DE2359999A1

DE2359999A1 - Elektromagnetantrieb fuer stellmechanismen

Info

Publication number: DE2359999A1
Application number: DE2359999A
Authority: DE
Inventors: Samuil Chon Schtschutschinskij
Original assignee: SCHTSCHUTSCHINSKIJ
Current assignee: SCHTSCHUTSCHINSKIJ
Priority date: 1973-12-01
Filing date: 1973-12-01
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE2359999B2; DE2359999C3

Description

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ΓΗρΙ.-Ing. Dr. fur.

Frank Arnold Nix

Patentanwalt

6 Frankfurt am Main 70

Gartenstraße 123

ELM:TROMAGNETANQ?IIIEB FÜR STELIMECHANISMfiIT

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Elektromagnet antriebe von Stellmechanismen. Am zweckmäßigsten ist der Elektromagnetantrieb nach

einer

der vorliegenden Erfindung zur Steuerung ^v Rohrleitungsarmatur zu verwenden.

Bekannt sind Elektromagnetantriebe zur Steuerung der Stellmechanismen von ventilen. Diese Antriebe besitzen ein aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehendes Gehäuse mit Pol. Gegenüber diesem Pol ist in einer Spule, die sich in dem genannten Gehäuse befindet, ein Kern angeordnet, der den Stellmechanismus des Ventils trägt.

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Der erwähnte Kern verläuft in einem i'ührungsrohr, das gegen das Medium, in welchem das Ventil funktioniert, abgedichtet ist. Dieses Bohr geht in einen Mantel über, in dem mit Möglichkeit einer axialen Einstellverschiebung in bezug auf das Gehäuse der Pol desselben angeordnet ist. Der Pol ist gegenüber dem Mantel abgedichtet und in einer vorgegebenen Lage fixiert (siehe z.B. das Patent .Nr. 1249043, Kl. 47g, 45/02, erteilt in der BRD).

Die von dem Elektromagnetantrieb entwickelte Zugkraft wird durch die Größe des Spaltes zwischen dem Kern und dem Pol des Gehäuses bestimmt.

Es ist bekannt, daß auf die Größe der Zugkraft im Anf angsmoment der Kernbewegung und auf Form und Lage der Zugkraftkennlinie einen wesentlichen Einfluß die Ji'orm der einander zugekehrten Stirnflächen von Kern und Pol ausüben, d.h. von denjenigen Stirnflächen, die den Spalt zwischen dem Kern und dem Pol bilden.

Die Erzeugung einer ert'orderlichen Zugkraft im Anfangsmoment der js.ernbewegung wird in dem oben beschriebenen Elektromagnetantrieb des Stelliaechanismus durch Einstellverschiebung des Pols in bezug auf das Gehäuse und den Kern bewerkstelligt, d.h. durch Veränderung der Größe des Spaltes.zwischen Pol und Gehäuse.

Diese Verschiebung des Pols führt zu einer Änderung der Arbeitshubgröße des Kernes.

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In einigen Fällen ist jedoch eine Änderung der Arbeitshubgröße des Kerns auf Grund der Arbeitsbedingungen des Stellmechanismus, der durch den genannten Elektromagnetantrieb in Tätigkeit gesetzt wird, unzulässig.

Ein weiterer .Nachteil des oben beschriebenen Elektromagnetantriebs .ist, daß die Lageänderung des Pols in bezug auf den Kern lediglich zu einer Vergrößerung oder Verminderung der Zugkraft im Anfangsmoment der Kernbewegung führt, aber weder die Form, noch die liage der Zugkraft kennlinie des Antriebs verändert, was es sonst gestatten würde, die Zugkraftkennlinie des Elektromagnetantriebs mit der Belastungskennlinie des Stellmechanismus in Übereinstimmung zu bringen.

Die Zugkraft des oben beschriebenen Elektromagnetantriebs hat den Mindestwert im Anfangsmoment der Kernbewegung und den Höchstwert am Ende des Arbeitshubs des Kernes, während die Gegenkräfte des Stellmechanismus ihren maximalen Wert im Anfangsmoment der Kernbewegung (im Augenblick der Ventilöffnung) haben und am Ende des Arbeitshubs des Kernes schroff abnehmen.

Diese Fehlanpassung der Zugkraft- und der Belastungskennlinie führt zur Notwendigkeit, Elektromagnet antriebe mit einem großen Vorrat an Zugkraft einzusetzen, die am Ende des Arbeitshubs des Kernes entwickelt wird, d.h. einer Zugkraft, welche die Gegenkraft des Stellmechanismus am Ende des Arbeit shubs des Kernes erheblich übersteigt.

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Eine solche Nichtübereinstimmung der Zug- und der Gegenkraft bewirkt das Auftreten von Schlägen des Kernes gegen den Pol und folglich eine Deformation und einen erhöhten Verschleiß der beweglichen Teils des Antriebs«

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile·

Der Erfindung war die Aufgabe augrunde gelegt, einen Elektromagnetantrieb des Stellmech&niemus zu schaffen, in welchem der Pol des Gehäuses eine solche konstruktive Ausführung hat , die es erlauben würde, Hie Größe der Zugkraft im Anfangsmoment der Kernbewegung ohne Änderung der Größe des Arbeitshubs des Kernes sowie auch die Form und Lage der Kurve der Zugkraftkennlinie des Elektromagnetantriebe zu verändern, um diese mit der Belastungskennlinie des Stellmechanismus in Übereinstimmung zu bringen·

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Elektromagnetantrieb des Stellmechanismus, der ein aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehendes Gehäuse mit Pol enthält, dem gegenüber ein mit dem Stellmechanismus verbundener Kern angeordnet ist, der durch eine im genannten Gehäuse untergebrachte Spule verläuft, erfindungsgemäß der Pol des Gehäuses mindestens aus zwei Teilen besteht, und zwar einem in bezug auf das Gehäuse feststehenden inneren Teil, dessen Durchmesser dem Durchmesser des in Richtung des Pols weisenden Kernendes gleich ist oder diesen Durchmesser etwas überschreitet, sowie aus einem diesen umfassenden äußeren Teil,

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.der mit Möglichkeit einer axialen linstellverSchiebung gegenüber dem feststehenden Teil des Pols angeordnet ist_e wodurch man bei unveränderter Größe des Arbeitshubs des Kernes die Verteilung der magnetischen Kraftlinien zwischen Pol und Eern ändert.

Es ist zweckmäßig₉ daß die Stirnfläche des äußeren Polteiis, die in Richtung des Kernes weist, von der Stirnfläche des inneren Polteils um einen Betrag absteht, der dem Abstand zwischen der Stirnfläche des unbeweglichen Polteils und der Stirnfläche des Kerns bei dessen von dem feststehenden Polteil entferntester .Lage gleich ist oder diesen Abstand etwas überschreitete

Diese gegenseitige Anordnung der Polteile gewährleistet die rationellste Verteilung der magnetischen Kraftlinien und folglich die rationellste Zugkraftkennlinie des Elektromagnet antriebe .

Der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Elektromagnetantrieb des Stellmechanismus gestattet es, die Größe der Zugkraft ohne Änderung der Arbeitshubs des Kernes ι die Form und die Lage der Zugkraftkennlinie zwecks deren Übereinstimmung mit der Belastungskenniinie des Stellmechanismus zu regeln, wodurch der Einsatzbereich des Elektromagnetantriebs vergrößert sowie dessen Betriebsdauer verlängert wirde

nachstehend wird die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Hinweisen

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auf beiliegende Zeichnungen angeführt} in den Zeichnungen zeigt:

Eig, 1 - Elektromagnetantrieb gemäß der Erfindung,

Längsschnitt;

lig. 2 Schnitt nach Linie H-II von Fig. 2j

· 3 - Vergleich der Zugkraftkennlinien, des bekannten und des erfindungsgemäßen jälektromagnetantriebs»

Der .Elektromagnet des Stellmechanismus 1 (lig. 1) eines Ventils 2 besitzt ein Gehäuse 3 ^mit Pol 4« Das Gehäuse und der Pol sind aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgeführt. Das Gehäuse 3 ist mittels &chrauben 5 am Deckel 6 des Ventils 2 befestigt, der aus einem unmagnetischen Material besteht.

Im Gehäuse 3 ist eine Spule 7 untergebracht, die an eine (nicht dargestellte) Stromquelle angeschlossen ist.

Je nach der eingebauten Spule kann der Anschluß an Gleich— oder Wechselstrom erfolgen.

Auf dem Deckel 6 des Ventils 2 ist ein Trennrohr 8 angeordnet, das aus einem unmagnetischen Material ausgeführt ist. Dieses Rohr ist durch die Spule 7 geführt und umfaßt den Pol 4 des Gehäuses 3· Das Ronr ist mittels Gummiringen 9 abgedichtet und dient zum hermetischen Abschluß des Hohlraums des Gehäuses 3 gegenüber dem Medium, in dem das Ventil 2 arbeitet.

Im Trennrohr 8 verläuft ein Kern 10, dessen eiEfEnde mit dem Stellmechanismus 1 des Ventils 2 verbunden ist, wäh-

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rend das andere sich gegenüber dem Pol 4 befindete

Als Btellmeclianismus 1 dient ein Schieber₉ der die Durchgangsöffnung 11 des 'Ventils abschließt „ Als Stellmeehanismus kann eine beliebige, für diese Zitecke geeignete Konstruktion verwendet werden.

Der Pol 4 des Gehäuses 3 besteht aus zwei Teilens einem inneren Teil 12₉ der mit dem Gehäus© 3 eine Einheit bildet, und einem diesen umfassenden äußeren Teil 13» D©r innere Teil 12 des Pols 4 hat einen Durchm©ss©r₃ der dem Durchmesser des Kernes 10 gleich ist oder diesen Durchmesser etwas überschreitet.

Der äußere Teil 13 des Pols 4 stellt eine zylindrische Hülse darβ Diese Hülse ist mit Möglichkeit einer axialen Verschiebung egenüber dem feststehenden inneren Teil 12 des Pols 4 angeordnet j wozu auf dem Auß@ndurehmess©r der Hülse 13· ein Gewinde ausgeführt ist* auf welches eine Mutter 14 aufgesetzt ist. Diese Mutter ist im Gehäuse 3 in Lagern 15 gelagert«, Am Außendurchmesser der Mutter 14 sind Zähne 16 (Fig. 2) ausgebildet, die zu einer bequemen Drehung derselben dienen« In die Lücke zwischen den IM achbar zähnen greift ein Anschlag 17 ©in, der zum ü'ixieren der Mutter 14 in einer vorgegebenen Lage bestimmt ist_e Der Anschlag 1? ist am Gehäuse 3 .mittels einer Schraube 18 (Figo 1) befestigt»

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Stift 19 (Fig. 1, 2) angeordnet, dessen üinden etwas über den Außendurchmesser des inneren Teils 12 hinausragen. In der Hülse 13 sind zur Aufnahme dieser Enden des Stiftes 19 ifuten 20 eingearbeitet.

Die Hülse I3 (Fig. 1) ist in bezug auf den feststehenden 'feil 12 des Pols 4 so angeordnet, daß ihre in Richtung des Kernes 10 weisende Stirnfläche von der Stirnfläche des inneren Teils 12 um einen Betrag absteht, der dem Abstand zwischen der Stirnfläche des feststehenden Innenteils 12 des Pols 4 und der nach der Seite des Pols weisenden Stirnfläche des Kernes 10 bei dessen von diesem inneren Teil 12 des Pols 4 entferntester Lage gleich ist oder diesen Abstand etwas überschreitet, d.h. praktisch um die Größe des Arbeite— hubs des Kernes 10.

Bei dieser gegenseitigen Lage der Polteile ist die vorteilhafteste Verteilung der magnetischen Kraftlinien zu verzeichnen, welche die größte Zugkraft im Anfangsmoment der Kernbewegung gewährleisten, d.h.dann, wenn die Größe der Gegenkraft des Stellmechanismus 1 maximal ist.

Der Elektromagnetantrieb des Stellmechanismus arbeitet folgenderweise·

Bei der Zuführung des elektrischen Stroms in die Wicklung der Spule 7 bewegt sich der Kern 10 unter Einwirkung des entstehenden elektromagnetischen Feldes in Richtung des Pols 4 bis zur Berührung mit der Stirnfläche des feststehenden

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inneren Teils 12 des Pols 4 und wird in dieser Stellung so lange festgehalten₉ bis die Stromzuführung in die Spule 7 andauert. Zur Abstimmung der Zugkraft F (Fig. 3), die vom Elektromagnetantrieb entwickelt wird_s mit der Gegenkraft des Stellmechanismus 1 des Ventils 2 dreht man die Mutter 14 so lange, bis die Hülse 13 die vorgegebene' Lage in bezug auf den inneren Teil 12 des Pols 4 einnimmt, d.h. bis der Kern 10 eine Stellung einnimmt, bei der seine Stirnfläche in Höhe der Stirnfläche der Hülse 13 oder etwas höher zu stehen kommt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn sich der Kern 10 der Stirnfläche der Hülse 13 nähert, in diese jedoch noch nicht eingetreten ist, nimmt die Zugkraft mit der Verminderung des Spaltes zwischen den Stirnfläche von Kern und außerdem Polteil schroff zu: der Punkt "a" (Fig. 3) auf der üurve 1 der Zugkraftkennlinie des Elektromagnetantriebs im Koordinatensystem, wo F - die Zugkraft und 0 die Hublänge des Kernes bedeuten. Ist aber der ^ern 10 in die Hülse 13 eingetreten, ändert sich die Zugkraft fast nicht Abschnitt "ab" auf der Kurve 1«

Eine merkliche Vergrößerung der Zugkraft erfolgt erst am Ende des Hubs des Kernes 10? der Abschnitt der Kurve 1 links vom Punkt "b".

Auf dem Abschnitt "ab", d.h. wenn sich der Kern 10 in der Hülse 13 so lange bewegt, bis er sich der Stirnfläche des inneren Teils 12 des Pols 4 genähert hat, ändert sich die Zugkraft F praktisch nicht. Deswegen wird der Kern keine

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großen Beschleunigungen erfahren, und folglich, werden die dynamischen Stoßbelastungen der beweglichen Teile des Elektromagnetantriebs und des Ventils 2 gering sein. Die Lage der Hülse- 13 in bezug auf den inneren Teil 12 des Pols 4 wird so gewählt, daß die größte Gegenkraft - der Punkt G der Kurve II der Belastungskennlinie des Stellmechanxsmus 1 - die Zugkraft des Elektromagnetantriebs im Punkt "d" etwas unterschreitet, welcher der iiitte des Abschnitts "ab" der Zugkraftkennlinie des Elektromagnetantriebs nahe liegt.

Durch eine derartige Einstellung der Hülse 13 wird der Ausgleich sämtlicher technologischer .Fehler gewänrleistet, die bei der Herstellung des Elektromagnet antriebs und des btellmechanismus entstehen.

Bei der Verschiebung der Hülse 13 relativ zu dem inneren Teil 12 des .Pols 4 verschiebt sich die luirve I der Zugkraftkennlinie des Elektromagnetantriebs längs der Achse "Οι", wie dies in Fig. 3 strichliert angedeutet ist.

Eine solche Lageänderung der Kurve I der Zugkraftkennlinie gestattet es, Elektromagnetantriebe mit einer Zugkraftkennlinie gleicher Form und mit gleicher Größe der Zugkraft für Stellmechanismen mit nach ihrer GröBe verschiedenen Arbeit sgängen zu verwenden.

Die Kurve III zeigt vergleichsweise die Jj'orm der Kurve der Zugkraft kennlinie bei dem bekannten üj'lektromagnet antrieb.

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Claims

PATEMTAMSPRtJGHEs

( 1· ^Elektromagnetantrieb für Stellmechanismem, der ein aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehendes Gehäuse mit Pol enthält, dem gegenüber ein mit dem Stellmechanismus verbundener Kern angeordnet ist, der durch eine in dem genannten Gehäuse untergebrachte Spule verläuft -, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol (4) des Gehäuses zumindest aus zwei Teilen besteht, und zwar einem in bezug auf das Gehäuse (3) feststehenden inneren Teil (12), dessen Durchmesser dem Durchmesser des in .Richtung des Pols (4) weisenden Endes des Kernes (10) gleich ist oder diesen Durchmesser etwas überschreitet, sowie aus einem diesen Teil umfassenden äußeren Teil (13)» der mit Möglichkeit einer axialen EinsteliverSchiebung gegenüber dem feststehenden Teil (12) des Pols (4) angeordnet ist, wodurch man uei unveränderter Größe des Arbeitshubs des Kernes (10) die Verteilung der magnetischen Kraftlinien zwischen Pol und Kern ändert«
2. Elektromagnetantrieb nach Anspruch 1₈ dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des äußeren Teils (13) des Pols (4), die in Sichtung des Kernes"(10) weist, von der Stirnfläche des inneren Teils (12) des Pols (4) um einen Betrag absteht, welcher dem Abstand zwischen der Stirnflache des Kernes (10) bei dessen von diesem inneren Polteil entferntester Lage gleich ist oder diesen Abstand etwas überschreitet.

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