DE69209131T2

DE69209131T2 - Gewindehülse-Zusammenbau

Info

Publication number: DE69209131T2
Application number: DE69209131T
Authority: DE
Inventors: Robert A Domke
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-04-17
Also published as: US5127624A; DE69209131D1; EP0511760A1; JPH0626588A; EP0511760B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der elektrisch betätigten Ventile oder der Magnetventile. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Magnetventil, das eine verbesserte Hülsenanordnung aufweist.
Magnetventile sind im Stand der Technik weit entwickelt. Ein grundlegendes Magnetventil besteht aus einem Elektromagneten, der so angeordnet ist, daß, wenn Strom durch eine elektrische Wicklung geschickt wird (wenn das Ventil erregt wird), ein Stößel eine Öffnung entweder öffnet oder abdichtet, wodurch der Fluidfluß gesteuert wird. Das einfachste Magnetventil besitzt vier grundlegende Funktionsteile: Eine Magnetspule, ein Ventilgehäuse, eine Hülsenanordnung und einen Stößel bzw. Anker. Die Spule umgibt den Stößel, der einen Einsatz aus einem weichen synthetischen Material an einem Ende aufweisen kann. Das Ventilgehäuse besitzt eine Öffnung, die durch den Einsatz in dem Stößel abgedichtet ist. Die Öffnung wird durch die Bewegung des Stößels geöffnet oder geschlossen. Die Spule veranlaßt den Stößel, sich zu bewegen, wenn die Spule erregt wird. Wenn die Spule entregt ist, so wird der Stößel in seine Ursprungsposition mittels einer Feder zurückgeführt. Wenn ein Strom durch eine Drahtwicklung fließt, so erzeugt er ein magnetisches Feld um diese. Die Stärke des magnetischen Flusses hängt von dem Betrag des Stromes ab, der fließt und von der Anzahl der Wicklungen des Drahtes.
Die bekannte Hülsenanordnung umfaßt ein Rohr, das im allgemeinen aus einem nicht magnetischen rostfreien Stahl hergestellt wird, welches mit einem ersten Endstück, einem magnetischen rostfreien Stahlflansch verschweißt ist. Das erste Endstück kann das Gehäuse gegenüber der Hülse abdichten, wenn es in das Gehäuse eingeschraubt wird. Der Stößel ist auf der Längsachse der Hülse angeordnet und bewegt sich entlang der Achse, um das Ventil zu öffnen und zu schließen. Das andere Ende der Hülse besitzt ein zweites Endstück, das mit dem Rohr verschweißt ist. Das zweite Endstück, ein Anschlag, bildet einen Teil eines Weges mit geringem magnetischem Widerstand, um eine magnetische Wegstrecke zu bilden, die vorliegt, wenn die Spule erregt ist. Die bekannte Hülse aus drei Stücken ist eine relativ aufwendige Konstruktion mit der anhaftenden Möglichkeit des Ausfalles. Da sie eine Hülsenanordnung aus drei Stücken bildet, ergibt sich eine mögliche Schwachstelle an dem Schweißpunkt, wo die Hülse mit dem Flansch verbunden ist. Bei dem üblichen Magnetventilaufbau können zwei Kräfte auf diese erste Stelle einwirken. Zunächst bildet die Hülsenanordnung Teil einer Druckkammer, die ein Fluid enthält, welches durch die Einlaßöffnung fließt. Die Underwriters Laboratories and die Canadian Standards Association schreiben vor, daß die Hülsenanordnung dem fünffachen Nenndruck des Ventils standhält. Zweitens wird in einer Anzahl von herkömmlichen Ventilkonstruktionen die Hülsenanordnung oftmals verwendet, um das Gehäuse und die Magnetspule an Ort und Stelle zu halten, wobei dieser Aufbau einen konstanten statischen Druck auf die Schweißstelle hervorruft.
Die DE-PS 2855902 offenbart ein Magnetventil gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 mit einer konisch erweiterten Hülse mit einem Magnetanschlag und einer Magnetspule, die sich entlang der Hülsenanordnung erstreckt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung gibt ein elektrisch betätigbares Ventil mit einem Gehäuse vor, das Einlaß- und Auslaßanschlüsse mit Einlaß- und Auslaßöffnungen in einer mit Gewinde versehenen um eine Achse zentrierten tassenförmigen Ausnehmung aufweist, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen einen Fluiddurchgang zwischen den Einlaß- und Aulaß- Anschlüssen vorgeben, wenigstens eine Öffnung senkrecht und zentriert um die Achse liegt, die tassenförmige Ausnehmung ein Hülsenelement aufnimmt, das sich längs der Achse erstreckt, das Hülsenelement einen Stößel aus magnetischem Material enthält und einen Schließkörper zum Schließen der auf der Achse angeordneten Öffnung besitzt und eine elektrische Spule das Hülsenelement zur Betätigung des Stößels umgibt, und wobei das Ventil dadurch gekennzeichnet ist, daß das Hülsenelement einen rohrförmigen Abschnitt umfaßt, der ein erstes erweitertes integral mit dem verbleibenden rohrförmigen Abschnitt gebildetes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erweiterte Ende mit einem Außengewinde versehen ist, das mit dem Gewinde in der tassenförmigen Ausnehmung des Gehäuses zusammenpaßt, wobei der rohrförmige Abschnitt aus nicht- magnetischem Material besteht und in die tassenförmige Ausnehmung eingeschraubt ist und das erweiterte erste Ende einen Dichtungssitz zum Zusammendrücken einer Dichtung zwischen der tassenförmigen Ausnehmung und dem Hülsenelement aufweist; daß ein Anschlag mit dem zweiten Ende des rohrförmigen Abschnittes zur Bildung einer Druckdichtung verschraubt ist und der Anschlag ein magnetisches Material umfaßt; und daß eine Flußplatte aus magnetischem Material um das Hülsenelement zwischen der elektrischen Spule und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Flußplatte, der Anschlag und der Stößel eine Strecke mit geringem magnetischem Widerstand bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine Querschnittsansicht eines bekannten Magnetventils.
Figuren 2a und 2b sind Querschnittsansichten von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Figur 3 ist eine Querschnittsansicht einer bekannten Hülsenanordnung.
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht eines Hülsenelements, wie es bei den Ventilen von Figur 2a und 2b verwendet wird.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Das elektrisch betätigte Ventil bzw. das Magnetventil 1 von Figur 1 umfaßt eine Magnetspule 10, ein Gehäuse 20, einen Stößel 30 und eine Hülsenanordnung 40. Die bekannte Hülsenanordnung 40 ist eine dreiteilige Hülsenanordnung, bei der ein Rohr 42 aus nicht-magnetischem rostfreiem Stahl um die Längsachse 5 des Magnetventils 1 angeordnet ist. Das Rohr 42 besitzt ein erstes Ende und ein zweites Ende. Das erste Ende des Rohres 42 ist mit einer Rückhalteeinrichtung bzw. einem Flansch 41 verschweißt. Die Rückhalteeinrichtung 41 besteht aus magnetischem rostfreiem Stahl. Die Rückhalteeinrichtung 41 ist um das Rohr 42 angeordnet und mit ihrer äußeren Ringfläche in das Gehäuse 20 eingeschraubt. Die Hülsenanordnung 40 besitzt ferner einen Anschlag 43, der mit dem zweiten Ende des Rohres 42 verschweißt ist. Der Anschlag 43 besteht aus magnetischem rostfreiem Stahl, so daß er einen Teil einer Wegstrecke mit geringem magnetischem Widerstand bildet, um eine magnetische Wegstrecke zu bilden, welche vorliegt, wenn die Magnetspule 10 erregt ist. Die Magnetspule 10 ist um den Anschlag 43 und das Rohr 42 auf der Achse 5 angeordnet.
Das Gehäuse 20 enthält den Einlaßanschluß 22, den Auslaßanschluß 23 und eine tassenförmige Ausnehmung 25. Es sei vermerkt, daß das Magnetventil der Figuren 1, 2a und 2b nur zwei Konfigurationen von vielen unterschiedlichen Magnetventil konfigurationen reprasentiert. Es versteht sich, daß ein Fachmann das Magnetventil an irgendeine Vielzahl von naheliegenden Konfigurationen anpassen kann, die noch in den Rahmen der vorliegenden Ansprüche fallen. Der Einlaßanschluß 22 und der Auslaßanschluß 23 besitzen Öffnungen 22a und 23a in die mit Gewinde versehene tassenförmige Ausnehmung 25. Das Gehäuse 20 wird allgemein aus Messing, rostfreiem Stahl oder Plastik hergestellt. Der Stößel 30 ist innerhalb der Hülsenanordnung 40 angeordnet, so daß, wenn die Hülsenanordnung 40 in die Ausnehmung 25 des Gehäuses 20 eingeschraubt wird, sich der Stößel 30 entlang der Achse 5 bewegt und innerhalb des Zylinders 42 durch den Anschlag 43 und die Ausnehmung 25 gehalten wird. Das Gehäuse 20 und die Hülsenanordnung 40 sind durch einen O-Ring bzw. Dichtring 28 abgedichtet, der in der Ausnehmung 25 angeordnet ist. Der Einlaßanschluß 22 ist in die tassenförmige Ausnehmung 25 über die Einlaßöffnung 22a gerichtet, so daß das Fluid um den Stößel 30 fließen kann und, wenn die Magnetspule 10 erregt ist, über die Auslaßöffnung 23a zu dem Auslaßanschluß 23 fließen kann. Die Auslaßöffnung 23a ist senkrecht gerichtet und zu der Achse 5 zentriert, so daß, wenn die Magnetspule 10 entregt wird, der Stößel 30 gegen die Öffnung 23a abdichtet.
Der Stößel 30 kann innerhalb der Hülsenanordnung 40 gleiten. Der Stößel 30 besitzt ferner ein Schließelement bzw. eine Ventildichtung 34, welche verwendet wird, um die Öffnung 23a des Ausgangsanschlusses 23 abzudichten. Die Ventildichtung 34 kann aus Buna-N, Viton oder Äthylenpropylen hergestellt werden. Ein Sekundäranschluß 24 ist in dem Anschlag 43 angeordnet. Eine Ventildichtung 35, die aus Buna-N, Viton oder Äthylenpropylen hergestellt sein kann, wird verwendet, um den sekundären Anschluß 24 abzudichten. Eine Feder 36 ist zwischen der Hülsenanordnung 40 und dem Stößel 30 in einer solchen Weise angeordnet, daß die Ventildichtung 34 die Öffnung 23a verschließt, wenn die Magnetspule 10 nicht erregt ist.
Bei dem Magnetventil 1 gemäß Figur 1 schließt, wenn die Magnetspule 10 nicht erregt ist, der Stößel 30 die Auslaßöffnung 23a und öffnet den sekundären Anschluß 24, der in dem Anschlag 43 angeordnet ist. Wenn die Spule 10 erregt wird, so wird der Stößel 30 gegen den Anschlag 43 gezogen, wodurch der in dem Anschlag 43 angeordnete sekundäre Anschluß 24 geschlossen und die Auslaßöffnung 23a im Gehäuse 20 geöffnet wird. Auf diese Weise kann das Fluid durch das Magnetventil 1 fließen.
Die Hülsenanordnung 40 von Figur 1, die in Figur 3 weiter veranschaulicht ist, umfaßt drei Hauptteile. Das Rohr 42 ist aus einem nicht-magnetischen rostfreien Stahl hergestellt. Die Rückhalteeinrichtung bzw. der Flansch 41 ist aus einem magnetischen rostfreien Stahl hergestellt und so ausgestaltet, daß er in das Gehäuse 20 von Figur 1 eingeschraubt werden kann. Die Rückhalteeinrichtung 41 ist am Punkt 45 mit dem ersten Ende des Rohres 42 verschweißt. Der Anschlag 43 ist mit dem zweiten Ende des Rohres 42 verschweißt, um die Hülsenanordnung 40 zu vervollständigen.
Die Hülsenanordnung 40 ist zwei Hauptkräften unterworfen. Die erste Kraft, die dem Schweißpunkt 45 auferlegt wird, ist durch den Fluiddruck vorgegeben, welcher vom Einlaßanschluß 22 ausgeübt wird. Wie zuvor bemerkt, muß die Hülsenanordnung 40 in der Lage sein, wenigstens dem fünffachen Nenndruck standzuhalten, für den das Ventil ausgelegt ist. Die zweite Kraft, die dem Schweißpunkt 45 auferlegt wird, ist die statische Kraft, die verwendet wird, um das Magnetventil zusammenzuhalten. Die Mutter 50 in Figur 1 wird oben auf den Anschlag 43 aufgeschraubt und hält die Magnetspule 10 auf dem Rohr 42. Die Rückhalteeinrichtung 41 wird in das Gehäuse 20 in einer solchen Weise eingeschraubt, daß das Gehäuse 20 die Magnetspule 10 zwischen der Mutter 50 und dem Gehäuse 20 zusammendrückt. Auf Grund dieser Anordnung wird der Schweißpunkt 45 einer konstanten statischen Kraft ausgesetzt, die verwendet wird, um die Magnetspule 10 zwischen dem Gehäuse 20 und der Mutter 50 zusammenzudrücken Somit ist der Schweißpunkt 45 einem Fluiddruck und einer statischen Kraft ausgesetzt, die die Lebensdauer des Magnetventils 1 von Figur 1 zu verkürzen bestrebt sind.
Die Figuren 2a, 2b und 4 veranschaulichen eine Hülsenanordnung 240, welche bei der Erfindung verwendet wird. Figur 2a veranschaulicht eine Richtungs-Steuerventilanordnung mit einem in dem Anschlag 43 angeordneten sekundären Anschluß 24. Figur 2b veranschaulicht ein normalerweise geschlossenes Magnetventil mit nur einem Einlaßanschluß 22 und einem Auslaßanschluß 23 in dem Gehäuse 20.
Das Hülsenelement 242 in Figur 4 besitzt ein erstes und ein zweites Ende. Das erste Ende ist konisch bzw. erweitert mit einem Ringgewinde um die Außenfläche des konischen Endes, so daß das Hülsenelement 242 mit dem Gewinde in eine tassenförmige Ausnehmung 25 des Gehäuses 20 paßt. Das untere Ende des ersten Endes ist konisch nach innen unterhalb des ringförmigen Gewindes gebogen, so daß, wenn die Hülsenanordnung 240 in das Gehäuse 20 eingeschraubt wird, der Dichtring 28 zwischen dem Gehäuse 20 und der Hülsenanordnung 240 zusammengedruckt wird, wodurch eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse 20 und der Hülsenanordnung 240 gebildet wird.
Ein Beispiel eines Herstellverfahrens für das Hülsenelement 242 von Figur 4 verwendet eine Waterbury Farrel-Ösen-Formmaschine und bekannte Standard-Formtechniken. Die Waterbury Farrel-Ösenformmaschine verwendet eine Rolle aus einem rostfreien Stahlstreifen, die in eine Breite von ungefahr 6,35 x 10&supmin;²m (2,5 Zoll) geschnitten wird. Die Waterbury Farrel-Ösenformmaschine verwendet eine Anzahl von dem Fachmann wohlbekannten Verfahren, um das Hülsenelement 242 herzustellen. Der erste Schritt besteht in dem Stanzen des rostfreien Stahlstreifens, um eine Tasse zu bilden, die ungefähr die Form des endgültigen Hülsenelementes aufweist. Der zweite Schritt besteht in dem Abschneiden des überschüssigen Stahles von der Tasse. Der dritte Schritt umfaßt das Stanzen eines Musters am Beginn des konischen Endes, um eine Einrichtung vorzugeben zum Fassen des Hülsenelementes 242, wenn es in das Gehäuse 20 eingeschraubt wird. Der vierte Schritt umfaßt das Stanzen eines Loches durch das zweite Ende des Hülsenelementes 242, gefolgt von einer erneuten Formung des konischen Endes, um einen Dichtungsring- Sitz zu erhalten. Der fünfte Schritt umfaßt die Entfernung der scharfen Kanten durch Ausprägen der Enden des Hülsenelementes 242, gefolgt von der Hinzufügung des Gewindes an dem konischen Ende des Hülsenelementes 242 unter Verwendung einer Maschine von Brown und Sharpe. Der letzte Schritt umfaßt das Verschweißen des Anschlages 43 mit dem zweiten Ende des Hülsenelementes 242.
Da der konische bzw. erweiterte Teil des ersten Endes der Hülsenanordnung 240 nicht länger ein magnetischer rostfreier Stahl ist, wird die Flußplatte 241 aus magnetischem Material über der Hülsenanordnung 240 so angeordnet, daß sie zwischen der Spule 10 und dem Gehäuse 20 zusammengedrückt wird, wie dies in den Figuren 2a und 2b gezeigt ist. Durch Herstellung der Hülsenanordnung 240 aus zwei Stücken gegenüber drei Stücken ist die Widerstandskraft der Hülsenanordnung 240 sehr viel größer als die der Hülsenanordnung 40 in Figur 3. Dies erhöht sowohl die Widerstandskraft als auch die Lebensdauer des Magnetventils. Ein weiterer Vorteil des Magnetventils aus zwei Stücken ist die mögliche Kostenersparung. Da die Schweißstelle 45 nunmehr entfernt ist, ist die Anordnung des Magnetventils billiger und daher weniger aufwendig.

Claims

1. Elektrisch betätigbares Ventil mit einem Gehäuse (20), das Einlaß- und Auslaß- Anschlüsse (22, 23, 24) mit Einlaß- und Auslaß-Öffnungen (22a, 23a) in einer mit Gewinde versehenen, um eine Achse zentrierten tassenförmigen Ausnehmung (25) aufweist, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen einen Fluiddurchgang zwischen den Einlaß- und Auslaß-Anschlüssen vorgeben, wenigstens eine Öffnung senkrecht und zentriert um die Achse liegt, die tassenförmige Ausnehmung ein Hülsenelement (242) aufhimmt, das sich längs der Achse erstreckt, das Hülsenelement einen Stößel (30) aus magnetischem Material enthält und einen Schließkörper (34) zum Schließen der auf der Achse angeordneten Öffnung besitzt und eine elektrische Spule das Hülsenelement zur Betätigung des Stößels umgibt, und wobei das Ventil dadurch gekennzeichnet ist:

daß das Hülsenelement (242) einen rohrförmigen Abschnitt umfaßt, der ein erstes erweitertes, integral mit dem verbleibenden rohrförmigen Abschnitt gebildetes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erweiterte Ende mit einem Außengewinde versehen ist, das mit dem Gewinde in der tassenförmigen Ausnehmung des Gehäuses zusammenpaßt, wobei der rohrförmige Abschnitt aus nicht-magnetischem Material besteht und in die tassenförmige Ausnehmung eingeschraubt ist und das erweiterte erste Ende einen Dichtungssitz zum Zusammendrücken einer Dichtung zwischen der tassenförmigen Ausnehmung und dem Hülsenelement aufweist;

daß ein Anschlag (34) mit dem zweiten Ende des rohrförmigen Abschnittes zur Bildung einer Druckdichtung verschraubt ist und der Anschlag ein magnetisches Material umfaßt; und

daß eine Flußplatte (241) aus magnetischem Material um das Hülsenelement zwischen der elektrischen Spule und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Flußplatte, der Anschlag und der Stößel eine Strecke mit geringem magnetischem Widerstand bilden.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz durch erneute Verengung des erweiterten ersten Endes des Hülsenelementes gebildet wird.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement (242) gebildet wird durch das Verfahren der Formung von rostfreiem Stahlplattenmaterial in einer Reihe von Formschritten.