DE2046153A1

DE2046153A1 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil

Info

Publication number: DE2046153A1
Application number: DE19702046153
Authority: DE
Inventors: Abootaleb 6051 Ober-Roden. M Talebi
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1970-09-18
Filing date: 1970-09-18
Publication date: 1972-03-30

Description

ALFRED TEVES GMBH 11. September 197o

6 Frankfurt/Main SL/Mit/Kß

P 3774

A. Talebi - 5

Elektromagnetisch betätigtes Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für Hochdrucksysteme, bei dem durch die Verschiebung eines Magnetankers gegen die Kraft einer Feder das Ventilverschlußstück in Schaltposition gebracht wird. '

Elektromagnetisch betätigte Ventile sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Allgemeines Bestreben ist, Ventile leicht, raumsparend und dabei schnellschaltend auszubilden. Ihre Leistungsaufnahme und damit zusammenhängend der magnetische Streufluß sollen gering sein. Bei Ventilen für Hochdruckanlagen ist einerseits auf eine sichere Abdichtung der Wicklung des Elektromagneten und andererseits auf genügende Wärmeabfuhr besonders zu achten. Die Abdichtung gegen Hochdruck gewährleistet eine antimagnetische Metallhülse, welche durch Schweißung oder Lötung die Ankerplatte mit dem Gehäuse verbindet. ά

Bekannte Ventile haben meist einen zylindrisch ausgebildeten Magnetanker, der direkt oder über eine Ankerstange auf den Ventilverschlußkorper wirkt. Die Wicklung des Elektromagneten ist gegen ihren aus Stahl gefertigten Wickelträger und die anliegenden Flächen des ebenfalls aus magnetisierbarem Material hergestellten Ventilgehäuse durch eine Kunststoffschicht isoliert (z.B. DAS 1 272 665, DBP 1 Io3 lOO, DAS 1 211 455). Die verhältnismäßige geringe Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff begrenzt die Belastbarkeit des Elektromagneten und macht die Einsatzmöglichkeit des Ventils stark abhängig von ümgebungs-

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temperaturen. Durch Wärmebelastung auftretende Dehnungen der Wicklung führen infolge des hohen Preßdrucks häufig zu Beschädigungen der Isolationen zwischen den Windungen. Da Gehäuse, Wickelträger, Anker und eventuell Ankerstange aus magnetisierbarem Material bestehen entstehen magnetische Flußverkettungen, die die Schaltzeiten des Ventils verlängern. Bei schnell aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen oder bei einer Speisung des Elektromagneten mit Wechselstrom wirken außerdem die besonders im Magnetanker formbedingt auftretenden Wirbelstromverluste negativ auf den Wirkungsgrad des Ventils.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisch betätigtes Ventil zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile ausgeschaltet oder zumindest gemildert sind.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der die Wicklung des Elektromagneten im Gehäuse aus magnetisierbarem Material von drei Seiten umgebende Wickelträger aus einem antimagnetischen Metall, vorzugsweise Aluminium, hergestellt und mit einer Oxydschicht bestimmter Mindeststärke versehen ist. Dadurch erübrigt sich eine zusätzliche Isolierschicht aus Kunststoff.

In den Wickelträger ist zumindest auf einer seiner der Wicklung zugewandten Ringfläche eine Nut eingearbeitet, die einen Schaumstoffring aufnimmt. Der Wickelträger ist außerdem vorzugsweise als Hochdruckrohr ausgebildet. An seinen beiden Stirnflächen sind Dichtnuten unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen, in die Dichtringe entsprechenden Durchmessers eingelegt sind, die den Wickelträger gegen das magnetische Gehäuse und die magnetische Ankerplatte sowie deren Fortsatz abdichten.

Der Wickelträger umgibt teilweise den im Ankergehäuse gelagerten Magnetanker,der auf seinem Umfang gleichmäßig verteilte Längsschlitze aufweist und dessen Mantelfläche vorzugs-

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weise mit einem antimagnetischen Werkstoff beschichtet ist.

Auf seiner dem Gehäuseboden zugewandten Seite weist der Magnetanker zur Minderung des Streuflusses eine sich kegelig erweiternde Ausnehmung auf.

Der Luftspalt zwischen Magnetanker und der ihm zugewandten Fläche des Fortsatzes der Ankerplatte ist durch eine Einstellmutter oder eine Einstellschraube einstellbar. Dabei wirkt die Einstellschraube auf die im Fortsatz der Ankerplatte geführte Ankerstange.

In einer besonderen Ausführungsform hat der Wickelträger in '

seiner dem Gehäuseboden zugewandten Hälfte eine Abstufung, in die ein den Magnetanker aufnehmendes Ankergehäuse aus magnetisierbarem Material eingesetzt ist. Mit seinem offenen Ende umgibt es den Fortsatz der Ankerplatte und weist in diesem Bereich eine Nut auf, in die ein Aluminiumring und ein Dichtring und Stützring eingelegt sind. Durch diese Dichtungsanordnung ist der Wickelträger der Flüssigkeitsdruckbelastung nicht; ausgesetzt.

Magnetanker und Ankerstange werden zur Minderung der Querkräfte getrennt gelagert.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu, zwei sind im folgenden anhand der anhängenden Zeichnungⁿam Beispiel eines Sitzventils näher beschrieben. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung auch bei anderen Ventilarten z.B. einem Schieberventil anwenden läßt.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektromagnetisch betätigtes Ventil.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Beim Ventil nach Fig. 1 ist der Innenraum des aus magnetisierbarem Material gefertigten Gehäuses 1 an dessen Boden abgestuft, so daß für die Wicklung 2 und den Magentanker 3 des Eletromagneten zwei konzentrisch zueinander liegende Zylinderräume verschiedenen Durchmessers entstehen. Auf der Abstufung 4 des Ventilgehäuses 1 liegt mit seiner Ringfläche der Wickelträger 5 auf, der die Wicklung 2 des Elektromagneten von drei Seiten, nämlich den beiden Ringflächen und der Innenfläche umgibt. Der Innendurchmesser des Wickelträgers 5 entspricht der Abstufung 4; er ist erfindungsgemäß aus antimagnetischem Werkstoff, vorzugsweise Aluminium, gefertigt und mit einer ausreichenden Oxydschicht versehen, die die Isolation gegen die anliegenden Flächen bildet, so daß auf eine eigens vorgesehene Kunststoffisolierung verzichtet werden kann. Zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Mantelfläche der auf dem Wickelträger 5 angeordneten Wicklung 2 besteht ein Luftspalt "s". Auf der einen der Wicklung 2 zugewandten Ringfläche weist der Wickelträger 5 eine Ausnehmung auf, in die ein geformter Schaumstoffring 6 eingelegt ist. Dieser Schaumstoffring 6 dient dazu, axiale Wärmeausdehnungen des Wickelpaketes 2 während des Betriebes aufzunehmen. Da diese Wärmeausdehnungen im Inneren der Wicklung, woi'die Wärmeabfuhr am schlechtesten ist, besonders groß ist, ist die Ausnehmung in diesem Bereich am tiefsten bzw. der Schaumstoffring am stärksten. In dem durch den Wickelträger 5 und die Abstufung 4 des Gehäuseinnenraums bestimmten Zylinderraum ist der Magnetanker 3 mit Abstand zum Gehäuseboden 7 angeordnet. Er ist reibschlüssig auf einer Ankerstange 8 gelagert, die in der durchgehenden Bohrung 9 des zylindrischen, mit seiner Mantelfläche an Wickelträger 5 anliegenden Fortsatzes Io der Ankerplatte 11 geführt ist. Die Ankerplatte 11 schließt das Gehäuse 1 ab und beinhaltet in einem Fortsatz 12 die Anschlußbohrungen, Ventilverschlußkörper und Ventilsitz. Während die Ankerplatte 11 sowie ihr Fortsatz Io aus magnetisierbarem Material besteht, ist die Ankerstange 8 aus antimagnetischem Werkstoff - vorzugsweise Aluminium - hergestellt. Zur Minderung

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der Reibkräfte zwischen Ankerstange 8 und Fortsatz Io der Ankerplatte 11 sind deren Kontaktflächen durch Abdrehungen an der Ankerstange 8 reduziert. Durch die Kraft einer Feder 13, die sich in der Bohrung 9 und an einem Bund 14 der Ankerstange 8 abstützt, wird deren durch den Magnetanker 3 hindurchragendes Ende 15 in Anlage auf dem Gehäuseboden 7 gehalten, wodurch ein Sperrhub zwischen dem anderen Ende der Ankerstange und dem Verschlußkörper entsteht. Der Luftspalt zwischen Magnetanker 3 und Fortsatz Io der Ankerplatte 11 läßt sich um ein bestimmtes Maß durch eine auf die Ankerstange 8 aufgeschraubte Mutter 16 verändern. Die Mutter 16 ist so auf das im Mündungsbereich der Bohrung 9 aufgeschnittene Gewinde 17 der Ankerstange 8 aufgeschraubt, daß sie um einen gewissen Betrag aus der Bohrung 9 herausragt. Der auf dem anschließenden glatten Ende 15 der Ankerstange 8 angeordnete Magnetanker 3 liegt mit einem Einsatz 18 aus antimagnetischem Werkstoff an der Ringfläche der Mutter 16 an. Durch Drehen der Mutter 16 kann der Magnetanker 3 um ein gewisses Maß auf der Ankerstange 8 verschoben werden, wodurch die Luftspalte zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen verändert werden können.

Um am Magnetanker 3 die Auswirkungen der Wirbelstromverluste zu vermeiden und damit den Wirkungsgrad des Elektromagneten zu verbessern, ist der Magnetanker 3 mit gleichmäßig auf dem Umfang verteilten, axial verlaufenden Schlitzen 19 versehen.

Der Magnetanker 3 weist auf seiner dem Gehäuseboden 7 zugewandten Seite eine sich in dieser Richtung kegelig erweiternde Ausnehmung 2o auf; dadurch wird der magnetische Streufluß erheblich vermindert.

Um die Magnetkraft optimal zur Wirkung kommen zu lassen und schnelle Schaltzeiten zu erreichen, müssen jegliche direkte magnetische Streuflußverkettungen vermieden werden. Deshalb ist auch zwischen der Mantelfläche des Magnetankers 3 und der ihm umgebenden Innenfläche des Gehäuses 1 ein Luftspalt

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vorgesehen. Ankerstange 8 und Einstellmutter 16 sind, wie bereits ausgeführt, aus antimagnetischem Material gefertigt und der Magnetanker 3 ist zum Teil von dem antimagnetischen Wickelträger 5 umgeben.

In einer besonderen Ausfuhrungsform ist die Mantelfläche des Magnetankers 3 durch galvanisches Auftragen oder Aufdampfen mit einem antimagnetischen Werkstoff beschichtet, diese Schicht hat eine bestimmte Mindeststärke. Dies garantiert immer einen Mindestabstand zwischen den magnetisierbaren Materialien des Gehäuses 1 und des Magnetankers 3, der in seiner Wirkung einem Luftspalt gleichkommt; so wird die Querkraft am Magnetanker durch einseitige Durchmesserspielverlagerung vermieden und die dadurch auftretende Reibung reduziert.

Da das erfindungsgemäße Ventil vorzugsweise in Hochdruckanlagen zur Anwendung kommen soll, ist für diesen Fall der Wickelträger 5 als Hochdruckrohr ausgebildet, so daß er selbst die Wicklung 2 der Elektromagneten wirksam gegen das Druckmedium abschirmt, das vom Hochdruckanschluß 21 des Ventils durch die zentrale Bohrung der Ankerplatte 11 und ihres Fortsatzes Io und die Bohrungen 22, 23 der darin geführten Ankerstange 8 bis in den den Magnetanker 3 umgebenden Raum dringt. An beiden Enden des Wicklungsträgers 5 ist eine Dichtungsnut 24, 25 unterschiedlichen Du&hmessers vorgesehen, in denen entsprechend starke Dichtringe 26, 27 liegen. Durch den unterschiedlichen Durchmesser der Dichtungsnuten 24, 25 und Dichtringe 26, 27 wird eine einseitig definierte Anlage des Wicklungsträgers 5 im Gehäuse 1 bzw. an der Ankerplatte 11 trotz evtl. auftretender Toleranzen erreicht. Dadurch können die herausgeführten Kabelverbindungen der Wicklung 2 nicht unter Wechsellast geraten.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeichnet sich noch durch einige zusätzliche Vorteile aus.

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Der den Portsatz Io der Ankerplatte 11 umgebende Wickelträger 35 weist in seiner dem Gehäuseboden zugewandten Hälfte eine Abstufung 36 derart auf, daß sich in diesem Bereich der vom Wickelträger 35 eingeschlossene zylindrische Raum erweitert. In diesen erweiterten Raum, der sich im Gehäuse 1 an dessen Abstufung 4 fortsetzt, ist durch eine entsprechende öffnung im Gehäuseboden ein topfförmiges Bauteil 37 aus magnetisierbarem Material eingesetzt; es greift mit seinem offenen Ende in die Abstufung 36 des Wickelträgers 35 und umschließt so das Ende des Fortsatzes Io der Ankerplatte 11. In die Wand des topfförmigen Bauteils 37 ist eine Nut 38 eingearbeitet, in die eine Aluminiumscheibe 39 zur Minderung des Streuflusses und (

ein gegen den Fortsatz Io der Ankerplatte 11 dichtender Dichtring 4o eingelegt sind. Auf diese Weise sind der Wickelträger samt Wicklung druckentlastet. Der Innenraum des Bauteils 37 nimmt den Magnetanker 3 auf der durch ein Stützbauteil 41 in Abstand vom Boden gehalten wird. Wie am Ausführungsbexspiel von Fig. 1 beschrieben, weist der Magnetanker gleichmäßig auf seinem Umfang verteilte Längsschlitze 19 auf. Seine Mantelfläche ist auch in diesem Fall mit einem antimagnetischen Werkstoff beschichtet, um einen sicheren Mindestspalt zwischen der Innenwand des topfförmigen Bauteils 37 und den Magnetanker 3 zu erhalten zur Minderung der Querkraft. Die zentrale Öffnung des Magnetankers 3 weist ein Innengewinde auf, in das die aus Aluminium bestehende Einstellschraube 42 eingeschraubt ist. ™

Sie stützt sich mit ihrem aus dem Magnetanker herausragenden abgerundeten Ende auf der ihr zugewandten Fläche der Ankerstange 8 ab. Die getrennte Lagerung von Ankerstange 8 und Magnetanker 3 reduziert ebenfalls die Querkraft am Magnetanker.

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Claims

ALFRED TEVES GMBH O 11. September 197o

Frankfurt/Main SL/Mit/Kß

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A. Talebi - 5

Patentansprüche

Elektromagnetisch betätigtes Ventil mit einstellbarem Hub und Luftspalt, insbesondere für Hochdrucksysteme, bei dem durch Verschiebung eines Magnetankers gegen die Kraft einer Feder das Ventilverschlußstück in Schaltposition gebracht wird, dadurch ge kenn ζ e ichnet, daß der die Wicklung (2) des Elektromagneten im Gehäuse aus magnetisierbarem Material von drei Seiten umgebende Wickelträger (5) aus einem antimagnetischen Metall -vorzugsweise aus Aluminium- hergestellt und mit einer Oxydschicht von bestimmter Mindeststärke versehen ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wickelträger (5) zumindest auf einer seiner der Wicklung (2) zugewandten Ringflächen eine Nut eingearbeitet ist, die einen Schaumstoffring (6) aufnimmt.

3. Ventil nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelträger (5) als Hochdruckrohr ausgebildet ist.

4. Ventil nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Stirnflächen des Wickelträgers (5) Dichtnuten (24, 25) unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen sind, in die Dichtringe (26, 27) entsprechenden Durchmessers eingelegt sind, die den Wickelträger (5) gegen das magnetische Gehäuse (1) und die magnetische Ankerplatte (11) sowie deren Fortsatz (lo) abdichten.

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5. Ventil nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelträger (5) den im Gehäuse (1) gelagerten Magnetanker (3) teilweise umgibt.

6. Ventil nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (3) auf seinem Umfang gleichmäßig verteilte Längsschlitze (19) aufweist.

7. Ventil nach den Ansprüchen 1-3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Magnetankers (3) mit einem antimagnetischen Werkstoff beschichtet ist. '

8. Ventil nach den Ansprüchen 1-3 und 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen dem Magnetanker (3) und der ihm zugewandten Fläche des Fortsatzes (lo) der Ankerplatte (11) durch eine Einstellschraube (42) oder Einstellmutter (16) aus antimagnetischem Werkstoff einstellbar ist, wobei die Einstellmutter (16) oder Einstellschraube (42) auf die im Fortsatz (lo) der Ankerplatte (11) geführte Ankerstange (8) wirkt.

9. Ventil nach den An-isprüchen 1-3 und 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (3) auf ä seiner dem Gehäuseboden zugewandten Seite eine sich kegelig erweiternde Ausnehmung (2o) aufweist.

lo. Ventil nach den Ansprüchen 1-3 und 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelträger (35) in seiner dem Gehäuseboden zugewandten Hälfte eine Abstufung (36) aufweist, in die ein den Magnetanker (3) aufnehmendes Ankergehäuse (37) aus magnetisierbarem Material eingesetzt ist.

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Ventil nach den Ansprüchen 1-3,6-8 und Io, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende des Ankergehäuses (37) das Ende des Fortsatzes (lo) der Ankerplatte (11) umgibt und in diesem Bereich äne Nut (38) aufweist, in die ein Aluminiumring (39) und ein Dichtring (4p) eingelegt sind.

12. Ventil nach den Ansprüchen 1-3, 6-8 und Io - 11, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetanker (3) und Ankerstange (8) getrennt gelagert sind.

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