Magnetische Betätigungseinrichtung für ein Gerät, insbesondere Ventil Die Erfindung betrifft eine magnetische Betätigungs einrichtung für ein Gerät, insbesondere Ventil, die ein Gehäuse, ein im Gehäuse angeordnetes Glied und ein auf der Gehäuseaussenseite verschiebbar angeordnetes Betätigungsglied aufweist.
Es sind schon Steuerventile für Flüssigkeiten und Gase mit einer Betätigungseinrichtung der beschriebenen Art bekannt, bei denen Dauermagnete starr am inneren Glied bzw. am äussern Betätigungsglied befestigt sind. Bei diesen traten Schwierigkeiten auf für das Erreichen einer vollkommenen Synchronisation zwischen den Be wegungen des inneren Gliedes und denjenigen des Betätigungsgliedes, was insbesondere bei sog. Modula- tionsventilen ein schwerwiegender Nachteil ist, in wel chen der Ventilteil genau in irgendeine Lage zwischen der ganz offenen und der ganz geschlossenen Stellung gebracht werden soll.
Die vorliegende Erfindung, deren Hauptziel die Beseitigung des angeführten Nachteils ist, basiert auf der Erkenntnis, dass die angeführten Schwierigkeiten in erster Linie dem Umstand zuzuschreiben sind, dass während der von Hand ausgeführten Verschiebung des Betätigungsgliedes die Magnete auf der Wandung des Ventilgehäuses gleiten müssen, was zu einer ruckweisen Bewegung des innern Ventilteiles führt da dessen Bewegung nicht eintreten kann, bis die statische Reibung zwischen den Magneten und der Gehäusewand überwun den worden ist, d. h. nicht eher als, bis das äussere Glied sich etwas bewegt hat.
Dieser Nachteil könnte in einem gewissen Umfang behoben werden durch Anordnung eines Luftspaltes zwischen der Ventilgehäusewand und den innern Magneten, aber der damit eingeführte zusätz liche magnetische Widerstand würde sehr kräftige Ma gnete erfordern, wodurch das Volumen und die Herstel lungskosten des Ventils erhöht würden.
Die magnetische Betätigungseinrichtung der eingangs bezeichneten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekenn- zeichnet, dass die Einrichtung wenigstens einen ersten magnetischen bzw. magnetisierbaren Körper aufweist, der mechanisch mit dem genannten inneren Glied ver bunden ist, und wenigstens einen zweiten magnetischen bzw.
magnetisierbaren Körper, der mit dem Betätigungs glied verbunden und gegenüber dem ersten Körper so angeordnet ist, dass eine Verschiebung des Betätigungs gliedes mittels magnetischer Mittel durch eine Wand des genannten Gehäuses auf das innere Glied übertragbar ist, und dass wenigstens der erste, innerhalb der genann ten Wand befindliche Körper so gelagert ist, dass er auf der genannten Wand abrollbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungs gegenstandes ist vorgesehen, dass der zweite, aussenseitig angeordnete Körper ein Dauermagnet und der innere Körper ein magnetisierbarer Anker aus Weicheisen ist, dass die Wand eine Rotationsfläche ist und der erste .Körper stabförmig und vom inneren Glied so abgestützt ist, dass er um eine Längsachse drehbar ist, dass der Querschnitt der magnetischen bzw.
magneti- sierbaren Körper wenigstens annähernd kreisförmig ist und die Körper an ihren Enden mit Polschuhen von grösserem Durchmesser versehen sind, dass die Wand ein Gewinde von gerundeter Profil form aufweist und die Körper-Endteile ein Querschnitts profil aufweisen, das dem Gewinde der Wand angepasst ist, dass die Körper beiderends mit einem axial vorste henden Zapfen versehen sind, der in einem Radialschlitz eines am Betätigungsglied und/oder am inneren Glied befestigten Halters geführt ist,
dass die am inneren Glied befestigten Halter als Tragarme gebildet sind und dass jeder Halter zwei diametral gegenüberliegende Schlitze aufweist und die beiden entsprechenden magne tischen bzw. magnetisierbaren Körper so in den Haltern angeordnet sind, dass einem Nordpol des einen Magne ten ein Südpol des andern gegenüberliegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine Variante desselben sind schematisch in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 im Längsschnitt ein Beispiel eines Ventils mit einer Betätigungseinrichtung nach der Erfindung.
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-II in Fig. 1; und Fig. 3 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Variante eines Ventils mit einer Betätigungseinrichtung nach der Erfindung.
Das in Fig. 1 gezeigte Ventil weist ein hohlzylindri- sches Ventilgehäuse 1 aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. nichtmagnetischem rostfreiem Stahl, auf. Eine einen Auslass 3 bildende Buchse 2 ist in das eine Ende des Ventilgehäuses eingeschraubt, und eine Ein lassbuchse 4 in das andere Ende des Gehäuses. Der dem Innern des Gehäuses 1 zugekehrte Rand des Auslasses 3 funktioniert als ein Ventilsitz für ein konisches Ventil- glied 5, das - in Verbindung mit einer Buchse 2 aus Stahl oder einem andern Metall - zweckmässigerweise aus Kunststoff bestehen kann.
Das untere Ende einer das Ventilgehäuse 1 axial durchsetzenden Ventilspindel 6 ist beweglich verbunden mit einem Schaltventilglied 7, das auf einem von der Umfangskante eines axialen Strömungskanals 8 im Ven tilglied 5 gebildeten Sitz ruht. Das Ventilglied 7 umfasst eine Verdickung 9 am Ende der Ventilspindel 6 mit zwei kugeligen Axialflächen, die mit einem kleinen Axialspiel sich zwischen dem Ventilglied 7 und einer in dieses eingeschraubten Mutter 10 befinden.
Auf diese Weise können das Ventilglied 7 und die Spindel 6 sich relativ zueinander frei drehen und zudem eine kleine Axialver- schiebung inbezug aufeinander ausführen. An der Unter seite des Ventilgliedes 7 ist ein Ventilstössel 11 befestigt, der den Kanal 8 abwärts durchsetzt, und unterhalb des Kanals weist der Stössel 11 drei radiale Arme auf, die bei geschlossenem Ventil (wie in Fig. 1) etwas unterhalb dem Ventilglied liegen.
Das obere Ende der Ventilspindel 6 weist ein Aussengewinde 12 auf, auf dem eine Mutter 13 sitzt. Letztere ist durch zwei oder mehr konische, in die Wandung des Ventilgehäuses 1 eingeschraubte Lager zapfen 14 gegen Drehung und Axialverschiebung gesi chert, und diese Lagerzapfen ermöglichen auch ein exzentrisches Verstellen der Mutter 13.
Zwei längsabgesetzte Halter 15 bilden Arme der Ventilspindel 6. Jeder Halter 15 ist dreiarmig und weist in gleichen Winkelabständen drei Radialschlitze 16 auf. Drei zylindrische Stabdauermagnete 17 weisen an jedem Ende einen z. B. aus weichem Eisen hergestellten Pol schuh 18 auf, der eine kreiszylindrische Seitenfläche und eine ebene Stirnfläche mit einer zentralen Aussparung besitzt, in die das eine Ende des Magneten 17 satt eingepasst ist. Die andere Stirnfläche jedes Polschuhs 18 weist einen zylindrischen Schwenkzapfen 19 auf, der mit Spiel in einem Schlitz 16 in einem der beiden Halter 15 geführt ist.
Auf der Aussenseite des Ventilgehäuses 1 ist ein Betätigungsglied 20 angebracht, das ein napfförmiges Gehäuse 21 aus nichtmagnetischem Material und einen Deckel 22 aufweist. In Fig. 2 ist der Deckel 22 vom Glied 20 abgehoben. Das Gehäuse 21 weist allgemein eine kreiszylindri- sehe Form auf, und sein Innendurchmesser entspricht dem Aussendurchmesser des Ventilgehäuses 1.
Ferner weist das Gehäuse 21 -drei Taschen 23 auf, in einer; den drei innerhalb des Ventilgehäuses 1 befindlichen Magne ten 17, entsprechenden Anordnung und mit dem glei chen gegenseitigen Winkelabstand wie diese Magnete. In jeder dieser Taschen 23 des Betätigungsgliedes 20 befindet sich ein kreiszylindrischer Stabmagnet 24, an dessen Enden zwei kreiszylindrische Polschuhe 25 von grösserem Durchmesser als die Magnete 24 befestigt sind. Der Polschuhdurchmesser ist so bemessen, dass die Polschuhe sich frei in den zugeordneten Taschen 23 drehen können und kleine Radialverstellungen ermög licht werden.
Werden nun ein innerer und ein äusserer Magnet 17 bzw. 24 so angeordnet, dass ein Nordpol des einen dem Südpol des andern gegenüberliegt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so werden die Polschuhe 18 bzw. 25 einander anziehen und, zufolge der Beweglichkeit der Magnete in ihren entsprechenden Haltern, auf der Innen- bzw. Aussenseite der zylindrischen Wandung des Ventilgehäuses 1 anliegen. Wird das Betätigungsglied 20 von Hand gedreht, so haben die Magnete 24 das Bestreben, die Magnete 17 mitzunehmen, und dank der Bewegungsfreiheit der Magnete - speziell der Drehbar keit der innern Magnete 17 in den Haltern 15 - folgt die Ventilspindel 6 der Drehung des Betätigungsgliedes 20 mit grosser Genauigkeit.
Wird das Glied 20 in Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so wird die Ventilspindel 6 zufolge der Verbin dung zwischen dem Gewinde 12 und der Mutter 13 aus ihrer Lage nach Fig. 1 angehoben, wodurch sie nach Überwindung des kleinen Axialspiels zwischen der Ver dickung 9 und der Mutter 10, zuerst das Schaltventil glied 7 anhebt, um so einen Druckausgleich zwischen der Ober- und Unterseite des Hauptventilgliedes 5 herbeizu- führen. Nach durücklegen einer weiteren kurzen Strecke durch die Spindel 6,
hebt der Stössel 11 das Ventilglied 5, so dass der eigentliche, zwischen letzterem und der Buchse 2 befindliche Auslasskanal geöffnet wird. Wie ersichtlich, kann die gezeigte Schaltventilvorrichtung weggelassen werden, wenn das Ventil sich nur entgegen einer relativ kleinen Druckdifferenz öffnen soll.
Anstelle der kreiszylindrischen Polschuhe 25 an den äussern Magneten 24 in Fig. 1 und 2, die letzteren ein Abrollen auf der Aussenseite des Ventilgehäuses 1 ermöglichen, können in einigen Fällen Polschuhe ver wendet werden, die auf einem Teil ihrer Mantelflächen in Anpassung an den Aussendurchmesser des Ventilge häuses 1 profilgeschliffen sind, so dass die Polschuhe sich längs eines Teils einer Zylinderfläche, anstatt längs nur einer Linie, gegen das Gehäuse legen. Dank einer solchen Vergrösserung der Berührungsfläche der äussern Magnete können die magnetischen Verluste zwischen den innern und äussern Magneten vermindert werden.
Sind die Halter 15 mit nur zwei, einander diametral gegenüberliegenden Armen, und somit mit nur zwei Magneten versehen, anstatt drei wie in Fig. 1 und 2, so kann es möglich sein, die magnetischen Verluste zufolge des Wanderfeldes innerhalb des Ventilgehäuses 1 herab zusetzen, indem die beiden einander diametral gegen überliegenden Magnete 17 so angeordnet werden, dass ein Nordpol des einen in derselben Normalebene des Ventilkörpers liegt wie ein Südpol des andern.
Wie soeben beschrieben, sind die Glieder 17, 24 im Ventil nach Fig. 1 und 2 Dauermagnete. Es liegt aber im Geltungsbereich der Erfindung, Dauermagnete nur auf der einen Seite der Trennwand, z. B. auf der Aussensei te, anzuordnen, während auf der gegenüberliegenden Wandseite, z. B. auf der Innenseite, magnetisierbare Anker, z. B. aus Weicheisen, verwendet werden. Befin den sich solche Anker gegenüber einem Magneten, so werden sie magnetisiert und wirken so auf die gleiche Art und Weise wie die inbezug auf Fig. 1, 2 erwähnten Dauermagnete.
Diese Variante kann von Vorteil sein, indem sie eine Möglichkeit bietet, das Risiko einer Herabsetzung der Stärke der Magnete zufolge Fehler in der Halterung der zusammenarbeitenden Magnete wäh rend der Montage des Mechanismus zu vermindern, wenn Dauermagnete auf beiden Seiten der Wand ver wendet werden.
Das in Fig. 3 gezeigte Ventil weist ein im allgemei nen zylindrisches Ventilgehäuse 31 auf, das mit einer Einlassbuchse 32 und einer Auslassbuchse 33 am einen Ende bzw. auf der Seite des Gehäuses versehen ist. Das eigentliche Ventilglied und der zugeordnete Ventilsitz sind nicht gezeigt, da diese Teile von herkömmlicher Konstruktion oder ähnlich denjenigen in Fig. 1 mit einem Schaltventilglied ausgestattet sein können.
Fig. 3 zeigt das obere Ende einer Ventilspindel 34, die mit einem Ventilglied (nicht gezeigt) mechanisch so verbun den ist, dass letzteres den Durchströmkanal durch das Ventilgehäuse durch axiales Verschieben der Ventilspin del 34 öffnen oder schliessen kann.
Oberhalb des untern zylindrischen Teils des Ventil gehäuses 31, mit dem die Buchsen 32, 33 verbunden sind, weist das Ventilgehäuse ein Gewinde 35 auf, dessen Profilform abgerundet ist, im wesentlichen wie dasjenige einer Glasflasche oder eines Metallkruges. Die Ventilspindel 34 wird axial verschoben durch manuelles Drehen eines Steuer- oder Betätigungsgriffes 36, der einen zylindrischen und einen konischen Teil aufweist, die beide mit dem Ventilgehäuse 31 koaxial sind, nebst einem ebenen Stirnflächenteil mit einem verdickten Teil 37, der mit einer Axialbohrung versehen ist, die einen vorstehenden Führungszapfen 38 am Ventilgehäuse 31 umgreift.
In Verbindung mit dem Zapfen 38 und der Verdickung 37 kann eine Skalenteilung und ein Anzeige glied vorgesehen sein zum Anzeigen der Lage des innern Ventilgliedes.
Die Innenseite des zylindrischen Teils des Steuergrif fes 36 weist drei radial und einwärtsgerichtete Arme 39 auf, von denen jeder einen radialen Schlitz 40 besitzt. Im untern einwärtsgebogenen Randflansch 41 des Griffes 36 sind drei entsprechende Schlitze 40 vorgesehen, die mit den Schlitzen in den Armen 39 axial ausgerichtet sind.
An der Ventilspindel 34 sind axial versetzte Halter 42 vorgesehen, mit Radialschlitzen 43 entsprechend den Schlitzen 16 in Fig. 1 und 2 und den Schlitzen 40 im Grif 36. Insgesamt sind drei Paare von Haltern vorhan den, die gleichmässig um die Achse der Spindel 34 ver teilt sind, d. h. einen Winkelabstand von 120 aufweisen, und gleichzeitig gemäss der Steigung des Gewindes 35 in der Axialrichtung längs der Spindel 34 versetzt sind.
In den axial ausgefluchteten Schlitzen 43 jedes Paares von Haltern 42 ist eine innere Magneteinheit, be stehend aus einem kreiszylindrischen Magnet 44 und zwei Polschuhen 45, schwenkbar an axialgerichteten Zapfen 46 der Polschuhe 45 gelagert. Die Seitenfläche jedes Polschuhes 45 ist eine Rotationsfläche, koaxial zum Stabmagnet 44 und mit einer Erzeugenden entspre chend dem Profil des Gewindes 35. Drei entsprechende äussere Magneteinheiten beste hen je aus einem kreiszylindrischen Stabmagnet 47 aus dauermagnetischem Material, und zwei Polschuhen 48. Jede dieser Magneteinheiten ist mittels axial vorstehen der Zapfen 49 mit geringem Spiel in zwei axial ausge richteten Schlitzen 40 im Griff 36 geführt.
Die Polschu he 48 sind allgemein kreiszylindrisch, aber auf einem Teil ihrer Oberfläche sind sie profilgeschliffen, wie bereits oben im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erwähnt ist, und zwar mit einem solchen Profil, dass sie aussenseitig das Gewinde 35 mit einer verhältnismässig grossen Berührungsfläche umfassen können.
Daher kön nen die Magneteinheiten 47, 48 -nicht wie die Einheiten 44, 45- in ihren Führungsschlitzen 40 nicht rotieren, sondern sich nur radial einstellen, sodass - wie beim Beispiel nach Fig. 1, 2 - ein magnetischer Stromkreis mit kleinem magnetischen Widerstand und Verlusten zwischen den innern und äussern Magneteinheiten er stellt werden kann.
Die drei Arme 39 auf der Innenseite des Handgriffs 36 sind, gleich wie die entsprechenden Halterarme 42 an der Ventilspindel 34, inbezug aufeinander axial gestaf felt, gemäss der Steigung des Gewindes 35.
Daher stehen an drei Stellen des Ventilgehäuseumfangs eine innere und eine äussere Magneteinheit in enger gegenseitiger Berührung, sodass eine Drehung des Griffes 36 mit maximaler Wirkung durch die Wand des Ventilgehäuses auf die Ventilspindel 34 übertragen wird, welchletztere daher zufolge des Gewindes 35 gedreht und axial verschoben wird, um den Durchströmkanal mittels des Ventilgliedes (nicht gezeigt) je nach der Drehrichtung zu öffnen oder zu schliessen.
Die Variante nach Fig. 3 kann abgeändert werden, ähnlich wie oben inbezug auf Fig. 1, 2 beschrieben ist, wodurch ein Satz von Dauermagneten, insbesondere die innern Magnete 24, durch magnetisierbare Anker aus Weicheisen oder dergleichen ersetzt werden kann.
Die Polschuhe der äussern Magneteinheiten in Fig. 3 können als Rotationskörper konstruiert sein, in Analogie mit den Polschuhen in Fig. 1 und 2, wodurch auch die äusseren Magnete instandgesetzt werden, auf der Wand des Ventilgehäuses abzurollen, wenn der Steuergriff gedreht wird. Die Erfindung ist auch ganz allgemein anwendbar auf Geräte oder Vorrichtungen, bei welchen eine Bewegung durch eine ununterbrochene Wand mit tels magnetischer Kraftlinien zu übertragen ist. Ventile nach der beschriebenen Art können auf verschiedenen Gebieten verwendet werden, wo das Erreichen einer genauen Einstellung und das Gewährleisten der Dicht heit des Ventilgehäuses wichtig ist, wie z. B.
Radiator ventile oder Absperrventile für aggressive Gase oder Flüssigkeiten, wie z. B. Leuchtpetroleum, Benzin und andere Rohölprodukte.