DE1539112A1

DE1539112A1 - Solenoidbetaetigungseinrichtung und solenoidbetaetigtes Stroemungsmittelsteuerventil

Info

Publication number: DE1539112A1
Application number: DE19661539112
Authority: DE
Inventors: Haire Christopher Adrian
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1965-03-03
Filing date: 1966-02-26
Publication date: 1972-04-13
Also published as: GB1125102A; ES323756A1; DE1539112C3; DE1539112B2

Description

WESTLANE AIRCRAFT LMITKDy Yeovil, Somerset, England

Solenoidbetätigungseinrichtung und solenoidbetätigtes St römungsnii 11 eis t eu erventil

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Solenoidbetätigungseinrichtun»en und auf ein Strömungsmittelsteuerventil, das von einer Solenoidbetätigungseiririchtung beaufschlagt wird.

Es sind Solenoidbetätigungseinrichtungen bekannt, bei denen' eine Spule aus eng gewickelten Drahtwindungen einen Anker oder Tauchkolben aus magnetischem Material umgibt, wobei der Anker sich unter dem Einfluß der Spule frei bewegen kann, wenn die Spule elektrisch erregt wird. Solche Einrichtungen weisen zwei Zustände, nämlich "ein-aus" auf. Dabei sind Anschläge vorgesehen,.

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₍ura das Ausmaß der Bewegung des Ankers zu begrenzen, welcher gegen einen Anschlag vorgespannt ist, wenn kein Strom in der Spule fließt; wenn wenigstens ein minimaler Atbeitsstrom in der Spule fließt, wird der Anker durch die magentische Kraft gegen den anderen Anschlag gehalten.

^ _ Es ist Ziel vorliegender Erfindung, eine verbesserte Solenoidbetätigungseinrichtung anzugeben, in der der Tauchkolben entgegen einer Vorspannkraft über einen Abstand verschoben wird, der kontinuierlich von der Größe des in der Spule fliehenden Stromes abhängt.

G-emäö der Erfindung enthält eine Solenoid betätigungseinrichtung einen magnetischen Stromkreis mit einem magnetischen Element, das über zwei nichtmagnetische Spalte eingeschaltet ist; das magnetische Element ist dabei so in bezug auf den übrigen Teil ) der Magnetschaltung angeordnet, daß es eine Bewegung längs eines Pfades ausführen kann, bei dem we-nigstens ein Ende durch eine Anschlagstellung festgelegt wird, und in der Anschlagstellung in nichtbetätigtem Zustand durch eine Vorspannkraft gehalten werden kann; ferner ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die auf den elektrischen Strom anspricht, damit in der Magnetschaltung ein magnetischer Fluß erzeugt wird, dessen Größe auf den Strom bezogen ist; die beiden nichtmagnetischen Spaltanordnungen sind dabei so in bezug aufeinander ausgelegt

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und angeordnet, daß eine Verschiebung des Elementes in vorgegebener Weise auf den Strom und au! die Vorspannkraft bezogen ist.

Vorzugsweise weisen alle Materialien der magnetischen Schaltung im Gegensatz au der. Spalten Permeabilitäten auf, die wesentlich größer als eins sind.

Die magnetische Schaltung umfasst eine einstellbare Buchse, eine becherförmige, äußere Solenoldhülse, einen Endkörper, eine feste Buchse, einen verschiebbaren, das magnetische Element darstellenden Kolben, ein unteres, in der starren Buchse befestigtes Lager und ein oberes, koaxial am einen Ende des Kolbens und gleitend innerhalb der einstellbaren Buchse befestigtes Zager, ein Führungselement, das koaxial mit dem anderen Ende des Kolbens in dem unteren Lager befestigt ist, wobei das Führungselement, das untere und das obere Lager aus nichtmagneti- .g sehen Materialien bestehen, eine Federanordnung, die eine Vorspannkraft ausübt, welche das Führungselement gegen das untere Lager hält, wobei das Führungselement und das untere Later so zusammenwirken, daß eine untere Anschlagstellung des Kolbens festgelegt wird, eine Solenoidspule, die auf einem nichtmagnetischen Spulenkörper aufgewickelt ist und den Kolben sowie Teile der starren und einstellbaren Buchsen umgibt, wobei die starre Buchse ein wesentliches Stück des .einen Endes des Kolbens umsctli£;ct, wäiirenü die verstellbare Buchse höchstens ein kurzes

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Stück des Kolbens umfasst, wenn der Kolben in seiner unteren Endstellung steht, und wobei die beiden nichtmagnetischen Spalte so miteinander zusammenwirkend ausgelebt und angeordnet oirid, daß die Verschiebung des Kolbens in vorbestimmter Weise auf den Strom in der Solenoidspule und auf die Vorsparmkraft der Federanordnung abgestellt ist.

Eine derartige Solenoidbetätigungseinrichtung kann zur Erzielung einer mechanischen Verschiebung verschiedenster Vorrichtungen verwendet werden, wobei die Verschiebung in ihrer Größe entsprechend dem elektrischen Betätigungsstrom gesteuert wird; damit kann die Solenoidbetätigungseinrichtung zur Beaufschlagung eines Stromungssteuerventiles verwendet werden.

Bei einer derartigen Anordnung weist der Endkörper einen Stromungsmitteleinlaß auf, das Fünrungsglied besitzt ein Ventilelement, ein Ventilsitzglied ist koaxial in die innere Fläche des Endkörpers eingesetzt, wobei der Endkörper in aer Solenoidhülse verschraubt ist und seine innere Fläche so ausgebildet ist, daß in eingeschraubtem Zustand des Endkörpers die innere Fläcne gegen die starre Buchse, anliegt; es werden dabei Kanäle freigelassen, durch die das Strömungsmedium durch den Ventilsitz in das Innere der Solenoidhülse strömen kann, die äußere Oberfläche der Spule und die innere zylindrische Oberfläche der äußeren Solenoidhülse arbeiten dabei in der Weise zusammen, daß

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ein mit den Kanälen in Verbindung stehender Raum entsteht; es sind Öffnungen in der Hülse vorgesehen, die mit dem Steuerventilauslaß in Verbindung stehen, und die Öffnungen und Kanäle sind so miteinander zusammenwirkend angeordnet, daß das Strömungsmedium über die äußere Oberfläche der Solenoidspul'e strömt, wenn Strom in der Spule fließt und das Ventil geöffnet ist.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Solenoidbetätigungseinrichtung zur Beaufschlagung eines Strömungsmittelsteuerventiles das konstruktiv dem Solenoid zugeordnet ist, wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, die einen axialen Querschnitt durch die Einrichtung zeigt.

Es sei jedoch ausdrücklieh darauf hingeweisen, daß Jedes andere elektrisch gesteuerte Strömungsmittelsteuerventil im Falle der Erfindung verwendet werden kann»

In der Zeichnung ist ein zylindrisches, verschiebbares magnetischesElement t oder ein Solenoidkolben in eine magnetische Schaltung eingeführt, die eine einstellbare Buchse 2, eine becherförmige äußere Solenoidhülse 3·* einen Strömungsmitteleinlaßkörper 4 und eine starre Buchse 5 aufweist? alle Teile 1-5 bestehen aus weichen magnetischen Materialien, deren Permeabilität wesentiicn größer als eins ist.,

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"Der Kolben 1 besitzt ein Venti!element 6, das koaxial an einem Ende des Kolbens angebracht und zur Führung in einem unteren lager 7 befestigt ist, welches selbst koaxial in der starren Buchse 5 vorgesehen ist. Ein oberes Lager 8 ist koaxial mit dem anderen Ende des Kolbens mittels Schraube 9 befestigt} das obere Lager ist gleitend innerhalb.der einstellbaren Buchse 2 ^ angeordnet. Das Ventilelement 6, das untere Lager 7, das obere Lager 8 und die Schraube 9 bestehen aus nichtmagnetischen Materialien.

Der Einlaßkörper 4 ist in die Solenoidhülse 3 eingeschraubt und nimmt ein Ventilsitzglied 13 auf, das koaxial in die innere Fläche eingesetzt ist. Die innere Fläche des Einlaßkörpers ist so ausgebildet, diaß sie in eingeschraubt em Zustand gegen die starre Buchse 5 anliegt, wobei Kanäle, z.B. 14, freigelassen; werden, durch die strömendes Meäium von dem Ventilsitz: 13 in w das Innere eier S-oleatOidhülse fließen kann»

Eine Druckfeder 10 ist injcterinalb dfer einstellbaren Buchse 2 untergebrachitjp sie liegt gegen eiern Esmä ier Schraiisbe 9· und gegen· eines Flansch am_t ier auf einer Feiersfaiiiiangseinstellvorriehtung 11 ausgebildet ±st_f «welche mit eier S^lenoiiMilse 3 über eine nichtmagnetissehe Inikappe %Z teefestigt ist· Diese Druckfeder ergibt eine Vorspannkraft, iie das Ventil 6 gegen den Ventilsritz im Bauteil 13 hält, wenn äas Solenoid nicht betätigt ist* Bas Ventil 6 mmä äer Ventilsitz arbeiten s:o zusamiaeni, daß eine

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AnschlagsLellurii- für den Kolben 1 festgelegt wird.

Eine Solenoiaspule 15» die auf einem nichtmagnetischen Spulenkörper 16 aufgewickelt ist, umgibt den Kolben 1 und Teile der starren Buchse 5 sowie der einstellbaren Buchse 2, wobei diese Buchsen jeweils einen Gleitsitz innerhalb des Spulenkörpers 16 aufweisen. Zwischen der äußeren Oberfläche der Spule 15 und der inneren zylindrischen Oberfläche der Solenoidhülse ist ein Eingraum 17 ausgebildet, der mit den Kanälen 14 und über Öffnungen, z.B. 18, im Ende der Solenoidhülse mit der Außenseite der SoIenoidströmungssteuerventilanordnung in Verbindung steht. Diese Anordnung ermöglicht es, daß Strömungsmedium über die Oberfläche der Spule strömt, wer.n elektrischer Strom in der Spule fließt und das Ventil geöffnet ist, um die Spule zu kühlen. Diese Kühlung ermöglicht, daß die eingeschlossene Spule räumlich kleiner ausgelegt wird, wenn man von einer vorgegebenen maximal i zulässigen Leistungsaufnahme suagent und hierbei in Vergleich dazu eine Anordnung ohne Kühlung setzt. Die Leitungen 19 und 20 stellen die Verbindung der Spule zu einer elektrischen Speisequelle dar.

Der n;agne ti eche Flußpfad, der durch die gestrichelte Linie 21 angedeutet is;':, liegt innerhalb des magnetischen Materialee, ausgenommen für die Spalte zwischen den entsprechenden £ndteilen des Kolbens 1 und den starren und einstellbaren Buchsen 5und 2.

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■ Die starre Buchse umschließt ein wesentliches Stück eines Endes des Kolbens j der prozentuale Anstieg im magnetischen Widerstand

: des entsprechenden Spaltes bei einer Bewegung des Kolbens in die maximale Verschiebungsstelle ist somit relativ gering. Die einstellbare Buchse andererseits umschließt nur ein kurzes Stück des Kolbens, wenn der Kolben seine untere Anschlagstellung erreicht hat, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist» Die Buchse kann so eingestellt sein, daß sie den Kolben in dieser Stellung überhaupt nicht umschließt. Die prozentuale Abnahme des magnetischen Widerstandes dieses Spaltes bei'einer Bewegung des Kolbens von der unteren Anschlagstellung weg ist deshalb verhältnismäßig groß ι der größere feil der magnetischen Anziehungskraft wird dabei über diesen Spalt ausgebildet.

Die einstellbare Buchse 2 wird in das Ende der Solenoidhülse 3 eingeschraubt und ihre Stellung relativ zum Kolben kann (in Verbindung mit der Jeder 10} so geändert werden, ,daß die Beziehung zwischen dem Spulenstrom und der Kolbenverschiebung eingestellt wird* Die maximale Verschiebung des Kolbens wird durch die Abmessungen der Spalte festgelegt, obgleich eine praktische maximale Verschiebung (für eine gegebene Federeinstellung) durch den maximal zulässigen Spulenstrom festgelegt werden kann.

Obgleich in dem hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht erläutert, können die Formgebungen der starren und einstellbaren Buchsen (insbesondere der letzteren) und/oder

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der Kolbenenden in der Nähe der Spalte so gewählt werden, daß sie eine gewünschte Gesetzmäßigkeit zwischen Korbenverschiebung und Strom ergeben.

Es lassen sich zahlreiche Anwendungsfälle einer Solenoidbetätigungseinrichtung gemäis der Erfindung angeben, aie zu anderen j Zwecken als zur Steuerung der Öffnung eines Ventiles dienen·

Der magnetische Kreis braucht nicht vollständig umschlossen zu sein, wobei der äußere Schenkel die Form eines Zylinders auf- , weist. Der magnetische Kreis kann jede beliebige bekannte Aus- " ' : ■' führungsform annehmen, z.B. kann er rechteckförmig sein oder E- und I-Form aufweisen.

Das Prinzip der Solenoidbetätigungseinrichtung gemäß vorliegender Erfindung ist nicht auf einen Kolben mit linearer Bewegung beschränkt. Beispielsweise kann der magnetische Kreis die For» eines Ringes aufweisen, von welchem ein Teil dae verschiebbare magnetische Element bildet; miteinander zusammenwirkende Spalte, die nach der vorbeschriebenen Lehre angeordnet sind, können dabei an jedem Ende vorgesehen werden. Pas verschiebbar© Element kann so befestigt sein, daß es sich längs der Kreisachse des J Ringes um die Mitte der Ringes verschiebt, wodurch eine umlaufend« Bewegung um die Mitte in einem kleinen Winkel erhalten wird. Andere äquivalente Anordnungen ergeben sich für den Durchsohnitts- * fÄChmann aus der vorstehenden Beschreibung.

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Claims

-10-f/p 4602 W/#e ^539112 21.2.66 Patentansprüche

1. Elektrisch arbeitende Solenoidbetätigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet« daß ein magnetischer Stromkreis ein magnetisches Element (1) aufweist, welches über zwei nichtmagnetische Spalte eingeschaltet ist, daß das magnetische Element in bezug auf den übrigen magnetischen Kreis so angeordnet ist, daß es eine

»Bewegung längs eines Pfades ausführen kann, dessen eines Ende durch eine Anschlagstellung festgelegt ist und in der Anschlagstellung in nichtbetatigtem Zustand durch eine Vorspannkraft gehalten wird, und daß ein· Vorrichtung (15), die auf elektrischen Strom anspricht, im magnetischen Kreis einen magnetischen riuß erzeugt, dessen Größe auf den Stroa bezogen ist, wobei die beiden niohtaagnetischen Spaltanordnungen miteinander zusammenwirkend ausgebildet und eo angeordnet ainä, daß eine Verschiebung des !lernentee (1) in vorgegebener«Weise auf den Strom und die Vorapannkraft beaogen ist.

T, Solenoidbet&tigungseinrlent trag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Materialien de« aagneticohen Kreises im Gegeneats su den Spalten Permeabilitäten größer als eine aufweisen.

5· Solenoidbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekonnsei ohne t, daß der magnetische Kreis folgende Elemente aufweist} Sine einstellbare Buchse (2), «ine becherförmige äußere Solenoidhülse (3), einen Endkörper (4), ein« starre Buchse (5) einen das -

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magnetische Element darstellenden verschiebbaren Kolben (1), ein in der starren Buchse (5) befestigtes unteres Lager (7) und ein oberes koaxial mit einem Ende des Kolbens (1) verbundenes und gleitend innerhalb der eineteilbaren Buchse befestigtes Lager (8), ein koaxial mit dem anderen Ende des Kolbens (1) befestigtes und im unteren Lager geführtes Führungsbauteil (6), wobei das Führungsbauteil (€), das untere Leger (7) und das obere Lager (8) aus nichtaagnetischen Materialien bestehen, eine eine Vorspann- ^ kraft erzeugende Federanordnung (10), die das Führungsbauteil (6) gegen das untere Lager (7) hält, wobei des Führungsbauteil (6) und das untere Lager (?) miteinander so zusammenwirken, daß eine untere Anschlagsteilung dee Kolbens (1) festgelegt wird, eine Solenoidspu-Ie (15)» die auf einen niestKagnetiaohen Spulenkörper (16) aufgewickelt ist, der den Kolben (I) und Seile der starren und einet ellbaren Buche en (5,2) umschließt, wobei die starre Buchse (5) ein wesentliches Stuck d«s einen Indes des Kolben*^) umschließt, während die einstellbare Buehee (2) höchstens ein kurzes Stück des Kolbens (1) umschließt, wenn der Kolben seine untere Anschlag- I stellung einnimmt, und dl· beiden nichtnagnetlschen Spalte so Miteinander zusammenwirkend ausgelegt und angeordnet sind, daß die Verschiebung des Kolbens (t) In Torbestimmter Weiss auf den Stro« in der Solenoidepule (15) und auf die Vorspannkraft der Federanordnung (10) betogen ist.

Solenoidbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des magnetischen Elementes oder Kolbens (1) zur Betätigung eines Stromungsdurohflußsteuerveiitiles verwendet wird,

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5· Strömangsdurchflußsteuerventil mit einer Solenoidbetätigungseinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Endkörper (4) einen Strömungsmediumeinlaes aufweist, daß das Führungsbauteil (6) ein Ventilelement besitzt, daß ein Ventilsitzteil koaxial in die innere Fläche des Endkörpers (4) eingesetzt ist, wobei der Endkörper (4) in die Solenoidhülse (3) eingeschraubt ist und seine innere Fläche so ausgebildet ist, daß dann, wenn der Endkörper (4) eingeschraubt ist, die innere Fläche gegen die starre Buchse (5) anliegt, wobei Kanäle (14) freibleiben, über welche das Strömungsmedium durch den Ventilsitz in das Innere der Solenoidhülse (3) strömen kann, wobei die äußere Oberfläche der Spule (15) und die innere zylindrische Oberfläche der äußeren Solenoidhülse (3) βο miteinander zusammenwirken, daß ein Raum (17) entsteht, der Kit den Kanälen (14) in Verbindung steht, während Öffnungen (18) in der Hüls· (3) rorgesehen sind und mit dem Steuerventilauelaß in Verbindung stehen, wobei die öffnungen (18) und Kanäle (14) so miteinender zusammenwirkend ausgebildet sind, daß das Strömungsmedium über die äußere Oberfläche der Solenoidapule (15) strömt, wenn Strom in der Spule fließt und das Ventil geöffnet ist.