DE2359999C3

DE2359999C3 - Elektromagnet zur Betätigung eines Stellglieds

Info

Publication number: DE2359999C3
Application number: DE19732359999
Authority: DE
Inventors: Samuil Chononovitsch Schtschutschinskij
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-01
Filing date: 1973-12-01
Publication date: 1979-10-25
Also published as: DE2359999A1; DE2359999B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagneten zur Betätigung eines Stellgliedes mit einem aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden Gehäuse, das einen Magnetpol aufweist, der von einem in Bezug auf das Gehäuse unbeweglichen Polteil, dessen Durchmesser demjenigen des in Richtung des Pols weisenden Endes des Ankers gleich oder geringfügig größer ist, und von einem gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe eines Außengewindes axial verschiebbaren Polteil gebildet ist, mit einem dem Magnetpol gegenüber angeordneten Anker, der mit dem Stellglied verbunden ist und durch eine Innenoffnung einer in dem Gehäuse untergebrachten Spule verläuft. Ein solcher Elektromagnet ist aus der deutschen Auslegeschrift 12 43 043 bekannt.

Elektromagnete der vorstehend betrachteten Bauart können vorteilhafterweise in Rohrventilen und -Schiebern angewendet werden, wobei das von ihnen betätigte Stellglied eine Ventilplatte oder ein Schließglied ist.

Bei der bekannten Ausbildung ist das unbewegliche Polteil in Form einer Hülse ausgeführt, deren Bohrung mit Innengewinde versehen ist, in welche das axial verschiebliche Polteil eingeschraubt ist. Dieses verschiebliche Polteil ragt in Richtung zum Anker aus dem unbeweglichen Polteil hervor und hat hier einen Kopf, dessen Durchmesser etwa dem des unbeweglichen Polteils bzw. des Ankers entspricht, und an den der Anker bei Erregung angezogen wird.
Durch die Einstellverschiebung des verschiebbaren Pokeils im unbeweglichen Polteil wird die Lage der Stirnfläche des Kopfes gegenüber dem Anker geändert, so daß auch bei veränderlichen I lubhöhen des Ankers immer erreicht werden kann, daß dieser beim Anzug

jo satt zur Anlage am Kopf des verschiebbaren Pokeils kommt Da die Veränderung der gegenseitigen Lage der Polteile zueinander keinen Einfluß auf den Charakter des Übergangs des magnetischen Flusses in den Anker hat, kann durch die Einstellbarkeit auch der Verlauf der Zugkraftkurve des Elektromagneten nicht beeinflußt werden. Lediglich ist eine Verlegung des Arbeitsspiels in einen anderen Bereich der unverändert bleibenden Zugkraftcharakteristik möglich.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausbildung, daß die Zugkraftkennlinie nicht der Belastungskennlinie angepaßt werden kann. Wenn die bei Erregung des Elektromagneten, d.h. bei Beginn des Arbeitshubs entwickelte Zugkraft nicht ausreicht, die Gegenkraft der Belastung zu überwinden, so kann die erforderliche Vergrößerung der anfänglich wirkenden Magnetkraft nur dadurch geschehen, daß das axial verschiebliche Polteil unter Verringerung des Arbeitsspaltes zum Anker hin verstellt wird. Dadurch wird aber gleichzeitig die Größe des Arbeitshubs verringert. Dies ist in einigen Fällen, in denen das Stellglied um bestimmte Beträge versetzt werden muß, unzulässig.

Bei der bekannten Ausbildung hat die Anzugskraft des Elektromagneten bei Beginn des Arbeitshubs ihren geringsten Wert und steigt dann kontinuierlich auf ihren höchsten Wert zu Ende des Arbeitshubs, wenn die Stirnflächen von Anker und verschiebbaren Polleil aneinander anliegen. Die Gegenkräfte des Stellgliedes haben jedoch ihren maximalen Wert gewöhnlich zu Beginn des Arbeitshubs und nehmen zum Ende desselben erheblich ab.

Diese Fehlanpassung der Zugkraftkennlinie und der Belastungskennlinie zwingt dazu, stark überdiemensionierte Elektromagnetantriebe zu installieren, deren Zugkraft bei Ende des Arbeitshubs ganz erheblich über der erforderlichen Größe liegt, was zu Schlagen des Ankers gegen den Magnetpol des Gehäuses führt, die bis zur Deformation der Teile führen können und auf jeden Fall die Lebensdauer beeinträchtigen.

Aus der deutschen Patentschrift 8 47 465 ist nun ein Elektromagnet bekannt, bei dem eine Beeinflussung der Zugkraftcharakteristik dadurch möglich ist, daß der Anker zweigeteilt ist und beide Teile relativ zueinander in Axialrichtung einstellverschieblich sind. Bei dieser bekannten Ausbildung ist jedoch nachteilig, daß eine Neueinstellung mit erheblichem Aufwanu verbunden ist.

Die Verdrehung der Ankerteile gegeneinander setzt

voraus, daß der gesamte Elektromagnet vom Stellglied entkoppelt wird und selbst auseinandergenommen wird.

Dadurch ist es ausgeschlossen, jeweils bei Bedarf die erforderliche Zugkraftcharakteristik zu verwirklichen; diese bekannte Ausbildung kann im Grunde nur einmal auf einen bestimmten Bedarfsfall eingestellt werden und ist dann kaum noch flexibel.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Ausbildung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromagneten zur Betätigung des Stellglieds zu schaffen, bei dem die Größe der Zugkraft bei Beginn des Arbeitshubs ohne Änderung von dessen

Größe veränderbar ist und auch die Form und Lage der Zugkraftkennlinie verändert und dadurch der Belastungskennlinie des Stellglieds angepaßt werden kann. Dadurch sollen auch die Schlagbeanrpruchungen verringert und die Lebensdauer erhöht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die in Richtung des Ankers weisende Stirnfläche des unbeweglichen Polteils den inneren Teil der Polfläche des Magnetpols bildet, daß das verschiebbare Polteil das unbewegliche Polieil umgibt, dab die in Richtung des Ankers weisende Stirnfläche des verschiebbaren Polteils den äußeren Teil der Polfläche des Magnetpols bildet und daß das verschiebbare Polteil mittels einer mit seinem Außengewinde zusammenwirkenden, am Gehäuse angeordneten Mutter zur Änderung der Verteilung der magnetischen Kraftlinien zwischen dem Magnetpol und dem Anker bei unveränderter Größe des Arbeitshubes des Ankers einstellverschiebbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung steht die in Richtung des Ankers weisende Stirnfläche des verschiebbaren Polteils "on der in Richtung des Ankers weisenden Stirnfläche des unbeweglichen Polteils um einen Betrag ab, welcher dem Abstand zwischen den Stirnflächen des unbeweglichen Polteils und des Ankers bei dessen von dem unbeweglichen Polteil entferntester Lage gleich oder geringfügig größer ist.

Bei einer solchen Ausbildung wird eine besonders vorteilhafte Zugkraftkennlinie erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Elektromagneten im Längsschnitt;

F i g. 2 Schnitt nach Linie H-Il von F i g. 2;

Fig. 3 charakteristische Zugkraftkennlinien eines bekannten und eines erfindungsgemäßen Elektromagneten.

Der Elektromagnet des Stellglieds 1, im vorliegenden Fall das Verschlußstück eines Ventils 2, besitzt ein Gehäuse 3 mit einem Magnetpol 4. Das Gehäuse und der Magnetpol sind aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgeführt. Das Gehäuse 3 ist mittels Schrauben 5 am Deckel 6 des Ventils 2 befestigt, der aus einem unmagnetischen Material besieht.

Im Gehäuse 3 ist eine Spule 7 untergebracht, die an eine (nicht dargestellte) Stromquelle angeschlossen ist. Je nach der eingebauten Spule kann die Speisung durch Gleich- oder Wechselstrom erfolgen.

Auf dem Deckel 6 des Ventils 2 ist ein Trennrohr 8 angeordnet, das aus einem unmagnetischen Material ausgeführt ist. Dieses Rohr ist durch die Spule 7 geführt und umfaßt den Magnetpol 4 des Gehäuses 3. Das Rohr ist mittels Gummiringen 9 abgedichtet und dient zum hermetischen Abschluß des Hohlraumes des Gehäuses 3 gegenüber dem Medium, in dessen Strom das Ventil 2 eingeschaltet ist.

Im Trennrohr 8 bewegt sich ein Anker 10, dessen eines Ende mit dem Stellglied . des Ventils 2 verbunden ist, während das andere sich gegenüber dem Magnetpol 4 befindet.

Der Magnetpol 4 des Gehäuses 3 besteht aus zwei Teilen: einem unbeweglichen Polteil 12, das mit dem Gehäuse 3 eine Einheit bildet, und einem dieses umfassenden verschiebbaren Polteil 13. Das innere unbewegliche Polteil 12 hat einen Durchmesser, der dem Durchmesser des Ankers 10 gleich ist oder diesen Durchmesser etwas überschreitet.

Das verschiebbare Polteil 13 stellt eine zylindrische Hülse dar. Diese Hülse ist axial verschieblich gegenüber dem unbeweglichen Polteil 12 angeordnet, wozu auf dem Außendurchmesser der Hülse 13 ein Gewinde ausgeführt ist, auf welches eine Mutter 14 aufgesetzt ist. Diese Mutter ist im Gehäuse 3 zwischen Lagern 15 erfaßt. Am Außendurchmesser der Mutter 14 sind Zähne 16 (Fig. 2) ausgebildet, die zu einer bequemen Drehung der Mutter dienen. Mittels eines Arretieriappens 17, der in die Lücke zwischen zwei Nachbarzähnen greift, wird die Mutter 14 in einer vorgegebenen Drehstellung festgesetzt. Der Arretierlappen 17 ist am Gehäuse 3 mittels einer Schraube 18 befestigt.

Um die Hülse 13 vor dem Durchdrehen bei der Drehung der Mutter 14 zu sichern, ist im unbeweglichen Polteil 12 ein Stift 19 angeordnet, dessen Enden etwas über den Außendurchmesser des unbeweglichen Polteils 12 hinausragen. In der Hülse 13 sind zur Aufnahme dieser Enden des Stiftes 19 Nuten 20 eingearbeitet.

Die Hülse 13 ist in bezug auf das unbewegliche Poiteil 12 so angeordnet, daß ihre in Richtung des Ankers 10 weisende Stirnfläche von der Stirnfläche des unbeweglichen Polteils 12 um einen Betrag entfernt ist, der dem Abstand zwischen der Stirnfläche des unbeweglichen Polteils 12 und der zum Magnetpol hin weisenden Stirnfläche des Ankers 10 bei seiner von diesem unbeweglichen Polteil 12 entferntesten Lage gleich ist oder diesen Abstand etwas überschreitet, d. h. praktisch um die Größe des Arbeitshubs des Ankers 10.

Bei dieser gegenseitigen Lage der Polteile ergibt sich die vorteilhafteste Verteilung der magnetischen Kraftlinien, welche die größte Zugkraft bei Beginn des Arbeitshubs des Ankers gewährleisten, d. h. dann, wenn die Größe der Gegenkraft des Stellgliedes 1 maximal ist. Der Betrieb des beschriebenen Elektromagneten verläuft folgenderweise:

Bei der Speisung der Spule 7 bewegt sich der Anker 10 unter Einwirkung des entstehenden elektromagnetisehen Feldes in Richtung zum Magnetpol 4 bis zur Berührung mit der Stirnfläche des unbeweglichen inneren Polteils 12 und wird in dieser Stellung so lange festgehalten, wie die Speisung der Spule 7 andauert.

Zur Abstimmung der Zugkraft F (Fig. 3) des Elektromagneten mit der Gegenkraft des Stellgliedes 1 des Ventils 2 dreht man die Mutter so lange, bis die Hülse 13 die vorgegebene Lage in bezug auf das unbewegliche Polteil 12 einnimmt, d. h. bis der Anker 10 eine Stellung einnimmt, bei der seine Stirnfläche in Höhe der Stirnfläche der Hülse 13 oder etwas höher zu stehen kommt, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist.

Wenn sich der Anker 10 der Stirnfläche der Hülse 13 nähert, in diese jedoch noch nicht eingetreten ist, nimmt die Zugkraft mit der Verminderung des Spaltes zwischen der Stirnfläche von Anker und Polteil schroff zu. Im Diagramm gemäß F i g. 3 handelt es sich dabei um den Bereich a der Zugkraftkennlinie I.

In diesem Diagramm ist die Zugkraft F über der Hubhöhe ό des Ankers aufgetragen. Ist der Anker 10 in die Hülse 13 eingetreten, ändert sich die Zugkraft fast nicht mehr. Die Zugkraftkennlinie I hat hier, zwischen den Stellen a und b, einen fast waagerechten Abschnitt.

Eine merkliche Vergrößerung der Zugkraft tritt erst wieder am Ende des Hubs des Ankers 10 auf, und zwar im Bereich öder Zugkraftkennlinie I.

Auf dem Abschnitt a-b, d. h. wenn sich der Anker 10 in der Hülse 13 so lange bewegt, bis er sich der Stirnfläche des unbeweglichen Polteils 12 genähert hat, ändert sich

die Zugkraft F praktisch nicht. Deswegen wird der Anker keine großen Beschleunigungen erfahren, und folglich werden die dynamischen Stoßbelastungen der beweglichen Teile des Elektromagnetantriebs und des Ventils 2 gering sein.

Die Lage der Hülse 13 in bezug auf das unbewegliche Polteil 12 wird so gewählt, daß die größte Gegenkraft — der Punkt Cder Kurve II der Belastungskennlinie des Stellglieds 1 — unterhalb der Zugkraft des Elektromagneten im Punkt dbleibt. Der Punkt fliegt etwa in der Mitte des Abschnittes a-b der Zugkraftkennlinie I des Elektromagneten.

Durch eine derartige Einstellung der Hülse 13 wird der Ausgleich sämtlicher technologischer Fehler ge-

währleistet, die bei der Herstellung des Elektromagneten und des Stellglieds entstehen.

Bei der Verschiebung der Hülse 13 relativ zu dem unbeweglichen Polteil 12 verschiebt sich die Kurve I der Zugkraftkenniinie des Elektromagneten längs der Abszisse, wie dies in F i g. 3 gestrichelt angedeutet ist.

Eine solche Lageänderung der Kurve 1 der Zugkraftkennlinie gestattet es, Elektromagnetantriebe mit einer Zugkraftkennlinie gleicher Form und mit gleicher Größe der Zugkraft für Stellglieder mit verschieden großen Arbeitshüben zu verwenden.

Die Kurve III zeigt vergleichsweise die Form der Zugkraftkennlinie bei dem den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden bekannten Elektromagnetantrieb.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnet zur Betätigung eines Stellgliedes mit einem aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden Gehäuse, das einen Magnetpol aufweist, der von einem in bezug auf das Gehäuse unbeweglichen Polteil, dessen Durchmesser demjenigen des in Richtung des Pols weisenden Endes des Ankers gleich oder geringfügig größer ist, und von einem gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe eines Außengewindes axial verschiebbaren Pokeil gebildet ist, mit einem dem Magnetpol gegenüber angeordneten Anker, der mit dem Stellglied verbunden ist und durch eine Innenöffnung einer in dem Gehäuse untergebrachten Spule verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung des Ankers (10) weisende Stirnfläche des unbeweglichen Polteils (12) den inneren Teil der Polfläche des Magnetpols (4) bildet, daß das verschiebbare Polteil (13) das unbewegliche Pol teil

(12) umgibt, daß die in Richtung des Ankers (10) weisende Stirnfläche des verschiebbaren Polteils

(13) den äußeren Teil der Polfläche des Magnetpols bildet und daß das verschiebbare Polteil (13) mittels einer mit seinem Außengewinde zusammenwirkenden, am Gehäuse (3) angeordneten Mutter (14) zur Änderung der Verteilung der magnetischen Kraftlinien zwischen dem Magnetpol (4) und dem Anker (10) bei unveränderter Größe des Arbeitshubes des Ankers (10) einstellverschiebbar ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung des Ankers (10) weisende Stirnfläche des verschiebbarer. Polteils (13) von der in Richtung des Ankers (10) weisenden Stirnfläche des unbeweglichen Polteils (12) um einen Betrag absteht, welcher dem Abstand zwischen den Stirnflächen des unbeweglichen Polteils (12) und des Ankers (10) bei dessen von dem unbeweglichen Polteil (12) entferntester Lage gleich oder geringfügig größer ist.