DE1500104C - Druckmittelantrieb für Ventile, Schieber und dergl. mit einer elektromagnetischen Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmittelantrieb für Ventile, Schieber u. dgl. mit einer Pumpe als Druckerzeuger und einem unter der Kraft einer Rückstellfeder stehenden, längsbeweglichen Steuerventil, durch das je nach seiner Stellung der Durchtritt des Druckmittels zu einem oder von einem den Kolben des Stellgliedes enthaltenden Zylinder gesteuert wird.

Derartige Einrichtungen haben die Aufgabe, beispielsweise ein Ventil oder einen Schieber zu bewegen und zu stellen.

Durch die deutsche Patentschrift 627 182 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine oder mehrere Absperrvorrichtungen durch manuelle Betätigung einer Kurbel gesteuert werden, die sowohl den Steuerschieber in der einen der beiden Richtungen verstellt, als auch die Druckmittelpumpe antreibt.

Weiterhin ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 133 196 eine hydraulische Steuerung bekannt, bei der ein Hilfsschieber impulsabhängig elektromagnetisch so gesteuert wird, daß eine Volumenänderung zweier Druckkammern, also eine Pumpwirkung erzeugt wird.

Daneben ist durch die deutsche Auslegeschrift 1028 845 ein elektromagnetisches Schaltventil für verschiedene Stromarten bekannt, bei dem zur Erhöhung des Anzugsmomentes die Spule zunächst mit Wechselstrom erregt wird und während der Hubbewegung zur Erhöhung der Haltekraft die Stromart gewechselt und die Spule mit Gleichstrom erregt wird. Dies geschieht mittels eines in Abhängigkeit von der Ventilstellung betätigten Schalters über eine Gleichrichteranordnung.

Die deutsche Auslegeschrift 1 084 096 zeigt ferner, daß eine elektromagnetische Pumpe mit Permanent- und Elektromagneten sowie Ventilen bekannt ist. Durch die USA.-Patentschrift 2 866 476 ist schließlich ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil mit einem polarisierten Magneten bekannt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil zugleich als Pumpenkolben einer elektromagnetischen Schwingpumpe ausgebildet ist, deren Antriebssystem aus einem polarisierten Magneten besteht, der bei Erregung mit Wechselstrom einen längsbeweglichen Kolbenanker und das mit diesem fest verbundene Steuerventil bzw. Pumpenkolben zur Herbeiführung einer Pumpwirkung in einer Stellung in Schwingungen versetzt, in der eine Einlaßöffnung des Pumpenzylinders wechselweise geöffnet und geschlossen wird und der bei Erregung mit Gleichstrom über eine Gleichrichterschaltung in Abhängigkeit von einem vom Stellglied betätigten Schalter den Pumpenkolben bzw. das Steuerventil in einer Stellung festhält, in der der Durchtritt des Druckmittels vom und zum Kolben des Stellgliedes gesperrt ist und der im stromlosen Zustand dem Pumpenkolben bzw. dem Steuerventil unter der Wirkung der Rückstellfeder die Überführung in eine Stellung gestattet, in der das Druckmittel aus dem Zylinder des Stellgliedes zurückströmen kann.

Dies hat gegenüber der Einrichtung nach der deutschen Patentschrift 627 182 den Vorteil, daß das Stellglied schneller verstellt werden kann und keinen manuellen Kraft- und/oder Zeitaufwand benötigt, und gegenüber der hydraulischen Steuerung nach der deutschen Auslegeschrift 1 133 196 den Vorteil einer höheren Menge des geförderten Antricbsdruckmittels. Durch die Zusammenfassung des Steuerventils mit dem Pumpenkolben einer elektromagnetischen Schwingpumpe ergibt sich als weiterer Vorteil ein überaus einfacher und kostengünstiger Aufbau der Gesamtanordnung.

Gemäß einer Ausbildung nach der Erfindung ist in der Verbindungsleitung zwischen dem Pumpenzylin-

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der und dem Zylinder des Stellgliedes ein sich beim mit der Kammer 36 in Verbindung gelangen können.

Vorschub des Pumpenkolbens öffnendes Ventil vor- Eine Kolbenstange 42 ragt in die Kammer 36 hinein

gesehen. und bildet die Verlängerung eines Ankers 43. Eine

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung be- Druckfeder 44, die die sich an dem Anker 43 einersteht der Magnet aus zwei hintereinandergeschalteten 5 seits und dem Tragjoch 35 andererseits abstützt, Spulen. drängt den Anker in der offenen Stellung des Schal-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die ters 20 gegen den Anschlag 46, der auf der Lamel-

Spulen an ihren freien Stirnflächen und an den an- lenreihe 22 aufgebracht ist. In dieser normalen Stel-

einandergrenzenden Rächen mit magnetisierbarem lung (Schalter 20 geöffnet) ist eine Verbindung der

Material belegt. io Öffnungen 38 und 39 mit der Kammer 36 hergestellt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß In der in Fig. 1 dargestellten Lage, in welcher der

an zwei gegenüberliegenden Seiten jeder Spule Ma- Schalter 20 geschlossen ist, ist der Gleichrichter 14

gnetstäbe derart angeordnet sind, daß die gleichna- durch den Schalter 13 kurzgeschlossen, und es fließt

mige Pole aufweisenden Endflächen durch das ma- ein Wechselstrom durch die Spulen 15 und 16, der

gnetisierbare Material voneinander getrennt, gegen- 15 bewirkt, daß der Anker 43 und die daran ange-

einander gerichtet sind. brachte Kolbenstange 42 um eine Hauptlage schwin-

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung gen und dadurch eine Pumpwirkung herbeiführen,

ist der Magnet auf einem offenen Tragjoch angeord- Während dieses Pumpvorgangs bewegt sich das Ende

net, in welchem der Pumpenkolben längsverschieb- 42 A der Kolbenstange 42 zwischen zwei Endlagen:

lieh geführt ist. 20 bei der oberen Lage befindet sich das Ende der KoI-

In der Zeichnung sind die Ausführungsbeispiele benstange oberhalb der Öffnung 39 aber unterhalb

der Erfindung dargestellt. Es zeigt der Öffnung 38, während sich in der unteren Lage

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Anordnung das Ende 42 A unterhalb der Öffnung 39 befindet. In

nach der Erfindung, anderen Worten: während des Pumpvorgangs bleibt

. Fig. 2 eine Abwandlung der Anordnung nach 25 die Öffnung 38 stets geschlossen, während die Öff-

Fig. 1, nung 39, die mit einer Flüssigkeitseinlaßleitung 50

F i g. 3 eine weitere Abwandlung. verbunden ist, sich periodisch öffnet und schließt

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist ein und dabei periodisch Flüssigkeit in die Kammer 36 Kolben 10 innerhalb eines Zylinders 11 geführt, wo- einschließt und wieder herausläßt. Die eingeschlosbei der Kolben eine Kolbenstange 10 A besitzt, die 30 sene und wieder hinausströmende Flüssigkeit fließt zur Betätigung eines Ventils 12 Vorgesehen ist. Die durch das Ventil 54, die Öffnung 55, die Leitung 56 Kolbenstange IQA trägt einen Hebel 10 5, der in und die Zylinderöffnung 57 in das Innere des Zylineiner bestimmten Lage des Ventils 12 mit dem be- ders 11. Zum Ventil 54 gehört das Verschlußweglichen Schalterarm 13 A in Eingriff gelangt und stück 60, das gegen einen Ventilsitz 37 durch die diesen von seiner normalen Kontaktstellung 13 B ab- 35 Druckfeder 62 gedrängt wird, deren eines Ende das hebt und dabei den Schalter 13 öffnet. Dieser Schal- Verschlußstück 60 trägt, während sich das andere ter 13 dient dazu, entweder den Gleichrichter 14 Ende an einen Flanschteil 64 abstützt, welches mit kurzzuschließen oder diesen Gleichrichter mit den der Öffnung 55 versehen ist. Die Leitung 56 ist an zwei Spulen 15 und 16 des Magneten 17 in Serie zu die öffnung 38 durch die Leitung 70 und die T-Verschalten, wobei diese Spulen 15 und 16 entweder mit 40 bindung 68 angeschlossen.

Wechselstrom gespeist werden oder mit Gleichstrom. Der Pumpvorgang bewirkt einen Druck in dem Zy-

Ein Anschluß der Spule 15 ist an einen Pol der linder 11, durch den der Kolben 10 gegen die Wir-

Wechselstromquelle 18 angeschlossen, während das kung der Druckfeder 10 C, deren eines Ende sich an

andere Ende der Spule 15 mit der Spule 16 verbun- dem Kolben 10 und das andere Ende an der Zy-

den ist. Deren anderes Ende ist mit dem stationären 45 linderwand 11 abstützt, nach unten gedrängt wird.
Kontakt 13 B verbunden sowie mit einem Ende des Bei dieser Abwärtsbewegung des Kolbens 10 wird

Gleichrichters 14, während der Schalterarm 13/4 das Ventil 12 betätigt. In einer vorbestimmten Lage

über den Ein- und Ausschalter 10 an den anderen des Ventils öffnet der Hebel 10 B den Schalter 13

Pol der Wechselstromquelle 18 anschließbar ist. und schaltet dabei den vorher kurzgeschlossenen

An ihrer Ober- und Unterseite sind die Spulen 15 50 Gleichrichter 14 in Serie mit der Spule 15 und 16. In

und 16 mit einer Reihe von tellerförmigen Lamellen diesem Fall werden die Spulen 15 und 16 mit Gleich-

22 bzw. 23 belegt. Eine dritte Reihe von derart ge- strom gespeist, und es beginnt ein umgekehrter

stalteten Lamellen 24 ist zwischen den beiden Spulen Pumpvorgang. Infolge des durch die Spulen 15 und

15 und 16 angeordnet, um diese zu trennen. Eine 16 in diesem Augenblick fließenden Gleichstroms

magnetische Polarisation wird durch vier Keramik- 55 wird der Anker 43 gegen die Wirkung der Feder 44

magnetstäbe 26, 27, 28 und 29 bewirkt, die jeder für in einer Lage gehalten, die tiefer ist als in der vorher

sich einen in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise aus- beschriebenen Hauptschwingungslage, in welcher

gerichteten Nord- und Südpol aufweisen. Die Ma- sich das Kolbenende 42/1 unterhalb der geschlosse-

gnetstäbe 28 und 29 befinden sich zwischen den La- nen öffnung 39 befindet und die gesamte vorher in mellen 23 und 24 an sich gegenüberliegenden Enden 60 den Zylinder 11 hineingepumpte Flüssigkeit cinge-

der Spule 16. Die Spulen und die Stabmagnete wer- schlossen hält. Für den Fall, daß der Zylinder 11 un-

den in dieser Anordnung durch nichtmagnetische dicht ist, bewegt sich der Kolben 10 unter der Wir-

Schrauben 32 und 33 gehalten, die durch Ausneh- kung der Feder IOC nach oben und schließt dabei

mungen in den Lamellen 22, 24 und 23 hindurchra- den Schalter 13, worauf der vorher beschriebene gen und in ein offenes Tragjoch 35 eingeschraubt 65 Pumpvorgang wieder eingeleitet wird und so lange

sind. Dieses Tragjoch ist an seinem unteren Ende so andauert, bis daß der Schalter 13 wieder geöffnet ist.

gestaltet, daß es eine Flüssigkeitskammer 36, einen Während des öffnens des Schalters 20 drängt die Fe-

Ventilsitz 37 und Öffnungen 38 und 39 aufweist, die der 44 den Kolben 42 nach oben und bewirkt, daß

zwischen den Öffnungen 38 und 39 eine Verbindung hergestellt wird und die vorgespannte Druckfeder 10 C sich nach oben gegen den Kolben 10 bewegt, wobei die vor dem Kolben 10 befindliche Flüssigkeit durch die Öffnung 57, die T-Verbindung 68, die Leitung 70 und die Öffnungen 38 und 39 zu der Einlaßöffnung 50 hinausströmt.

Beim Ausfall der Stromquelle 18 während des Betriebes dieses Systems oder wenn der Schalter 20 geöffnet ist, drängt die Feder 44 die Kolbenstange 42 in die äußerste obere Lage, wobei die Öffnung 38 und 39 noch immer durch die Kammer 36 in Verbindung stehen und der Kolben 10 sich unter der Wirkung der Feder IOC in die oberste Lage bewegt. Bei der in F i g. 1 dargestellten Bedingung, in welcher die Schalter 20 und 13 beide geschlossen sind, fährt die Kolbenstange 42 zurück, hält jedoch die Öffnung 38 geschlossen und pumpt Flüssigkeit von der Einlaßöffnung 50 durch das Ventil 54 in den Zylinder 11 hinein. Hierbei wird der Kolben 10 nach unten gedrängt, bis sein Hebel 10 B den Schalter 13 öffnet und der Pumpvorgang beendet wird. Das Kolbenende 42 A befindet sich unterhalb der Öffnung 39, wobei die vorher in den Zylinder 11 hineingepumpte Flüssigkeit eingeschlossen und dabei der Kolben 10 in seiner unteren (Betätigungs-)Lage gehalten wird.

Die Magnetstäbe 26,27, 28 und 29 sind so polarisiert, daß die oberen Stäbe 26 und 27 den Anker 43 nach oben, dagegen die unteren Permanentmagnetstäbe 28 und 29 den Anker 43 herunterzudrängen versuchen, so daß der Anker 43 in seiner in F i g. 1 dargestellten mittleren Lage gehalten wird, in der das obere Ende des Ankers 43 unterhalb der magnetisierbaren Lamellen 22 und das untere Ende des Ankers 43 oberhalb der magnetisierbaren Lamellen 23 angeordnet ist.

Wenn die hintereinandergeschalteten Spulen 15 und 16 mit Wechselstrom erregt werden, bewegt sich der Anker 43, der normalerweise durch die Ankerfeder 44 an den Anschlag 46 gedrängt wird, nach unten und sucht eine mittlere Lage innerhalb der zusammengeschalteten Spulen 15 und 16 einzunehmen. Wegen der durch die Stabmagnete 26, 27, 28 und 29 erzeugten magnetischen Polarisation ist er aber unfähig, eine stationäre. Lage einzunehmen. Somit steht der hierdurch erzeugte magnetische Fluß während einer halben Periode des erregenden Wechselstroms im Gegensatz zu dem magnetischen Fluß, der durch die Permanentmagnetstäbe 26 und 27 erzeugt wird und unterstützt dabei den magnetischen Fluß, der durch die Permanentmagnetstäbe 28 und 29 erzeugt wird, wobei die im Gleichgewicht befindliche polarisierte Lage gestört und der Anker 43 nach unten bewegt wird. Während der nächsten Halbperiode des Erregerwechselstroms sind die Bedingungen umgekehrt; die Wirkung der Permanentmagnetstäbe 26 und 27 wird verstärkt, diejenige der Permanentmagnetstäbe 28 und 29 geschwächt, mit dem Ergebnis, daß der Anker nach oben bewegt wird. Somit erfolgt während der aufeinanderfolgenden Halbperioden des Erregerstroms eine entsprechende Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Ankers 43 und somit beginnt die damit befestigte Kolbenstange 42 zu schwingen.

Wenn die Spulen 15 und 16 von einem gleichgerichteten Strom durchflossen werden, was z. B. der Fall ist, wenn der Schalter 13 geöffnet ist, dann unterstützt der magnetische Fluß den durch die Permanentmagnetstäbe 28 und 29 erzeugten Magnetfluß und verhält sich umgekehrt wie der durch die oberen Permanentmagnetstäbe 26 und 27 erzeugte Magnetfluß. Somit wird der Anker 43 in einer nahezu stationären Lage gehalten und zwar in einer Lage, in der sich das Ende der Kolbenstange 42 A unterhalb der öffnung 39 befindet und diese geschlossen hält.

In der in F i g. 2 dargestellten Abwandlung ist der Schalter 20 der Fig. 1 durch einen einpoligen Wechselschalter 120 ersetzt, der eine mittlere Offenstellung hat. Außerdem ist ein zusätzlicher Gleichrichter 114 vorgesehen. Im Hinblick auf den Schalterarm 120 A und die zugehörige stationäre Kontakthälfte 120B, die an den einen Pol des Gleichrichters 14.angeschlossen ist und von welchem eine Abzweigung zu dem Schalter 13 geht, ist der Vorgang wie vorhergehend beschrieben.

Vom Schalter 120 geht eine Verbindungsleitung zu dem einen Ende des Zusatzgleichrichters 114, während das andere Ende dieses Gleichrichters an den Anschlußpunkt einer Spule 16 angeschlossen ist, der auch mit dem Gleichrichter 14 verbunden ist. Es ist von Bedeutung, daß die Gleichrichter 114 und 14 umgekehrt gepolt sind, so daß in dem Zustand, in welchem der Kontaktarm 120^1 mit dem Kontakt 120 B geschlossen wird, der in diesem Augenblick durch die Spulen 15 und 16 fließende Gleichstrom in umgekehrter Richtung fließt wie derjenige Gleichstrom, der in dem Zustand fließt, wenn der Kontaktarm 120 Λ mit dem stationären Kontakt 120C in Berührung kommt. Der Kontakt 120 C und der Zusatzgleichrichter 114 dienen somit als Hilfsmittel, durch welche die Wirkung der Feder 44 verstärkt oder in einigen Fällen aufgehoben wird; denn wenn die Spulen 15 und 16 durch den durch den Gleichrichter 114 fließenden Erregerstrom gespeist werden, wird der Anker 43 in eine höhere Lage bewegt. Im Gegensatz hierzu gelangt der Anker 43 in eine untere Lage, wenn die Spulen 15 und 16 durch den durch den Gleichrichter 14 fließenden Strom erregt werden.

In einigen Fällen können die Spulen 15 und 16 durch eine einzige Spule ersetzt werden.

Das Tragjoch 35 ist oben offen, so daß ein Flüssigkeitsumlauf stattfinden kann, v/enn die gesamte Anordnung in einem ölbad angeordnet ist und das Öl zum Betätigen des Kolbens 10 benutzt wird. Diese offene Konstruktion gestattet eine Bewegungsfreiheit . des Ankers 43.

Der Spielraum zwischen dem Kolben 42 und der Kammer 36 ist nur der Deutlichkeit halber dargestellt; denn es empfiehlt sich, daß ein solcher Spielraum nur in der Größenordnung von 1/1000 cm liegt.

In der in Fig.3 dargestellten Abwandlung.ist ein zweipoliger Stufenschalter 201, 202 dargestellt, um eine Lageeinstellung zu ermöglichen. Der Schalter 201, 202 liegt in einem Serienstromkreis zusammen mit der Stromquelle 18, dem Schalter 20, dem Gleichrichter 14 und den Spulen 16 und 15. Der Schalter 201, 202 ist mit dem Schalter 13 und dem Gleichrichter 14 hintereinandergeschaltet. Wenn die Schalter 201 und 202 geschlossen werden, wird der Schalter 201 zuerst betätigt, wonach der Schalter 202 geschlossen wird. Während des Betriebes sind somit drei Stellungen des Stufenschalters 201 und 202 möglich, nämlich entweder

a) beide Schalter 201 und 202 sind geschlossen,

b) nur der Schalter 201 ist geschlossen oder

c) beide Schalter 201 und 202 sind geöffnet.

Unter der Bedingung a) ist die Wirkungsweise des Systems der F i g. 3 gleich derjenigen, wie sie im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben wurde. Unter der Bedingung b), bei welcher nur der Schalter 201 geschlossen und der Schalter 202 geöffnet ist (eine Bedingung, die der Offenstellung des Schalters 13 entspricht), wird der Kolben 10 in der oberen stationären Lage gehalten (Fig. 1). Die Lage wird eingehalten, wenn der Hebel 10 B den Schalter 201,202 öffnet, um dann den Kolben 10 in eine bestimmte Zwischenlage oberhalb der untersten Stellung festzuhalten.

Unter der Bedingung c), d. h. wenn beide Schalter 201 und 202 geöffnet sind, befindet sich die durch

die Feder 44 belastete Kolbenstange- 42 in einer Lage, in welcher die Öffnungen 38 und 39 offenliegen, so daß der Kolben 10 unter dem Einfluß der Feder 10 C in die oberste Lage zurückkehrt. Somit hat die Anordnung des Stufenschalters 201 und 202 verschiedene Wirkungen, nämlich einmal eine Druckwirkung, eine Haltewirkung oder aber eine Umkehrwirkung entsprechend den Bedingungen a), b) und c). Beim Ausfall der Stromquelle 18 oder beim Öffnen

Lo des Schalters 20 kehrt der Kolben 10 in die oberste Lage zurück. Der Schalter 20 oder irgendein zusätzlicher in Serie liegender Schalter, kann dann die Steuerung durch den Mehrfachschalter 201, 202 ausschalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 632/131

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckmittelantrieb für Ventile, Schieber u. dgl. mit einer Pumpe als Druckerzeuger und einem unter der Kraft' einer Rückstellfeder stehenden, längsbeweglichen Steuerventil, durch das je nach seiner Stellung der Durchtritt des Druckmittels zu einem oder von einem den Kolben des Stellgliedes enthaltenden Zylinder gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil zugleich als Pumpenkolben (42) einer elektromagnetischen Schwingpumpe ausgebildet ist, deren Antriebssystem aus einem polarisierten Magneten besteht, der bei Erregung mit Wechselstrom einen längsbeweglichen Kolbenanker (43) und das mit diesem fest verbundene Steuerventil bzw. Pumpenkolben (42) zur Herbeiführung einer Pumpwirkung in einer Stellung in Schwingungen versetzt, in der eine Einlaßöffnung (39) des Pumpenzylinders wechselweise geöffnet und geschlossen wird und der bei Erregung mit Gleichstrom über eine Gleichrichterschaltung in Abhängigkeit von einem vom Stellglied betätigten Schalter (13) den Pumpenkolben (42) bzw. das Steuerventil in einer Stellung festhält, in der der Durchtritt des Druckmittels vom und zum Kolben (10) des Stellgliedes gesperrt ist und der im stromlosen Zustand dem Pumpenkolben (42) bzw. dem Steuerventil unter der Wirkung der Rückstellfeder (44) die Überführung in eine Stellung gestattet, in der das Druckmittel aus dem Zylinder (11) des Stellgliedes zurückströmen kann.

2. Druckmittelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Pumpenzylinder und dem Zylinder (11) des Stellgliedes ein sich beim Vorschub des Pumpenkolbens (42) öffnendes Ventil (54) vorgesehen ist.

3. Druckmittelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet aus zwei hintereinandergeschalteten Spulen (15, 16) besteht. _N

4. Druckmittelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (15,16) an ihren freien Stirnflächen und an den aneinandergrenzenden Flächen mit magnetisierbarem Material (22, 23, 24) belegt sind.

5. Druckmittelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei gegenüberliegenden Seiten jeder Spule Magnetstäbe (26,27, 28, 29) derart angeordnet sind, daß die gleichnamige Pole aufweisenden Endflächen durch das magnetisierbar Material (24) voneinander getrennt, gegeneinander gerichtet sind.

6. Druckmittelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet auf einem offenen Tragjoch (35) angeordnet ist, in welchem der Pumpenkolben (42) längsverschieblich geführt ist.