DE1179068B

DE1179068B - Durch Magnetkraft betaetigtes Ventil

Info

Publication number: DE1179068B
Application number: DEC26504A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Nill
Original assignee: Concordia Masch & Elekt
Current assignee: Concordia Masch & Elekt
Priority date: 1962-03-16
Filing date: 1962-03-16
Publication date: 1964-10-01

Description

Durch Magnetkraft betätigtes Ventil Die Erfindung betrifft ein durch Magnetkraft betätigtes Ventil mit einem durch eine Rückholkraft belasteten Anker, der an seinen Enden elastische Verschlußstopfen trägt, die mittels einer schwächeren Feder nachgiebig im Anker gehalten sind, derart, daß bei Erregung des Magneten der Anker nach Anlegen des entsprechenden Verschlußstopfens an seinem Anschlag gegen die Kraft der Rückholfeder und der erwähnten schwächeren Feder gleichzeitig angezogen wird.
Üblicherweise sind durch Magnetkraft betätigte Ventile in der Art ausgebildet, d'aß an den Enden des vom Erregermagneten bewegten Ankers ein oder mehrere Verschlußstopfen starr angebracht oder federnd eingelegt sind. Die Stopfen erhalten im zweiten Fall die Möglichkeit, sich in axialer Richtung etwas zu verschieben.
Diese Ausführungsformen zeigen jedoch den Nachteil, daß die Stopfen entweder infolge ihrer starren Befestigung oder durch die zunehmende Federwirkung nach kurzer Betriebszeit zermürbt sind, so daß das Ventil wegen Undichtigkeit ausfällt. Zudem wird durch die Verformung der Stopfen beispielsweise durch Abrieb oder Einschlagen beim Anziehen des Magneten die Gefahr einer Verklemmung des Stopfens und dadurch der Funktion des Ventils sowie eine Verringerung des Abstandes zwischen Anker und Gegenpol hervorgerufen, die zum Anliegen des Ankers am Gegenpol führen kann. Hierdurch werden die Remanenzkräfte wirksam, die im Extremfall ein Kleben des Ankers am Gegenpol bei Unterbrechung der Magneterregung hervorrufen.
Man hat deshalb die übliche schwache Federkraft der Rückholfeder des Ankers verstärkt, so daß sie mit Sicherheit ausreicht., um ein Kleben infolge der Remanenz zu verhüten. Eine solche starke Feder hat aber nachteiligen Einfluß auf die Funktion des Ventils. Durch die Abschwächung der Magnetkraft infolge der entgegenwirkenden Federkraft werden die Beschleunigungskräfte für den Anker verringert, so daß dieser langsamer angezogen wird und seine Ansprechzeit merklich erhöht wird. ,Soll der Anker beim Anzug gegen ein unter Druck stehendes Medium absperren, so liegt ein weiterer, durch die starke Feder bedingter Nachteil darin, daß der Dichtdruck des Verschlußstopfens um so kleiner wird, je stärker die Feder gewählt wurde.
Auch die eingangs als bekannt vorausgesetzte Ausführungsform weist den Nachteil auf, daß der Anker bei Erregung des Magneten gegen die Kraft der Rückholfeder und der schwächeren Feder gleichzeitig angezogen werden muß, so daß auch in diesem Fall eine merkliche Verzögerung auftritt. Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die das richtige Verhältnis zwischen der gewünschten Rückstellkraft und der Magnetkennlinie herstellt.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß auf den Anker mindestens noch eine weitere Rückholfeder einwirkt, die den Dichtdruck des in Ruhestellung aufsitzenden Verschlußstopfens bestimmt und daß mindestens drei Federn beim Anziehen des Ankers nacheinander in Anpassung an die Kennlinie der Magnetkraft zur Wirkung kommen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Aus der Zeichnung und der Beschreibung kann ein Ausführungsbeispiel entnommen werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 den Erregermagneten und den Anker eines Doppelsitzventils schematisch im Schnitt, F i g. 2 und 3 Zwischenstellungen beim Anziehen des Ankers, F i g. 4 ein Kräftediagramm.
In einen Elektromagneten 1, der aus der auf dem Spulenträger 2 aufgebrachten Wicklung 3, aus dem Gegenpol o und aus dem einen magnetischen Rückschluß bewirkenden Gehäuse 4' besteht, ist der Anker 5 beweglich angeordnet. Er weist einen aus einem magnetisierbaren Material hergestellten Hohlzylinder 6 auf, der innerhalb des magnetisch unempfindlichen Führungsrohres 7 verschiebbar gelagert ist. Der Gegenpol 4 weist eine Axialbohrung auf, die als Ventilauslaßöffnung 8 dient. Ihr gegenüber liegt die Ventileinlaßöffnung 9, neben der eine weitere Zuleitung 10 angeordnet ist, die abhängig von der Ventilstellung an den Ventxleinlaß oder -auslaß angeschlossen ist.
In dem Hohlzylinder 6, der in der Nähe seiner beiden Enden mit zwei Langlöchern 11 und 12 versehen ist, sind zwei Hülsen 13 und 14 angeordnet. Die Hülse 13, die an ihrem oberen Ende mit Ausnehmungen 15 versehen ist, liegt mit ihrer Auflagefläche 16 ständig am Gegenpol 4 an. Von ihrer Mitte aus ist die Hülse 13 etwas abgesetzt, so d'aß ein im Durchmesser geringerer zylindrischer Teil 17 und eine ringförmige Schulter 18 entstehen. Die untere Hülse 14 ist topfförmig ausgebildet und hat in ihrem Boden eine Öffnung 19. In den Hülsen 13 und 14 sind die metallischen Büchsen 20 und 21 beweglich angeordnet, in die die elastischen Verschlußstopfen 22 und 23 eingesetzt sind. Quer durch die Stopfen 22 und 23 und ihre metallischen Fassungen gehen die Anschlagstifte 24 und 25, die in die Langlöcher 26 und 27 der Hülsen 13 und 14 und in die Langlöcher lt bzw. 12 des Hohlzylinders 6 hineinragen.
Die beiden Verschlußstopfen 22 und 23 werden durch die schwächere Druckfeder I auseinandergedrückt. Zwischen der Schulter 18 der oberen Hülse 13 und dem Boden der unteren Hülse 14 ist eine stärkere Rückholfeder Il eingespannt. Eine dritte Feder III ist im Inneren der Hülse 14 zwischen dieser und der Büchse 21 angeordnet.
Die Wirkungsweise der teils gleichzeitig, teils nacheinander wirksamen Federkräfte ist aus dem Diagramm in F i g. 4 zu ersehen, in dem die Magnetkraft und die Federkräfte über dem Hub des Magnetankers dargestellt sind. Die Kurve M gibt die Kennlinie der Magnetkraft, die Kurve F die Summenkennlinie der Federkräfte an.
In der in F i g. 1 dargestellten Grundstellung A ist die Feder II mit dem Betrag ihrer Verspannung wirksam. der den Dichtdruck zum Abschluß der Ventileinlaßöffnung 9 bestimmt. Die Federn I und III stützen sich so ab, daß sie keine Wirkung nach außen haben. Sobald der Magnet erregt wird, übt dieser eine Zugkraft auf den Hohlzylinder 6 aus, der über den Anschlagstift 25 eine Umschaltung des Ventils bewirkt. Der Anzug des Ankers teilt sich hierbei in drei Phasen: In der ersten Phase des Anzuges wird die untere Hülse 14 bis zu ihrem Auftreffen auf die obere Hülse 13 mit angehoben. Der Anker hat hierbei zunächst die Verspannung der Feder 1I zu überwinden und, sobald der Anker in Bewegung kommt, die Federkraft gemäß Federkennlinie 1I. Im Punkt B liegen die Hülsen 13, 14 aufeinander auf, und die Feder 1I kann nicht mehr weiter zusammengedrückt werden. Ihre Kennlinie verläuft nun waagerecht gemäß 11'.
Will der Anker weiter nach oben - zweite Phase des Anzuges -, so kann das nur dadurch geschehen, daß der untere Stopfen 23 in die untere Hülse 14 hineingezogen wird. Dazu muß zunächst die Verspannung der Feder III überwunden werden, was sich im Diagramm als senkrechter Anstieg der Federkennlinie F zeigt, und weiterhin die. Kraft der Feder 111 gemäß ihrer Kennlinie. Diese zweite Phase dauert so lange, bis sich der obere Verschlußstopfen 22 an den Ventilsitz 8 anlegt, im Diagramm Punkt C.
In der dritten Phase wird infolge des Anliegens des oberen Verschlußstopfens 27 am Ventilsitz 8 die Feder I als zusätzliche Gegenkraft wirksam. Nach Überwindung ihrer Verspannung, was im Diagramm wieder einen senkrecht verlaufenden Abschnitt der Summenkennlinie ergibt, ist die Summe der Kräfte der Feder I und lII als Gegenkraft wirksam.
Aus dem in F i g. 4 wiedergegebenen Diagramm ist leicht der Vorteil der neuartigen Ausführung zu ersehen. Würde man nur mit einer einzigen Feder arbeiten, die denselben Enddruck und beispielsweise gleichen Anfangsdruck wie die Summenkennlinie F hätte, so würde sich bei geradliniger Kennlinie die gestrichelte Gerade X ergeben. Diese Kennlinie würde aber die Magnetkraftlinie M in den Punkten G und H schneiden, was nichts anderes besagt, als daß zwischen diesen Punkten die Kraft der Federn die des Magneten überwiegt und der Anker nicht weiter angezogen werden würde als bis zum Punkt G. Es bliebe dann nichts anderes übrig, als die Feder merklich schwächer auszuführen, was wieder die Remanenzkräfte stärker zur Wirkung kommen lassen würde.
Die Erfindung zeigt einen Weg, wie man mit einer stärkeren Federkraft arbeiten kann. Das hat den weiteren Vorteil, daß die nach dem Ausschalten des Magneten zeitlich rasch abnehmende Erregung sehr früh überwunden wird und die Abwärtsbewegung des Ankers früher beginnt als bei den bisher üblichen Konstruktionen.
Die gefederte Anordnung des unteren Verschlußstopfens hat weiterhin den Vorteil, daß dieser Stopfen nicht stärker belastet werden kann, als es durch die Verspannung der Feder 111 festgelegt ist.
Je nach Wahl der Verspannungen und der Federkennlinien lassen sich die Federkräfte so auslegen, daß sie sich gut an die Magnetkraftlinie anschmiegen. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von drei Federn beschränkt. Auch kann die Erfindung bei Ventilen mit nur einem Ventilsitz Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche: 1. Durch Magnetkraft betätigtes Ventil mit einem durch eine Rückholfeder belasteten Anker, der an seinen Enden elastische Verschlußstopfen trägt, die mittels einer schwächeren Feder nachgiebig im Anker gehalten sind, derart, daß bei Erregung des Magneten der Anker nach Anlegen des entsprechenden Verschlußstopfens an seinem Anschlag gegen die Kraft der Rückholfeder und der erwähnten schwächeren Feder gleichzeitig angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, däß auf den Anker (5) mindestens noch eine weitere Feder (111) einwirkt, die den Dichtdruck des in Ruhestellung aufsitzenden Verschlußstopfens (23) bestimmt, und daß die mindestens drei Federn (I, 11, 111) beim Anziehen des Ankers (5) nacheinander in Anpassung an die Kennlinie der Magnetkraft zur Wirkung kommen.
2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in an sich bekannter Weise als Hohlzylinder (6) ausgebildeten, nahe seinen Enden mit Langlöchern (11, 12) versehenen Anker (5), in dessen axialer Bohrung zwei Hülsen (13, 14) angeordnet sind, in denen jeweils ein Verschlußstopfen (22, 23) beweglich mittels radial gerichteter Anschlagstifte (24.. 25) gehalten ist, die in die Langlöcher (1.1, 12) des Hohlzylinders (6) eingreifen.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Hülse (13) ständig an dem ihr zugeordneten Anschlag (4) abgestützt ist, während die untere Hülse (14) begrenzt verschiebbar ist.
4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Anschlagstifte (24, 25) mit den Verschlußstopfen (22 bzw. 23) in an sich bekannter Weise starr verbunden sind und zusätzlich in Langlöcher (26. 27) je einer Hülse (13 bzw. 14) eingreifen.
5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, d'ad'urch gekennzeichnet, daß beim Anziehen des Ankers (5) zuerst die Kraft der Rückholfeder (1I) überwunden, nach Anlegen der beweglichen unteren Hülse (14) an die feststehende obere Hülse (13) die schwächere Feder (I) und nach Anlagen des oberen Verschlußstopfens (22) an seinem Anschlag (4) zusätzlich die weitere Feder (11I) zusammengedrückt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1743 446; französische Patentschrift Nr. 1280 661; britische Patentschriften Nr. 750 620, 837 210; USA.-Patentschriften Nr. 2 569 751, 2 795 234, 2826215.