-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Stellglied, insbesondere
für das
Verschlußstück eines
Ventils, mit einer Magnetspuleneinheit, die einen am einen Ende
geschlossenen und am anderen Ende offenen zylindrischen Hohlraum aufweist,
in dem ein axial eingeführtes
Führungsrohr für einen
magnetisch bewegbaren Anker mittels einer unter Federkraft in eine
erste Vertiefung einrastbaren Sicherungsvorrichtung arretierbar
ist.
-
Ein
Stellglied dieser Art ist aus der US-Patentschrift 4 683 453 bekannt.
Bei diesem Stellglied ist die Sicherungsvorrichtung eine gabelförmige Blechfeder
mit zwei Schenkeln, die an ihren freien Enden Widerhaken aufweisen.
Nach Einführung
des Führungsrohrs
in den Hohlraum muß die
Sicherungsvorrichtung von außen
durch einen sich radial durch die Wand der Magnetspuleneinheit erstreckenden Schlitz
bis in eine die erste Vertiefung bildende Ringnut am Umfang eines
Bundes des Führungsrohrs eingeführt und
zum Herausziehen des Führungsrohrs
aus dem Hohlraum teilweise radial aus dem Schlitz herausgezogen
werden. Die Sicherungsvorrichtung steht sowohl in seiner eingeführten, als
auch seiner herausgezogenen Lage über den Umfang der Magnetspuleneinheit
mittels eines abgewinkelten Handgriffs sperrig vor, so daß es zu
Verletzungen des Benutzers bei der Handhabung des Stellglieds führen kann.
Das Einführen
und Herausziehen des Führungsrohrs
erfordert ferner jedesmal die Handhabung der Sicherungsvorrichtung.
-
Bei ähnlichen
bekannten Stellgliedern (
US 4 055
823 =
DT 25
22 677 B2 ,
US 5 581
222 ,
US 4 805 870 ,
US 3 917 218 ,
US 3 727 160 , WO 96/12906) liegt die
Sicherungsvorrichtung ebenfalls teilweise oder vollständig außerhalb
der Magnetspuleneinheit, wobei sie bei einigen dieser Stellglieder
völlig
entfernt werden kann, sei es absichtlich oder unabsichtlich. Ferner
ragt das Führungsrohr
bei einigen dieser bekannten Stellglieder mit beiden Enden aus der
Magnetspuleneinheit heraus, so daß der Hohlraum leichter verschmutzen
kann.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellglied der eingangs
genannten Art anzugeben, bei dem die Verbindung zwischen der Magnetspuleneinheit
und dem Führungsrohr
einfacher und gefahrloser sowohl herstellbar als auch im Bedarfsfall
lösbar
ist, das sich aber dennoch einfacher herstellen läßt.
-
Erfindungsgemäß ist diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß die
Sicherungsvorrichtung vollständig
innerhalb der Magnetspuleneinheit liegt und selbsttätig in die
erste Vertiefung einrastet, wenn das Führungsrohr in eine Sollposition
im Hohlraum der Magnetspuleneinheit bewegt wird.
-
Insbesondere
kann die Sicherungsvorrichtung in einer in der Innenseite der Wand
des Hohlraums ausgebildeten zweiten Vertiefung gelagert und durch
eine Relativbewe gung von Führungsrohr
und Magnetspuleneinheit seitlich aus dem Hohlraum herausdrückbar sein.
-
Bei
dieser Ausbildung ist das Verbinden und Trennen von Magnetspuleneinheit
und Führungsrohr allein
durch Zusammenstecken bzw. Auseinanderziehen dieser beiden Teile
möglich,
ohne daß die
Sicherungsvorrichtung zusätzlich
gehandhabt werden muß.
Ferner ist das Zusammenstecken auf einfache Weise automatisierbar.
Da die Sicherungsvorrichtung in jeder Lage innerhalb der Magnetspuleneinheit liegt,
ist auch die Gefahr einer Verletzung eines Benutzers des Stellglieds
durch die Sicherungsvorrichtung vermieden. Die Sicherungsvorrichtung
kann eine sehr einfache Form ohne Handgriff und Widerhaken aufweisen,
so daß es
leicht mit wenig Material herstellbar ist.
-
Vorzugsweise
ist dafür
gesorgt, daß die
erste Vertiefung in einem Magnetkern ausgebildet und der Magnetkern
mit einem in den Hohlraum eingeführten Endabschnitt
des Führungsrohrs
verbunden ist. Der Magnetkern erhöht die Stärke des magnetischen Flusses
innerhalb des Hohlraums und damit die relative Anziehungskraft von
Magnetspuleneinheit und Anker, d.h. die Stellkraft des Stellglieds,
bei gleicher Amperewindungszahl der Magnetspule. Die erste Vertiefung
kann auf einfache Weise mit weitgehend schrägen Seitenflächen ausgebildet
werden, die zum einen das Einführen
des Führungsrohrs
durch die beim Einrasten der Sicherungsvorrichtung über die eine
schräge
Seitenfläche
ausgeübte
Axialkraftkomponente und zum anderen das seitliche Wegdrücken der
Sicherungsvorrichtung aus dem Hohlraum in die zweite Vertiefung über die
andere schräge
Seitenfläche
erleichtern. Die Siche rungsvorrichtung übernimmt hierbei ferner gleichzeitig
die Sicherung der Einbaulage des Magnetkerns. Zusätzliche
Lagesicherungsmittel für
den Magnetkern entfallen mithin. Er wird gleichzeitig mit dem Führungsrohr
montiert.
-
Eine
Weiterbildung kann darin bestehen, daß die zweite Vertiefung in
der den Hohlraum begrenzenden Innenseite und zugleich in einer Stirnseite
eines von der Magnetspule umgebenen Wickelkörpers ausgebildet und von einem
an dieser Stirnseite anliegenden Magnetjoch abgedeckt ist. Diese
Weiterbildung ermöglicht
auf einfache Weise die Ausbildung der zweiten Vertiefung, da die
Stirnseite des Wickelkörpers
zunächst
leicht zugänglich
ist. Danach kann die Vertiefung durch die angrenzende Seitenfläche des
sie abdeckenden Magnetjochs begrenzt und dadurch vervollständigt werden,
wobei das Magnetjoch ebenfalls die Stärke des magnetischen Flusses
und damit die relative Anziehungskraft von Magnetspuleneinheit und
Anker bei gleicher Amperewindungszahl der Magnetspule steigert.
-
Der
Magnetkern kann in eine Öffnung
des Magnetjochs einführbar
sein. Dadurch wird ein größerer Luftspalt
zwischen Magnetkern und Magnetjoch vermieden.
-
Vorzugsweise
ist die erste Vertiefung eine Ringnut. Die Ringnut erleichtert das
Verbinden von Magnetspuleneinheit und Führungsrohr, da bei der Einführung des
Führungsrohrs
in den Hohlraum nicht auf die Einhaltung einer vorbestimmten Drehwinkellage
des Führungsrohrs
relativ zur Sicherungsvorrichtung geachtet zu werden braucht.
-
Die
Sicherungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Federdraht, der mit einem
Abschnitt seiner Länge in
der ersten Vertiefung einrastbar ist. Ein solcher Federdraht ist
ein sehr einfaches und leicht herstellbares Bauelement. Der Federdraht
braucht zur Montage nur mit seinen Enden in die Enden der Vertiefung eingelegt
zu werden. Sein mittlerer Abschnitt ist dann über den größten Teil der Länge der
zweiten Vertiefung elastisch biegsam.
-
Im
einzelnen kann dies dadurch erreicht werden, daß die zweite Vertiefung sich
an einer das Führungsrohr
parallel zu seiner Längsachse
schneidenden Ebene und quer zur Längsrichtung des Führungsrohrs
erstreckt, über
den größten Teil
ihrer Länge
senkrecht zu der Ebene tiefer als der Federdraht dick ist und an
ihren Enden senkrecht zu der Ebene eine dem Durchmesser des Federdrahts
entsprechende Tiefe hat.
-
Alternativ
kann die Sicherungsvorrichtung eine federbelastete Kugel oder eine
Klammer mit zwei elastisch biegsamen Armen sein.
-
Die
Magnetspule, der Wickelkörper
und das Magnetjoch sind vorzugsweise in Kunststoff eingebettet.
Dadurch werden diese Bauteile relativ zueinander fixiert. Gleichzeitig
wird der Hohlraum an seinem einen Ende abgedichtet.
-
Die
Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der
beiliegenden Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 einen
Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Stellglieds für
ein Ventil,
-
2 den
Schnitt II-II der 1,
-
3 einen
vergrößerten Ausschnitt
der 1 vor dem Einführen
des Führungsrohrs
in den Hohlraum der Magnetspuleneinheit,
-
4 den
gleichen Ausschnitt wie 3a, jedoch
nach dem Einführen
des Führungsrohrs
in den Hohlraum,
-
5 einen
Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Stellglieds für
ein Ventil,
-
6 den
Schnitt VI-VI der 5,
-
7 einen
Axialschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Stellglieds für
ein Ventil und
-
8 den
Schnitt VIII-VIII der 7
-
Das
elektromagnetische Stellglied nach den 1 bis 4 enthält eine
Magnetspuleneinheit 1 und ein zylindrisches Führungsrohr 2 aus
magnetisch nicht leitendem Material, z.B. aus austenitischem Stahl.
In dem Führungsrohr
ist ein mit dem Verschlußstück eines
nicht dargestellten Ventils verbundener Anker 3 axial verschiebbar geführt. Das
in einem zylindrischen Hohlraum 5 der Magnetspuleneinheit 1 eingeführte Ende
des Führungsrohrs 2 ist durch
einen Magnetkern 4 geschlossen, der in dem Führungsrohr 2 befestigt
ist, z.B. durch Schweißen mittels
eines Lasers, und aus dem Führungsrohr 2 herausragt.
Das aus dem Führungsrohr 2 herausragende
Ende des Magnetkerns 4 hat eine konische Schrägfläche 6.
Ferner ist in dem aus dem Führungsrohr 2 herausragenden
Endabschnitt des Magnetkerns 4 eine diesen umgebende Ringnut 7 mit
etwa halbkreisförmigem
Querschnitt ausgebildet.
-
Die
Magnetspuleneinheit 1 enthält eine Magnetspule 8 auf
einem Wickelkörper 9 mit
einer durchgehenden zylindrischen Öffnung, die den Hohlraum 5 seitlich
begrenzt und das Führungsrohr 2 mit
dem Magnetkern 4 passend, jedoch axial verschiebbar aufnimmt.
Die Magnetspule 8 und der Wickelkörper 9 sind in einem
im Querschnitt weitgehend U-förmigen Magnetjoch 10 aus
magnetisch leitendem Material angeordnet. Das Magnetjoch 10 ist
in jedem seiner beiden Schenkel mit einer durchgehenden Öffnung 11 bzw. 12 versehen.
Durch die Öffnungen 11 und 12 sind
das Führungsrohr 2 und
der Magnetkern 4 hindurchgeführt. Mit dem Magnetjoch 10 ist
eine elektrische Anschlußfahne 13 verbunden.
Entsprechende Anschlußfahnen 14 sind
mit den Enden der Magnetspule 8 verbunden. Die Magnetspule 8,
der Wickelkörper 9 und
das Magnetjoch 10 sind durch Umspritzen in einer Kapsel 15 aus
Kunststoff eingebettet. Die Kapsel 15 schließt den Hohlraum 5 am
einen Ende gegenüber
dem Magnetkern 4 dicht ab, läßt aber am anderen Ende des
Hohlraums 5 eine Öffnung 16 mit einem
etwas größeren Durchmesser
als dem des Führungsrohrs 2 frei,
so daß ein
Ringraum 17 um das Führungsrohr 2 herum
frei bleibt, in dem ein nicht dargestellter elastomerer Dichtring
aus Kunststoff angeordnet wird. Dadurch wird der Hohlraum 5 an
beiden Enden dicht abgeschlossen. Die Gefahr einer Verschmutzung
des Hohlraums 5 zwischen dem Führungsrohr 2 und dem
Magnetkern 4 einerseits und der den Hohlraum 5 begrenzenden
Innenseite des Wickelkörpers 9 und
der Öffnungen 11, 12 andererseits
ist daher weitgehend vermieden.
-
Der
Anker 3 wird beim Anlegen einer Betriebsspannung an die
Magnetspule 8 durch das von dem dann die Magnetspule 8 durchfließenden elektrischen
Strom erzeugte Magnetfeld in dem Führungsrohr 2 vom Magnetkern 4 gegen
die Kraft einer nicht dargestellten Feder angezogen, die beim Abschalten der
Betriebsspannung den Magnetkern 4 wieder in seine Ausgangslage
zurückstellt.
Dabei wird das mit dem Anker 3 verbundene Ventilverschlußstück jeweils
in eine Lage verstellt, in der das Ventil offen oder geschlossen
ist.
-
In
der dem Anker 3 zugekehrten Seite des Magnetkerns 4 ist
in einer Ringnut ein Kurzschlußring 18 befestigt,
in dem bei Verwendung einer Wechselspannung als Betriebsspannung
der Magnetspule 8 ein gegenüber dem Wechselstrom in der
Magnetspule phasenverschobener Kurzschlußstrom induziert wird, dessen
Magnetfeld im Nulldurchgang des Magnetspulenstroms und damit des
von diesem erzeugten Magnetfelds ein Abfallen des Ankers 3 vom
Magnetkern 4 verhindert.
-
Der
in 2 dargestellte Querschnitt II-II und die in den 3 und 4 dargestellten
Axialschnitte lassen deutlicher erkennen, wie die Magnetspuleneinheit 1 und das
Führungsrohr 2 über eine
Sicherungsvorrichtung 19 in Form eines Federdrahts und über den
Magnetkern 4 miteinander verbunden werden, wenn das Führungsrohr 2 mit
dem Magnetkern 4 voran aus der in 3 dargestellten
Lage in die in den 1, 2 und 4 dargestellte
Lage in den Hohlraum 5 eingeführt wird. Um diese Verbindung mittels
einer Sicherungsvorrichtung in Form eines einfachen Federdrahts
zu bewirken, enthält
die eine Endfläche
des Wickelkörpers 9 eine
langgestreckte Vertiefung 20, die sich nach 2 an
einer das Führungsrohr
bzw. den Hohlraum parallel zu seiner Längsachse schneidenden, durch
eine gestrichelte Linie dargestellten Ebene 21 quer zur
Längsrichtung des
Führungsrohrs 2 bzw.
des Hohlraums 5 erstreckt. Die Vertiefung 20 ist über den
größten Teil
ihrer Länge
senkrecht zu der Ebene 21 tiefer als die Sicherungsvorrichtung 19 dick
ist. An ihren Enden 22 hat die Vertiefung 20 senkrecht
zur Ebene 21 eine dem Durchmesser des Federdrahts entsprechende
Tiefe. Diese Enden 22 liegen daher seitlich an der Ebene 21 an,
und der mittlere Abschnitt der Sicherungsvorrichtung 19 überbrückt in der
in den Hohlraum 5 eingeführten Lage des Führungsrohrs 2 und
des Magnetkerns 4 den zusammen mit der Vertiefung 20 und der
den Hohlraum 5 begrenzenden Innenseite des Wickelkörpers 9 gebildeten
Rand (1, 2 und 4). Dabei
ist die Sicherungsvorrichtung 19 in ihrem mittleren Abschnitt
zwar elastisch weiter in die Vertiefung 20 hinein durchgebogen.
Dennoch greift die Sicherungsvorrichtung 19 sowohl in die
Ringnut 7 des Magnetkerns 4 als auch in die Vertiefung 20 ein, so
daß sie
die Lage des Führungsrohrs 2 und
des Magnetkerns 4 im Hohlraum 5 fixiert. Vor dem
Einführen
des Führungsrohrs 2 mit
dem Magnetkern 4 in den Hohlraum 5 in der Lage
nach 3 liegt die Sicherungsvorrichtung 19 geradlinig
etwas weiter im Hohlraum 5 (3). Beim
Einführen
des Magnetkerns 4 mit dem Führungsrohr in den Hohlraum 5 wird
der mittlere Abschnitt der Sicherungsvorrichtung 19 zunächst durch
die Schrägfläche 6 des
Magnetkerns 4 vollständig
aus dem Hohlraum 5 herausgedrückt, um dann in die Ringnut 7 des
Magnetkerns 4 (in die Lage nach den 1, 2 und 4)
einzurasten. Gewünschtenfalls
kann das Führungsrohr 2 zusammen
mit dem Magnetkern 4 wieder aus dem Hohlraum 5 herausgezogen
werden, um das Stellglied vom Ventil zu trennen. Hierbei drückt die
eine, in 4 obere, im wesentlichen schräge Seite
der Ringnut 7 den mittleren Abschnitt der Sicherungsvorrichtung 19 etwas
weiter in die Vertiefung 20 hinein, so daß die Sicherungsvorrichtung 19 aus
der Ringnut 7 ausrastet und das Führungsrohr 2 mit dem
Magnetkern 4 leicht aus der Magnetspuleneinheit 1 herausgezogen
werden kann.
-
Sowohl
beim Einführen
von Führungsrohr 2 und
Magnetkern 4 in den Hohlraum 5, um das Stellglied
mit dem Ventil zu verbinden, als auch beim Herausziehen von Führungsrohr 2 und
Magnetkern 4 aus dem Hohlraum 5, um das Stellglied
vom Ventil zu trennen, ist lediglich eine axiale Relativbewegung von
Führungsrohr 2 und
Magnetspuleneinheit 1 erforderlich, die auf einfache Weise
automatisch oder von Hand durchführbar
ist, ohne daß weitere
Bewegungen oder Handhabungen erforderlich sind.
-
Der
die Sicherungsvorrichtung 19 bildende Federdraht und auch
die Vertiefung 20 sind einfach herstellbar, wobei die mit
der Stirnfläche
des Wickelkörpers 9 fluchtende Öffnung der
Vertiefung 20 durch das Magnetjoch 10 abgedeckt
wird. Dadurch, daß der
Magnetkern 4 in der Einbaulage in die Öffnung 11 des einen
Schenkels des Magnetjochs 10 ragt, wird er nicht nur zusätzlich durch
diese Öffnung 11 an
seiner Seite geführt,
sondern bietet er auch hinreichend Material für eine massive und feste Begrenzung
der Ringnut 7 zum (oberen) freien Ende des Magnetkerns 4 hin
im Vergleich zu dem Fall, daß die Öffnung 11 weggelassen
und das freie Ende des Magnetkerns 4 am Schenkel des Magnetjochs 10 anliegen würde. Darüber hinaus
drückt
die Federkraft der Sicherungsvorrichtung 9 den Magnetkern 4 gegen
den Rand der Öffnung 11,
so daß zum
einen ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem aus Sicherheitsgründen über den
Anschluß 11 auf
Masse bzw. Erdpotential gelegten Magnetjoch 10 und dem
Ventilkörper über den
Magnetkern 4 und das Führungsrohr 2 und
zum anderen ein guter magnetischer Kontakt zwischen Magnetjoch 10 und
Magnetkern 4 besteht, der den magnetischen Widerstand an
der Kontaktstelle verringert und damit den magnetischen Fluß im Kern
und demzufolge die Anziehungskraft zwischen Magnetkern 4 und
Anker 3 bei gleicher Amperewindungszahl der Magnetspule 8 steigert.
-
Die
durch die Ringnut 7 und die Sicherungsvorrichtung 19 in
Verbindung mit ihren einander weitgehend angepaßten Querschnittsrundungen
bewirkte Rast- oder Schnappverbindung führt ferner zu einer selbsttätigen Positionierung
des Führungsrohrs 2 und
Magnetkerns 4 in einer definierten Lage im Hohlraum 5 unter
Ausgleich eines axialen Spiels mit Übermaß zwischen dem freien Ende
des Magnetkerns 4 und der Innenseite der Kapsel 15,
in dem Sinne, daß das
Spiel größer als
unbedingt erforderlich gewählt werden
kann, aber dennoch ein sicheres Einrasten der Sicherungsvorrichtung 19 in
der Ringnut 7 ge währleistet
ist, bevor die Ringnut 7 beim Einführen des Magnetkerns 4 in
den Hohlraum 5 zu weit über die
Lage der Vertiefung 20 hinausbewegt würde. Würde das Spiel an die untere
Grenze gelegt, wäre bei
einem unbeabsichtigten Untermaß aufgrund
von Herstellungstoleranzen ein sicheres (vollständiges) Einrasten und damit
eine sichere Verbindung nicht gewährleistet. Bei einem Übermaß des Spiels,
das den Radius des Federdrahts und der Ringnut 7 nicht überschreitet,
könnte
dennoch der Federdraht in die Ringnut 7 einrasten, auch
wenn der Magnetkern 4 zunächst bis zum Anschlagen an
der Kapsel 15 eingeführt
würde,
da der dann zunächst
exzentrisch in die Ringnut 7 eingreifende Federdraht den
Magnetkern 4 wieder in die richtige Lage zurückziehen
würde.
Das Einrasten oder Einschnappen ist zudem fühlbar und hörbar, was als Anzeichen für ein richtiges Einkuppeln,
gegebenenfalls durch eine selbsttätige Messung, gewertet werden
kann.
-
Die
zum Verbinden und Trennen von Magnetspuleneinheit 1 und
Führungsrohr
erforderliche Kraft kann durch entsprechende Wahl des Durchmessers
des Federdrahts und der Tiefe der Vertiefung 7 so bestimmt
werden, daß sich
Stellglieder mit unterschiedlich fest sitzenden Magnetspuleneinheiten
ausbilden lassen.
-
Das
Ausführungsbeispiel
nach den 5 und 6 unterscheidet
sich von dem vorhergehenden im wesentlichen nur dadurch, daß die Sicherungsvorrichtung 19 nicht
als Federdraht, sondern als etwa U-förmige Klammer ausgebildet und
die Vertiefung 20a dieser U-Form weitgehend angepaßt ist. Die
die Sicherungsvorrichtung 19 bildende Klammer hat federnde
Arme, die beim Einführen
des Füh rungsrohrs 10 mit
dem Kern 4 durch die Schrägfläche 6 radial aus dem
Hohlraum 5 herausgedrückt
werden und dann in die Ringnut 7 einrasten. Zusätzlich haben
die Federarme in ihrem dem Magnetkern 4 zugekehrten Rand
einen teilkreisförmigen
Ausschnitt, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der Ringnut 7 entspricht.
Die Sicherungsvorrichtung 19 überbrückt daher ebenfalls mit ihren
Federarmen in der eingerasteten Lage nach den 5 und 6 des
Magnetkerns 5 den Spalt zwischen der Innenseite des Hohlraums 5 und
der Außenseite
des Magnetkerns 4. Ferner kann der Magnetkern 4 ebenfalls
wieder verhältnismäßig leicht,
unter Aufspreizung der Federarme der Sicherungsvorrichtung 19,
durch die in 5 obere leicht schräge Seitenwand
der Ringnut 7, aus dem Hohlraum 5 herausgezogen
werden, um das Stellglied vom Ventil zu trennen.
-
Das
Ausführungsbeispiel
nach den 7 und 8 unterscheidet
sich von dem nach den 1 bis 4 ebenfalls
im wesentlichen nur durch die Form der Sicherungsvorrichtung 19,
die in diesem Falle eine Kugel aufweist, die durch eine in der als
radiale Nut ausgebildeten Vertiefung 20b angeordnete Feder 22,
hier eine Schraubenfeder, in Richtung auf die Ringnut 7 belastet
ist und in die Ringnut 7 einrastet, wenn das Führungsrohr 2 mit
dem Kern 4 in den Hohlraum 5 eingeführt wird.
Umgekehrt können
das Führungsrohr 2 und
der Magnetkern 4 gewünschtenfalls
wieder leicht aus dem Hohlraum 5 herausgezogen werden,
um das Stellglied vom Ventil zu trennen.