DE2757659C2

DE2757659C2 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil

Info

Publication number: DE2757659C2
Application number: DE19772757659
Authority: DE
Inventors: Peter Brand; Adolf Dipl.-Chem. Dr. 2000 Hamburg Helms
Original assignee: Hauni Werke Koerber and Co KG
Current assignee: Koerber AG
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2757659A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für strömende Medien, vorzugsweise für unter Druck stehendes Gas, mit einem zylindrischen, einen Eisenkörper um_o2Denden Spulenkörper und mit einem in einer Bohrung des Eisenkör^rs, die einen Strömungsweg für das Gas bildet, axial verschiebbar angeordneten zylinderförmigen *nker aus Eisen, welcher einen Durchlaß für das Gas aufweist und dessen eine Stirnseite mit einem ortsfesten Ventilsitz zusammenarbeitet.

Unter dem Begriff »Eisen« wird im Zusammenhang mit der Erfindung jedes Material verstanden, das to ferromagnetische Eigenschaften hat, z. B. Eisen, Kobalt. Nickel oder bestimmte ein ähnliches magnetisches Verhalten aufweisende Legierungen. Sinngemäß wire" unter dem Begriff »magnetisch« die ferroelekrische Eigenschaft eines Materials verstanden, während mit »unmagnetisch« Stoffeigenschaften gekennzeichnet werden, die dieses Verhalten nicht aufweisen.

Viele Aufgaben der Meß- und Steuertechnik erfordern sehr schnell ansprechende, elektromagnetisch betätigte Ventile, insbesondere, wenn aus einem so schnellen Strom von Massengütern, z. B. Zigaretten oder Kaffeebohnen die aufeinanderfolgend elektronisch auf ihre Qualität geprüft werden, einzelne unbefriedigende Artikel ausgesondert werden müssen. In solchen Fällen ist ein sehr schnelles Öffnen und Schließen der ⁵^ Ventile unerläßlich, um sicherzustellen, daß nur die geprüften und nicht etwa auch die nachfolgenden Artikel durch ein durch das Ventil gesteuertes Fluid, z. B. durch Druckluft, entfernt werden.

Um diesen spezifischen Anforderungen gerecht zu werden, sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, um beispielsweise durch zusätzliche Federkraft die Anzugskraft des Ankers zu unterstützen oder nach Entregen der Spule den Anker schneller in Gegenriclv tung zu bewegen, Die beabsichtigten Wirkungen dieser Maßnahmen, nämlich das Ventil sowohl bei der Öffnüngs* als auch bei der Schließbewegung schneller zu machen, sind begrenzt, da sich naturgemäß die öffnungs- und SchlieBkräfte gegenseitig beeinflussen, so daß es oftmals schwierig ist, eine vernünftige Kompromißlös jng zu erreichen.

Ein mit der GB-PS 6 86 658 bekanntgewordenes Ventil weist beispielsweise eine derartige, den Anker in die Schließstellung beschleunigende Druckfeder auf, deren Vorspannung beim Anziehen des Ankers zusätzlich überwunden werden muß und demzufolge einer schnellen Ventilöffnung hindernd entgegenwirkt.

Die vorgenannte Patentschrift offenbart ebenso wie die DiE-PS 4 23 301 alternative Ankerausführungen, welche in gattungsgemäßer Weise mit einem Durchlaß für das Gas versehen sind, wobei der Anker entweder Durchgangsbohrungen oder Außennuten aufweist, wodurch ein längsaxialer innerer Strömungsweg durch ■den Anker hindurch bzw. ein äußerer Strömungsweg am Umfang des Ankers gebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für ein Auswerfsystem zum Aussondern von in schneller Folge bewegten Artikeln zu schaffen, das durch kurze Schaltzeiten beim öffnen und Schließen und relativ großen Luftdurchsatz den erhöhten Anforderungen der heutigen Hochleistungsmaschinen zum Produzieren der obengenannen Massenartikel und den in Zukunft noch zu erwartenden Geschwindigkeitssteigerungen derartiger Maschinen besser gerecht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) der ankerseitige Gasdurchlaß in als diesen von Stirnseite zu Stirnseite durchsetzende äußere und innere Strömungskanäle aufgeteilt ist und

b) in den ortsfesten Ventilsitz ein im wesentlichen ringförmig und konzentrisch zur Ventillängsachse angeordneter Strömungsweg einmündet, welcher der zwischen den äußeren und inneren Strömungskanälen des Ankers verlaufenden ringförmigen Stirnseite des Ankers gegenüberliegt.

Mit der GB-PS 11 60 9·3 ist : war ein Ventil bekanntgeworden, dessen beweglicher Anker ebenfalls außen und innen um- bzw. durchströmt wird und in dessen mit dem Anker zusammenarbeitenden ortsfesten Ventilsitz Slrömungskanäle konzentrisch einmünden. Jedoch ist die ganze übrige Bau- und Arbeitsweise des bekannten Ventils nicht dazu ausersehen, bzw. geeignet, das der Erfindung zugrundeliegende Problem zu lösen, da es sich um ein Rückfluß- bzw. Druckbegrenzungsventil handelt, das ir einem von einem Hauptstrom abzweigenden Nebenstrom angeordnet ist und als Steuerventil vorzugsweise in einer Gleichgewichtsbzw. Offenstellung durch entgegengesetzte Wirkung von Strömungsdruck und Ankeranzugskraft gehalten wird, wobei die Strömungsrichtung umgekehrt vom orsfestcn Ventilsitz zum Anker verläuft.

Ein in der Bauweise ähnliches, gattungsfremdes Mischventil zum Mischen von heißem und kaltem Wasser ist durch die US-PS 32 19 063 bekanntgeworden, welches beim öffnen des Hajpthahnes in einer sich in Abhängigkeit von der gewünschten Mischtemperatur selbstregelnden Schwimmstellung gehalten wird, welche unter Um- bzw. Durchslrömung des Ankers entweder mehr den Heißwässerzüflüß oder den Kaltwasserzüfluß drosselt,

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion würde nunmehr ein reaktionsschnelles, dürchsatzstarkes Ventil erhalten, welches es möglich mächt, einen Haiiptluft* strom mit großem Volumen entweder kurzzeitig

freizugeben oder zu sperren. Dies wird dadurch erreicht, daß die Druckluft beim Öffnen des Ventils gleichzeitig von der inneren und äußeren Zone des Ankers her in den Spalt zwischen der Stirnfläche des Ankers und dem oj-tsfesten Ventilsitz übertritt, so daß sich ein relativ großer wirksamer Luftquerschnitt des Spaltes ergibt. Dieser vergrößerte Luftquerschnitt erlaubt nunmehr eine Verkürzung des Ankerhubes und damit einen engeren Luftspalt, der wiederum wegen hoher erzielbarer FeldliniendicHi im Luftspalt eine große Feldstärke to und daraus resultierend eine schnellere Anzugskraft des Ankers im Sinne einer öffnung des Ventils zur Folge hat. Das auf diese Weise einerseits kruzzeitig durchströmende und andererseits ebenso schnell absperrbare große Luftvolumen gewährleistet das sichere, gezielte Aussondern bestimmter Artikel aus einem bewegten Artikelstrom, selbst wenn diese Artikel — wie bei Zigaretten oder Filterstäben üblich — mit Saugluft gehalten werden, und verhindert andererseits das nicht beabsichtigte Aussondern unmittelbar nachfolgender Artikel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel!, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Elektromagnetventil im Längsschnitt und >ί

Fig.2a und 2b Ansichten auf einen unterschiedlich ausgebildeten Ventilsitz nach der Linie II-II gemäß Fig.l.

Das elektromagnetisch betätigte Ventil 1 besteht aus folgenden Hauptfunktionsteilen: ü>

einem zylindrischen Spulenkörper 2, einem von diesem umgebenen hülsenförmigen Eisenkörper 3 (bestehend aus zwei magnetisch voneinander getrennten Teilen Za und 3b) und aus einem von dem Eisenkörper umgebenen, den Weg des strömenden Mediums r> öffnenden oder schließenden Anker 4. Der Spulenkörper 2 wird von einem Kühlmantel 6 aus thermisch und elektrisch leitendem Material umgeben. Der Spulenkörper 2 ist auf einem unmagnetischen Isolierring 7 aufgebracht.

Der Anker ν ist aus einem Zylinder hergestellt, in dessen Umfangsfläche mehrere Längsnuten 8 eingearbeitet sind und der darüber hinaus von einer zentralen, stromabwärts erweiterten Bohrung 9 durchsetzt ist. Der Anker 4 ist aus Eisen gefertigt und mit einer chemisch aufgetragenen Nickelschicht ummantelt. Diese Nickelschicht schulet den Anker 4 vor Korrosion, verbessert die Gleiteigenschaften zwischen Anker 4 und Eisenkör· per 3 und bildet aufgrund seiner gegenüber Eisen schlechteren magnetischen Eigenschaften eine Trenn- w schicht zwischen Anker 4 und Eisenkörper 3. so daß ein schnelles Schließen des Ventils nach dem Entregen des Spulenkörper 2 gewährleistet ist.

Die eine (linke) ringförmige Stirnseite 11 des Ankers 4 liegt einer eine axiale Bohrung 12 aufweisenden ^ Stirnseite 13 eines verjüngten Absatzes 14 des Hülsenteiles 3a gegenüber, der zusätzlich mit radialen Bohrungen 16 versehen ist. Die entgegengesetzte (rechte) ringförmige Stirnseite 17 des Ankers 4 liegt einer einen ortsfesten Ventilsitz 18 bildenden Dichtfläehe einer als Ableitung der zu schaltenden Luft dienenden, in das Teil 3b eingeschraubten Messingarmatur 19 gegenüber.
Als Zuleitung ist in das Teil Za eine Messingarmatur

21 eingeschraubt.

Zur Ableitung der Luft münden in den ortsfesten Ventilsitz 18 entweder gemäß Fig.2a konzentrisch angeordnete Strömungsbohrungen 22 oder ein konzentrisch verlaufender Ringspalt 23 gemäß Fig.2b ein. Gemäß Fig.l sind die Strömungsbohrungen 22 stromabwärts mit einer Ringkammer 24 verbunden, die ihrerseits über Verbindungskanäle 26 an eine zentrale Auslaßbohrung 27 der Messingarmatur 19 angeschlossen ist. Die Strömungsbohrungen 22 des Ventilsitzes 18 sind so angeordnet, daß sie der ringförmigen Stirnseite 17 des Ankers 4 gegenüberliegen, insbesondere liegen sie auf einer Kreislinie, die mit der Mittenkreislinie der ringförmigen Stirnseite 17 zusammenfällt

Der Weg der Luft ist durch entsprechende Pfeile in den Bohrungen der Armaturen 19 und 21, der Hülsen 3a, 36 und des Ankers 4 veranschaulicht. 28 ist ein Q-Ring der elastischen Abstützung des Spulent-'rpers 2; 29 sind Begrenzungsplatten aus unmagnetisc^hem elektrisch nicht leitendem Material.

Der Spulenkörper 2 ist umgeben von dem mit Rippen 31 versehenen Kühlmantel 6, der einen Schlitz 12 in Richtung der Längsachse des Spulenkörpers 2 zwecks Unterbrechung von Wirbelströmen aufweist. Die Armaturen sind im Bereich der Eisenkörper 3a, 3£> ebenfalls zwecks Unterbrechung von Wirkelströmen geschlitzt, jedoch sind diese Schlitze nicht sichtbar.

Mit 33 ist ein Anschlußgehäuse bezeichnet, das entsprechende Anschlußklemmen aufweist und mittels eines Befestigungsnnges 34 an dem Kühlmantel 6 befestigt ist.

Bei Erregung der Spule des Spulenkörpers 2 wird der Anker 4 in die in F i g. 1 dargestellte Position nach l>nks gegen die auf seine Stirnseite 11 wirkende Druckluft gezogen, bis die Stirnseite 11 gegen die Stirnseite 13 des Absatzes 14 Jes Hülsenteiles 3a zu liegen kommt. In dieser Postion gibt die gegenüberliegende Stirnseite 17 den Weg für die durch die Langsriuten 8 und die Mitte '.bohrungen 9 des Ankers 4 strömende Druckluft frei, die nunmehr sowohl vom äußeren Umfang als auch von der Innenbohrung 9 des Ankers 4 her zur Mitte der Stirnseite 17 und von dort in die Strömungsbonrungen

22 des ortsfesten Ventilsitzes 18 überströmt. Von dort gelangt die Luft in die Ringkammer 24 und weiter über die Verbindungskanäle 26 in die Auslaßbohrung 27. Infolge der sehr engen Passung des Ankers 4 in der Laibung des Hülsenteils Zb und des guten Anliegens der geschliffenen Stirnseite 13 an dem Absatz 14 kann der magnetische Fluß mit sehr geringem Widerstand von einem Hulsenteil über den Anker 4 in den anderen Hülsent-Ti' übertreten.

Bei Entregung der Spule bewegt die Druckluft den Anker 4 schnell in ^ccine Schließposition, in der seine Stirnseite 17 an der Dichtfläche des ortsfesten Ventilsitzes 18 der Armatur 19 zur Anlage kommt, wodurch keine Luft mehr aus den Längsnuten 8 bzw. aus der Axialbohrung 9 Jes Ankers 4 in die Auslaßbohrung 27 der Armat Jr 19 strömen kann

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektromagnetisch betätigtes Ventil für strömende Medien, vorzugsweise Für unter Druck stehendes Gas, mit einem zylindrischen, einen Eisenkörper umgebenden Spulenkörper und mit einem in einer Bohrung des Eisenkörpers, die einen Strömungsweg für das Gas bildet, axial verschiebbar angeordneten zylinderförmigen Anker aus Eisen, welcher einen Durchlaß für das Gas aufweist und dessen eine IQ Stirnseite mit einem ortsfesten Ventilsitz zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der ankerseitige Gasdurchlaß in als diesen von Stirnseite (11) zu Stirnseite (17) durchsetzende äußere und innere Strömungskanäle (8 bzw. 9) aufgeteilt ist und

b) in den ortsfesten Ventilsitz (18) ein im wesentlichen ringförmig und konzentrisch zur Ventillängsachse angeordneter Strömungsweg (22 br\v. 23) einmündet, welcher der zwischen den äußeren und inneren Sirömungskanäien des Ankers (4) verlaufenden ringförmigen Stirnseite (17) des Ankers gegenüberliegt.

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