DE8310399U1

DE8310399U1 - Betaetigungsvorrichtung fuer ein elektromagnetventil

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Publication number: DE8310399U1
Application number: DE8310399U
Authority: DE
Original assignee: A U K Mueller & Co Kg 4000 Duesseldorf De GmbH
Current assignee: A U K Mueller & Co Kg 4000 Duesseldorf De GmbH
Priority date: 1983-04-09
Filing date: 1983-04-09
Publication date: 1983-10-06

Description

Firma A. und K. Müller GmbH & Co. KG, Bücher straße 31-37, 4000 Düsseldorf 13

Betätigungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil.

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Gegenstand der Neuerung ist eine Betätigungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil mit einer Magnetspule, in der ein Führungsrohr aus nichtmagnetisierbarem Material angeordnet ist, in welchem ein Magnetanker gleitend geführt ist, wobei in einem Endabschnitt des Führungsrohres ein Kopfstück aus magnetisch leitendem Material fest angeordnet ist und um die Außenseite der Magnetspule ein Magnetjoch herumgeführt ist, dessen Enden einerseits am Kopfstück und andererseits am anderen Endabschnitt des Führungsrohres anliegen.

Derartige Betätigungsvorrichtungen sind bekannt und werden vor allem zur Betätigung von Ventilen mit Mediumstrennung eingesetzt. Bei der in einem solchen

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Fall notwendigen Führung des Magnetankers in einem

geschlossenen Führungsrohr treten sowohl bei Gleichstrom- als auch bei Wechselstromsystemen Kräfte auf, die den Magnetanker seitlich ablenken. Diese seitliche Ablenkung resultiert aus der Tatsache, daß der Magnetan ker, den magnetischen Kräften folgend, den radialen Luftspalt zu überwinden sucht. Je nach Ausbildung des Joches sind diese Kräfte unterschiedlich stark. Bei Gleichstrommagnetsystemen, bei denen das Kopfstück und der Magnetanker durch eine besondere Polkontur die magnetische Kennlinie beeinfluOen, ist diese seitliche Ablenkung besonders stark.

Die seitliche Ablenkung des Magnetankers führt zu störenden Reibungseffekten, die die Leistungsfähigkeit des Magnetsystems mindern und einen Verschleiß am Magnetanker und dem Führungsrohr verursachen.

Die Reibung hat einen Abrieb am Magnetanker zur Folge, der sich wegen seiner ferritischen Bestandteile im

Bereich der höchsten magnetischen Flußdichte absetzt,

vornehmlich im Bereich des Arbeitsluftspaltes. Hierdurch wird die Funktion des Magnetsystems beeinträchtigt. Selbst bei Magnetventilen, bei denen der Magnetankerraum mit Medium durchströmt wird, verbleibt der Abrieb vor zugsweise im Bereich der hohen magnetischen Flußdichte haften und verursacht dort Korrosionserscheinungen. Die nichtrostenden Eigenschaften des Magnetankermaterials sind im pulverisierten Zustand oft nicht mehr gegeben. Weiterhin sind die im Ventilbau vorgegebenen Werkstoff paarungen in punkto Reibung und Verschleiß nicht sehr günstig. Die Werkstoffe müssen vielmehr nach anderen Gesichtspunkten ausgewählt werden, z.B. Korrosionsbeständigkeit, weichmagnetische Eigenschaften und

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möglichst hohs Magnetisierbarkeit. Für das Führungsrohr muß Korrosionsbeständigkeit und die VerschweiGbarkeit mit dem Kopfstück gegeben sein.

Die Konstruktionsforderungen an ein solches Betätigungssystem sind oft gegensinnig. Zum einen sollte die magne- tische Leistungsfähigkeit des Systems voll ausgenützt

j werden können, d.h. die Luftspalte sollten auf ein

Minimum beschränkt bleiben, zum anderen muG der Abrieb

oder andere Verschmutzungen, die in das Führungsrohr

j 15 eindringen können, konstruktiv berücksichtigt «/erden, d.h. die Luftspalte sollen groß genug sein, um die

Verschmutzungen aufnehmen zu können. Den geringsten ι Verschleiß hat ein Magnetanker, der im Führungsrohr eng

geführt wird. 20

Die obengenannten Forderungen sind in der Praxis schwer gleichzeitig zu verwirklichen.

Die der Neuerung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, eine Betätigungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit geringem technischem Aufwand eine sehr gute Führung des Magnetankers im Führungsrohr und eine außerordentlich hohe Verschleißfestigkeit erreicht werden. Gleichzeitig sollte eine gute Geräuschdämpfung der Betäti gungsvorrichtung sichergestellt sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt neuerungsgemäß dadurch, daß eine Folie aus einem fluorhaltigen Polymer in den an das Kopfstück angrenzenden Abschnitt des Führungsrohres auf einer vorgegebenen Länge den Magnetanker an seiner Mantelfläche umfassend eingelegt und zur radialen und axialen Fixierung an der dem Kopfstück zugewandten Seite zwischef·. der Außenseite eines auf

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die Endfläche des Kopfstückes aufgelegten 0-Ri.nges und der Innenwand des Führungsrohres eingeklemmt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß Folie aus einem fluorhaltigem Polymer, beispielsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE), Polytetrafluoräthylen-Perfluorpropylen (PFEP), Polychlortrifluoräthylen (PCTFE) oder Polyvinyldenfluorid (PVDF) ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweisen und der Verschleiß minimal ist. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß es ausreicht, diese Folie in das

Führungsrohr einzulegen und an einem Ende in der oben

angegebenen Weise zu fixieren. Infolge einer besonderen Eigenschaft des verwendeten Folienmaterials haftet dies nach einiger Zeit des Gebrauchs außerordentlich stark an der als Unterlage dienenden Innenwand des Führungs rohres, weil es z.T. in die Rauhigkeiten dieser Unterla ge hineinfließt. Die sehr gute Gleitfähigkeit stellt sich ebenfalls nach kurzem Gebrauch ein, insbesondere dann, wenn die äußere Mantelfläche des Magnetankers eine gut polierte Oberfläche ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Oberflächenrauhtiefe an der Mantelfläche des Magnetankerns kleiner 2μπι ist, während die Oberflächenrauhtiefe an dem von der Folie bedeckten Teil der inneren Mantelfläche des Führungsrohres im Bereich zwischen 0,01 und 0,1 mm liegt.

Weiterhin hat es sich als für die Verschleiß- und Gleiteigenschaften der Folie im vorliegenden Fall als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in an sich bekannter Weise die Folie aus einem Graphit oder Kohlenstoff als

Füllstoff enthaltenden fluorhaltigen Polymer besteht.

Die Dicke der Folie sollte so bemessen sein, daß durch Wärmedehnung der Magnetanker nicht verklemmen kann.

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Andererseits sollte die Folie aber eine ausreichende Stärke besitzen, um eine möglichst lange Lebensdauer zu garantieren. Es hat sich daher als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dicke der Folie etwa doppelt so groß ist wie der Luftspalt zwischen der Hantelfläche des Magnetankers und der Innenwand des nicht von der Folie bedeckten Teils des Führungsrohres an seinem vom Kopfstück abgewandten Endabschnitt. Bei einer solchen Konstruktion ist es weiterhin zweckmäßig, wenn der Hagnetanker an einem dem Kopfstück zugewandten Abschnitt, in dessen Bereich die Folie eingelegt ist, einen verminderten Durchmesser aufweist.

Die eingelegte Folie ist so angeordnet, daß sie den magnetischen Fluß nicht behindert, also den Eisenquerschnitt nicht mindert, den Luftspalt nicht vergrößert und den magnetischen Flußweg nicht verlängert.

Der Hagnetanker ist im Bereich der Folie im Führungsrohr ohne metallische Berührung exakt geführt. Dies bietet die Möglichkeit, in dem sich an den mit Folie bedeckten Abschnitt des Führungsrohres anschließenden Endabschnitt einen sehr kleinen radialen ArbeitsluftspalL vorzusehen.

Die einseitige axiale und radiale Fixierung der Folie mittels eines O-Ringes hat außer der leichten Herstellbarkeit den zusätzlichen Worteil, daß der O-Ring gleichzeitig als Anschlagdämpfung zwischen Magnetanker und Kopfstück dient. Dies ist von Bedeutung, da die stark progressive Kennlinie eines Gleichstrommagneten normalerweise dazu führt, daß die Polflächen mechanisch stark beansprucht werden. Die durch den 0=Ring verminderte Haiteleiistung bei Hub 0 ermöglicht es, die Bewegung

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des Magnetankers weich abzubremsen, ohne den Q-Ring zu stark zu beanspruchen.

Es hat sich herausgestellt, daß mit der Betätigungsvorrichtung gemäß der Neuerung die Lebensdauer eines Elektromagnetventils auf das mindestens Vierfache gesteigert werden kann. Weiterhin ist es aufgrund der stark verringerten Reibung möglich, mit kleinerer Magnetspulenleistung zu arbeiten, oder größere Kräfte mit der gleichen Magnetspulenleistung zu erzeugen. Es hat sich herausgestellt, daß der Energiebedarf um bis zu 30% gesenkt werden kann.

Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für die neue Betätigungsvorrichtung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Betätigungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil im

abgefallenen Zustand des Magnetankers; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II durch den Innenteil einer Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Betätigungsvorrichtung nach Fig. 1 bei angezogenem Magnetanker.

In den Fig. 1 bis 3 sind die Teile einer Betätigungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil dargestellt, die für die Neuerung von Bedeutung sind. Das in Fig. 1 und unterhalb der Betätigungsvorrichtung angeordnete Ventil ist nicht eigens dargestellt, sondern nur durch die Oberseite des Ventilgehäuses 1 angedeutet.

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Die Betätigungsvorrichtung 2 ist an der Oberseite des Ventilgehäuses 1 angeordnet.

Sie besitzt eine Magnetspule 3, in der ein Führungsrohr 4 aus nichtsmagnetisierbarem Material angeordnet ist. In dem Führungsrohr 4 ist der Magnetanker 5 gleitend geführt, der in nicht eigens dargestellter Weise mit den Betätigungsorganen des Ventils verbunden ist.

Im oberen Endabschnitt des Führungsrohres 4 ist ein Kopfstück 6 aus magnetisch leitendem Material fest angeordnet,und um die Außenseite der Magnetspule 3 ist ein Magnetjoch 7 herumgeführt, dessen Enden einerseits am Kopfstück 6 und andererseits am unteren Endabschnitt 4!^ des Führungsrohres 4 anliegen.

In einen mittleren Abschnitt 4a des Führungsrohres 4, der an die innere Stirnfläche 6a des Kopfstückes 6 angrenzt, ist eine Folie 8 aus einem fluorhaltigem Polymer eingelegt. Der von dieser Folie 8 bedeckte Abschnitt 4a des Führungsrohres 4 erstreckt sich vom Kopfstück 6 nach unten über eine vorgegebene Länge und endet vor dem unterem Abschnitt 4b des Führungsrohres 4, an den das Magnetjoch 7 angrenzt und in dessen Bereich sich der Axialluftspalt 10 zwischen der Innenseite des Führungsrohres und der Außenseite des Magnetankers 5 befindet.

Die Folie 8 ist an der dem Kopfstück 6 zugewandten Seite durch einen, ebenfalls in das Führungsrohr eingelegten und auf die innere Stirnfläche 6a des Kopfstückes 6 aufgelegten O-Ring 9 in radialer und axialer Richtung fixiert, in dem das Ende der Folie zwischen die Innen-

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wand des Führungsrohres 4 und die Außenseite des Ringes 9 an dieser Stelle eingeklemmt ist. Auf diese Weise ist der Magnetanker 5 im Abschnitt 4a des Führungsrohres 4 sehr exakt und dabei reibungsarm geführt.

Die Dicke der Folie beträgt etwa das Doppelte der Weite des Luftspaltes 10 zwischen dem Magnetanker 5 und dem unteren Abschnitt 4b des Führungsrohres 4. Um dies zu erreichen, iteist der Magnetanker 5 im Bereich va, der an der Folio; 8 gefünrt ist, einen entsprechend verminderten Durchmesser auf.

Weiterhin besitzt der Magnetanker 5 an der dem Kopfstück zugewandten Seite eine Längsbohrung 11 vorgegebener Tiefe, in der eine Schraubenfeder 12 angeordnet ist. Das Kopfstück 6 weist an seiner dem Magnetanker 5 zugewandten Seite einen in die Bohrung 11 eingreifenden Ansatz 13 auf, an dem ein Ende der Schraubenfeder 12 befestigt ist. Durch die Schraubenfeder 12 werden die für das Abfallen des Magnetankers 5 notwendigen Rückstellkräfte erzeugt.

Die besonders exakte Führung des Magnetankers 5 im Führungsrohr 4 mittels der Folie 8 macht es notwendig, daß die sich bei der Bewegung des Magnetankers 5 vergröuerten oder verkleinernden Teilräume im Inneren der Betätigungsvorrichtung, soweit sie nicht vom Medium durchströmt sind, belüftrt n/erden. Zu diesem Zweck ist im Kopfstück 6 ein mit dem Außenraem verbundener koaxial laufender Belüftungskanal 14 vorgesehen, der über einen Querkanal 15 mit dem Raum zwischen dem Kopfstück 6 und dem Magnetanker 5 verbunden ist. Weiterhin ist im Magnetanker 5 eine Verlängerung lla der Bohrung 11 über

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einen radialen Querkanal 16 mit dem Raum zwischen dem Führungsrohr 4 und dem Magnetanker 5 im Bereich des Luftspaltes 10 verbunden.

Claims

83-2G-15 - 10 Schutzansprüche.

1. Betätigungsvorrichtung für ein Elektromagnetventil mit einer Magnetspule, in der ein Führungsrohr aus nichtmagnetisierbarem Material angeordnet ist, in welchem ein Magnetanker gleitend geführt ist, wobei in einem Endabschnitt des Fuhrungsrohres ein Kopfstück aus magnetisch leitendem Material fest angeordnet ist und ua\ di«i Außenseite der Magnetspule ein Magnetjoch herumgeführt ist, dessen Enden einerseits am Kopfstück und andererseits am anderen Endabschnitt des Führungsrohres anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie (8) aus einem fluorhaltigem Polymer in den an das Kopfstück (6) angrenzenden Abschnitt (4a) des Führungsrohres (4) auf einer vorgegebenen Länge den Magnetanker an seiner Mantelfläche umfassend eingelegt und zur radialen und axialen Fixierung an der dem Kopfstück (6) zugewandten Seite zwischen der Außenseite eines auf die Endfläche des Kopfstückes (6) aufgelegten O-Ringes (9) und der Innenwand des Führungsrohres (4) eingeklemmt ist.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhtiefe an der Mantelfläche des Magnetankers kleiner als 2|im ist, während die Oberflächenrauhtiefe an dem von der Folie

(8) bedeckten Teil (4a) der inneren Mantelfläche des Führungsrohres (4) im Bereich zwischen 0,01 und 0,1 mm liegt,

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a -

durch gekennzeichnet, daß die Folie aus einem Graphit oder Kohlenstoff als Füllstoff enthaltenden fluorhaltigen Polymer besteht.

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Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie (8) etwa doppelt so groß ist wie der Luftspalt (10) zwischen der Mantelfläche des Magnetankers (5) und der Innenwand des nicht von der Folie (8) bedeckten Teils des Führungsrohres (4) an seinem vom Kopfstück (6) abgewandten Endabschnitt (4b).

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, d?9 der Magnetanker (5) an einem uem Kopfstück zugewandten Abschnitt (5a) einen verminderten Durchmesser aufweist.

Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (5) an der dem Kopfstück zugewandten Seite eine Längsbohrung (11) vorgegebener Tiefe aufweist, in der eine Schraubenfeder (12) angeordnet ist und das Kopfstück (6) einen in diese Bohrung (11) eingreifenden Ansatz (13) besitzt, an dem ein Ende der Schraubenfeder (12) befestigt ist.

Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (6) einen mit dem Außenraum verbundenen, koaxial in Längsrichtung durchlaufenden Belüftungskanal (14) sowie einen durch den Ansatz geführten, mit dem Belüftungskanal (14) verbundenen radialen Querkanal (15) aufweist.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Magnetanker (5) angeordnete Bohrung (11) über einen radialen Querkanal (16) mit dem Raum zwischen Magnetanker (5) und Führungsrohr (4) im Bereich des Luftspaltes (10) verbunden ist.