DE1907839B1 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil, Schließkräften mit einem wesentlich kleineren bei dem der Elektromagnet eine seitlich neben dem Magnetsystem als bisher auskommt,
das Verschlußstück tragenden oder bildenden Anker Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem einangeordnete Polfläche hat, die bei Erregung eine im gangs beschriebenen Magnetventil ausgegangen und wesentlichen quer zur Ventilachse stehende Kraft 5 erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß bei Verwendung auf den in der Verschlußlage befindlichen Anker eines Magneten mit zwei ausgeprägten Polen der ausübt. erste Pol die die Querkraft hervorrufende Polfläche

Die üblichen Magnetventile besitzen ein zur Ven- aufweist und der zweite Pol in zwei Polschuhe unter-

tilachse koaxiales Magnetsystem, das aus einer Spule teilt ist, deren Polflächen parallel zueinander und

mit Tauchanker und gegebenenfalls einem als Topf ίο etwa senkrecht zur Polfläche des ersten Pols verlaufen

ausgebildeten Rückschlußpfad besteht. Der Tauch- sowie auf einander gegenüberliegenden Seiten des

anker ist in Richtung der Ventilachse beweglich. Er Ankers angeordnet sind.

wird durch Schließkräfte, die beispielsweise vom Bei dieser Konstruktion bilden die beiden Poleigenen Gewicht, von einer Schließfeder oder einer schuhe einen magnetischen Rückschluß, der die Größe vom abzusperrenden Medium hervorgerufenen Druck- 15 des Magnetsystems ganz erheblich herabzusetzen differenz herrühren, in der Ruhestellung gehalten. gestattet. Da infolge der Querbewegung des Ver-Zum Öffnen ist eine Magnetkraft erforderlich, die schlußstücks ohnehin geringere Kräfte zum Öffnen diese Schließkräfte übersteigt. Das zur Erzeugung der benötigt werden, kommt man mit sehr kleinen Magnetkraft benötigte magnetische Feld ist um so Magnetsystemen aus. Im übrigen ist der unterteilte größer, je größer die Durchflußkapazität des Ventils 20 Pol infolge seiner speziellen Anordnung ein »passiver und damit der Hub des Ankers ist. Aus diesem Grund Pol«, der die Querbewegung des Ankers in Richtung werden zur sicheren Betätigung des Ventils häufig auf den anderen »aktiven Pol« nicht behindert,
sehr große Magnetsysteme benötigt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt

Es ist ferner bekannt, die zum Öffnen erforderliche es sich, eine magnetische Hilfseinrichtung vorzusehen, Magnetkraft dadurch herabzusetzen, daß der Tauch- 25 die zusätzlich eine etwa parallel zur Ventilachse anker zunächst einseitig am Verschlußstück angreift, wirkende Magnetkraftkomponente solcher Größe auf dieses kippt und erst dann die weitere Öffnungs- den Anker ausübt, daß dieser erst nach einer Querbewegung vollzieht. Verlagerung einen Längshub vollführen kann. Mit

Sodann sind Magnetventile bekannt, bei denen der dieser Maßnahme lassen sich beliebig große Öffnungs-

das Verschlußstück tragende oder bildende Anker 30 hübe erreichen. Die magnetische Hilfseinrichtung

im wesentlichen quer zur Ventilachse bewegt wird. bzw. die von ihr hervorgerufene Magnetkraftkompo-

Beispielsweise ist der gleichzeitig das Verschlußstück nente kann relativ schwach sein, da nach dem

bildende Anker als Kugel ausgebildet, und seitlich anfänglichen Öffnen des Ventils durch die magne-

neben der Kugel befindet sich ein Elektromagnet, tische Querkraft die weitere Öffnungsbewegung

dessen zentrischer Kern eine seitlich neben der Kugel 35 durch eine relativ kleine magnetische Kraft erfolgen

befindliche Polfläche darstellt, gegen die die Anker- kann.

kugel bei Erregung angezogen wird. Die Rückbewe- Vorzugsweise besteht die Hilfseinrichtung eingung erfolgt durch Schwerkraft. Statt dessen können fach aus einer an mindestens eine der seitlichen PoI-auch zwei solcher Elektromagneten einander gegen- flächen anschließenden Verlängerung, die den Anker über angeordnet sein, von denen bei Erregung des 40 übergreift. Es läßt sich ohne weiteres so einrichten, einen die Ankerkugel aus der Verschlußlage in eine daß diese Verlängerung erst wirksam wird, wenn der Ruhestellung und bei Erregung des anderen in umge- Anker eine vorgegebene Querverlagerung hinter sich kehrter Richtung gerollt wird. Man hat die letztge- gebracht hat, beispielsweise dadurch, daß die Vernannten Magneten auch schon parallel zueinander längerung mit dem Anker in der Ruhelage einen angeordnet und auf einen kippbaren Anker wirken 45 größeren Luftspalt bildet, als die Polfläche,
lassen, der seinerseits das Verschlußstück in Quer- Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Verlänrichtung verschiebt. Bei all diesen Konstruktionen gerung der Form des Ankers an der übergriffenen sind aber ebenfalls relativ große Magnetsysteme not- Stelle angepaßt ist. Hierdurch läßt sich eine kontiwendig, weil die in diesem Zusammenhang verwen- nuierliche Verminderung der Luftspaltbreite bei der deten Elektromagnete, anders als bei den axialen 50 Längsbewegung erzielen.

Systemen mit Tauchanker, nicht zwei ausgeprägte, Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der das

den Luftspalt klein haltende Pole haben. Verschlußstück bildende Anker als Zylinder ausge-

Ähnliches gilt für ein bekanntes Magnetventil, bei bildet. Hierbei können die parallelen Stirnflächen des

dem der Ventilsitz koaxial in einem Durchflußrohr Zylinders den Polflächen des geteilten Pols benach-

aus nicht magnetischem Werkstoff angeordnet, die 55 bart sein. Dies ergibt eine gute Übergangsfläche für

Magnetspule axial hierzu versetzt auf dem Rohr die magnetischen Feldlinien. Der Zylinder rollt ein

angeordnet und ein auch das Verschlußstück bilden- Stück in Querrichtung und verlagert sich dann in

der Anker in der Form einer Kugel aus magnetisier- Längsrichtung.

barem Material vorgesehen ist. In Höhe der Magnet- Falls die Verschlußfläche des Verschlußstücks spule ist die Innenwand des Rohres über einen 60 eben sein soll, kann man auch einen das Verschlußkleinen Teil des Umfangs mit einer Platte aus magne- stück bildenden Anker aus einem U-förmigen Profil tisierbarem Material versehen. Bei Erregung rollt die verwenden, das einen ebenen Mittelsteg und zwei Kugel von ihrem Sitz zunächst in Querrichtung und Schenkel mit halbkreisförmigen Enden aufweist,
dann längs der Rohrwand bis in den Bereich der Die beiden Schenkel können mit ihren Außen-Magnetspule. Auch hier wird wegen der großen Luft- 65 flächen wiederum den Polflächen des geteilten Pols spalte ein starkes Magnetsystem benötigt. benachbart sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Magnetventil anzugeben, das bei vorgegebenen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Magnetventils, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Magnetventils von rechts in F i g. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht auf das Ventil der F i g. 1,

F i g. 4 einen Teilquerschnitt durch den Ankerbereich des Ventils in der Quermittelebene,

Fig. 5 schematisch die am Anker wirkenden Kräfte in der Verschlußlage,

Fig. 6 desgleichen nach der ersten Phase der Öffnungsbewegung,

Fig. 7 desgleichen nach der zweiten Phase der Öffnungsbewegung,

Fig. 8 die Vorderansicht einer Abwandlung des Ankers und Fig. 9 eine Seitenansicht des Ankers nach Fig. 8.

Ein Ventilgehäuse 1 mit einem Einlaßstutzen 2 und einem Auslaßstutzen 3 trägt einen Ventilsitz 4 mit einer zentrischen Ventilöffnung 5 und einem äußeren Verteilerringraum 6. Unter Zwischenlage eines O-Ringes 7 ist ein Gehäuse 8 aus nicht magnetisierbarem Material aufgesetzt. Im Innern dieses Gehäuses befindet sich ein Zylinder 9 aus magnetisierbarem Material, der gleichzeitig als Verschlußstück dient. Er ist durch eine Drahtfeder 10 belastet, die ihn gegen den Ventilsitz 4 und einen Anschlag 11 drückt.

Das Magnetsystem besitzt eine Spule 12, deren Kern 13 aus unterschiedlich geformten Blechen zusammengesetzt ist. Die mittleren Bleche 14 (links in Fig. 1) sind L-förmig und tragen an ihrem freien Ende einen Polschuh 15, der durch eine abgedichtete Öffnung im Gehäuse 8 nach innen ragt. Die äußeren Bleche 16 und 17 (rechts in F i g. 1) sind nach außen gespreizt und am freien Ende einstückig mit Lappen versehen, die Polschuhe 18,19 bilden, deren parallele Polflächen 20, 21 außen am Gehäuse 8 anliegen. Der Polschuh 19 trägt noch eine Dämpfungswicklung 22. Senkrecht zu den beiden Polflächen 20 und 21 erstreckt sich die Polfläche 23 des Polschuhes 15. Sie setzt sich in einer den Zylinder 9 übergreifenden Verlängerung 24 fort, die dem Zylinderradius angepaßt ist.

Wie F i g. 4 zeigt, trägt der Zylinder 9 am Umfang einen Gummibelag 25, um eine gute Abdichtung auf dem Ventilsitz 4 zu schaffen, der zur Anpassung an den Umfang des Zylinders leicht konkav gerundet ist. Die Feder 10 greift in eine äußere Profilierung des Zylinders 9 ein. Im übrigen wird der Zylinder mit seinen Stirnwänden innerhalb des Gehäuses 8 geführt. Der Zylinder 9 ist ebenso wie der Polschuh 15 aus einem leicht magnetisierbaren Material hergestellt, z. B. Remanit, während der Kern 14 in üblicher Weise aus Magnetblechen besteht.

Wird nun das Magnetsystem erregt, so kann der magnetische Fluß verhältnismäßig leicht von den Polschuhen 18 und 19 zum Zylinder 9 übertreten, so daß sich lediglich ein Hauptluftspalt 26 zwischen dem Zylinder 9 und der Polfläche 23 ergibt. Infolgedessen wirkt auf den Zylinder 9 eine Magnetkraft Fl. Diese Kraft übt auf den Zylinder 9 mit dem Radius r das Drehmoment M = Fl ■ r aus. Auf der anderen Seite ist der Zylinder 9 durch eine Schließkraft 51 belastet. Diese setzt sich zusammen aus dem Gewicht des Zylinders, der Kraft der Feder 10 und der vom abzusperrenden Medium auf den Zylinder 9 ausgeübten Druckdifferenz. Diese Kraft wirkt auf den Zylinder, bezogen auf die Kippstelle, mit dem halben Durchmesser d der Ventilbohrung 5. Für eine Kippbewegung des Zylinders 9 genügt es daher, wenn die Kraft Fl im Verhältnis d/2: r kleiner ist als die Schließkraft 51. Dies ist ein sehr kleiner Wert.

Sobald das Kippen erfolgt ist, steigt die Magnetkraft stark auf den Wert Fl an, weil der Luftspalt 26 zu Null wird. Gleichzeitig verkleinert sich die Schließkraft auf den Wert 52, weil wegen des teilweise geöffneten Ventils die vom Medium ausgeübte Druckdifferenz ganz erheblich abgesunken ist. Gleichzeitig mit der Kippbewegung ist aber auch der Luftspalt 27 zwischen dem Zylinder 9 und der Verlängerung 24 Meiner geworden (vgl. Fig. 6), so daß eine Magnetkraftkomponente H 2 parallel zur Ventilachse auftritt. Da diese Komponente größer ist als die Schließlcraft S 2, bewegt sich der Zylinder 9 nach oben,, bis er schließlich die Stellung der F i g. 7 erreicht, wo die Komponente H 3 ebenfalls einen großen Wert erreicht hat und die Schließlcraft 53 ihren Kleinstwert besitzt.

Wird nun der Magnet wieder entregt, so fällt der Zylinder 9 unter dem Einfluß seines Gewichts und der Federkraft in seine Verschlußstellung zurück, wo er durch den Bolzen 11 in einer definierten Lage gehalten wird.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 8 und 9 besitzt der als Verschlußstück dienende Anker 28 eine ebene Unterseite 29, so daß auch der Gummibelag 30 und die Oberfläche des Ventilsitzes 4 eben gehalten werden können. Der Anker 28 besteht aus einem U-förmigen Profilstück mit einem ebenen Mittelsteg 31 und zwei Schenkeln 32 und 33, die je in einem halbkreisförmigen Bogen 34 enden. Die beiden Schenkel sind durch eine Strebe 35 gegeneinander arretiert. Im Betrieb wirkt die Magnetkraft Fl zunächst auf die Seitenfläche 36 der Schenkel 32 und 33. Anschließend kann die halbkreisförmige Kante 34 gegen die Verlängerung 24 des Polschuhs 15 gezogen werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetventil, bei dem der Elektromagnet eine seitlich neben dem das Verschlußstück tragenden oder bildenden Anker angeordnete Polfläche hat, die bei Erregung eine im wesentlichen quer zur Ventilachse stehende Kraft auf den in der Verschlußlage befindlichen Anker ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Magneten (12, 13) mit zwei ausgeprägten Polen der erste Pol die die Querkraft (Fl) hervorrufende Polfläche (23) aufweist und der zweite Pol in zwei Polschuhe (18, 19) unterteilt ist, deren Polflächen (20, 21) parallel zueinander und etwa senkrecht zur Polfläche des ersten Pols verlaufen sowie auf einander gegenüberliegenden Seiten des Ankers (9) angeordnet sind.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine magnetische Hilfseinrichtung (24), die zusätzlich eine etwa parallel zur Ventilachse wirkende Magnetkraftkomponente (H 2) solcher Größe auf den Anker (9) ausübt, daß dieser erst nach einer Querverlagerung einen Längshub vollführen kann.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtung aus einer an mindestens eine der seitlichen Polflächen (23) anschließenden Verlängerung (24) besteht, die den Anker (9) übergreift.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (24) mit dem

Anker (9) in der Ruhelage einen größeren Luftspalt (27) bildet als die Polfläche (23).

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (24) der Form des Ankers (9) an der übergriffenen Stelle angepaßt ist.

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Verschlußstück bildende Anker (9) als Zylinder ausgebildet ist.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Verschlußstück bildende Anker (28) aus einem U-förmigen Profil besteht, das einen ebenen Mittelsteg (31) und zwei Schenkel (32, 33) mit halbkreisförmigen Enden (34) aufweist.

8. Magnetventil nach Anspruch 1 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (20, 21) des geteilten Pols den parallelen Stirnflächen des Ankers (9, 28) benachbart sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen