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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil mit einem bei
Erregung öffnenden Elektromagneten und einer Schaltung mit nur bei Vorliegen entsprechender
Sicherheitszustände geschlossenen Schaltern.
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Ein praktisches Anwendungsgebiet für ein solches Ventil ist die Ölheizung,
bei welcher das Ventil zur Öffnung des Ölzuflusses eingesetzt wird, wobei darauf
Rücksicht zu nehmen ist, daß bestimmte Sicherheitszustände vorliegen, z. B., daß
genügend Öl vorhanden ist, daß die Zündeinrichtung arbeitet, daß entsprechende Gebäude
Sicherheitszustände aufweisen. Nur wenn alle Sicherheitsbedingungen erfüllt sind,
darf das Ventil zu öffnen sein, bzw. offenbleiben. Fehlt eine der Sicherheitsbedingungen,
muß sich das Ventil schließen, und zwar unabhängig von allen übrigen Bedingungen.
Das Öffnen bzw. Offenbleiben muß davon abhängig gemacht werden, daß Strom vorhanden
ist.
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Es ist ein elektromagnetisches Ventil bekannt, bei welchem der Schalter
eines elektrischen Relais in dem Schaltkreis liegt, der den Betätigungsmagneten
erregt, und die Sicherheitseinrichtungen liegen in Reihe mit der Haltespule des
Relais, so daß das Relais nicht schließen kann, und damit das Ventil nicht geöffnet
werden kann, bis alle Sicherheitseinrichtungen geschlossen sind. Diese bekannte
Anordnung hat eine Reihe von Nachteilen. Zunächst einmal entstehen durch die Verwendung
sowohl eines Magnetventils auch eines Relais relativ komplizierte Anlagen. Zum zweiten
ist die bekannte Einrichtung unwirtschaftlich, weil sowohl der Magnet als auch die
Relaisspule bei geöffnetem Ventil erregt bleiben müssen. Zum dritten kann eine Bedienungsperson
die Sicherheitseinrichtungen dadurch ausschalten, daß einfach das Relais von Hand
geschlossen gehalten wird.
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Die Erfindung richtet sich auf die Schaffung eines Elektromagnet-Ventils
der beschriebenen Gattung, d.h., ein Magnetventil, welches nur dann geöffnet werden
kann, wenn entsprechende Sicherheitszustände vorliegen, wobei insbesondere es unmöglich
sein soll, daß eine in der Beachtung von Sicherheitsvorschriften großzügige Bedienungsperson
das Ventil von sich aus öffnen kann, ohne daß alle Sicherheitszustände vorliegen.
Insbesondere sollte aus diesem Grunde das Ventil ohne Verwendung eines Relais gesteuert
werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung aus von einem
elektromagnetischen Ventil der eingangs bezeichneten Gattung und kennzeichnet sich
durch folgende Merkmale: a) der Betätigungsmagnet hat zwei bewegbare Anker, zwischen
denen ein veränderbarer Luftspalt besteht; b) ein Anker betätigt das Verschlußteil;
c) der zweite Anker ist zugleich der Anker eines zweiten Elektromagneten und im
Sinne einer Vergrößerung des Luftspaltes des zweiten Magneten sowie einer Schließung
des Ventils federnd vorgespannt; d) der zweite (Sperr)Elektromagnet liegt mit den
bei vorliegenden Sicherheitszuständen geschlossenen Schaltern in Reihe, und sein
Anker wird bei Erregung des Sperrmagneten gegen die Kraft der Vorspannfeder vom
ersten Anker in Öffnungsrichtung des Ventils weggezogen.
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Elektromagnetische Ventile mit zwei Spulen, deren eine ein Verschlußteil
und deren zweite ein Gesperre steuert, sind übrigens bekannt. Die bekannten Ventile
dienen aber zur Durchführung anderer Aufgaben und haben insbesondere nichts mit
den oben erläuterten Sicherheitsmerkmalen für Anlagen zu tun. Auch sind Kugelgesperre
bei Magnetventilen bekannt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an
einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1, 2 und 3 im
Längsschnitt das Ausführungsbeispiel in verschiedenen Betriebszuständen und F i
g. 4 die Zusammenschaltung der Magnetspulen mit der Stromversorgung und den Sicherheitsschaltern.
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Das als Ausführungsbeispiel der Erfindung zu beschreibende Ventil
weist ein Ventilgehäuse 10 mit Einlaß- und Auslaßöffnungen 11 auf, wobei ein Ventilsitz
12 zwischen diesen Öffnungen liegt. Ein Verschlußteil 13 kann in Richtung auf den
Ventilsitz zu und von diesem wegbewegt werden. Das Verschlußteil 13 ist am unteren
Ende eines Trägers 14 befestigt, der seinerseits gleitbar in einer Bohrung 18 im
Teil 15 angeordnet ist, welch letzteres durch eine Schraubverbindung an einem Ende
am Ventilgehäuse 10 befestigt ist. An seinem anderen Ende ist das Teil 15 mittels
einer Mutter 17 am unteren Ende eines Kernrohres 16 befestigt.
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An dem Kernrohr 16 ist ein Magnetgehäuse 20 gehaltert, welches zwei
koaxiale, unabhängige Elektromagnetspulen 21 und 22 aufnimmt, die ihrerseits das
Kernrohr umgeben. Eine Ringscheibe 28 aus magnetischem Material, welche ebenfalls
das Kernrohr umgibt, trennt die beiden Magnete voneinander; das Kernrohr 16 besteht
aus nichtmagnetischem Material, und in seinem oberen Ende ist dicht ein Schraubstöpsel
23 aus magnetischem Material angeordnet.
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Die Magnetspulen 21 und 22 liegen aufeinander und sind zwischen den
waagerechten Armen 24 und 25 eines Magnetjoches 26 gehalten, wobei die Arme durch
ein Verbindungsstück 27 verbunden sind. Die Jocharme 24 und 25 weisen Öffnungen
auf, durch welche das Kernrohr 16 führt; die Arme und das Verbindungsstück des Joches
können gegebenenfalls einstückig miteinander ausgebildet sein. Im Kernrohr 16 sind
axial gleitbar ein vom Sperrmagneten 21 betätigter Anker 29 und ein vom Betätigungsmagneten
22 betätigter Anker 30 angeordnet. Die Anker können durch eine nichtmagnetische
Ringscheibe 31 voneinander getrennt sein.
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Eine Druckfeder 34 spannt den Träger 14 ständig in Richtung auf den
Ventilsitz 12 vor, und bei geschlossenem Ventil drückt die Feder 34 das Verschlußteil
13 an den Sitz. Es ist eine Verriegelungs-oder Rasteinrichtung zum Offenhalten des
Ventils gegen die Kraft der Feder 34 vorgesehen. Diese Verriegelungseinrichtung
ist nach Art einer Kugel-Rast ausgebildet und weist einen ringförmigen Rücksprung
35 in der Innenwand der Bohrung 18 im Teil 15 auf, wobei eine geneigte Schulter
36 an dem Ventilsitz 12 am nächsten liegenden Ende des Rücksprunges ausgebildet
ist. Der Träger 14 ist mit einer Querbohrung 37 an einer solchen Stelle versehen,
daß diese in und außer Flucht mit dem Rücksprung 35 gebracht werden kann, wenn sich
Träger 14 und Teil 15 relativ zueinander bewegen. Bei der in Fig. 1 dargestellten
Ventilstellung liegen die Querbohrung
37 und der Rücksprung 35 nicht
in Flucht, während in F i g. 3 eine Fluchtung hergestellt ist. In der Querbohrung
37 kann sich eine oder zwei Kugeln 38 frei bewegen, deren Durchmesser nur wenig
kleiner ist als der der Querbohrung 37, aber größer als die Tiefe des Rücksprunges
35. Zweckmäßig verläuft die Querbohrung 37 in der gezeigten Weise auf einem Durchmesser
durch den Träger 14 und an jedem Ende der Querbohrung befindet sich eine Kugel 38.
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Träger 14 und Anker 30 sind mittels eines Zapfens 39 verbunden, der
gleitbar im Träger angeordnet ist.
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Das obere Ende des Zapfens ist mit dem Anker 30 durch einen Bolzen40
verbunden, der durch fluchtende Bohrungen im Anker und im Zapfen führt.
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Das untere Ende des Zapfens 39 weist einen keilartig gestalteten,
größeren Abschnitt 41 auf. Der Radius des keilartigen Abschnittes 41 und der Radius
der Kugel 38 sind zusammen größer als der Radius der Bohrung 18. Wenn also gemäß
F i g. 1 das Ventil geschlossen ist, liegen die Kugeln 38 im Pfad der nach oben
gerichteten Bewegung des keilartig gestalteten Abschnittes 41. Jedoch ist die Summe
der Radien des keilartig gestalteten Abschnittes und der Kugel kleiner als der Radius
des Rücksprunges 35; wenn also die Querbohrung 37 und der Rücksprung 35 - wie Fig.
3 zeigt - fluchten, kann der keilartig gestaltete Abschnitt die Kugeln 38 in den
Rücksprung 35 schieben und sich in radiale Flucht mit den Kugeln bewegen. Eine Verriegelungsfeder
42 umgibt den Zapfen 39 und spannt den Träger 14 und den Anker 30 ständig voneinander
weg. Eine Entriegelungsfeder43, welche stärker ist als die Feder 42, spannt den
Anker 29 ständig vom Gewindestöpsel 23 weg.
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Der Betrieb des Ventils wird zunächst unter Hinweis auf F i g. 4
beschrieben, welche die Speisekreise für den Sperrmagneten 21 und den Betätigungsmagneten
22 darstellt. Der Sperrmagnet 21 liegt in Reihe mit einer Anzahl von Schaltern47,
die Teile verschiedener bekannter Sicherheitseinrichtungen sind, an der Stromquelle
46. Der Betätigungsmagnet 22 liegt über einen Bedienungsschalter 48 an der Stromquelle
46. Wenn irgendein Schalter 47 offen ist, so daß also der Sperrmagnet 21 entregt
ist, ist das Ventil - wie in F i g. 1 gezeigt ist - auf Grund der Wirkung der Feder
34 geschlossen. Weiter ist der Anker 29 durch die Entriegelungsfeder 43 am Anker
30 gehalten. Wenn unter diesen Umständen, d. h. wenn ein Schalter 47 offen ist,
der Bedienungsschalter 48 geschlossen wird, um den Betätigungsmagneten 22 zu erregen,
ergeben sich keine Bewegungen im Ventil.
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Der Grund dafür ist, daß der Magnetkreis des Betätigungsmagneten 22
über den unteren Arm 25 und das Verbindungsstück 27 des Joches 26, die Ringscheibe
28, den Anker 29 des Sperrmagneten und den Anker 30 des Betätigungsmagneten geschlossen
ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, könnte keine Bewegung der Teile dazu dienen,
die Länge eines Luftspaltes zu verringern, weshalb keine Bewegung stattfindet.
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Wenn nun alle Schalter 47 der Sicherheitseinrichtungen geschlossen
sind, so daß der Sperrmagnet 21 erregt wirdl während der Bedienungsschalter 48 offen
bleibt und also der Betätigungsmagnet 22 entregt ist, nehmen die Teile die in F
i g. 2 gezeigte Stellung ein.
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Die einzige Veränderung der Stellungen der Teile im Vergleich zwischen
den Fig. 1 und 2 ist, daß der Anker 29 des Sperrmagneten sich vom Anker 30 wegbewegt
hat und in Eingriff mit dem Schraubstöpsel
23 gekommen ist, wobei die Entriegelungsfeder
43 zusammengedrückt wird. Die Ursache für diese Bewegung ist im Magnetkreis des
Sperrmagneten 21 zu suchen, welcher Kreis den oberen Arm 24 und das Verbindungsstück
27 des Joches 26, die Ringscheibe 28, den Anker 29 und den Schraubstöpsel 23 umfaßt.
Durch Vergleich der Fig. 1 und 2 sieht man, daß die Länge dieses Magnetkreises durch
die Bewegung des Ankers 29 gegen den Schraubstöpsel 23 erheblich verringert wird,
d. h., daß der Luftspalt zwischen dem Anker 29 und dem Schraubstöpsel 23 (Fig. 1)
kleiner wird.
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Durch die Bewegung des Ankers 29 in die in Fig. 2 dargestellte Lage
wird ein Luftspalt im Magnetkreis des Betätigungsmagneten 22 geschaffen, der sich
zwischen den beiden Ankern 29 und 30 befindet.
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Wenn also nunmehr - sei es auch nur für einen kurzen Augenblick -
der Schalter 48 geschlossen wird, bewirkt die Erregung des Betätigungsmagneten 22
eine Bewegung der Teile in die in F i g 3 gezeigte Stellung. Diese Verschiebung
wird durch Bewegung des Ankers 30 in Richtung auf den Anker 29 zur Schließung des
Luftspaltes zwischen diesen Teilen erzeugt, wodurch sich die Länge des Magnetkreises
des Betätigungsmagneten verringert.
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Die Aufwärtsbewegung des Ankers 30 aus der in F i g. 2 gezeigten
in die in F i g. 3 gezeigte Stellung wird über den Bolzen 40 auf den Zapfen 39 übertragen.
Die Aufwärtsbewegung des keilartig gestalteten Abschnittes 41 des Zapfens wird auf
die Kugeln 38 übertragen, die ihrerseits die Bewegung auf den Träger 14 übertragen.
Während des ersten Teiles der Aufwärtsbewegung des Zapfens 39 wird der Träger 14
mit diesem angehoben, wodurch die Öffnung des Ventils bewirkt wird. Wenn die Querbohrung
37 im Träger 14 in Flucht mit dem Rücksprung 35 kommt, was in Fig. 3 dargestellt
ist, veranlaßt eine weitere Aufwärtsbewegung des Zapfens 39 den keilartig gestalteten
Abschnitt41, die Kugeln 38 radial nach außen in den Rücksprung 35 zu schieben. Solange
der keilartig gestaltete Abschnitt 41 in der Ebene der Kugeln 38 bleibt, werden
diese in dem Rücksprung 35 gehalten. In diesem Zustand liegen die Kugeln 38 zwischen
dem Träger 14 und dem Teil 15, wodurch eine nach unten gerichtete Bewegung des Trägers
14 unter der Wirkung der Schließfeder 34 verhindert wird. Wenn der Betätigungsmagnet
22 nach Herstellung der Verriegelung gemäß Fig.3 entregt wird, hält die Verriegelungsfeder
42 den Anker 30 in der angehobenen Stellung gegen den Anker 29, und das Ventil bleibt
dadurch geöffnet, solange der Sperrmagnet 21 erregt ist.
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Bei Entregung des Sperrmagneten 21 schiebt die Entriegelungsfeder
43 die Anker 29 und 30 nach unten, wobei die nach oben gerichtete Kraft der Verriegelungsfeder
42 überwunden wird. Demgemäß bewegen sich der Zapfen 39 und dessen keilartig gestalteter
Abschnitt 41 nach unten, woraufhin die Kugeln 38 nach innen über die Schulter 36
des Rücksprunges 35 rollen. Der Träger 14 und das Teil 15 werden dadurch entriegelt,
und die Feder 34 bewegt das Verschlußteil 13 gegen den Sitz 12 (s. F i g. 1), um
das Ventil zu schließen. Wichtig ist, daß diese Wirkung bei Entregung des Sperrmagneten
21 unabhängig davon eintritt, ob der Betätigungsmagnet22 erregt ist.
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Die Erfindung schafft somit ein Ventil, welches bei Erregung des
Betätigungsmagneten 22 nur geöffnet
werden kann, wenn der Sperrmagnet
erregt ist, und welches unabhängig davon, ob der Betätigungsmagnet erregt ist oder
nicht, schließt, sobald der Sperrmagnet entregt wird.
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Die nichtmagnetische Ringscheibe 31 unterstützt die Isolierung der
Magnetkreise der beiden Magnetspulen voneinander, so daß der Anker 29 mit einer
schwächeren Feder 43 vom Schraubstöpsel 23 weggeschoben werden kann, als andernfalls
notwendig wäre, wenn die Magnetspule 22 bei entregtem Sperrmagneten 21 erregt wird.
Im Gegensatz zur beschriebenen Ausführungsform, bei welcher ein magnetisches Joch
26 Teil zweier Magnetkreise ist, können auch getrennte Joche für die zwei Magnetspulen
verwendet werden.