DE4221112A1 - Elektromagnetische Betätigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung, insbesondere für Magnetventile mit einer auf einer Halterung montierbaren, eine axiale Bohrung aufweisende Magnetspule, mit einem innerhalb der Magnetspule hin- und herbewegbarem Magnetanker mit einem an einem axia­ len Ende der Bohrung angeordneten Anschlag bzw. feststehen­ den Ankergegenstück und mit einer sich um die Magnetspule herum angeordneten einen Eisenrückschluß bildenden Einrich­ tung, sowie gegebenenfalls mit einer den beweglichen Magnet­ anker in einer Richtung vorspannenden Feder.

Solche elektromagnetische Betätigungseinrichtungen sind bestens bekannt und werden häufig für die Steuerung von Fluidventilen eingesetzt, wobei der bewegliche Anker das Ventilglied entweder direkt beaufschlagt oder ein Pilot­ ventil betätigt, das zur Steuerung des eigentlichen Fluid­ ventils herangezogen wird.

Bei den bekannten Magnetventilen werden die Windungen der Magnetspule auf einen Spulenhalter aufgewunden und es befin­ det sich innerhalb des Spulenhalters ein Führungsrohr aus nichtmagnetischem Werkstoff, wobei der bewegliche Magnetan­ ker innerhalb des Führungsrohrs axial hin- und herverschieb­ bar angeordnet ist.

Außerhalb der Magnetspule befindet sich eine Einrichtung, meistens in Form von C-förmigen Eisenplatten, welche einen Eisenrückschluß bildet, der sich vom feststehenden Magnetan­ ker am einen axialen Ende der Bohrung bis zum anderen Ende der axialen Bohrung erstreckt. Mit dieser Konstruktion füh­ ren die magnetischen Flußlinien, welche durch Erregung der Magnetspule erzeugt werden, vom festen Magnetanker durch den Eisenrückschluß, durch die Wand des nichtmagnetischen Füh­ rungsrohrs hindurch, in den beweglichen Magnetanker und zu­ rück zum feststehenden Ankergegenstück, so daß der magneti­ sche Fluß weitestgehend nur Wege hoher Permeabilität durch­ setzt. Hierdurch wird die Größe des Magnetflusses maximiert. Im übrigen laufen auf diese Weise die magnetischen Kraftli­ nien so, daß der in axialer Richtung bewegliche Magnetanker vom feststehenden Ankergegenstück angezogen bzw. abgestoßen wird, je nach der konkreter Ausführung des Magnetventils. Ein weiterer Luftspalt, der aber axial gerichtet ist, befin­ det sich im Betrieb zwischen dem beweglichen Magnetanker und dem feststehenden Ankergegenstück, wenn diese nicht aneinan­ derliegen.

Solche bekannten elektromagnetischen Betätigungseinrichtun­ gen können, wie auch der Anmeldungsgegenstand, mit Gleich­ strom oder mit Wechselstrom betätigt werden. Um den Wechsel­ strombetrieb zu ermöglichen wird üblicherweise ein Kupfer­ ring im dem beweglichen Magnetanker zugeordneten Stirnende des Ankergegenstücks angeordnet. Im Wechselstrombetrieb wird aufgrund des sich in etwa sinusförmig ändernden Magnetfeldes ein Strom in dem Kupferring induziert, welcher ein Magnet­ feld erzeugt, das den Abbau des von der Spule erzeugten Ma­ gnetfeldes entgegenwirkt und somit der Aufrechterhaltung des angezogenen bzw. abgestoßenen Zustandes dient.

Abgeschwächt wird der magnetische Fluß bei herkömmlichen elektromagnetischen Betätigungseinrichtungen egal, ob in Gleichstrom- oder Wechselstromausführung, im wesentlichen nur durch die unvermeidbaren Luftspalte und durch die Wand­ dicke des aus nichtmagnetisierbarem Material hergestellten Führungsrohres. Man bemüht sich, die Dicke der Luftspalten sowie die Dicke des Führungsrohrs auf einem Minimum zu hal­ ten um einen möglichst hohen magnetischen Fluß zu erhalten und hiermit für eine bestimmte Betätigungskraft die Baugröße des Magnetventils möglichst klein zu halten, d. h. das Magnet­ ventil kompakter zu gestalten. Das Führungsrohr muß bei den herkömmlichen Ausführungen aus einem nichtmagnetischen Mate­ rial hergestellt werden, um die magnetischen Flußlinien zu zwingen, durch den beweglichen Anker zu fließen und hier­ durch die erwünschte Bewegung des beweglichen Magnetankers hervorzurufen. Wäre beispielsweise das Führungsrohr aus Weicheisen hergestellt, so würde der magnetische Fluß wei­ testgehend durch das Führungsrohr fließen, wodurch die den Magnetanker durchsetzende magnetische Kraftlinien abge­ schwächt werden und das Ventil nicht mehr brauchbar wäre.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine neuartige Gestaltung einer elektromagnetischen Betätigungs­ einrichtung vorzusehen, welche einen hohen magnetischen Fluß durch den beweglichen Anker ermöglicht, wodurch die Baugröße und der elektrische Energiebedarf für eine erwünschte Betäti­ gungskraft sich verkleinern läßt, oder anders ausgedrückt, bei Herstellung des Magnetventils mit dem gleichen Volumen wie bisher, die Betätigungskraft erhöht werden kann. Die Er­ findung soll u. a. auch eine preisgünstige Gestaltung eines Magnetventils ermöglichen, das als geschlossene Einheit ein- und ausgebaut werden kann, d. h. ohne daß das Magnetventil beim Ein- und Ausbau auseinandergenommen wird, wie dies bei­ spielsweise bei herkömmlichen Magnetventilen häufig der Fall ist.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß der bewegliche Magnetanker auf einer koaxial zur Bohrung angeordneten, sich innerhalb des Magnetankers erstreckenden Führung verschiebbar gelagert ist, und daß die den Eisenrück­ schluß bildende Einrichtung von dem beweglichen Magnetanker durch einen Luftspalt ohne einen zusätzlichen, aus unmagnetischen Werkstoffen, z. B. in Rohrform, gebildeten Luftspalt getrennt ist.

Dadurch, daß die Führung für den beweglichen Anker nunmehr innerhalb des beweglichen Magnetankers angeordnet ist, ent­ fällt das bisherige Führungsrohr. Die den Eisenrückschluß bildende Einrichtung, beispielsweise in Form der herkömmli­ chen C-förmigen Platten, steht dem beweglichen Anker nunmehr lediglich über einen Luftspalt gegenüber, d. h. nicht über die Wanddicke des Führungsrohrs und einen Luftspalt. Hier­ durch kann die Stärke des magnetischen Flusses für eine be­ stimmte Ampere-Wicklungszahl der Spule wesentlich erhöht wer­ den. Alternativ hierzu läßt sich das Magnetventil wesentlich kleiner bauen als bisher für vergleichbare Magnetventile mit entsprechender Betätigungskraft möglich war.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die mit der Bohrung koaxialen Führung von der Halterung getragen wird.

Dadurch, daß die Führung von der Halterung getragen wird, läßt sich die Führung auch bei kleinen Abmessungen sehr sta­ bil ausbilden und zwar vorzugsweise in Form eines zylindri­ schen Bauteils, das preisgünstig mit hoher Genauigkeit herge­ stellt werden kann, beispielsweise mittels einer spitzenlo­ sen Schleifmaschine. Die Führung könnte aber auch vom fest­ stehenden Ankergegenstück oder von einer oberen Platte der Betätigungseinrichtung, d. h. von einer an der Halterung abge­ wandten Stirnende der Betätigungseinrichtung ausgehen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich da­ durch aus, daß die Magnetspule und die den Eisenrückschluß bildende Einrichtung in einem Gehäuse oder Ummantelung unter­ gebracht oder an einer Montageplatte angebracht sind und das Gehäuse bzw. die Montageplatte in eine Zentriereinrichtung an der Halterung derart befestigt ist, daß die koaxiale An­ ordnung der Führung relativ zur Bohrung und daher auch die entsprechende koaxiale Anordnung des beweglichen Magnetan­ kers relativ zur Bohrung sichergestellt ist.

Durch die Zentriereinrichtung wird sichergestellt, daß die gesamte Magnetventilanordnung koaxial zur Längsachse der Füh­ rung aufgebaut wird, wodurch sehr genaue Toleranzen eingehal­ ten werden können. Insbesondere kann auf diese Weise auch die radiale Abmessung des Luftspaltes zwischen der den Eisen­ rückschluß bildenden Einrichtung und dem beweglichen Anker auf einem absoluten Minimum gehalten werden, wodurch eben­ falls eine Erhöhung der Größe des magnetischen Flusses für eine bestimmte Ampere-Windungszahl der Magnetspule erreich­ bar ist.

Die Zentriereinrichtung kann durch eine zylindrische Paßflä­ che der Halterung gebildet sein, insbesondere eine zylindri­ sche Paßfläche, die zur gleichen Zeit wie die Führung oder eine die Führung aufnehmende Bohrung erzeugt wird, wodurch sehr enge Toleranzen bei preisgünstiger Herstellung eingehal­ ten werden können. Die Zentriereinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß ein ringförmiger Ansatz des Gehäuses der magnetischen Spule in einer zur Führung konzentrischen Ring­ nut der Halterung eingepaßt wird.

Weiterhin ist die Führung vorzugsweise so getroffen, daß sie an ihrem der Halterung abgewandten Ende im feststehenden Ankergegenstück geführt bzw. befestigt ist. Dies führt nicht nur zu einer erhöhten Stabilität der Führung bei relativ kleinen Abmessungen derselben, sondern auch zu einer zusätz­ lichen Zentrierung der elektromagnetischen Betätigungsein­ richtung an dem der Halterung entfernt liegenden Ende der Bohrung, so daß auch aus diesem Grunde die radiale Dicke des Luftspaltes zwischen der den magnetischen Rückfluß bildenden Einrichtung und dem beweglichen Magnetanker reduziert werden kann.

Die Vorspannfeder ist vorzugsweise innerhalb der Magnetspule insbesondere um die Führung herum und konzentrisch zu dieser angeordnet. Auf diese Weise wird die Vorspannfeder kompakt in einer geschützten Lage untergebracht. Alternativ hierzu kann die Vorspannfeder innerhalb einer zwischen der Wand der Bohrung und dem beweglichen Magnetanker und/oder in einer zwischen der Wand der Bohrung und dem feststehenden Ankerge­ genstück gebildeten Kammer angeordnet werden.

Es ist weiterhin möglich, durch die zylindrische Ausführung des Magnetankers diese etwas leichter als bei einem ver­ gleichbaren Magnetventil nach dem Stand der Technik auszubil­ den, so daß auch die Vorspannfeder für die gleiche Wirkung leichter ausgebildet werden kann. Um die Wirkung des magneti­ schen Flusses auf den Magnetanker zu optimieren, sollen die Flußlinie gezwungen werden, durch den beweglichen Anker einen axialen Verlauf anzunehmen. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die Führung selbst aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht. Alternativ hierzu kann die Führung einen nichtmagnetischen Außenmantel aufweisen, welcher dann die Lagerung für den beweglichen Magnetanker bildet. Dieser Außenmantel kann einstückig mit einem Kern­ teil der Führung ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer galvanischen Beschichtung oder kann hiervon getrennt sein, beispielsweise in Form einer auf einen zylindrischen Kern aufgepreßten Zylinderbuchse.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den beweglichen Ma­ gnetanker mit einer nichtmagnetischen Innenverkleidung zu versehen, d. h. eine Innenverkleidung, welche die innere Wan­ dung der Bohrung innerhalb des Magnetankers bildet, welcher auf die Führung gleitet. Diese Innenverkleidung kann erfin­ dungsgemäß beispielsweise durch zwei zueinander einen Ab­ stand aufweisenden Gleitbuchsen gebildet werden bzw. solche mit PTFE-Gleitschicht.

Die Halterung weist vorzugsweise eine Durchgangsöffnung für einen vom beweglichen Magnetanker direkt oder indirekt betä­ tigbaren Stößel. Diese Durchgangsöffnung wird üblicherweise radial versetzt von der Längsachse der Führung in der Halte­ rung angeordnet und es können mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen werden, was insbesondere dann von Vorteil wäre, wenn der Stößel auf der dem Magnetventil abgewandten Seite der Halterung einen zur Führung koaxialen Fortsatz erhalten sollte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der elektromagneti­ schen Betätigungseinrichtung wird vorgesehen, daß der beweg­ liche Magnetanker einen Bund mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Bohrung bzw. des Teils des Magnetankers, das innerhalb der Bohrung angeordnet ist, und daß der Bund einen sich durch die Halterung er­ streckenden Stößel betätigt.

Der Bund, der zur Betätigung des Stößels herangezogen wird, erstreckt sich mit dieser Anordnung radial über den Durchmes­ ser der Bohrung hinaus, so daß eine große Freiheit bei der Positionierung des Stößels bei der definitiven Auslegung des Magnetventils vorliegt. Der Bund liegt vorzugsweise inner­ halb eines zwischen der Halterung und dem Gehäuse ausgebil­ deten Ringraums und kann hierdurch platzsparend unterge­ bracht werden.

Für den Fall, daß der Magnetraum nach außen abgedichtet wer­ den soll, kann das Gehäuse unter Zwischenschaltung einer Dichtung vorzugsweise einer Ringdichtung an der Halterung befestigt werden.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehen, daß der Lagerspalt zwischen dem beweglichen Magnetanker und der Führung, d. h. dessen radialer Abmessung, kleiner ist als der Luftspalt in der Bohrung zwischen dem Spulenhalter und dem beweglichen Anker. Hierdurch wird sichergestellt, daß der bewegliche Anker von der Führung und nicht von der Bohrung des Spulenträgers oder von der genannten, den magnetischen Rückfluß bildenden Einrichtung geführt wird, wodurch letz­ tere gegen unerwünschte Abnutzung geschützt werden.

Eine weitere Ausführungsvariante ist im Anspruch 20 angege­ ben und zeichnet sich dadurch aus, daß der bewegliche Magnet­ anker an wenigstens einem seiner Enden vorzugsweise koaxial zur Bohrung einen Führungszapfen aufweist, der in einer Paß­ bohrung des feststehenden Magnetankers und/oder der Halte­ rung verschiebbar geführt ist und daß die den Eisenrück­ schluß bildende Einrichtung von dem beweglichen Magnetanker durch einen Luftspalt ohne einen zusätzlichen, aus unmagne­ tischen Werkstoffen, z. B. in Rohrform, gebildeten Luftspalt getrennt ist.

Besonders interessant ist eine Ausführung des Erfindungsge­ genstandes als Stoßmagnet, wie im Anspruch 21, sowie in den weiteren Ansprüchen 22 bis 25 angegeben. Mit dieser Ausfüh­ rung kann der Stößel koaxial zur Spule angeordnet werden. Weiterhin kann die Anordnung an der freien (oberen) Stirnsei­ te mit einer nichtmagnetischen Platte abgeschlossen werden, so daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung oben nicht magnetisch ist. Um dies zu erreichen wird der beweg­ liche Magnetanker mit einem Bund oder Ringflansch versehen, der auf die Stirnseite der Eisenrückschlußeinrichtung im an­ gezogenen Zustand zu liegen kommt. Diese Ausführung ermög­ licht auch das Vorsehen einer Handbetätigung bzw. einer Stellungsanzeige für die Stellung des Magnetankers.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsquerschnitt durch eine erfindungsgemäße elektromagnetische Be­ tätigungseinrichtung für einen Ventilstößel,

Fig. 2 einen schematischen Längsquerschnitt durch ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemä­ ßen elektromagnetischen Betätigungseinrich­ tung ähnlich der Fig. 1, jedoch mit einem zur Führung konzentrischen Ventilstößel,

Fig. 3 bis 9 weitere abgewandelte Ausführungsformen der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung der Fig. 1 zur Darstellung von möglichen Abwandlungen.

Die Fig. 1 zeigt eine elektromagnetische Betätigungseinrich­ tung in Form eines trockenen Ventilmagnets 10 mit einer auf einem Spulenträger 12 aufgewickelten Spule 14, welche inner­ halb eines Gehäuses bzw. einer Ummantelung 16 angeordnet ist, das auf einer Halterung 18 befestigt ist. Es kann sich bei der Halterung 18 um ein Gehäuseteil eines vom Magnetven­ til 10 betätigten Fluidventils (nicht gezeigt) handeln oder aber um eine Halterung das für sich an einer zu betätigbaren Einrichtung befestigbar ist. Eine solche betätigbare Einrich­ tung könnte beispielsweise ein getrenntes Fluidventil oder ein elektrischer Schalter sein.

Der Spulenträger 12 hat eine axiale Bohrung 20, die an einem axialen Ende 22 einen einen Anschlag bildenden feststehenden Ankergegenstück 24 aufnimmt. Im anderen Ende 26 der zylindri­ schen Bohrung 20 befindet sich der bewegliche Magnetanker 28 der von einer zylindrischen Führung 30 verschiebbar geführt wird. Der Führungsstift 30 der in diesem Beispiel aus nicht­ magnetischen Werkstoff besteht, ist an seinem einen Ende 32 mit einem Gewinde 34 versehen, das in einem entsprechenden Gewinde 36 des feststehenden Ankergegenstücks eingeschraubt ist. Das andere Ende 38 der Führung 30 ist ebenfalls mit einem Gewinde 40 versehen, das in einer Gewindebohrung 42 der Halterung 18 eingeschraubt ist. Die Spule 14 ist von drei im wesentlichen C-förmigen Teilen 44, 46, 48 umgeben, welche für sich bekannt sind, üblicherweise aus Weicheisen bestehen und einen magnetischen Rückschluß zwischen dem feststehenden Ankergegenstück 24 und dem beweglichen Anker 28 bilden. Jede der C-förmig gebogenen Platten hat in seinen beiden zueinander parallel liegenden Schenkeln eine jeweili­ ge kreisförmige Öffnung, welche das feststehende Ankergegen­ stück bzw. den beweglichen Anker aufnimmt. Diese Platten sind dann im Kunststoff eingebettet, so daß ein Gehäuse 16 bzw. eine Ummantelung aus Kunststoff entsteht. In diesem Bei­ spiel ist die Spule auf drei Seiten von den Platten umgeben, was in der Praxis üblich ist. An seinem unteren Ende ist das Gehäuse 16 mit einem Ringansatz 50 versehen, welcher in einer zur Längsachse 52 des Führungsstiftes koaxialen Ring­ nut 54 der Halterung 18 eingreift.

Die kreisförmige Öffnung in dem unteren Ende von jeder der in diesem Beispiel drei C-förmigen Platten 44, 46, 48 (es könnte aber beispielsweise auch vier solcher Platten sein, wenn die Magnetspule allseitig von den Platten eingeschlos­ sen werden sollten), ist so bemessen, daß ein Luftspalt 56 zwischen dem beweglichen Magnetanker und den Platten vor­ liegt. Die radiale Abmessung dieses Luftspaltes wird gering­ fügig größer gewählt als die radiale Abmessung des sehr klei­ nen Luftspaltes 58 zwischen dem beweglichen Anker 28 und der Führung 30, welche lediglich einen Gleitsitz des beweglichen Ankers auf der Führung 30 sicherstellt.

Die Vorspannfeder 60 ist in diesem Beispiel als eine Schrau­ bendruckfeder ausgebildet und befindet sich in einer konzen­ trischen Anordnung innerhalb einer zylindrischen Aufnahmekam­ mer 62 des beweglichen Magnetankers. Am unteren Ende des be­ weglichen Magnetankers befindet sich ein Bund 64, der inner­ halb eines zwischen dem Gehäuse 16 und der Halterung 18 aus­ gebildeten Ringraumes 66 hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Unterhalb des Magnetankers befindet sich ein Ventil­ stößel 68, welcher sich durch eine Durchgangsöffnung 70 der Halterung 18 hindurch erstreckt. Der Hub des Ventilstößels aufgrund der axialen Bewegung des beweglichen Magnetankers 28 ist in diesem Beispiel relativ gering und mit 72 extra gezeigt. Dieser Hub 72 entspricht auch dem axialen Luftspalt 74 zwischen dem feststehenden Magnetanker 24 und dem beweg­ lichen Magnetanker 28 in seiner von dem feststehenden Anker entfernt liegenden Position.

Der Ringraum 66 ist im übrigen so dimensioniert, daß bei Er­ regung der Magnetspule 14 der bewegliche Magnetanker 28 sich gegen die Vorspannkraft der Feder 60 nach oben bewegen kann, bis er gegen den feststehenden Magnetanker anschlägt. In die­ ser Endposition enthält dann der magnetische Kreis lediglich den eng bemessenen Luftspalt 56.

Obwohl die Bezeichnung "Luftspalt" für den Spalt 56 verwen­ det wird, könnte ein Medium außer Luft in diesem Spalt vor­ liegen. Bei Verwendung des Ventils in einer Stickstoffatmos­ phäre wäre beispielsweise hier Stickstoff vorhanden. Wesent­ lich ist, daß im Gegensatz zum Stand der Technik es nicht er­ forderlich ist, den magnetischen Fluß sowohl durch einen Luftspalt als auch durch einen zusätzlichen Luftspalt, bei­ spielsweise in Form eines Führungsrohrs, zu führen.

Die Fig. 1 zeigt den nicht erregten Zustand des Magnetven­ tils an, bei dem der bewegliche Magnetanker 28 unter der Kraft der Druckfeder 60 sich in seiner untersten Lage in Berührung mit der Halterung 50 befindet, wobei der Stößel 68 sich ebenfalls in seiner untersten Lage befindet. Wird die Magnetspule 14 mittels elektrischer Versorgung erregt, so bewegt sich der bewegliche Magnetanker 56 in seiner obersten Position im Anschlag gegen den feststehenden Magnetanker 24 und der Stößel 68 kann eine höhere Stellung annehmen um den Betrag des Hubes 72. Der Stößel wird üblicherweise von unten nach oben gedrückt durch eine entsprechende Kraft, beispiels­ weise durch den Druck eines Druckfluids oder durch eine Fe­ der (nicht gezeigt). Es soll darauf hingewiesen werden, daß eine O-Ringdichtung 76 mit Vorteil zwischen dem Gehäuse 16 und der Halterung 18 eingeführt werden kann, um hier eine Abdichtung herbeizuführen.

Bei einem praktischen Beispiel beträgt der Durchmesser des Magnetventils 32 mm, die gesamte Bauhöhe von der Oberfläche der Halterung 18 bis zur Stirnfläche des Magnetventils be­ trägt 37 mm, die Längsachse des Stößels 68 ist mit einem Radius von etwa 7 mm von der Längsachse 52 der Führung ent­ führt. Der Bund bzw. das Teller kann entfallen, wenn der gewünschte Abstand des Stößels von der Längsachse 52 mit einem größeren Durchmesser des Ankers möglich wird.

Die Kraft bei abgefallenem Anker am Stößel beträgt beispiels­ weise mindestens 5 Newton, welche durch die Kraft der Feder erzeugt wird. Die Leistungsaufnahme der Magnetspule beim Gleichstrombetrieb soll kleiner als 5 Watt (bei einer Stan­ dardausführung und 2,5 Watt bei einer Sonderausführung) be­ tragen. Beim Wechselstrombetrieb steigt die Leistungsaufnah­ me bei der Standardausführung auf etwa 7 Watt. Der Hub des Stößels beträgt 0,6 mm. Das Magnetventil ist in der Fig. 1 in etwa im Maßstab 2 : 1 dargestellt. Durch die kleine Lei­ stungsaufnahme wird sichergestellt, daß die Oberfläche der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung nicht heiß wird, so daß die diesbezüglichen Vorschriften, insbesondere für geschützte Bereiche, eingehalten werden können.

Bei der Ausführungsführung der Fig. 1 ist das Gewinde 40 der Führung 30 in dem entsprechenden Gewinde 42 der Halterung gesichert, beispielsweise mittels eines Klebemittels wie Locktite (eingetragenes Warenzeichen). Das Magnetventil wird dadurch befestigt, daß das Gehäuse mit der den Eisenrück­ schluß bildenden Einrichtung, den Platten 44, 46, 48 sowie des feststehenden Magnetankers 24 auf das Gewinde 34 im oberen Ende des Führungsstiftes aufgeschraubt wird. Zuvor wird der bewegliche Magnetanker 28, die Feder 60 und gegebe­ nenfalls der Stößel 68 eingesetzt.

Das Bezugszeichen 77 identifiziert einen gegebenenfalls vor­ gesehenen Kupferring, der dann zum Einsatz gelangt, wenn die Betätigungseinrichtung für Wechselstrombetrieb ausgelegt ist.

Die Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform mit einem mittig angeordneten Stößel 68 mit drei Schenkeln 68′, 68′′, 68′′′ vorgesehen ist, die in jeweiligen Durchgangsbohrungen in gleichmäßigen Winkelabständen von 120° um die Längsachse 52 des Führungsstiftes 30 herum angeordnet sind. Hierdurch wird vermieden, daß die Betätigung des Stößels 68 ein Kippmo­ ment auf den beweglichen Magnetankers ausübt.

Die Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführung, bei der der Führungsstift 30′ an seinem unteren Ende einen Zylinderbund 80 aufweist. Bei dieser Ausführung wird das Gewinde 34 des Führungsstiftes 30 in das Gewinde 36 des feststehenden Ma­ gnetankers permanent befestigt und das gesamte Magnetventil (mit oder ohne Stößel 68) läßt sich durch die Schraubbewe­ gung von der Halterung 18 als Einheit entfernen, d. h. da­ durch, daß das Gewinde 40 aus dem Gewinde 42 ausgeschraubt wird. Die Montage erfolgt durch eine Schraubbewegung in um­ gekehrter Richtung, d. h. so, daß das Gewinde 40 in das Ge­ winde 42 eingeschraubt wird. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen besteht der Führungsstift 30′ aus einem nichtmagnetischen Werkstoff.

Bei der Ausführung der Fig. 4 ist der Führungsstift 30′′ le­ diglich mit einem zylindrischen Mantel in Form einer Zylin­ derbuchse 66′ aus nichtmagnetischem Material versehen. Die gleiche Wirkung könnte durch eine galvanische Beschichtung erreicht werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführung, bei der der aus magneti­ schem Stoff bestehende bewegliche Magnetanker mit einer Zylinderbuchse 67 aus nichtmagnetischem Material versehen wird.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß der Führungsstift auch nur an einem Ende im feststehenden Ankergegenstück befe­ stigt werden könnte (Fig. 7), d. h. so daß keine Verbindung zur Halterung erforderlich ist. Der Führungsstift könnte aber auch genauso nur an einem Ende in der Halterung befe­ stigt sein, d. h. keine Verbindung zu dem feststehenden An­ kergegenstück aufweisen.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante bei der der beweg­ liche Magnetanker mit nichtmagnetischen Führungszapfen 90, 92 an beiden Enden versehen ist, die in Bohrungen 94, 96 der Halterung bzw. des feststehenden Magnetankers verschiebbar geführt sind. In diesem Beispiel sind die Zapfen 90, 92 durch einen in den Magnetanker eingepreßten, nichtmagneti­ schen Stift 88 gebildet. Gegebenenfalls würde auch nur eine der Führungszapfen ausreichen, um die Führung des Magnetan­ kers 8 sicherzustellen, d. h. ein Führungszapfen könnte wegge­ lassen werden.

Die Fig. 7 zeigt die bereits angesprochene Ausführung, bei der der Führungsstift 30 nur mit seinem einen Ende 32 mit­ tels des Gewindes 34 in ein im Ankergegenstück 24 vorgesehe­ nes Gewinde 36 eingeschraubt ist. Bei dieser Ausführung ist der Führungsstift 30 jedoch nicht in eine Halterung 18 ein­ geschraubt. Statt dessen erfolgt die Befestigung an der Hal­ terung 18 über zwei Schraubbolzen 100, welche durch diame­ tral entgegengesetzte Ecken der in Draufsicht quadratisch er­ scheinenden elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ange­ ordnet sind. Aufgrund der Darstellung der Fig. 7 ist ledig­ lich der Kopf eines dieser Schraubbolzen 10 zu sehen. Die Schraubbolzen erstrecken sich jedoch in den Eckbereichen pa­ rallel zur mittleren Längsachse 52 bis in die Halterung 18 hinein. Es können auch vier solche Schrauben vorgesehen wer­ den. Alternativ hierzu (nicht gezeigt) kann der Ringvor­ sprung 50 mit einem Gewinde versehen werden, das mit einem entsprechenden Gewinde der Halterung 18 zusammenarbeitet, d. h. es kann eine Schraubbefestigung des Gehäuses 16 an der Halterung 18 erfolgen. Bei der Ausführung der Fig. 7 wird eine obere Platte 102 vorgesehen und das Ankergegenstück 24 ist über einen Zapfen 104 mit Außengewinde 106 in einer Ge­ windebohrung 108 der oberen Platte 102 befestigt. Die Platte 102 dient auch zur Lastverteilung in dem Sinne, daß die Spannkraft der Schraubbolzen 100 über diese Platte 102 gleichmäßig über der elektromagnetischen Betätigungseinrich­ tung verteilt wird.

Die Fig. 8 zeigt eine Ausführung als Proportionalmagnet. Dies bedeutet, daß die axiale Lage des Ankers proportional zum Erregungsstrom sein sollte, so daß der Magnet nicht nur zwei Schaltstellungen aufweist, sondern eine Vielzahl von dazwischenliegenden möglichen Stellungen. Um die Linearität des Proportionalverhaltens zu verbessern, ist es wichtig, bei einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung dieser Art die Reibung herabzusetzen und ein möglichst lineares Verhältnis zwischen der Anziehkraft und dem Erregungsstrom sicherzustellen. Dies kann durch besondere Formgestaltung der miteinander zusammenarbeitenden Stirnflächen des Magnet­ ankers 28 sowie des Ankergegenstückes 24 erreicht werden. Besonders bevorzugt ist die konusförmige Ausführung gemäß Fig. 8.

Die Möglichkeit, die Kraft-Weg-Kennlinien von der elektroma­ gnetischen Betätigungseinrichtung durch die besondere Gestal­ tung der zusammenarbeitenden Stirnflächen vom Magnetanker bzw. Ankergegenstück sind in dem Buch "Gerätetechnische An­ triebe", herausgegeben von Eberhard Kallenbach; Gerhard Bögelsack ISBN 344615872-3 enthalten.

Die Konstruktion nach vorliegender Erfindung ist u. a. auch besonders wichtig im Zusammenhang mit der Verminderung von Reibung. Durch die Verwendung eines zylindrischen Führungs­ stifte 30, der beispielsweise mit einer qualitätsmäßig hoch­ wertigen Oberfläche durch spitzenloses Schleifen versehen werden kann, gelingt es, die Reibung bestens in Griff zu bekommen. Wie bei der Ausführung der Fig. 8 gezeigt, können PTFE-beschichtete Gleitbuchsen 110 und 112 in den bewegli­ chen Magnetanker 28 eingesetzt werden, wobei die PTFE-Gleit­ schichten, die dann auf die hochwertige Oberfläche des Füh­ rungsstiftes 30 gleiten, für extrem niedrige Reibungswerte sorgen.

Schließlich zeigt die Fig. 9 eine besonders wichtige bevor­ zugte Ausführung des Erfindungsgedankens, hier in Form eines Stoßmagnets.

Die Teile dieser Ausführung sind in verschiedenen Hinsichten denen der Fig. 1 sehr ähnlich, so daß, wie auch bei den ande­ ren Figuren, gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung von glei­ chen Teilen bzw. von die gleiche Funktion aufweisenden Tei­ len verwendet werden.

Bei der Ausführung der Fig. 9 ist der bewegliche Magnetanker 28 oben statt unten angeordnet. Das Ankergegenstück 24 ist an seinem unteren Ende mit einem Zapfen 104 mit Gewinde 106 versehen, welches in eine Gewindebohrung 114 der Halterung 18 eingeschraubt ist. Der Magnetanker 24 weist eine mit der mittleren Längsachse 52 der elektromagnetischen Betätigungs­ einrichtung konzentrischen Längsbohrung 116 auf, in welche der Stößel 68 ebenfalls konzentrisch angeordnet ist. Der be­ wegliche Magnetanker 28 ist verschiebbar auf einer Führung 30 geführt, die an ihrem einen Ende ein Zapfen 32 mit Gewin­ de 34 aufweist, das in einer Gewindebohrung 108 einer oberen Platte 102 aus nichtmagnetischem Werkstoff eingeschraubt ist. Der bewegliche Magnetanker 28 weist außerdem einen Ring­ flansch bzw. Bund 64 auf der in einer ringförmigen Kammer 118 des Gehäuses bzw. der Ummantelung 16 angeordnet ist. Diese Kammer 118 ist an ihrer oberen Seite durch die Unter­ seite der Platte 102 und an ihrer unteren Seite durch die Stirnseite der oberen Platte 44 der Eisenrückschlußeinrich­ tung 44, 46, 48 begrenzt. Die axiale Länge der Kammer 118 übersteigt die axiale Länge des Bundes 64 um geringfügig mehr als der Betrag 72 des Hubes des Stoßmagneten. Der Ma­ gnetanker ist in dieser Ausführung etwa topfförmig ausgebil­ det und betätigt mit seinem in Fig. 8 unteren Ende den Stößel 68, welcher mit der Führung 30 koaxial angeordnet ist. Das heißt, die Führung 30 ist ebenfalls konzentrisch zur mittleren Längsachse 52 der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung. Man merkt, daß die Führung 30 in diesem Beispiel nur an dem einen Ende befestigt ist.

Die Vorspannfeder 60 ist bei dieser Ausführung in einer Ring­ kammer 120 angeordnet, welche zwischen der Wand der Bohrung 20 und dem beweglichen Magnetanker 28 bzw. dem feststehenden Ankergegenstück 24 gebildet ist. Im nichterregten Zustand wird der bewegliche Magnetanker 28 durch den Druck der Vor­ spannfeder 60 nach oben gedrückt. Bei Erregung des Elektro­ magneten wird der Magnetanker nach unten gezogen, so daß die untere Seite des Ringflansches 64 mit der oberen Seite der Platte 44 in Berührung kommt. Bei dieser Bewegung wird der Stößel 48 ebenfalls um den Hub 72 nach unten gedrückt. Die Anordnung nach Fig. 9 wird, wie bei der Fig. 8, mittels in den Ecken angeordneten Schraubbolzen zusammengehalten und an der Halterung 18 befestigt. Eine Ringdichtung 122 kann, falls erwünscht, zwischen der oberen Platte 102 und dem Gehäuse 16 angeordnet werden und es kann auch eine weitere Ringdichtung (nicht gezeigt), falls erwünscht, zwischen dem Gehäuse 16 und der Halterung 18 eingesetzt werden.

Besonders vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, daß die obere Platte 102 nicht magnetisch ist. Weiterhin läßt sich ein Handbetätigungsstift 124 in der oberen Platte 102 lagern. Der Handbetätigungsstift 124 weist einen Druckknopf 126 auf, mittels welchem der Handbetätigungsstift nach unten gedrückt werden kann, um den beweglichen Magnetanker auch ohne Strom nach unten gegen die Oberseite der Platte 44 zu drücken, wo­ durch auch der Stößel 68 nach unten gedrückt wird. Der Bund oder Sicherungsring 128 verhindert, daß der Handbetätigungs­ stift verlorengeht.

Der Handbetätigungsstift 124 kann aber auch als Stellungsan­ zeige dienen, denn er folgt der Bewegung des Magnetankers.

Es kann sowohl ein Handbetätigungsstift als auch eine Stel­ lungsanzeige vorgesehen werden. Der Stift der Stellungsan­ zeige wird vorzugsweise an dem beweglichen Magnetanker 64 befestigt, damit er zuverlässig den Bewegungen des Magnet­ ankers folgt. Dies kann auch mit dem Handbetätigungsstift von Vorteil sein.

Schließlich ist ersichtlich, daß man die Bewegung des Stif­ tes 124 auch zur Auslösung eines elektrischen Schalters ver­ wenden könnte, wobei der elektrische Schalter dann die Stel­ lungsanzeigefunktion übernimmt.

Claims (25)

1. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung, insbesondere für Magnetventile mit einer auf einer Halterung (18) mon­ tierbaren, eine axiale Bohrung (20) aufweisende Magnet­ spule (12, 14), mit einem innerhalb der Magnetspule hin- und herbewegbarem Magnetanker (28), mit einem an einem axialen Ende der Bohrung angeordneten Anschlag bzw. feststehenden Ankergegenstück (24) und mit einer sich um die Magnetspule herum angeordneten einen Eisenrückschluß bildenden Einrichtung (44, 46, 48), sowie gegebenenfalls mit einer den beweglichen Magnetanker in einer Richtung vorspannenden Feder (60), dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetanker (28) auf einer vorzugswei­ se koaxial zur Bohrung (20) angeordneten, sich innerhalb des Magnetankers (28) erstreckenden Führung (30) ver­ schiebbar gelagert ist, und daß die den Eisenrückschluß bildende Einrichtung (44, 46, 48) von dem beweglichen Magnetanker (28) durch einen Luftspalt (56) ohne einen zusätzlichen, aus unmagnetischen Werkstoffen, z. B. in Rohrform, gebildeten Luftspalt getrennt ist.

2. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Bohrung koaxialen Führung (30) von der Halterung (18) getragen wird.

3. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (12, 14) und die den Eisenrückschluß bildende Einrichtung (44, 46, 48) in einem Gehäuse (16) bzw. Ummantelung untergebracht oder an einer Montage­ platte angebracht sind und das Gehäuse (16) bzw. die Montageplatte zentriert durch eine Zentriereinrichtung (50, 54) an der Halterung (18) derart befestigt ist, daß die koaxiale Anordnung der Führung (30) relativ zur Bohrung (20) sichergestellt ist.

4. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Bohrung koaxiale Führung (30) von einer oberen Platte (102) getragen ist.

5. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (30) an ihrem der Halterung abgewandten Ende im feststehenden Ankergegenstück (24) geführt ist.

6. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder (60) innerhalb der Magnetspule (12, 14) angeordnet ist.

7. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder (60) um die Führung (30) herum und konzentrisch zu dieser innerhalb einer ringförmigen Kam­ mer (62) des beweglichen Ankers (28) angeordnet ist.

8. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder (60) innerhalb einer zwischen der Wand der Bohrung (20) und dem beweglichen Magnetanker und/oder in einer zwischen der Wand der Bohrung (60) und dem feststehenden Ankergegenstück gebildeten Ringkammer angeordnet ist.

9. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (30) aus nichtmagnetischen Werkstoff besteht.

10. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (30) einen nichtmagnetischen Außenmantel (66) aufweist, welcher die Lagerung für den beweglichen Magnetanker bildet.

11. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der bewegliche Magnetanker (28) in seiner auf die Führung verschiebbare Bohrung eine nichtmagnetische Innenverkleidung (67) aufweist.

12. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Proportionalmagnet ausgebildet ist, insbeson­ dere aufgrund der durch die genannte Führung gerichtete verminderte Reibung und ggf. auch durch besondere Formge­ bung der miteinander in Berührung kommenden Stirnflächen des beweglichen Magnetankers und des Ankergegenstücks.

13. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (18) eine Durchgangsöffnung (70) für einen vom beweglichen Magnetanker betätigbaren Stößel (68) aufweist.

14. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel durch eine Kugel gebildet ist.

15. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetanker (28) einen Bund (64) mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durch­ messer der Bohrung (20) bzw. des Teils des Magnetankers (28), das innerhalb der Bohrung (20) angeordnet ist, und daß der Bund (64) einen sich durch die Halterung er­ streckenden Stößel (68) betätigt.

16. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (64) innerhalb eines zwischen der Halterung (18) und dem Gehäuse (16) ausgebildeten Ringraumes (66) angeordnet ist.

17. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) bzw. Ummantelung unter Zwischen­ schaltung einer Dichtung, vorzugsweise einer Ringdich­ tung an der Halterung (18) befestigt ist.

18. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerspalt (58) zwischen dem beweglichen Anker (28) und der Führung (30), d. h. dessen radiale Abmessung kleiner ist, als der sich in der Bohrung (20) zwischen dem Spulenhalter (12) und dem beweglichen Anker (28) be­ findlichen Luftspaltes (56).

19. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Führungsstift (30) mit einem in einer Ringkammer (81) des beweglichen Magnetankers (28) bzw. der Halte­ rung verschiebbar angeordneten Bund (80) versehen ist.

20. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung, insbesondere für Magnetventile mit einer auf einer Halterung (18) mon­ tierbaren, eine axiale Bohrung (20) aufweisende Magnet­ spule (12, 14), mit einem innerhalb der Magnetspule hin- und herbewegbarem Magnetanker (28), mit einem an einem axialen Ende der Bohrung angeordneten Anschlag bzw. feststehenden Ankergegenstück (24) und mit einer sich um die Magnetspule herum angeordneten einen Eisenrückschluß bildenden Einrichtung (44, 46, 48), sowie gegebenenfalls mit einer den beweglichen Magnetanker in einer Richtung vorspannenden Feder (60), dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetanker an wenigstens einem sei­ ner Enden vorzugsweise koaxial zur Bohrung (20) einen Führungszapfen (90, 92) aufweist, der in einer Paßboh­ rung (94) des feststehenden Magnetankers und/oder der Halterung (96) verschiebbar geführt ist und daß die den Eisenrückschluß bildende Einrichtung (44, 46, 48) von dem beweglichen Magnetanker (28) durch einen Luftspalt (56) ohne einen zusätzlichen, aus unmagnetischen Werk­ stoffen, z. B. in Rohrform, gebildeten Luftspalt getrennt ist.

21. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Stoßmagnet ausgebildet ist.

22. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine obere Platte aus nichtmagnetischem Werk­ stoff aufweist, welche die Führung an ihrem einen Ende trägt und daß sich ein Handbetätigungsstift und/oder ein Stellungsanzeigestift durch die obere Platte erstreckt und auf den beweglichen Magnetanker einwirkt bzw. von ihm getätigt wird.

23. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel durch einen im Ankergegenstück verschieb­ bar, vorzugsweise koaxial zur Bohrung angeordneten Stift gebildet ist.

24. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetanker einen Ringflansch auf­ weist, der innerhalb einer zwischen der Platte und der Eisenrückschlußeinrichtung bzw. innerhalb des Gehäuses gebildeten Kammer mit dem Magnetanker hin- und herbeweg­ bar ist, wobei der vorzugsweise vorgesehene Handbetäti­ gungsstift bzw. Anzeigestift vorzugsweise auf dem Ring­ flansch einwirkt.

25. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische bzw. elektronische Stellungsanzeige für die Stellung des Magnetankers vorgesehen ist.