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Die
Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung,
insbesondere zum Betätigen
von außenseitig
anschließbaren
Ventilen, mit einem Gehäuse
und einem darin angeordneten Spulenkörper mit Spulenwicklung, der
zumindest teilweise ein Polrohr umfaßt, an dessen einem freien
Ende sich ein Polkern anschließt,
mit einem zumindest im Polrohr innerhalb eines Ankerraumes geführten Magnetanker,
der mit einem Betätigungsteil
für das
Betätigen
des jeweiligen Ventils zusammenwirkt.
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Dahingehende
Betätigungsvorrichtungen, die
man in der Fachsprache teilweise auch als Schaltmagnete bezeichnet,
sind beispielhaft in der
DE
101 04 998 A1 beschrieben und auf dem Markt in einer Vielzahl
von Ausführungsformen
frei erhältlich. Das
Betätigungsteil
des Schaltmagneten ist im wesentlichen aus einem rohrförmigen Bolzen
gebildet, der bei elektrischer Erregung der Spulenwicklung über einen,
an die Steckerplatte eines Anschlußsteckers anschließbaren Gerätesteckers
eine vorgebbare Wegstrecke zurücklegt
und hierbei einen Schalt- oder Betätigungsvorgang auslöst, beispielsweise
bei einem von außen
angeschlossenen Ventil zum Absperren oder Führen von Fluidströmen. Entfällt die Bestromung,
ist der Schaltmagnet also stromlos, wird regelmäßig über eine Rückstellfeder, die in der Schaltvorrichtung
selbst und/oder vorzugsweise am zu betätigenden Ventil angeordnet
ist, für
einen erneuten Schaltvorgang beim Bestromen der Spule der Magnetanker
rückgestellt.
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Bei
einer gattungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
gemäß dem Inhalt
der nachveröffentlichten
DE 10 2004 028 871 ist
das eine freie Ende des zylindrischen Polrohres in einen entsprechenden
Aufnahmeraum zwischen Außenumfangsseite
des Polkerns und Innenumfangsseite des Spulenkörpers festgelegt, wobei in
diesem Bereich das Polrohr durchgehend zylindrisch ausgebildet ist.
An seinem anderen gegenüberliegenden
freien Ende ist das Polrohr nach innen umgebördelt und mit einer stopfenartigen
Hubbegrenzung für
den Magnetanker fest verbunden, wobei sich der Magnetanker zwischen der
Hubbegrenzung als der einen Anschlagfläche und einer sog. Antihaftscheibe
als der anderen gegenüberliegenden
Anschlagfläche
in Abhängigkeit der
vorliegenden Spulenspannung hin und her bewegen kann, wobei die
topfförmige
Antihaftscheibe sicherstellt, dass beim Anschlagen des Magnetankers in
Richtung des Polkerns sich dieser wieder für eine Verfahrbewegung in der
anderen Richtung ohne weiteres lösen
kann. Im Bereich der Hubbegrenzung ist das Polrohr innenumfangsseitig
gegenüber
dieser Hubbegrenzung über
einen Dichtring abgedichtet und ansonsten ist der Verbund von Polrohr
und Hubbegrenzung außenumfangsseitig
von einer aufschraubbaren Abdeckkappe aus Kunststoffmaterial umfaßt.
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Die
genannte Betätigungsvorrichtung
ist für hohe
Einsatzdrücke
konzipiert und läßt sich
aufgrund ihres modularen Aufbaues kostengünstig und platzsparend herstellen.
Insbesondere für
Niederdruckanwendungen ist jedoch diese Betätigungsvorrichtung zu „stark
dimensioniert" und
insbesondere in den Randbereichen des Arbeitshubes der Betätigungsvorrichtung
läßt sich
nicht immer die aufzubringende Betätigungskraft über den
Stellweg kon stant halten oder sonst definiert festlegen, was bei
dahingehenden Vorrichtungen grundsätzlich vom Anwendungsbereich
her wünschenswert
ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Betätigungsvorrichtungen
unter Beibehalten ihrer Vorteile dahingehend weiter zu verbessern, dass
sie insbesondere für
Niederdruckanwendungen mit wenigen und „leicht" dimensionierten Bauteilen auskommen
und dass eine Möglichkeit
geschaffen wird, auch bei bereits erstellten Betätigungsvorrichtungen vor Ort
noch eine Anpassung im Hinblick auf den genannten Arbeitshub der
Vorrichtung vorzunehmen. Eine dahingehende Aufgabe löst eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 das Polrohr in der Art einer Aufnahmehülse für den Magnetanker
ausgebildet ist, die unter Bildung einer Anschlagfläche für den Magnetanker
an ihrem einen freien Ende einen nach innen weisenden Umlegerand
aufweist, kann auf eine eigenständige
Hubbegrenzung, wie im Stand der Technik aufgezeigt, verzichtet werden
und das eine freie Ende des Polrohres mit dem nach innen weisenden
Umlegerand übernimmt
dergestalt unmittelbar die Weg- oder Anschlagsbegrenzung für den Magnetanker.
Um die dahingehenden Auftreffkräfte über das
Polrohr sicher in die sonstige Struktur der Betätigungsvorrichtung ableiten
zu können,
weist das Polrohr an seinem anderen gegenüberliegenden Ende vorzugsweise
ein Festlegeteil auf, das insbesondere formschlüssig in einen Aufnahmeraum
zwischen Polkern und Spulenkörper
eingreift und dergestalt eine Verhakungsmöglichkeit bildet, um zu vermeiden,
dass ungewollt das Polrohr aus der dahingehenden Aufnahme zwischen
Polkern und Spulenkörper
beim schlagartigen Auftreffen des Magnetankers am anderen Ende des
Polrohres herausgezogen wird.
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Aufgrund
der dahingehenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung
braucht auch keine Abdichtung mehr vorgesehen zu sein zwischen dem
Polrohr und seinem nach innen weisenden Umlegerand.
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Über den
genannten Umlegerand nebst Anschlagfläche besteht darüber hinaus
die Möglichkeit, in
einem vorgegebenen Ausgleichsrahmen etwaige Toleranzen zwischen
auftretender Betätigungskraft über den
vorgegebenen Stellweg des Magnetankers auszugleichen. Wird nämlich der
dünnwandige
Umlegerand in axialer Richtung mit einem geeigneten Betätigungswerkzeug
eingestellt, ändert
sich der mögliche
axiale Abstand zwischen Magnetanker und Anschlagfläche, was
dergestalt zu einem Toleranzausgleich ausgenutzt werden kann, beispielsweise
in dem Sinne, dass innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsbereiches
die aufgebrachte Betätigungskraft
im wesentlichen über
den Zustellweg (Arbeitshub) des Magnetankers konstant bleibt oder
einen definierten Kräfteverlauf
einnimmt. Unabhängig
von etwaigen Herstelltoleranzen der Baukomponenten der Betätigungsvorrichtung
ist somit die dahingehende Toleranz über den Umlegerand kompensierbar
und ausgleichbar. Vorzugsweise ist hierfür vorgesehen, dass der nach
innen weisende Umlegerand des Polrohres über einen Zustellradius in
den zylindrischen Teil des Polrohres übergeht und dank des Zustellradius
läßt sich
in vorgegebenem Rahmen der angesprochene Toleranzausgleich durch
entsprechende axiale Längenänderung ΔX in Richtung
des Schaltweges des Magnetankers vornehmen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 teilweise
im Längsschnitt,
teilweise in Draufsicht die wesentlichen Teile der Betätigungsvorrichtung;
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2 in
vergrößerter Darstellung
ein in 1 eingesetztes Polrohr als Aufnahmehülse für den Magnetanker.
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Die
in der 1 im unteren Bildteil im Längsschnitt dargestellte Betätigungsvorrichtung,
die man in der Fachsprache teilweise auch mit Schalt- oder Betätigungsmagnet
bezeichnet, weist ein Gehäuse 10 auf
mit einem darin angeordneten Spulenkörper 12 mit Spulenwicklung 14.
Der dahingehende Spulenkörper 12 umfaßt zumindest
teilweise ein Polrohr 16, das mittels einer Trennstelle 18,
sei es in Form einer Schweißnaht
oder sei es in Form einer, wie im vorliegenden Fall dargestellten
freigelassenen Stelle, magnetisch von einem Polkern 20 im
wesentlichen entkoppelt ist. Längs
des Polrohres 16 ist ein Magnetanker 22 in einem
sog. Ankerraum 24 geführt,
der an seinem einen freien stirnseitigen Ende mit einem stangenartigen
Betätigungsteil
(nicht dargestellt) zusammenwirkt zwecks Betätigen von nicht näher dargestellten
Fluidventilen hierfür üblicher
Bauart. Das angesprochene stangenartige, nicht näher dargestellte Betätigungsteil
ist in einem entsprechenden Stangenraum 26 im Polkern 20 längsverschiebbar geführt. Der
dahingehende Aufbau ist bei dahingehenden Betätigungsvorrichtungen üblich, so
dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird. Zum Bestromen
der Spulenwicklung 14 des Spulenkörpers 12 ist ein Steckerteil 28 vorgesehen, das
vorzugsweise über
eine Vergußmasse 30 mit dem
Gehäuse 10 fest
verbunden ist. An seinem einen freien Ende weist der Polkern 20 außenumfangsseitig
eine sich im Durchmesser verbreiternde Stufe 32 in der
Art einer Polplatte auf. An dieser Stufe 32 des Polkerns 20 kann
sich beispielsweise das zugewandte Ende des Spulenkörpers 12 abstützen.
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Wird über das
Steckerteil 28 die Spulenwicklung 14 und mithin
die Spule bestromt, wird der Magnetanker 22 in seine betätigte Stellung
verfahren, und zwar in Blickrichtung auf die 1 gesehen
von der dort dargestellten rechten Anschlagstellung in eine linke,
die der Betätigungsstellung
entspricht. Bei der dahingehenden Verfahrbewegung nimmt der Magnetanker 22 das
nicht näher
dargestellte stangenförmige
Betätigungsteil
mit, dessen freies Ende für
einen Betätigungsvorgang
an dem nicht näher
dargestellten Fluidventil, zumindest teilweise, aus der linken Seite
des Gehäuses 10 austritt.
Der Magnetanker 22 ist in seiner dahingehenden axialen
Verfahrrichtung entlang der Längsachse 34 der
Betätigungsvorrichtung
mit mindestens einem Fluidausgleichskanal 36 versehen,
der es erlaubt, in dem Anker- oder Kammerraum 24 befindliches
Fluid innerhalb des Ankerraumes 24 in Abhängigkeit
der Verfahrstellung des Magnetankers 22 hin und her zu
bewegen, um dergestalt Hemmnisse im Betrieb zu vermeiden. Für eine Rückstellbewegung
des Magnetankers 22 aus seiner linken Stellung nach rechts
in die in der 1 gezeigte Stellung, ist die
Spulenwicklung 14 des Spulenkörpers 12 nicht länger bestromt
und die Rückstellbewegung
erfolgt zwangsgeführt über eine
nicht näher
dargestellte Rückstellfeder,
die als Teil des Fluidventils über
deren Ventilstößel das
stangenartige Betätigungsteil
und mithin den Magnetanker 22 zurückversetzt.
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Selbst
bei Wegfall des Stromes kann es aber aufgrund von Restmagnetismusvorgängen am
Polkern
20 dazu kommen, dass der Magnetanker
22 mit seiner
einen freien Stirnseite an der ihm zugewandten benachbarten Stirnseite
des Polkerns
20 haften bleibt. Um dies zu vermeiden, ist
es Stand der Technik, zwischen die beiden Stirnseiten innerhalb
des Ankerraumes
24 eine Antihafteinrichtung in Form einer
nicht näher
dargestellten Antihaftscheibe anzuordnen, die mit einem radialen
Abstand zum einen das nicht näher
dargestellte stangenartige Betätigungsteil
umfaßt
und zum anderen mit einem geringen axialen Abstand in den Ankerraum
24 hinein mündet. Aufbau
und Funktion dahingehender Antihaftscheiben sind beispielsweise
ausführlich
in der
DE 103 27 209 beschrieben,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
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Wie
sich insbesondere aus der 2 ergibt, ist
das Polrohr 16 in der Art einer Aufnahmehülse für den zylindrischen
Magnetanker 22 ausgebildet, wobei die Aufnahmehülse unter
Bildung einer Anschlagfläche 38 für den Magnetanker 22 an
ihrem einen freien Ende einen nach innen weisenden Umlegerand 40 aufweist
und an ihrem anderen freien Ende mit einem Festlegeteil 42 zwischen
Polkern 20 und Spulenkörper 12 in
eine absatzartige Ausnehmung 44 im Spulenkörper 12 eingreift.
Die absatzartige Ausnehmung 44 endet an ihrem einen freien
Ende in einer ringförmigen
Ausnehmung im Spulenkörper 12 und verjüngt sich
konisch unter Bildung der absatzartigen Ausnehmung 44 in
Richtung des zylindrischen Teils des Polrohres 16. Ferner
ist das Polrohr 16 innenumfangsseitig über einen Dichtring abgedichtet,
der in etwa mittig am Außenumfang
des Polkerns 20 in einer Aufnahmenut angeordnet ist.
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Der
nach innen weisende Umlegerand 40 des Polrohres 16 läßt eine
kreisrunde Öffnung 46 frei, in
die mit seinem einen Ende der angesprochene Fluidausgleichskanal 36 des
Magnetankers 22 einmündet.
Wie weiter die 2 zeigt, ist das Festlegeteil 42 des
Polrohres 16 aus einem nach außen weisenden Umlegerand 48 gebildet,
der aus einer schräg
verlaufenden Radialverbreiterung des unteren Endes des Polrohres 16 gemäß Blickrichtung
auf die 2 gebildet ist. Der obere, nach
innen weisende Umlegerand 40 ist hingegen gegenüber der
sonstigen zylindrischen Außenumfangsfläche des
Polrohres 16 um 90° nach
innen, beispielsweise durch ein Bördelverfahren, umgelegt. Der
nach innen weisende Umlegerand 40 mit der innenseitigen
Anschlagfläche 38 bildet
gegenüber
der freien Querschnittsfläche
der Öffnung 46 nur
einen dünnen
Anlagering aus, an dem das zugewandte freie Ende des Magnetankers 22 über einen
vorspringenden Ringrand (nicht dargestellt) anschlagen kann. Sofern
das dahingehende Polrohr nach der 2 in seiner
Festlegeposition ist gemäß der Darstellung
nach der 1, ist jedenfalls sichergestellt,
dass bei der Rückstellbewegung
des Magnetankers 22 in seine in der 1 gezeigte
rechte Anschlagstellung das Polrohr 16 nicht ungewollt aus
der Aufnahme zwischen Polkern 20 und Spulenkörper 12 herausgezogen
werden kann. Dies verhindert das Festlegeteil 42 des Polrohres 16,
das in die genannte absatzartige Ausnehmung 44 hemmend eingreift.
Etwaig in der anderen Richtung auftretende Stauchkräfte auf
das Polrohr 16 sind dergestalt über das konisch nach außen laufende
Festlegeteil 42 gleichfalls abgefedert.
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Wie
sich des weiteren aus der 1 ergibt, ist
das Polrohr 16 mit seinem nach innen weisenden Umlegerand 40 über eine
vorgebbare Wegstrecke über
das zugeordnete stirnseitige Ende 50 des Gehäuses 10 überstehend
angeordnet. Dabei ist die vorgegebene Wegstrecke des Überstandes
größer als
die freie Verfahrstrecke des Magnetankers 22 im Ankerraum 24.
Aufgrund des dahingehenden Überstandes
läßt sich
von außen
her die Betätigungsvorrichtung
noch entsprechend nachkalibrieren, um einen Toleranzausgleich vorzunehmen,
was nachfolgend noch näher
erläutert
werden wird. Zur Bildung der Trennstelle 18 ist vorgesehen,
dass der Polkern 20 an seiner dem Magnetanker 22 zugewandten Endseite
mit einer ringförmigen
Stegfläche 52 versehen
ist, die über
eine nach außen
sich konisch erweiternde Segmentfläche mit dem zylindrischen Außenumfang
des Polkerns 20 einstückig
verbunden ist. Ferner ist der Durchmesser der Stegfläche 52 derart bemessen,
dass ein stirnseitiger Absatz des Magnetankers 22 in den über die
Stegfläche 52 begrenzten
Teil des Ankerraumes 24 eingreift und in diesem geführt ist.
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Wie
sich weiter besonders aus der 2 ergibt,
ist der nach innen weisende Umlegerand 40 des Polrohres 16 über einen
vorgebbaren Zustellradius in den zylindrischen Teil des Polrohres 16 übergehend angeordnet,
so dass eine Einstellung des Arbeitsbereiches der Betätigungsvorrichtung
im Sinne einer Kalibrierung oder eines Toleranzausgleichs, insbesondere
für die
Betätigungskräfte, über den
Stellweg des Magnetankers 22 erreicht ist. Über den
genannten Zustellradius läßt sich
im wesentlichen parallel zur Längsachse 34 der
Betätigungsvorrichtung
der Umlegerand verstärkt
nach innen umlegen oder weiter im äußeren Bereich festlegen, so
dass sich gemäß der Darstellung
nach der 1 ein ΔX ergibt; eine Wegstrecke, innerhalb
der der Umlegerand 40 von seiner axialen Längsausrichtung
her einstellbar ist. Dergestalt ändert
sich dann aber auch die freie Verfahrwegstrecke für den Magnetanker 22.
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Sollte
sich nun beispielsweise vor Ort bei Inbetriebnahme der Betätigungsvorrichtung
feststellen lassen, dass ein Kraftabfall auftritt, bevor der Magnetanker
seinen gesamten Zustellweg (Arbeitshub) zurückgelegt hat, ließe sich
dergestalt durch weiteres Einbördeln
des Umlegerandes 40 und mithin der Anschlagfläche 38 das ΔX und mithin
die freie Verfahrstrecke reduzieren mit der Folge, dass man nach
einem dahingehenden Einstellvorgang die volle Betätigungskraft
am Ende des Verfahrweges für
den Magnetanker 22 zur Verfügung hätte. Genau so ließe sich umgekehrt
eine verlängerte
Betätigungsstrecke
für den
Magnetanker 22 über
die ΔX -Einstellung
erreichen, wenn zu jedem Zeitpunkt der Verfahrbewegung des Magnetankers 22 eine
hinreichend große Betätigungskraft
zur Verfügung
steht mit der Folge, dass sich für
die Ventilbetätigung
längere
Schaltstrecken am Betätigungsteil
für das
Ventil ergeben würden.
Jedenfalls ist dergestalt sichergestellt, dass jeweils vor Ort und
vor Inbetriebnahme der Betätigungsvorrichtung
aber gegebenenfalls auch zeitlich später im Wartungsbetrieb sich
ein Toleranzausgleich über
die ΔX – Wegstrecke
mittels des Polrohres 16 vornehmen läßt. Die gezeigte Betätigungsvorrichtung
ist insbesondere für
den Niederdruckbereich konzipiert; durch entsprechende, nicht näher dargestellte
Umspritzung des Gehäuses 10 mittels
einer Kunststoffmasse auch als Vergußmasse läßt sich aber jedenfalls die
Dichtigkeit der Betätigungsvorrichtung
ebenso erhöhen
wie eine weitere Abstützung
erreichen, insbesondere im Bereich des Überstandes für das Polrohr 16,
sofern der dahingehende Überstand
von dem jeweiligen Kunststoffmaterial umfaßt ist.
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Des
weiteren ist, wie die Darstellung nach der 1 zeigt,
vorgesehen, dass eine Kunststoffvergußmasse zwischen Spulenkörper 12 sowie
Polkern 20 und der Innenumfangsseite des Gehäuses 10 in
der Art eines Pins 54 nach außen geführt wird, um dergestalt eine
definierte, überprüfbare Anschlußmöglichkeit
im Sinne einer Plausibilitätskontrolle
an eine Pinausnehmung in dem nicht näher dargestellten Fluidventil
zu erreichen.