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Die
Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil insbesondere zur
Verwendung in explosiven Atmosphären, und ein Verfahren
zu dessen Herstellung.
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Im
Stand der Technik sind sogenannte Explosionsschutz-Ventile bekannt,
die bei Einwirkung einer explosionsverursachten Druckwelle automatisch
schließen. Ein solches Ventil ist in
EP 0 172 364 beschrieben, bei dem
in einem Gehäuse ein auf einer Führungsstange
in Richtung der Gehäuselängsachse verschiebbarer
Ventilkörper gelagert ist, der in der Betriebslage des
Ventils in der Öffnungslage gehalten ist. Durch eine bei
einer Explosion entstehende Druckwelle erfolgt eine Verschiebung
des Ventilkörpers in seiner Schließlage, in welcher
er durch eine Haltevorrichtung gasdicht gehalten ist. Nach dem gleichen
Prinzip funktioniert ein Explosionsschutz-Ventil gemäß
CH 606 882 .
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DE 29 26 549 beschreibt
einen explosionsgeschützten druckfesten Elektromagneten,
der ein Gehäuse mit einem Aufnahmeraum zur Aufnahme von
Schaltungselementen aufweist. Der Aufnahmeraum ist mit einer erhärtenden
Gießmasse ausgegossen. Hierdurch werden alle Innenräume
innerhalb des Gehäuses beseitigt, die Ausgangspunkt einer Explosion
sein könnten. Ein solcher Elektromagnet, der in Verbindung
mit einem Ventil eingesetzt werden kann, weist nachteilig große
Abmessungen auf.
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Entsprechend
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches
Ventil zur Verwendung in explosiven Atmosphären zu schaffen, das
einen einfachen Aufbau und kompakte Abmessungen aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 und
durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 14 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen
definiert.
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Ein
erfindungsgemäßes elektromagnetisches Ventil,
das sich zur Verwendung in explosiven Atmosphären eignet,
umfasst ein 1-Kammer-System mit einem Aufnahmeraum, in dem zumindest
ein in Längsrichtung des Ventils beweglicher Ventilkolben und
ein Magnetantrieb zum Antrieb des Ventilkolbens aufgenommen sind,
wobei das 1-Kammer-System aus einem 3-Wand-System gebildet ist.
Das 3-Wand-System gewährleistet eine Kapselung des elektromagnetischen
Antriebs mit einer hohen Betriebssicherheit, so dass Störungen
des Antriebs, insbesondere Funkenüberschläge oder
dergleichen, nicht aus dem 1-Kammer-System heraus gelangen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das 3-Wand-System
ein inneres Gehäuse, ein äußeres Gehäuse
und eine zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren
Gehäuse eingebrachte Füllmasse aufweisen, wobei
das äußere Gehäuse die Funktion eines
Kühlkörpers übernimmt. Durch das äußere
Gehäuse ist die Kühloberfläche des Ventils
vorteilhaft vergrößert, was zu einer effizienteren Abfuhr
von Wärme an die Umgebung führt. Die Füllmasse,
die vorzugsweise aus einem Gießharz besteht, gewährleistet
einen guten Wärmeübergang zwischen dem inneren
und dem äußeren Gehäuse, so dass Verlustwärme
von dem elektromagnetischen Antrieb über das äußere
Gehäuse an die Umgebung abführbar ist. Vorzugsweise
ist das äußere Gehäuse mittels der Füllmasse
an dem inneren Gehäuse befestigt und diesbezüglich
zentriert, so dass weitere Befestigungsmittel für das äußere
Gehäuse nicht erforderlich sind.
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Eine
platzsparende Konfiguration für das erfindungsgemäße
Ventil ergibt sich dadurch, dass die elektrischen Anschlüsse
für den Magnetantrieb in Längsrichtung des Ventils
angeordnet sind. Indem die elektrischen Anschlüsse für
den Magnetantrieb innerhalb des Aufnahmeraums des 1-Kammer-Systems
angeordnet und dabei von der Füllmasse umschlossen bzw.
darin eingegossen sind, ergibt sich eine weiter verbesserte Betriebssicherheit
und zugleich eine bessere Wärmeabfuhr. Die Wärmeabfuhr an
die Umgebung kann weiter dadurch verbessert sein, dass das äußere
Gehäuse eine vergrößerte Kühloberfläche
in Form von Kühlrippen aufweist. Diese Kühlrippen
können längs und/oder quer zur Längsachse
des Ventils verlaufen.
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Die
Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Ventils
lässt sich weiter dadurch erhöhen, dass das innere
Gehäuse und das äußere Gehäuse
gemeinsam geerdet sind. Hierzu kann an einem seitlichen Rand des
inneren Gehäuses ein geerdeter scheibenförmiger
Flansch vorgesehen sein, wobei das äußere Gehäuse
mit seinem an diesen Flansch angrenzenden Rand damit verbunden ist.
Eine sichere Verbindung zwischen dem äußeren Gehäuse
und dem Flansch und zugleich ein einfaches Verschließen
des Innenraums zwischen dem inneren und dem äußeren
Gehäuse ergibt sich dadurch, dass das äußere
Gehäuse in Form eines an seiner Stirnseite offenen Zylinders
ausgebildet und mit seinem Rand mit dem Flansch verstemmt ist. Diese
formflüssige Verbindung zwischen dem äußerem
Gehäuse und dem Flansch lässt sich preiswert herstellen.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das äußere
Gehäuse zumindest einen Rücksprung aufweisen,
in dem eine Verschraubung für die Erdung aufnehmbar ist.
Hierdurch können die Gesamtabmessungen des Ventils beziehungsweise
des äußeren Gehäuses gering gehalten
sein. Vorzugsweise kann der Rücksprung in Längsrichtung
des Ventils verlaufen, woraus eine einfache Handhabbarkeit für
die Verschraubung resultiert.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines
elektromagnetischen Ventils insbesondere zur Verwendung in explosiven
Atmosphären umfasst die Schritte:
- a)
Bereitstellen eines elektromagnetischen Ventils mit einem Gehäuse,
bei dem der Magnetantrieb zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses
aufgenommen ist,
- b) Bereitstellen eines Kapselgehäuses,
- c) Einführung des Ventils von Schritt a in das Kapselgehäuse,
wobei das Ventilgehäuse von dem Kapselgehäuse
vollständig umschlossen wird, und
- d) Vergießen eines Hohlraums zwischen dem Ventilgehäuse
und dem Kapselgehäuse durch eine Füllmasse, insbesondere
durch ein Gießharz.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in Schritt
a ein herkömmliches Ventil zum Einsatz kommen, wobei eine
Anpassung eines solchen Ventils an die Verwendung in explosiven
Atmosphären durch die Schritte b bis d erfolgt. Somit ist
eine Modifikation eines herkömmlichen Ventils nach dem
Baukastenprinzip möglich, im Wege der Kapselung des herkömmlichen
Ventils innerhalb des Kapselgehäuses und des Vergießens
des Hohlraums zwischen dem Ventilgehäuse und dem Kapselgehäuse
durch die Füllmasse.
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Beim
vorstehend erläuterten Verfahren kann das Ventil von Schritt
a randseitig einen Flansch aufweisen, wobei nach Schritt d ein Rand
des Kapselgehäuses mit dem Flansch verbunden wird, so dass
dadurch der Hohlraum zwischen dem Ventilgehäuse und dem
Kapselgehäuse verschlossen bzw. ausgefüllt wird.
Vorzugsweise werden dabei auch die elektrischen Anschlüsse
des Magnetantriebs mit der Füllmasse vergossen, so dass
ein Funkenüberschlag oder dergleichen aus dem Kapselgehäuse
heraus in die Umgebung nicht möglich ist.
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Ein
erfindungsgemäßer Magnetantrieb umfasst eine Spule
und einen Anker, der von der Spule zumindest teilweise umschlossen
wird und innerhalb der Spule verschieblich gelagert ist. In gleicher
Weise wie bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist
der Magnetantrieb in einem Gehäuse in Form eines 1-Kammer-Systems
aufgenommen, das aus einem 3-Wand-System besteht. Ein solches 3-Wand-System
weist ein inneres Gehäuse, ein äußeres
Gehäuse und eine zwischen dem inneren Gehäuse
und dem äußeren Gehäuse eingebrachte
Füllmasse auf, wobei das äußere Gehäuse
die Funktion eines Kühlkörpers übernimmt.
Diesbezüglich weist der Magnetantrieb die gleichen Merkmale
und Vorteile wie das erfindungsgemäße Ventil auf,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Erläuterungen
für das erfindungsgemäße Ventil verwiesen
wird.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand einer Ausführungsform
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Ventils,
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2 eine
Seitenansicht des 1, und
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3 eine
Draufsicht auf das Ventil von 1.
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Die 1 bis 3 zeigen
ein erfindungsgemäßes elektromagnetisches Ventil 1 in
verschiedenen Ansichten und veranschaulichen dessen Funktionsprinzip.
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1 zeigt
das Ventil 1 in einer Perspektivansicht. Das Ventil 1 umfasst
ein äußeres Gehäuse 2 in Form
eines Kapselgehäuses, das als längsgestreckter
Zylinder ausgebildet ist. Innerhalb des Kapselgehäuses 2 sind
ein Magnetantrieb und ein in Längsrichtung des Ventils 1 beweglicher
Ventilkolben aufgenommen. An einer Stirnseite des Ventils 1 sind elektrische
Anschlüsse 3 angebracht, die den Magnetantrieb
mit Energie versorgen. Durch die Anordnung der elektrischen Anschlüsse 3 in
Längsrichtung des Ventils 1 wird eine platzsparende
Konfiguration für das Ventil 1 erzielt.
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2 zeigt
das Ventil 1 von 1 in einer Seitenansicht,
wobei ein Teilbereich des Ventils 1 aufgebrochen dargestellt
ist. Innerhalb des Kapselgehäuses 2 ist ein inneres
Gehäuse 4 in Form eines Ventilgehäuses
angeordnet, das den Magnetantrieb des Ventils umschließt.
Der Magnetantrieb ist aus einer Spule 5 und einem in Längsrichtung
des Ventils 1 beweglichen Ventilkolben 6 gebildet,
wobei der Ventilkolben 6 mit einem Ventilstößel 7 verbunden
ist. An dem Ventilgehäuse 4 sind Steckerkontakte 8 angeordnet,
die mit den elektrischen Anschlüssen 3 verbunden
sind. Ein Hohlraum 9 zwischen dem Kapselgehäuse 2 und
dem Ventilgehäuse 4 ist durch eine Füllmasse 10,
insbesondere ein Gießharz ausgegossen. Somit ergibt sich
durch das Gießharz eine unmittelbare Verbindung und damit
eine Wärmeleitung zwischen dem Ventilgehäuse 4 und
dem Kapselgehäuse 2. Eine Verlustwärme
des Magnetantriebs kann über das Kapselgehäuse 2 und
das Gießharz 10 über das Kapselgehäuse 2 an
die Umgebung abgeführt werden. Das Harz übernimmt
neben der Funktion der Wärmeleitung auch die Funktion einer Befestigung
bzw. Fixierung des Ventilgehäuses 4 innerhalb
des Kapselgehäuses 2, so dass zusätzliche Befestigungen,
Halteelemente oder dergleichen für das Ventilgehäuse 4 nicht
erforderlich sind.
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Der
teilweise freigeschnittene Bereich von 2 für
das Ventilgehäuse 4 verdeutlicht, dass die Steckerkontakte 8 bzw.
die elektrischen Anschlüsse 3 von dem Gießharz 10 umschlossen
sind. Durch dieses Umschliessen und die weitere Kapselung innerhalb
des Kapselgehäuses 2 ist eine hohe Betriebssicherheit
für das Ventil in explosiven Atmosphären sichergestellt,
da eine Funkenentladung oder dergleichen in die Umgebung ausgeschlossen
ist.
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Das
Ventilgehäuse 4 weist an einem seitlichen Rand
einen scheibenförmigen Flansch 11 auf, der auskragende
Ohrenabschnitte 12 (vgl. 3) umfasst.
Das Kapselgehäuse 2 ist in Form eines Zylinders
ausgebildet. Ein Innendurchmesser dieses Zylinders ist bezüglich
eines Außendurchmessers des Flansches 11 mit einem
Passmaß ausgebildet. Dies bewirkt, dass das Kapselgehäuse 2 mit
dem Flansch 11 verstemmt werden kann, indem der Rand des
Kapselgehäuses 2 zwangsweise auf eine Außenumfangsfläche
des Flansches 11 aufgebracht wird. In 2 ist
dies links durch den teilweise freigeschnittenen Bereich gezeigt.
Durch das Verpressen bzw. Verstemmen des Kapselgehäuses 2 mit
dem Flansch 11 ergibt sich nicht nur ein sicheres Verschliessen
des Hohlraumes 9 nach außen, sondern auch eine
gute elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 4 und
dem Kapselgehäuse 2. Der Flansch 11 wird über
seine beiden Ohrenabschnitte 12, die in der Draufsicht
von 3 gezeigt sind, mittels geeigneter Verschraubungen
geerdet. Dies bewirkt, dass das Kapselgehäuse 2 und
das Ventilgehäuse 4 über eine gemeinsame
Erdung verfügen. Neben einer hohen Betriebssicherheit lässt sich
diese gemeinsame Erdung preiswert herstellen, da es wegen der elektrischen
Verbindung zwischen Ventilgehäuse 4 und Kapselgehäuse 2 nur
auf die Erdung der Ohrenabschnitte 12 des Flansches 11 ankommt.
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Das
Kapselgehäuse 2 weist angrenzend zu den Ohrenabschnitten 12 jeweils
eine Vertiefung 13 beziehungsweise einen Rücksprung
(vgl. 1) auf. Der Rücksprung 13 erstreckt
sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Ventils 1 und
erleichtert das Anbringen einer Verschraubung an dem Ohrenabschnitt 12,
um die Erdung des Ventils 1 sicherzustellen.
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Das
erfindungsgemäße Ventil 1 kann zur Sicherstellung
einer maximalen Temperatur mit einer Temperatursicherung versehen
sein, die auch bei langer und starker Bestromung des Ventils über
die Nennleistung hinaus ein Überschreiten einer maximal
zulässigen Temperatur wirkungsvoll verhindert. Die Temperatursicherung
schaltet dabei das Ventil 1 vor Erreichen der maximalen
Temperatur irreversibel ab. Eine erneute Inbetriebnahme des Ventils 1 ist
erst dann wieder möglich, wenn seine Temperatur entsprechend
abgeklungen bzw. abgesunken ist.
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Das
Ventil 1 kann gemäß den Darstellungen von 1 bis 3 unmittelbar
als ein Ventil konzipiert werden, das für den Einsatz in
explosiven Atmosphären bestimmt ist. Alternativ hierzu
lassen sich durch die Ausgestaltung des Kapselgehäuses 2 in Form
eines längsgestreckten Zylinders auch herkömmliche
Ventile geeignet nachrüsten. Hierbei kann auf bereits bestehende
Ventillösungen zurückgegriffen werden, die mit
dem zylinderförmigen Kapselgehäuse 2 nachgerüstet
werden. An einem herkömmlichen Ventil wird der Flansch 11 (vgl. 2,
analog) geeignet befestigt, wonach das Ventil in das Kapselgehäuse 2 vollständig
hineingeschoben wird. Das Kapselgehäuse 2 weist
dabei an seiner dem Flansch 11 entgegengesetzten Stirnseite
eine Ausnehmung auf, durch die die elektrischen Anschlüsse
des Ventils hindurch geführt werden. Der Hohlraum zwischen dem
Gehäuse des herkömmlichen Ventils und dem Kapselgehäuse 2 wird
durch ein Gießharz vergossen, wobei der an den Flansch 11 angrenzende
Rand des Kapselgehäuses 2 mit dem Flansch 11 verstemmt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0172364 [0002]
- - CH 606882 [0002]
- - DE 2926549 [0003]