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"Elektromagnetisch betätigtes Schieberventil??
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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Schieberventil,
dessen Schiebergehäuse mit einem Magnetgehäuse lösbar verbunden ist, und bei dem
die Längsachsen der Ausnehmungen des Schiebergehäuses für den Schieberkolben und
des Magnetgehäuses für den Anker miteinander fluchten und der längsverschiebbar
im Schiebergehäuse gehaltene Schieberkolben sich mit seinem dem Anker des Magneten
abgewandten Ende auf einer Feder abstützt und mit dem anderen Ende in der einen
Endstellung bei entregtem Magneten an einem gehäusefesten Anschlag sowie bei erregtem
Magneten in der anderen Endstellung gegen die Wirkung der Feder verschoben an dem
Anker des Magneten anliegt.
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Es sind Schieberventile vorgenannter Art, insbesondere für hydraulische
Steuerungs- bzw. Betätigusngseinrichtungen bekannt, welche sich in der Praxis sehr
bewährt haben und die sich durch eine kompakte Bauweise auszeichnen.
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Die Betätigung des SchiMerkolbens in der einen Richtung erfolgt dabei
durch den Anker des Magneten, wenn der Magnet erregt wird, während die Rückführung
des Schieberkolbens und auch die Rückführung des Magneten mit Hilfe der Feder erreicht
wird, auf der sich der Schieberkolben mit seinem dem Magneten abgewandten Ende abstützt.
In der Regel wird hierzu eine Schraubendruckfeder verwendet, welche in jeder Stellung
des Schieberkolbens unter Vorspannung an dem Schieberkolben anliegt und deren Widerstand
b ei Betätigung des Magneten überwunden werden muß.
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Bei häufiger Betätigung des Schieberventiles mit Hilfe des Elektromagneten
ergeben sich bei der bekannten Ausführung keinerlei Probleme und Schwierigkeiten.
Wenn allerdings das Schieberventil über längere Zeitspannen nicht betätigt worden
ist und der Schieberkolben unter der Einwirkung der Feder an dem gehäusefesten Anschlag
anliegt, ergeben sich häufig bei der ersten Betätigung des Schieberkolbens durch
Erregung des Magneten Schwierigkeiten, den Schieberkolben in der Bohrung des Gehäuses
gegen die auf ihn einwirkende Feder in Bewegung zu setzen. Erst durch häufige Betätigung
des Magneten und durch mechanische Erschütterungen gelingt es, die gewünschte Verschiebebewegung
des Schieberkolbens zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Verlaufe längerer
Betätigungspausen des' Schieberventiles zwischen dem Schieberkolben und der Bohrung
des Schiebergehäuses ein
erhöhter Haftwiderstand auftritt, ähnlich
wie dies bei Gleitlagern in längerer Ruhestellung der Fall ist. Der zwischen dem
Kolben und dem Schiebergehäuse befindliche Schmierfilm wird während längerer Ruhezeiten
in denjenigen Bereichen verdrängt, in denen die Schwerkraft den Schieberkolben auf
die Bohrungswandungen des Schiebergehäuses drückt. Zur Betätigung des Schieberkolbens
nach längerer Ruhezeit des Ventiles reicht die üblicherweise vom Elektromagneten
über dessen Anker auf den Kolben übertragene Schubkraft nicht aus, um den Schieberkolben
aus dieser Ruhestellung gegen die gleichzeitig noch auf ihn einwirkende Feder zu
überwinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde hier Abhilfe zu schaffen
und ein elektromagnetisch betätigtes Schieberventil der einleitend genannten Art
so weiterzubilden, daß ohne Vergrößerung des Magneten bzw. der Schubkraft des Magnetankers
mit Sicherheit auch bei erstmaliger Betätigung des Schieberventiles nach längerer
Ruhezeit eine einwandfreie Funktion des Schieberventiles gewährleistet wird.
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Zur Lösung vorstehender Aufgabe kennzeichnet sich das eingangs genannte
Schieberventil erfindungsgemäß dadurch, daß der Anker des Magneten sich auf einer
Rückführfeder abstützt, die ihn von dem Schieberkolben weg gegen einen gehäusefesten
Anschlag zu drängen sucht und daß im entregten Zustand des Magneten zwischen dem
Schieberkolben und dem Anker ein freier Spalt vorgesehen ist.
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Die Rückführfeder für den Anker des Magneten, welche dafür sorft,
daß der Anker im entregten Zustand des Magneten seine Endstellung durch Anlage an
dem gehäusefesten Anschlag erreicht, kann im Vergleich zu der auf den Schieberkolben
einwirkenden Feder relativ weich und mit geringer Federkraft ausgebildet sein, da
sie lediglich den ohnehin bei Entregung des Magneten durch den Schieberkolben in
Bewegung gesetzten Anker bis zu dessen vorgenannter Endstellung weiter bewegen muß
und hierzu nur geringe Kräfte erforderlich sind. Die Rückführfeder erfordert somit
keinen stärkeren Magneten als er üblicherweise auch verwendet wird, wenn keine derartigen
Rückführfedern benutzt werden.
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Durch den im entregten Zustand des Magneten zwischen dem Schieberkolben
und dem Anker vorgesehenen Spalt wird bei Erregung des Magneten zunächst ein Ankerfreilauf
über die Spaltweite erreicht, ehe der Anker auf den Schieberkolben auftrifft.
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Demgemäß wird in dem Anker bis zum Auftreffen auf den Schieberkolben
eine vorbestimmte Menge kinetischer Energie gespeichert, die von der Masse des Ankers
und der Spaltweite abhängig ist und bereits bei geringer Spaltweite ausreicht, um
den Schieberkolben nach längeren Betätigungspausen des Schieberventiles unter Überwindung
des obengenannten Brechwiderstandes in Bewegung zu setzen.
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Zweckmäßig ist es , wenn der Anker des Magneten als Tauchanker in
einem topfförmigen Magnetgehäuse geführt ist und eine teils in die Ausnehmung des
Schiebergehäuses, teils in die Ausnehmung des Magnetgehäuses eingreifende Zentrierhülse
vorgesehen ist, welche den gehäusefesten Anschlag des Schieberkolbens in dessen
Endstellung bei entregtem Magneten und anderendig ein ortsfestens Widerlager für
die Rückführfeder des Ankers bildet.
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Durch diese Ausgestaltung erreicht man eine konstruktiv sehr einfache
Lösung, die auch zu erheblichen Montageerleichterungen führt.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Anker des Magneten mit seinem
dem Schieberkolben zugekehrten Ende einen zentrisch sich durch eine Bohrung der
Zentrierhülse hindurch erstreckenden stiftartigen Stößel aufweist und wenn die Zentrierhülse
mit einer dem Schieberkolben zugekehrten Ausnehmung versehen ist, in die eine mit
einer zentrischen Bohrung des Schieberkolbens verbundene Ausgleichsbohrung ausmündet.
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Durch die vorgenannte Ausführung wird zunächst erreicht, daß die Berührungsfläche
zwischen dem Anker und dem Schieberkolben relativ klein ist. Dies hat den Vorteil,
daß nur geringe Kräfte zur Trennung der genannten Berührungsflächen bei Entregung
des Magneten zu überwinden sind. Zwischen den zu trennenden Flächen treten nämlich
bei hydraulischen Ventilen infolge des zwischen diesen Flächen befindlichen geringen
Flüssigkeitsfilmes große Haftkräfte auf, die von der Größe der aufeinanderliegenden
Flächen
abhängig sind. Desweiteren bietet die Ausrüstung des Ankers des Magneten mit einem
stiftartigen Stößel die Möglichkeit, in der Zentrierhülse durch eine erweiterte
Bohrung einen Ausgleichsraum zu schaffen, in welchen bei der Verschiebung des Schieberkolbens
gegen die auf ihn wirkende Feder, die aus dem Federraum verdrängte Flüssigkeit durch
die in dem Schieberkolben genannte Ausgleichsbohrung abfließen kann, um bei einer
Rückführung des Schieberkolbens in die andere Endstellung auf umgekehrtem Wege wieder
in den Federraum zurückzufließen.
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Zur Erzielung möglichst geringer Verschleißerscheinungen trotz der
angestrebten Schlagwirkung des Ankers auf den Schieberkolben und um die Schlaggeräusche
möglichst gering zu halten; empfiehlt es sich, den Spalt zwischen dem Anker bzw.
dem Stößel des Ankers und dem Schieberkolben möglichst klein zu halten.
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Erfahrungen haben gezeigt, daß es zweckmäßig ist, wenn der Spalt zwischen
dem Anker bzw. dem Stößel des Ankers und dem Schieberkolben bei entregtem Magneten
eine Weite zwischen 0,5 und einigen mm aufweist. In der Regel genügen Weiten bis
zu 1 mm, um die gewünschten Wirkungen zu erzielen.
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Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel in einem Teillängsschlitz
durch ein Schieberventil wieder.
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In dem wiedergegebenen Schiebergehäuse 1 ist in einer als zentrische
Längsbohrung ausgebildeten Ausnehmung 2 mit nicht näher bezeichneten Ausdrehungen
ein Schieberkolben 3 geführt, der seinerseits über die Länge gesehen unterschiedliche
Durchmesserbereiche aufweist. In dem Schiebergehäuse 1 sind Anschlußbohrungen 4
und 5 erkennbar, an welche in der Zeichnung nicht wiedergegebene Zu- bzw. Abführungsleitungen
für die hydraulische Flüssigkeit angeschlossen werden.
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Mit dem Schiebergehäuse 1 ist ein Magnetgehäuse 6 mittels der Schrauben
7 lösbar verbunden. Die Schrauben 7 sind auf dem Umfang des Magnetgehäuses 6 verteilt
angeordnet und erstrecken sich in Längsrichtung durch das Magnetgehäuse 6 bis in
entsprechende Gewindebohrungen des Schiebergehäuses 1.
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Das Magnetgehäuse 6 weist eine ebenfalls als zentrische Bohrung ausgebildete
Ausnehmung 8 auf, in der ein Magnetanker 9 geführt ist. Das Schiebergehäuse 1 und
das Magnetgehäuse 6 sind in der verbundenen Stellung so angeordnet, daß die Längsachsen
der Ausnehmungen 2 bzw. 8 miteinander fluchten.
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In dem Magnetgehäuse 6 ist die Magnetwicklung 10 erkennbar, welche
über Anschlußklemmen 11 und 12 an eine Stromquelle anschließbar ist.
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Der Schieberkolben 3 stützt sich an seinem dem Magnetgehäuse 6 abgekehrten
Ende über eine Feder 13 auf einer Verschlußschraube 14 ab und weist eine zentrische
durchgehende Bohrung 15 auf.
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In dem dargestellten Beispiel ist zwischen dem Schiebergehäuse 1 und
dem Magnetgehäuse 6 eine Zentrierhülse 16 vorgesehen, welche sich mit ihrem einen
Ende 16a in die Ausnehmung 2 des Schiebergehäuses 1 und mit ihrem anderen Ende 16b
in die Ausnehmung 8 des Magnetgehäuses hinein erstreckt.
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Die Zentrierhülse 16 bildet auf ihrer dem Schieberkolben 3 zugewandten
Stirnseite einen gehäusefesten Anschlag 17 für den Schieberkolben 3, wenn der Schieberkolben
die in der Figur dargestellte Position bei entregtem Magneten einnimmt. Die Zentrierhülse
16 nimmt in einer zentrischen Bohrung 18 einen stiftartigen Stößel 19 auf, welcher
mit dem Anker 9 des Magneten fest verbunden ist. Zwischen der Zentrierhülse 16 und
dem Anker 9 des Magneten ist eine Rückführfeder 20 erkennbar, welche den Anker 9
im entregten Zustand des Magneten gegen einen als Ring ausgebildeten gehäusefesten
Anschlag 21 zu drängen sucht. Die Rückführfeder 20 stützt sich auf ihrem dem Anker
9 abgekehrten Ende in einer Ausdrehung der Zentrierhülse auf einer Schulter ab,
die für die Feder 20 einen ortsfesten Anschlag 25 bildet.
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Der Anker 9 ist in dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel mit Führungsringen
9a ausgerüstet, durch die der Reibungswiderstand des Ankers 9 in der Ausnehmung
8 erheblich vermindert und gleichzeitig eine saubere Führung des Ankers 9 gewährleistet
wird.
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In der Zeichnung ist der Magnet in entregtemZustand wiedergegeben,
bei dem durch die Rückführfeder 20 der Anker 9 gegen den ortsfesten Anschlag 21
gedrückt wird, während der Schieberkolben 3 mit seiner dem Magneten zugewandten
Stirnfläche an dem gehäusefesten Anschlag 17 anliegt. In dieser Stellung ist ein
freier Spalt zwischen der Stirnfläche des stiftförmigen Stößels 19 und der diesem
gegenüberliegenden Stirnfläche des Schieberkolbens 3 erkennbar, welcher in der Zeichnung
durch nach unten herausgezogene Linien verdeutlicht und mit 22 bezeichnet ist. In
dem dargestellten Beispiel beträgt die Weite des Spaltes etwa 0,5 bis 1 mm.
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Bei Erregung des Magneten, der in dem dargestellten Beispiel als Topfmagnet
mit dem Tauchanker 9 ausgeführt ist, wird zunächst der Anker 9 über den durch den
Spalt 22 gegebenen Freiweg beschleunigt, ehe der Stößel 19 auf den Schieberkolben
3 auftrifft. Die Beschleunigung während dieser durch den Spalt 22 gegebenen freien
Wegstrecke des Ankers 9 reicht aus, um durch die dabei gespeicherte kinetische Energie
beim Auftreffen des Stößels 19 auf den Schieberkolben 3 eine Schlagwirkung auszuüben,
durch die nach längerer Betätigungspause
der eingangs beschriebene
Brechwiderstand zwischen dem Schieberkolben 3 und dem Gehäuse 1 überwunden und die
nachfolgende Gleitbewegung des Schieberkolbens in dem Gehäuse 1 bei geringem Gleitwiderstand
bereits durch relativ kleine Magnetkräfte erreicht werden kann.
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Bei der Verschiebung des Schieberkolbens 3 gegen die Wirkung der Feder
13 wird die in dem Unterbringungsraum der Feder 13 befindliche hydraulische Flüssigkeit
verdrängt. Diese gelangt durch die zentrische Bohrung 15 und die damit verbundene
Ausgleichsbohrung 24 in den sich vergrößernden Raum zwischen der Zentrierhülse 16
und der dieser zugekehrten Stirnfläche des Schieberkolbens 3. Ferner findet die
verdrängte Hydraulikflüssigkeit Aufnahme in einer dem Schieberkolben 3 zugekehrten
erweiterten Ausnehmung 23 der Zentrierhülse 16.
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Bei einer nachfolgenden Entregung des Magneten erfolgt der umgekehrte
Bewegungs- bzw. Strömungsablauf. Nach Anlage des Schieberkolbens 3 an dem ortsfesten
Anschlag 17 der Zentrierhülse 16 erfolgt unter der Einwirkung der Rückführfeder
20 eine Weiterbewegung des Ankers 19 bis zu dessen Anlage an dem gehäusefesten Anschlagring
21, so daß sich der freie Spalt 22 zwischen dem Schieberkolben 3 und dem Stößel
19 einstellt.