DE4132931A1

DE4132931A1 - Magnetventil fuer tiefkalte verfluessigte gase

Info

Publication number: DE4132931A1
Application number: DE4132931A
Authority: DE
Inventors: Klaus Tocha
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-08
Also published as: DE59209630D1; EP0535394B1; EP0535394A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für tiefkalte verflüssigte Gase nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Flüssigwasserstoff-PKW-Versorgung (siehe bei spielsweise - "gas aktuell", Firmenzeitschrift der An melderin, Nr. 36, 1989, Seiten 17-21, "Flüssigwasser stoff als Kraftstoff in Versuchsfahrzeugen") sind die für die Betankung und Motorversorgung erforderlichen Kryoventile als kleine Magnetventile (Strömungsquer schnitt ca. ⌀ 5 mm, Durchströmmenge ca. 10 l/min) aus gebildet.

Bei den Magnetventilen ist die Magnetkraft, die ein Elektro-Hubmagnet auf seinen (beweglichen) Anker ausübt, überproportional von der Luftspaltlänge (Abstand Joch zu Anker) abhängig. Für einfache Hubmagnete ist ein typischer Kraftverlauf in Fig. 1 dargestellt.

Soll ein Hubmagnet die Betätigung eines Ventilverschluß organs bewirken, so ergibt sich nach der Definition der Ventilkenngrößen an sich ein Zielkonflikt:

Beim Öffnen eines geschlossenen Ventils wird zu Beginn eine große Zugkraft benötigt, um die statische Druck differenz zu überwinden. Richtige Dimensionierung von Hub und Durchlaß vorausgesetzt, sind beim Vollhub die "schließenden" Strömungskräfte minimal.

Die Schließsituation bedeutet max. Luftspalt und min. Hub, die Vollöffnung min. Luftspalt und max. Hub. Der Kurvenzug "Hub über notwendiger Öffnungskraft" verläuft also genau gegenläufig zum Kraftverlauf des Hubmagneten.

Dieser an sich bei jedem Magnetventil vorhandene Ziel konflikt wirkt sich insbesondere aus bei Magnetventilen mit größerem Strömungsquerschnitt und großen Durchfluß mengen, wie sie beispielsweise für eine Flüssigwasser stoff-Tankstelle benötigt werden.

Bei diesen Kryoventilen mit größeren Strömungsquer schnitten ist eine große Bauweise, insbesondere im Hinblick auf die Abkühlmasse, den Wärmeeintrag des Elektromagneten, die elektrische Anschlußleistung und die genannte Vakuumbox ungünstig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kryomagnetventil zu schaffen, das auch bei größeren Strömungsquerschnitten eine kleine Bauform aufweist und bei dem der oben genannte Ziel konflikt nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.

Bei der Erfindung wird nunmehr der Hubanker des Elek tromagneten aufgeteilt. Dadurch wird die Luftspalt- Zugkraft-Kennlinie verändert und der ventilspezifisch wünschenswerten Öffnungskraft-Ventilhub-Kennlinie an genähert. Dies führt zu einem Hochleistungsmagnetventil für den Kryoeinsatz, welches räumlich betrachtet kaum größer als die bekannten kleinen Kryoventile für ge ringere Durchflußmengen ausgebildet werden kann. Dies hat den besonderen Vorteil, daß auf bei den kleinen Kryomagnetventilen bewährte Baukomponenten sowie vor liegende Betriebserfahrungen und elektrische sowie kon struktive Daten zurückgegriffen werden kann und die Fertigung leistungsfähiger (Öffnungsquerschnitt, Hub, Differenzdruck) Magnetventile bei kleiner Baugröße er möglicht. Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Dabei veranschaulicht

Fig. 1 Kraftverlauf eines bekannten Hubmagneten,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des erfindungsge mäßen Ventils,

Fig. 3 Kraftverlauf des erfindungsgemäßen Hub magneten,

Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ventiles nach der Erfindung.

Bei der Prinzipdarstellung in Fig. 2 weist der Elek tromagnet 10 einen Spulenkörper 11, ein festes Joch 12 sowie einen Hubanker bestehend aus einem Oberanker 13 sowie einem Unteranker 14 auf. Ober- und Unteranker 13, 14 sind in einer in Fig. 2 nicht näher darstellten Führung in Doppelpfeilrichtung 15-16 definiert, axial beweglich angeordnet und über ein Seilzugelement 17 miteinander verbunden.

Im Unteranker 14 ist ein Verschlußstück 18 angeordnet, das bei nicht betätigtem Elektromagnet 10 dichtend auf dem Ventilsitz 19 anliegt. In Fig. 2 ist ferner mit h₁ der Luftspalt der ersten Hubstufe und mit h₂ der Luft spalt der zweiten Hubstufe bezeichnet. Ferner ist der statische Gasvordruck mit p₁ und der statische Gas hinterdruck mit p₂ bezeichnet. Bei Erregung des Spulen körpers 11 entsteht ein mehrstufiger Hub mit einer kleinen kraftintensiven ersten Hubstufe "h₁" und einer großen zweiten Hubstufe "h₂" mit geringer Krafterzeu gung. Innerhalb der ersten Hubstufe wird die statische Druckdifferenz Ap = p₁-p₂ überwunden. Mit Einsetzen der Strömung sinkt diese statische Druckdifferenz deut lich. Die einsetzende Strömungsdruckdifferenz ist gegen Ende der ersten Hubstufe so klein, daß die Zugkraft der zweiten Hubstufe zur Vollöffnung ausreicht. Der Kraftverlauf, abhängig vom Gesamtluftspalt (h₁+h₂), ist jetzt der notwendigen Öffnungskraft angeglichen wie Fig. 3 veranschaulicht. In dieser ist der steigende Kraftverlauf in der ersten Hubstufe mit 20 und der ebenfalls aber geringer steigende Kraftverlauf in der zweiten Hubstufe mit 21 bezeichnet. Der waagrecht abnehmende Kraftverlauf, ab dessen Beginn Ober- und Unteranker 13, 14 aufeinanderliegen und magnetisch verbunden sind (Übergang von der ersten zur zweiten Hubstufe), ist mit 22 gekennzeichnet.

Durch die mehrteilige Ankerausführung wird somit eine Verschiebung des Kraftverlaufes erreicht und damit der eingangs genannte Zielkonflikt beseitigt.

In Fig. 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, wobei das in seiner Gesamt heit mit 23 bezeichnete Ventil ein Ventilgehäuse 24 aufweist, an dem durch Schweißung ein Anschlußstück 25 sowie ein Oberteil 26 gasdicht (heliumdicht) befestigt sind. In der Führung 27 sind das Joch 12 sowie der Überanker 13 sowie der Unteranker 14 axial beweglich angeordnet. Das Zugelement zwischen Ober- und Unter anker 13, 14 ist dabei als Zugstange 28 ausgebildet, wobei die definierte Axialbewegung h₂ zwischen Ober- und Unteranker 13, 14 durch eine Anschlag-/Mitnahme scheibe 29 begrenzt wird.

Im Unteranker 14 ist das Verschlußstück 18 befestigt, dem eine Druckfeder 30 zum Anpressen auf den Ventilsitz 19 zugeordnet ist.

Bei Erregung des Spulenkörpers 11 wird der Oberanker 13 zunächst in Pfeilrichtung 15 bewegt, bis die An schlagscheibe 29 am Unteranker 14 anliegt. Der Ober anker 13 führt dann die erste kraftintensive Hubstufe durch (bis der Oberanker 13 am Joch 12 anliegt) und nimmt dabei den Unteranker 14 mit und hebt das Ver schlußorgan 18 vom Ventilsitz 19. Danach erfolgt die zweite Hubstufe, bei der nur noch der Unteranker 14 mit dem Verschlußorgan 18 in Pfeilrichtung 15 bewegt wird.

Zum Schließen des Ventiles 23 wird der Elektromagnet 10 ausgeschaltet und durch die Druckfeder 30 der Unter anker 14 mit dem Verschlußorgan in Pfeilrichtung 16 gegen den Ventilsitz 19 gepreßt.

Das Ventil 23 ist von einer nicht näher dargestellten isolierenden Vakuumbox umgeben.

Im Oberteil 26 ist eine Führung 27 eingeschweißt, auf der der Spulenkörper 11 aufgesteckt ist, wobei dieser Spulenkörper gegen axiale Verschiebung durch Scheibe 31 und Befestigungsclip 32 gesichert ist.

Claims

1. Magnetventil für tiefkalte verflüssigte Gase mit einem von einem tiefkalten verflüssigten Gas durch strömten Ventilgehäuse, in dem ein Verschlußorgan vorgesehen ist, welches mit einem Hubanker eines Elektromagneten in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanker aus mindestens zwei miteinander verbundenen und gegeneinander beweglichen Anker teilen (13, 14) besteht.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubanker aus einem Oberanker (13) und einem Unteranker (14) besteht, die in einer Führung (27) axial beweglich angeordnet und über ein Zugelement (17, 28) miteinander verbunden sind.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement als Seil (17) ausgebildet ist.

4. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement als Zugstange (28) ausgebildet ist.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Unteranker (14) das Verschlußstück (18) an geordnet ist.

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verschlußstück (18) eine Druckfeder (30) zum Anpressen des Verschlußstückes (19) auf einen Ventilsitz (19) zugeordnet ist.