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Elektromagnetisch gesteuertes Ventil Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch
gesteuertes Ventil mit einer Betätigungsspule und einer Haltespule.
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Elektromagnetische Ventile weisen eine Spulenwicklung auf, welche
im allgemeinen in der Arbeitsstellung unter Strom steht. Bei diesen Ventilen ist
die Zugkraft, mit welcher der Anker angezogen und somit das Ventil betätigt wird,
durch die zulässige Leistungsaufnahme der Spulenwicklung begrenzt. Die zur Verfügung
stehenden wärmetauschenden Oberflächen bestimmen daher besonders bei luftgekühlten
elektromagnetischen Ventilen die Leistungsaufnahme und somit die Zahl der Amperewindungen,
die als Zugkraft zur Verfügung stehen. Es ist nun bekannt, derartige elektromagnetische
Ventile mit zwei verschiedenen Spulenwicklungen auszurüsten, nämlich einer Betätigungspule
und einer Haltespule. Die Betätigungsspule wird nur kurzzeitig eingeschaltet und
zieht den Anker mit hoher Leistung an, während die Haltespule eine erheblich kleinere
Leistung aufweist und nur imstande ist, den einmal angezogenen Anker festzuhalten.
Die Betätigungsspule wird nur kurzzeitig unter Strom gesetzt; nach dem Anziehen
des Ankers wird sie abgeschaltet, und der Anker wird ausschließlich durch die weiterhin
unter Strom stehende Haltespule festgehalten. Bei einer derartigen Schaltung muß
dafür gesorgt werden, daß die Betätigungsspule erst dann abgeschaltet wird, wenn
der Anker bereits sicher angezogen ist, da er sonst wieder abfällt und die Betätigungsspule
erneut ansprechen muß. Man würde
in diesem Fall einen Summer erhalten,
da die Halterwicklung nicht imstande ist, den Anker anzuziehen. Aus diesem Grunde
ordnet man derartigen elektromagnetischen Ventilen einen Zeitschalter zu, der die
Betätigungsspule erst einige Zeit nach dem Ansprechen abschaltet. Der bauliche Aufwand
für diesen Zeitschalter übersteigt in vielen Fällen den baulichen Aufwand des gesamten
elektromagnetischen Ventils und verteuert daher die Anlage erheblich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektromagnetisch gesteuertes
Ventil anzugeben, das ohne besonderen Zeitschalter auskommt und daher in der Gesamtanlage
billiger ist. Gemäß der Erfindung werden einem die beiden Spulen aufweisenden Magnetsystem
zwei voneinander unabhängig bewegliche Anker zugeordnet, von denen der eine (Ventilanker)
den Ventilverschlußkörper und der andere (Schaltanker) den Stromkreis der Betätigungsspule
steuert. Läßt man dann den Schaltanker verzögert ansprechen oder bremst seine Bewegung,
so erhält man automatisch die gewünschte Verzögerung in der Abschaltung der Betätigungsspule.
Die Verzögerung oder Bremsung kann in verschiedener Weise erfolgen. Für die Bremsung
bewährte sich insbesondere eine pneumatische Bremsung, doch kann man sich auch einer
Verzögerungsfeder oder einer elektrischen Verzögerung, z. B. durch Wirbelstrom,
bedienen.
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Bei einer solchen verzögerten Schaltankerbewegung sieht man die Schaltung
der Kontakte gegen Hubende vor. Dies wird in -einfacher Weise dadurch erzielt, daß
im Stromkreis der Betätigungsspule ein vom Schaltanker bewegter Kontakt (Schaltankerkontakt)
und ein mit diesem Schaltankerkontakt zusammenarbeitender, unter dem Einfluß einer
elastischen Kraft beschränkt beweglicher Kontakt (Federkontakt) vorgesehen werden,
wobei dann die Bewegungsbeschränkung des Federkontaktes derart bemessen wird, daß
er dem Schaltankerkontakt über einen beschränkten Kontaktweg folgen kann und vor
Erreichen der Schaltankerendstellung abschaltet. Die Zeit der gemeinsamen Bewegung
des Schaltankerkontaktes und des Federkontaktes stellt dann die Verzögerungszeit
dar.
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Die Hineinverlegung der Zeitverzögerung in das elektromagnetisch gesteuerte
Ventil ermöglicht es zusätzlich, eine Sperrung anzubringen, welche ein erneutes
Ansprechen unmöglich macht. Bei vielen technischen Anlagen ist es nämlich erwünscht,
daß zwar das Magnetventil nach Unterbrechung des Stromflusses sofort schließt, doch
soll eine erneute Stromzufuhr das Ventil nicht ohne weiteres wieder öffnen, da sonst
bei Wackelkontakten od. dgl. ein dauerndes Pumpen der Anlage auftreten würde. In
diesen Fällen soll das Ventil erst dann wieder öffnen, wenn z. B. von Hand ein Hebel
oder Druckknopf betätigt wird. Während man hierfür bisher relaisartige Geräte verwendete,
genügt es jetzt, eine einfache Sperrung für den zweiten Anker vorzusehen, der als
Schaltanker dient. Diese Sperre ist vorzugsweise ein Hebel, der nach Erreichen der
Ausschaltstellung hinter den Schaltanker greift. Dem Sperrhebel kann ein von außen
zugänglicher, mit einer Steuerkurve ausgerüsteter Bereitschaftshebel zugeordnet
sein, durch dessen Betätigung der Sperrhebel außer Wirkung gebracht wird.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel werden die beiden Spulen
zweckmäßig konzentrisch in einem zweiseitig offenen Topfmagneten angeordnet, wobei
sich innerhalb der Spulenöffnung ein ortsfester Eisenkern befindet und die beiden
Anker beidseits dieses Eisenkernes in den verbleibenden Teilen der Spulenöffnung
axial geführt sind. Hierbei umschließt ein einseitig mit dem Ventilkörper dicht
verbundenes unmagnetisches Rohr vorteilhaft den Eisenkern sowie die Anker und durchsetzt
die Spulen. Der Eisenkern bildet innerhalb des Rohres eine abdichtende Querwand.
Bei einer solchen Anordnung erreicht man eine einfache Verzögerung in der Bewegung
des Schaltankers, wenn dieser ein kleiners Spiel im.Rohr hat als der Verschlußanker.
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Bei thermostatisch gesteuerten Magnetventilen, die zur Erzwingung
einer sicheren Einstellung in den beiden Endlagen mit zwei entgegengesetzt gewickelten
Spulen versehen sind, hat .man bereits einen durch dieselben Spulen betätigten Klappanker
zusätzlich angeordnet, der nach Speisung der einen Spule den Stromkreis für die
Speisung der anderen Spule vorbereiten soll. In diesem Fall wirken aber beide Spulen
als Betätigungsspulen, und es ist keine Haltespule vorgesehen. Das Ventil wird vielmehr
beim Fehlen eines Stromes durch permanentmagnetische Kräfte in der jeweiligen Lage
festgehalten. Das durch die Erfindung gelöste Problem, die Betätigungsspule ohne
Verwendung eines besonderen Zeitschalters erst dann abzuschalten, wenn der Anker
bereits durch die Haltespüle gehalten wird, liegt hier also nicht vor. Außerdem
kann das bekannte Ventil bei Stromunterbrechung nicht selbsttätig in die Schließstellung
übergehen. Ferner wird der Permanentmagnet eine geringe Lebensdauer haben, da einerseits
die Betätigungsspulen hier als Entmagnetisierungsspulen wirken und andererseits
die häufigen Stöße die Kraft des Permanentmagneten ungünstig beeinflussen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der
Erfindung schematisch im axialen Schnitt dargestellt. Die einzelnen Teile des Magnetsystems
sind dabei in der Öffnungsstellung des Ventils wiedergegeben, während die Sperrung
außer Betrieb ist.
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Das Ventilgehäuse a weist eine Ventilkammer 2 und einen Ventilsitz
3 auf. An die Ventilkammer ist eine Zuführung q. angeschlossen, während vom Ventilsitz
3 die Abführung 5 ausgeht. Innerhalb der Ventilk-mmer befindet sich der Verschlußkörper
6, der im vorliegenden Fall als Kugelventil dargestellt ist. An Stelle einer Verschlußkugel
kann aber auch ein Verschlußteller, ein Verschlußkegel oder ein anderer Verschlußkörper
benutzt werden.
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Der Ventilkörper i ist mittels einer Überwurfmutter 7 und eines Zwischenkörpers
8 mit einem Rohr 9 verbunden, das durch das Zwischenstück 8 flüssigkeitsdicht mit
dem Ventilkörper i verbunden
ist. In das Rohr 9 ist ein mit einer
Rille io versehener Eisenkern i z derart dicht eingewalzt, daß er einen dichten
Abschluß des unteren Rohrteiles gegen den oberen Rohrteil darstellt. Die Dichtung
kann auch durch Einlagen oder andere Mittel bewirkt werden. Unterhalb des Eisenkernes
i i befindet sich innerhalb des Rohres 9 der Ventilanker 12, welcher an einer Ventilstange
13 den Ventilverschlußkörper 6 trägt. Der Anker 12 hat in dem Rohr 9 ein
verhältnismäßig großes Spiel. Auf der anderen Seite des Eisenkernes i i befindet
sich der Schaltanker 14, welcher durch eine in seiner Achse angeordnete Feder 15
hochgedrückt wird; diese Feder 15 stützt sich auf einen Führungsbolzen iia des Eisenkernes
i i ab. Der Schaltanker 14 hat im Rohr 9 ein wesentlich kleineres Spiel als der
Ventilanker 12.
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Das Rohr 9 ist von einem Spulenkärper 16 umschlossen, welcher eine
innenliegende, Betätigungsspule 17 und eine außenliegende Haltespule 18 aufweist.
Außerhalb dieses Spulenkörpers 16 befindet sich der Magnetmantel i9, der oben durch
eine Polscheibe 2o und unten durch eine Polscheibe 21 begrenzt wird. Das Rohr g
durchsetzt beide Polscheiben. Die magnetischen Feldlinien durchsetzen demgemäß folgende
magnetischen Teile: 19, 20, 14, 1i, 12, 21, 19, und eine Speisung
der Spulen zieht beide Anker r2 und i4. in Richtung auf den Eisenkern i i. Beim
Abschalten der Ströme wird der Ventilanker 12 mit dem Verschlußkörper 6 durch die
Schwerkraft nach unten gezogen während der Schaltanker 4 durch die Feder 15 nach
oben gedrückt wird.
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Der obere Polschuh 2o trägt mittels zweier Säulen 22 und 23, welche
in ihm festgeschraubt oder festgenietet sind, eine durch die Schrauben 24 und 25
festgehaltene Kappe 26, innerhalb deren sich die Schaltanordnung befindet.
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Auf dem oberen Ende des Schaltankers i i ist ein isolierter Teil 27
fest angebracht, der die Säule 22 teilweise umgreift und dadurch gegen Drehung gesichert
wird. Dieser Isolierteil 27 trägt mittels eines schwach federnden Armes 28 einen
Kontaktniet 29, der über eine Leitung 3o an die Betätigungsspule 17 angeschlossen
ist. Die beiden Säulen 22 und 23 tragen eine Isolierplatte 31 mit zwei Anschlußklemmen
32 und 33. Eine von der Anschlußklemme 32 kommende Leitung 34 führt zu einem Hebelkontakt,
der aus dem Kontakthebel 35 und dem Kontaktniet 38 besteht. Dieser Kontakthebel
35 wird durch eine elastische Kraft, z. B. eine nicht dargestellte Feder, nach unten
gedrückt. Er steht über einen Bolzen 39 mit zwei Muttern 4o in Verbindung. Der Bolzen
39 durchsetzt die Isolierplatte 34 und die Muttern 40 stellen bei der Berührung
mit der Isolierplatte 31 einen Anschlag dar, der die Abwärtsbewegung des Kontakthebels
35 begrenzt. Von der Anschlußklemme 33 führt eine Leitung 41 zum anderen Ende der
Betätigungsspule 17, während eine andere Leitung 42 zur Haltespule 18 führt. Das
zweite Ende der Haltespule 18 liegt über eine Leitung 43 an der Kontaktklemme 32.
Der Stromkreis der Betätigungsspule kann also verfolgt werden über 32, 34, 35, 38,
29, 30, 17, 44 33, während der Stromkreis der Haltespule 18 zu verfolgen
ist über 32, 43, 18, 42, 33. Die beiden Wicklungen 17 und 18 sind also parallel
geschaltet, wobei für die innenliegende Betätigungsspule 17 ein zusätzlicher Schalter
38, 29 vorgesehen ist. Der Kontakthebel 35 kann der Bewegung des Schaltankers 14
und damit des Kontaktniets 29 unter dem Einflug der nicht dargestellten Feder in
beschränktem Umfange folgen, wobei er um den Schwenkbolzen 44 schwenkt, der in einem
Lagerbock 45 sitzt und zu dem die Stromzuleitung 34 führt. Wenn z. B. die Gesamtbewegung
des Schaltankers 14 von oben nach unten 3 mm beträgt, so kann der Hub des Kontakthebels
35 mittels der als Anschlag dienenden Muttern 40 derart eingestellt werden, daß
der Kontakt 38 nur während eines Hubes von 2 mm auf dem Kontaktniet 29 aufliegt.
Wenn sich der Schaltanker 14 dann noch um i mm weiter nach unten bewegt, so trennen
sich die Kontakte 38 und ä9,_ so da:ß der Stromkreis der Betätigungsspüle 17 unterbrochen
wird.
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Auf einer Verlängerung der von der Isolierbrücke 31 getragenen
Anschlußklemme 33 ist mittels eines Bolzens 46 ein doppelwinkelförmiger Hebel befestigt,
der 'aus dem Nocken 47, dem waagerechten Teil 48 und dem senkrechten Sperrarm 49
besteht. Eine nicht dargestellte Feder ist bestrebt, diesen Hebel entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn zu drehen. Bei der dargestellten Stellung des Schaltankers 14
und seiner Platte 27 würde diese Feder also bestrebt sein, den Sperrarm 49 hinter
die Platte 27 zu drücken, wodurch diese Platte und damit der Schaltanker 14 in der
eingezeichneten Stellung festgehalten würden. Mit dem Sperrhebel 47, 48, 49 arbeitet
ein Schalthebel 50 zusammen, der um eine gehäusefeste Achse 51 schwenkbar
ist und nach außen aus dem Gehäuse 26 vorsteht. Dieser Schalthebel 5o hat einen
unteren kurvenförmigen Teil, der mit dem Nocken 47 zusammenarbeitet. Er wird durch
eine nicht dar=-gestellte Feder aus der eingezeichneten Stellung in die linke Stellung
herübergedrückt, wobei dann der abgeflachte Teil 52 über die Noclce 47 kommen würde.
In dieser linken Stellung gibt der abgeflachte Teil 52 des Schalthebels 5o. die
Nocke zur Bewegung frei, so daß die am Sperrhebel angreifende Feder den Sperrhebel
entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn drehen kann und der Sperrarm 49 hinter die Platte
27 greift. Die Bewegung des Sperrhebels wird durch Anschlagen an die Platte
3 1 begrenzt. Der Nocken 47 kann je nach der Anordnung des Hebels 50_ die
Isolierplatte 31 durchsetzen oder an ihr vorbeigehen.
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Die dargestellte Anordnung arbeitet in folgender Weise: Das Ventil
6 ist geschlossen. Der Ventilanker 12 befindet sich in seiner unteren Stellung,
während der Schaltanker 14 sich in der oberen Stellung befindet. Der Sperrhebel
47, 48, 49 liegt mit der rechten Kante des Sperrarms 49 gegen die linke Kante der
Platte 27 an. Der Schalthebel 50 befindet sich in der linken Stellung..
Wird
jetzt an die beiden Anschlußklemmen 32 und 33 Spannung _gelegt, so fließt
Strom durch beide Spulen, da der Kontakt 38 durch die nicht dargestellte Feder gegen
den Kontaktniet 29 gedrückt wird. Infolgedessen bekommt die Betätigungsspule Strom,
und beide Anker werden in die dargestellte Stellung gebracht. Infolge des großen
Spieles des Ventilankers 12 bewegt sich dieser Anker schnell. Die zwischen dem Schaltanker
14 und dem Eisenkern i i eingeschlossene Luft kann jedoch infolge des geringen Spieles
dieses Kernes nur langsam entweichen, so daß sich der Schaltanker verzögert bewegt.
Während dieser verzögerten Bewegung des Schaltankers 14 und damit des Kontaktniets
29 folgt zunächst der Kontakthebel 35, so daß der Stromkreis der Betätigungsspule
geschlossen bleibt. Erst nach einer Bewegung des Schaltankers von z. B. 2 mm schlagen
die Muttern 40 auf die Isolierplatte 31 auf und begrenzen dadurch die Bewegung des
Kontakthebels 35. Die Weiterbewegung des Schaltankers 14 trennt daher jetzt die
beiden Kontakte 38 und 29. Damit wird der Stromkreis der Betätigungsspule 17 unterbrochen.
Inzwischen hat aber der Ventilanker 12 seine endgültige Lage erreicht und kann nunmehr
durch die Haltespule 18 einwandfrei festgehalten werden: Bei Erreichen der Endlage
des Schaltankers 14 verläßt seine Platte 27 die rechte Kante des Sperrarmes 49,
so daß der Sperrhebel 47, 48, 49 zur Betätigung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn
frei wird. Hierbei gelangt die Unterkante des Sperrhebels 49 über die Plätte 27
und hält dadurch diese Platte und damit den Schaltanker 14 und den Kontaktniet 29
in der eingezeichneten Stellung.
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Wenn nun infolge einer Störung der Strom ausbleibt, kann sich der
Schaltanker 14 nicht wieder nach oben bewegen. Infolgedessen bleiben die Kontakte
38 und 29 getrennt. Um das Ventil wieder öffnen zu können, muß zunächst der Schalter
50 entgegen der Federkraft nach rechts bewegt werden. Dabei verläßt die Nocke 47
den abgeflachten Teil 52 des Schalthebels 50 und wird durch den Schalthebel
5o nach unten gedrückt. Der Sperrhebel 47, 48, 49 bewegt sich also um den Balzen
46 im Uhrzeigersinn, wobei der Sperrarm 49 die Platte freigibt. Jetzt drückt die
Feder 15 den Schaltanker nach oben und schließt die Kontakte 38, 29. Damit ist das
Ventil zur neuen Betätigung frei.