DE29711175U1

DE29711175U1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE29711175U1
Application number: DE29711175U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2007-06-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 42 33 299 Cl ist ein elektropneumatischer Stellungsregler mit zwei Magnetventilen bekannt, die als Servoventile dienen. Die Servoventile sind jeweils mit einem Gehäuse mit einer Zuluft-, einer Entlüftungs- und einer Arbeitsöffnung versehen, wobei die Zuluft- und die Entlüftungsöffnung im Gehäuse einander gegenüberliegen. Weiterhin ist ein Ventilorgan vorhanden, das als Ventilzunge ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende gehalten ist. Die Ventilzunge dient gleichzeitig als Klappanker eines elektromagnetischen Antriebs und wird im stromlosen Zustand des elektromagnetischen Antriebs durch eine Feder in einer die Zuluftöffnung verschließenden Lage gehalten. Wird dagegen ein Strom 0 eingespeist, so zieht der elektromagnetische Antrieb die Ventilzunge entgegen der Federkraft in eine Lage, in welcher die Entlüftungsöffnung verschlossen wird. Sowohl zum Umschalten von der die Zuluftöffnung verschließenden Lage in die die Entlüftungsöffnung verschließende Lage der Ventilzunge als auch zum Halten der Ventilzunge in der die Entlüftungsöffnung verschließenden Lage ist somit ein Strom im elektromagnetischen Antrieb erforderlich. Das ist insbesondere dann von Nachteil, wenn der Energiebedarf eines Geräts, in welchem das Servoventil eingesetzt werden soll, begrenzt ist. Soll bei-0 spielsweise ein elektropneumatischer Stellungsregler ohne

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zusätzliche Hilfsenergieversorgung über eine 4- bis 20-mA-Schnittstelle mit Energie gespeist werden, so muß er mit einem Versorgungsstrom von 4 mA auskommen.

Damit der elektromagnetische Antrieb nur beim Umschalten des Servoventils einen elektrischen Schaltstrom benötigt, wurde in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 196 23 272.4-14 vorgeschlagen, das Ventil mit einer Halteeinrichtung zu versehen. Diese ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und über eine Betätigungsstange an die Ventilzunge gekoppelt. Diese Art der Anbringung erhöht jedoch den Platzbedarf des Ventils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil mit einem vergleichsweise kompakten mechanischen Aufbau und einem geringen Energieverbrauch zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Magnetventil der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Magnetventils beschrieben.

Dadurch, daß der elektromagnetische Antrieb sowohl in der die Entlüftungsöffnung verschließenden Lage des Ventilorgans als auch in der die Zuluftöffnung verschließenden Lage arretierbar ist, d. h. im stromlosen Zustand bistabil die jeweils zuletzt eingenommene Lage des Ventilorgans beibehält, wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der elektromagnetische Antrieb nur beim Umschalten des Magnetventils einen elektri-

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sehen Schaltstrom benötigt, während für das Halten des Ventilorgans in einer beliebigen Lage kein Strom erforderlich ist.

Da der elektromagnetische Antrieb im Gehäuse integriert ist und vorzugsweise das Gehäuse selbst als Bestandteil des elektromagnetischen Antriebs ausgeführt ist, indem es beispielsweise zur Führung des magnetischen Flusses dient, kann das Magnetventil sehr kompakt und mechanisch robust aufgebaut werden.

Zur Arretierung des Ventilorgans in den beiden eine Öffnung verschließenden Lagen kann eine mechanische Halteeinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein Rastmechanismus. Aus Gründen eines einfachen, verschleißarmen und kompakten Aufbaus wird es jedoch als besonders vorteilhaft angesehen, wenn zumindest ein Permanentmagnet vorhanden ist, der das Ventilorgan auch nach Wegfall eines Erregerstroms in der zuletzt eingenommenen Lage hält. Mit einer einfachen Konstruktion wird dies erreicht, indem das Ventilorgan aus magnetisierbarem Material besteht und den Anker eines Elektromagneten bildet, der je nach Polarität des Erregerstroms magnetisch polarisiert wird und aufgrund seiner Anordnung zum Permanentmagneten eine der beiden Lagen einnimmt. Zur Verringerung der erforderlichen Erregerenergie bildet das Ventilorgan in vorteilhafter Weise einen Drehanker, in dessen Umfangsbereich zwei magnetische Polpaare angeordnet sind, welche die je nach Polarität des Drehankers eingenommene Lage bestimmen. Wenn sich das Lager des Drehankers in der Mitte der Polpaare be-

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findet, werden mit dieser Anordnung ausgeglichene Kräfteverhältnisse erreicht.

Auf den Herstellungsaufwand wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn Zuluft-, Entlüftungs- und Arbeitsöffnung auf einer Seite des Gehäuses liegen, da in diesem Fall nur eine Dichtfläche für den Leitungsanschluß benötigt wird.

In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise wenn das Magnetventil als Servoventil eines elektropneumatischen Stellungsreglers für ein Stellventil einer chemischen Anlage dient, kann es aus Gründen der Anlagensicherheit erforderlich sein, daß der Stellantrieb bei Steuerungsausfall eine Vorzugslage anfährt. Dazu kann in vorteilhafter Weise im Erregerstromkreis des elektromagnetischen Antriebs eine Ausfallsteuerung vorgeschaltet werden, welche in besonderen Betriebsfällen, z. B. bei Ausfall der Betriebsstromversorgung, das Ventilorgan in eine einstellbare Vorzugslage fährt. Aus denselben Gründen können zur Prozeßüberwachung beispielsweise optische oder elektrische Mittel zur Erzeugung eines Meldesignals im Magnetventil vorgesehen werden, das die Lage des Ventilorgans anzeigt. Damit eine Notbetätigung des Magnetventils auch bei Ausfall der Erregerenergie möglich ist, kann das Magnetventil mit Mitteln zur manuellen Änderung der Lage des Ventilorgans ausgestattet werden, beispielsweise einer von außen durch das Gehäuse geführten Betätigungsstange. Vorzugsweise wird die Betätigungsstange durch die Entlüftungsöffnung hindurchgeführt, da in diesem Fall eine besondere Abdichtung der Gehäusedurchführung entfällt.

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Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Magnetventils mit Zuluft-, Entlüftungs- und Arbeitsöffnung auf einer Seite und

Figur 2 ein Schnittbild eines Magnetventils mit einander gegenüberliegender Zuluft- und Entlüftungsöffnung.

Gemäß Figur 1 befindet sich in einem Gehäuse 1, das mit einer Zuluftöffnung 2, einer Entlüftungsöffnung 3 und einer Arbeitsöffnung 4 ausgestattet ist, eine Spule 5, die eine Ventilzunge 6 umschließt. Die Ventilzunge 6 ist aus einem magnetisierbarer vorzugsweise weichmagnetischen Material hergestellt und um einen Drehpunkt 7 drehbar gelagert. Weiterhin ist innerhalb des Gehäuses 1 ein Permanentmagnet 8 angeordnet. Je nach Polarität eines über Anschlüsse 9 und in die Spule 5 eingeprägten Erregerstroms wird das Ventilorgan 6, das hier als Ventilzunge ausgebildet ist, in eine die Zuluftöffnung 2 oder die Entlüftungsöffnung 3 verschließende Lage bewegt. Auch nach Wegfall des Erregerstroms wird von der Ventilzunge 6 die zuletzt eingenommene Lage beibehalten, da sie dort durch den Permanentmagneten 8 arretiert wird. Erst ein erneuter Wechsel der Polarität des Erregerstroms führt zu einer Polaritätsänderung der Ventilzunge und somit zu einem Umschalten des Ventils. Schon an der Prinzipdarstellung in Figur 1 wird deutlich, daß die Anord-0 nung des elektrischen Antriebs innerhalb des Gehäuses 1 zu

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einem kompakten Aufbau des Magnetventils führt. Die gezeigte Anordnung der Anschlüsse für Zuluftöffnung 2, Entlüftungsöffnung 3 und Arbeitsöffnung 4 auf einer Seite des Gehäuses hat den Vorteil, daß zur Abdichtung der Anschlüsse eine Dichtfläche, z. B. an einem Flansch mit drei Durchführungen, genügt. Da ein bistabiles Magnetventil bei Wegfall des Erregerstroms keine Vorzugslage einnimmt, ist es vorteilhaft, zur Bestimmung des Ventilzustands ein Meldesignal, das die Lage des Ventilorgans anzeigt, zu erzeugen. Ein derartiges Meldesignal kann in einfacher Weise gewonnen werden, wenn beispielsweise als Zuluftzuleitung zur Zuluftöffnung 2 ein elektrisch leitendes Rohr zum Gehäuse hin elektrisch isoliert eingesetzt wird und dieses Rohr sowie die Ventilzunge 6 elektrisch derart mit einer Glühlampe 11 und einer Stromquelle verschaltet werden, daß sie als Kontaktschalter wirken. Dasselbe kann auch mit einer weiteren Glühlampe an der Entlüftungsöffnung 3 durchgeführt werden. Die gleiche Funktion können aber auch zusätzliche Kontakte oder optische Geber, beispielsweise Lichtschranken, die in dem Ventil angeordnet werden, erfüllen.

Falls es aus Gründen der Anlagensicherheit erforderlich ist, kann im Erregerstromkreis vor den elektrischen Anschlüssen 9 und 10 eine Ausfallsteuerung 14 vorgeschaltet werden, welche bei Ausfall der Betriebsstromversorgung noch einen Erregerstromimpuls dergestalt einspeist, daß das Ventilorgan sich in eine einstellbare Vorzugslage bewegt. Für eine Notbetätigung des Magnetventils sind Betätigungsstangen 15 und 16 vorgesehen, welche durch die Zuluftöffnung 2 bzw. die Entlüftungs-0 öffnung 3 hindurchgeführt sind und auf die Ventilzunge 6

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wirken. Damit kann das Magnetventil auch ohne elektrische Energie von außen mechanisch betätigt werden. Da die Entlüftungsöffnung 3 häufig zur Umgebung offen ist, ist es vorteilhaft, wenn jede Betätigungsrichtung durch nur eine Betätigungsstange, die durch die Entlüftungsöffnung 3 hindurchgeführt ist, aufgrund einer geeigneten Ankopplung an die Ventilzunge 6 ausgeführt werden kann. Dadurch kann eine Abdichtung der für die Betätigungsstange 16 erforderlichen Durchführung entfallen.

In Figur 2 ist der prinzipielle Aufbau eines Magnetventils mit einem elektromagnetischen Antrieb dargestellt, wie er in ähnlicher Weise in der Relaistechnik für bistabile gepolte Relais verwendet wird. Ein ähnlicher elektromagnetischer Antrieb ist in dem "Relaislexikon" von Hans Sauer, Hüthig-Verlag, Heidelberg 1985, Seiten 16, 17 und 54, 55 beschrieben. Bei dem in Figur 2 gezeigten elektromagnetischen Antrieb bildet ein Ventilorgan 17 einen Drehanker, in dessen Umfangsbereich zwei zur Drehachse symmetrisch angeordnete Paare von Polen 18 und 19 bzw. 20 und 21 angeordnet sind, welche die je nach Polarität des Drehankers eingenommene Lage bestimmen. Zur Magnetisierung des Drehankers 17 dient eine Spule 22, die mit elektrischen Anschlüssen 23 und 24 an eine in Figur 2 nicht dargestellte elektronische Steuerung anschließbar ist.

Dieser elektromagnetische Antrieb zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und ist daher bereits mit geringer Erregerleistung betreibbar. Für ein bistabiles Verhalten des elektromagnetischen Antriebs sorgen zwei Permanentmagnete 25 und 26 mit jeweils einem Nordpol N und einem Südpol S. In einem sehr kompakten Aufbau des Magnetventils wird der von

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den Permanentmagneten 25 und 26 erzeugte magnetische Fluß durch die Wandung eines Magnetventilgehäuses 27 geführt. Zum wahlweisen Verschließen einer Zuluftöffnung 28 oder einer Entlüftungsöffnung 29 ist das Ventilorgan 17 mit Zungen 30 bzw. 31 versehen, die zum Toleranzausgleich federnd ausgebildet sind. Weiterhin ist am Gehäuse 27 eine Arbeitsöffnung 32 angebracht. Die Zuluftöffnung 28 und die Entlüftungsöffnung 29 können auch näher an den elektromagnetischen Antrieb bis in die Pole 18 und 21 hinein verschoben werden. Eine Lage in den Polen 18 und 21 hat den Vorteil, daß die elektromagnetische Anziehungskraft, die in der dargestellten Lage zwischen Ventilorgan 17 und Pol 18 vorhanden ist, direkt auf die Dichtfläche wirkt.

Claims

GR 97 G 4427 DE Schutzansprüche

1. Magnetvent i1"

- mit einem Gehäuse (1) mit einer Zuluftöffnung (2) , einer Entlüftungsöffnung (3) und einer Arbeitsöffnung (4),

- mit einem Ventilorgan (6), das durch einen elektromagnetischen Antrieb (6, 7, 8) zwischen einer die Zuluft- und einer die Entlüftungsöffnung (2 bzw. 3) verschließenden Lage hin und her bewegbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der elektromagnetische Antrieb (6, 7, 8) im Gehäuse (1) integriert ist und im stromlosen Zustand bistabil die jeweils zuletzt eingenommene Lage des Ventilorgans (6) beibehält.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

- daß das Gehäuse (1) Bestandteil des elektromagnetischen Antriebs ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,

- daß zumindest ein Permanentmagnet (25, 26) vorhanden ist, der das Ventilorgan (17) auch nach Wegfall eines Erreger-Stroms in der zuletzt eingenommenen Lage hält.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet ,

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- daß das Ventilorgan (17) aus magnetisierbarem Material besteht und den Anker eines Elektromagneten bildet, der je nach Polarität des Erregerstroms magnetisch polarisiert wird und eine der beiden Lagen einnimmt.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,

- daß das Ventilorgan (17) einen Drehanker bildet, in dessen Umfangsbereich zwei magnetische Polpaare (18 ... 21) angeordnet sind, welche die je nach Polarität des Drehankers (17) eingenommene Lage bestimmen.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ,

- daß sich das Lager des Drehankers (17) in der Mitte der Polpaare (18 ... 21) befindet.

7. Magnetventil nach.einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Zuluft-, Entlüftungs- und Arbeitsöffnung auf einer Seite des Gehäuses (1) liegen.

8. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß im Erregerstromkreis des elektromagnetischen Antriebs eine Ausfallsteuerung (14) vorgeschaltet ist, welche in besonderen Betriebsfällen, z. B. bei Ausfall der Betriebsstromversorgung, das Ventilorgan (6) in eine einstellbare Vorzugslage fährt.

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9. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß Mittel (11, 12, 13) zur Erzeugung eines Meldesignals vorhanden sind, das die Lage des Ventilorgans (6) anzeigt.

10. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß Mittel (15, 16) zur manuellen Änderung der Lage des Ventilorgans (6) vorhanden sind.

11. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Mittel (16) zur Lageänderung eine Betätigungsstange durch die Entlüftungsöffnung (3) geführt ist.