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Die
Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung,
insbesondere zum Betätigen
von außen
her anschließbaren
Ventilen, mit einem Gehäuse
und einem darin angeordneten Spulenkörper mit Spulenwicklung, der
zumindest teilweise ein Polrohr umfaßt, an dessen einem freien
Ende sich ein Polkern anschließt,
mit einem zumindest im Polrohr innerhalb eines Ankerraumes geführten Magnetanker,
der mit einem Betätigungsteil
für das
Betätigen
des jeweiligen Ventils versehen ist, das den Polkern entlang eines
Führungskanals
durchgreift.
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Dahingehende
Schaltvorrichtungen, die man in der Fachsprache auch als Schaltmagnete
bezeichnet, sind beispielhaft in der
DE 101 04 998 A1 beschrieben und auf dem
Markt in einer Vielzahl von Ausführungsformen
frei erhältlich.
Das Betätigungsteil
des Schaltmagneten ist im wesentlichen aus einem rohrförmigen Bolzen
gebildet, der bei elektrischer Erregung der Spulenwicklung über einen,
an die Steckerplatte eines Anschlußsteckers anschließbaren Gerätesteckers
eine vorgebbare Wegstrecke zurücklegt
und hierbei einen Schalt- oder Betätigungsvorgang auslöst, beispielsweise
bei einem von außen
angeschlossenen Ventil zum Absperren und Führen von Fluidströmen. Entfällt die
Bestromung, ist der Schaltmagnet also stromlos, wird regelmäßig über eine
Rückstellfeder,
die in der Schaltvorrichtung selbst und/oder vorzugsweise am zu
betätigenden Ventil
angeordnet ist, für
einen erneuten Schaltvorgang beim Bestromen der Spule der Magnetanker rückgestellt.
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Durch
die nachveröffentlichte
DE 103 27 209 ist eine
gattungsgemäße Schaltvorrichtung
bekannt, bei der zwischen den einander benachbart gegenüberliegenden
Seiten von Magnetanker und Polkern eine Antihafteinrichtung angeordnet
ist, die das Betätigungsteil
mit einem scheibenförmigen
Grundteil unter einem vorgebbaren Radialabstand umfaßt. Die genannte
Antihafteinrichtung weist ein in axialer Richtung der Betätigungsvorrichtung
sich erstreckendes Verbindungsteil auf, das gleichfalls das Betätigungsteil
mit einem vorgebbaren radialen Abstand umfaßt und das zum Herstellen einer
festen Verbindung mit dem Polkern in eine Ausnehmung desselben eingreift.
Dergestalt ist die topfförmige
Antihafteinrichtung sicher am Polkern und mithin an den feststehenden
Teilen der Betätigungsvorrichtung
festgelegt und kann dergestalt keine, den Magnetanker bei seiner
Bewegung nachfolgende Verfahrbewegung ausführen und sich ungewollt lösen.
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Bei
all den genannten bekannten Betätigungsvorrichtungen
ist ein Fluid- oder
Druckausgleichskanal im Polkern selbst vorgesehen, der in der Art
einer Fluid- oder Druckausgleichsbohrung die fluidführende Verbindung
mit den druckführenden
Teilen des Ventils, insbesondere in Form eines Hydraulikventils,
und dem Ankerraum herstellt, in dem der Magnetanker bewegbar geführt ist.
Mithin ist es bei den bekannten Lösungen notwendig, zusätzlich zu dem
Führungskanal,
in dem das Betätigungsteil
innerhalb des Polkerns geführt
ist, in denselbigen eine weitere Kanalverbindung vorzusehen, um
Hemmnisse beim Betrieb der Betätigungsvorrichtung
zu vermeiden. Neben den damit einhergehenden zusätzlichen Herstellkosten für die Betätigungsvorrichtung aufgrund
der genannten zusätzlichen
Durchgangsbohrung baut darüber
hinaus insbesondere in radialer Richtung die Betätigungsvorrichtung größer auf, um
den notwendigen Platz für
das Anbringen der Druckausgleichsverbindung zu schaffen. Auch ist man
mit den dahingehenden Baukomponenten einer Betätigungsvorrichtung in der Ausgestaltung
dann weitgehend festgelegt, so dass dem Grunde nach für jede Ventilkonzeptlösung eine
eigenständige
Betätigungsvorrichtung
vorzuhalten ist. Dies führt
aber wiederum zu erhöhten
Bereitstellungs- und Lagerkosten.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die bekannten Betätigungsvorrichtungen
unter Beibehalten ihrer Vorteile dahingehend weiter zu verbessern, dass
diese mit geringen Herstellkosten platzsparend und in der Art eines
modularen Konzeptaufbaus dieselbe Funktionsaufgabe erfüllen können wie
die beschriebenen bekannten Lösungen.
Eine dahingehende Aufgabe löst
eine Betätigungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 die Außenumfangsgestalt des Betätigungsteils
zur Innenumfangsgestalt des Führungskanals
derart gewählt
ist, dass mindestens eine fluidführende
Verbindung von außen
zum Ankerraum hergestellt ist, kann die notwendige fluid- und/oder
druckführende
Verbindung vom Ventilinneren zum Inneren der Betätigungsvorrichtung in Form des
Ankerraums über
den Führungskanal
erfolgen, der ohnehin vorhanden ist, um das Betätigungsteil im Polkern sicher
verfahrbar zu lagern. Auf zusätzlich einzubringende
Fluid- oder Durchgangsbohrungen im Polkern, wie im Stand der Technik
beschrieben, kann daher verzichtet werden, was zum einen die Herstellkosten
senken hilft und zum anderen wird Bauraum eingespart, was insbesondere
bei beengten Platzverhältnissen,
beispielsweise in der Fahrzeugindustrie, ein Vor teil ist. Da der
genannte Führungskanal
Teil von standardisierbaren Polkernen ist, ist dergestalt eine Grundvoraussetzung
erfüllt
für einen
modularen Aufbau der gesamten Betätigungsvorrichtung, so dass
sich mit einer geringen Anzahl an Einzelkomponenten der Betätigungsvorrichtung, wie
dem Polkern in gestuften Größenordnungen,
sich eine Vielzahl von Ventil-, Schalt- und Betätigungsaufgaben abdecken lassen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
ist die Querschnittsfläche
des Führungskanals
von bogenförmigen
und/oder geradlinig verlaufenden Wandsegmenten begrenzt, wobei die
Querschnittsfläche des
Betätigungsteils
hiervon abweichend unter Bildung der jeweiligen fluidführenden
Verbindung von geradlinigen und/oder bogenförmigen weiteren Wandsegmenten
begrenzt ist und wobei zumindest teilweise die weiteren Wandsegmente
an den Wandsegmenten des Führungskanals
beim Bewegen des Betätigungsteils
geführt
sind. Demgemäß sind eine Vielzahl
an Möglichkeiten
eröffnet,
durch entsprechende Gestaltung der jeweiligen Wandsegmente von Betätigungsteil
und Führungskanal
die jeweilige fluidführende
Verbindung zu realisieren, wobei dennoch eine sichere Führung des
Betätigungsteils längs den
Wandsegmenten des Führungskanals
gewährleistet
ist. Vorzugsweise ist dabei des weiteren vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des
Führungskanals
kreisrund ist und dass auf seinen Querschnitt bezogen das Betätigungsteil
ein stangenförmiger
Mehrkant ist. Die dahingehende Ausgestaltung ist in besonders kostengünstiger
Weise realisierbar und läßt aufgrund
der freibleibenden Querschnittsfläche entsprechend groß dimensionierte,
fluidführende Verbindungen
zwischen Ventilinnerem und Ankerraum frei. Strömungsverluste durch turbulente
Strömung
sind aufgrund der geradlinig verlaufenden Fluidverbindungen dergestalt
vermieden.
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Bei
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
ist die Mehrkantform des Betätigungsteils
zumindest in einem mittleren Streckenabschnitt ein Vierkant, an
den sich endseitig Streckenabschnitte anschließen, bei denen die Kantenverläufe unter
Bildung von Führungsbahnen
abgeplattet sind. Dank der Führungsbahnen
ist ein verbessertes Führungsverhalten
des Betätigungsteils
im Ankerraum erreicht und insbesondere kommt es nicht ungewollt
zu Drehbewegungen des Betätigungsteils
innerhalb des Polkerns quer zu dessen Längsverfahrachse.
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Bei
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
ist der mittlere Streckenabschnitt des Betätigungsteils im Querschnitt
verbreitert und entlang eines im Durchmesser verbreiterten Bahnabschnittes
des Führungskanals
geführt.
Auf diese Art und Weise ist eine Verliersicherung dergestalt realisiert,
dass das Betätigungsteil
vom Magnetanker angesteuert nicht ungewollt den Führungskanal
und mithin den Polkern verlassen kann.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
mündet
der verbreiterte Bahnabschnitt des Führungskanals in den Ankerraum,
wobei an der Stelle des dahingehenden Übergangs eine topfartige Antihafteinrichtung
vorgesehen ist. Dergestalt ist die Antihafteinrichtung, die vorzugsweise
magnetisch unwirksam ist, sicher am Polkern und mithin an den feststehenden
Teilen der Betätigungsvorrichtung festgelegt
und kann dergestalt keine den Magnetanker bei seiner Bewegung nachfolgende
Verfahrbewegung ausführen.
Somit ist auch unabhängig
von der geometrischen Ausgestaltung der Antihafteinrichtung jedenfalls
ein Verkippen oder ein Verkanten längs des stangenartigen Betätigungsteils
bezogen auf seine Führungsbahn
vermieden, so dass bei der Rückstellbewegung
des Magnetankers es nicht zu einem Hemmnis kommen kann. Ferner ist
vorgesehen, dass das Betätigungsteil
lose in den Magnetanker über
ein Zentriermittel eingreift, wobei vorzugsweise das Zentriermittel
konisch zulaufende Zentrierwände aufweist,
die in eine topfartige Verlängerung
münden. Dergestalt
ist das Betätigungsteil
von dem Magnetanker mechanisch über
die genannte Kupplungsstelle in Form des Zentriermittels entkoppelt
und das Betätigungsteil
wird vorzugsweise nur beim Betätigen
des Magnetankers dergestalt mitgenommen, dass eine Betätigung des
Schaltventils erfolgt. Bei der gegenläufigen Rückstellbewegung wird jedoch vorzugsweise über eine
Rückstellfeder
im Ventil das Betätigungsteil
längs des
Zentriermittels am Magnetanker gehalten und dergestalt rückgestellt.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 einen
Längsschnitt
durch die Betätigungsvorrichtung;
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2 einen
Schnitt längs
der Linie I-I in 1.
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Die
in der 1 im Längsschnitt
dargestellte Betätigungsvorrichtung,
die man in der Fachsprache auch mit Schalt- oder Betätigungsmagnet
bezeichnet, weist ein Gehäuse 10 auf
mit einem darin angeordneten Spulenkörper 12 mit Spulenwicklung.
Der dahingehende Spulenkörper
umfaßt
zumindest teilweise ein Polrohr 14, das mittels einer Trennstelle 16 in
Form einer Schweißnaht
oder in Form einer freigelassenen Stelle magnetisch von einem Polkern 18 im wesentlichen
entkoppelt ist. Längs
des Polrohres 14 ist ein Magnetanker 20 in einem
Ankerraum 22 geführt,
der an seinem einen freien stirnseitigen Ende mit einem stangenartigen
Betätigungsteil 24 zusammenwirkt
zum Betätigen
von Fluidventilen (nicht dargestellt) üblicher Bauart. Zum Anschließen des
dahingehenden Ventils ist der Polkern 18 an seinem freien
Ende mit einem Anschlußflansch 26 mit
einer nicht näher
dargestellten Gewindestrecke versehen. Zum Bestromen der Spulenwicklung
des Spulenkörpers 12 ist
ein Steckerteil 28 vorgesehen, das vorzugsweise über eine
Vergußmasse 30 mit
dem Gehäuse 10 fest
verbunden ist. An seinem einen freien Ende weist der Polkern 18 außenumfangsseitig
eine Polplatte 32 auf und am gegenüberliegenden Ende weist das
Polrohr 14 eine Hubbegrenzung 34 für den Magnetanker 20 auf,
die auch mit einer Nothandbetätigung
(nicht dargestellt) versehen sein kann, um bei Ausfall des Stromes
dennoch die Betätigungsvorrichtung
und mithin das Ventil betätigen
zu können.
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Wird über das
Steckerteil 28 die Spulenwicklung und mithin die Spule
bestromt, wird der Magnetanker 20 in seine betätigte Stellung
verfahren, und zwar in Blickrichtung auf die 1 gesehen
von einer rechten Anschlagstellung in eine linke, die der Betätigungsdarstellung
nach der 1 entspricht. Bei der dahingehenden
Verfahrbewegung nimmt der Magnetanker 20 das stangenförmige Betätigungsteil 24 mit,
dessen freies Ende 36 für
einen Betätigungsvorgang
an dem nicht näher
dargestellten Ventil zumindest teilweise aus dem Gehäuse 10 gemäß der Darstellung
nach der 1 austritt. Der Magnetanker 20 ist
in seiner dahingehenden axialen Verfahrrichtung entlang der Längsachse 38 der
Betätigungsvorrichtung
mit mindestens einem Fluidausgleichskanal 40 versehen,
der es erlaubt, in dem Anker- oder Kammerraum 22 befindliches
Fluid innerhalb des Ankerraumes 22 in Ab hängigkeit
der Verfahrstellung des Magnetankers 20 hin und her zu
bewegen, um dergestalt Hemmnisse im Betrieb zu vermeiden. Für eine Rückstellbewegung
des Magnetankers 20 aus seiner in der 1 dargestellten
linken Stellung nach rechts ist die Spule des Spulenkörpers 12 nicht
länger
bestromt und die Rückstellbewegung
erfolgt zwangsgeführt über eine
Rückstellfeder
(nicht dargestellt), die als Teil des Ventils über den Ventilstößel das
stangenartige Betätigungsteil 24 und
mithin den Magnetanker 20 zurück verfährt.
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Selbst
bei Wegfall des Stromes kann es aber aufgrund von Restmagnetismusvorgängen im
Polkern
18 und in der Polplatte
32 dazu kommen,
dass der Magnetanker
20 mit seiner einen freien Stirnseite an
der ihm zugewandten, benachbarten Stirnseite des Polkerns
18 haften
bleibt. Um dies zu vermeiden, ist es nachveröffentlichter Stand der Technik,
zwischen die beiden Stirnseiten innerhalb des Ankerraums
22 eine
Antihafteinrichtung in Form einer topfförmigen Antihaftscheibe
42 anzuordnen,
die mit einem radialen Abstand das stangenartige Betätigungsteil
24 umfaßt. Aufbau
und Funktion der genannten Antihaftscheibe
42 ist ausführlich in
der
DE 103 27 209 beschrieben,
so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr näher eingegangen wird.
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Das
vorstehend bereits beschriebene stangenartige Betätigungsteil 24 durchgreift
den Polkern 18 entlang eines Führungskanals 44, dessen
Mittenachse entlang der Längsachse 38 der
Betätigungsvorrichtung
verläuft.
Die Außenumfangsgestalt
des Betätigungsteils 24 zur
Innenumfangsgestalt des Führungskanals 44 ist
dabei derart gewählt,
dass mindestens eine fluidführende
Verbindung 46 von außen,
also vom Inneren des Ventils kommend, zum Ankerraum 22 hergestellt
ist. Die Querschnittsfläche des
Führungskanals 44 ist
dabei von bogenförmigen Wandsegmenten 48 begrenzt, und
die Querschnittsfläche
des Betätigungsteils 24 ist
hiervon abweichend unter Bildung der jeweiligen fluidführenden Verbindung 46 von
geradlinigen weiteren Wandsegmenten 50 begrenzt. Zur Bildung
der jeweils fluidführenden
Verbindung 46 zwischen Ventilinnerem und Ankerraum 22 sind
auch andere Querschnittsgeometrien denkbar, beispielsweise indem
der Führungskanal 44 einen
quadratischen Querschnitt aufweist, in dem dann ein zylindrisches
Betätigungsteil 24 geführt ist.
Fertigungstechnisch und mithin kostengünstiger ist es jedoch, die
Querschnittsfläche
des Führungskanals 44 kreisrund
zu wählen,
und dass Betätigungsteil 24 in
der Art eines stangenförmigen
Mehrkants gemäß der Darstellung
nach den 1 und 2 auszugestalten.
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Wie
sich insbesondere aus der 1 ergibt, ist
die Mehrkantform des Betätigungsteils 24 zumindest
in einem mittleren Streckenabschnitt 52 als Vierkant ausgebildet,
wobei sich an diesen mittleren Streckenabschnitt 52 endseitig
weitere Streckenabschnitte 54, 56 anschließen, bei
denen die Kantenverläufe
unter Bildung von Führungsbahnen 58 abgeplattet
sind. Demgemäß ist die
jeweilige Führungsbahn 58 eben
und beidseitig von Eckkantenverläufen des
Mehrkants begrenzt. Demgemäß ist zum
einen ein optimierter fluidführender
Querschnitt für
die jeweilige fluidführende
Verbindung 46 erreicht, wobei gemäß der Ausgestaltung nach den 1 und 2 sich
insgesamt vier fluidführende
Verbindungen 46 diametral einander zur Längsachse 38 gegenüberliegend
um das Betätigungsteil 24 herumgruppieren.
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Wie
des weiteren die 1 zeigt, ist der mittlere Streckenabschnitt 52 des
Betätigungsteils 24 im Querschnitt
verbreitert und entlang eines im Durchmesser korrespondierend verbreiterten
Bahnabschnittes 60 des Führungskanals 44 geführt. Dergestalt
läßt sich
das Betätigungsteil 24 einfach
im Führungskanal 44 unterbringen
und im übrigen
ist dergestalt eine Verliersiche rung für das Betätigungsteil 24 im
Polkern 18 erreicht. Die axialen Längenverhältnisse im Bereich des mittleren
Streckenabschnittes 52 sind aber jedenfalls derart zu wählen, dass,
wenn der Magnetanker 20 seine in der 1 gezeigte
linke Betätigungsstellung
einnimmt, das vordere stirnseitige Ende der Verbreiterung des Betätigungsteils 24 nicht an
den korrespondierend gegenüberliegenden Wandteilen
des Polkerns 18 anstößt, sondern
hier noch einen vorgebbaren Abstand einnimmt. Vergleichbares gilt
bei der Rückstellbewegung,
bei der sich der Magnetanker 20 von seiner in der
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1 gezeigten
linken Endstellung in die rechte bewegt; im dahingehenden Fall sollte
die Verbreiterung des Betätigungsteils 24 nicht
an der freien Stirnseite der Antihaftscheibe 42 anstoßen, um
dergestalt ihre Lage innerhalb des Führungskanals 44 nicht
zu beeinträchtigen.
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Das
stangenartige Betätigungsteil 24 ist
an seinem dem Magnetanker 20 zugewandten Ende lose in einer
Ausnehmung des Magnetankers 20 geführt, und zwar über ein
Zentriermittel 62. Wie insbesondere die Darstellung nach
der 1 zeigt, ist das Zentriermittel 62 mit
konisch zulaufenden Zentrierwänden 64 versehen,
die in Richtung des Magnetankers 20 in eine zapfenartige
Verlängerung 66 münden, wobei
die beschriebene Ausgestaltung gleichermaßen für das Betätigungsteil 24 erfüllt ist
als auch für
das stirnseitige Ende des Magnetankers 20. Über das
Zentriermittel 62 ist eine Art lose Kupplungsstelle realisiert,
die sicherstellt, dass beim Betätigen
des Magnetankers 20 das Betätigungsteil 24 auch hemmfrei
mitgeführt
werden kann und es nicht im Bereich der Anlage von Betätigungsteil 24 mit
Polkern 18 zu Verkantungen kommen kann. Auch wenn sich der
Magnetanker 20 beim Betrieb der Vorrichtung von dem Betätigungsteil 24 lösen sollte,
wäre dergestalt über das
Zentriermittel 62 ein Ankuppelvorgang von Magnetanker 20 mit
Betätigungsteil 24 problemlos
möglich.
Gegenüber
den früher
bekannten Lösungen,
bei denen das Betätigungsteil
einstückige Komponente des
Magnetankers war, ist somit der funktionssichere Betrieb der gesamten
Betätigungsvorrichtung
auch über
längere
Einsatzdauern hinweg, deutlich erhöht.
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Das
Polrohr 14 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet
und schließt
mit seinem einen freien Ende mit dem Polkern 18 ab, wobei
diese dann eine gemeinsame Außenumfangsfläche gleichen Durchmessers
bilden. Auf der gegenüberliegenden Seite
ist das Polrohr 14 über
einen Dichtring 68 übergreifend
mit der Hubbegrenzung 34 verbunden und als Festlegemittel,
wie in 1 dargestellt, nach innen in eine nutförmige Vertiefung
der Hubbegrenzung 34 eingebördelt. Nach außen hin
kann die Hubbegrenzung 34 mit einer Abdeckkappe 70 abgeschlossen
sein.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich über die
fluidführenden
Verbindungen 46 ein Fluid- und/oder Druckausgleich herbeiführen zwischen dem
Inneren des Ventils und dem Inneren der Betätigungsvorrichtung in Form
des Ankerraums 22. Aufgrund dieser Fluidmedienverbindung
ist ein störungs- und
hemmfreier Betrieb sowohl der Ventileinrichtung als auch der Betätigungsvorrichtung
möglich.
Auf zusätzliche
Verbindungsbohrungen im Polkern 18, was darüber hinaus
den magnetischen Fluß schädlich beeinträchtigen
könnte,
kann somit verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich kostengünstig realisieren
und nimmt wenig Bauraum ein aufgrund der zentralen Führung von
Betätigungsteil 24 mit
fluidführenden
Verbindungen 46.