PL241286B1 - Zespół zaworów elektromagnetycznych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest zespół zaworów elektromagnetycznych zwłaszcza do hydrauliki. Zespół zaworów elektromagnetycznych, zwłaszcza do hydrauliki, tworzony jest z dwóch komór przepływu medium sterowanych zaworami. Zespół charakteryzuje się tym, że rdzenie zaworów są usytuowane obok siebie i są objęte jedną cewką elektromagnetyczną połączoną z modułem (26) sterującym biegunowością napięcia w dwóch kierunkach. Każdy rdzeń otoczony jest przez tuleje nabiegunnikowe rozdzielone niemetalowym elementem, a każda para tulei nabiegunnikowych wyposażona jest w magnes usytuowany po przeciwnej stronie komory (1, 2) przepływu medium (3). Jeden z biegunów magnetycznych magnesu zwrócony jest w kierunku takiego samego bieguna drugiego magnesu. Cewka elektromagnetyczna otoczona jest jarzmem magnetycznym. Sprężyny dociskające rdzenie zaworów są umieszczone po przeciwnych stronach tych rdzeni.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół zaworów elektromagnetycznych zwłaszcza do hydrauliki.

Znany jest elektromagnetyczny zawór pilotowy do zaworu hydraulicznego, zwłaszcza w sprzętach gospodarstwa domowego przedstawiony w opisie wynalazku opatentowanego za nr EP2751461. Zawór pilotowy z elektromagnesem, według wynalazku, zawiera korpus, w którym wyznaczono komorę sterowania, która jest połączona z wlotem zaworu hydraulicznego, i która poprzez ograniczony kanał wylotowy skojarzony z gniazdem zaworu jest selektywnie połączona z wylotem zaworu hydraulicznego. Zawiera co najmniej jeden rdzeń zamontowany ruchomo w części korpusu oraz wewnątrz komory sterowania, a człon zamykający współdziała z gniazdem zaworu. Siłownik obejmuje elektromagnes składający się z cewki z miedzianego drutu, zamocowany wokół części korpusu, dla selektywnego kontrolowania położenia rdzenia i członu zamykającego względem gniazda zaworu oraz połączenia pomiędzy komorą sterowania a ograniczonym kanałem wylotowym. Zawór pilotowy ma stosunek średnicy ograniczonego kanału wylotowego do masy elektromagnesu wynosi między 0,06 a 0,10 mm/g.

Zespół zaworów elektromagnetycznych, zwłaszcza do hydrauliki, według wynalazku, jest utworzony z dwóch komór przepływu medium sterowanych zaworami. Zespół zaworów elektromagnetycznych charakteryzuje się tym, że rdzenie zaworów są usytuowane obok siebie i są objęte jedną cewką elektromagnetyczną połączoną z modułem sterującym biegunowością napięcia w dwóch kierunkach, przy czym każdy rdzeń otoczony jest przez tuleje nabiegunnikowe rozdzielone niemetalowym elementem, a każda para tulei nabiegunnikowych wyposażona jest w magnes usytuowany po przeciwnej stronie komory przepływu. Jeden z biegunów magnetycznych magnesu zwrócony jest w kierunku takiego samego bieguna drugiego magnesu. Cewka zaś jest otoczona jarzmem magnetycznym. Sprężyny dociskające rdzenie zaworów są umieszczone po przeciwnych stronach tych rdzeni. Każdy magnes stanowi magnes neodymowy pierścieniowy o powierzchownej indukcji magnetycznej w zakresie od 0,12 T do 0,45 T. Wysokość magnesu jest w zakresie od 2,5 mm do 4 mm. Każda tuleja nabiegunnikowa ma od strony magnesu wewnętrzne zukosowanie. Zukosowanie tulei nabiegunnikowej wynosi od 0,2 mm do połowy wysokości magnesu. Niemetalowy element ma postać pierścieniowego progu. Jarzmo magnetyczne wykonane jest ze stali o właściwościach ferromagnetycznych. Tuleje nabiegunnikowe wykonane są ze stali o właściwościach ferromagnetycznych. Rdzenie zaworów są usytuowane równolegle. Cewka elektromagnetyczna obejmuje rdzenie zaworów zwrócone w przeciwnych kierunkach. Moduł sterujący biegunowością napięcia jest utworzony ze sterownika elektronicznego lub z elementów przyciskowych z przełącznikami styków zasilanych prądem. Tuleje nabiegunnikowe otoczone są karkasem o owalnym kształcie w przekroju poprzecznym.

Budowa zespołu zaworów elektromagnetycznych pozwala na selektywne otworzenie wybranej drogi przepływu medium lub mediów, a także na przepływ medium lub mediów przez dwa niezależne zawory oraz na selektywne otwarcie w tym samym czasie tylko jednego zaworu. Uzyskano to dzięki usytuowaniu rdzeni zaworów obok siebie i objęciu ich jedną cewką elektromagnetyczną, która jest połączona z modułem sterującym biegunowością napięcia w dwóch kierunkach, a także otoczenie rdzeni zaworów przez tuleje nabiegunnikowe rozdzielone niemetalowym elementem. Wyposażenie każdej pary tulei nabiegunnikowych w magnes usytuowany po przeciwnej stronie komory przepływu, gdzie jeden z biegunów magnetycznych magnesu zwrócony jest w kierunku takiego samego bieguna drugiego magnesu i otoczenie cewki jarzmem magnetycznym, umożliwiło poprzez zmianę biegunowości napięcia w cewce wywołanie w odpowiednim zaworze przesunięcia rdzenia i przepływ medium przez ten zawór. Dzięki połączeniu tulei nabiegunnikowych z jarzmem magnetycznym okalającym cewkę uzyskano możliwość maksymalnego wykorzystania pola magnetycznego wytworzonego przez cewkę elektromagnetyczną. Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę przenikając przez jarzmo i tuleje nabiegunnikowe uzyskuje maksymalną wartość w przestrzeni pomiędzy nabiegunnikami. Natomiast umieszczenie magnesów neodymowych w dwóch drogach magnetycznych powoduje, że wpływają one bezpośrednio na siłę pola magnetycznego między tulejami nabiegunnikowymi. Kierunki biegunów magnesów wpływają na to, że jeden zawór zachowuje się inaczej w stosunku do drugiego przy tym samym sygnale elektrycznym zasilającym cewkę elektromagnetyczną. Skierowanie jednego z biegunów magnesu w kierunku takiego samego bieguna magnesu w drugiej drodze magnetycznej skutkuje tym, że rozdzielony strumień magnetyczny wytworzony przez cewkę elektromagnetyczną w jednej drodze magnetycznej dodaje się do strumienia cewki i w ten sposób wzmacnia pole magnetyczne pomiędzy nabiegunnikami a w drugiej drodze magnetycznej odejmuje się. Wytworzone pole magnetyczne i umieszczone w nim odpowiednio skierowane magnesy wpływają na otwarcie konkretnej drogi przepływu, poprzez określony

PL 241 286 B1 kierunek pola magnetycznego. Usytuowanie magnesów w tulejach nabiegunnikowych oraz rodzaj zastosowanych magnesów pozwala na uzyskanie silnego pola magnetycznego, a tym samym na uzyskanie maksymalnej siły oddziaływania na rdzenie. Taka budowa pozwala jednocześnie na to, aby po odłączeniu sygnału elektrycznego siła sprężyny dociskającej pokonała siłę trzymającą rdzeń pochodzącą od magnesu i zamknęła drogę przepływu medium. To również powoduje, że nie ma możliwości aby jednocześnie były otwarte dwie drogi przepływu co umożliwia wykorzystanie zespołu zaworów w zastosowaniach gdzie jest obowiązek niedopuszczenia do takiej sytuacji np. w urządzeniach medycznych czy urządzeniach dla przemysłu chemicznego. Uzyskanie tej pewności jest całkowite co również zmniejsza koszty bo eliminuje konieczność montażu czujników czy zabezpieczeń. Sterowanie zespołu zaworów jedną cewką skutkuje tym, że do sterowania zespołu zaworów wystarczą dwa przewody a nie cztery jak w porównywalnych rozwiązaniach znanych ze stanu techniki, powodując tym samym kolejne oszczędności. Taka budowa zespołu zaworów pozwala na podawanie do każdego zaworu innego medium lub po zastosowaniu odpowiedniej kształtki jednego medium do dwóch zaworów. Dzięki takiej budowie uzyskujemy pewność selektywnego podawania medium lub mediów, a także mamy zerowy koszt uzyskania takiego zabezpieczenia. To również umożliwia zmniejszenie rozmiarów zaworów, a także zmniejszenie kosztów wytworzenia poprzez redukcję ilości potrzebnych materiałów.

Zespół zaworów elektromagnetycznych zwłaszcza do hydrauliki jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania oraz na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia w półwidoku i w półprzekroju zespół zaworów elektromagnetycznych w stanie braku przepływu prądu, fig. 2 przedstawia w półwidoku i w półprzekroju zespół zaworów, gdzie podany został prąd i medium przepływa przez pierwszy zawór, fig. 3 przedstawia w półwidoku i w półprzekroju zespół zaworów, gdzie podany został prąd i medium przepływa przez drugi zawór, fig. 4 przedstawia przekrój przez oba zawory, fig. 5 jest powiększeniem szczegółu z fig. 4, fig. 6 przedstawia w półwidoku i w półprzekroju zespół zaworów elektromagnetycznych wyposażony w kształtkę.

Jak przedstawiono na fig. 1 do fig. 6 zespół zaworów elektromagnetycznych zwłaszcza do hydrauliki według wynalazku utworzony jest z dwóch komór 1,2 przepływu medium 3 sterowanych zaworami. Komory 1,2 przepływu medium 3 utworzone są z komory wejściowej 4, do której dostarczane jest medium 3, komory wyjściowej 5, z której odbierane jest medium 3 oraz komory pośredniczącej 6, w której następuje otwieranie i zamykanie drogi przepływu medium 3. Komora pośrednicząca 6 zawiera membranę przylgową 7 wyposażoną w otwory 8 od strony komory wejściowej 4, element usztywniający 9, w którym umieszczony jest kanał pilotowy 10 oraz komorę zaworową 11, 12 z rdzeniem 13, 14 zaworu wykonanym z materiału ferromagnetycznego i sprężyną dociskającą 15, 16. Sprężyny dociskające 15, 16 rdzenie 13, 14 zaworów są umieszczone po przeciwnych stronach tych rdzeni 13, 14. Membrana przylgową 7 wykonana jest z w postaci miseczki. Rdzeń 13, 14 zaworu zakończony jest członem zamykającym 17 i dociskany jest do kanału pilotowego 10 w stanie braku przepływu prądu. Rdzenie 13, 14 zaworów są otoczone przez tuleje nabiegunnikowe 18A, 18B, 19A, 19B rozdzielone niemetalowym elementem 20. Niemetalowy element 20 rozdzielający tuleje nabiegunnikowe 18A, 18B, 19A, 19B ma postać pierścieniowego progu i może być wykonany z tworzywa sztucznego. Rdzenie 13, 14 zaworów są usytuowane równolegle. Cewka elektromagnetyczna 21 otoczona jest jarzmem magnetycznym 22 wykonanym ze stali o właściwościach ferromagnetycznych, którego integralnym elementem są odpowiednie tuleje nabiegunnikowe 18B, 19B. Cewka elektromagnetyczna 21 obejmuje rdzenie 13, 14 zaworów zwrócone w przeciwnych kierunkach. Tuleje nabiegunnikowe 18A, 18B, 19A, 19B wykonane są ze stali o właściwościach ferromagnetycznych. Każda para tulei nabiegunnikowych 18A, 18B, 19A, 19B wyposażona jest w magnes 23, 24 umieszczony po przeciwnej stronie komory 1,2 przepływu medium 3, przy czym jeden z biegunów magnetycznych magnesu 23, 24 zwrócony jest w kierunku takiego samego bieguna drugiego magnesu 23, 24. Tuleje nabiegunnikowe 18A, 18B, 19A, 9B otoczone są karkasem 25 o owalnym kształcie w przekroju poprzecznym. Uzwojenie cewki elektromagnetycznej 21, ścianki boczne karkasu 25 oraz częściowo zaciski 28, 29 umieszczone są w tworzywie sztucznym tworząc hermetyczną, izolacyjną, wodoodporną, twardą osłonę 30. Medium 3 z komory wejściowej 4 przez otwory 8 napiera na membranę przylgową 7, co powoduje uszczelnienie połączenia membrany przylgowej 7 z krawędzią ścian komory wyjściowej 5 po stronie komory wejściowej 4. Ponieważ ciśnienie w komorze zaworowej 11, 12 i komorze wejściowej 4 jest takie samo to membrana przylgową 7 naciskając na ściankę kanału komory wyjściowej 5 uszczelnia połączenie od strony komory zaworowej 11, 12 co powoduje, że droga przepływu medium 3 jest zamknięta. Obwód magnetyczny jest utworzony z cewki 21 otoczonej jarzmem magnetycznym 22, tulei nabiegunnikowych 18A, 18B, 19A, 19B oraz

PL 241 286 B1 magnesów 23, 24. Moduł 26 sterujący biegunowością zasilany napięciem może być utworzony ze sterownika elektronicznego lub z elementów przyciskowych 27A, 27B z przełącznikami styków 36, 37.

Zainicjowanie przepływu prądu w zespole sterującym następuje poprzez naciśnięcie elementu przyciskowego 27A lub elementu przyciskowego 27B albo poprzez podanie sygnału z modułu 26 sterującego biegunowością. Podanie napięcia o określonej biegunowości na zaciski 28, 29 cewki elektromagnetycznej 21 następuje poprzez przełączenie pojedynczych styków 36, 37. Na figurze 2 pokazany jest stan obwodu elektrycznego po naciśnięciu pierwszego elementu przyciskowego 27B oraz pokazany jest strzałkami w dół przepływ medium 3 przez pierwszy zawór. Cewka elektromagnetyczna 21 wytwarza strumień magnetyczny, który dzięki tulejom nabiegunnikowym 18A, 18B, 19A, 19B tworzy dwie drogi magnetyczne, które oddziałują na rdzenie 13, 14 zaworów. Wzmocnienie strumienia wytworzonego przez cewkę elektromagnetyczną 21 następuje w drodze magnetycznej, w której kierunek strumienia magnetycznego magnesu 23 jest zgodny z kierunkiem strumienia magnetycznego wytworzonego przez cewkę elektromagnetyczną 21. Strumień wypadkowy jest sumą tych strumieni. Siła pola magnetycznego między tulejami nabiegunnikowymi 18A, 18B, gdzie strumienie się sumują, jest na tyle duża, że powoduje zainicjowanie przemieszczenia się rdzenia 13 zaworu. W tym samym momencie w drugiej drodze magnetycznej, strumień wypadkowy jest różnicą strumienia wytworzonego przez cewkę 21 i magnes 24, co powoduje, że siła pola magnetycznego pomiędzy tulejami nabiegunnikowymi 19A, 19B jest na tyle mała, że rdzeń 14 zaworu pozostaje w pozycji niezmienionej. W przykładzie pokazanym na figurze 2 wytworzony strumień elektromagnetyczny cewki 21 pokonuje siłę sprężyny dociskającej 15 oraz siłę parcia na otwór w kanale pilotowym 10 w elemencie usztywniającym 9. To powoduje, że w pierwszym kanale następuje przemieszczenie się rdzenia 13 zaworu i otwarcie kanału pilotowego 10 w elemencie usztywniającym 9, a zarazem następuje obniżenie się ciśnienia w komorze zaworowej 12. W związku z różnicą ciśnień w komorze wejściowej 4 i komorze zaworowej 12 następuje przesunięcie membrany przylgowej 7 i przepływ medium 3 z komory wejściowej 4 przez komorę pośredniczącą 6 do komory wyjściowej 5. Stan ten trwa do momentu zasilania napięciem cewki elektromagnetycznej 21 z modułu 26 sterującego biegunowością. W drugim kanale rdzeń 14 nie zmienia położenia. Po odłączeniu napięcia, rdzeń 13 zaworu zostaje przesunięty poprzez sprężynę dociskającą 15 do stanu pierwotnego, naciskając członem zamykającym 17 na kanał pilotowy 10 umieszczony w elemencie usztywniającym 9. Powoduje to zamknięcie kanału pilotowego 10 a tym samym wzrost ciśnienia w komorze zaworowej 12 i przesunięcie membrany przylgowej 7. Następuje uszczelnienie połączenia membrana przylgowa 7 - krawędź komory zaworowej 12 od strony komory wejściowej 4 i medium 3 z komory wejściowej 4 nie może przemieszczać się do kamory wyjściowej 5. Droga przepływu medium 3 zostaje zamknięta. Zastosowane magnesy 23, 24 to magnesy neodymowe pierścieniowe klasy N35 lub N38 o powierzchownej indukcji magnetycznej w zakresie od 0,12 T do 0,45 T. Wysokość magnesu 23, 24 oznaczona A wynosi od 2,5 mm do 4 mm. Wysokość B zukosowania 35 wynosi w zakresie od 0,2 mm do połowy wysokości magnesu 23, 24. Średnica C magnesu 23, 24 wynosi 010 mm, zaś średnicę wewnętrzną otworu w magnesie 23, 24 oznaczona D wynosi od 03,0 mm do 07,00 mm.

Na figurze 3 pokazany jest stan obwodu elektrycznego po naciśnięciu drugiego elementu przyciskowego 27A oraz strzałkami w dół przepływ medium 3 przez drugi zawór. Sposób działania oraz przepływ medium 3 jest analogiczny jak w przykładzie wykonania pokazanym na figurze 2. Zmiana biegunowości napięcia na przeciwną powoduje zmianę kierunku prądu w cewce co powoduje wytworzenie strumienia o kierunku przeciwnym. To powoduje, że siła pola magnetycznego pomiędzy tulejami nabiegunnikowymi 18A, 18B, 19A, 19B tam, gdzie strumienie dodawały się teraz się odejmują, zaś tam gdzie się odejmowały teraz się dodają. To powoduje, że następuje przemieszczanie rdzenia 14 sąsiedniego przeciwnie do poprzedniego przykładu.

Jak zostało to pokazane na fig. 6 zespół zaworów elektromagnetycznych może zostać wyposażony w kształtkę 31 z dwoma króćcami przyłączeniowymi 32, 33 mocowanymi do komór wejściowych 4 medium 3 każdego zaworu oraz króćcem przyłączeniowym 34 mocowany do przewodu (niepokazany) podającego medium 3. Zastosowanie takiego króćca umożliwia podłączenie zespołu zaworów elektromagnetycznych do jednego źródła podawania medium 3.

Claims (13)

1. Zespół zaworów elektromagnetycznych, zwłaszcza do hydrauliki, utworzony z dwóch komór przepływu medium sterowanych zaworami, znamienny tym, że rdzenie (13, 14) zaworów są usytuowane obok siebie i są objęte jedną cewką elektromagnetyczną (21) połączoną z modułem (26) sterującym biegunowością napięcia w dwóch kierunkach, przy czym każdy rdzeń (13, 14) otoczony jest przez tuleje nabiegunnikowe (18A, 18B, 19A, 19B) rozdzielone niemetalowym elementem (20), a każda para tulei nabiegunnikowych (18A, 18B, 19A, 19B) wyposażona jest w magnes (23, 24) usytuowany po przeciwnej stronie komory (1, 2) przepływu medium (3), przy czym jeden z biegunów magnetycznych magnesu (23, 24) zwrócony jest w kierunku takiego samego bieguna drugiego magnesu (23,24), zaś cewka elektromagnetyczna (21) otoczona jest jarzmem magnetycznym (22), natomiast sprężyny dociskające (15, 16) rdzenie(13, 14) zaworów są umieszczone po przeciwnych stronach tych rdzeni (13, 14).

2. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy magnes (23, 24) stanowi magnes neodymowy pierścieniowy o powierzchownej indukcji magnetycznej w zakresie od 0,12 T do 0,45 T.

3. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że wysokość (A) magnesu wynosi od 2,5 mm do 4 mm.

4. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja nabiegunnikowa (18A, 18B, 19A, 19B) od strony magnesu (23, 24) ma wewnętrzne zukosowanie (35).

5. Zespół zaworów według zastrz. 4, znamienny tym, że zukosowanie (35) tulei nabiegunnikowej (18A, 19A) wynosi od 0,2 mm do połowy wysokości magnesu (23, 24).

6. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że niemetalowy element (20) ma postać pierścieniowego progu.

7. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że jarzmo magnetyczne (22) wykonane jest ze stali o właściwościach ferromagnetycznych.

8. Zespół zaworów według zastrz. 1 znamienny tym, że tuleje nabiegunnikowe (18A, 18B, 19A, 19B) wykonane są ze stali o właściwościach ferromagnetycznych.

9. Zespół zaworów według zastrz. 1 znamienny tym, że rdzenie (13, 14) zaworów są usytuowane równolegle.

10. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że cewka elektromagnetyczna (21) obejmuje rdzenie (13, 14) zaworów zwrócone w przeciwnych kierunkach.

11. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł (26) sterujący biegunowością napięcia jest utworzony ze sterownika elektronicznego.

12. Zespół zaworów według zastrz. 1 , znamienny tym, że moduł (26) sterujący biegunowością napięcia jest utworzony z elementów przyciskowych (27A, 27B) z przełącznikami styków (36, 37) zasilanych prądem.

13. Zespół zaworów według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleje nabiegunnikowe (18A, 18B, 19A, 19B) otoczone są karkasem (25) o owalnym kształcie w przekroju poprzecznym.