[0001] Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere
Proportionalmagnet oder Schaltmagnet, mit einem Magnetanker, der in einem von einer
Spulenwicklung zumindest teilweise umgebenen Polrohr axial bewegbar geführt ist, das
einen eine magnetische Entkopplung bildenden Trennbereich aufweist und an das sich
ein Polkern anschließt, wobei bei Bestromung der Spulenwicklung am Anker eine Magnetkraft
wirkt, die diesen gegen eine an ihm angreifende Rückstellkraft in Richtung auf den
Polkern zu bewegen sucht.
[0002] Derartige elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen sind in einer Vielzahl von
Ausführungsformen auf dem Markt erhältlich. Vielfach sind diese Vorrichtungen zur
Betätigung von Ventilen vorgesehen. Insbesondere bei einem derartigen Einsatz ist
das Ansprechverhalten der Betätigungsvorrichtung für das Erreichen einer sicheren
und gewünschten Funktion betreffender Ventile und zugehöriger Systeme von besonderer
Bedeutung. Genauer gesagt, ist für betreffende Schalt- oder Steuerfunktionen ein bestimmter
Verlauf der Magnetkraft-Hubweg-Kennlinie erforderlich. Für den Hersteller derartiger
Betätigungsvorrichtungen bedeutet dies, dass er je nach Bedarf, d.h. abhängig davon,
welcher Verlauf der F-s-Kennlinie erforderlich ist, die Betätigungsvorrichtung mit
dem jeweils entsprechenden Ansprech- oder Betriebsverhalten zur Verfügung stellen
muss. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist ein entsprechender Kostenaufwand
bei der Herstellung erforderlich.
[0003] Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Betätigungsvorrichtung
der besagten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der sich ein gewünschtes Ansprech-
und Betriebsverhalten mit geringem Fertigungsaufwand erreichen lässt.
[0004] Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung
gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
[0005] Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit
der Erfindung darin, dass eine Einstelleinrichtung vorgesehen ist, mittels deren die
Wirkung der am Anker angreifenden Rückstellkraft auf einen gewünschten Sollwert einstellbar
ist. Durch die Möglichkeit, die am Anker wirkende Rückstellkraft in gewünschter Weise
zu modifizieren, lässt sich die Betätigungsvorrichtung für eine jeweils gewünschte
F-s-Kennlinie kalibrieren. Ohne dass enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden
müssten und ohne dass bauliche Veränderungen erforderlich wären, lässt sich dadurch
eine baugleiche Fertigungscharge an unterschiedliche Betriebsanforderungen anpassen,
so dass eine besonders rationelle Fertigung erreichbar ist. Insbesondere kann auf
wirtschaftliche Weise auch den Wünschen von Kunden entsprochen werden, die auch bei
geringen Stückzahlen einen besonderen Verlauf der Kraft-Hubweg-Kennlinie benötigen.
[0006] In besonders vorteilhafter Weise kann mittels der Einstelleinrichtung die wirksame
Federkraft einer die Rückstellkraft erzeugenden Federanordnung einstellbar sein. Dadurch
sind die Probleme vermieden, die sich ansonsten aufgrund der normalerweise auftretenden
Unterschiedlichkeiten von Federhärte und/oder Federkonstante bei Federanordnungen
ergeben.
[0007] Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist eine am Anker angreifende Druckfeder
vorgesehen, die den Magnetanker gegen eine festgelegte Endposition vorspannt, aus
der der Anker durch Bestromen der Spulenwicklung gegen die Federkraft bewegbar ist,
wobei die Einstelleinrichtung für das dem Anker entgegengesetzte Ende der Druckfeder
ein Abstützelement aufweist, das auf eine eine gewünschte Federspannung erzeugende
Axialposition lageeinstellbar ist.
[0008] Die Anordnung kann hierbei mit besonderem Vorteil so getroffen sein, dass das dem
Magnetanker abgewandte Ende der Druckfeder in einen koaxialen Durchgang im Polkern
eingreift, wobei das Abstützelement der Einstelleinrichtung durch das Ende eines Schaftes
gebildet ist, der im Durchgang des Polkerns mittels einer Einstellschraubeneinrichtung
axial einstellbar geführt ist. Die Kalibrierung der Betätigungsvorrichtung durch Betätigen
einer Einstellschraubeneinrichtung gestaltet sich besonders einfach und ermöglicht
dadurch eine besonders rationelle Fertigung.
[0009] Mit besonderem Vorteil kann zur Bildung der Einstellschraubeneinrichtung ein Außengewinde
an dem im Durchgang des Polkerns drehbaren Schaft und ein dem Außengewinde zugeordnetes
Innengewinde im Durchgang des Polkerns vorgesehen sein, wobei vorzugsweise am aus
dem Polkern ragenden Ende des Schaftes eine Ansatzstelle für ein Einstell-Drehwerkzeug
ausgebildet ist, beispielsweise ein Außensechskant oder dergleichen für ein Drehwerkzeug.
[0010] Bei Vorhandensein eines Schaftes, der sich durch den Polkern bis zum Magnetanker
erstreckt, eröffnet sich auch die vorteilhafte Möglichkeit, im Schaft eine koaxiale
innere Durchgangsbohrung auszubilden, in der ein Zugglied axial beweglich ist, das
an einem Ende einen Mitnehmer aufweist, der bei einer Rückziehbewegung des Zuggliedes
den Anker für eine Nothandbetätigung gegen die Wirkung der Druckfeder bewegt. Dadurch
lässt sich die Betätigungsvorrichtung auf besonders rationelle Weise mit einer Einrichtung
zur Notbetätigung ausrüsten.
[0011] In vorteilhafter Weise kann ein Zugglied in Form einer in der Durchgangsbohrung des
Schaftes drehbaren Zugstange vorgesehen sein, die zur Erzeugung einer Rückziehbewegung
ein mit einem Innengewinde in der Durchgangsbohrung zusammenwirkendes Außengewinde
aufweist und an ihrem vom Anker abgewandten Ende für eine Drehbetätigung zugänglich
ist. Eine Notbetätigung ist dadurch auf einfache Weise durch Drehen der Zugstange
durchführbar.
[0012] Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert, in deren
einziger Figur ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt ist.
[0013] In der Figur ist eine Spulenwicklung mit 2 bezeichnet, die sich auf einem Spulenkörper
4 befindet und über eine elektrische Anschlusseinrichtung 6 bestrombar ist. Der Spulenkörper
4 umgibt ein Polrohr 8 und einen Längenabschnitt eines Polkerns 10, der sich an das
in der Figur unten liegende, offene Ende des Polrohres 8 anschließt. Mit diesem ist
der Polkern 10 in der Weise verbunden, dass er mit seinem Ende 14 in das Polrohr 8
eingreift und mittels einer Einbördelung 12 des Polrohres 8 festgelegt ist. Der Spulenkörper
4 mit der Wicklung 2 ist von einem ferromagnetischen, topfartigen Magnetgehäuse 16
umgeben, das am in der Figur unten liegenden Ende von einem aus dem Gehäuse 16 ragenden
Endabschnitt 18 des Polkerns 10 durchgriffen ist und am entgegengesetzten Ende durch
ein Polstück 20 geschlossen ist, das ein aus dem Gehäuse 16 herausragendes Endteil
22 umgibt, in dem die innere Endfläche 24 des Polrohres 8 ausgebildet ist. Im Polrohr
8, an dem sich in der bei derartigen Magnetsystemen üblichen
[0014] Weise in einer Position kurz vor dem Ende 14 des Polkerns 10 eine Trennstelle 26
zur magnetischen Entkopplung befindet, ist ein Magnetanker 28 axial bewegbar geführt.
Der Anker 28 ist mittels einer SchraubenDruckfeder 30 in eine axiale Endposition vorgespannt,
die in der Figur dargestellt ist und in der er an einer Ringscheibe 32 anliegt, die
sich an der Endfläche 24 des Polrohr-Endteils 22 befindet. Aus der in der Figur gezeigten
Endposition ist der Magnetanker 28 durch Bestromen der Spulenwicklung 2 gegen die
Rückstellkraft der Druckfeder 30 bewegbar. Die Ringscheibe 32 kann durch eine sog.
Antiklebscheibe gebildet sein.
[0015] Der Magnetanker 28 weist einen koaxialen Durchgangskanal auf, der durch drei Bohrungsabschnitte
gebildet ist. In dem in der Figur am weitesten oben liegenden Bohrungsabschnitt 34
ist ein stangenartiges Betätigungsglied 36 befestigt, das sich durch das Endteil 22
hindurch erstreckt und als Stellglied für einen Betätigungs- oder Steuervorgang, beispielsweise
eine Ventilbetätigung, vorgesehen ist. An das innere Ende 38 des Bohrungsabschnitts
34 schließt sich ein verjüngter, mittlerer Bohrungsabschnitt 40 an, der wiederum in
einen unteren, demgegenüber im Durchmesser erweiterten Bohrungsabschnitt 42 übergeht.
Dieser Bohrungsabschnitt 42 bildet einen Teil des Federgehäuses für die Druckfeder
30.
[0016] Im Polkern 10 ist ein koaxialer Durchgang vorgesehen, der ebenfalls durch eine gestufte
Bohrung gebildet ist, mit einem dem Anker 28 zugewandten, ersten Bohrungsabschnitt
44, dessen Durchmesser demjenigen des zugewandten Bohrungsabschnitts 42 des Ankers
28 entspricht, so dass der Bohrungsabschnitt 44 im Polkern 10 das Federgehäuse der
Druckfeder 30 fortsetzt. An den Bohrungsabschnitt 44 schließt sich im Polkern 10 ein
Bohrungsabschnitt 48 mit seinem Innengewinde 50 an, wobei sich der Abschnitt 48 mit
dem Innengewinde 50 bis zum äußeren Ende des Endabschnitts 18 des Polkerns 10 erstreckt.
Vom äußeren Ende her ist in den Durchgang des Polkerns 10 ein Schaft 52 einschraubbar,
der Bestandteil einer Einrichtung zur Einstellung der Federwirkung der Druckfeder
30 ist. Der Schaft 52 weist hierfür einen Gewindeabschnitt 54 mit Außengewinde 56
auf, das mit dem Innengewinde 50 im Polkern 10 verschraubbar ist. An den Gewindeabschnitt
54 schließt sich zum äußeren Ende des Schaftes 52 hin ein Betätigungskopf 58 an, der
für eine Drehbetätigung eine Ansatzstelle, beispielsweise in Form eines Außensechskants,
bildet. An den Gewindeabschnitt 54 anschließend weist der Schaft 52 ein verjüngtes,
im Bohrungsabschnitt 44 des Polkerns 10 geführtes Einstellteil auf, an dessen Ende
eine Ringscheibe 46 anliegt, an der sich das zugekehrte, in den Bohrungsabschnitt
44 ragende Ende der Druckfeder 30 abstützt. Die Federvorspannung ist somit durch Drehbetätigung
des Schaftes 52 einstellbar.
[0017] Im Schaft 52 ist eine koaxiale Durchgangsbohrung 58 für eine Zugstange 60 ausgebildet.
Diese erstreckt sich mit ihrem inneren Ende durch die Bohrungsabschnitte 42und 40
im Anker 28 hindurch bis in dessen Bohrungsabschnitt 34 hinein. Dort ist das Ende
der Zugstange 60 durch Verstemmen derart geweitet, dass ein Mitnehmer 62 gebildet
ist, der bei einer Rückziehbewegung der Zugstange 60, die in der Figur nach unten
verläuft, den Anker 28 mitnimmt, d.h. gegen die Wirkung der Zugfeder 30 bewegt. Dadurch
kann durch Bewegen der Zugstange 60 eine Nothandbetätigung der Vorrichtung bewirkt
werden. Zu diesem Zweck ist in einem erweiterten Endteil der Durchgangsbohrung 58
ein Innengewinde 64 für die Zusammenwirkung mit einem Außengewinde 66 am Endteil 68
der Zugstange 60 ausgebildet. Für eine Notbetätigung ist die Zugstange 60 mittels
eines im Endteil 68 befindlichen Innensechskants 70 drehbar, um eine Rückziehbewegung
der Zugstange 60 zu erzeugen.
1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere Proportionalmagnet oder Schaltmagnet,
mit einem Magnetanker (28), der in einem von einer Spulenwicklung (2) zumindest teilweise
umgebenen Polrohr (8) axial bewegbar geführt ist, das einen eine magnetische Entkopplung
bildenden Trennbereich (26) aufweist und an das sich ein Polkern (10) anschließt,
wobei bei Bestromung der Spulenwicklung (2) am Anker (28) eine Magnetkraft wirkt,
die diesen gegen eine an ihm angreifende Rückstellkraft (30) in Richtung auf den Polkern
(10) zu bewegen sucht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstelleinrichtung (52) vorgesehen ist, mittels deren die Wirkung der Rückstellkraft
(30) auf einen gewünschten Sollwert einstellbar ist.
2. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einstelleinrichtung (52) die wirksame Federkraft einer die Rückstellkraft
erzeugenden Federanordnung (30) einstellbar ist.
3. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Anker (28) angreifende Druckfeder (30) vorgesehen ist, die den Magnetanker
(28) gegen eine festgelegte Endposition (24, 32) vorspannt, aus der der Anker (28)
durch Bestromen der Spulenwicklung (2) gegen die Federkraft bewegbar ist, und dass
die Einstelleinrichtung für das dem Anker (28) entgegengesetzte Ende der Druckfeder
(30) ein Abstützelement (52) aufweist, das auf eine eine gewünschte Federvorspannung
erzeugende Axialposition lageeinstellbar ist.
4. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Magnetanker (28) abgewandte Ende der Druckfeder (30) in einen koaxialen Durchgang
(44, 48) im Polkern (10) eingreift und dass das Abstützelement der Einstelleinrichtung
durch das Ende eines Schaftes (52) gebildet ist, der im Durchgang (44, 48) des Polkerns
(10) mittels einer Einstellschraubeneinrichtung (50, 54, 56) axial einstellbar geführt
ist.
5. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Einstellschraubeneinrichtung ein Außengewinde (56) an dem im Durchgang
des Polkerns (10) drehbaren Schaft (52) und ein dem Außengewinde (56) zugeordnetes
Innengewinde (50) im Durchgang (48) des Polkerns (10) vorgesehen sind.
6. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am aus dem Polkern (10) ragenden Ende des Schaftes (50) eine Ansatzstelle (59) für
ein Einstell-Drehwerkzeug ausgebildet ist.
7. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (52) eine koaxiale innere Durchgangsbohrung (58) besitzt, in der ein Zugglied
(60) axial beweglich ist, das an einem Ende einen Mitnehmer (62) aufweist, der bei
einer Rückziehbewegung des Zuggliedes (60) den Anker (28) für eine Notbetätigung gegen
die Wirkung der Druckfeder (30) bewegt.
8. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugglied in Form einer in der Durchgangsbohrung (58) des Schaftes (52) drehbaren
Zugstange (60) vorgesehen ist, die zur Erzeugung einer Rückziehbewegung ein mit einem
Innengewinde (64) in der Durchgangsbohrung (58) zusammenwirkendes Außengewinde (66)aufweist
und an ihrem vom Anker (28) abgewandten Ende (68) für eine Drehbetätigung zugänglich
ist.