Elektromagnetische, insbesondere bistabile Ventile, werden in vielfältigen Anwendungen, beispielsweise in Fluidkreisläufen von Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Kaffeemaschinen, aber auch in anderen Gebieten, beispielsweise auf dem Gebiet der Analytik oder der Medizintechnik eingesetzt.

In den meisten Anwendungsbereichen, wie beispielsweise dem Anwendungsbereich der Haushaltsgeräte, werden hierbei Ventile bevorzugt, die eine kompakte Bauweise aufweisen und darüber hinaus mit möglichst wenig Aufwand herzustellen und zu montieren sind. Um diesem Zweck gerecht zu werden, sind in der jüngsten Vergangenheit verschiedene Entwicklungen bekannt geworden (vgl. DE 199 14 972 A1).

Ausgehend von Ventilen gemäß diesem Stand der Technik hat die Erfindung die Aufgabe, ein Ventil vorzuschlagen, das besonders günstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Ventil dadurch aus, dass im Bereich der Ventilkammer, die zwischen zwei Polschuhen ausgebildet ist, ein Abstandselement vorgesehen ist, das den Abstand der die Anschlagflächen für die Endstellung des Ventilkörpers oder einen Ventilsitz aufweisenden Bauelemente, z. B. der Polschuhe festlegt.

Dieser Abstand ist für die Funktionsfähigkeit des Ventils von großer Bedeutung. Die genaue Lage der Endpositionen des Ventilkörpers in seinen verschiedenen Schaltstellungen ist für viele Ventileigenschaften von Bedeutung. So ist die Anzugskraft des Ventilkörpers auf den Ventilsitz abhängig von der Lage des Ventilsitzes im Bezug zur Form und Stärke des Magnetfeldes, das den Ventilkörper auf dem Ventilsitz hält.

Weiterhin ist der Abstand der Anschlagflächen des Ventilkörpers in seinen verschiedenen Schaltstellungen dahingehend von Bedeutung, dass hierdurch die Beschleunigungsstrecke und somit der Aufprallimpuls des Ventilkörpers beeinflusst wird. Schwankungen in dem Abstand können sich dementsprechend in unterschiedlichen Geräuschentwicklungen und Verschleißerscheinungen des Ventils bemerkbar machen.

Auch für den freien Strömungsquerschnitt bei geöffnetem Ventil ist der fragliche Abstand maßgebend.

Um bei der Montage des Ventils bezüglich dieses Abstandes möglichst geringe Toleranzen zuzulassen, wird bislang ein beträchtlicher Fertigungsaufwand betrieben.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Abstandselementes, das zwischen die die Anschlagflächen oder den Ventilsitz für den Ventilkörper aufweisenden Bauelemente, z. B. zwischen den beiden Polschuhen im Bereich der Ventilkammer eingelegt wird, ist die Montage des Ventils erheblich vereinfacht. Die beiden Polschuhe bzw. die die Anschlagflächen oder den Ventilsitz für den Ventilkörper aufweisenden Bauelemente können auf Anschlag unter Verwendung des Abstandselementes zusammengefügt werden, wodurch sich eine klar definierte relative Position zueinander ergibt. Die Toleranz bei der Herstellung dieses Abstandes entspricht der Maßtoleranz des Abstandselementes.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Bauelemente, die die Anschlagflächen, beispielsweise einen Ventilsitz für den Ventilkörper aufweisen, unmittelbar auf Anschlag an das Abstandselement angefügt. Grundsätzlich können noch weitere Bauelemente zusätzlich zum Abstandselement eingefügt werden, durch den unmittelbaren Anschlag am Abstandselement werden jedoch anderweitige Fehlerquellen ausgeschlossen.

Bevorzugt werden hierbei die Polschuhe so ausgebildet, dass sie die Anschlagflächen für den Ventilkörper, z. B. einen Ventilsitz aufweisen, so dass mit der Montage der Polschuhe durch Anfügen an das Abstandselement die Ventilkammer maßgenau realisiert wird. In. dieser Ausführungsform wird ein Ventilsitz für den Ventilkörper bevorzugt unmittelbar in einen Polschuh eingearbeitet, so dass weitere etwaige fehlerverursachende Bauelemente entbehrlich sind.

Bevorzugt wird das Abstandselement so ausgebildet, dass ein Fluiddurchlass vorhanden ist. Dies sorgt für einen freien Fluiddurchfluss durch die Ventilkammer durch den Ventilsitz in eine erste, als Abfluss dienende Fluidleitung. Der Durchlass durch das Abstandselement stellt bei geöffneter Ventilstellung die Verbindung zwischen dieser Fluidleitung und einer zweiten dementsprechend als Zulaufleitung dienenden Fluidleitung her.

Sowohl die erste als auch die zweite Fluidleitung werden bevorzugt als Bohrungen in den beiden Polschuhen angebracht, so dass sich auch hier weitere aufwändige konstruktive Maßnahmen erübrigen.

Der Außenanschluss der beiden Fluidleitungen wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dadurch hergestellt, dass am ausgangseitigen Ende der als Fluidleitung dienenden Bohrungen der Polschuhe Rohrleitungen eingesetzt und dort verbunden, beispielsweise verlötet, werden.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Abstandselement hülsenförmig ausgebildet. Zum einen ergibt sich hierdurch eine symmetrische Anschlagfläche für die anzufügenden Bauelemente, beispielsweise die Polschuhe, zum anderen ergibt ein hülsenförmiges Abstandselement eine umfangseitig gute Führung an der Außenwand der Ventilkammer.

Ein hülsenförmiges Abstandselement ist demnach in radialer Richtung mit entsprechender Anpassung an die Innenkontur der Ventilkammer nach dem Einsetzen gut in radialer Richtung fixiert.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Abstandselement zugleich mit Führungselementen für den Ventilkörper versehen. Derartige Führungselemente bzw. die dadurch bewirkte gute Führung des Ventilkörpers in seiner Schaltbewegung beim Umschalten des Ventils bringen mehrere Vorteile mit sich. Zum einen ist eine stets zentrische Position des Ventilkörpers in Bezug auf den Ventilsitz mit derartigen Führungselementen gewährleistet. Insbesondere erfolgt der Aufprall des Ventilkörpers zentrisch. Bislang war ein z. B. durch das Fluid verursachter exzentrischer Einschlag des Ventilkörpers auf dem Ventilsitz möglich, wodurch sich ein erhöhter Verschleiß ergab. Weiterhin ist ein solches Führungselement durch die Zentrierung des Ventilkörpers während der gesamten Bewegung im Hinblick auf die Geräuschentwicklung und die Verschleißminderung von Vorteil.

Auch ein Verdrehen oder Verkanten des Ventilkörpers lässt sich mit Hilfe solcher Führungselemente weitgehend unterbinden, wodurch sich ebenfalls eine geringere Geräuschentwicklung ergibt.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, insbesondere bei einem hülsenförmigen Abstandselement, werden die Führungselemente als innere, radial abstehende Rippen ausgebildet. Derartige Führungselemente können bei der Fertigung des Abstandselementes bereits in dieses eingeformt werden, so dass zusätzliche Bauelemente oder zusätzliche Bearbeitungsschritte nicht mehr erforderlich sind. Dies reduziert den Fertigungsaufwand für diese Ausführungsform mit Führungselementen erheblich. Darüber hinaus lässt sich mit derartigen Führungsrippen die axiale Führung des Ventilkörpers über seine gesamte Bewegungslänge verwirklichen, wobei zugleich zwischen derartigen Rippen ein Durchlass für das Fluid und somit eine Verbindung zwischen den beiden Fluidleitungen ohne Beeinträchtigung durch das Abstandselement bzw. die Führungselemente möglich ist.

Ein erfindungsgemäßes Abstandselement lässt sich in vorteilhafter Weise aus Kunststoff, z. B. durch Spritzgießen, fertigen. Hierdurch wird der Fertigungsaufwand äußerst gering, wobei durch geeignete Materialauswahl für das Abstandselement ohne weiteres eine Verwendung des Ventils auch für chemisch-aggressive Fluide denkbar ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Abstandselement mit einem Filterelement versehen. Durch ein solches Filterelement, das beispielsweise als Siebeinsatz ausgebildet werden kann, ist es möglich, Schmutzpartikel aus dem Bereich des Ventilsitzes und des Ventilkörpers fernzuhalten. Hierdurch wird zum einen eine dauerhafte Dichtfunktion und Druckfestigkeit und zum anderen ein geringerer Verschleiß und somit eine erhöhte Lebensdauer des Ventils gewährleistet.

Diese Ausführung ist vor allem beim Einsatz in geschlossenen Fluidkreisläufen von Vorteil, in denen das in dem geschlossenen Kreislauf befindliche Fluid einmal komplett durchgefiltert wird und anschließend keine weitere Schmutzfracht anfällt, die das Filterelement verstopfen kann.

Das Filterelement muss in dieser Ausführungsform so dimensioniert sein, dass alle Schmutzpartikel, die beispielsweise bei der Montage des Ventils oder sonstigen Produktionsvorgängen entstehen können, ohne wesentliche Beeinträchtigung der Filterdurchlässigkeit herausgefiltert werden können.

Der Zufluss des Ventils wird bevorzugt durch eine exzentrisch angeordnete Bohrung in einem Polschuh realisiert, wodurch zugleich die Vorschaltung des Filterelementes in der Nähe des Außenumfangs der Ventilkammer möglich ist. Das Filter-bzw.

Siebelement kann in diesem Fall scheibenförmig, z. B. als Ringscheibe, ausgebildet werden.

Weiterhin wird das Gehäuse des Ventils vorteilhafterweise als Rohr ausgebildet, in das alle wesentlichen Ventilkomponenten einzusetzen sind. In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung beschränken sich diese Ventilelemente auf die Polschuhe, das Abstandselement gegebenenfalls mit Filter, sowie den Ventilkörper.

Ein solches Rohr, vorzugsweise in Form eines Zylinderrohrs, ist durch einfaches Ablängen aus einem handelsüblichen Rohrmaterial, beispielsweise aus Edelstahl, erhältlich und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass es aufgrund seiner zylindrischen Form problemlos in das Innere einer Steuerspule einzufügen ist.

Zum dichten Abschluss der Ventilkammer werden zweckmäßigerweise die Polschuhe nach dem Einfügen in das Zylinderrohr mit diesem verbunden, beispielsweise im Falle eines Edelstahlrohres bevorzugt verschweißt. Eine Verschweißung lässt sich von außen durch Laserschweißen bei hoher Dichtigkeit herstellen. Andere Verbindungsformen, beispielsweise durch Verpressen oder dergleichen, sind jedoch an dieser Stelle ebenfalls denkbar.

Ein erfindungsgemäßes Ventil wird bevorzugt als bistabiles Ventil ausgebildet, wozu wenigstens ein Permanentmagnet, in der bevorzugten Ausführungsform zwei Permanentmagnete vorzusehen sind, die den Ventilkörper in seiner jeweils angesteuerten Schaltstellung durch das permanente Magnetfeld halten. Der Ventilkörper wird zu diesem Zweck sowie auch zum Zwecke der Steuerung durch eine elektromagnetische Steuerspule zweckmäßigerweise wenigstens teilweise aus magnetischem oder magnetisierbarem Material hergestellt.

Der bzw. die Permanentmagnete werden vorzugsweise als Ringmagnete ausgebildet, die ein umfangseitig gleich verteiltes drehsymmetrisches Magnetfeld erzeugen und darüber- hinaus gut in eine entsprechend zylindrisch ausgebildete Aufnahme ein-bzw. aufzusetzen sind.

Hierzu wird in einer besonderen Ausführungsform auf jedem Polschuh ein entsprechender zylindrischer Vorsprung ausgebildet, auf den ein Ringmagnet aufgeschoben werden kann.

Hierdurch ist eine radiale Fixierung der Permanentmagnete vorgegeben. Die axiale Fixierung kann durch entsprechende Ausbildung des Abstandselementes bzw. dessen Führungselemente bewerkstelligt werden, so dass die Gesamtmontage auch eines bistabilen Ventils besonders einfach erfolgen kann. In der beschriebenen Weiterbildung der Erfindung müssen lediglich die Polschuhe, der Ventilkörper, das Abstandselement, gegebenenfalls mit integriertem Filter, sowie die Permanentmagnete in ein Zylinderrohr eingeschoben und durch Befestigung der Polschuhe, z. B. durch Verschweißen, fixiert werden. Die so hergestellte Einheit kann anschließend als komplette Ventileinheit in eine Steuerspule eingesetzt werden, so dass sich die gewünschte kompakte Gesamteinheit ergibt.

Zur Fixierung der Permanentmagnete werden bevorzugt entsprechende Aufnahmen im Abstandselement angebracht, um durch Formschluss mit den Permanentmagneten die gewünschte definierte Position der Permanentmagnete zu bewirken. Eine solche Aufnahme kann in einer besonderen Ausführungsform in Form von beispielsweise stift-oder kegelartigen Erhöhungen vorgesehen werden, die für den Formschluss mit den Permanentmagneten sorgen. Der Formschluss kann darüber hinaus durch eine verformbare, insbesondere elastisch verformbare Ausbildung einer solchen Aufnahme verbessert werden.

Für den Ventilkörper bzw. den Ventilsitz hat sich eine wenigstens teilweise sphärische Form bewährt, in der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird demnach ein Ventilkörper verwendet, der eine Kugel umfasst, deren Durchmesser an einen sphärisch ausgebildeten Ventilsitz angepasst ist. Durch die sphärische Form des Ventilsitzes und der Kugel ergibt sich bereits bei kleinem Hub des Ventilkörpers ein Öffnungsspalt mit vergleichsweise großem Querschnitt.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform wird der Ventilkörper selbst als Kugel, beispielsweise als Stahlkugel gewählt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil eines Ventilkörpers mit optimaler Passform an einen sphärischen Ventilsitz bei sehr geringer Masse. Die geringe Masse sorgt für eine geringere Impulseinwirkung auf den Ventilsitz beim Schalten des Ventils und somit für einen geringeren Verschleiß sowie eine kleinere Geräuschentwicklung.

Ein erfindungsgemäßes Ventil kann als sogenanntes 2/2-Ventil ausgebildet werden, wobei in diesem Fall die beschriebenen zwei Fluidleitungen vorgesehen werden. Die beiden Schaltzustände des Ventils definieren hierbei einen offenen Ventilzustand, bei dem der Ventilkörper vom Ventilsitz abgehoben und somit die beiden Fluidleitungen miteinander verbunden sind. Im geschlossenen Ventilzustand hingegen liegt der Ventilkörper am Ventilsitz auf, so dass die Fluidverbindung unterbrochen ist.

Ein erfindungsgemäßes Ventil kann auch als sogenanntes 3/2-Ventil ausgestaltet werden. Hierbei ist eine dritte Fluidleitung sowie ein zweiter Ventilsitz vorzusehen.

Die beiden Abflussleitungen werden in diesem Fall bevorzugt durch zentrische Bohrungen in den Polschuhen angebracht, wobei auf der dem Ventilkörper zuweisenden Seite jeweils ein Ventilsitz am Polschuh angebracht, bevorzugt in diesen eingeformt wird. Die zentrische Anordnung der Abflussleitungen ermöglicht die zentrierte Lage des Ventilkörpers und somit eine gleichmäßige drehsymmetrische Einwirkung von Ringmagneten einerseits als auch der außen befindlichen Steuerspule andererseits.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes 3/2-Ventil und Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abstandselementes.

Das Ventil 1 umfasst ein als Zylinderrohr ausgebildetes Ventilgehäuse 2, in das zwei Polschuhe 3,4 eingesetzt sind.

In den Polschuhen 3,4 ist jeweils eine Bohrung 5,6 angebracht, die als Fluidleitungen dienen. Die Fluidleitungen 5,6 münden in zwei Ventilsitze 7,8, die sphärisch geformt und somit an die Form eines als Kugel ausgebildeten Ventilkörpers 9 angepasst sind. Im dargestellten Schaltzustand schließt der Ventilkörper 9 den Ventilsitz 8.

Im Polschuh 4 ist neben der zentrischen Bohrung 6 eine weitere exzentrische Bohrung 10 angebracht, die als Zufluss für das Fluid dient.

Die beiden Polschuhe 3,4 sind mit zylindrischen Vorsprüngen 11,12 in Form von Querschnittsverjüngungen versehen, auf die zwei Ringmagnete 13,14 aufgesetzt sind. Die Ringmagnete 13, 14 schließen in etwa bündig mit den Polschuhen 3,4 bzw. den Ventilsitzen 7,8 ab.

Eine erfindungsgemäße Abstandshülse 15 ist zwischen die Polschuhe eingesetzt und definiert so exakt den Abstand zwischen den Polschuhen 3,4 bzw. den Ventilsitzen 7,8. Ein Sieb 16 ist als Ringscheibe ausgebildet und in die Abstandshülse 15 eingelegt, die hierzu mit einer Schulter 17 versehen ist.

Die Polschuhe 3,4 sind auf nicht näher dargestellte Weise mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden, in der Edelstahlversion geschweißt, vorzugsweise von außen lasergeschweißt.

Anschlussrohre 18,19, 20 sind in die Bohrungen 5,6 und 10 eingesetzt, die zu diesem Zweck endseitig etwas verbreitert sind. Die Anschlussrohre 18,19, 20 sind dicht mit den Polschuhen 3,4 verbunden, z. B. verlötet.

Das gesamte Ventil ist in eine Steuerspule 21 eingesetzt und stirnseitig über ein Jochblech 22, das als Kastenjoch oder in U-Form ausgebildet sein kann, fixiert, indem das Ventilgehäuse 2 und teilweise die Polschuhe 3,4 an dem Jochblech 22 anliegen.

Die Montage des Ventils ist denkbar einfach. Die verschiedenen Ventilkomponenten, d. h. die Polschuhe 3,4, der Ventilkörper 9 mit aufgesetzten Ringmagneten 13,14 sowie die Abstandshülse 15 werden in das Gehäuse formschlüssig eingeführt und dort verschweißt. Die Anschlussrohre 18, 19, 20 werden bevorzugt vor dem Verschweißen in den Polschuhen 3, 4 angebracht. Somit ist das Ventil fertiggestellt und muss zur Montage nur noch in die Steuerspule 21 eingesetzt und mittels der Jochbleche 22 fixiert werden.

Die perspektivische Darstellung gemäß Fig. 2 der Abstandshülse 15 mit eingesetztem Ventilkörper 9 zeigt Führungsrippen 23, die radial nach innen abstehen und die den Ventilkörper 9 bildende Kugel in ihrer Linearbewegung entlang der Ventilachse führen. Weiterhin ist in dieser Darstellung das Sieb 16 erkennbar, das in die Abstandshülse 15 eingelegt ist. Die Führungsrippen 23 bilden zugleich einen Durchlass für das Fluid von der als Zufluss dienenden exzentrischen Bohrung 10 im Polschuh 4 in die Ventilkammer 24, in der sich der Ventilkörper 9 befindet. Somit ist über die Führungsrippen 23 je nach Schaltstellung des Ventils auch der Durchlass zu den Abflüsse 5,6 über die Ventilsitze 7,8 gewährleistet. Der Ringmagnet 14 sorgt hierbei für den inneren Abschluss des Zuflusses 10 im Bereich des Siebs 16, so dass sichergestellt ist, dass das Fluid aus der Bohrung 10 stets das Sieb 16 passieren muss, um ins Innere der Ventilkammer 24 zu gelangen.

Die Abstandshülse 15, die das Sieb 16 trägt, dient zum einen zur exakten Einstellung des Abstands der Polschuhe 3,4 bzw. deren Ventilsitze 7,8 und zum anderen über die Führungsrippen 23 für eine gute Axialführung des kugelförmigen Ventilkörpers 9. Die Montage wird durch die Verwendung der Abstandshülse 15 erheblich vereinfacht. Durch die Führungsrippen 23 wird der Geräuschpegel beim Betrieb des Ventils reduziert.

Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der kugelförmigen Ausgestaltung des Ventilkörpers 9 sowie der korrespondierenden sphärischen Form der Ventilsitze 7,8 nur ein geringer Schaltweg des Ventilkörpers 9 erforderlich, um einen Spalt zwischen Ventilsitz 7 bzw. 8 und dem Ventilkörper 9 zu erzeugen, der einen ausreichenden Strömungsquerschnitt bietet.

Durch die kurzen Schaltwege des Ventilkörpers 9 wird wiederum die Geräuschentwicklung reduziert. Durch das Anbringen der Ringmagnete in unmittelbare Nähe des Ventilsitzes können diese kleiner dimensioniert werden und dennoch einen ausreichend hohen Anpressdruck des Ventilkörpers 9 auf den jeweiligen Ventilsitz 7,8 erzeugen.

Durch die Kugelform ist zudem ein Ventilkörper 9 mit sehr geringer Masse verwendbar, so dass die Geräuschentwicklung und der Verschleiß beim Aufprall auf dem jeweiligen Ventilsitz 7,8 deutlich reduziert ist. Hierdurch wird auch die Herstellung der Ventilsitze 7,8 erleichtert, da diese mit geringerer Härte verwendet werden können. Darüber hinaus sind Stahlkugeln mit ausreichender Güte kostengünstig im Handel erhältlich.

Über das Sieb 16 wird gewährleistet, dass keine Schmutzpartikel in den Bereich der Ventilsitze 7,8 gelangen können, so dass die Dichtfunktion verbessert und der Verschleiß reduziert wird. Darüber hinaus werden magnetische oder magnetisierbare Partikel aus dem Fluidstrom auch an dem in der Strömung stehenden Permanentmagneten 14 festgehalten.

Über die Ringmagnete 13,14 ergibt sich eine bistabile Ausführung des Ventils. Bei Verwendung geeigneter Permanentmagnete können diese mit ausreichender chemischer und thermischer Resistenz bereitgestellt werden, um einen Betrieb auch unter schweren Einsatzbedingungen, beispielsweise bei hohen Temperaturen oder mit chemisch- aggressiven Fluiden zu ermöglichen. Zum Umschalten der Schaltposition ist bei dieser bistabilen Ausführungsform lediglich ein kurzer Steuerimpuls über die Steuerspule 21 erforderlich, um die Schaltstellung zu wechseln, so dass das Ventil 1 insgesamt nicht nur eine mit wenig Aufwand herstellbare kompakte Ventileinheit bildet, sondern darüber hinaus auch sehr stromsparend ist.

Bezugszeichenliste : 1 Ventil 2 Ventilgehäuse 3 Polschuh 4 Polschuh 5 Bohrung 6 Bohrung 7 Ventilsitz 8 Ventilsitz 9 Ventilkörper 10 Bohrung 11 Vorsprung 12 Vorsprung 13 Ringmagnet 14 Ringmagnet 15 Abstandshülse 16 Sieb 17 Schulter 18 Anschlussrohr 19 Anschlussrohr 20 Anschlussrohr 21 Steuerspule 22 Jochblech 23 Führungsrippen 24 Ventilkammer