DE1539112B2 - Magnetbetatigtes Ventil mit einem beiderseits gelagerten Anker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetbetätigtes Ventil, dessen Spulenwicklung auf einem nichtmagnetischen Träger aufgebracht ist und bei Betätigung ,.einen kolbenförmigen Anker in Achsrichtung bewegt, der an seinen beiden Seiten gelagert ist und der das Ausmaß der Ventilöffnung bestimmt.

Ein derartiges magnetisches Ventil ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 169 242 bekannt. Bei einem derartigen Ventil sind jedoch keine Vorkehrungen getroffen, um das durchströmende, in seiner Durchflußmenge durch das Ventil zu steuernde Medium zur Kühlung der Spule heranzuziehen.

Bei einer einwandfreien Führung des Magnetankers entsteht durch den Führungsteil ein verhältnismäßig großer Luftspalt, der eine hohe Stromstärke bedingt, die ihrerseits zur Erwärmung der Spule führt. Aufgabe der Erfindung ist es, hierfür eine entsprechende einfache und wirksame Kühlung vorzusehen.

Diese Aufgabe wird mit vorliegender Erfindung dadurch gelöst, daß der Anker an seinen beiden entgegengesetzten Enden so gelagert ist, daß in Ruhestellung ein Ende des Ankers in einer ersten Lagerhülse und das andere Ende entweder außerhalb oder knapp innerhalb einer zweiten Lagerhülse angeordnet ist und bei Erregung der Spule das ventilseitige Ende des Ankers weitgehend innerhalb des vom Magnetfluß durchsetzten Teils der ersten Lagerhülse verbleibt, während das andere Ende sich in den vom Magnetfluß durchflossenen Teil der zweiten Lagerhülse hinein erstreckt, und daß das dichte Gehäuse sowohl das Ventil als auch die Spule aufnimmt und die Leitung für den gesamten Durchfluß bildet, wobei das gesamte durchfließende Druckmittel konzentrisch zum Anker über die Außenseite der Spule geführt wird.

Im Falle des erfindungsgemäßen magnetbetätigten Ventils werden die Luftspalten auf einem Minimum gehalten, um den Stromverbrauch so klein wie möglieh halten zu können und damit einen maximalen Wirkungsgrad der Spule zu erzielen. Durch Veränderung eines* veränderlichen Flußpfades wird eine gesteuerte Öffnungs- und Schließbewegung erreicht. Hierzu wird ein nichtmagnetisches Lager vorgesehen, das den veränderlichen Flußpfad ergibt, der einen magnetischen Widerstand in den Magnetkreis einführt, was durch höhere Amperewindungen behoben wird. Bei einer gegebenen Anzahl von Amperewindüngen muß der Strom vergrößert werden, wodurch die erzeugte Wärmemenge ansteigt. Durch Steuerung des Stromes zur Überwindung und Änderung des örtlich erzeugten magnetischen Widerstandes wird die Steuerung der öffnungs- und Schließbewegung des Ventils erreicht.

Die Wärme, die durch den höheren Strom entsteht, muß wirksam abgeführt werden, um ein zu starkes Aufheizen mit nachfolgender Zerstörung des magnetischen Kreises und schließlich Durchschlagen der Wicklungen zu verhindern. Dies wird auf einwandfreie Weise durch den ringförmigen Strömungsmitteldurchflußpfad um die Wicklungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht; dieser Durchflußpfad behindert den freien Strömungsmittelfluß nicht. Die Einflüsse der in den Wicklungen erzeugten Wärme können durch hohe Umgebungstemperaturen am Ventil noch verstärkt werden. Somit schützt der Strömungsrnitteldurchflußpfad über die Wicklungen bei gleichzeitiger Wärmeabführung die Wicklungen gegenüber Umgebungswärme auf Grund des Isolationseffekts und der Ableitung.

Es ist-zwar grundsätzlich bekannt, die Wicklungen von Elektromagneten durch strömende Medien zu kühlen. Z. B. wird im Falle der deutschen Patentschrift 1 183 175 der Kühlmittelstrom über Abzweigkanäle und Abzweigleitungen an die Wicklungen herangeführt. Es besteht bei dieser Anordnung jedoch keine Möglichkeit, die magnetische Anziehungskraft über Spalte zu verändern.

Weiterhin ist ein elektromagnetisches Ventil bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 1 705 867), bei dem Druckmittel zur Kühlung des Magnetkerns und der Magnetspule verwendet wird. Der Druckmittelstrom verläuft dabei durch die Mitte des Ankers und aus dem Ventil heraus über ein Filter, wenn das Hauptventil geschlossen ist; dieser Strömungsmittelpfad wird jedoch geschlossen, wenn das Hauptventil geöffnet wird.

Schließlich ist ein elektromagnetisches Ventil bekannt (amerikanische Patentschrift 1 587 921), bei dem der Öldurchsatz zur Kühlung der Spule herangezogen wird. Der Durchflußpfad ist dabei sehr begrenzt und verschlungen; des weiteren wird hierbei der Anker nur an einem Ende gelagert, so daß bei Beanspruchungen von außen, z. B. durch Vibrationen oder durch Trägheitsbeanspruchungen, wie dies bei Fahrzeugen der Fall ist, eine hohe Abnutzung der den Anker aufnehmenden Lagerflächen und der Ventilsitzflächen auftritt.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel eines magnetbetätigten Ventils wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, die einen Längsschnitt durch das Ventil zeigt.

In der Zeichnung ist ein zylindrischer, verschiebbarer magnetischer Anker 1 in eine magnetische Schaltung eingeführt, die eine einstellbare Lagerhülse 2, ein äußeres Gehäuse 3, einen Einlaß 4 und eine starre Laserhülse 5 aufweist; alle Teile 1 bis 5

bestehen aus weichmagnetischen Materialien, deren Permeabilität wesentlich größer als eins ist.

Der Anker 1 besitzt ein Ventilglied 6, das koaxial an einem Ende des Ankers angebracht und zur Führung in einer unteren Lagerhülse 7 befestigt ist, welche selbst koaxial in der starren Lagerhülse 5 vorgesehen ist. Eine obere Lagerhülse 8 ist koaxial mit dem anderen Ende des Ankers über die Schraube 9 befestigt; die obere Lagerhülse ist gleitend innerhalb der einstellbaren Lagerhülse 2 angeordnet. Das Ventilglied 6, die untere Lagerhülse 7, die obere Lagerhülse 8 und die Schraube 9 bestehen aus nichtmagnetischen Materialien.

Der Einlaß 4 ist in das Gehäuse 3 eingeschraubt und nimmt einen Ventilsitz 13 auf, der koaxial in die innere Fläche eingesetzt ist. Die innere Fläche des Einlasses 4 ist so ausgebildet, daß sie in eingeschraubtem Zustand gegen die starre Lagerhülse 5 anliegt, wobei Kanäle 14 freigelassen werden, durch die Druckmittel vom Ventilsitz 13 in das Innere des Gehäuses fließen kann.

Eine Druckfeder 10 ist innerhalb der einstellbaren Lagerhülse 2 angeordnet und liegt gegen den Rand der Schraube 9 und gegen einen Flansch an, der auf einer die Federspannung einstellenden Vorrichtung 11 ausgebildet ist, welche mit dem Gehäuse 3 über eine nichtmagnetische Endkappe 12 befestigt ist. Die Druckfeder 10 ergibt eine Vorspannkraft, die das Ventilglied 6 gegen den Ventilsitz 13 hält, wenn der Magnet nicht betätigt ist. Das Ventilglied 6 und der Ventilsitz 13 wirken so zusammen, daß eine Anschlagstellung für den Anker 1 festgelegt wird.

Eine Spule 15, die auf einen nichtmagnetischen Träger 16 aufgewickelt ist, umgibt den Anker 1 und Teile* der starren Lagerhülse 5 sowie der einstellbaren Lagerhülse 2, wobei diese mit Gleitsitz im Träger 16 angeordnet ist. Zwischen der äußeren Oberfläche der. Spule 15 und der inneren zylindrischen Oberfläche des Gehäuses ist ein Ringraum 17 ausgebildet, der mit den Kanälen 14 und über Öffnungen 18 im Ende des Gehäuses mit der Außenseite des Ventils in Verbindung steht. Diese Anordnung ermöglicht es, daß Druckmittel über die eingeschaltete Spule fließt und das Ventil geöffnet ist. Die so erreichte Kühlung ermöglicht es, die Spule kleiner auszulegen, wenn man von einer vorgegebenen maximal zulässigen Leistungsaufnahme ausgeht und hierbei in Vergleich dazu eine Anordnung ohne Kühlung setzt. Die Leitungen 19 und 20 stellen die Verbindung der Spule zu einer elektrischen Stromquelle dar.

Der magnetische Flußpfad, der durch die gestrichelte Linie 21 angedeutet ist, Hegt innerhalb des magnetischen Materials, ausgenommen für die Spalte

ίο zwischen den entsprechenden Endteilen des Ankers 1 und den starren und einstellbaren Lagerhülsen 5 und 2. Die starre Lagerhülse 5 umschließt ein wesentliches Stück eines Endes des Ankers 1; der prozentuale Anstieg des magnetischen Widerstandes des entsprechenden Spaltes bei einer Bewegung des Ankers 1 in die maximale Verschiebungsstelle ist somit relativ gering. Die einstellbare Lagerhülse 2 andererseits umschließt nur ein kurzes Stück des Ankers 1, wenn der Anker seine untere Anschlagstellung erreicht hat, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Die Lagerhülse 2 kann so eingestellt werden, daß sie den Anker 1 in dieser Stellung überhaupt nicht umschließt. Die prozentuale Abnahme des magnetischen Widerstandes dieses Spaltes bei einer Bewegung des Ankers 1 von der unteren Anschlagstellung weg ist deshalb verhältnismäßig groß; der größere Teil der magnetischen Anziehungskraft wird dabei über diesen Spalt ausgebildet.

Die einstellbare Lagerhülse 2 wird in das Ende des Gehäuses 3 eingeschraubt, und ihre Stellung relativ zum Anker 1 kann in Verbindung mit der Feder 10 so geändert werden, daß die Beziehung zwischen dem Spulenstrom und der Ankerverschiebung eingestellt wird. Die maximale Verschiebung des Ankers wird durch die Abmessungen der Spalte festgelegt, obgleich eine praktische maximale Verschiebung für eine gegebene Federeinstellung durch den maximal zulässigen Spulenstrom festgelegt werden kann.
Der magnetische Kreis braucht nicht vollständig geschlossen zu sein, wobei der äußere Schenkel die Form eines Zylinders aufweist. Der magnetische Kreis kann eine beliebige, an sich bekannte Ausführungsform annehmen, z. B. kann er rechteckförmig sein oder E- und I-Form aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Magnetbetätigtes Ventil, dessen Spulenwicklung auf einem nichtmagnetischen Träger aufgebracht ist und bei Betätigung einen kolbenförmigen Anker in Achsrichtung bewegt, der an seinen beiden Enden gelagert ist und der das Ausmaß der Ventilöffnung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) an seinen beiden entgegengesetzten Enden so gelagert ist (bei 7, 8), daß in Ruhestellung ein Ende des Ankers (1) in einer ersten Lagerhülse (S, 7) und das andere Ende entweder außerhalb oder knapp innerhalb einer zweiten Lagerhülse (2) angeordnet ist und bei Erregung der Spule (15) das ventilseitige Ende des Ankers (1) weitgehend innerhalb des vom Magnetfluß durchsetzten Teils (5^ der ersten Lagerhülse (5, 7) verbleibt, während das andere Ende sich in den vom Magnetfluß durchflossenen Teil der zweiten Lagerhülse (2) hinein erstreckt, und daß das dichte Gehäuse (3) sowohl das Ventil (6, 13) als auch die Spule (15) aufnimmt und die Leitung für den gesamten Durchfluß bildet, wobei das gesamte durchfließende Druckmittel konzentrisch zum Anker (1) über die Außenseite der Spule (15) geführt wird.