DE2134067A1 - Elektromagnetisches ventil - Google Patents

Description

HANS TRAPPENBERG · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE

6. Juli 1971 WG 701/702

Firma Ji»ln^if*3^<r Hydraulik KG., 7501 Reichenbach,

Birkelweg 4

Elektromagnetisches Ventil

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil bei dem der Anker eines Elektromagneten bei Erregung einen Ventilkegel auf einen mit der Zuleitung verbundenen Ventilsitz presst der in einem als elektromagnetisches Joch dienenden Ventilkörper mit Zu- und Ableitungen angeordnet ist.

Derartige Ventile sind insbesondere aus der Hydraulik als Ein/Aus-Ventile bekannt. Hierbei ist im allgemeinen der Ventilkegel als federnd geführte Stange durch den Anker hindurchgeführt, wodurch er bei satter Anlage des Ankers an das Joch federnd auf dem Ventilsitz aufliegt. Als Vorteil ergibt sich bei einer solchen Anordnung, da die Stirnflächen von Anker und Joch aufeinanderliegen, ein absolut sicheres Aufpressen des Ventilkegels auf den Ventilsitz. Außerdem übernimmt die federnde Halterung der als Ventilkegel dienenden Stange sämtliche Längentoleranzen, sodaß auch die Herstellung eines solchen elektromagnetischen Ventils nicht kritisch ist. Ventile dieser Art lassen sich allerdings nur als Ein/Aus-Ventil, nicht aber als Druck-Regelventil einsetzen.

Bei Druck-Regelventilen soll durch Regeln der Spannung des Elektromagneten eines elektromagnetischen Ventils der Durohlaßdruck bzw. die Durchlaßmenge gesteuert werden können.

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ORIGINAL INSPECTED

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Bei bekannten derartigen Ventilen wird daher der Weg beschritten, daß das eigentliche Ventil von dem Elektromagneten getrennt und die auch bei dieser Ausführung notwendige Feder zwischen Joch und Anker eingefügt wird. Nunmehr kann die wiederum als Ventilkegel dienende Stange fest Jedoch längenveränderbar im Anker eingefügt werden, so daß das bei einem Regelventil unzulässige Spiel zwischen Anker- und Ventilkegelbewegung ausgeschaltet ist. Allerdings müssen derartige Druck-Regelventile sehr genau justiert werden um nicht nur ein einwandfreies Aufsitzen des Ventilkegels auf dem Ventilsitz zu erzielen, sondern um auch die gewünschte Regelcharakteristik zu erreichen. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die Weg/Kraft-Charakteristik des Elektromagneten kurz vor dem Zusammentreffen der Flächen von Anker und Joch in einer stark gekrümmten Kurve steil ansteigt, die Justierung der Stange im Anker daher so erfolgen muß, daß die Weg/Kraft-Kennlinie der Feder einigermaßen mit dieser elektromagnetischen Kennlinie übereinstimmt» Ist dies nicht der Fall, ergeben sich von ά®τ gewünschten Steuerkennünie sehr stark abweichende Werte. Wegen diesem Zvrang zur- äußerst genauen Justierung sowie auch wegen d es verhältnismäßig komplizierten Aufbaus konnten sich derartige Ventile im größeren Maße nicht durchsetzen. Stattdessen werden Regel-Ventile verwendet bei denen der Ventilkegel mittels eines kleinen aufgesetzten Elektromotors über ein Gewinde angehoben wird.

Die Erfindung hat es sich zur "Aufgabe gestellt ein Ventil der erstgenannten Art so auszubilden, daß es bei einfachster Herstellung doch ohne Schwierigkeiten über die Spannung des Elektromagneten gesteuert werden kann_o Dies wird ausgehend von einem elektromagnetischen Ventil bei dem der Anker eines elektromagneten bei Erregung einen Ventilkegel (Ventilschließkörper) auf einen mit der Zuleitung verbundenen Tsntilsitz presst der in einem als elektromagnatiech.es Joch dienenden Ventilkörper mit Zu-* und Ableitungen angeordnet ist dadurch erreicht, daß der Ventilkegel als Distanzstüok zwischen Anker und »Joch eingefügt ist.

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Bewußt wird damit auf die maximale Kraftausnützung des Elektromagneten verzichtet und ein als magnetischer Widerstand dienender Luftspalt zwischen Anker und Joch eingefügt. Dieser magnetische Widerstand ermöglicht ein Arbeiten auf dem unteren Zweig der Weg/Kraft-Gharakteristik des Elektromagneten auf dem Zweig also der annähernd parallel zur Weg-Achse der Kennlinie verläuft. Damit kann aber auch auf den Einsatz einer Feder die die Toleranz zwischen dem Aufsitzen des Yentilkegels auf den Ventilsitz und der Anlage der Stirnflächen von Anker und Joch ausgleicht, verzichetet werden. Der Anpressdruck des Ventilkegels auf den Ventilsitz wird nach der Erfindung nur noch durch die Stärke des elektOmagnetxsehen Feldes bestimmt, das sich bei entsprechender Auslegung des Magneten proportional mit der an den Elektromagneten angelegten Spannung ändert. Weitere Justiermittel sind bei einem derart ausgeführten Druck—Regelventil nicht notwendig.

Wird bei dem herkömmlichen Ventil die Weg/Kraft-Kennlimie der eingesetzten Feder nicht genau der Weg/Kraft-Gharakteristik des Elektromagneten angepasst, so ergibt sich der Effekt, daß entweder das Ventil nach dem ersten Abheben des Ventilkegels vom Ventilsitz durch die Kraft des strömenden Mediums vollkommen aufgerissen wird, also wie ein bekanntes Ein-Aus-Ventil arbeitet oder, daß die elektromagnetischen Kräfte so mit den durch das zu steuernde Medium verursachten Kräfte zusammen arbeiten, daß sich nach einem ersten Abheben des Ventilkegels wieder so starke Schließkräfte ergeben, daß der Ventilkegel zwischen zwei Endlagen hin und her pendelt, das Medium also nur stoßweise das Ventil passieren kann. Hervorgerufen wird dies durch den sich beim ersten Öffnen des Ventils ergebenden schmalen Spalt zwischen Ventilkegel und Ventilsitz, wobei durch die erhöhte Geschwindigkeit des Mediums in diesem schmalen Spalt eine Kraft entsteht die den Ventilkegel wieder auf den Ventilsitz zu pressen versucht.

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Addiert sich diese Kraft zu der steil ansteigenden elektromagnetischen Kraft so kann das "beschriebene Flattern eintreten.

Bei dem elektromagnetischen Ventil nach der Erfindung hingegen verläuft die Weg/Kraft-Charakteristik des Elektromagneten sehr flach, so daß sie in ,diesem engen Bereich zwischen der Schließstellung und der geöffneten Stellung des Ventils als nahezu gleichbleibend angesehen werden kann. Damit; entfällt aber auch die Verstärkung des oben beschriebenen Venturi-Effektes und damit auch die Ursache zu dem Flattern des Ventils.

Insgesamt ergibt sich damit ein Ventil, das nicht nur ausgezeichnete Steuereigenschaften aufweist, sondern das auch sehr kompakt aufzubauen ist. Der Mehraufwand für die stärkere Spule die durch den höheren magnetischen Widerstand bedingt ist, ist dagegen vernachlässigbar klein»

Trotzdem die Auflage des Ventilkegels auf dem Joch sehr kleinflächig gehalten werden kann, die magnetische Brücke zwischen Anker und Joch dann also auch sehr klein ist, wird vorteilhafterweise der Ventilkegel und/oder der Ventilsitz aus nicht-ferro-,magnetischem Material gebildet. Dadurch bildet sich nicht nur überhaupt keine magnetische Brüde zwischen Anker und Joch, sondern es wird auch mit Sicherheit ein "Kleben" des Ankers am Joch verhindert.

Als sehr zweckmäßig hat es sich erwiesen als Ventilkegel eine zentrisch in den Anker eingepresste Kugel, beispielsweise eine Kunststoffkugel zu verwenden die nicht nur den oben gestellten Bedingungen entspricht, sondern die auch sehr gute Dichteigenschaften aufweist.

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Pur Sonderfälle können sowohl der Anker wie auch das Joch oder beide Bauteile dauermagnet!sch ausgeführt sein. Beispielsweise ist dies dann zweckmäßig, wenn das Ventil bei Stromausfall geschlossen sein muß, wobei die Dauermagnete dann so einzubauen sind, daß im spannungslosen Zustand der Anker auf das Joch bzw. der Ventilkegel auf den Ventilsitz gepresst wird. Im umgekehrten Falle sind die Magnete sp anzuordnen, daß gleiche magnetische Pole sich gegenüberstehen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Im hohlzylindrischen nassen Arbeitsraum eines Elektromagneten ist längsverschiebbar ein Anker 2 mit einer eingepressten als Ventilkegel dienenden Kugel 3 untergebracht. In dieser Arbeitsraum eingesetzt ist noch ein Ventilkörper 4 mit Zu-(5) und Ableitungen 6. Der Austritt der Zuleitung 5 aus dem Ventilkörper4 ist als Ventilsitz ausgebildet auf den die Kugel 3 als Ventilkegel im geschlossenen Zustand aufsitzt. Jenseits ist der Arbeitsraum des Elektromagneten 1 abgedichtet durch einen mit einer Notbetätigung 7 versehenen Deckel 8. Angebracht am Magneten ist außerdem noch eine Steckeinrichtung 9 zur Zuleitung des Stromes an den Elektromagneten 1.

Im spannungslosen Zustand wird der Anker 2 durch den Druck des über die Zuleitung 5 zufliessenden Mediums bis zum Endanschlag bei der Notbetätigung 7 verschoben. Dadurch ist das Ventil vollkommen offen, das Medium kann also den Arbeitsraum des Elektromagneten über die Ableitungen 6 wieder verlassen. Ist der Elektromagnet 1 hingegen unter Spannung, so wird der Anker 2 in Richtung auf den als Joch dienenden Ventilkörper vtrsohoben, eodaß die als Ventilkegel dienende Kugel 3 auf dem Ventilsitz aufsitzt. Das Ventil ist damit geschlossen.

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Durch Vermindern der Spannung an dem Elektromagneten 1 wird auch die Kraft, mit der die Kugel 3 auf dem Ventilsitz aufsitzt gemindert, so daß "bei einer bestimmten Spannung der __ Druck des Mediums 5 in der Lage ist die Kugel 3 geringfügig von dem Ventilsitz abzuheben. Nach dem Abheben·der Kugel beginnt das Medium durch den Spalt zwischen Kugel 3 und Ventilsitz zu strömen wodurch sich eine Druckerniedrigung an der schmälsten Stelle zwischen' der Kugel 3 und dem Ventilsitz und damit eine Kraft einstellt, die das Ventil wieder zu schliessen versucht. Die Addition der slektromagnetisehen Kraft sowie dieser, durch das strömende Medium hervorgerufenen Kraft, ergibt insgesamt eine positive Kennlinie und damit in jeder Stellung des Steuerbereiches eine stabile lage des Ankers 2. Damit ist aber auch das sonst kaum zu beherrschende Ventilflattern vollkommen vermieden.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Elektromagnetisches Ventil "bei dem der Anker eines Elektromagneten "bei Erregung einen Ventilkegel (Ventilschliesskörper) auf einen mit der Zuleitung verbundenen Ventilsitz presst der in einem als elektromagnetisches Joch dienenden Ventilkörper mit zu— und Anleitungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel als Distanzstück zwischen Anker (2) und Joch eingefügt ist.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Ventilkegel und/oder der Ventilsitz aus nicht-ferro-. magnetischem Material ist.
3. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel eine zentrisch in den Anker (2) eingepresste Kugel (3) ist.
4. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (3) eine Kunststoffkugel ist.
5. 5. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (2) und/oder das Joch ein Dauermagnet ist.

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