DEM0024637MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 27. September 1954 Bekaiintgemacht am 12. April 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil mit einer Betätigungsspule und einer Haltespule.

Elektromagnetische Ventile weisen eine Spulenwicklung auf, welche im allgemeinen in der Arbeitsstellung unter Strom steht. Bei diesen Ventilen ist die Zugkraft, mit welcher der Anker angezogen und somit das Ventil betätigt wird, durch die zulässige Leistungsaufnahme der Spulenwicklung begrenzt. Die zur Verfügung stehenden wärmetauschenden Oberflächen bestimmen daher besonders bei luftgekühlten elektromagnetischen Ventilen die Leistungsaufnahme und somit die Zahl der Amperewindungen, die als Zugkraft zur Verfügung stehen. Es ist nun bekannt, derartige elektromagnetische Ventile mit zwei verschiedenen Spulenwicklungen auszurüsten, nämlich einer Betätigungspule und einer Haltespule. Die Betätigungsspule wird nur kurzzeitig eingeschaltet und zieht den Anker mit hoher Leistung an, während die Haltespule eine erheblich kleinere Leistung aufweist und nur imstande ist, den einmal angezogenen Anker festzuhalten. Die Betätigungsspule wird nur kurzzeitig unter Strom gesetzt; nach dem Anziehen des Ankers wird sie abgeschaltet, und der Anker wird ausschließlich durch die weiterhin unter Strom stehende Haltespule festgehalten. Bei einer derartigen Schaltung muß dafür gesorgt werden, daß die Betätigungsspule erst dann abgeschaltet wird, wenn der Anker bereits sicher angezogen ist, da er sonst wieder abfällt und die Betätigungsspule erneut ansprechen muß. Man würde

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in diesem Fall einen Summer erhalten, da die / Halterwicklung nicht imstande ist, den Anker anzuziehen. Aus diesem Grunde ordnet man derartigen elektromagnetischen Ventilen einen Zeitschalter zu, der die Betätigungsspule erst einige Zeit nach dem Ansprechen abschaltet. Der bauliche Aufwand für diesen Zeitschalter übersteigt in vielen Fällen den baulichen Aufwand des gesamten elektromagnetischen Ventils und verteuert daher

ίο die Anlage erheblich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil anzugeben, das ohne besonderen Zeitschalter auskommt und daher in der Gesamtanlage billiger ist. Gemäß der Erfindung werden einem die beiden Spulen aufweisenden Magnetsystem zwei voneinander unabhängig bewegliche Anker zugeordnet, von denen der eine (Ventilanker) den Ventilverschlußkörper und der andere (Schaltanker) den Stromkreis der Betätigungsspule steuert. Läßt man dann den Schaltanker verzögert ansprechen oder bremst seine Bewegung, so erhält man automatisch die gewünschte Verzögerung in der Abschaltung der Betätigungsspule. Die Verzögerung oder Bremsung kann in verschiedener Weise erfolgen. Für die Bremsung bewährte sich insbesondere eine pneumatische Bremsung, doch kann man sich auch einer Verzögerungsfeder oder einer elektrischen Verzögerung, z. B. durch Wirbelstrom, bedienen.

Bei einer solchen verzögerten Schaltankerbewegung sieht man die Schaltung der Kontakte gegen Hubende vor. Dies wird in einfacher Weise dadurch erzielt, daß im Stromkreis der Betätigungsspule ein vom Schaltanker bewegter Kontakt (Schaltankerkontakt) und ein mit diesem Schaltankerkontakt zusammenarbeitender, unter dem Einfluß einer elastischen Kraft beschränkt beweglicher Kontakt (Federkontakt) vorgesehen werden, wobei dann die Bewegungsbeschränkung des Federkontaktes derart bemessen wird, daß er dem Schaltankerkontakt über einen beschränkten Kontaktweg folgen kann und vor Erreichen der Schaltankerendstellung abschaltet. Die Zeit der gemeinsamen Bewegung des Schaltankerkontaktes und des Federkontaktes stellt dann die Verzögerungszeit dar.

Die Hineinverlegung der Zeitverzögerung in das elektromagnetisch gesteuerte Ventil ermöglicht es zusätzlich, eine Sperrung anzubringen, welche ein erneutes Ansprechen unmöglich macht. Bei vielen

.50 technischen Anlagen ist es nämlich erwünscht, daß zwar das Magnetventil nach Unterbrechung des Stromflusses sofort schließt, doch soll eine erneute Stromzufuhr das Ventil nicht ohne weiteres wieder öffnen, da. sonst bei Wackelkontakten od. dgl. ein

.55 dauerndes Pumpen der Anlage auftreten würde. In diesen Fällen soll das Ventil erst dann wieder öffnen, wenn z. B. von Hand ein Hebel oder Druckknopf betätigt wird. Während man hierfür bisher relaisartige Geräte verwendete, genügt es jetzt, eine

■60 einfache Sperrung für den zweiten Anker vorzusehen, der als Schaltanker dient. Diese Sperre ist vorzugsweise ein Hebel, der nach Erreichen der Ausschaltstellung hinter den Schaltanker greift.

Dem Sperrhebel kann ein von außen zugänglicher, mit einer Steuerkurve ausgerüsteter Bereitschaftshebel zugeordnet sein, durch dessen Betätigung der Sperrhebel außer Wirkung gebracht wird.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel· werden die beiden Spulen zweckmäßig konzentrisch in einem zweiseitig offenen Topfmägneten angeordnet, wobei sich innerhalb der Spulenöffnung ein ortsfester Eisenkern befindet und die beiden Anker beidseits dieses Eisenkernes in den verbleibenden Teilen der Spulenöffnung axial geführt sind. Hierbei umschließt ein einseitig mit dem Ventilkörper dicht verbundenes unmagnetisches Rohr vorteilhaft den Eisenkern sowie die Anker und durchsetzt die Spulen. Der Eisenkern bildet innerhalb des Rohres eine abdichtende Querwand. Bei einer solchen Anordnung erreicht man eine einfache Verzögerung in der Bewegung des Schaltankers, wenn dieser ein kleiners Spiel im .Rohr hat als der Verschlußanker.

Bei thermostatisch gesteuerten Magnetventilen, die zur Erzwingung einer sicheren Einstellung in den beiden Endlagen mit zwei entgegengesetzt gewickelten Spulen versehen sind, hat man bereits einen durch dieselben Spulen betätigten Klappanker zusätzlich angeordnet, der nach Speisung der einen Spule den Stromkreis für die Speisung der anderen Spule vorbereiten soll. In diesem Fall wirken aber beide Spulen als Betätigungsspulen, und es ist keine Haltespule vorgesehen. Das Ventil wird vielmehr beim Fehlen eines Stromes durch permanentmagnetische Kräfte in der jeweiligen Lage festgehalten. Das durch die Erfindung gelöste Problem, die Betätigungsspule ohne Verwendung eines besonderen Zeitschalters erst dann abzuschalten, wenn der Anker bereits durch die Haltespule gehalten wird, liegt hier also nicht vor. Außerdem kann das bekannte Ventil bei Stromunterbrechung nicht selbsttätig in die Schließstellung übergehen. Ferner wird der Permanentmagnet eine geringe Lebensdauer haben, da einerseits die Betätigungsspulen hier als Entmagnetisierungsspulen wirken und andererseits die häufigen Stöße die Kraft des Permanentmagneten ungünstig beeinflussen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung schematisch im axialen Schnitt dargestellt. Die einzelnen Teile des Magnetsystems sind dabei in der Öffnungsstellung des Ventils wiedergegeben, während die Sperrung außer Betrieb ist.

Das Ventilgehäuse 1 weist eine Ventilkammer 2 und einen Ventilsitz 3 auf. An die Ventilkammer ist eine Zuführung 4 angeschlossen, während vom Ventilsitz 3 die Abführung 5 ausgeht. Innerhalb der Ventilkammer befindet sich der Verschlußkörper 6, der im vorliegenden Fall als Kugelventil dargestellt ist. An Stelle einer Verschlußkugel kann aber auch ein Verschluß teller, ein Verschlußkegel oder ein anderer Verschlußkörper benutzt werden.

Der Ventilkörper 1 ist mittels einer Überwurfmutter 7 und eines Zwischenkörpers 8 mit einem Rohr 9 verbunden, das durch das Zwischenstück 8 flüssigkeitsdicht mit dem Ventilkörper 1 verbunden

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ist. In das Rohr 9 ist ein mit einer Rille 10 versehener Eisenkern 11 derart dicht eingewalzt, daß er einen dichten Abschluß des unteren Rohrteiles gegen den oberen Rohrteil darstellt. Die Dichtung.

kann auch durch Einlagen oder andere Mittel bewirkt werden. Unterhalb- des Eisenkernes 11 befindet sich innerhalb des Rohres 9 der Ventilanker 12, welcher an einer Ventilstange 13 den Ventilverschlußkörper 6 trägt. Der Anker 12 hat in dem Rohr 9 ein verhältnismäßig großes Spiel. Auf der anderen Seite des Eisenkernes 11 befindet sich der Schaltanker 14, welcher durch eine in seiner Achse angeordnete Feder .15' hochgedrückt wird; diese Feder 15 stützt sich auf einen Führungsbolzen ii_e des Eisenkernes 11 ab. Der Schaltanker 14 hat im Rohr 9 ein wesentlich kleineres Spiel als der Ventilanker 12.

Das Rohr 9 ist von einem Spulenkörper 16 umschlossen, welcher eine innenliegende Betätigungsspule 17 und eine außenliegende Haltespule 18 aufweist. Außerhalb dieses Spulenkörpers 16 befindet sich der Magnetmantel 19, der oben durch eine Polscheibe 20 und unten durch eine Polscheibe 21 begrenzt wird. Das Rohr 9 durchsetzt beide Polscheiben. Die magnetischen Feldlinien durchsetzen demgemäß folgende magnetischen Teile: 19, 20, 14, 11, 12, 21, 19, und eine Speisung der Spulen zieht beide Anker 12 und 14 in Richtung auf den Eisenkern 11. Beim Abschalten der Ströme wird der Ventilanker 12 mit dem Verschlußkö'i-per 6 durch die Schwerkraft nach unten gezogen, während der Schaltanker 14 durch die Feder 15 nach oben gedrückt wird.

Der obere Polschuh 20 trägt mittels zweier Säulen 22 und 23, welche in ihm festgeschraubt oder festgenietet sind, eine durch die Schrauben 24 und 25 festgehaltene Kappe 26, innerhalb deren sich die Schaltanordnung befindet.

Auf dem oberen Ende des Schaltankers 11 ist ein isolierter Teil 27 fest angebracht, der die Säule 22 teilweise umgreift und dadurch gegen Drehung gesichert wird. Dieser Isolierteil 27 trägt mittels eines schwach federnden Armes 28 einen Kontaktniet 29, der über eine Leitung 30 an die Betätigungsspule 17 angeschlossen ist. Die beiden Säulen 22 .und 23 tragen eine Isolierplatte 31 mit zwei Anschlußklemmen 32 und 33. Eine von der Anschlußklemme 32 kommende Leitung 34 führt zu einem Hebelkontakt, der aus dem Kontakthebel 35 und dem Kontaktniet 38 besteht. Dieser Kontakthebel 35 wird durch eine elastische Kraft, z. B. eine nicht dargestellte Feder, nach unten gedrückt. Er steht über einen Bolzen 39 mit zwei Muttern, 40 in Verbindung. Der Bolzen 39 durchsetzt die Isolierplatte 31, und die Muttern 40 stellen bei der Berührung mit der Isolierplatte 31 einen Anschlag dar, der die Abwärtsbewegung des Kontakthebels 35 begrenzt. Von der Anschlußklemme 33 führt eine Leitung 41 zum anderen Ende der Betätigungsspule 17, während eine andere Leitung 42 zur Haltespule 18 führt. Das zweite Ende der Haltespule 18 liegt über eine Leitung 43 an der Kontaktklemme 32. Der Stromkreis der Betätigungsspule kann also verfolgt werden über 32, 34, 35, 38, 29, 30, 17, 41, 33, während der Stromkreis der Haltespule 18 zu verfolgen ist über 32, 43, 18, 42, 33. Die beiden Wicklungen 17 und 18 sind also parallel geschaltet, wobei für die innenliegende Betätigungsspule 17 ein zusätzlicher Schalter 38, 29 vorgesehen ist. Der Kontakthebel 35 kann der Bewegung des Schaltankers 14 und damit des Kontaktniets 29 unter dem Einfluß der nicht dargestell- ■ ten Feder in beschränktem Umfange folgen, wobei er um den Schwenkbolzen 44 schwenkt, der in einem Lagerbock 45 sitzt und zu dem die Stromzuleitung 34 führt. Wenn z. B. die Gesamtbewegung des Schaltankers 14 von oben nach unten 3 mm beträgt, so kann der Hub des Kontakthebels 35 mittels der als Anschlag dienenden Muttern 40 derart eingestellt werden, daß der Kontakt 38 nur während eines Hubes von 2 mm auf dem Kontaktniet 29 aufliegt. Wenn sich der Schaltanker 14 dann noch um 1 mm weiter nach unten bewegt, so trennen sich die Kontakte 38 und 29, so daß der Stromkreis der Betätigungsspule 17 unterbrochen wird.

Auf einer Verlängerung der von der Isolierbrücke 31 getragenen Anschlußklemme 33 ist mittels eines Bolzens 46 ein doppelwinkelförmiger Hebel befestigt, der aus dem Nocken 47, dem waagerechten Teil,48 und dem senkrechten Sperrarm 49 besteht. Eine nicht dargestellte Feder ist bestrebt, diesen Hebel entgegengesetzt dem Uhfzeigersinn zu drehen. Bei der dargestellten Stellung des Schaltankers 14 und seiner Platte 27 würde diese Feder also bestrebt sein, den Sperrarm 49 hinter die Platte 27 zu drücken, wodurch diese Platte und damit der Schaltanker 14 in der eingezeichneten Stellung festgehalten würden. Mit dem Sperrhebel 47, 48, 49 arbeitet ein Schalthebel 50 zusammen, der um eine gehäusefeste Achse 51 schwenkbar ist und nach außen aus dem Gehäuse 26 vorsteht. Dieser Schalthebel 50 hat einen unteren kurvenförmigen Teil, der mit dem Nocken 47 zusammenarbeitet. Er wird durch eine nicht dargestellte Feder aus der eingezeichneten Stellung in die linke Stellung herübergedrückt, wobei dann der abgeflachte Teil 52 über die Nocke 47 kommen würde. In dieser linken Stellung gibt der abgeflachte Teil 52 des Schalthebels 50 die Nocke zur Bewegung frei, so daß die am Sperrhebel angreifende Feder den Sperrhebel entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn drehen kann und der Sperrarm 49 hinter die Platte 27 greift. Die Bewegung des Sperrhebels wird durch Anschlagen an die Platte 31 begrenzt. Der Nocken 47 kann je nach der Anordnung des Hebels 50 die Isolierplatte 31 durchsetzen oder an ihr vorbeigehen.

Die dargestellte Anordnung arbeitet in folgender Weise: Das Ventil 6 ist geschlossen. Der Ventilanker 12 befindet sich in seiner unteren Stellung, während der Schaltanker 14 sich in der oberen Stellung befindet. Der Sperrhebel 47, 48, 49 liegt mit der rechten Kante des Sperrarmes 49 gegen die linke Kante der Platte 27 an. Der Schalthebel 50 befindet sich in der linken Stellung.

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Wird jetzt an die beiden Anschlußklemmen 32 und 33 Spannung gelegt, so fließt Strom durch beide Spulen, da der Kontakt 38 durch die nicht dargestellte Feder gegen den Kontaktniet 29 gedrückt wird. Infolgedessen bekommt die Betätigungsspule Strom, und beide Anker werden in die dargestellte Stellung gebracht. Infolge des großen Spieles des Ventilankers 12 bewegt sich dieser Anker schnell. Die zwischen dem Schaltanker 14 und dem Eisenkern 11 eingeschlossene Luft kann jedoch infolge des geringen Spieles dieses Kernes nur langsam entweichen, so daß sich der Schaltanker verzögert bewegt. Während dieser verzögerten Bewegung des Schaltankers 14 und damit des Kontaktniets 29 folgt zunächst der Kontakthebel 35, so daß der Stromkreis . der Betätigungsspule geschlossen bleibt. Erst nach einer Bewegung des Schaltankers von z. B. 2 mm schlagen die Muttern 40 auf die Isolierplatte 31

ao auf und begrenzen dadurch die Bewegung des Kontakthebels 35. Die Weiterbewegung des Schaltankers 14 trennt daher jetzt die beiden Kontakte 38 und 29. Damit wird der Stromkreis der Betätigungsspule 17 unterbrochen. Inzwischen hat aber der Ventilanker 12 seine endgültige Lage erreicht und kann nunmehr durch die Haltespule 18 einwandfrei festgehalten werden.

Bei Erreichen der Endlage des Schaltankers 14 verläßt seine Platte 27 die rechte Kante des. Sperrarmes 49, so daß der Sperrhebel 47, 48, 49 zur Betätigung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn frei wird. Hierbei gelangt die Unterkante des Sperrhebels 49 über die Platte 27 und hält dadurch diese Platte und damit den Schaltanker 14 und den Kontaktniet 29 in der eingezeichneten Stellung.

Wenn nun infolge einer Störung der Strom ausbleibt, kann sich der Schaltanker 14 nicht wieder nach oben bewegen. Infolgedessen bleiben die Kontakte 38 und 29 getrennt. Um das Ventil wieder öffnen zu können, muß zunächst der Schalter 50 entgegen der Federkraft nach rechts bewegt werden. Dabei verläßt die Nocke 47 den abgeflachten Teil 52 des Schalthebels 50 und wird durch den Schalthebel 50 nach unten gedruckt. Der Sperr-

4-5 hebel 47, 48, 49 bewegt sich also um den Bolzen 46 im Uhrzeigersinn, wobei der Sperrarm 49 die Platte freigibt. Jetzt drückt die Feder 15 den Schaltanker nach oben und schließt die Kontakte 38, 29. Damit ist das Ventil zur neuen Betätigung frei.

Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektromagnetisch gesteuertes A^entil mit einer Betätigungs- und einer Haltespule, dadurch gekennzeichnet, daß einem die beiden Spulen aufweisenden Magnetsystem zwei voneinander unabhängig bewegliche Anker zugeordnet sind, von denen der eine (Ventilanker) den Ventilverschlußkörper und der andere (Schaltanker) den Stromkreis der Betätigungsspule steuert.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltanker gegenüber dem Ventilanker verzögert anspricht.
3. 3. Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schaltankers gebremst ist.
4. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsung pneumatisch erfolgt. .
5. 5. Ventil nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Betätigungsspule ein vom Schaltanker bewegter Kontakt (29) (Schaltankerkontakt) und ein mit 75 , diesem Schaltankerkontakt zusammenarbeitender, unter dem Einfluß einer elastischen Kraft beschränkt beweglicher Kontakt (38) (Federkontakt) liegen, wobei die Bewegungsbeschränkung des Federkontaktes derart bemessen ist, daß er dem Schaltankerkontakt über einen beschränkten Kontaktweg folgen kann und vor Erreichen der Schaltankerendstellung abschaltet.
6. 6. Ventil nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltanker eine Sperrung zugeordnet ist, welche ihn in der Ausschaltstellung blockiert.
7. 7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre ein Hebel ist, der nach Erreichen der Ausschaltstellung hinter den Schaltanker, greif t.
8. 8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sperrhebel ein von außen zugänglicher, mit einer Steuerkurve ausgerüsteter Bereitschaftshebel zugeordnet ist, durch dessen Betätigung der Sperrhebel außer Wirkung gebracht wird.
9. 9. Ventil nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spulen konzentrisch in einem zweiseitig offenen Topfmagneten angeordnet sind, wobei sich innerhalb der Spulenöffnung ein ortsfester Eisenkern befindet und die beiden Anker beiderseits dieses Eisenkernes in den verbleibenden Teilen der Spulenöffnung axial geführt sind.
10. 10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig mit dem Ventilkörper dicht verbundenes unmagnetisches Rohr die Spulen durchsetzt und den Eisenkern sowie die Anker umschließt, wobei der Eisenkern als abdichtende Querwand ausgebildet ist.
11. 11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltanker ein kleineres Spiel im Rohr hat als der Ventilanker.

    Angezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 665 565, 700 609.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen