DE3112307A1 - Elektromagnetisch betaetigtes ventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch "betätigtes Ventil, bei dem in einem gleichzeitig als Halterung für die Magnetwicklung dienenden Führungsrohr ein von Hydraulikflüssigkeit umspülter, rollenförmiger und ein Antriebsglied für das Yentilschließglied tragender Magnetanker längsbeweglich gelagert ist, welcher mit einem stopfenförmigen Magnetjoch in dem Führungsrohr zusammenarbeitet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ventil dieser Art bezüglich seines kompletten Elektromagnetteiles so auszubilden, daß es für hohe Hydraulikdrücke, beispielsweise um 63Ο bar, verwendbar ist, wobei der Elektromagnet ein besonders großes Verhältnis von Kraftausbeute zu Bauvolumen aufweisen und dadurch einen raumsparenden Aufbau eines derartigen Hoohdruek-Hydraulikventils ermöglichen soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß in der Oberfläche des Magnetankers Taschen angeordnet sind, in denen einzelne magnetisierbar oder nicht magnetisierbar Kugeln gelagert sind, welche an der Innenseite des Führungsrohres gleiten, daß das Führungsrohr in an sich bekannter Weise aus einem aus nicht magnetisierbarem rostfreiem Stahl bestehenden und den Arbeitsluftspalt umgebenden Mittelstück und zwei aus weich-magnetischem Stahl bestehenden Endstücken besteht, welche durch Schweißung miteinander verbunden sind, und daß in an sich

bekannter Weise an der Anlagestelle des Magnetankers an dem Magnetjoch Mittel zum Verhindern des Klebens des Magnetankers vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Ventils bezieht sich auf die Mittel zum Verhindern des Klebens des Ankers im erregten Zustand und "besteht darin, daß an dem Magnetjoch ein nichtmagnetischer Flachring angeordnet ist und die korrespondierende Stirnfläche des Magnetankers mit mindestens einer kreisförmigen und mehreren radialen Nuten versehen ist, welch letztere ein unsymmetrisches Lichtraumprofil aufweisen.

Es ist zwar aus der deutschen OS 28 23 257 schon bekannt, einen im wesentlichen rollenförmigen Anker eines elektromagnetisch betätigten Ventils über Kugeln zu lagern. Dort handelt es sich jedoch um ausgesprochene Kugellagerkränze, welche in Ringnuten des Ankers angeordnet sind, wobei die Nuten wesentlich breiter sind als der Durchmesser der Kugellagerkugeln. Dies deswegen, damit die Kugeln beim Bewegen des Ankers eine echte Rollbewegung in Längsrichtung des Ankers ausführen können. Dort wird jedoch der Anker nicht von Hydraulikflüssigkeit umspült und es sind auch keine Mittel ersichtlich, die jene Konstruktion für die Anwendung bei ausgesprochen hohen Hydraulikdrücken verwendbar machen könnten. Die Verwendung der breiten Ringnuten bedingt eine erhebliche Beschränkung des Übergangs der magnetischen

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Feldlinien in den Anker, die für ein Hochdruckventil der hier anstehenden Art nicht tragbar ist. Außerdem ist jene Konstruktion durch die Verwendung von Kugellagerkäfigen und radialen Trennwänden für die Kugeln relativ aufwendig.

Die Erfindung verzichtet demgegenüber von vornherein auf Kugellager im eigentlichen Sinn. Die Anordnung einzelner Kugeln in individuellen Taschen des Ankers steht dabei einer Drehung der Kugeln entgegen. Wie leicht ersichtlich, steht durch die Verwendung einzelner Kugeln eine größtmögliche Oberfläche des Ankers für den Eintritt der magnetischen Feldlinien zur Vergügung.

Die Unterteilung des Führungsrohres in drei miteinander verschweißte Hohrstücke ist an sich aus der deutschen Patentschrift 26 28 190 bekannt. Aus ihr ist jedoch nicht ersichtlich, daß gerade die dort mehr am Rande erwähnte Konstruktion wie sich uberraschenderwexse gezeigt hat - für die hohen Belastungen geeignet ist, denen das Ankerführungsrohr in einem Hochdruckventil für beispielsweise 63Ο bar ausgesetzt ist.

Es hat sich weiter gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Magnetanker bei seiner Längsbewegung auch kleine Drehbewegungen ausführt. Dies hat den Vorteil, daß sich im Laufe der Zeit kaum

Längsvertiefungen in dem !Führungsrohr ausbilden können. Durch die Ausbildung der Stirnfläche des Magnetankers mit mindestens einer kreisförmigen und mehreren radialen Nuten, welch letztere ein unsymmetrisches Lichtraumprofil aufweisen, wird dem Anker bei seiner Längsbewegung zusätzlich ein kleiner Drehimpuls mitgeteilt, wodurch die genannte Drehbewegung unterstützt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einee in der Zeichnung veranschaulichten Auaführungsbeispieles erläutert.

Es zeigen:

Pig. 1 das erfindungsgemäße Ventil in schematisierter Darstellung und im Längsschnitt,

Pig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Anlagestelle des Magnetankers an dem Magnetjoch,

Pig. 3 einen Blick auf die Stirnseite des Magnetankers, Pig. 4 eine Einzelheit aus Pig. 3·

Das Schließglied des Ventils besteht aus der Kugel 1, welche im Ventilsitz 2 sitzt und unter der Kraft der Peder 3 steht. Die

Hydraulikö1zuführung ist mit 4 bezeichnet und mündet in den Drucksammeiraum 5· Stromabwärts ist der Drucksamnielraum 6 angeordnet, der in den Hydraulikö!abfluss 7 mündet.

Die Ventilkugel 1 kann aus ihrem Sitz bewegt warden durch das Zwischenstück 8, welches an der Betätigungsstange 9 sitzt. Letztere ist an dem rollenförmigen Magnetanker 10 befestigt.

Über den Kanal 11 steht der Raum um die Betätigungsstange 9 und den Magnetanker 10 unter dem Druck des durch die Öffnung zugeführten Hydrauliköles.

Das Führungsrohr für den Magnetanker 10 besteht aus dem weichmagnetischen Teil 12, dem nicht magnetisierbaren und aus rostfreiem Stahl bestehenden mittleren Teil 13 sowie einem weiteren weiohmagnetischen Teil 14· Die genannten Teile sind von der Erregerwicklung 15 umgeben.

Im Teil 14 befindet sich ein stopfenförmiges Joch 16. Der magnetische Rückschluß wird durch ein weichmagnetisches Rohr bewirkt, welches die Wicklung 15 umgibt. Mit 18 ist ein Dichtungskörper bezeichnet, der durch eine Sohraube 19 gesichert ist.

In der Oberfläche des Ankers 10 befinden sich nicht-magnetische Kugeln 20 und 21. Diese eitzen in individuellen Taschen. In

Fig. 2 ist eine solche Tasche mit 22 angedeutet. !Die Teile 12, 13 und 14 sind durch Elektronenstrahlschweißung miteinander verbunden, wie durch 23 und 24 angedeutet. Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich, sind an der Stirnseite des Magnetankers 10 Radialnuten 25 und mindestens eine ringförmige Hut 26 angeordnet. Bin aus nicht-magnetischem Material "bestehender Flaehring 27 ist an dem Joch 16 "befestigt und dient zusammen mit den Nuten 25 und 26 dazu, ein Kleben dee Ankers 10 am Joch 16 zu verhindern. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, die einen Schnitt gemäß der Linie a-b aus Fig. 3 darstellt, haben die Nuten 25 ein unsymmetrisches Lichtraumprofil, hier das Profil eines rechtwinkligen Dreiecks.

Die Arbeitsweise des Tentils ist leicht zu verstehen. Wenn die Wicklung 15 unter Spannung gesetzt wird, entsteht ein Magnetfeld, welches vom Teil 12 ausgehend in den Anker 10 eintritt und über das Joch 16, das Teil I4 imd über den Rückschlußzylinder I7. zurück in das Teil 12 verläuft. Dadurch entsteht zwischen Anker 10 und Joch 16 eine erhebliche Anziehungskraft. Diese bewirkt, daß sich der Anker 10 auf das Joch 16 zu bewegt und mit den Betätigungsgliedern 8 und 9 die Ventilkugel 1 vom Sitz 2 abhebt.

Wie ersichtlich, wird durch die in der Oberfläche des Ankers 10 sitzenden Kugeln nur eine verschwindend geringe Fläche benötigt.

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Demgemäß ist für die aus dem Teil 12 in den Anker 10 übergehenden Feldlinien eine maximale Übertrittsfläche gegeben. Dies ermöglicht eine im Verhältnis zur Größe der gesamten Elektromagneteinheit maximale Betätigungskraft. Die Kugeln brauchen dabei nicht unbedingt in Querebenen des Ankers 10 zu sitzen, wie in Pig» 1 gezeichnet; sie können auch in axialen Reihen angeordnet sein. Die Anzahl der Kugeln ist nur durch die praktischen Erfordernisse der Ankerführung bedingt. Die Kugeln haben hier nur den Zweck, einen stets definierten Strömungsspalt für das Hydrauliköl zwischen den Teilen 12 bzw. 13 "und dem Anker 10 zu bewirken. Ein solcher genau definierter Strömungsspalt ist bei den hier anstehenden hohen Drücken von beispielsweise 630 bar von besonderer Bedeutung.

Die Kugeln 20, 21 können aus magnetisierbarem oder nicht magnetisierbarem Material bestehen. Kugeln aus magnetisierbarem Material haben den Nachteil, daß der magnetische Fluß über sie läuft. Das bewirkt, daß die Kugeln der einen Seite des Ankers 10 am Führungsrohr kleben, wodurch die einwandfreie Funktion des Ankers beeinträchtigt wird. Dieser Nachteil tritt bei nicht magnetisierbaren Kugeln nicht auf.

Bei der Bewegung des Ankers 10 in Richtung auf das Magnetjoch wird aus dem Spalt zwischen beiden Hydrauliköl in Richtung zum

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Teil 12 verdrängt. Dadurch wird über die Eadialnuten 25 ein geringer Drehimpuls auf den Anker 10 ausgeübt. Dies wird noch gefördert dadurch, daß die Nuten 25 sich nicht exakt zur Rotationsaohse des Ankers 10 hin erstrecken. Wie die Erfahrung zeigt, wird aber bereits schon ein Drehimpuls erzeugt, wenn die Nuten 25 streng radial verlaufen.

Claims (2)

1. Jl IZOÜ/

   FAG KFGELFISCHEE GEORG SCHÄFER & CO. 26. März 1981

   Schweinfurt

   Elektromagnetisch betätigtes Tentil

   Ansprüche ;

   f1.^Elektromagnetisch betätigtes Ventil, bei dem in einem gleichzeitig als Halterung für die Magnetwirkung dienenden Führungsrohr ein von Hydrauliköl umspülter, rollenförmiger und ein Antriebsglied für das Ventil-Schließglied tragender Magnetanker längsbeweglich gelagert ist, welcher mit einem stopfenförmigen Magnetjoch in dem Führungsrohr zusammenarbeitet, in Kombination gekennzeichnet dadurch, daß in der Oberfläche des Magnetankers (10) Taschen (22) angeordn?t sind, in denen einzelne magnetisierbare oder nicht magnetisierbare Kugeln (20, 21) gelagert sind, welche an der Innenseite des Führungsrohres (12, 13, Η) gleiten, daß das Führungsrohr in an sich bekannter Weise aus einem aus nicht magnetisierbarem rostfreiem Stahl bestehenden und den Arbeitsluftspalt umgebenden Mittelstück (13) und zwei aus weichmagnetischem Stahl bestehenden Endstücken (12, I4) besteht, welche durch Schweißung miteinander verbunden sind, und daß in an sich bekannter Weise an der Berührungsstelle des Magnetankers an dem Magnetjoch (16) Mittel zum Verhindern des Klebens des Magnetankers vorgesehen sind.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zum Verhindern des Zlebens an dem Magnetjoch (16) ein nicht-magnetischer Flaohring (27) angeordnet ist und die korrespondierende Stirnfläche
   des Magnetankers mit mindestens einer kreisförmigen (26) und mehreren radialen Nuten (25) versehen ist, welch
   letztere ein unsymmetrisches Lichtraumprofil aufweisen.