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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch betätigten Druckregler
zur Einschaltung in einem Hauptstrom des zu regelnden Druckmittels.
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Bei einem bekannten Druckregler (deutsche Aus: legeschrift
1227 298) wird ein im Hauptstrom angeordnetes Verschlußstück auf hydraulischem
Wege indirekt mittels eines Hilfsventils gesteuert, welches in Schließstellung von
einer regelbaren Magnetkraft beaufschlagt wird und dessen Verschlußstück durch den
Druck im Hauptstrom beeinflußt wird, der jedoch über Drosselbohrungen zugeführt
wird. Auf Grund der Ausbildung des Verschlußstückes und des sehr geringen Ankerhubes
von minimal 0,05 mm kann das Verschlußstück des: Hilfsventils praktisch nur zwei
Stellungen, nämlich eine öffnungs- und eine Schließstellung einnehmen, was zur Folge
hat, daß zur Druckregelung ein ständiges Öffnen und Schließen des Hilfsventils erfolgen
muß.
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Aufgabe der Erfindung ist ein in einem Hauptstrom des zu regelnden
Druckmittels eingeschalteter, elektromagnetisch betätigter Druckregler, welcher
eine stetige Regelung des Druckes in Abhängigkeit von der an die Magnetspule angelegten
Spannung gestattet. Dabei wird der Vorteil eines einfachen Gesamtaufbaues erzielt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung folgende an sich bekannte
Merkmale vor: a) das Vers.chlußstück ist kegelförmig, b) das Verschlußstück wird
vom zu regelnden angelegten Spannung vorliegt. Der geregelte Druck ist also proportional
zu dem durch die Magnetspule fließenden Strom.
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Um eine gut dosierte Dämpfung aller bewegten Teile des Druckreglers
zu erhalten, ist eine bevorzugte Ausführungsform so ausgebildet, daß das mit einem
Schmiermittel gefüllte Führungsrohr oben abgeschlossen ist und daß sich über das
obere Ende des Magnetankers hinaus ein Anschlagzapfen erstreckt.
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Zur Erleichterung der Herstellung und des Zusammenbaues des Druckreglers
ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Führungsrohr und ein das kegelförmige
Verschlußstück tragender Sockel unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung dicht
aufeinandergesteckt sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungs: form sieht die Erfindung
vor, daß außer dem Magnetanker der Sockel und das die Magnetspule umschließende
Gehäuse aus magnetischen Werkstoffen bestehen. Durch diese Ausbildung wird ein geschlossener
Magnetkreis gebildet, der eine gute Empfindlichkeit des Reglers zur Folge hat.
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Eine einfache Herstellung, verbunden mit leichter Anbaubarkeit an
ebene Flächen, wird dadurch erzielt, daß nach einer weiteren Ausführungsform der
eine Mittelöffnung aufweisende Ventilsitz zentral in die Unterseite des Sockels
eingesetzt ist, wobei die eine Ringdichtung enthaltende Unterseite des Ventilsitzes
mit der Unterseite des Sockels fluchtet. Die Proportionalregelung wird weiterhin
dadurch unterstützt, daß zwischen dem Ventilsitz und dem kegelförmigen Verschlußstück
ein Dämpfungsring vorgesehen ist.
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Bevorzugt ist die Ausbildung derart, daß der Hub des kegelförmigen
Verschlußstückes in der Größenordnung von Zehntelmillimetern liegt. Durch einen
in dieser Weise nicht zu groß, aber auch nicht zu klein gewählten Hub werden zugleich
eine gute Empfindlichkeit und eine gute Proportionalität des Reglers gewährleistet.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung
beschrieben, deren einzige Figur einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Ein oben abgeschlossenes Führungsrohr 1 aus nichtmagnetischem Werkstoff,
z. B. Messing, enthält einen Magnetanker 2, der beispielsweise aus, Weicheisen oder
aus geschichteten Blechen mit gerichteten Kristallen besteht. Der Anker 2 kann auch
aus einem Preßling aus magnetischen Körnern bestehen. Allgemein soll der Anker 2
eine geringe Remanenz aufweisen und nur geringe Wirbelströme zulassen.
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Der Querschnitt des Magnetankers 2 ist bezüglich des Querschnitts
des Führungsrohrs 1 derart gewählt, daß der Magnetanker im Inneren des Teiles gleiten
kann, wobei das Spiel zwischen den Teilen 1 und 2 genau derart bestimmt ist, daß
eine gegenseitige viskose Reibung vorliegt. Dies kann dadurch erzielt werden, daß
der Magnetanker 2 in ein Schmiermittel im Innern des Rohres 1 eintaucht.
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Am oberen Ende weist der Magnetanker 2 einen Zapfen 16 auf, der dann,
wenn er am oberen Boden des Führungsrohres 1 zum Anschlag kommt, für das. Schmiermittel,
in das der Magnetanker 2 eingetaucht ist, einen Resthohlraum 17 festlegt.
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Mit seinem unteren Teil liegt der Magnetanker 2 auf einem Druckstab
7 aus nichtmagnetischem Werkstoff auf, der seinerseits mit seinem unteren Ende auf
einem kegelförmigen Verschlußstück 8 sitzt, das zur Druckmittel in Öffnungsrichtung
angeströmt und bewegt, c) die mit einem regelbaren Strom beschickte Magnetspule
betätigt das Verschlußstück in Schließrichtung, d) Magnetanker und Verschlußstück
sind mechanisch reibungsfrei geführt, wobei e) die Führung des Magnetankers in einem
Führungsrohr unter Schmierung gleitend mit viskoser Reibung erfolgt. Auf Grund dieser
Ausbildung stellt sich beim Anlegen einer bestimmten Spannung an der Magnetspule
automatisch eine solche Öffnung zwischen dem Verschlußstück und dem Ventilsitz ein,
daß der Druck auf der Anströmseite auf den der angelegten Spannung zugeordneten
Wert begrenzt wird. Auf diese Weise wird nicht nur eine von der angelegten Spannung
abhängige stetige Druckregelung, sondern auch ein Aufbau erzielt, der herstellungsmäßig
günstig und sehr betriebssicher ist.
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Es sind zwar bereits mit einem ganz oder teilweise kegelförmigen Verschlußstück
arbeitende elektromagnetische Mengenregelventile bekannt (deutsche Patentschrift
842 572 und schweizerische Patentschrift 151 019); bei diesen bekannten Regelventilen
wirkt die Magnetkraft jedoch in Öffnungsrichtung auf das Verschlußstück, während
die zur Schließung erforderliche Kraft entweder durch eine Druckfeder oder durch
das, Eigengewicht des Verschlußstückes und der an ihm angebrachten Teile erzeugt
wird. Diese Ausbildung ermöglicht aber nur eine Regelung der das Ventil durchfließenden
Menge, indem durch die Größe der Magnetkraft im Vergleich zur entgegenwirkenden
Kraft eine definierte Öffnung des Ventils hervorgerufen wird. Erst durch die erfindungsgemäße
Ausbildung wird erreicht, daß bei konstantem Durchsatz eine kontinuierliche Druckregelung
in Abhängigkeit von der an die Magnetspule
Vermeidung von Verschluß
aus einem möglichst harten Werkstoff hergestellt ist.
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Vorzugsweise besteht das Verschlußstück 8 aus Wolframcarbid. Der Druckstab
7 gleitet frei im Inneren einer axialen Bohrung, die im Sockel 9 des Druckreglers
angebracht ist. Der Sockel 9 weist einen vorzugsweise rechteckigen unteren Teil
auf, der genau an den Ansatz handelsüblicher hydraulischer Geräte angepaßt und mittels
vier Schrauben 6, die durch vier Bohrungen geführt und in Befestigungsbohrungen
dieser Geräte einschraubbar sind, befestigt ist. Der Sockel 9 weist an seinem unteren
Teil eire kreisförmige Ausnehmung 18 auf, an deren Außenumfang ein Dichtungsring
12 und eine Ringdichtung 13 angebracht sind, welche die Dichtheit zwischen
dem Sokkel 9 und der Vorrichtung, mit der er verschraubt ist, gewährleisten. In
der Mitte des unteren Teiles des Sockels 9 ist ein Ventilsitz 10 angebracht,
der eine Mittelöffnung 19 zur Druckzuführung, an seiner unteren Fläche eine
Ringnut 20, in der eine Ringdichtung 11 angeordnet ist, und einen oberen Teil aufweist,
der in eine Axialbohrung 21 eingepaßt ist, die in der Mitte des unteren Teiles des.
Sockels 9 vorgesehen ist. Die Abmessungen des Ventilsitzes sind derart gewählt,
daß bei ganz in die Bohrung 21 eingepaßtem Ventilsitz die Unterseite des Ventilsitzes,
in genau der gleichen Verbindungsebene wie die- Unterseite des Sockels 9 in seinem
Randbereich liegt. Dabei gewährleistet die Ringdichtung 11 eine vollkommene Abdichtung
zwischen der kreisförmigen öffnung 18 und der geeichten Mittelöffnung 19.
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Das Verschlußs,tück 8 besteht aus einem kegelförmigen, in der Bohrung
21 gelagerten Teil, das die Drucköffnung 19 des Sitzes 10 mehr oder weniger sogar
vollständig verschließen kann, und zwar entsprechend dem Grad des Eindringens in
die öffnung. Dieses Eindringen wird durch die Bewegung des Magnetankers 2- bewirkt,
die durch den Druckstab 7 auf die Betätigungsstange des Verschlußstückes übertragen
wird, die in die Axialbohrung eingreift, die im oberen Teil des Sockels 9 vorgesehen
ist.
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Der obere Teil des Sockels 9 ist zylindrisch ausgebildet und weist
genau den gleichen Querschnitt auf wie der Magnetanker 2. Etwa in halber Höhe besitzt
dieser Zylinder eine Außennut zur Aufnahme einer Ringdichtung 5. Gegebenenfalls
kann zwischen dem Sitz 10 und dem Verschlußstück 8 ein Dämpfungsring
22 vorgesehen werden. Auf die Mittelsäule der Vorrichtung, die sich aus dem zylindrischen
Oberteil des Sockels 9, das von dem Magnetanker 2 überragt wird, und dem aus nichtmagnetischem
Material bestehenden und die Anordnung umschließenden Führungsrohr 1 zusammensetzt,
ist eine Magnetspule 4 geschoben, deren elektrische Speisezuleitungen mit einer
Mehrfachsteckvorrichtung 15 verbunden sind, welche ihrerseits an einer Anschlußdose
14 befestigt ist, die vorzugsweise seitlich angeordnet und durch eine Befestigungslasche
23 gehalten ist. Diese Befestigungslasche ist beispielsweise an ihrem Ende mit einer
Bohrung versehen, die es gestattet, die Lasche genau auf das obere zylindrische
Teil des Sockels 9 zu schieben, so daß sie dann auf der Oberseite des Ansatzes dieses
Sockels aufliegt. Die Wicklung 4 ist von einem Schutzgehäuse 3 umgeben.
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Der vorstehend beschriebene Druckbegrenzer wird folgendermaßen zusammengebaut:
Zunächst wird das. Verschlußstück 8 in der Mittelausnehmung 21 des Sockels
9 angeordnet, wobei die Betätigungsstange des Verschlußstückes in die Axialbohrung
des oberen zylindrischen Teils des Sockels 9
eingreift. Der Ventilsitz 10
wird gegebenenfalls nach Zwischenlegung des Dämpfungsringes 22 in die Ausnehmung
21 des Sockels gepreßt, wodurch das Verschlußstück eingeschlossen wird. Anschließend
wird über dem Verschlußstück der Druckstab 7 in der Axialbohrung des Sockels
9 angebracht. Hauptaufgabe dieses Stabes ist es, den Druck des Magnetankers
auf die Betätigungsstange zu übertragen, wobei vermieden wird, daß das. kegelförmige
Verschlußstück seitlich geführt werden muß, wie dies bei einem Ventil mit langer
Betätigungsstange der Fall sein könnte, die direkt mit dem Magnetanker oder mit
einem Stößel des Magnetankers fest verbunden ist.
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Anschließend wird der Anker in das nichtmagnetische Führungsrohr 1
gebracht, das vorher mit einem Schmiermittel gefüllt wurde. Auf den oberen zylindrischen
Teil des Sockels 9 wird dann das Rohr 1 geschoben, wobei die Ringdichtung 5 zusammengepreßt
und eine vollkommene Dichtigkeit zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Führungsrohres
1 gewährleistet werden, - wenn das Rohr über sie geschoben ist. Auf das Rohr 1 wird
dann die Magnetspule 4 gesteckt, deren Speisezuleitungen anschließend mit der Mehrfachsteckvorrichtung
15 verbunden werden, die an der Anschlußdose des Sockels 9 befestigt wird.
über die Wicklung wird dann schließlich das Schutzgehäuse 3 gestülpt.
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Der derart zusammengebaute Druckregler gemäß der Erfindung arbeitet
folgendermaßen: Wenn an die Klemmen der Magnetspule 4 über den Mehrfachstecker 15
eine Spannung angelegt wird, so wird in dem Magnetanker 2, dem Sockel 9 und dem
Gehäuse 3 ein magnetisches Feld aufgebaut. Aus diesem Grunde müssen Magnetanker,
Sockel und Gehäuse aus einem magnetischen Werkstoff bestehen. Auf Grund der Wirkung
dieses Magnetfeldes, versucht der bewegliche Magnetanker 2 sich dem zylindrischen
Oberteil des Sockels 9 zu nähern und drückt dabei gegen den Druckstab 7, der seinerseits
auf das Verschlußstück 8 drückt, das den Strömungsquerschnitt des Druckmittels über
die öffnung 19 des Sitzes verringert und für einen Höchstwert der Speisespannung
diese öffnung vollständig verschließt. Wenn die Speisespannung der Magnetspule kleiner
und im Grenzfall zu Null wird, so wird der Ventilkegel durch den Druck des durch
die öffnung 19 tretenden Druckmittels zurückgestoßen und drückt seinerseits
den Druckstab 7 und den Magnetanker 2 nach oben, während das Druckmittel über Kanäle
24 zum Auslaß gelangt. Diese Kanäle 24 sind beiderseits. des Mittelhohlraums 21
-angebracht und verbinden diesen mit der kreisförmigen Ausnehmung 18, die
im Sockel 9
vorgesehen ist und gegenüber dem die Entleerungsöffnungen der
hydraulischen Vorrichtung münden, mit der der erfindungsgemäße Druckregler verbunden
ist, und zwar auf Grund der sehr großen Fläche dieser Ausnehmung unabhängig von
ihrer Stoßfläche. Der Druckstab kann aus einem nichtmagnetischen Material bestehen,
wenn erreicht werden soll, daß sich die bei Anlegen einer Spannung durch die Magnetspule
erzeugten magnetischen Feldlinien über den Magnetanker 2, den Sockel 9 und das Gehäuse
3 schließen. Der Hub des Versehlußstückes ist sehr gering, damit bei einem beliebigen
durch die Spule erzeugten Feld keine wesentliche Änderung des Luft-
Spaltes
eintritt und die Ansprechzeit der Vorrichtung so kurz wie möglich ist. Bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel ist der Hub des, Verschlußstückes, der in der Größenordnung
von Zehntelmillimetern liegt, durch die jeweiligen Längen festgelegt, die dem Endteil
des Verschlußstückes und dem Druckstab bezüglich der Länge der Axialbohrung des
Sockels 9, in dem sie gleiten, gegeben sind. Es ist überdies zweckmäßig, das Führungsrohr
1 bezüglich des Gehäuses 3 in fester Lage zu halten, beispielsweise mittels einer
Schulter 25, auf der die Ränder der Mittelöffnung abgestützt sind, die im oberen
Teil des Gehäuses 3 für den Durchtritt des Führungsrohres vorgesehen ist.
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Bei konstantem Durchsatz durch die Vorrichtung wird zwischen der oberen
Stellung des Verschlußstückes., die einer Spannung Null an den Klemmen der Magnetspule
entspricht, und der Stellung, bei der das Verschlußstück die Öffnung 19 des Ventilsitzes
10 vollständig verschließt und die der höchsten Speisespannung der Magnetspule
entspricht, eine kontinuierliche Folge von Zwischenstellungen des kegelförmigen
Verschlußstückes erhalten, die Zwischenwerten der Speisespannung entsprechen, wobei
sich eine kontinuierliche Folge von entsprechend begrenzten Druckwerten ergibt,
die zwischen dem Höchstdruck bei geschlossenem Ventil und Restdruck bei ganz geöffnetem
Ventil liegen.