-
E 1 e k t r o m a g n e t Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagneten,
insbesondere zum Betätigen eines Ventils, mit einem Anker und einem vom Anker bewegten,
besonderen Stößel, sowie mit einem zwischen Anker und Stößel liegenden, das Verhältnis
von Weg zu Kraft ändernden Getriebe. Ein derartiger Magnet ist beispielsweise durch
die USA-Patentschrift 1 915 822 bekannt. Dort ist ein Anker außen an einen Hebelara,
eines einarmigen Hebels angesetzt und ein Stößel für ein Ventil ist an einer näher
beim Hebeldrehpunkt angeordneten Stelle angelenkt.
Durch diese Anordnung
wird ein großer Ankerhub in einen kleinen Stößelhub umgesetzt und einer kleinen
Ankerkraft entspricht eine große Kraft am Stößel. Die bekannte Einrichtung hat aber
den Nachteil, daß der Hebelarm sehr viel Platz verbraucht und daß die Hebelglieder
in einen an den Elektromagneten anschließenden Ventilraum hineinragen. Außerdem
ist die Einrichtung vielteilig mit einer &Tenge von Gelenkstellen. Schließlich
ist das Übersetzungsverhältnis auf dem gesamten Anker-Stößel-Hub gleich.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Übersetzungsgetriebe
für das Weg-Kraft-Verhältnis zwischen einem Anker und einem Stößel zu schaffen,
das sehr klein und einfach baut, das ohne Änderung der an den Magneten angesetzten
Einrichtung verwendet werden kann und dessen Übersetzungsverhältnis während des
Anker-Stößel-Hubs veränderlich ist.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Anker
und der Stößel in an sich bekannter Weise gleichachsig angeordnet sind und daß ein
zwischen Anker und Stößel liegendes Getriebe ein Wälzkörper-Getriebe ist, das mehrere,
auf einem Tej.lkreis liegende Wälzkörper besitzt, die zur Kraftübertragung bestimmt
sind.
-
Es ist zwar durch die deutsche Patentschrift 397 377 bereits ein Elektromagnet
mit einem gleichachsig znm. Anker
angeordneten Ventilstößel bekannt.
Aber bei diesem Elektromagneten ist das Übersetzungsverhältnis während des Anker-Stößel-Hubs
ebenfalls unveränderlich.
-
Gemäß einem weiteren Merkmai des Elektromagneten ergibt sich eine
besonders vorteilhafte Wirkung dadurch, daB während eines Leer- oder Vorhubes keine
Kraftüberbetzung entsteht. Neben dem Leer- oder Vorhub ist ein Bereich geschaffen,
bei dem sich die E'raftübersetzung von 0 auf einen gewünschten Endwert steigert.
Dieser Bereich ist je nach Bedarf dem Leer- oder Vorhub nachzuschalten und dem Kraft-
bzw. Losreißhub zuzuordnen oder teilweise dem' Leerhub und teilweise dem Krafthub
einzugliedern.
-
Ein anderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Wälzkörper 3.n einem
weiteren Hubbereich des Ankers durch unmittelbares Anlegen des Ankers am Stößel
zu übersetzungsloser Kraftübertragung ausgeschaltet sind.
-
Schließlich entsteht noch ein wesentlicher Vorzug der Erfindung dadurch,
daß die Kegelinnen- und -außenflächen des Getriebes derart ausgebildet sind, daB
sich eine Kraftübersetzung von z. B. 3 : 3 ergibt.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigen:
| Fig. 1 ein zwischen einem Elektromagneten und einem |
| Mehrwegeventil angeordnetes Wälzkörper-Ge- |
| triebe im Schnitt, |
| Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Wälz- |
| körper-Getriebes in Ausgangsstellung. |
| Fig. 3 das gleiche Getriebe nach dem Leerhub, |
| Fig. 4 das Getriebe bei einem Kraft- oder hosreißhub, |
| Fig. 5 das Gettiebe nach dem Arbeitshub, |
| Fig. 6 eine andere Bauart des Getriebes, |
| Fig. 7 noch eine andere Getriebe-Bauart, |
| Fig. 8 eine vierte Bauart des Getrieben und |
| Fig. 9 ein Kurvenbild über den Weg-Kraft-Verlauf. |
| Ein Elektromagnet 1 hat einen Spulenkr 2 und |
| einen Anker 3. Ein an der Stirnfläche den Ankere 3 an- |
| liegender Stift 5 ist mit einer Kegelaußennäahe 7
ver- |
| sehen, die gegenüber einer zylindrischen Maateifläohe
den |
| Ankers 3 einen Winkel von z. B. 35o aufweint. Der Stift
5 |
| ist mit in der Bohrung eines feststehenden äiAeatses
8 |
| geführt, der eine ringförmige gegelinnenfläcäo 9 hat, |
| die gegenüber einer radialen und senkrecht mr-Ae
des |
| Getriebes liegenden Ebene ebenfalls einen Wiskil . |
| z-: B. 350 aufweist. |
| In einem gewiesen Abstand von dem Ende 6 den Stiltee
5 |
| ist eine ebene Anlagefläche 14 einen Stößels ":11; angeordnet, |
| der in einer Zwischenplatte 1.2 geführt ist, dfe. swisehen.: |
dem Elektromagneten 1 und einem Gehäuse 13 eines Ventils 14 liegt.
Der Stößel 11 berührt das Steuerelement 16 des Ventils 14.
-
Zwischen der Kegelaußenfläche 7 des Stiftes 6, der Kegelinnenfläche
9 des Einsatzes 8 und der Anlagefläche 10 des Stößels 11 sind als Wälzkörper z.
B. drei Kugeln 17 eingesetzt, die durch eine nicht dargestellte Radialführung in
einem gegenseitigen Winkelabstand von 120o gehalten werden und die immer auf einem
gemeinsamen Teilkreis, z. B. 18 oder 19 liegen. Die Kegelflächen 7 und 9, die radiale
Anlagefläche 10 und die Kugeln 17 bilden das -Wälzkörper-Getriebe 7, 9, 10, 17.
Während bei diesem Getriebe Anker und Stößel ihre Hubarbeit direkt mit dem übersetzten
Krafthub beginnen, ist bei der Ausführung nach Fig. 2 bis 5 ein Leer- oder Vorhub
vorgeschaltet und dem Losreißhub folgt ein maximaler, nicht kraftübersetzter Arbeitshub.
-
Die Ruhestellung des Wälzkörper-Getriebes 7, 9, 10, 17 ist in der
Fig. 2 dargestellt. Der Anker 3 hat seine linke Endstellung eingenommen, die Kugeln.
liegen auf dem kleinsten Teilkreisdurohmeeser 18 undcbr Stößel 11 ist ebenfalls
ganz nach links gedrückt.
-
Wird nun der Stroa für den Elektromagneten 1 eingeschaltet, so bewegt
sich der Anker 3 um den Weg AT = Anker-
vorhub nach rechts
(Fig. 3). Das Stiftende 6 dringt zwischen die Kugeln 17 ein und seine Kegelaußenfläche
7 sie auf einen größeren Teilkreisdurchmesser auseinander. Der Stößel 11 macht infolgedessen
einen etwas kleineren Hub Sv = Stößelvorhub.
-
Bei weiterem Hub des Ankers 3 laufen, wie in der Fig. 4 zu
sehen ist, die Kugeln 17 zwischen den Kegelflächen 7 und 9 und der Anlagefläche
1Q des Stößels 11 weiter nach außen.
-
Der Anker 3 macht einen großen Hub und der Stößel 11 nur einen kleinen.
Dabei wird der unter geringer Kraft zurückgelegte große Weg des Ankers 3 in einen
mit großer Kraft zurückgelegten kleinen Weg des Stößels 11 z. B. im Verhältnis 3
: 1 umgesetzt. Diese Arbeitsphase des Getriebes ist wichtig wegen des hier wirksam
werdenden losreißeffekts. Viele Ventile weisen bei höheren Drücken die unangenehme
Eigenschaft auf, daß sie nach längerer Druckeinwirkung klemmen oder festhängen.
Magnete sollen aber eine steigende Kennlinie haben, um die bei der Ventilbetätigung
zunehmende Federkraft und den während des Schaltvorgangs entstehenden Strömungswiderstand
zu überwinden. Es steht deshalb am Anfang des Hubs meist nur eine verhältnismäßig
geringe Kraft zur Verfügung und es kommt oft zu Schaltschwierigkeiten,'
weil die .Anfangs Magnetkraft nicht ausreicht, um den hydraulisoh verklemmten
Kolben loszureißen. Mit Hille des erfindungsgexäßen Wälzkörper-Getriebes
7, 9, 104- 17 wird aber
eine ausreichende Iwareißkraft am Stößel 11 erreicht.
Der
| Anker 3 macht einen großen Hub AM = Anker-Zosreißhub und |
| der Stößel 11 macht nur einen ganz kleinen Weg Slk: = |
| Stößel-Zosreißhnb, aber mit großer Kraft. |
| Schließlich legt sich der Stift 5 mit seinem Ende 6 |
| t |
| an der Anlagefläche 10 des Stößels 11 an und Anker 3, |
| Stift 5 und Stößel. 11 machen den Restbub Ar und Br
gemein- |
| sam ohne weitere Kraft- oder Wegübersetzung. Dabei liegen |
| die drei Kugeln 17 auf ihrem größten 12eilkreisdurohmesaer |
| 19 und sind n. der Kraftübertragung aaegesohaltet. |
| Auf den Wegen zriiaohen Pig. 3 und 5
entsteht eine |
| Weg-graftoharakteristik, die in der IU. 9 dargeqtellt |
| ist. Die obir* änrve zeigt den Weg-Krattirlrlaut ian Btdßei
11 |
| und die untere Ibnr.e den Weg-äiaftterlaoat m Anker, |
| Die einzelnen sioh satspreohendsn Poikte eint mit
den |
| gleiohen Büohstaben versehen. Be ist zu erteadnen!
daB der |
| Weg des Stößels 11 syrischen Vig. 3 und 4 mehr kurz
ist |
| und mit großer Kraft erfolgt, während der Wes des Ankers
3 |
| groß ist und nur wenig Kraft aufgewendet wird. Zwar wird |
| auf diese Weise der Elektromagnet etwas bänger banea müssen,, |
| aber es ist auch nur eine geringe Stromstärke zur Anker- |
| betätigung notwendig. Außerdem ist erreicht, daß in.
vielen |
| Fällen direkt betätigte Ventile verwendet werden können |
| und dank.der hohen Losreißkraft auf vorgesteuerteVentile |
| verzichtet werden kann,, so daß das ganze System klein, |
| billiger und-kompakt auszubilden ist. |
Nach dem Abschalten des Elektromagneten 1 nehmen alle beweglichen
Teile z. B. durch eine im Ventil angeordnete Rückstellfeder wieder ihre Ausgangsstellung
ein.
-
In den Fig. 6 und 7 sind zwei andere Ausführungsbeispiele dargestellt,
die sich nur durch die Anordnung der Wälzkörper und der Schrägflächen von dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 unterscheLden.
-
Fig. 6 zeigt einen Anker 20 mit einer ringförmigen Kegelinnenfläche
21, und sin Stößel 22 hat eine kegelige Außenfläche 23 und ist im Kern 24 geführt.
Der Kern 24 hat z. B. zwei radiale, zueinander jeweils einen Winkel von 180o einnehmende
Kanäle 25, in denen als Wälzkörper jeweis zwei. Kugeln 26 geführt sind. Zwischen
dem Anker 20 und dem Kern 24 liegt zur sicheren Rückführung des Ankers eine Feder
27. Fig. 7 zeigt einen Anker 30 mit z. B. zwei achsparallelen Ausnehmungen 31, in
die jeweils ein mit einer Schrägfläche 33 versehener Stift 32 eingesetzt ist. Ein
Stößel 34 hat eine kegelige Außenfläche 35 und ist in dem Kern 36 geführt, die auch
die Schrägflächenenden der Stifte 3 2 axialbeweglich aufnimmt. Im Bereich der Schrägflächenenden
der Stifte 32 sind zwei radiale, zueinander jeweils einen viinkel von 1800 einnehmende
Kanäle 37 vorgesehen, in denen als Wälzkörper jeweils eine Kugel 38 geführt ist.
Auch hier liegt zwischen dem Anker 30 und dem Kern 36 eine Feder 39. Die Wirkungsweisen
dieser beiden Ausführungen entsprechen weitgehend der nach der Fig. 1
so daß
sich eine nochmalige Bezchrei«une.erübrigt.
Die Fig. 8 zeigt schließlich
eine Bauart, die etwas mehr von der nach der Fig. 1 abweicht. Ein Anker 40 hat eine
Kegelaußenfläche 41 und ein Stößel 42 besitzt ebenfalls eine Kegelaußenfläche 43.
Anker 40 und Stößel 42'sind in einer Axialbohrung 44 einer Büchse 45 geführt und
diese Büchse hat z. B. zwei radiale Kanäle 46, in die als Wälzkörper je eine Kugel
47 eingesetzt ist. Die Kugeln 47 werden durch Federn 48 nach innen gegen die Kegelaußenflächen
41 und 43 von .Anker 40 und Stößel 42 gedrückt. Dabei stützen sich die Federn 48
an einer Ringaußenwand 49 ab, die mit je einem Zentrierzapßen 50 für jede Feder
48 versehen ist.
-
Diese Bauart wirkt wie folgt: Bei stromlosen Elektromagneten wird
der Stößel 42 über die Kugeln 47 von den Federn 48 nach rechtF/gedrückt. Wird der
Strom eingeschaltet, so dringt der Anker 40 mit seiner Kegelaußenfläehe 41 nach
rechts gegen die Kugeln 48 vor und treibt diese nach außen. Dadurch wird der Stößel
42 federentlastet, so daß er vom vorher betätigten Ventilelement nach links zurückgedrängt
werden kann. Diese Ausführung hat folgende Vorteile: Es kann der gleiche Stoßmagnet
verwendet werden wie bei der Ausführung nach Fig. 1. Es is-t hier also kein Zugmagnet
für eine umgekehrte Ventilfunktiof notwendig. Dadurch wird z. B. auch eine Handnotbetätigung
duroh "Drücken" .möglich. Des weiteren kann hier dae gleiche Ventil verwendet
werden
wie bei der Ausführung nach Fig. 1, es arbeitet nur in umgekehrter Richtung. Da
bei dieser Ausführung ein an den Elektromagneten 1 angesetztes Ventilglied auch
von der Magnetseite her unter Federeinkirkung (Feder 48 in Pig. 8) steht, wird das
bei Sitzventilen erforderliche, zusätzliche Federelement, das an sich erforderlich
wäre, um das Ende des Ventilweges mit dem des Magnetankers abzustimmen, überflüssig.
Bei den Ausführungen Fig. 1 bis 7 kann diese Abstimmung durch ein Federglied zwischen
Anker und Stift erreicht werden.
-
` Das Übersetzungsgetriebe nach den Fig. 1 bis 5 und 8 kann fast ohne
Änderung in jede Magnet-Ventilkombination eingebaut werden. Nur bei der Ausführung
nach Fig. 6 und 7 ist bei der Ausbildung der Magnetteile besonders auf das Kugelgetriebe
Rücksicht zu nehmen.
-
Es ist noch zu bemerken, daß mindestens anstelle der Kugeln
47 in Fig. 8 auch Wälzkörper in Gestalt von Walzen od. dgl. verwendet werden können.