DE2112614A1 - Ein- und Mehrweg-Magnetventil mit Dauermagnet und Impulssteuerung - Google Patents

Description

• Ein- und Mehrweg-Magnetventil mit Dauermagnet und Impul8steuerung.
• 1) Stand der Technik Magnetventile konventioneller Bauart mit Zug- oder Druckanker zur Betätigung einer Ventildichtung sind in zahlreichen Bauformen bekannt. Das gemeinsame Merkmal dieser Magnetventile ist ein Arbeitsanker, der innerhalb einer Magnetspule liegt, die zur Betätigung des Ankers von Gleich- oder Wechselstrom durchflossen wird. Bei einer Änderung des Ventilzustandes ist die Magnetspule während der gesamten Zeit des geänderten Zustandes von einem Strom durchflossen, Diese Betriebsweise hat mehrere Nachteile Die Magnetspule erwärmt sich stark.
• Sie hat grosse Abmessungen.
• Die Ventile können meist nur in einer Lage benutzt werden.
• Solche Ventile sind nur fwr eine bestimmte Strömungsrichtung brauchbar, weil der Arbeitsanker von einer Feder in einer Rahelage gehalten wird.
• Ferner hebt die Ventildichtung bei wechselnder Druckbelastung der Ventildichtung aus entgegengesetzter Richtung leicht ab.
• 2) Aufgabenstellung und Lösung : Das tiel der Entwicklung des neuen Ventils war, ein Absperrelement für pneumatische oder hydraulische Rohrsysteme zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Magnetventile nicht hat.
• Der verhältnismäßig große, ausserhalb des eigentlichen Ventils liegende Arbeitsanker der üblichen Ventile wurde durch einen Permanentmagneten ersetzt, der im inneren Teil des Ventilgehäuses liegt. Die Haftwirkung eines solchen Magneten wurde weiter dazu ausgenutzt, den Arbeitsanker in den Stellungen "offen" bezw.
• "geschlossen" festzuhalten, ohne daS dafür in einer der Stellungen ein Strom in einer Magnetspule oder eine Federkraft notwendig sind.
• Die Magnetspule wurde in zwei symmetrisch am Ventilgehäuse außen angebrachte Spulen mit Eisenjochen aufgeteilt, die die Steuerung des Arbeitsankers durch einen kurzzeitigen Stromfluß bewirken.
• Die Joche der Spulen (nachfolgend "Zugringe" benannt) wurden gleichzeitig dazu benutzt, den Arbeitsanker entweder in der Ventilstellung offen oder geschLossen" zu fixieren,indem sie den Arbeitsanker nach Art eines Haftmagneten durch Kurzschluß der magnetischen Kraftlinien an einem der Joche festhalten. Das Ergebnis der Entwicklung war ein Magnetventil von kleinen Abmessungen, das über Stromimpulse zu steuern ist und weder in Bezug auf die Einbaulage noch auf die Strämungsrichtung des abzusperrenden Mediums empfindlich ist Zudem ergab sich eine Bauform, deren Gehäuse keine abzudichtenden Durchbrüche oder Bohrungen besitzt, sodaß das Ventil her metisch dicht ist. Ferner kann das Gehäuse eine den Erfordernissen angepasste beliebige Form erhalten.
• 3) Beschreibung des Ein- und Mehrweg-Magnetventils mit Dauermagnet und Impulssteuerung.
• Als Ausführungsbeispiel ist ein symmetrisch aufgebautes Dreiwegeventil gewählt. Die Figur 1 zeigt den Aufbau. In einem in diesem Fall topfförmigen Gehäuse 1 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff mit den Anschlußleitungen 2, 3 und 4 befindet sich der aus einem nur diesen Fall ringförmigen Dauermagneten 5 und den Weicheisen-Polringen 6 und 7 bestehende Arbeitsanker 8 mit den Dichtungen 9 und 10. Die zugehörigen Veutilsitze sind die länge 11 und 12 am Ende der Zuleitungen 2 und 3.Auf den kreisförmigen Deckel und Bodenflächen des Gehäuses 1 sind die Weicheisen-Zugringe 13 und 14 angebracht. Diese länge, die zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten an einer Stelle geschlitzt sind, nehmen gleichzeitig die koaxial gelagerten Arbeitsspulen 16 und 17 auSS d. h. die Windungen liegen in den Rinnen dar Zugringe 13 und L4 und haben deren Durchmesser.
• Es wird angenommen, daß in dem jetzt betrachteten Fall der Arbeitsanker am Deckel des Gehäuses 1 anliegt und vom Zugring 13, der die magnetischen Kraftlinien des Ankers 8 kurzschließt, gehalten wird. Die elastische Dichtung 9 verschließt jetzt die Anschlußleitung 2. Der Weg von 3 nach 4 ist offen.
• Werden jetzt die Spulen 16 und 17 durch einen Gleichstromimpuls so erregt, daß die Unterseite des Arbeitsankers 8 vom Zugring 14 angezogen und die Oberseite des Arbeitsankers 8 vom Zugring 13 abgestoßen wird, so verlagert sich der Arbeitsanker in der Art, daß er jetzt von dem Zugring 14 gehalten wird und die Dichtung lo die Anschlußleitung 3 verschließt. Nach dem Abklingen des Stromimpulses in den Spulen 16 und 17 bleibt der Arbeitsanker 8 in seiner zweiten stabilen Lage vom Zugring 14 gehalten. In dieser Lage des Arbeitsankers 8 ist der Weg von 2 nach 4 offen. Zum Umsvhalten des Ventils auf den Weg 3 nach 4 ist ein Stromimpuls in umgekehrter Richtung erforderlich, der ein Anziehen der Oberseite des Arbeitsankers und ein Abstoßen der Unterseite durch die in den Zugringen induzierten Magnetfelder bewirkt. Im Gegensatz zu den bisherigen Eagnetventilen werden zur Fixierung des Arbeitsankers in einer bestimmten Lage keine Dauermagnetfelder eines Elektromagneten und keine Federn benutzt. Die Energie zum Betätigen des Ventils ist im Verhältnis zur Energie der fruheren Elektromagnete verschwindend klein und damit auch die Folge der Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme.
• Wegen der schnellen Abnahme der ZugkrEfte zwischen Arbeitsanker 8 und dem jeweiligen Zugring mit der Wanddicke des Gehäuses 1 darf diese Wanddicke nicht zu groß werden. Für hohe Betriebsdrücke in den Leitungen 2, 3 und 4 ist deshalb eine Anordnung zweckmäßig, die in Figur 2 (obere Ventilhälfte) gezeigt ist. In den Deckel und in den Boden des Gehäuses 1' sind bei dieser Ausführung Weicheisen-Leitringe 18 und 19 in das aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehende Gehause 1' eingesetzt. Diese Ringe übernehmen jetzt die Leitung der magnetischen Kraftlinien, die vom Arbeitsanker 8 ausgehen und in den Zugringen kurzgeschlossen werden. Bei entsprechender Dimensionierung der Ventilsitze 11 und 12 und der Wanddicke des Gehäuses 1 können solche Ventile für Betriebsdrucke bis zu mehreren hundert atü benutzt werden.
• Da das Ventil nut während des Umschaltens einen kurzen Stromimpuls benötigt, ist zur Stellungsanzeige des Arbeitsankers 8 in Bezug auf die Zuleitungen 2 oder 3 ein Schauzeichen erforderlich, das z.B. ,wie Figur 3 zeigt, aufgebaut sein kann : Es besteht sus einem kleinen Stabmagneten 20 und den Eisenjochen 21 und 22 sowie den Spulen 23 und 24. Diese Spulen sind mit den Arbeitsapulen 16 und 17 in Serie geschaltet, sodaß der Stabmagnet 20 seine Lage in gleicher Weise zwischen den Jochen 21 und 22 ändert wie der Arbeitsanker 8 zwischen den Zugringen 13 und 14.
• Eine mögliche Schaltung zum Betätigen des neuen Ventils ist in Figur 4 gezeigt. Durch wechselweise Betätigung der Tasten 25 und 26 werden die Kondensatoren 27 und 28 über die Spulen 16, 17, 23 und 24 entladen, wobei der Stromimpuls über die induzierten Magnetfelder in 13, 14, 21 und 22 den Arbeitsanker 8 und den Anzeigemagneten 20 in die gewtinschte Lage bringen.
• Zur Verminderung des Strömungswiderstandea innerhalb des Gehäuses 1 können am Arbeitsanker 8 entsprechend Figur 5 Leitrinnen2.
• angebracht werden, die einen direkten Weg von 2 nach 4>bezw. von 3 nach 4 freigeben. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, den Arbeitsanker 8 gegen Verdrehung zu sichern. Das kann z.B. dadurch erreicht werden, daß, wie in Figur 6a gezeigt ist, der Polring 6 abgestuft wird und die Zugringe 13 und 14 (Figur 6b) eine gleichsinnige Abstufung erhalten. Bei der Ausführung für Hochdruckventile werden anstelle der Abstufung der Zugringe 13 und 14 die Leitringe 3c) 18 und 19 entsprechend Figur 6c als Leitsegmente ausgebildet.
• Wird das Ventil der neuen Bauart für ein flüssiges Medium benutzt, so ist es u.U. erforderlich, zur Verminderung des Bewegungswiderstandes des Arbeitsankers 8 in diesem entsprechend Figur 7 Bohrungen 31 vorzusehen.
• Ein Einwegventil ist in der gleichen Weise wie beschrieben aufgebaut. Es fehlt hier nur die Zuleitung 3.

Claims (1)

1. 4) Patentansprüche.

   1. Ein Magnetventil nach Figur 1 dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse 1 mit den Zuleitungen 2, 3 und 4 ein Dauermagnet 5 mit den Weicheisen-Polringen 6 und 7 angebracht ist, der sich in axialer Richtung im Gehäuse 1 bewegen kann und der von rinnenförmigen Zugringen 13 und 14 aus Weicheisen außerhalb des Gehäuses 1 in einer oberen oder unteren Lage durch die Magnetkräfte des Dauermagneten 5 festgehalten werden kann und durch Stromimpulse in den Spulen 16 und 17 durch die in den Zugringen 13 und 14 induzierten Magnetfelder in die obere oder untere Lage gebracht werden kann und dabei die Ventilsitze 11 oder 12 öffnet oder schließt.

   2. Ein Magnetventil nach Anspruch 1 ,das entsprechend Figur 2 im Boden und Deckel des Gehiuses Weicheisen-Leitringe 18 und 19 enthält, um einen unabhängig von der Gehäusewanddicke ungehinderten Kurzschluß der magnetischen Kraftlinien zwischen Arbeitsanker 8 und Zugringen 13 oder 14 zu ermöglichen.

   3. Magnetventil nach Ansprüchen 1 und/oder 2 mit Leitrinnen 29 (Figur 5) im Arbeitsanker 8 zur Verminderung des Strömungswiderstandes im Ventil.

   4. Magnetventil nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 mit Leitsegmenten 30 (Figur 6c) im Gehäuse 1' und abgestuftem Polring 66 (Figur 6a) zur Gewährleistung einer gegen Verdrehung gesicherten Lage des Arbeitsankers 8 mit der Beitrinne 29 (Figur 5) zur Anschlußleitung 4 (Figur 1) 5. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit Bohrungen 31 (Figur 7) im Magneten 5 zur Verminderung des Bewegungawiderstandes des Arbeitsankers 8 bei Benutzung das Ventils in Hydraulikanlagen.

   6. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 5 mit einer Stellungsanzeige nach Figur 3, die den jeweiligen Zustand des Ventils zwangsläufig über die Lage eines Dauermagnete 20 zwischen zwei Jochen 21 und 22 anzeigt.

   L e e r s e i t e