The assembly consisting of the middle part 3.3, the outer parts 3.4 and 3.5 and the sealing disks 3.1 and 3.2 is held together by the tie rod 4 and is inserted coaxially into the valve housing VG, whereby the assembly passes through the inner chamber 5, the valve chambers 7.1 and 7.2, the first and second valve seats 1.1, 1.2 and 2.1, 2.2 and at least partially the outer chambers 6.1 and 6.2. The movable assembly is guided by guide ribs 3.42, 3.33, 3.34 and 3.52 on the two outer parts and the inner part. These guide ribs are guided in corresponding areas of the two inserts 2.11 and 2.22 as well as the inner chamber 5.
I I · · t ·II · · t ·
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Durch die besondere Ausbildung der Abstützflächen 3.31 und 3.32 wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich, erreicht, daß beispielsweise in der in Fig. 1, linke Hälfte, dargestellten Ventilstellung die Dichtungsscheibe 3.1 flexibel, also nicht besonders unterstützt, am ersten Ventilsitz 1.1 anliegt, während die Dichtungsscheibe 3.2 starr, d.h. von der Abstützfläche 3.32 unterstützt, am zweiten Ventilsitz 2.2 anlief. In Fig. 1, rechte Hälfte, liegt in der anderen Ventilstellung die Dichtungsscheibe 3.1 starr, also von der Abstützfläche 3.31 unterstützt, am zweiten Ventilsitz 2.1 an, während die Dichtungsscheibe 3.2 in dieser Stellung flexibel, also nicht besonders unterstützt, am ersten Ventilsitz 1.2 anliegt.The special design of the support surfaces 3.31 and 3.32 means, as can be seen from the drawing, that, for example, in the valve position shown in Fig. 1, left half, the sealing disk 3.1 rests flexibly, i.e. not particularly supported, on the first valve seat 1.1, while the sealing disk 3.2 rests rigidly, i.e. supported by the support surface 3.32, on the second valve seat 2.2. In Fig. 1, right half, in the other valve position the sealing disk 3.1 rests rigidly, i.e. supported by the support surface 3.31, on the second valve seat 2.1, while the sealing disk 3.2 in this position rests flexibly, i.e. not particularly supported, on the first valve seat 1.2.
Es zeigt sich also, daß jede der beiden doppeltwirkenden, den Ventilteller bildenden Dichtungsscheiben 3.1 bzw. 3.2 den ersten Ventilsitz 1.1 und 1.2, der mit dem Druckanschluß P verbunden ist, in flexibel am Ventilsitz anliegender Weise abdichtet, während jeweils der zweite Ventilsitz 2.1 bzw. 2.2, der mit den Belüftungsöffnungen verbunden ist, in starr anliegender Weise abgedicittet wird. Dabei wird, weil es sich um ein Unterdrucksystem handelt, die jeweils flexibel anliegende Dichtungsscheibe in ihrer Abdichtungskraft durch den anliegenden Atmosphärendruck unterstützt. Diese unterstützende Kraft wirkt über den Ventilschaft 4 auch auf die jeweils anderen in dieser Stellung starr abdichtenden Dichtungsecheiben. It can be seen that each of the two double-acting sealing disks 3.1 and 3.2 forming the valve plate seals the first valve seat 1.1 and 1.2, which is connected to the pressure connection P, in a flexible manner against the valve seat, while the second valve seat 2.1 and 2.2, which is connected to the ventilation openings, is sealed in a rigid manner. Because this is a vacuum system, the sealing force of the flexibly attached sealing disk is supported by the atmospheric pressure present. This supporting force also acts via the valve stem 4 on the other sealing disks, which seal rigidly in this position.
Durch diesen Aufbau ist es möglich, sin in allen Schalt-Stellungen außerordentlich gut abdichtendes Ventil zu erhalten und größere maßliche Toleranzen zu überbrücken.This design makes it possible to obtain a valve that seals extremely well in all switching positions and to bridge larger dimensional tolerances.
Die den bewegbaren Steuerteil bildende Baueinheit ist an ihrer in der Zeichnung unteren Seite durch eine Schraubendruckfeder 10 abgestützt, die in einer mit dem Einsatzstück 8.2 verbundenen Kappe 11 angeordnet ist. Das obere Ende dieser Baueinheit stützt sich an einem Betätigungsstift 9.32 ab, der in das am Einsatzstück 8.1 iü befestigte Magnetsystem 3 äii döf Oberseite dss Vsntilgs= häuses VG hineingeführt ist.The structural unit forming the movable control part is supported on its lower side in the drawing by a helical compression spring 10 which is arranged in a cap 11 connected to the insert piece 8.2. The upper end of this structural unit is supported on an actuating pin 9.32 which is guided into the magnet system 3 fastened to the insert piece 8.1 on the top of the valve housing VG.
Das Magnetsystem 9 besteht aus einer Magnetspule 9.1, durch die in Längsrichtung ein Führungsrohr 9.4 hindurchgeführt ist, innerhalb dessen der Magnetanker 9.31 angeordnet ist, an dessen Unterseite der Betätigungsstift 9.32 befestigt ist. Um die Magnetspule 9.1 herum ist das Magnetjoch 9.21 angeordnet, das durch ein Kopfstück 9.23 und ein Fußstück 9.22 geschlossen ist. Der Betätigungsstift 9.32 ist durch das Fußstück 9.22 hindurchgeführt und die Auslegung des Magnetsystems 9 ist so, daß bei Erregung der Magnetspule 9.1 der Anker 9.31 und damit der Betätigungsstift 9.32 nach unten gegen die Kraftwirkung der Schraubendruckfeder 10 herausgedrückt wird. Dies bedeutet, daß im erregten Zustand des Magnetsystems 9 sich das Ventil in der in Fig. 1, linke Hälfte, dargestellten Schaltstellung befindet, während bei Entregung des Magnetsystems 9 sich das Ventil in der in Fig. 1, rechte Hälfte, dargestellte Schaltstellung befindet. In der erstgenannten Schaltstellung ist der Arbeitsanschluß Al an die Belüftungsöffnung Rl und der Arbeitsanschluß A2 an den Druckanschluß P angeschlossen, während in der zweitgenannten Stellung der Arbeitsanschluß Al an den Druckanschluß P und der ArbeitsanschlußThe magnet system 9 consists of a magnet coil 9.1, through which a guide tube 9.4 is guided in the longitudinal direction, within which the magnet armature 9.31 is arranged, on the underside of which the actuating pin 9.32 is attached. The magnet yoke 9.21 is arranged around the magnet coil 9.1 and is closed by a head piece 9.23 and a base piece 9.22. The actuating pin 9.32 is guided through the base piece 9.22 and the magnet system 9 is designed such that when the magnet coil 9.1 is excited, the armature 9.31 and thus the actuating pin 9.32 are pressed downwards against the force of the helical compression spring 10. This means that when the magnet system 9 is energized, the valve is in the switching position shown in Fig. 1, left half, while when the magnet system 9 is de-energized, the valve is in the switching position shown in Fig. 1, right half. In the first switching position, the working connection Al is connected to the ventilation opening Rl and the working connection A2 is connected to the pressure connection P, while in the second position, the working connection Al is connected to the pressure connection P and the working connection
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