DE3237290A1

DE3237290A1 - Solenoid-ventil

Info

Publication number: DE3237290A1
Application number: DE19823237290
Authority: DE
Inventors: Stephen Victor 06896 West Redding Conn. Chelminski
Original assignee: Bolt Technology Corp
Current assignee: Teledyne Bolt Inc
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1983-04-21
Also published as: CA1192175A; AU8923182A; GB2107435A; JPS58137681A; FR2514463A1

Description

Die Erfindung betrifft solenoidbetätigte Hochleistungsventile zur Steuerung des Durchflusses hochkomprimierter Druckluft und insbesondere wasserdichte Hochleistungsventile, die geeignet sind, während des Betriebes in Wasser eingetaucht zu werden oder in anderen die Korrosion fördernden Umgebungen betrieben zu werden,, Das beschriebene Solenoidventil ist für den Einbau in eine Hochdruck-Druckluftkanone gedacht, die in Wasser eingetaucht ist, um das Abfeuern der Druckluft-Kanone bei der Ausführung seismischer Exploratxonsoperationen zu steuern. Das Solenoidventil kann auch zur Steuerung von Druckluftkanonen verwendet werden, die nicht untergetaucht sind und zur Steuerung der plötzlichen Freigabe hochkomprimierter Luft oder anderer Gase für andere Zwecke.

Die folgenden US-Patente sind in diesem Zusammenhang von Interesse:

3 588 039 - Stephen V„ Chelminski und Anthony J. Delano -

"Solenoidventilaufbau und Systeme"

4 210 222 - Paul Chelminski und Stephen V. Chelminski -

"Druckluftkanonen-Überwachungsverfahren und Vorrichtung"

4 240 518 - Stephen V. Chelminski "Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer Anzahl von Druckluftkanonen zur seismischen Vermessung"

Die US-PS 3 588 039 zeigt Hochleistungs-Solenoidventile, die in der Lage sind, hohen Vibrationskräften zu widerstehen und die in Salzwasser eingetaucht werden können und die einen magnetischen Kreis aus korrosionsbeständigem Stahl aufweisen. Die dargestellten Solenoidventile weisen einen Kolben auf, der zusammen mit einem Ventilschaft das Ventil bildet.

Der Kolben ist selektiv so geformt, daß er ein ausgezeichnetes Druckgleichgewicht bildet, um eine Hochleistungszuverlässigkeit des magnetischen Kreises zu gewährleisten, während der Kolben und die zugehörigen Betätigungsteile schnell und bequem auseinandergenommen und wieder zusammengebaut werden können, ohne das Solenoidventil zu beschädigen, um Schmutzpartikel zu entfernen, die gegebenenfalls durch die Zufuhrleitungen zugeführt wurden. Die Magnetspulenwindung und ihre Yerbindungsleitungen sind im Gehäuse eingeschlossen und die elektrischen Kontaktstifte oder Stecker sind in einem elektrischen Steckverbinder zugänglich für den Eingriff mit einer elektrischen Buchse am Ende eines elektrischen Kabels, das zum Solenoidventil führt.

Die US-PS 4 210 222 beschreibt den Augenblick, in dem eine Druckluftkanone abgefeuert wird, wobei dieser Augenblick von einem Druckumformer festgestellt wird, der in Pluidverbindung mit einer Doppelventilkegel-Betätigungskammer (,shuttle-operating chamber, vgl. Seite 3, Zeile 14) der Druckluftkanone ist, um eine darin auftretende plötzliche Druckänderung festzustellen. Dieser Umformer und die Kontaktgabeln der Magnetspulenwindungen sind mit dem elektrischen Kabel durch den Einsatz eines elektrischen Zwischensteckers zwischen die Kontaktgabeln der Magnetspulenwindung und die Buchse am Ende des elektrischen Kabels, das sich zum Solenoidventil erstreckt, verbunden.

Die üs-PS 4 240 518 beschreibt gleichfalls den Augenblick des Abfeuerns einer- Druckluftkanone, der von einem Druckumformer festgestellt wird, der im Gehäuse des Solenoidventils angeordnet ist. Dieser Umformer ist mittels einer Erdleitung mit dem Gehäuse des Solenoidventils verbunden, so daß er nur eine Leitung aufweist, die mit einer Kontaktgabel verbunden ist, welche nahe den Kontaktgabeln der

Magnetspulenwindung und nabe eines Erdkontaktes für das Solenoidgehäuse angeordnet ist« Bei einer anderen Ausgestaltung ist der Umformer vom Gehäuse isoliert und weist zwei Leitungen auf, die mit einem Kontaktpaar nalae dem Kontaktpaar der Magnetspulenwindung verbunden sind. Die Kontakte der Magnetspulenwindung und der Kontakt (oder die Kontakte) für die Umformerleitung (oder Leitungen) sind mit einer Buchse am Ende eines elektrischen Kabels, das sich zum Solenoidventil erstreckt, in Eingriff.

Bei diesen "bekannten Solenoidventilen sind elastische Dichtungen, beispielsweise O-Ringdichtungen, zwischen dem Stecker des elektrischen Kabels und dem Gehäuse des Solenoidventils angeordnet» Der Zweck dieser elastischen Dichtungen ist es, den Eintritt von Seewasser in den Bereich der elektrischen Kontakte zwischen dem Kabelstecker und dem Gehäuse des Solenoidventils zu verhindern» In diesem Kontaktbereich sind die Drähte der Kabel über trennbare Kontakte elektrisch mit den elektrischen Stiften (Kontakten) des Yentilgehäuses verbunden. Diese elektrischen Stifte (Kontakte) führen zur Magnetspulenwindung, um zu ermöglichen, daß ein elektrisches Signal von einer entfernten Station durch die Drähte im Kabel zur Magnetspulenwindung übertragen wird, um das Ventil zu betätigen, beispielsweise um eine Druckluftkanone abzufeuern. Aus dieser Beschreibung wird verständlich, daß auch andere elektrische Stifte (Kontakte) in diesem Kontaktbereich vorhanden sein können, die zu einem Druckumformer führen, um ein elektrisches Signal durch andere Drähte im Kabel zur entfernten Station zu übertragen, um den Augenblick des Abfeuerns der Druckluftkanone anzuzeigen, in der das Solenoidventil eingebaut ist.

Wenn eine Druckluftkanone in Wasser untergetaucht ist und wiederholt abgefeuert wird, um seismische Explorationen oder Messungen durchzuführen, wird die elastische Dichtung, die

mit dem elektrischen Kabelstecker verbunden ist, einer leichten Verformung jedesmal dann unterworfen, wenn die Druckluftkanone abgefeuert wird, infolge des kräftigen Ausstoßes der Druckluftkanone. Diese wiederholte leichte Verformung der Dichtung bei jedem Abfeuern der Druckluftkanone führt .\ zu einer Wasserpumpwirkung, die es dem Wasser ermöglicht, durch die Dichtung zu dringen. Dadurch erreicht das Seewasser früher oder später den Bereich der elektrischen Kontakte und bewirkt einen elektrischen Ausfall infolge von Korrosion.

Bei der Durchführung seismischer Meeresexplorationen kann ein Vermessungsschiff fünfzig oder mehr Kanonen in einem Feld hinter sich ziehen. Es ist daher verständlich, daß die Möglichkeit von auftretenden Korrosionsproblemen infolge der relativ großen Anzahl von Kabelsteckern erhöht wird. Da auch die stündlichen Kosten seismischer Meeresexplorationen sich weiter erhöhen, ist ein elektrischer Ausfall, der durch die Korrosion von Steckerkontakten bewirkt wird, eine ernsthafte Behinderung und ein wirtschaftliches Problem für den Betreiber eines Vermessungsschiffes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probleme des Ausfalles infolge Korrosion zu verhindern, indem ein Hochleistungs-Solenoidventilsystem geschaffen wird, das elektrisch noch zuverlässiger ist als die bekannten Hochleistungs-Solenoidventile.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung in einer ihrer Ausgestaltungen sind die Solenoidwindungen und das elektrische Kabel als ein integrales,wasserdichtes, elektrisches Bauteil oder als Einheit ausgebildet, die als solche vom übrigen Teil des

= 9 —

Solenoidventils getrennt werden kann. Infolgedessen gibt es keine abnehmbaren Kontakte, die korrodieren können.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sieb, aus der Tatsache, daß die Magnetspulenwicklung als Einheit entfernt und im Solenoidventil ersetzt werden kann, ohne daß der Ventilaufbau beeinträchtigt wird und ohne daß das Solenoidventil aus der zugehörigen Druckluftkanone herausgenommen werden muß.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Druckumformer, der den tatsächlichen Augenblick des Abfeuerns der Druckluftkanone feststellt, der oftmals als "Zeitunterbrechungs-" (time-break) "Umformer" bezeichnet wird, mit dem elektrischen Kabel als integrales wasserdichtes Bauteil ausgebildet«

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die MagnetWicklung, ihr elektrisches Kabel und ein Endteil des Korrosionsresistenten Gehäuses des Solenoidventils zusammen als integrales wasserdichtes Bauteil oder als Einheit ausgebildet, die vom übrigen Teil des Solenoidventils entfernt werden kann. Darüber hinaus dient dieser Endteil des Gehäuses als Mittel, um die Magnetwicklung in ihrer Betriebsstellung innerhalb des Solenoidventils zu befestigen.

Ein weiterer Vorteil dieses integralen wasserdichten Bauteiles, welches die Magnetwicklung, das elektrische Kabel und den Endteil des Gehäuses umfaßt, ist, daß dieses Bauteil dazu dient, um den Zeitunterbrechungs-Umformer in seiner Betriebsstellung im Gehäuse des Solenoidventils herausnehmbar zu befestigen.

Die verschiedenen Merkmale, Ausgestaltungen, Ziele und Vorteile der Erfindung werden im einzelnen in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen

- ίο -

dargelegt und verständlich, welche die als am vorteilhaftesten betrachteten Ausgestaltungen der Erfindungen zeigen. In diesen Zeichnungen "bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente oder Bauteile in den verschiedenen Ansichten. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Solenoidventilsystem;

Fig_# 2 eine Seitenansicht des Solenoidventilsystems, wobei ein kleiner Teil der Druckluftkanone, auf der das Solenoidventil angebracht ist, in Fig. 2 unten zu sehen ist;

Pig. 3 einen Schnitt durch das Solenoidventilsystem, gesehen aus derselben Richtung, wie in Fig. 2, wobei der Schnitt entlang der Ebene 3-3 in Fig. 1 geführt ist;

Fig, 4· die Magnet wicklung, ihr elektrisches Kabel und ein abnehmbares Ende des Gehäuses als integrales, wasserdichtes elektrisches Bauteil oder als Einheit; diese vorteilhafte einheitliche elektrische Komponente ist vom Solenoidventil abgenommen dargestellt, wobei die Ventilanordnung nicht beeinträchtigt wird und das Solenoidventil nicht von der Druckluftkanone, an der es angebracht ist, entfernt werden muß.

Diese vier Figuren zeigen die derzeit bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Tatsächlich wird mit der Erfindung ein Gesamt-Solenoidventilsystem geschaffen, bei dem die Magnetwicklung (manchmal auch "Magnetspule") genannt, und ihr elektrisches Kabel sowie das Ende des Gehäuses integriert sind, um ein einziges Bauelement, nämlich den elektrischen Teil des Solenoidventils zu bilden. Dieses wasserdichte elektrische Bauteil kann als Einheit vom Rest des Solenoidventils entfernt werden, welches eine Einheit bleibt; insbesondere bleiben die beweglichen Betriebsteile

- 11 -

des Solenoidventils eine Einheit, die nicht beeinträchtigt wird, wenn das wasserdichte elektrische Bauteil entfernt und ersetzt wird,, Dieses neue Konzept eines Gesamt-Solenoidventilsystems wird am schnellsten durch Betrachtung der Figur 4 verständlich, die das Gesamtsystem 7 zeigt, welches in ein integrales, wasserdichtes,elektrisches Bauteil 8 und seine mechanischen Bauteile 9 getrennt ist.

Das Solenoidyentil 10 (Figuren 2 und 3) ist am Endteil 12 einer Druckluftkanone angebracht. Die Art und Weise, in der das Solenoidventil 10 als Auslöser beim Abfeuern verwendet wird, wird aus den drei zuvor angegebenen Patenten deutlich und wird daher hier nicht beschrieben. Das Solenoidventil 10 weist ein Hauptgehäuse oder Basisteil 14 auf (welches am deutlichsten in Figur 4 zu sehen ist), das eine Ventilanordnung 16 enthält. Die Betriebsteile des Solenoidventils, die sich während der Betätigung bewegen, entsprechen dieser Ventilanordnung 16, wie weiter unten beschrieben ist. Das Solenoidventil 10 weist auf ein abnehmbares oberes Endteil des Gehäuses oder einen Deckel auf, der als integralen Bestandteil die Magnetwicklung 20 enthält. Das Hauptgehäuse 14 bildet einen ringförmigen Kanal 22 (Figur 4), der die Ventilanordnung 16 umgibt und der zum oberen Ende des Hauptgehäuses, wo der Endteil oder Deckel 18 des Gehäuses während des Betriebs angeordnet ist, offen ist. Der Deckel 18 weist einen sich nach unten erstreckenden Ansatz 24 auf, der hohl ausgebildet ist und eine dünne zylindrische Wand 26 bildet. Die Wicklung 20 und ihre Spule (die später näher beschrieben werden) sind innerhalb dieser dünnen zylindrischen Wand 26 eingegossen und bilden dadurch einen umgekehrten Napf mit ringförmiger Gestalt, der dicht in den ringförmigen Kanal 22 eingepaßt ist, wie in Figur 3 zu sehen ist. Das Kabel der elektrischen Feuerleitung 27 (Figur 3) zur Übertragung eines

- 12 -

Signals, zur Erregung der Magnetwicklung 20, zum Abfeuern der Druckluftkanone, ist direkt mit den Anschlußleitungen 28, 29 der Wicklung 20 verbunden. Es sind keine störende,.trennbare: elektrische Kontakte vorhanden; mit anderen Worten ist eine direkte Verbindung von den isolierten Drähten 31, 32 des Feuerleitungskabels 27 zu den Anschlußdrähten 28 und 29 hergestellt. Die Solenoidwicklung oder -spule 20 ist um einen Spulenkern 34 (Figur 3) aus dielektrischem Material gewickelt. Der Spulenkern und die Wicklung 34 und 20 sind innerhalb der dünnen zylindrischen Wand 26 zusammen mit den Kabeldrähten 31, 32 angeordnet und das benachbarte Ende des Kabels ist in einem Durchgang 36 angeordnet, der in den Gehäusedeckel 18 gebohrt ist. Ein Nippel 38 ist bei 39 am Deckel 18 festgeschweißt, wobei eine Bohrung 40 des .Nippels mit dem oberen Ende des Durchganges 36 ausgerichtet ist. Das Feuerleitungskabel 27 erstreckt sich nach oben durch die B_ohrung dieses .Nippels 38.

Um ein wasserdichtes, integrales, einheitliches elektrisches Bauteil 8 (Figur 4) zu bilden, sind die Solenoidwicklung 20, ihr Kern 34, die Anschlußleitungen 28, 29 zusammen mit den Drähten 31, 32 in der zylindrischen Wand 26 und im Durchgang 36 mittels einer Epoxy-Vergussmasse 42 vergossen. Beim Vergießen werden diese Elemente zunächst einem Vakuum ausgesetzt, um die Luft abzuziehen, so daß das Epoxy-Gußmaterial 42 alle Hohlräume füllt. Das Gußmaterial 42 füllt den Raum zwischen den Windungen der Wicklung 20, um zu verhindern, daß die Windungen der Spule sich aneinander reiben und erstreckt sich nach unten über den unteren Flansch des Spulenkernes hinaus und überlappt den Rand der Wand 26 bei 44, um eine Klebverbindung zu bilden. Das erstarrte Epoxy-Gußmaterial 42 ist relativ fest.

Um den Gußvorgang zu vervollständigen, werden der obere Teil des Durchganges 36 und die Bohrung 40 des Mppels 38 mit einer Polyurethan-Verußmasse 46 gefüllt, die weicher ist als das

- 13 -

Epoxy-Material 42«, Der Vorteil der Verwendung dieses flexibleren Vergußmaterials 46 besteht darin, daß es sich leichten Verbiegungen zwischen dem Kabel 27 und dem Nippel 38 anpaßt. Es sei angemerkt, daß die Mippelbohrung 40 angerauht ist, beispielsweise mittels einer Schraubgewindeanordnung, um einen rauhen Oberflächenbereich zu schaffen, der das Polyurethan-Vergußmaterial 46 gut festhält.

Um das Feuerleitungskabel 27 zu schützen, ist eine feste, steif-flexible Hülle 48 um das elektrische Kabel angeordnet. Diese Schutzhülle 48 ist ein im Handel erhältlicher Hochdruckschlauch, der starke, nicht metallische Verstärkungsfasern .aufweist« Das Ende der Schutzhülle 48 ist mittels einer gleichfalls im Handel erhältlichen, mechanisch gequetschten Schlauchkupplung 50 mit einem Pitting 52 verbunden. Dieses Schlauehfitting 52 ist mittels einer Überwurfmutter 54 abnehmbar am Mippel 38 angebracht.

Damit bildet der elektrische Teil 8 (Figur 4) eine integrale, wasserdichte Einheit«, Die Solenoidwicklung 20, die zusammen mit dem Kern 34 in die zylindrische Wand 26 eingegossen ist, bildet einen umgekehrten ringförmigen Becher, der dicht in die ringförmige Ausnehmung 22 im Basisteil 9 des Solenoidventils passt und leicht aus dieser herausnehmbar ist. Der vergossene Kern 34 und die Wicklung 20 bilden zusammen mit dem hohlen Ansatz 24 (Figur 4) eine Buchse 60, welche eng um die Ventilanordnung 16 herum gebildet ist.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ist der Basisteil 14 des Gehäuses mittels eines Paares Schrauben 56, die auf gegenüberliegenden Seiten des Basisteiles 14 durch ein Paar Plansche 58 geführt sind, an der Druckluftkanone 12 befestigt. Der Gehäusedeckel 18 ist mit vier langen Schrauben 62, die sich nach unten in die Druckluftkanone 12 erstrecken und in dieser verschraubt sind, am Gehäusebasisteil

- 14 -

14 angebracht. Daher unterstützen diese vier langen Schrauben 62 die zwei kürzeren Schrauben 56 bezüglich der Befestigung des Solenoidventils an der Druckluftkanone 12 während des Betriebs. Das Entfernen der vier Schrauben 62 ermöglicht jedoch, daß der elektrische Teil 8 (Figur 4) als Einheit entfernt werden kann, wie durch den Pfeil 64 angezeigt ist, ohne daß das Basisbauteil 9 oder die Ventilanordnung 16 beeinträchtigt werden und ohne daß das Basisgehäuse 14 von der Druckluftkanone 12 abmontiert werden muß. Es sei angemerkt, daß die Köpfe der Schrauben 62 bezüglich der oberen Fläche des Gehäusedeckels 18 versenkt angeordnet sind, wie in Figur 2 zu sehen ist.

Um einen Zeitunterbrechungs-Umformer 66 herausnehmbar in einer Steckausnehmung 68 in der Seitenwand des Basisgehäuses 14 zu halten, ist ein U-förmiger Schlitz 70 (Figur 1) am Rand des Deckels 18 vorgesehen, der einen Raum für ein rohrförmiges Fittung 72 bildet. Das untere Ende des rohrförmigen Fittings 72 weist einen Flansch 74 mit einer O-Ringdichtung 76 auf, die in das erweiterte obere Ende der Steckausnehmung 68 passt. Auch um das untere Ende des Umformers 66 ist eine 0-Ringdichtung 78 gelegt. Der Umformer kann vorteilhaft von dem Typ sein, wie er in der US-PS 4 286 687 der Anmelderin beschrieben und beansprucht ist.

Die Anschlußleitungen 81, 82 dieses Umformers 66 sind direkt mit den Drähten 83, 84 eines elektrischen Zeitunterbrechungs-Sensor-Kabels 80 mittels elektrischer Dauerklemmverbindungen 85, 86 verbunden. Die Anschlußleitungen 81, 82, die Drähte 83, 84 und die Dauerverbindungen 85, 86 sind in der Bohrung des rohrförmigen Fittings 72 mittels geschmolzenen Gummimaterials 87 vergossen. Das Gummimaterial erstreckt sich als konische Umhüllung 88 über das Ende des Kabels 70 heraus, um Biegebeanspruchungen zu widerstehen. Die Bohrung des Fit-

- 15 -

tings 72 ist, beispielsweise mittels einer Schraubgewindeform, aufgerauht, um ein festes Halten oder Greifen des Materials 87 zu gewährleisten. Ein Durchgang 89 bildet eine Fluidverbindung mit einem Bereich der Druckluftkanone, in dem eine plötzliche Erhöhung des Druckes beim Abfeuern auftriit, wie aus den US-PS'en 4 210 22 und 4 240 518 deutlich wird.

Ein unter Druck gesetztes gasförmiges Fluid, üblicherweise Druckluft, wird dem Solenoidventil 10 über ein Hochdruck-Zufuhrrohr 90 zugeführt, das mit dem Gehäusedeckel 18 über ein Pitting 92 verbunden ist, das in eine Halterung 94 an die Oberseite di^s "Deckels angeschraubt ist. Das Solenoidventil ist vom Zweifach-Wirkungs-Typ, wie in der US-PS 4 240 518 , beschrieben und kann daher eine plötzliche Strömung von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung bewirken, wenn eine plötzliche Erregung erfolgt und es kann kontinuierlich die Strömung von einer Zufuhröffnung zu einer Einlaßöffnung absperren, wenn es kontinuierlich erregt wird. Dieses Solenoidventil 10 weist eine Zuführöffnung 96 (Figur 5) auf, die in Verbindung mit der Zuführleitung 90 ist, eine Einlaßöffnung oder Kammer 98, die in Verbindung mit dem Inneren der Druckluftkanone steht und eine Auslaß- oder Auslöseöffnung 100, die gleichfalls in Verbindung mit dem Inneren der Druckluftkanone steht. Die letztgenannte Öffnung 100 wird plötzlich in Verbindung mit der Einlaßöffnung 98 gebracht, wenn die Ventilanordnung 60 durch plötzliche Erregung der Magnetwicklung 20 betätigt wird, wodurch die Druckluftkanone abgefeuert wird.

Wenn die Magnetwicklung 20 nicht erregt ist, kann ein unter Druck gesetztes gasförmiges Fluid von der Zuführöffnung 96 über die Solenoidventilanordnung 46 zum Einlaßdurchgang 98 strömen, um das Druckfluid zu der Vorrichtung 12 zu bringen, die durch das Solenoidventilsystem gesteuert wird. Im Falle

- 16 -

einer Fehlfunktion der gesteuerten Vorrichtung kann das Solenoidventil 7 die Versorgungsleitung für das Druckfluid absperren, wie in der US-PS 4 240 518 beschrieben ist. Das Absperren wird erreicht, indem ein dauernder Strom durch die Wicklung 20 geführt wird. Während dieses dauernden Stromes wird die Ventilanordnung 16 durch einen zusätzlichen plötzlichen Stromstoß durch die Wicklung 20 betätigt und bleibt infolge des dauernden Stromes danach in dem betätigten Zustand.

Die Elemente der Ventilanordnung 16 sind im wesentlichen identisch mit den Elementen wie sie die Ventilmechanismen der Figuren 4, 5 und 7-12 der US-PS 4 240 518 zeigen. Diese Elemente der Ventilanordnung 10 sind im folgenden kurz beschrieben. Zur vollständigen Beschreibung des Aufbaues und der Funktion dieser mechanischen Ventilelemente wird auf die Beschreibung der genannten US-PS verwiesen. Ein Ventilschaft 102 sitzt im oberen Ende eines Kolbengehäuses 104 und wird dort mittels eines Halters 105 gehalten, der seinerseits von einem Haltering 106 gehalten wird. Ein gleitend angeordneter Kolben 107 umgibt den Schaft 102 und wird normalerweise von Federn 110, die in sich axial erstreckenden.Ausnehmungen im Kolben 107 angeordnet sind, nach unten in Eingriff mit der Dichtung 108 gedrückt.

Wenn die Solenoidwicklung 20 nicht erregt ist, liegt der Kolben 107 an der Dichtung 106 an, um die Verbindung zwischen den Öffnungen 98 und 100 zu unterbrechen, während die Versorgungsöffnung 96 mit der Öffnung 98 in Verbindung ist. Wenn die Solenoidwicklung 20 erregt wird, wird der bewegliche Kolben 107 entgegen der Κτε££· ö&r- Federn. 110 elektromagnetisch nach oben gezogen, wobei er von der Dichtung 108 getrennt wird, um die Verbindung zwischen den Öffnungen 98 und 100 freizugeben. Während der Kolben 107 elektromagnetisch oben

- 17 -

BAD ORIGINAL

gehalten wird, liegt eine Lippe 112 am oberen Ende des Kolbens an einer Dichtung 114 an, um die Verbindung zwischen den Öffnungen 96 und 98 zu unterbrechen. Die für das SoIenoidventilsystem verwendeten Materialien sind hochfeste, korrosionsbeständige Materialien hoher Qualität. Um ein starkes magnetisches PeId im Kolben 107 zu erzeugen, bestehen der Deckel 18, das Basisgehäuse 14, die oberen und unteren Teile des Kolbengehäuses 104 und der Kolben 107 aus magnetisch durchdringbarem, d.h. ferro-magnetischem, rostfreiem " Stahl« Der dünne zylindrische Wandabschnitt des Kolbengehäuses 104 neben dem Kolben 107 besteht aus nichtmagnetischem, rostfreiem Stahl, wobei ein Aufbau verwendet wird, wie er in der US-PS 3 588 039 dargestellt ist.

Die Ventilanordnung 16 (Figur 4) weist folgende Elemente auf: Das Kolbengehäuse 104, den Ventilschaft 102, den Halter 105, den Ringhalter 106, die die Verbindung zwischen Einlaß und Auslaß abschließende Dichtung 108, Federn 110, die die Verbindung zwischen Versorgungsöffnung und Einlaß abschließende Dichtung 114, und 0-Ringdichtungen 115 und 117, die in Ringnuten des Ventilschaftes 104 sitzen. Die Dichtung 115 schafft eine Gleitdichtung gegenüber der Bohrung des Kolbens 107.

Die Ventilanordnung 16 ist aus dem unteren Ende des Baisgehäuses 14 herausnehmbar, wenn dieses von der Druckluftkanone 12 oder einer anderen zu steuernden Vorrichtung abgenommen ist. Es ist eine innere Ringschulter 118 im Basisgehäuse unter dem ringförmigen Kanal 22 angeordnet, die sich nach innen erstreckt, und das Kolbengehäuse 104 weist einen äußeren Ringflansch 119 auf. Dieser Plansch 119 liegt an der inneren Schulter 118 an, um die ganze Ventilanordnung im Basisgehäuse 14 zu halten, wenn der elektrische Teil 8 herausgezogen wird (Pfeil) 64 wie in Figur 4 dargestellt.

- 18 -

Es sind verschiedene andere O-Ringdichtungen 120 vorgesehen, wie in der Zeichnung dargestellt, um eine Abdichtung gegen ein Lecken des gasförmigen Hochdruckfluids zu bewirken.

Aus Gründen einer einfachen Beschreibung beziehen sich Angaben wie «oben* und'unten' bei dem Solenoidventil 10 auf die Anordnung des Ventils in der Zeichnung. Dies gilt auch für diese und ähnliche Ausdrücke in den Patentansprüchen. Es ist jedoch klar, daß das beschriebene Solenoidventil in den verschiedensten Orientierungen bezüglich des Gravitationsfeldes der Erde verwendet und betätigt werden kann und die Ansprüche entsprechend zu verstehen sind.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Solenoidventilsystem geeignet ist, die angegebenen Vorteile zu erzielen. Dabei wird davon ausgegangen, daß die vorstehende Beschreibung sowie die Zeichnungen lediglich illustrativen Charakter haben.

- 19 -

Es wird ein solenoidbetätigtes Hochleistungsventil zur Steuerung des Stromes eines Hochdruckfluids beschrieben, das geeignet ist, während des Betriebes in Seewasser eingetaucht zu werden oder in anderen die Korrosion fördernden Umgebungen betrieben zu werden. Die Solenoidwindungen und das elektrische Kabel, die sich in das Solenoidventil erstrecken, sind in eine integrale wasserdichte Komponente integrierte die bequem und vorteilhaft vom übrigen Solenoidventil entfernt werden kann, ohne die sich bewegende Ventilteile enthaltende Ventileinrichtung zu zerstören und ohne das Solenoidventil aus der Druckluftkanone oder der übrigen Ausrüstung, an der es befestigt ist, zu entfernen. Die Solenoidwicklung, deren elektrisches Kabel und ein Endteil des korrosionsfesten Gehäuses des Solenoidventils bilden eine integrale wasserdichte elektrische Komponente, die als Einheit vom übrigen Teil des Solenoidventils entfernt werden kann. Dieser Endteil des Gehäuses wird als Deckel für die abnehmbare Befestigung der Solenoidwicklung in ihrer Arbeitsposition verwendet. Die sich ergebende einheitliche elektrische Komponente ist durch Einbetten in eine Gußkomponente geschützt und integriert. Dadurch entfallen abnehmbare elektrische Verbindungen oder Kontakte, die durch das Eindringen von Seewasser oder anderen korrosiven Mitteln Probleme verursachen können.

Leerseite

Claims

. Fwsfts, Ot. Bar <*■??
Patsntsnwiüta
Postfach 700345

Scfcne 27

D-ClGOO Frankfurt fcrn Main 70

Telefon (0611) 617079 _5< Oktober 1982

Gzg/G - B 5

Bolt Technology Corporation, 205 Wilson Avenue, Norwalk, Connecticut 06854, USA

Sölenoid-Yentil

Patentansprüche

Θ-Solenoidventilsystem zur Verwendung in einer korrosiven Umgebung, zur Steuerung des Stromes eines Hochdruckfluidsj mit einer Ventilanordnung und einem elektrischen Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß eine wasserdichte Magnetwicklung (20) dauerhaft am Ende des Kabels (27) befestigt ist und ein entfernbares integrales elektrisches Bauteil (8) bildet, daß die Wicklung abnehmbar in Betriebsstellung um die Ventilanordnung (16) anbringbar ist, daß die Wicklung beim Auftritt eines elektrischen Versagens schnell und leicht entfernbar ist, ohne die Ventilanordnung (16) zu beeinträchtigen, daß entfernbare Befestigungsmittel (62) vorgesehen sind, um die Wicklung in der Betriebsstellung zu halten, wodurch die trennbare Verbindung zwischen dem elektrischen Kabel (27) und dem Rest des Solenoidventilsystems mehr magnetisch als elektrisch verwirklicht wird und daß das Solenoidventilsystem 'eine liohe Widerstandsfähigkeit gegen Ausfall infolge Wassereindringens aufweist.

2. Solenoidventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (16) in einem Gehäuse (14) untergebracht ist, das einen ringförmigen Kanal (22) "bildet, der die Ventilanordnung (16) umgibt, daß der Kanal (22) von der Außenseite des Gehäuses zugänglich ist, daß die Wicklung (20) eine ringförmige Gestalt aufweist und in den ringförmigen Kanal einsetzbar und aus diesem herausnehmbar ist, daß die ringförmige Wicklung (20) nach dem Einsetzen in den ringförmigen Kanal (22) in einer Stellung zur elektromagnetischen Betätigung der Ventilanordnung (16) ist, und daß die Wicklung und das benachbarte Ende des Kabels mit einem wasserdichten dielektrischen Material (42, 46) vergossen (umgeben, eingebettet) sind, so daß die Wicklung und das elektrische Kabel ein integrales wasserdichtes Bauteil (8) bilden.

5. Solenoidventilsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18, 62) zum lösbaren Halten der Wicklung (20) in dem ringförmigen Kanal (22) einen abnehmbaren Teil (18) des Gehäuses (14) aufweisen, daß die Wicklung (20) und das Kabel (27) integral mit dem abnehmbaren Teil (18) des Gehäuses über das wasserdichte dielektrische Material verbunden sind, wodurch ein abnehmbares integrales wasserdichtes elektrisches Bauteil (8) gebildet wird, und daß die lösbaren Befestigungsmittel (62) das abnehmbare elektrische Bauteil (8) zusammen mit dem Rest des Gehäuses (14) verbinden, um die Wicklung (20) in den ringförmigen Kanal (22) zu halten.

4. Solenoidventilsystem nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Teil (.18) des Gehäuses (14) ein Deckel ist, der eine sich nach innen erstreckende zylindrische Wand (26) bildet, daß die Magnetwicklung (20) mittels eines dielektrischen Materials (42) in der zylindrischen Wand (26) zusammen mit einem Kern (34) aus dielektrischem Material, auf den die Wicklung angeordnet, ist, vergossen (umgeben, eingebettet) ist, wodurch ein abnehmbares,integrales, wasserdichtes Bauteil (8) gebildet wird, und daß die Wicklung und der Kern, die in der zylindrischen Wand vergossen sind, die Gestalt eines umgekehrten Bechers aufweisen, der eng anliegend in dem ringförmigen Kanal (22) sitzt.,

5. Solenoidventilanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umformer (66) herausnehmbar in einer Steckausnehmung (68) des Gehäuses (14) sitzt und daß der abnehmbare Teil (18) des Gehäuses dazu dient, den Umformer in der Steckausnehmung zu halten.

6. Solenoidventilsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Teil (18) des Gehäuses (14) ein Abschlußdeckel ist, der mit dem oberen Ende des Gehäuses in Eingriff ist, daß das Gehäuse (14) eine sich nach innen erstreckende Schulter (118) aufweist, die unterhalb des ringförmigen Kanales (22) angeordnet ist und daß die Ventilanordnung (16) einen sich nach außen erstreckenden Plansch (119) aufweist, der sich unter die Schulter ,erstreckt, um die Ventilanordnung (16) im Gehäuse (14) zu halten, wenn das integrale, wasserdichte Bauteil (8) oben entfernt wird.

7. Solenoidventilsystem nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 6, dadurch, gekennzeichnet, daß der annehmbare Teil (18) des Gehäuses einen Durchgang (36) aufweist, daß das elektrische Kabel (27) über den Durchgang direkt mit der Wicklung (20) verbunden ist, und das Vergussmaterial (42, 36) den Durchgang füllt, um die Wicklung und den Endabschnitt des Kabels mit dem abnehmbaren Gehäuseteil (18) zu verbinden und so das integrale, wasserdichte Bauteil (8) zu bilden.

8. Solenoidventilsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nippel (38) am äußeren Ende des Durchganges (36) des abnehmbaren Gehäuseteiles (18) angeschweißt ist und daß das Kabel (27) mit dielektrischem Material (46) in dem Nippel vergossen (eingeschlossen, eingebettet) ist.

9. Solenoidventilsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Nippels (38) eine Aufrauhung (40) aufweist, um die Verbindungswirkung des Vergussmaterials (46) zu erhöhen.

10. Solenoidventilsystem nach einem der Ansprüche 2, 7, 8 oder 9j dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung in ein relativ starres dielektrisches Material (42) eingebettet ist, um eine Bewegung der Windungen der Wicklung zu verhindern und daß das angrenzende Ende des elektrischen Kabels (27) in ein flexibleres dielektrisches Material (46) eingebettet ist, um ein leichtes Verformen des Kabels zu ermöglichen.