DE2504396C2 - Elektromagnetisch betätigtes Pneumatik-Sperrventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Pneumatik-Sperrventil mit einer Erregerwicklung und einem bewegbaren Kern sowie mit einem rohrförmigen Gehäuse, das einenends mit einem Saugstutzen und anderenends mit einem Rohrkörper verschlossen ist, auf dessen zylindrischem Innenteil die Erregerwicklung angeordnet ist

In der Regel sind sogenannte Magnetventile mit einem Magnetkern versehen, an dem sich bei direkt betätigten Ventilen die Einrichtungen zum Öffnen beziehungsweise Absperren der Ventilsitzöffnung befinden.

Es ist gemäß DE-OS 14 64 526 bekannt, daß der in der Magnetspule längs bewegbare Magnetkern und damit auch die Magnetspule selbst rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des abzusperrenden Mediums angeordnet sind. Dabei wird die Strömungsrichtung des abzusperrenden Mediums innerhalb des Ventilkörpers zweimal um einen rechten Winkel derart abgelenkt, daß der abzusperrende Querschnitt in einer Verlängerung des Magnetkerns verläuft, so daß dieser durch tellerförmige Dichtungskörper verschlossen werden kann. Um bei nicht erregten Elektromagneten eine definierte Lage des Dichtungskörpers zu gewährleisten, ist im Magnetventil eine auf den Magnetkern wirkende Druckfeder angeordnet, die diesen aus der Magnetspule um einen gewissen Betrag herausdrückt und deren Federkraft durch die Erregung des Elektromagneten überwunden werden muß, um den Magnetkern zu bewegen. Der Aufbau eines elektromagnetischen Feldes zur Überwindung der Federkraft und zur Bewegung des Magnetkerns beansprucht Zeit und erfordert eine nicht unerhebliche elektrische Energie, so daß es mit diesem Ventil nicht möglich ist, hohe Schaltfrequenzen und große Schaltleistungen zu erreichen. Eine derartige elektromagnetische Ventilsteuerung ist nicht mehr einsetzbar, wenn mehr als maximal 5 Schaltungen in der Sekunde erforderlich sind. Eine solche Schaltfrequenz setzt schließlich voraus, daß innerhalb des Magnetventils, unter Berücksichtigung der Federeigenschaften und der Eigenschaften des abzusperrenden Mediums, beispielsweise des Druckes desselben, Resonanz erreicht wird, so daß sich die Schaltleistung unterhalb der Resonanzfrequenz erheblich verschlechtert. Der optimale Arbeitsbereich der Magnetventile gemäß DE-OS 14 64 526 ist demzufolge verhältnismäßig eng begrenzt Weiterhin ist gemäß DE-AS 18 06 863 ein Magnetventil bekannt, daß aus einem mit einer Magnetwicklung versehenen topfförmigen Magnetkern mit einem mittig in den Innenraum des Magnetkernes hineinragenden und einen Teil des Magnetkreises bildenden Rohrzapfen besteht, bei den ein kappenförmiger unter Federdruck stehender Anker diesen Rohrzapfen verschließt Das zu steuernde flüssige Medium durchströmt

ίο das Magnetventil in axialer Richtung. Bei Erregung des Magnetventils wird der Anker gegen die Federkraft angezogen und das Medium kann durch den Rohrzapfen abfließen. Zum Schließen des Magnetventils drückt die Federkraft den Anker gegen die Wirkung des Mediums an den oberen Rand des Rohrzapfens.

Der besondere Nachteil dieses Magnetventils besteht darin, daß durch die Erregung des Elektromagneten auch der Federdruck überwunden werden muß und damit die Schalthäufigkeit relativ gering ist wodurch der Wirkungsgrad stark eingeschränkt ist

Gemäß DE-PS 10 84 096 sind des weiteren federlose Magnetventile bekannt bei denen frei beweglich aufgehängte Verschlußstücke bei erregtem Magneten von einem stillstehenden Magnetkern angezogen werden, an diesem bei stromloser Magnetspule durch einen am Verschlußstück befestigten Permanentmagneten haften und bei Erregung der Magnetspule unter Wechsel der Stromflußrichtung und damit auch der magnetischen Polarität des Magnetkerns abgestoßen und damit in ihre Verschlußstellung gebracht werden. Zwar werden bei derartigen Magnetventilen die Nachteile vermieden, die der Verwendung von Druckfedern anhaften, jedoch müssen andere erhebliche Nachteile in Kauf genommen werden. Der wesentliche Nachteil, der ihre Verwendung bei höheren Schaltfrequenzen ausschließt, ist die Notwendigkeit der ständigen Ummagnetisierung des Magnetkerns. Sowohl zum öffnen als auch zum Schließen des Magnetventils muß die Magnetspule in jeweils wechselnder Stromflußrichtung erregt werden, die erforderliche elektrische Leistung und die Erwärmung der Spule und des Kerns sowie der Zeitaufwand zur Ummagnetisierung sind demzufolgen wesentlich höher als bei den ersterwähnten Magnetventilen.
Die Unmöglichkeit, Magnetventile bei höheren Schaltfrequenzen einzusetzen, ist in noch stärkerem Maße bei Magnetventilen gegeben, bei denen ein Verschlußstück indirekt, durch Hebel oder Stößel, von einem Magneten bewegt werden. Bei derartigen Magnetventilen muß das Betätigungsmittel für das Verschlußstück von außen in das Innere des Ventilkörpers geführt werden, dabei treten Probleme hinsichtlich der Abdichtung und der Reibung auf, die ursächlich dafür sind, daß derartige Magnetventile nur bei niedrigen Schaltfrequenzen einsetzbar sind.

Die verhältnismäßig niedrigen Schaltfrequenzen und Schaltleistungen, die mit Magnetventilen erreichbar sind, erzwingen in vielen Fällen den Einsatz mechanisch betätigter Ventile, deren Betätigungszeitpunkt und Betätigungsdauer abhängig vom Takt einer solchen Maschine sind, bei der sie Verwendung finden und die beide nur unter erheblichen Schwierigkeiten veränderbar sind.

Ein Beispiel ist dafür beispielsweise die Saugluftsteuerung an Bogenlegern für Hochleistungsfalzmaschinen.

Abhängig von der Falzmaschinenleistung und vom Bogenformat müssen mechanisch gesteuerte Ventile zwanzigmal pro Sekunde und häufiger betätigt werden. Bei tragbaren mechanischen Aufwand und Verschleiß

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ist nur etwa die halbe Schaltfrequenz mit mechanisch betätigten Ventilen erreichbar, so daß kleine anzulegende Bogenformate nicht unmittelbar aufeinanderfolgend, sondern nur im Abstand voneinander angelegt werden können. Durch die Saugluftsteuerung ist daher die Maschinenleistung bei kleinen Formaten begrenzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigtes Pneumatik-Sperrventil zu schaffen, dessen Schaltfrequenz dadurch wesentlich erhöht wird, daß die elektromagnetisch bewegten Massen möglichst gering gehalten und auf möglichst kurzem Wege bewegt werden und ohne daß zusätzliche Federkräfte wirksam werden müssen bzw. ein Wechsel der Polarität des Elektromagneten zu erfolgen hat

Diese Aufgabe wird bei einem elektromagnetisch betätigten Pneumatik-Sperrventil der infragestehenden Art dadurch gelöst daß im Innenteil des Rohrkörpers eine Führungsbuchse für einen längsverschiebbaren Bolzen als bewegbarem Kern angeordnet ist, auf dem außer einer an sich bekannten Dichtungsscheibe eine als Weicheisenring ausgebildete Ankerscheibe befestigt ist und im Inneren des rohrförmigen Gehäuses gleichmäßig am Umfang verteilt befestigte Ablenksegmente zur an sich bekannten Konzentration und Umlenkung des magnetischen Kraftfeldes auf die Ankerscheibe zu vorgesehen sind.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch das Sperrventil in geschlossener Stellung,

F i g. 2 einen Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der F i g. 1 und F i g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der F i g. 1.

Ein Gehäuse 1 ist einenends durch einen mit einem Flansch versehenen Saugstutzen 2 und anderenends durch einen Rohrkörper 3 verschlossen. Die Bohrungen sowohl in dem Saugstutzen 2 als auch in dem Rohrkörper 3 fluchten miteinander. Im Innenteil des Rohrkörpers 3 ist eine Führungsbuchse 4 (F i g. 1; F i g. 2) angeordnet, in deren Bohrung ein Bolzen 5 mit geringem Spiel leicht längs verschiebbar gelagert ist. Mit einem Stellring 6, der auf dem Bolzen 5 durch einen Stift 7 gehalten wird, wird verhindert, daß der Bolzen 5 aus der Führungsbuchse 4 herausgleiten kann. Am freien Ende des Bolzen 5 ist eine Dichtungsscheibe 8, eine Ankerscheibe 9 und ein Kühlkörper 10 mittels einer Scheibe 11 und Muttern 12 befestigt. Die Dichtungsscheibe 8 legt sich fest gegen die Stirnflächen des Rohrkörpers 3 und der Führungsbuchse 4, wenn der Bolzen 5 nach links bewegt wird.

Über den inneren Rohrteil des Rohrkörpers 3 ist ein Spulenkörper 13 geschoben, der sowohl die Führungsbuchse 4 in zentrierter Lage hält, als auch ala Träger der Erregerwicklung 14 dient. Mittels zweier Anschlußdrähte 17 (F i g. 3) sind die Wicklungsenden mit einem zweipoligen Steckeranschluß 18 verbunden, der an einem an dem Gehäuse 1 befestigten Steckergrundkörper 19 befestigt ist.

Im Inneren des Gehäuses 1 sind, am Umfang gleichmäßig verteilt, vier Ablenksegmente 15 (F i g. 1; F i g. 4) zur Konzentration und Umlenkung des bei stromdurchflossener Erregerwicklung 14 auftretenden magnetischen Kraftfeldes auf die Ankerscheibe 9 zu mittels Schrauben 16 befestigt.

Die Wirkungsweise des elektromagnetisch betätigten Pneumatik-Sperrventils ist folgende: Sowohl am Saugstutzen 2 als auch am Rohrkörper 3 sind nicht dargestellte Pneumatikleitungen befestigt, die Strömungsrichtung der Luft ist dabei vom Rohrkörperanschluß zum Saugstutzenanschluß. Es ist dabei gleichgültig, ob dabei am Saugstutzen 2 ein Unterdruck oder am Rohrkörper 3 ein Überdruck erzeugt wird Bei stromloser Erregerwicklung 14 wird dabei der Bolzen 5 mit den an ihm befestigten Teilen nach rechts bewegt die Dichtungsscheibe 8 ist von der Stirnfläche des Rohrkörpers 3 abgehoben, und die Luft kann das Vectil von links nach rechts nahezu ungehindert durchströmen. Sobald die Erregerwicklung von Strom durchflossen wird, bewirkt das sich aufbauende magnetische Kraftfeld eine Bewegung des Bolzens 5 mit der Dichtungsscheibe 8 und der Ankerscheibe 9 nach links bis zum Anschlag der Dichtungsscheibe 8 an der rechten Stirnfläche des Rohrkörpers 3, so daß das Ventil schließt. Diese geschlossene Stellung zeigt Fig. 1. Durch die Ablenksegmente 15 wird eine Verringerung des magnetischen Luftspaltes zwischen ihnen und der Ankerscheibe 9 erreicht, so daß das Ventil äußerst schnell und kräftig geschlossen wird. Bei geschlossenem Ventil baut sich sofort eine Druckdifferenz zwischen Saugstutzen 2 und Rohrkörper 3 beiderseits der Dichtungsscheibe 8 auf, die bestrebt ist, das Ventil sofort und schlagartig zu öffnen, sobald der Strom durch die Erregerwicklung 14 unterbrochen wird, eine Feder zum Öffnen des Ventils ist demzufolge nicht erforderlich. Mit dem Pneumatik-Sperrventil läßt sich eine Schaltfrequenz von 20 Hertz erreichen, ohne daß es sich unzulässig erwärmt, da es durch die hindurchfließende Luft ausreichend gekühlt wird. Der Kühlkörper 10 lenkt die Luftströmung geringfügig am Saugstutzen 2 nach außen ab, so daß die Kühlung der Außenflächen des Sperrventils verbessert wird.

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65 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromagnetisch betätigtes Pneumatik-Sperrventil mit einer Erregerwicklung und einem bewegbaren Kern sowie mit einem rohrförmigen Gehäuse, das einenends mit einem Saugstutzen und anderenends mit einem Rohrkörper verschlossen ist, auf dessen zylindrischen Innenteil die Erregerwicklung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenteil des Rohrkörpers (3) eine Führungsbuchse (4) für einen längsverschiebbaren Bolzen (5) als bewegbarem Kern angeordnet ist, auf dem außer einer an sich bekannten Dichtungsscheibe (8) eine als Weicheisenring ausgebildete Ankerscheibe (9) befestigt ist und im Inneren des rohrförmigen Gehäuses (1) gleichmäßig am Umfang verteilt befestigte Ablenksegmente (15) zur an sich bekannten Konzentration des magnetischen Kraftfeldes auf die Ankerscheibe (9) zu vorgesehen sind.