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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, insbesondere zum Betätigen von Ventilen, mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Spulenkörper mit einer bestrombaren Spulenwicklung, der zumindest Teile eines Polrohres und eines Polkerns umfasst, mit einem Magnetanker, der in einem sich zumindest teilweise innerhalb des Polrohres befindlichen Ankerraum durch Magnetkraftwirkung längsverschiebbar geführt ist, mit einer von dem Magnetanker ansteuerbaren Betätigungsstange, vorzugsweise für die Betätigung eines Fluidventils, und mit einer Ausgleichseinrichtung zum Herbeiführen eines Druckausgleichs zwischen dem Ankerraum und einem weiteren Raum, der zumindest teilweise von dem Polkern begrenzt ist.
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Betätigungsvorrichtungen dieser Art sind Stand der Technik, siehe beispielsweise das Dokument
DE 10 2004 028 871 A1 , in dem eine Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung offenbart ist. Bei diesen Vorrichtungen ist eine durch den Polkern führende Fluidverbindung vorgesehen, die bei den im Betrieb stattfindenden Kolbenbewegungen des Magnetankers einen Druckausgleich im Ankerraum ermöglicht. Bei der im genannten Dokument gezeigten Lösung weist die im Polkern längsverschiebbar geführte Betätigungsstange zur Bildung der aus dem Ankerraum herausführenden Fluidverbindung einen mehrkantförmigen Querschnitt auf. Für eine optimale Führung der Betätigungsstange ist für den im Polkern für die Betätigungsstange gebildeten Führungskanal ein unrunder Querschnitt vorgesehen, der von bogenförmigen Wandsegmenten und geradlinigen Wandsegmenten begrenzt ist. Diese Bauweise ist verhältnismäßig kostenintensiv. Als Alternative hierzu ist es bei Benutzung einer kreiszylindrischen Betätigungsstange, die in einer Gleitlagerung im Polkern geführt ist, bekannt, als Ausgleichseinrichtung eine sich durch den Polkern erstreckende Längsbohrung auszubilden. Bei sehr engen Platzverhältnissen, wie dies insbesondere bei Kompaktmagneten der Fall ist, ist hierbei eine verhältnismäßig lange Bohrung kleinen Durchmessers auszubilden, so dass auch eine derartige Bauweise verhältnismäßig kostenintensiv ist.
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Die
DE 10 2014 108 700 A1 offenbart eine Betätigungsvorrichtung, insbesondere zum Betätigen von Ventilen, mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Spulenkörper mit einer bestrombaren Spulenwicklung, der zumindest Teile eines Polrohres und eines Polkerns umfasst, mit einem Magnetanker, der in einem sich zumindest teilweise innerhalb des Polrohres befindlichen Ankerraum durch Magnetkraftwirkung längsverschiebbar geführt ist, mit einer von dem Magnetanker ansteuerbaren Betätigungsstange, vorzugsweise für die Betätigung eines Fluidventils, und mit einer Ausgleichseinrichtung zum Herbeiführen eines Druckausgleichs zwischen dem Ankerraum und einem weiteren Raum, wobei die Ausgleichseinrichtung die Betätigungsstange derart führt, dass der Druckausgleich über eine Ausnehmung im Polkern erfolgt, die von der Betätigungsstange durchgriffen ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die besonders rationell, kostengünstig und raumsparend herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Betätigungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ist die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung die Betätigungsstange derart führt, dass der Druckausgleich über eine Ausnehmung im Polkern erfolgt, die von der Betätigungsstange durchgriffen ist, dass die Ausgleichseinrichtung aus einer zylindrischen Buchse besteht, die in einer Bohrung als Ausnehmung des Polkerns festlegbar ist, dass ein Führungsteil der Ausgleichseinrichtung durch eine als Gleitlager für die Betätigungsstange dienende zylindrische Mittenausnehmung der Buchse gebildet ist und dass die Ausnehmung einen größeren Innendurchmesser besitzt als ein Durchgang des Polkerns, durch den sich die Betätigungsstange erstreckt.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die im Polkern vorgesehene Führung der Betätigungsstange gleichzeitig die Funktion der Ausgleichseinrichtung übernimmt, die über die im Polkern von der Betätigungsstange durchgriffene Ausnehmung den Druckausgleich ermöglicht, kann sowohl auf eine durch den Polkern geführte Ausgleichsbohrung als auch auf eine spezielle Querschnittsform von Betätigungsstange und zugehörigem Führungskanal im Polkern verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung ist daher im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich kostengünstiger herstellbar.
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In vorteilhafter Weise kann die Ausgleichseinrichtung unmittelbar in der Ausnehmung des Polkerns angeordnet sein, wobei ein Führungsteil der Ausgleichseinrichtung für die Betätigungsstange die Führungsfunktion ausübt und ein Druckausgleichsteil der Ausgleichseinrichtung die Fluidverbindung bildet.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen umfasst das Führungsteil die Betätigungsstange zumindest teilweise, wobei das Druckausgleichsteil aus mehreren Längskanälen besteht, die um das Führungsteil herumgeführt sind.
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In besonders vorteilhafter Weise kann die Ausgleichseinrichtung aus einer zylindrischen Buchse bestehen, die in einer Bohrung als Ausnehmung des Polkerns einpressbar ist. Die Buchse kann in vorteilhafter Weise aus einem Spritzformteil aus einem Kunststoffmaterial, das für die durch die Mittenausnehmung geführte Betätigungsstange gute Gleiteigenschaften aufweist, beispielsweise aus Teflon® oder aus einem metallischen Spritzgussteil, gebildet sein.
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Die zylindrische Buchse kann außenumfangsseitig einzelne Stützflanken für die Anlage mit der Ausnehmung des Polkerns aufweisen, wobei zwischen diesen Flanken die Längskanäle als Druckausgleichsteil verlaufen.
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Dabei kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass der Querschnitt eines jeden Längskanals durch eine Kreisbahn begrenzt, insbesondere etwa halbkreisartig ausgebildet ist.
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Für eine optimale Führung der Betätigungsstange kann die Länge der zylindrischen Buchse etwa 1/10 bis etwa die Hälfte, vorzugsweise etwa ¼ der Länge der Betätigungsstange betragen. Da die Ausgleichseinrichtung mit ihrem Führungsteil die Führungsfunktion der Betätigungsstange übernimmt, kann zwischen der Ausgleichseinrichtung und dem Ankerraum mit dem Magnetanker die Betätigungsstange unter Beibehalten eines radialen Abstands im Polkern geführt sein. Dadurch ist eine besonders reibungsarme Führung für die Betätigungsstange und damit für den Magnetanker realisierbar, so dass sich die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung durch ein günstiges Betriebsverhalten auszeichnet.
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Gemäß dem Patentanspruch 8 ist Gegenstand der Erfindung auch ein Ventilansteuersystem, das aus mindestens einem Ventil, insbesondere Wegeventil, bevorzugt Mehrwegeventil, mit einem mittels einer Betätigungsstange ansteuerbaren Ventilkolben besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Ansteuern der Betätigungsstange eine Betätigungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 dient.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt einer Betätigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung;
- 3 eine demgegenüber in größerem Maßstab dargestellte perspektivische Schrägansicht der beim Ausführungsbeispiel von 2 vorgesehenen Ausgleichseinrichtung; und
- 4 eine Vorderansicht der Ausgleichseinrichtung von 3.
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Die in 1 im Längsschnitt dargestellte Betätigungsvorrichtung weist in einem ferromagnetischen Magnetgehäuse 1 ein sog; „drückendes“ Magnetsystem zur Betätigung eines Ventils in Form eines 3/2-Wegeventils 3 auf. Ein im Magnetgehäuse 1 befindlicher Spulenkörper mit Spulenwicklung 5 umgibt ein Polrohr 7 sowie einen Polkern 9, der mittels einer Trennstelle 11 in Form einer Schweißnaht oder in Form einer freigelassenen Stelle magnetisch vom Polrohr 7 im Wesentlichen magnetisch entkoppelt ist. Im, innerhalb des Polrohres 7 und in dem an die Trennstelle 11 anschließenden Endbereich des Polkerns 9, gebildeten Ankerraum 13 ist ein Magnetanker 15 axial bewegbar, der in der 1 in einer Axialposition dargestellt ist, die dem bestromten Zustand der Wicklung 5 entspricht, wobei der Anker 15 an einer Antihaftscheibe 17 üblicher Art anliegt, die als Hubbegrenzung für den Anker 15 ihrerseits am Polkern 9 anliegt. An dem dem Polkern 9 entgegengesetzten Ende ist das Polrohr 17 und damit der Ankerraum 13 durch einen durch eine Einbördelung 19 mit dem Polrohr 7 verbundenen Endkörper 21 geschlossen, wobei eine Dichtung 23 den Ankerraum 13 abdichtet. Der Endkörper 21 bildet den Endanschlag für die vom Polkern 9 entfernte Endposition des Ankers 15.
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Für die Bestromung der Wicklung 5 ist ein Steckerteil 25 vorgesehen, das über eine angespritzte Vergussmasse 27 mit dem Magnetgehäuse 1 fest verbunden ist. An einer Polplatte 29, die sich an dem dem Ventil 3 zugewandten Ende des Magnetgehäuses 1 befindet, ist das zu betätigende Ventil 3 angeflanscht. Wie in der Figur gezeigt, weist das Ventil 3 einen Ventilkörper 31 mit einem koaxialen inneren Durchgang auf, der für einen Schieberkolben 33 einen ersten, äußeren, kreiszylindrischen Führungsabschnitt 35, einen sich daran anschließenden, im Durchmesser geringfügig erweiterten zweiten Führungsabschnitt 37 sowie einen erweiterten Endabschnitt 39 aufweist, der einen hülsenartigen Fortsatz 41 des Polkerns 9 übergreift. In den sich innerhalb des Fortsatzes 41 und innerhalb einer sich anschließenden Vertiefung 43 des Polkerns 9 gebildeten Raum 44 erstreckt sich das zugewandte Ende 45 des Schieberkolbens 33 hinein, das die Anlagefläche für das Ende einer Betätigungsstange 47 bildet, deren anderes Ende mit dem Anker 15 verschraubt ist.
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Wie bereits erwähnt, ist in 1 die bestromte Schaltstellung dargestellt, bei der die Betätigungsstange 47 bei an der Antihaftscheibe 17 anliegenden Anker 15 den Schieberkolben 33 in eine in 1 rechts gelegene Position einstellt, bei der das Ventil 3 eine Fluidverbindung vom Druckanschluss P zum Nutzanschluss A herstellt, während die Verbindung zwischen dem Nutzanschluss A und einem Tankanschluss T gesperrt ist. Für eine bei Beendigung der Bestromung erfolgende Rückstellbewegung des Schieberkolbens 33 ist eine Rückstellfeder 49 vorgesehen, die das Ende des Schieberkolbens 33 im Raum 44 umgibt, sich einerseits über einen Abstützring 51 am Ventilkörper 31 abstützt und sich andererseits an einem Haltering 53 des Schieberkolbens 33 abstützt. Der Schieberkolben 33 ist dadurch kraftschlüssig mit seinem Ende 45 an der Betätigungsstange 47 gehalten, so dass er bei Beendigung der Bestromung sich in der Figur nach links in eine Position bewegt, bei der der Druckanschluss P gesperrt und die Verbindung vom Nutzanschluss A zum Tankanschluss T hergestellt ist.
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Für die im Betrieb erfolgenden Axialbewegungen der Betätigungsstange 47 ist diese in einem koaxialen Durchgang 55 des Polkerns 9 mittels einer durch eine Gleitlagerung 57 gebildeten Lagerstelle geführt. Da diese eine fluiddichte Verschlussstelle des Durchgangs 55 bildet, ist für den durch die Kolbenbewegungen des Ankers 15 mit seinem Verbindungskanal 59 bedingten Druckausgleich eine Ausgleichseinrichtung erforderlich, die bei der in 1 gezeigten, bekannten Lösung durch eine Ausgleichsbohrung 61 gebildet ist, die sich mit kleinem Bohrungsdurchmesser im Polkern 9 von dem Raum 44 zum Ankerraum 13 erstreckt. Entsprechend der begrenzten radialen Weite der Vertiefung 43, in die die Bohrung 61 einmünden muss, um die Fluidverbindung zum Raum 44 herzustellen, befindet sich die Bohrung 61 in geringem Abstand vom zentralen Durchgang 55 im Polkern 9. Die Herstellung der langen, feinen Bohrung 61 in enger Lagebeziehung zum zentralen Durchgang 55 gestaltet sich daher verhältnismäßig aufwendig. Von dem sich an das Ende der Bohrung 61 anschließenden Raum 44 setzt sich die Fluidverbindung zum Druckausgleich über eine in den Raum 44 mündende Querbohrung 62 des Schieberkolbens 33 und eine von der Querbohrung 62 ausgehende Axialbohrung 64 im Schieberkolben 33 bis zum Tankanschluss T fort.
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Die 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, die, wie die in 1 gezeigte bekannte Lösung, zur Betätigung eines Ventils 3 in Form eines 3/2-Wegeventils vorgesehen ist. In 2 ist das Magnetsystem, das dem in 1 gezeigten „drückenden“ System entspricht, in unbestromtem Zustand der Wicklung 5 dargestellt, so dass sich der Schieberkolben 33 des Ventils 3 in einer Schaltstellung befindet, bei der der Druckanschluss P des Ventilkörpers 31 gesperrt und die Fluidverbindung zwischen Nutzanschluss A und Tankanschluss T hergestellt ist. Das in 2 gezeigte Beispiel entspricht im großen Ganzen dem in 1 gezeigten, bekannten Beispiel, abgesehen von der andersartigen Ausbildung der Ausgleichseinrichtung für den Druckausgleich zwischen dem Ankerraum 13 und dem am Ende des Polkern befindlichen Raum 44, so dass auf die erneute Beschreibung der übrigen Einzelheiten verzichtet werden kann.
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Die in 3 und 4 gesondert dargestellte Ausgleichseinrichtung ist durch eine Buchse 63 mit kreisrundem Umriss gebildet, die ein zentral gelegenes Führungsteil 65 mit einer koaxialen, kreiszylindrischen Durchgangsbohrung 67 aufweist, die eine Gleitlagerführung für die Betätigungsstange 47 bildet. Dadurch ersetzt die Buchse 63 die Gleitlagerung 57 der bekannten Lösung von 1. Zusätzlich zu der vom Führungsteil 65 übernommenen Führungsfunktion bildet die Buchse 63 mit einem äußeren Druckausgleichsteil die Durchgangsbohrung 67 umgebende Fluidverbindungen. Für diese Ausgleichsfunktion ist die Buchse 63 im Polkern 9 in eine von der Vertiefung 43 ausgehende Ausnehmung 71 eingepresst, die einen größeren Innendurchmesser besitzt als der Durchgang 55, durch den sich die Betätigungsstange 47 erstreckt und der diese mit geringem Abstand umgibt. Für die Fluidverbindung zwischen der Wand der Ausnehmung 71 im Polkern 9 und dem inneren Führungsteil 65 der Buchse 63 weist diese entlang ihres Außenumfangs verteilt Längskanäle 73 auf, zwischen denen sich Stützflanken 75 befinden, deren außenliegenden Endflächen 77 Teilflächen des äußeren Zylindermantels der Buchse 63 bilden. Über die Längskanäle 73 innerhalb der Ausnehmung 71 des Polkerns 9 und dem angrenzenden Durchgang 55, der die Betätigungsstange 47 mit Abstand umgibt, ist dadurch der Fluidweg vom Ankerraum 13 zum Raum 44 gebildet, der wiederum über die Querbohrung 62 und den Kanal 64 im Schieberkolben 33 mit dem Tankanschluss T in Verbindung ist.
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Die Buchse 63 ist aus einem Werkstoff guter Reibeigenschaften, wie beispielsweise einem Spritzformteil aus Teflon® oder aus einem Spritzgussteil aus einem Lagermetall gefertigt. Bei einer axialen Länge der zylindrischen Buchse 63, die etwa ¼ der Länge der Betätigungsstange 47 beträgt, ist dadurch eine reibungsarme Führung der Betätigungsstange 47 mit Anker 15 ermöglicht. Die beim gezeigten Beispiel vorgesehenen sechs Längskanäle 73, die einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt besitzen, stellen dabei einen, einen einwandfreien Druckausgleich ermöglichenden Fluidweg zur Verfügung.
