DE2814562A1

DE2814562A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE2814562A1
Application number: DE19782814562
Authority: DE
Inventors: Werner Koppe
Original assignee: Herion Werke KG
Current assignee: Herion Werke KG
Priority date: 1978-04-04
Filing date: 1978-04-04
Publication date: 1979-10-18

Description

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Patentanwälte Dipl. feg. Us^-Jürpsn *«i

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Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

Herion-Werke KG
Stuttgarter Str. 120
7012 Fellbach

Magnetventil

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A 14 124 Herion-Werke KG

-A -

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für gasförmige oder flüssige Medien, insbesondere für hohe Betriebstemperaturen und hohe Betriebsdrücke, mit einem Gehäuse, in dem ein Ventilsitz ausgebildet ist, mit dem ein Ventilkolben zusammenwirkt, der durch einen Elektromagneten umschaltbar ist.

Auf vielen technischen Gebieten, insbesondere auf den Gebieten der Kraftwerktechnik und der Reaktortechnik werden hohe Anforderungen an die Wärmebeständigkeit von Ventilen gestellt. Bei elektromagnetisch vorgesteuerten Ventilen ist daher Vorsorge zu treffen, daß die Temperatur des Elektromagneten bestimmte gegebene Werte nicht überschreitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es für höhere Temperaturen in der Größenordnung von 600°C und darüber verwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß dfer Elektromagnet mittels eines Wärmerohres direkt gekühlt ist.

Das Prinzip des Wärmerohres (Heat-Pipe) ist bekannt. Es besteht im wesentlichen darin, daß das Wärmerohr an einem Ende Wärme aufnimmt unter Verdampfung eines im Innern des Rohres befindlichen Kühlmittels, worauf das dampfförmige Kühlmittel die Wärme zum andern Ende des Wärmerohres transportiert, dort unter Kondensierung die Wärme abgibt und zum Anfangsende des Wärmerohres zurückfließt, um dort unter Verdampfung erneut Wärme aufzunehmen.

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Zweckmäßigerweise ist das Wärmerohr in den Elektromagneten koaxial zu dessen Magnetspule eingesetzt und längs der Mittelachse der Magnetspule über im wesentlichen deren gesamte axiale Länge angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Windungen der Magnetspule des Elektromagneten derart im Kreislauf eines Kühlmittels anzuordnen, daß sie direkt von diesem umströmt und dadurch gekühlt werden. Vorzugsweise sind hierbei die Windungen im Abstand voneinander und ohne elektrische Isolierung gewickelt, wodurch sich ein besserer Wärmeübergang von den metallischen Windungen auf das Kühlmittel herbeiführen läßt.

Der Magnetspulenraum kann hierbei mit einem thermischen und elektrischen Isolator ausgekleidet sein.

Vorzugsweise wird der Anker des Elektromagneten durch den Ventilkolben gebildet, der in Flachbauweise ausgeführt ist, wobei vorteilhafterweise der Anker und der Gegenanker des Elektromagneten konisch ineinander passend ausgebildet sind, wodurch ein längerer Hub bei kürzerem Arbeitsspalt erreichbar ist.

Da hierbei der Anker in angezogenem Zustand praktisch ohne Luftspalt einen idealen magnetischen Kreislauf schließt, kann der Haltestrom beträchtlich abgesenkt werden.

Zweckmäßigerweise ist der Magnetspulenraum mittels eines austenitischen Trennstückes dicht gegen den Ventilraum abgeschlossen. Ferner kann zwischen der Magnetspule und dem Ventilraum eine thermische Isolierung angeordnet sein, wodurch die Belastung der Spule durch hohe Betriebstemperaturen stark reduziert wird. Andererseits wird durch die erzeugte

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Magneteigenwärme das Medium weniger beeinflußt, was beispielsweise für Ventile von Vorteil ist, die in der Tieftemperaturtechnik verwendet werden.

Beispielsweise Auführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Schnitt ein Ventil mit Wärmerohrkühlung des Elektromagneten zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Teil eines Ventiles, bei dem die Spule des Elektromagneten direkt durch ein Kühlmittel gekühlt wird.

Das Magnetventil 10 nach Fig. 1 besteht aus einem Ventilgehäuse 12 mit einem Zulauf 14 und einem Ablauf 16.

Im Gehäuse ist ein Ventilkolben 20 beweglich angeordnet, der in einer Kolbenführungsbüchse 18 geführt ist. Der Ventilkolben 20 besteht aus einem äußeren Kolbenteil 22 und einem inneren Kolbenteil 24 und er ist mit einem Ventilteller 28 versehen, der mit einem Ventilsitz 26, der im Gehäuse 12 ausgebildet ist, zusammenwirkt. Der Ventilteller 28 ist mit einer zentralen, nicht näher bezeichneten Bohrung versehen, die durch einen Hilfs-Ventilteller 30 schließbar ist, der durch eine Druckfeder 32 in seiner Schließrichtung beaufschlagt ist.

Zwischen dem äußeren Kolbenteil 22 und dem inneren Kolbenteil 24 ist eine dünne Schicht 34 aus einem unmagnetischen Werkstoff vorgesehen, die auf einem der beiden Kolbenteile aufgebracht sein kann und eine Dicke von z.B. 0,2 bis 0,3 mm haben kann. Durch diese Schicht wird ein magnetisches Kleben zwischen den beiden Kolbenteilen 22 und 24 verhindert. Aus

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demselben Grund ist auch die Pührungsbuchse 18 aus einem nicht-magnetischen Werkstoff hergestellt, um ein magnetisches Kleben des Kolbens an ihr zu vermeiden.

Mit dem Ventilgehäuse 12 ist ein Magnetgehäuse 40 geeignet verbunden, das aus einem magnetischen Werkstoff besteht. Im Innern des Magnetgehäuses 40 ist eine Magnetspule 42 angeordnet. Das Magnetgehäuse 40 ist über ein Magnetjoch 56 mit einem magnetischen Kern 54 verbunden, der den Raum innerhalb der Magnetspule 42 ausfüllt und der einen nach unten in den Anker 20 hineinreichenden Ansatz 48 aufweist, der den Gegenanker des Elektromagneten bildet.

Zwischen dem Kern 54 bzw. dem Ansatz 48 und dem äußeren Magnetgehäuse 40 ist ein Zwischenring 44 aus einem unmagnetischen Material, z.B. aus Austenit, angeordnet, durch den der Magnetspulenraum hermetisch dicht gegen den Ventilraum 52 abgeschlossen ist. Zwischen dem unteren Ende der Magnetspule 42 und dem Boden des Magnetgehäuses bzw. dem Zwischenring 44 ist ein thermischer Isolierring 46 angeordnet, um eine weitgehende thermische Trennung von Magnetgehäuse und Ventilgehäuse bzw. Spulenraum und Ventilraum zu bewirken. Der ins Innere des Kolbens 20 hineinreichende Ansatz 48 des Elektromagneten ist von einer Hülse 36 aus nicht-magnetischem Werkstoff umschlossen, um ein magnetisches Kleben zwischen dem Kolben 20 und dem Gegenanker 48 zu vermeiden.

Im äußeren Kolbenteil 22 ist eine Verbindungsbohrung 38 ausgebildet, die den Ventilraum 50, der mit dem Zulauf 14 in Verbindung steht, mit dem Ventilraum 52 oberhalb des Kolbens 20 verbindet.

Der Kern 54 des Elektromagneten ist nun mit einer axialen Bohrung versehen, in die ein Wärmerohr 58 eingesetzt ist, das

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sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge, der Magnetspule 42 erstreckt und oben aus dem Magnetgehäuse 40 herausragt.

Am in der Zeichnung unteren Ende 60 des Wärmerohres nimmt dieses Wärme auf und transportiert sie zum oberen Ende 62, wo sie abgegeben wird.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Magnetgehäuses 64 eines im übrigen nicht dargestellten Ventiles, wobei in dem Magnetgehäuse 64 ein Magnetspulenraum 66 ausgebildet ist, in dem eine Magnetspule, bestehend aus Windungen 68, angeordnet ist.

Der Magnetspulenraum 66 ist allseitig mit einem thermischen und elektrischen Isolator 70 ausgekleidet, an seinem oberen Ende jedoch mit wenigstens einer öffnung 74 und an seinem unteren Ende mit wenigstens einer öffnung 76 versehen, über die der Magnetspulenraum 66 mit einer Kammer 72 in Verbindung steht, die den Spulenraum 66 ringförmig umgibt.

Das Magnetgehäuse 64 ist auf seiner Außenseite beispielsweise mit Kühlrippen 78 versehen.

Das erfindungsgemäße Ventil arbeitet folgendermaßen.

Wen der Elektromagnet 42 erregt wird, wird der innere Kolbenteil 24, der einen Teil des Ankers darstellt, vom Gegenanker 48 angezogen, wodurch der Vorsteuerventilteller 30 abgehoben und der Vorsteuerventüsitz im Ventilteller 28 geöffnet wird. Das Druckmedium kann dann aus dem Ventilraum 52 über einen nicht näher dargestellten Kanal im Inneren Kolbenteil 24 zum Federraum 80 und aus diesem durch den offenen Vorsteuerventisitz zurji Ablaufanschluß 16 abströmen. Durch die Verbindungs-

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bohrung 38 strömt zwar das Druckmittel aus dem Ventilraum 50 in den Ventilraum 52 nach, aber nicht soviel wie aus dem Ventilraum 52 zum Ablaufanschluß 16 abströmen kann. Zwischen den Ventilräumen 50 und 52 entsteht hierdurch ein Druckgefälle, das zusätzlich in öffnender Richtung wirkt, so daß der gesamte Ventilkolben, d.h. nunmehr auch der äußere Kolbenteil 22, angehoben und der Ventilteller 28 vom Ventilsitz 26 abgehoben und dadurch der letztere geöffnet wird, so daß das Druckmittel aus dem Zulaufanschluß 14 zum Ablaufanschluß 16 strömen kann.

In diesem Zustand liegt der Anker, der aus dem äußeren Kolbenteil 22 und dem inneren Kolbenteil 24 besteht, am Gegenanker 48 an, wobei die Form des Ankers bzw. Kolbens 20 so gewählt ist, daß sie in die Aussparung 82 des Gegenankers paßt, d.h. sowohl der Gegenanker, wie auch der Anker sind mit konischen seitlichen Begrenzungsflächen versehen.

Wie bereits ausgeführt, läßt sich durch konische Ausbildung von Anker und Gegenanker ein großer Hub bei kleinem Arbeitsspalt erzielen.

Wenn der Magnet abgeschaltet wird, wird der innere Kolbenteil 22 durch die Feder 80 auf den Vorsteuersitz gedrückt, wodurch dieser geschlossen wird, so daß durch das über die Verbindungsbohrung 38 in den Ventilraum 52 nachströmende Druckmittel in diesem ein Gegendruck aufgebaut und der Kolben nach unten auf den Ventilsitz 26 gedrückt und dieser wieder geschlossen wird. (Die Fläche des Kolbens im Ventilraum 50 ist um die Fläche des Ventilsitzes 26 kleiner als die Fläche des Kolbens im Ventilraum 52.)

Die im Betrieb durch den Magneten anfallende und aus dem Ventil-

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raum einwandernde Wärme wird durch das Wärmerohr 58 mindestens in dem Umfang abgeführt, daß der Magnet zuverlässig und betriebssicher arbeiten kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird die Wärme direkt durch ein flüssiges Kühlmittel abgeführt, das längs der Pfeile durch den Magnetspulenraum, die obere Öffnung 74, die Kühlkammer 72 und die untere öffnung 76 im Kreislauf strömt, wobei das Kühlmittel die Wärme im Magnetspulenraum 66 aufnimmt und in der Kühlkammer 72 nach außen z.B. über die Kühlrippen 78 abgibt.

Die Windungen 68 der Spule werden somit direkt durch das Kühlmittel, z.B. einem Wärmeträgeröl, gekühlt. Die Windungen sind nicht elektrisch isoliert, wodurch die Wärmeabgabe verbessert wird. Die Spule ist so gewickelt, daß zwischen den Windungen ein ausreichender Sicherheitsabstand vorhanden ist.

Der Umlauf des Kühlmittels erfolgt nach dem Schwerkraftprinzip, gegebenenfalls kann aber auch ein Zwangsumlauf vorgesehen werden. Die aufgenommene Wärmemenge wird teilweise durch Konvektion und teilweise durch Strahlung nach außen abgegeben, wobei zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung das Gehäuse und die Kühlrippen außen z.B. schwärζverchromt sein können.

Die Kühlmittel führenden Räume 66 und 72 können drucklos ausgelegt sein.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen es somit, die Elektromagneten von Ventilen, bzw. deren Spulen im wesentlichen direkt zu kühlen, so daß die Temperatur in den Elektromagneten bzw. in deren Spulen auch bei Hochtemperaturventilen einen zulässigen Wert nicht überschreitet.

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Leerseite

Claims

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Ansprüche

Magnetventil für gasförmige oder flüssige Medien, insbesondere für hohe Betriebstemperaturen und hohe Betriebsdrücke, mit einem Gehäuse, in dem ein Ventilsitz ausgebildet ist, mit dem ein Ventilkolben zusammenwirkt, der durch einen Elektromagneten umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Elektromagnet mittels eines Wärmerohres (58) direkt gekühlt ist.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmerohr (58) in den Elektromagneten koaxial zu dessen Magnetspule (42) eingesetzt ist.
3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmerohr (58) sich längs der Mittelachse der Magnetspule (42) und im wesentlichen über deren gesamte axiale Länge erstreckt.
4. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Windungen (68) der Magnetspule des Elektromagneten derart im Kreislauf eines Kühlmittels angeordnet sind, daß sie direkt von diesem umströmt werden.
5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Windungen (68) im Abstand voneinander und ohne elektrische Isolierung gewickelt sind.

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6. Magnetventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnetspulenraum (66) innen mit einem thermischen und elektrischen Isolator (70) ausgekleidet ist.
7. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker des Elektromagneten durch den Ventilkolben (20) gebildet ist und daß der Anker und der Gegenanker (48) des Elektromagneten konisch ineinanderpassend ausgebildet sind.
8. Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η · zeichnet , daß der Magnetspulenraum mittels eines austenitischen Trennstückes (44) hermetisch dicht gegen den Ventilraum (52) abgeschlossen ist.
9. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Magnetspule (42) und dem Ventilraum (52) eine thermische Isolierung (46) angeordnet ist.

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