CH175767A - Elektromagnetisch gesteuertes Ventil. - Google Patents

Description

  Elektromagnetisch gesteuertes Ventil.    Die Erfindung bezieht sich auf elektro  magnetisch gesteuerte Ventile, bei denen der  Ventilmagnet einen innerhalb eines zylindri  schen     Stators    angeordneten     achsial    beweg  lichen Anker besitzt und bei welchem der       Stator    oder der Anker eine Mehrzahl von     in     der     Umfangrichtung    aufeinanderfolgender  Polflächen von abwechselnd Nord- und<B>Süd-</B>  polarität aufweist. Die bekannten Elektro  magnete, seien es     nun        Hufeisenmagnete    mit  schwingendem Anker oder     Solenoide    mit.

    axial verschiebbarem Kern,     weisen    alle den  Nachteil auf, dass ihre     Kraftwirkung    bei  grösserem Luftspalt nur klein ist und sich  erst bei Verkleinerung des Luftspaltes ver  grössert. Für die Betätigung von Ventilen  aber, wo die Trägheit der Masse und oft  auch ein Federdruck und ein Flüssigkeits  druck zu überwinden ist, sollte gerade die  grösste Kraftwirkung des Magnetes gleich zu  Anfang seines Arbeitsweges auftreten.  



  Das Ventil gemäss vorliegender Erfindung  ist. derart ausgebildet, dass der erwähnte  Nachteil nicht vorhanden ist.    Die Erfindung besteht darin, dass der       Stator    und der Anker derart ausgebildet sind,  dass die Polflächen bei erregtem Ventilmag  neten     Ringzonenteile    ungleicher     Flussdichte     aufweisen, wobei abwechselnd auf einen  Zonenteil höherer     Flussdichte    ein     Zonenteil     geringerer     Flussdichte    folgt, und dass die Tei  lung der     Ringzonenteile    auf dem     Stator    und  dem Anker gleich ist,

   so dass Paare     zusam-          menwirkender    Polflächen entstehen,     und    dass  ,der Anker bei nicht erregtem Ventilmag  neten, in welchem Falle sich das Ventil in  der Schliessstellung befindet, diejenige Stel  lung gegenüber dem     Stator    einnimmt, in wel  cher die bei erregtem Ventilmagneten     in     Richtung der     Ventilaxe    wirkende Zugkraft  des Ankers ein     Maximum    ist.  



  Der Anker und der     Stator    können aus  Lamellen aus     magnetisierbarem    Material her  gestellt sein, die mit Lamellen aus     nichtmag-          netisierbarem    Material abwechseln. Es     ist     klar, dass, wenn der Anker im festen Teil  des     Stators    in einer solchen Lage sich befin  det, dass die Lamellen aus     magnetisierbarem         Material im     Stator    und Anker in     Überein-          stimmung    miteinander sich     befinden,    d. h.

    einander genau gegenüberstehen, dass     dann     der Widerstand des     magnetischen    Kreises     ein          Minimum    ist     und    dass das die Stellung ist,  die der Anker einnimmt, wenn die Wicklung  erregt     wird    und wenn kein mechanischer Wi  derstand und ausser dem magnetischen Zug  keine Kraft auf den Anker einwirkt (neu  trale Stellung).

   Wenn indessen der Anker  aus dieser neutralen Stellung in irgend einer  Richtung um weniger als um die Dicke der  Schichten aus     magnetisierbarem    Material ver  schoben ist, so entsteht eine in Richtung der  V     entilaxe    wirkende Kraft, die die Neigung  hat, den Anker in die neutrale Stellung zu  ziehen. Diese Anziehungskraft     eines    Elektro  magnetes     ändert    sich mit dem Quadrat der  Zahl der     Induktionslinien    und direkt mit  dem Flächeninhalt der zusammenwirkenden  Oberflächen.

   Wenn der     Anker    aus der neu  tralen Stellung verschoben wird, so nimmt  zunächst die     Flussdiehte    zu     bis    zu einem  Punkt, wo eine     Zunahme    des Widerstandes  des magnetischen Kreises infolge der Ver  minderung der genannten Fläche     beginnt    den  totalen Zug zu vermindern.

   Bei diesem Punkt       wird    das     Maximum    der rückstellenden Kraft  erreicht     sein.    Um die     Gegenanziehung    der zu  einer     Schicht    des einen Teils.

   mit welcher  eine Schicht des andern Teils zusammen  arbeitet, benachbarten Schicht auf die  Schicht des andern Teils zu vermindern, sind  die     nichtmagnetisierbaren    Schichten     vorteil-          hafterweise    dicker als die     magnetisierbaren     Schichten, und der gesamte Weg des Ankers  wird durch die Dicke der     magnetisierbaren     Schichten bestimmt, vermindert um den Be  trag einer durch Einstellung bestimmten       Überlappung.    Der Anker erhält kinetische  Energie, wenn er sich beschleunigt gegen die  neutrale Stellung bewegt und kann .so über  diese Stellung hinausgehen. Überschreitet er  diese Stellung, dann wirkt auf ihn eine mag  netische Kraft, die die Neigung hat, ihn zu  hemmen.

   Wenn er über die neutrale Stel  lung hinausgeht, so     wird    die     kinetische    Ener  gie im Anker in elektrische Energie umge-    wandelt, nicht aber in Wärme, was der Fall  sein würde, wenn ein Anschlag vorhanden  wäre.  



       Indessen    kann     unter        gewissen    Umständen       vorteilhafterweise    ein     Anschlag    vorgesehen  sein.  



  Der     Stator    kann aus einer Mehrzahl zu  einem Paket miteinander verbundener Lamel  len bestehen, die mit einer Öffnung zur Auf  nahme des Ankers und mit weiteren Nuten  zur     Anbringung    der     Erregerwicklungen    ver  sehen .sind. Das     Lamellenpaket        kann,    wenn  ,die durch das Ventil zu steuernde Flüssig  keit zwischen Anker und     Stator    hindurch  fliessen muss, durch Einführung     bezw.        Zwi-          schenlegung    von Dichtungsmaterial (Papier,  Kupfer, Blei oder dergleichen) zwischen die  Lamellen abgedichtet werden.

   So ist es mög  lich, ein     flüssigkeitsdichtes    elektromagneti  sches Ventil herzustellen, das seine     maximale     Kraft bei Beginn seines Hubes     ausübt,    wor  auf die Kraft sich bis auf Null vermindert  und wobei die     kinetische    Energie, die wäh  rend des Weges erworben wird, in elektrische  Energie umgewandelt wird.     Remanenter     Magnetismus ist bei     einer    solchen Ausfüh  rung nicht oder kaum vorhanden, so dass also  auch keine starke     Rückführfedern    verwendet  werden müssen.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind Aus  führungsformen des Erfindungsgegenstandes  veranschaulicht.  



       Fig.    1 ist ein     Seitenaufriss    und teilweise  ein Schnitt eines     elektromagnetisch    betätig  ten Ventils nach der Erfindung;       Fig.    2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2  der     Fig.    1;       Fig.    3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3  .der     Fig.    1;       Fig.    4 ist ein Schnitt durch eine Brenn  stoffdüse und die damit     verbundenen    Teile;

         Fig.    5 und 6 veranschaulichen je einen  vergrösserten Schnitt nach Linie 4-4 in       Fig.    3, welche die relative Lage der Lamel  len bei zwei verschiedenen Stellungen des  Ankers zeigen;       Fig.    7 ist ein     ähnlicher    Schnitt einer an  dern     Ausführungsform;         F     ig.    8 ist ein ähnlicher Schnitt durch eine  weitere Ausführungsform mit aus mehreren  Lamellen zusammengesetzten     magnetisierba-          ren    Schichten;

         Fig.    9 ist ein ähnlicher     Schnitt    durch eine  weitere Ausführungsform mit einem     nicht-          lamellierten    Magnetkörper, bei dem aber  ebenfalls ringförmige Teile der Aussenfläche  etwas vorgeschoben sind;       Fig.    10     stellt    ein Schaltungsdiagramm  dar, nach welchem die Wicklungen der Er  regerspulen gewickelt und verbunden wer  den können.  



  In dem in     Fig.    1 der beiliegenden Zeich  nung dargestellten elektromagnetisch     betätig-          baren    Ventil zur Injektion von Brennstoff  trägt eine untere Platte 11 mit Ansatz     lla     und Gewindebohrungen     llb    eine Ventildüse  12, die in geeigneter Weise daran     angebracht     ist. Es kann indessen manchmal vorteilhaft  sein. die Düse in einer bestimmten Stellung  festzuhalten     @dadureh,    dass man sie mit einem  geeigneten Halter in einer bestimmten Lage  festhält, damit die Öffnungen 13 (s.     Fig.    4)  eine bestimmte Stellung gegenüber der  Platte 11 einnehmen.

   Ferner ist ein auswech  selbarer gehärteter Ventilsitz 8 vorhanden.  Dieser Sitz 8 wird durch die Ventilführung  9, die sich     vorteilhafterweise    sehr eng an den  Ventilschaft 15 anpasst, um eine genaue Aus  richtung gegenüber     demVentilsitz    zu sichern,  an seiner Stelle gehalten. Ein in der Dicke  geeignet gewählter Ring 10 ist     zwischen    der  Düse und dem Ansatz     lla    der     Platte    11 vor  gesehen, um eine Einstellung der     Düse    zum  Ventilkörper zu ermöglichen und dadurch die  tiefste     Stellung,    die der Anker     einnehmen     kann, zu bestimmen.

   Das eine Ende einer  Feder 45 legt sich gegen das Ende 46 des  Ventilschaftes 15 und das andere Ende gegen  die Stange 47 mit Einstellgewinde     47a    die  mit einem Handgriff 48 zum     Einstellen    der  Spannung der Feder 45 versehen ist, wobei  die Stange 47 durch eine     Stopfbüchsenein-          riehtung    49 geführt ist. Aus dem oben Ge  sagten ergibt sich, dass die normale Stellung  des Ankers gegenüber den feststehenden Tei  len des Ventils bei nicht erregtem Ventil    durch den zur Einstellung dienenden Unter  lagring 10 bestimmt ist.

   Dieser Ring wird       vorteilhafterweise    so bemessen, dass, wie in       Fig.    5 angedeutet, eine bestimmte vorteil  hafte Stellung des Ankers zum     Stator    herbei  geführt wird, wenn das Ventil nicht erregt  ist.  



  Ein     Ventilabschlussteil        15a    ist über den  Ventilschaft 15 fest mit dem lamellierten An  ker 16 verbunden, und zwar     zweckmOiger-          weise    dadurch, dass die Ankerlamellen auf  den     Ventilschaft    aufgereiht     sind        und    auf ein  Gewinde des Ventilschaftes eine     Mutter    17  aufgeschraubt ist, welche die Lamellen zu  sammenhält.

   Der Teil 21 ist aus Lamellen  22 und 23 zusammengesetzt, wobei abwech  selnd eine Lamelle 22 aus     magnetisierbarem     auf eine Lamelle 23 aus     nichtmagnetisierba-          rem    Material folgt und wobei die     magneti-          sierbaren    Lamellen 22 des elektromagneti  schen Körpers 21 mit den     magnetisierbaren     Lamellen 19 des Ankers auf gleiche Höhe zu  stehen kommen.

   Die     nichtmagnetisierbaren     Lamellen 18 sollen     vorteilhafterweise        ausMa-          terial    von geringerem spezifischen Gewicht,  wie zum Beispiel aus Aluminium, bestehen,  um die Trägheit des Ankers zu vermindern.  



  Eine Wicklung 25 ist durch Löcher 26  in den Lamellen des     Stators    geführt     und    .so  gewunden, dass sie bei Erregung vier Pole,  wobei je auf einen Nord- ein Südpol folgt,  um den Umfang des     Ankers    bildet. Diese  Wicklung entspricht einer     vierpoligen    Feld  wicklung eines     einphasigen    Induktionsmo  tors. Ein Schlitz 27     zwischen    den Löchern  26 und dem Loch für den Anker 16 ist vor  gesehen,     damit    der magnetische Fluss in den  Anker übergeht.  



  Ein     Ring        31    ist zwischen einem Körper  41 und den Lamellen isoliert angeordnet;  durch eine isolierende     Unterlagsscheibe    32 an  seiner untern Seite ist er gegen die Lamellen,  .durch eine     Unterlagsscheibe        33    an     seinerabern          Seite    gegen den Körper 41 und Hülsen     3'4     gegen die durchgehenden Bolzen 38 isoliert.  Ein Ende 29 der Wicklung 25 ist fest mit  einer geeigneten Klemmschraube 35, die auf  dem isolierten     Ring   <B>31</B> befestigt ist, verbun-      den.

   An diese     ]Klemme    kann der eine Pol  der     Betriebsstromquelle    angeschlossen wer  den. Das andere Ende der Spule ist fest am  Gestell geerdet. Der obere Körper 41     trägt     ein Federgehäuse 42, das fest damit verbun  den ist, durch das die     Brennstofflüssigkeit     durch die     Verbindungseinrichtung    43 und die  Flüssigkeitsleitung 44 eingeführt werden  kann.

   Die Bolzen 38 halten mit Hilfe der       Muttern    39 den obern Körper 41 in einer  festen Stellung zu der Platte 11 und halten  die     dazwischenliegenden        Lamellen,    Isolier  teile und Ringe fest zusammen, ,so dass ein  Ausfliessen der etwa unter Druck befindli  chen Flüssigkeit aus dem Innern des     Ventils          verhindert    wird.  



  Der Federdruck der Feder 45 kann durch  das Drehen der den. Handgriff 48 aufweisen  den     Einstelleinrichtung    mit Schraubenge  winde eingestellt werden, ,so     .dass    beim Vor  handensein mehrerer     derartiger        Ventile,    wie  dies zum Beispiel bei einem Mehrzylinder  motor der Fall ist, die Ventile genau aufein  ander abgestimmt werden können.  



       In.    der     Fig.    5 sind die relativen Stellun  gen der Ankerlamellen gegenüber den     Stator-          lamellen        dargestellt,    die     eingeommen        werden,     wenn der Ventilmagnet nicht erregt ist.  



  Nach     Fig.    6 Siegen die Lamellen auf glei  cher Höhe einander gegenüber. Diese Stel  lung nehmen die Lamellen bei erregtem     Ven-          tilmagneten    ein, wenn keine äussere Kraft in  Richtung der     Ventilase    auf ,den Anker ein  wirkt.  



       Fig:    7 zeigt einen Teilschnitt durch eine       andere    Ausführungsart. bei welcher die     mag-          netisierbaren    Lamellen 51 und 51a gegenüber  .den nicht     magnetisierbaren    Lamellen 50 und       50a    im Anker und im Statur zurückgesetzt  sind. Es ist bei dieser Ausführungsform vor  teilhaft, die jeweils     zurückliegenden    Lamel  len 50 und 50a etwas dicker zu machen als  die vorstehenden Lamellen 50 und     50a.     



  In     Fig.    8     ist    eine     ähnliche        Konstruktion     dargestellt, bei der die     magnetisierbaren     Schichten aus mehreren Lamellen 55, 56     und     57 von     magnetisierbarem    Material gebildet  sind. Die dazwischen liegenden Schichten    sind entweder zurückgesetzt oder aus     nicht-          magnetisierbarem    Material gebildet.  



  In     Fig.    9 ist     ein    Teilschnitt einer Aus  führungsform dargestellt, bei der     weder    Mag  net noch Anker     lamelliert    sind, bei denen  aber auch durch     Vorstehenlassen    und Zurück  setzen einzelner Teile der zusammenarbeiten  den Flächen eine Mehrzahl von     Ringzonen     gebildet wird.  



  In     Fig.    10 ist ein     Schaltungsdiagramm          dargestellt,    welches den     Wicklungssinn,    der  Wicklung des elektromagnetischen Körpers  21 veranschaulichen soll, um abwechselnd  entgegengesetzte Polaritäten zu erzeugen. Es  ist hier nur eine     Einphasenwissklung    darge  stellt, jedoch könnte auch     eine    Vielphasen  wicklung Verwendung     finden,    und zwar je  nach Bedarf für den Anker oder für den  Statur 21. Der Erregerstrom kann einer ge  eigneten Stromquelle entnommen werden.  



  Durch die Erfindung ist eine Magnetkon  struktion gezeigt, welche zu     Anfang    der  Ankerbewegung ihre grösste Anziehungskraft  besitzt und bei der der Luftspalt konstant  und sehr klein gewählt werden kann. Man  kann eine sehr dichte Gleitpassung     zwischen     ,dem Anker und dem Statur durch die Ver  wendung von     nichtmagnetisierbaren    Lamel  len und durch die Anordnung     einer    geglätte  ten     Oberfläche    an einer dieser Einheiten er  halten, die eine weitere Lagerung vermeiden  lässt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektromagnetisch gesteuertes Ventil mit einem Ventilmagneten, welcher einen inner halb eines zylindrischen Stators achsial be weglichen Anker besitzt und bei welchem der Statur oder der Anker eine Mehrzahl von in @deT Umfangsrichtung auieinanderfolgender Polflächen von abwechselnd Nord- und Süd polarität aufweist,

   wobei infolge der magne tischen Induktion gegenüber einer jeden Pol fläche des Stators bezw. des Ankers eine Pol fläche von entgegengesetzter Polarität auf dem Anker bezw. dem Statur entsteht, da durch gekennzeichnet"dass der Statur und der Anker derart ausgebildet sind, dass- die Pol- flächen bei erregtem Ventilmagneten Ring zonenteile ungleicher Flussdichte aufweisen, wobei abwechselnd auf einen Zonenteil höhe rer Flussdiehte ein Zonenteil mit geringerer Flussdichte folgt,

   und dass die Teilung der Ringzonenteile auf dem Statur und dem Anker gleich ist, so dass Paare zusammenwir kender Polflächen entstehen, und dass der Anker bei nicht erregtem Ventilmagneten, in welchem Falle sich das Ventil in der Schliess stellung befindet, diejenige Stellung gegen über dem Statur einnimmt, in welcher die bei eregtem Ventilmagneten in Richtung der Ventilare wirkende Zugkraft des Ankers ein Maximum ist. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Ventil nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Statur aus einer Mehrzahl von Lamellen aufgebaut ist, wo bei diese Lamellen mit Öffnungen ver sehen sind, welche eine Kammer zur Auf nahme des Ankers bilden und dass Ein schnitte vorgesehen sind zur Aufnahme von Erregerspulen. 2. Ventil nach Unteranspruch 1, :dadurch ge kennzeichnet, dass die Erregerspulen rings um und parallel zur Längsaxt des Ventils angeordnet sind, wobei der Strom durch die Erregerspulen benachbarter Pole in entgegengesetzter Richtung fliesst, so dass die benachbarten Polflächen .des Stators entgegengesetzte Polarität besitzen. 3.

   Ventil nach Unteranspruch 1, gekennzeich net durch eine Abschlussplatte an einen Ende des Stators, in welche ein Ventilsitz eingebaut ist, und durch eine zweite Ab schlussplatte am andern Ende des Stators, wobei in letzterer Platte eine Eintrittsöff nung für den Eintritt der zu steuernden Flüssigkeit vorgesehen ist,

   und dass beide Platten und das Lamellenbündel einen. flüssigkeitsdichten Leiter für eine von der Eintrittsöffnung zum Ventilsitz fliessende Flüssigkeit bildet und den Anker ein schliesst. 4.

   Ventil nach Patentanspruch, gekennzeich net durch eine in einer flüssigkeitsdichten Umhüllung angeordnete Wicklung des Stators, wobei diese Umhüllung eine Ab schlussplatte des vom Statur umschlossenen Raumes aufweist, einen zwischen diese Abschlussplatte und das Lamellenpaket des Stators eingeklemmten, aber von bei den isolierten Zwischenring, welcher Ring mit dein einen Ende der Wicklung des Stators verbunden ist und eine Anschluss klemme trägt. 5.

   Ventil nach Patentanspruch, gekennzeich net .durch Mittel zum Einstellen der ge genseitigen Stellung von Anker und Sta tur, welche sie einnehmen, wenn das Ven til stromlos ist. 6. Ventil nach Patentanspruch, gekennzeich net durch Mittel zur Begrenzung des An kerweges in derjenigen Stellung, die der Anker bei erregtem Ventilmagneten ein nimmt. 7. Ventil nach Unteranspruch 6, gekenn zeichnet durch Mittel, welche in solcher Weise auf den Anker einwirken, dass sie denselben in .diejenige Stellung zu drän gen suchen, die er bei nicht erregtem Ven tilmagneten einnimmt. B.

   Ventil nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass bezogen auf die Achs- richtung die Länge der Zonen von gerin gerer Flussdichte grösser ist als die Länge der Zonen mit grösserer Flussdichte. 9.

   Ventil nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die grössere Flussdichte führenden Lamellen aus magnetisierbarem Material des Stators durch Lamellen aus nicht magnetisierba.rem Material getrennt sind, wobei letztere sich soweit nach in nen erstrecken, .dass sie eine Fläche ohne Vorsprünge mit den nach innen gerichte ten Oberflächen der Lamellen aus,

   magne- tisierbarem Material bilden, welche Fläche als Führungsfläche für den Anker dient.