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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, wobei das Polrohr in der Art
einer Aufnahmehülse
für den
Magnetanker ausgebildet ist, die unter Bildung einer Anschlagsfläche für den Magnetanker
an ihrem einen Ende einen nach innen weisenden Umlegerand aufweist.
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Durch
die
DE 103 27 209
B3 ist eine Schaltvorrichtung, insbesondere zum Betätigen von
Ventilen bekannt mit einem Gehäuse
und einem darin angeordneten Spulenkörper mit Spulenwicklung, der zumindest
teilweise ein Polrohr umfasst, das mittels einer Trennstelle magnetisch
von einem Polkern entkoppelt ist, mit einem zumindest im Polrohr
geführten Magnetanker,
der mit einem Betätigungsteil
für das jeweilige
Ventil versehen ist, und mit einer zwischen den einander benachbart
gegenüberliegenden
Seiten von Magnetanker und Polkern angeordneten Antihafteinrichtung,
die für eine
hemmfreie Bewegung des Magnetankers das Betätigungsteil mit einem scheibenförmigen Grundteil
unter einem vorgebbaren Radialabstand umfasst. Dadurch dass die
Antihafteinrichtung bei der bekannten Lösung ein in axialer Richtung
der Schaltvorrichtung sich erstreckendes Verbindungsteil aufweist,
das gleichfalls das Betätigungsteil
mit einem vorgebbaren radialen Abstand umfasst und das zum Herstellen
einer festen Verbindung mit dem Polkern in einer Ausnehmung desselben
eingreift, ist die Antihafteinrichtung sicher am Polkern und mithin
an den feststehenden Teilen der Schaltvorrichtung festgelegt und
kann dergestalt keine den Magnetanker bei seiner Bewegung nachfolgende
Verfahrbewegung ausführen.
Das scheibenförmige
Grundteil der Antihafteinrichtung ist getrennt zu fertigen und in
die Schaltvorrichtung einzubauen, was mit einem entsprechenden Herstellaufwand
verbunden ist.
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Durch
die
DE 44 39 422 C2 ist
eine Schaltvorrichtung, insbesondere für den Einsatz bei hoher Druckbelastung
bekannt mit einem Gehäuse
und einem darin angeordneten Spulenkörper, in dem ein Schaltteil
geführt
und der mit einer Leiterwicklung versehen ist, wobei zwischen dem
Spulenkörper
und dem Schaltteil eine Druckhülse
angeordnet ist, die mittig an ihrem Hülsenboden von festen Teilen
der Schaltvorrichtung abgestützt
ist. Dadurch dass bei der bekannten Lösung die Druckhülse zumindest längs des
gesamten Hülsenbodens,
in dem die hohe Druckbelastung auftritt, von einem Kunststoffmaterial abstandsfrei
abgestützt
ist, ist auch an den Stellen des Überganges zwischen Hülsenboden
und dem zylindrischen Teil der Abstandshülse eine sichere Abstützung gewährleistet,
sodass auch bei sehr hohen Drücken
und hohen Anschlagkräften
beim Rückfahren
des Stellteils in seine Ruhestellung ein Bersten der Druckhülse mit
Sicherheit vermieden ist. Aufgrund des eingesetzten Kunststoff-Abstützteils
baut die bekannte Lösung
in axialer Richtung jedoch entsprechend groß auf.
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Durch
die nachveröffentlichte
DE 10 2004 051 332 ist
eine Betätigungsvorrichtung
aufgezeigt mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches
1. Bei der bekannten Lösung
ist das Polrohr an seinem einen freien Ende, das aus dem Gehäuse der
Betätigungsvorrichtung
herausragt, mit einem umgelegten Rand versehen, gegen den der Magnetanker
sich abstützen
kann, wobei der Umlegerand eine Mittenöffnung frei lässt, in
die ein Druckausgleichskanal des Magnetankers einmündet, der
sich auf seiner gegenüberliegenden
Seite an dem Polkern abstützen
kann, in dessen Richtung insoweit der Druckausgleichskanal auf seiner
anderen Seite hin ausmündet.
Am gegenüberliegenden
Ende weist das Polrohr einen in die entgegengesetzte Richtung weisenden
Umlegerand geringerer Krümmung
auf, mit der es zwischen dem Spulenkörper und dem Polkern sowohl
axial als auch radial lagefixiert ist. Aufgrund der Umlenkungen
zu den freien Rändern
des Polrohres hin ist dieses in der Lage, einen gewissen Toleranzlängenausgleich
herzustellen, um dergestalt einen passgenauen Einbau für die Teile
der Betätigungsvorrichtung
zu schaffen. Aufgrund der definierten Einspannstelle des Polrohres
zwischen Polkern und Spulenkörper
sind die dahingehenden Toleranzausgleichsmöglichkeiten aber eingeschränkt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Lösungen
unter Beibehalten ihrer Vorteile, nämlich insbesondere einen funktionssicheren,
lang andauernden Betätigungsbetrieb
sicherzustellen, dahingehend weiter zu verbessern, dass mit geringem konstruktiven
Aufwand und mithin kostengünstig
eine Antihaftwirkung sowie eine sichere magnetische Entkopplung
bei dennoch druckdichtem Aufbau nebst kleiner zu realisierender
Einbaugröße und in
weiten Bereichen eine vorgebbare Toleranzanpassung erreicht ist.
Eine dahingehende Aufgabe löst
eine Betätigungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch
dass gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 der Umlegerand ein geschlossenes Bodenteil
ausbildet, das vom Polkern abgestützt mit diesem in Anlage ist,
ist das Bodenteil des Polrohres derart in den Polkern einpassbar,
dass es seine Lage beibehält,
auch wenn der Magnetanker für
eine Betätigung
eines an die Betätigungsvorrichtung
anschließbaren
Ventils sich hin und her bewegt und dabei insbesondere auf das Bodenteil drückt oder
sich ziehend von diesem abhebt. Da der Umlegerand nicht mehr wie
im Stand der Technik aufgezeigt eine ringförmige Durchlassstelle begrenzt, sondern
vielmehr geschlossen ist, ist insoweit auch ein Einsatz für hohe Drücke möglich, da
insoweit neben der Druckdichtheit auch ein steifes, belastbares Polrohrsystem
ausgebildet ist. Durch die definierte Anlage des Bodenteils des
Polrohres am Polkern ist eine Art Fixierung erreicht, die an anderer
Stelle des Polrohres in einem weitgezogenen Bereich die Möglichkeit
eines Toleranzausgleiches ermöglicht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
ist dabei vorgesehen, dass das Polrohr an seinem freien Ende in
einen sickenförmigen
Flansch ausmündet,
der sich an dem Gehäuse
der Betätigungsvorrichtung
abstützt.
Vorzugsweise ist dabei der Sickenteil des Flansches in der Art einer
Rundsicke ausgebildet. Dies ermöglicht
es, einen freien Endbereich des sickenförmigen Flansches zwischen Gehäuse der
Betätigungsvorrichtung
und Gehäuseteilen
des sich anschließenden
Ventilkörpers
durch Klemmung lagezufixieren und aufgrund des elastisch nachgiebigen
Sickenkörpers
ist eine Art Gelenkstelle realisiert, längs der sich insbesondere in
axialer Richtung das Polrohr mit seiner Einbaulänge innerhalb des Spulenkörpers und
des Polkernes anpassen kann.
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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 zeigt in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die einzige
Figur im Längsschnitt
die wesentlichen Teile der Betätigungsvorrichtung
mit einem Teil eines angeschlossenen Ventilgehäusekörpers.
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Die
in der Figur gezeigte erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung dient insbesondere
dem Betätigen
von außenseitig
anschließbaren
Ventilen wie hydraulischen oder pneumatischen Wege- oder Schaltventilen,
von denen in der Figur nur ein unterer Ventilgehäuseteil 10 gezeigt
ist mit in einer Ringnut 12 verlaufender üblicher
Ringdichtung 14. Die überwiegend
im Längsschnitt
dargestellte Betätigungsvorrichtung
nach der Figur, die man in der Fachsprache teilweise auch mit Schalt-
oder Betätigungsmagnet
bezeichnet, weist ein Gehäuse 16 auf,
mit einem darin angeordneten Spulenkörper 18, der eine übliche Elektrospulenwicklung 20 trägt. Zum
Bestromen der Spulenwicklung 20 dient ein üblicher
Gerätestecker 22 oder
Anschlußlitzen,
der bzw. die an eine Stromquelle anschließbar sind, wobei jeweils ein
Anschlusspin des Gerätesteckers 22 an
ein zuordenbares Ende der Spulenwicklung angeschlossen ist. In Blickrichtung
auf die Figur gesehen steht der Gerätestecker 22 an der
linken unteren Bodenseite 24 des Gehäuses 16 vor, das insoweit
mehrteilig ausgebildet ist, insbesondere aus einem zylindrischen
Aufnahmeteil aus Stahlmaterial besteht, an dessen freien Enden sich
Abschlussplatten gleichfalls aus einem Stahlwerkstoff gebildet anschließen, die
einmal die Bodenseite 24 ausbilden und einmal die Kopfseite 26.
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Wie
ferner die Figur zeigt, umfasst der Spulenkörper 18 zumindest
teilweise längs
seiner oberen Hälfte
ein Polrohr 28, das mittels einer Trennstelle 30, sei
es in Form einer Schweißnaht
oder sei es in Form einer wie im vorliegenden Fall dargestellten
freigelassenen Stelle magnetisch von einem Pol kern 32 im Wesentlichen
entkoppelt ist. In Blickrichtung auf die Figur gesehen schließt der Polkern 32 mit
seiner Unterseite bündig
mit der Außenwand
der Bodenseite 24 des Gehäuses 16 der Betätigungsvorrichtung
ab.
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Längs des
Polrohres 28 ist ein Magnetanker 34 geführt und
zwar in einem so genannten Ankerraum 36, der an seinem
einen freien – in
Blickrichtung auf die Figur gesehen oberen – stirnseitigen Ende mit einem
stangenartigen Betätigungsteil
(nicht dargestellt) zusammenwirkt zwecks Betätigen von bewegbaren Ventilgliedern
der bis auf Teile des Ventilgehäuses 10 nicht
dargestellten Ventilen zusammenwirkt. Für den Eingriff des stangenartigen
Betätigungsteils
weist der Magnetanker 34 eine kanalartige Innenausnehmung 38 auf,
die sich nach außen
hin, also nach oben, im Durchmesser verbreitert und an die genannte
Verbreiterungsstelle schließt
sich ein Innengewinde 40 an, in welches das genannte Betätigungsteil
des Ventils einschraubbar ist. Die kanalartige Innenausnehmung 38 erstreckt
sich koaxial zur Längsachse 42 der
Betätigungsvorrichtung,
die insoweit auch die Längsachse
für das
nicht näher
dargestellte Ventil ausbildet. Parallel zu der Innenausnehmung 38 und
mithin parallel zur Längsachse 42 erstreckt
sich innerhalb des Magnetankers 34 ein Druckausgleichskanal 44,
der das hemmfreie Bewegen des Magnetankers 34 aus seiner
in der Figur gezeigten Nichtbetätigungsstellung
in eine nach vorne bzw. nach oben weisende Betätigungsstellung zum Ansteuern
des jeweiligen Ventiles ermöglicht.
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Das
Polrohr 28 selbst ist vorzugsweise aus einem nichtmagnetisch
leitenden Material gebildet, wie beispielsweise Edelstahl, Messing
oder Kunststoff. Der Polkern 32 selbst besteht wiederum
ebenso wie der Magnetanker 34 aus einem geeigneten Stahlwerkstoff,
und der Spulenkörper 18 wird
aus einem für
Elektrospulen üblichen
Kunststoffwerkstoff hergestellt, der vergleichbar in der Art einer
Umspritzung ausgebildet ebenso wie diese ver bleibende Resthohlräume 46 innerhalb
des Gehäuses 16 der
Betätigungsvorrichtung
füllen
kann.
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Das
Polrohr 28 ist in der Art einer Aufnahmehülse für den Magnetanker 34 ausgebildet,
die unter Bildung einer Anschlagfläche an ihrem einen freien Ende
einen nach innen weisenden Umlegerand 48 aufweist, der
nach innen hin verlängert
das Bodenteil 50 ausbildet, das sich in Außenbereichen
zum Umlegerand 48 hin planparallel längs einer Abstützfläche 52 des
Polkerns 32 erstreckt und insoweit einen entsprechenden
Gegenhalt erfährt.
Aufgrund des großen
Volumenanteils bezogen auf den Polkern 32 bildet dieser
ein sicheres Wiederlager aus, sodass beim Anschlagen des Magnetankers 34 an
das Bodenteil 50 des Polrohres 28 dieses sicher
fixiert ist und insbesondere vom Magnetanker 34 aufgrund
der Abstützung
auch nicht ausgeschlagen werden kann. Aufgrund des durchgehenden
Bodenteils 50 des Polrohres 28 ist darüber hinaus
nicht nur eine gute Antihaftwirkung erreicht, sondern insoweit auch
eine sichere Magnettrennung gewährleistet,
die für
eine sichere Funktion der Betätigungsvorrichtung
zwingend notwendig ist.
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Der
Magnetanker 34 weist darüber hinaus einen Energiespeicher
in Form einer Druckfeder 54 auf, die sich mit ihrem einen
freien Ende an einer Ausnehmung im Magnetanker 34 abstützt und
mit ihrem anderen Ende in Anlage ist mit der Oberseite des Bodenteils 50,
das zur Stützung
des Schraubenkörpers
einen vorgeprägten
napfartigen Innenrand 56 aufweist, der jedoch insoweit
das an sich geschlossene Bodenteil 50 nicht unterbricht.
Der Polkern 32 ist als massives Widerlager in der Art eines
Blockes in das Gehäuse 16 der
Betätigungsvorrichtung
einführbar
und ist insoweit von der Innenwand des Spulenkörpers 18 zumindest
teilweise umfasst. Längs
seines unteren freien Endbereiches weist der Polkern 32 eine
ringnutartige Vertiefung 58 auf, in die das Kunststoffmaterial
der Umspritzung für
die Resthohlräume 46 eindringt,
um dergestalt den Polkern 32 in seiner Lage innerhalb der
Betätigungsvorrichtung
zu fixieren. Sollte die hierdurch entstehende Abdichtung den Belangen
des Magnetes nicht gerecht werden, besteht weiter die Möglichkeit,
insbesondere bezogen auf die Bodenseite 24 das Gehäuse 16 der
Betätigungsvorrichtung
auch von außen
her zumindest teilweise oder vorzugsweise vollständig mit vergleichbarem Kunststoffmaterial
zu umspritzen.
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Der
Polkern 32 weist des Weiteren ein Führungsteil 60 auf,
das den Endbereich 62 des Polrohres 28 in Richtung
seines Bodenteils 50 umfasst. Das Führungsteil 60 bildet
dabei eine zylindrische Führungsbuchse
aus, das sich außenumfangsseitig
nach oben hin konisch verjüngt,
sodass ein oberer spitz auslaufender Randbereich 64 gebildet
ist, was sich für
die Führung
des Feldlinienverlaufs als günstig
erweist. Mit einem geringen axialen Abstand, welcher der Höhe der Trennstelle 30 entspricht,
mündet
das zylindrische Polrohr 28 aus dem Endbereich 62 aus und
verbreitert sich in der Art einer Stufe oder eines Absatzes 66 um
einen Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Spulenkörpers 18 an
der Stelle des Überganges
zum Polkern 32 entspricht. Nach zweifacher Umlenkung im
Bereich des stufenförmigen
Absatzes 66 erstreckt sich das Polrohr 28 in weiterer
zylindrischer Ausbildung längs
des Innenumfanges des Spulenkörpers
nebst dem Innenumfang der Kopfseite 26 des Gehäuses 16.
Während
das Polrohr 28 insbesondere passgenau durch das Führungsteil 60 des Polkernes 32 aufgenommen
ist, kann für
einen Toleranzlängenausgleich
ein radialer Spalt zwischen Außenumfang
des Polrohres 28 und dem Innenumfang des Spulenkörpers 18 gegeben
sein.
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Am
oberen freien Ende mündet
das Polrohr 28 in einen durchgehend umlaufenden Rand-Flansch 68 aus,
der sich an dem Gehäuse 16 im
Bereich seiner Kopfseite 26 abstützen kann. Der Sickenteil des Flansches
ist dabei in der Art einer Rundsicke 70 ausgebildet, die
zum Polrohr 28 selbst steil ab fällt und zum freien Endbereich 72 des
Flansches 68 flach abfällt.
Die Größe, insbesondere
die Höhe
der Rundsicke 70 ist derart gewählt, dass gemäß der Darstellung
nach der Figur mit einem vorgebbaren axialen Überstand ein Axialabstand in
Richtung der Längsachse 42 zwischen
Unterseite des freien Endbereiches 72 der Sicke und der
Oberseite der Kopfseite 26 des Gehäuses 10 gebildet ist.
Wird nun das Ventilgehäuseteil 10 mit
seiner der Kopfseite 26 zugewandten Endseite auf die Kopfseite 26 gepresst, wickelt
sich der freie Endbereich 72 um die Rundsicke 70 nach
unten hin ab und kommt insoweit in klemmende Anlage mit der Kopfseite 26 als
auch mit der Ringdichtung 14 in der Ringnut 12 des
Ventilgehäuseteils 10.
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Der
die Ringdichtung 14 kammernde Innenrand 74 der
Ringnut 12 ist in Richtung der Längsachse 42 derart
axial zurückgesetzt,
dass er bei der dahingehenden Zustellbewegung der Gehäuseteile 10 und 16 nicht
auf die Rundsicke 70 trifft, um insoweit die Abwickel-
oder Anpassbewegung nicht zu beeinträchtigen. Unter Einbezug eines
vorgebbaren Toleranzfeldes für
die Einbaulänge
des Polrohres 28 lässt sich
dann insoweit immer ein sinnfälliger
Längenausgleich
erreichen, sofern eine hierauf bezogene Spaltgröße zwischen Endbereich 72 und
Kopfseite 26 des Gehäuses 16 beibehalten
wird. Neben der Längenausgleichsmöglichkeit über die
Rundsicke 70 tragen auch die beiden entgegengesetzten Umlenkungen im
Bereich des Absatzes 66 mit dazu bei, dass durch Aufstauch-
oder Aufziehvorgänge
etwaig zu lang oder zu kurz ausgefallene Polrohre 28 sich
passgenau in die sonstige gleichfalls toleranzbehaftete Betätigungsvorrichtung
einfügen
können.
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Mit
nur einer Polrohrausgestaltung wird bei nur einer Art der Betätigungsvorrichtung
zum einen eine gute magnetische Trennung, eine gut wirkende Antihafteinrichtung
und eine zusätzliche
Federzentrierung 56, sowie ein Längentoleranzausgleich erreicht
bei druckdichten Aufbau auch für
hohe Druckwerte, sofern dies anwenderseitig notwendig wird. Das
Polrohr 28 mit seiner durchgehend gleichen Wandstärke lässt sich über einen
Tiefziehvorgang oder dergleichen aus einer Blechronde herstellen, beispielsweise
aus Messing oder Edelstahlmaterial; es wäre aber auch denkbar, in der
Art eines Spritzgießteils
das Polrohr 28 aus einem geeigneten elastischen Kunststoffmaterial
zu fertigen. Um die genannten Gehäuseteile 10 und 16 miteinander
verbinden zu können,
ist ein Einbau in stationäre
Drittgehäuseteile
(nicht dargestellt) notwendig; aber auch eine Verbindung über eine
Schraub- oder Ringflanschverbindung (gleichfalls nicht dargestellt)
möglich.
Sofern das Gehäuseteil 10 des
Ventilkörpers
in Richtung des Gehäuses 16 der
Magneteinrichtung gedrückt
wird, wird über
den O-Dichtring 14 auf die Oberseite des Randflansches 72 eine
Festlege- oder Klemmkraft ausgeübt.
Da der radiale Außenrand
des Ringflansches 72 aber gegenüber der Aufnahmenut mit der
radial äußeren Kammerwand
um einen vorgebbaren Abstand zurückversetzt
ist, ergibt sich insoweit die Möglichkeit
eines radialen Längentoleranzausgleiches
zwischen Gehäuse 10 und
Endbereich 72 des Flansches 68 entlang der Oberseite
der Kopfseite 26 des Gehäuses 16. In Verbindung
mit den Ausgleichsmöglichkeiten über die
Rundsicke 70 ist somit in einem weiten Bereich zum Ausgleich
von Toleranzen Längenbewegungen
des oberen vorstehenden Endes des Polrohres 28 möglich.