DE10006784A1 - Elektromagnet zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils - Google Patents

Abstract

Es wird ein Elektromagnet zur Betätigung eines Wegeventils (11) vorgeschlagen, bei dem der Steuerschieber (35) von einem Doppelhubmagneten (10) in wenigstens drei Schaltstellungen verstellbar ist. Der mit dem Steuerschieber (35) gekoppelte Anker (23) ist in einem Druckrohr (13) angeordnet. Um Schaltschläge zu vermeiden und gleichzeitig eine geringe Schaltzeit zu ermöglichen, sind in dem Anker (23) Axsialbohrungen (45, 46) und Radialbohrungen (48, 49) und in dem Druckrohr (13) eine Ringnut (42) ausgebildet, die eine von der Ankerstellung abhängige Verbindung zwischen zwei mit Druckmittel befüllten Druckräumen (43, 44) ermöglichen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE 197 16 540 A1 bekannt ist. Bei dem bekannten Elektromagneten weist der in einem Druckrohr angeordnete Anker eine in der Bewegungsrichtung des Ankers verlaufende Durchgangsbohrung auf. Mit dieser Durchgangsbohrung werden die beiden auf den entgegengesetzten Stirnseiten des Ankers angeordneten Druckräume miteinander verbunden. Die Verbindung bewirkt, dass bei einer Bewegung des Ankers das Druckmittel von dem einen in den anderen Druckraum gezielt überströmen kann, so daß die Stellgeschwindigkeit und Stellzeit des Ventils über die Größe bzw. den Durchmesser der Durchgangsbohrung beeinflußt werden kann. Dadurch lassen sich insbesondere Schaltschläge vermeiden. Nachteilig dabei ist, dass die Drosselwirkung der Verbindung über den gesamten Hubweg des Elektromagneten, also auch außerhalb der Anfahrstellung des Ankers bzw. des Ventilgliedes gleich ist, und somit insbesondere die Schaltzeit des Elektromagneten verlängert wird, wenn im Bereich der Anfahrstellung eine hohe Drosselwirkung und daher ein geringer Durchmesser der Durchgangsbohrung erforderlich ist.

Weiterhin ist es bekannt, zur Verringerung der Schaltschläge an dem Ventil selbst eine sogenannte Feinsteuergeometrie auszubilden, die zu einer Verlangsamung der Schaltbewegung beim Bewegen des Ventils führt. Nachteilig dabei ist jedoch der zusätzliche fertigungstechnische Aufwand am Ventil. Außerdem sind derartige Feinsteuergeometrien oftmals bei Ventilen kleiner Nenngröße mit vertretbarem Fertigungsaufwand nicht mehr herzustellen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Elektromagnet zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Stellgeschwindigkeit über dem Stellhub variabel ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Verbindung in Abhängigkeit der Ankerbewegung gesteuert wird. So läßt sich bewirken, daß die Verbindung um die Anfahr- bzw. Mittelstellung des Ankers gedrosselt ist und erst nach Verlassen dieser Anfahr- bzw. Mittelstellung aufgesteuert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Elektromagneten ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine fertigungstechnisch relativ einfach erstellbare Ausbildung der Verbindung zwischen den beiden Druckräumen ist in Anspruch 2 angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Doppelhubmagneten mit angebautem Wegeventil in vereinfachter Darstellung und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1 im Bereich des Ankers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Doppelhub­ magneten 10 in vereinfachter Darstellung, der an ein üb­ liches 4/3-Wegeventil 11 angebaut ist. Der Doppelhubmagnet 10 ist hier als ein Tauchanker-Elektromagnet ausgeführt, dessen Gehäuse 12 ein Druckrohr 13 aufweist, das stirnseitig in das Ventilgehäuse 14 des Wegeventils 11 eingeschraubt ist.

Das Druckrohr 13 ist in an sich bekannter Weise einstückig ausgebildet und besteht aus einem ein Befestigungsgewinde 15 tragenden, zylindrischen Innenjochteil 16, an den nachein­ ander ein erster Zwischenring 17, ein mittlerer Rohrab­ schnitt 18, ein zweiter Zwischenring 19 und ein äußerer Rohrabschnitt 20 anschließen. Während die beiden Zwischen­ ringe 17, 19 aus nicht magnetischem Material bestehen, sind die übrigen Teile des Druckrohrs 13 aus magnetisch leitendem Material hergestellt. Im Bereich des äußeren Rohrabschnitts 20 ist das Druckrohr 13 durch ein zylindrisches Außenjoch 21 verschlossen, wodurch im Druckrohr 13 ein Innenraum 22 ge­ bildet ist, der einen Anker 23 aufnimmt. Der Anker 23 ist über einen Querstift 24 auf einem axial verlaufenden Stößel 25 fixiert, der im Innenjochteil 16 und im Außenjochteil 21 beweglich gelagert ist.

Auf dem Außenumfang des Druckrohrs 13 sind hintereinander eine erste Spule 26 sowie eine zweite Spule 27 des Elektro­ magneten angeordnet, wobei die räumlich eng beieinanderlie­ genden Spulen 26, 27 durch eine ringförmige Flußleitscheibe 28 voneinander getrennt sind. Auf der dem Wegeventil 11 zu­ gewandten Stirnseite der ersten Spule 26 ist als Teil des Gehäuses 12 eine erste, ringförmige Abschlußplatte 29 ange­ ordnet, während auf der entgegengesetzt liegenden Stirnseite der zweiten Spule 27, die nach außen gewandt ist, eine zweite Abschlußplatte 31 anliegt. Beide Spulen 26, 27 sowie beide Abschlußplatten 29, 31 sowie die Flußleitscheibe 28 sind von einem zylindrischen Rohrteil 32 umgeben, das eben­ falls ein. Teil des Gehäuses 12 darstellt und aus magnetisch leitendem Material besteht, um die Magnetkreise für die beiden Spulen 26 und 27 zu schließen.

Das Außenjochteil 21 ist in nicht näher gezeichneter Weise im Druckrohr 13 befestigt und trägt eine Ringmutter 33, welche das freie Ende des Druckrohrs 13 übergreift und die beiden Spulen 26, 27 des Elektromagneten am Ventilgehäuse 14 anliegend hält.

In der radialen Ebene der Flußleitscheibe 28 ist an deren Innendurchmesser eine Aussparung ausgebildet, in der ein Sensorelement 34 liegt. Das Sensorelement 34 liegt unmittel­ bar am Außendurchmesser des Druckrohrs 13, insbesondere des mittleren Rohrabschnitts 18 an und liegt somit in einer Stelle, die den Magnetkreisen beider Spulen 26 bzw. 27 zuge­ ordnet ist. Aas Sensorelement 34, mit dem der Magnetfluß an einer für beide Magnetkreise repräsentativen Stelle gemessen wird, läßt sich vorzugsweise als Hall-Generator ausführen.

Das vom Doppelhubmagnet 10 bestätigte Wegeventil 11 ist ein an sich bekanntes Ventil für vier Wege und drei Stellungen, dessen als Stellglied dienender Steuerschieber 35 durch eine mechanische Rückstelleinrichtung 36 mit zwei entgegengesetzt zueinander wirkenden Federn 37, 38 in der gezeichneten Mittelstellung zentriert wird. Der den Anker 23 tragende Stößel 25 durchdringt das Innenjochteil 16 und liegt mit seinem Ende 39 stirnseitig am Steuerschieber 35 an.

Am Gehäuse 12 des Doppelhubmagneten 10 ist am Außenumfang des Rohrteils 32 ein Anschlussstecker 41 angebaut, in dem die Ansteuerelektronik für das Sensorelement 34 und die beiden Spulen 26, 27 einfach, kompakt und kostengünstig untergebracht werden kann.

Die Wirkungsweise eines üblichen Doppelhubmagneten ist herkömmlich bekannt und wird deshalb hier nicht näher erläutert. Bei einem Drei-Stellungs-Wegeventil wird zur Auslenkung des Steuerschiebers 35 aus seiner Mittelstellung nach beiden Seiten in Arbeitsstellungen jeweils eine der Spulen 26 bzw. 27 bestromt, während die andere Spule unbestromt bleibt.

Zur Beeinflussung der Schaltzeiten des Steuerschiebers 35 und zur Vermeidung von Schaltschlägen bzw. unerwünscht hohen Beschleunigungen beim Anfahren ist der mit dem Steuerschieber 35 gekoppelte Anker 23 sowie der mittlere Rohrabschnitt 18 des Druckrohrs 13 besonders ausgebildet, wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Im mittleren Rohrabschnitt 18 ist im Bereich der Mittelstellung des Ankers 23, das heißt im Bereich der Flussleitscheibe 28, eine umlaufende Ringnut 42 am Innenumfang des Druckrohrs 13 ausgebildet. Ferner geht von jeder Stirnseite des Ankers 23, welcher den Innenraum 22 in zwei mit Druckmittel befüllte Druckräume 43, 44 unterteilt, je eine Achsialbohrung 45, 46 aus, die parallel zum Stößel 25 verlaufen. Die beiden Achsialbohrungen 45, 46 überdecken in der Mittelstellung des Ankers 23 die Ringnut 42 derart, dass jeweils zwei, von dem Außenumfang des Ankers 23 ausgehende und in den Achsialbohrungen 45, 46 mündende Radialbohrungen 48, 49 beidseitig symmetrisch und außerhalb der Ringnut 42 angeordnet sind.

Durch die besondere Ausbildung des Druckrohrs 13 und des Ankers 23 wird erreicht, dass zum Beispiel bei einer Bestromung der Spule 27 der Anker 23 aus seiner in den Figuren dargestellten Mittelstellung heraus in Richtung des einen Druckraums 44 bewegt wird. Das in dem Druckraum 44 befindliche Druckmittel kann dabei, solange der Anker 23 nur geringfügig ausgelenkt ist, nur über den Ringspalt 50 zwischen dem Ankeraußenumfang und der Druckrohrinnenwand und der Ringnut 42 in Richtung des anderen Druckraums 43 überströmen. Dadurch weist der Anker 23 und der Steuerschieber 35 nur eine sehr geringe Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit aus der Mittel- bzw. Anfahrstellung des Ankers 23 heraus auf. Erst wenn die beiden Radialbohrungen 48 in Überdeckung mit der Ringnut 42 gelangen wird eine durchgängige Verbindung für das im Druckraum 44 befindliche Druckmittel über die Achsialbohrung 46, die eine Radialbohrung 48, die Ringnut 42, die andere Radialbohrung 48 und die andere Achsialbohrung 45 in den Druckraum 43 geschaffen. Diese Verbindung mit einem relativ geringen Strömungswiderstand für das Druckmittel erhöht die Stellgeschwindigkeit des Ankers 23 und des Steuerschiebers 35 außerhalb der Anfahrstellung und dient daher der Schaltzeitverkürzung des Wegeventils 11.

Bei einer Bestromung der Spule 26, bei der sich der Anker 23 in Richtung des Druckraums 43 bewegt gilt Entsprechendes, wobei in diesem Fall die Radialbohrungen 49 für die Verbindung zwischen den Druckräumen 43, 44 sorgen.

Ergänzend wird erwähnt, dass die Erfindung nicht auf den Einsatz bei einem Doppelhubmagneten 10 beschränkt ist. Vielmehr kann sie auch bei einem einseitig wirkenden Magneten Verwendung finden. In diesem Fall genügt in der Regel jeweils eine von der jeweiligen Achsialbohrung ausgehende. Radialbohrung. Weiterhin kann das Sensorelement 34 selbstverständlich durch eine andere Einrichtung zur Erkennung der Lage des Ankers 23 bzw. zur Steuerung der beiden Spulen 26, 27 ersetzt werden.

Claims (5)

1. Elektromagnet (10) zur Betätigung des Stellglieds (35) eines Ventils (11), mit einem von wenigstens einer Magnetspule (26, 27) bewegbaren Anker (23), der mit dem Stellglied (35) gekoppelt ist, und mit einer Verbindung (42, 45, 46, 48, 49) zwischen zwei, auf den jeweiligen Ankerseiten angeordneten und mit Druckmittel befüllten Räumen (43, 44), wobei bei einer Bewegung des Ankers (23) über die Verbindung (42, 45, 46, 48, 49) Druckmittel zwischen den beiden Räumen (43, 44) überströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (42, 45, 46, 48, 49) durch die Ankerbewegung gesteuert ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (23) in einem Ankerrohr (13) gleitend geführt ist und dass die Verbindung eine an der Innenseite des Ankerrohrs (13) ausgebildete Nut (42) aufweist, die zwei, jeweils von einer Stirnseite des Ankers (23) ausgehende Achsialbohrungen (45, 46) über Radialbohrungen (48, 49) miteinander verbindet.

3. Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut als Ringnut (42) ausgebildet ist.

4. Elektromagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den Achsialbohrungen (45, 46) jeweils wenigstens eine Radialbohrung (48, 49) ausgeht, die abhängig von der Ankerstellung in der Ringnut (42) mündet.

5. Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Magnetspulen (26, 27) vorhanden sind, die bei einer Bestromung den Anker (23) aus der Anfahrstellung in jeweils entgegengesetzte Richtung auslenken und dass jede Achsialbohrung (45, 46) zwei Radialbohrungen (48, 49) aufweist, die in der Anfahrlage symmetrisch zur Ringnut (42) angeordnet sind.