装置、IP变换器、磁阀、位置调节器、调节阀的制作方法

本技术涉及电磁驱动装置，尤其是用于操作能在爆炸危险或着火危险的环境中安全工作的调节件的装置和方法，以及基于此的ip变换器、磁阀、位置调节器、调节阀和设备。

背景技术：

1、电磁驱动装置将电信号转换为机械运动。它们通常由磁线圈或电磁铁以及活动衔铁或调节件构成。被输入线圈体中的电功率确定了衔铁或调节件的位置。电磁驱动装置的功率耗用可能至少暂时很高。同样情况在此适用于此时出现的电流强度和/或电压。

2、电磁驱动装置被用在调节阀、磁阀或电流-压力变换器（ip变换器）的位置调节器中以控制气压部件或液压部件，因此在许多情况下是工艺过程设备或电厂的一部分。它们在此可能遇到各种工作条件，其中就有如下条件，此时例如来自电磁驱动装置的触点的火花可以点燃爆炸性蒸气。在这样的条件下，电磁驱动装置的工作需要特殊保护措施。所述措施可以依据其作用如下来区分：

3、1. 防止出现火花、火焰或爆炸，或者

4、2. 围堵出现的火花、火焰或爆炸。

5、属于第一组的有以下保护措施，在此，电磁驱动装置所用的电流强度和电压被限制到如下值，在该值情况下可以排除出现火花或热。通过这种方式产生的驱动装置固有安全性在许多情况下伴随比较复杂的结构以及更昂贵的电路部件，以便例如防止或拦截由金属丝断裂或短路造成的干扰情况。另外，无法再提供一定电压或电流范围以供使用。它对于传递给驱动装置的衔铁或调节件的力、磁体尺寸设定和/或衔铁或调节件能以此运动的速度是一种限制。为了视为是自身安全的，电磁驱动装置除了如din标准en60079-0所定的一般性防爆要求外还必须满足din标准en60079-11。

6、属于第二组措施的有用于电磁驱动装置的电触点和部件的耐压壳体或封壳。壳体或封壳在此可以如此设计，其阻止火花、火焰或爆炸传播出壳体。壳体或封壳的耐压强度在此可以通过相应壁厚以及对壳体或封壳内的连接面或缝隙的最低要求来制造。对于耐压的壳体或耐压的封壳，不仅要注意din标准en60079-0的一般性要求，也要注意din标准en60079-1的具体要求。

7、替代地，可点燃的混合物或蒸气与电触点或部件的接触可以通过使用保护气体例如像氩气以及液态或固态的绝缘材料而被阻止。这种措施大多昂贵且复杂。此外，它们还对几何形状结构以及壳体尺寸提出了一定的最低要求（参见例如在din标准60079-18中规定的对浇注封壳的要求）。

8、此外，保护措施通常会干扰传递磁力至衔铁或调节件。削弱由较大距离决定，其通过所需的壁厚、层厚或其它几何形状设定值得到且必须被克服以传递磁力。被用于壳体和保护措施的材料可以附加屏蔽或驱散磁场。另外，调节件的活动余地通常有限。由此调节件可能不太可靠地或仅以减弱的反应能力或延长的开关时间来操作。通常需要附加的机械部件以补偿对调节件活动余地的限制。这提高了用于生产、投入使用和维护的成本并且还不利地影响驱动装置或配备有该驱动装置的设备的故障安全性。

9、现有技术提供了防爆设计电磁驱动装置的各不同可能方式，其包含使用浇注的电磁铁，就像例如从de 29 26 549 a1或de 198 43 519 a1中已知的那样。通过包括电触点和所属开关元件在内地用绝缘材料浇注或包套电磁铁，防止接触到可点燃的蒸气或气体。除了用于绝缘材料、包围绝缘材料的壳体以及电磁铁浇注的额外成本，这种保护还需要用于绝缘材料和壳体的体积。因此将这样的电磁铁用在例如在专利文献de 10 2012 003 175b4中所述的驱动装置中一般需要调整驱动装置的几何形状构造、尤其是结构尺寸和/或使用较小的且因此一般也功率能力不强的电磁铁。

10、公开出版物ep 1 138 994 a2中规定使用耐压壳体或封壳，确切地说用于容纳电磁驱动装置或利用驱动装置控制的位置调节器。在此，该驱动装置或位置调节器伸出壳体的机械运动必须被引导。但这通常会伴随产生摩擦损失以及磨损且不利地影响到可以此使调节件运动的精度和速度。此外，机械贯穿经过该壳体限制了调节件的活动余地。

11、除了位置调节器外，电磁驱动装置也被用在ip变换器中，就像例如在de 198 18336 c1或de 10 2018 123 166 b3中描述的那样。在此情况下，调节件的机械运动被用来可控打开喷嘴的出口孔。喷嘴在此用于腔的排风，腔通过附加扼流圈被供应压缩空气。通过喷嘴的可控打开或腔的排风，可以对腔内压进行控制。该压力是ip变换器的工作压力。工作压力在此由被馈入电磁驱动装置的线圈体中的电流来确定。ip变换器因此是电流（i）-压力（p）变换器并具有电流-压力特性曲线。

12、公开出版物us 5,464,041 a描述了一种具有多个阀的系统，其中所述阀以电磁方式通过唯一的电绕组来调整以实现针对每个所述阀的同时调节。参与其中的磁回路的永磁化部分在此用于在其已被致动的工作状态下锁定两个阀。

13、公开出版物us 5,450,871 a描述了一种电磁致动的阀结构，在此单独的磁回路产生多个阀件的磁耦合，故与单独磁回路耦合的单独电激励能同时控制多个阀。

14、公开出版物us 5,139,226 a描述了一种电磁流体控制阀，其阀体具有一个内部空腔和至少两个开口，流体可被选择性引导经过该开口。可在其中产生磁通的芯的横截面积以及活动磁衔铁的横截面积在此被选择为高效约束磁通线。所造成的高磁通密度用于最大化施加于衔铁的力且最小化衔铁质量，这又最大化了衔铁速度。

15、最后三个所述阀结构的防点火穿透设计也可以通过用绝缘材料浇注或包套包括电触点和所属开关元件在内的电磁铁来获得。公开出版物us 5,464,041 a为此例举了环氧树脂。除了绝缘材料的额外成本以及浇注电磁铁外，这种类型的保护还需要绝缘材料的附加体积。

技术实现思路

1、任务

2、本实用新型的任务是在爆炸危险或着火危险的环境中借助电磁铁通过简单的手段安全可靠地操作调节件。

3、解决方案

4、单数的使用不应该排除复数，反之亦然，除非另有说明。以下将详细描述一些方法步骤。所述步骤不一定必须按照所指明的顺序来执行，并且待提出的方法也可以具有其它的未提到的步骤。

5、为了完成该任务，提出一种用于在爆炸危险或着火危险的环境中操作调节件的装置。该装置具有电磁铁和连接有壁的第一壳体，其中该电磁铁布置在第一壳体内。在壁处，在其内设有电磁铁的第一壳体外设置第二壳体。该调节件布置在第二壳体上。另外，该装置具有至少一个软磁性导磁通件，至少其中一个软磁性导磁通件被布置成，使得它可通过电磁铁内的磁场被磁化。可通过电磁铁内的磁场被磁化的至少一个软磁性导磁通件在此被引导穿过所述壁和第二壳体。第一壳体和软磁性导磁通件对于所述壁的引导穿过被设计成防点火穿透，即，所述第一壳体和所述软磁性导磁通件与其引导穿过的所述壁之间的缝隙被设计成防点火穿透。至少一个软磁性导磁通件的被引导穿过第一壳体壁和第二壳体的部分被设计成一件式。所述第一壳体是耐压壳体。该调节件布置在第一壳体外且被设计成，使其可借助磁场被操作，该磁场借助至少一个软磁性导磁通件被引导出第一壳体。

6、通过该结构，电磁铁和或许有的用于电磁铁供电的触点部位于防点火穿透的空间和进而装置部件内，其吸收最高电功率或最高电流强度并且必要时能形成火花或自身变热。调节件和或许其它机械的、气压的和/或液压的部件位于防点火穿透的空间外（如气压或流体调节器或开关单元，其借助调节件或从第一壳体传导的磁场被操作）。这不仅简化了该部件的安装和维护，也允许缩减第一壳体的结构尺寸。此外，对于自身安全的设计，不存在关于针对磁场产生可替换的电压和/或电流强度的限制。

7、至少一个软磁性导磁通件优化和/或增强了可借助电磁铁穿过第一壳体或第二壳体施加到调节件上力。例如像由调节件引导机构中的摩擦或撞击调节件（例如因为在或许用调节件控制的压缩空气供应源中的压力波动）所引起的干扰影响由此可被更好地补偿。此外，调节件可以更精确地定位。另外，它可以更猛烈加速且更快速地从一个位置运动到另一位置。调节件因此能更可靠、快速且以更高精度被操作，其中第一壳体和软磁性导磁通件的贯穿的防点火穿透式设计保证了该装置在爆炸危险或着火危险的环境中的安全工作。

8、调节件可以不仅由可磁化材料或导磁性材料构成或仅包括一个或多个可磁化部分。优选地，该调节件的这个或这些可磁化部分尽量靠近至少一个软磁性导磁通件、尤其是软磁性导磁通件的从第一壳体伸出且因此在第一壳体外区域中的部分，其至少在优选实施方式中可以受到电磁铁的最强影响。

9、至少一个软磁性导磁通件的穿过可以如此设计，即，软磁性导磁通件与第二壳体壁齐平地对外结束。或者，软磁性导磁通件可以超出第二壳体壁。在此情况下，所述穿过可以例如借助第一壳体壁的和第二壳体的钻孔实现。在此配合设计第一壳体的钻孔，使得壁或第一壳体的防点火穿透性得以保留。软磁性导磁通件或软磁性导磁通件的一部分也可以配备有调节机构或细螺纹，以便能调节或改变软磁性导磁通件与调节件的距离。

10、软磁性导磁通件也可以仅被插入所述壁和/或第二壳体中达到以下程度，即，由电磁铁产生的磁场损失可忽略地可从第一壳体和/或第二壳体透出或延伸出。通过这种方式，至少一个软磁性导磁通件在穿过时可以避免连贯的缝隙，即软磁性导磁通件在所述壁和/或第二壳体中的贯穿孔是对外封闭的。

11、该至少一个软磁性导磁通件或其一部分可以形成电磁铁的芯。它可以是正圆柱形的杆。它也可以具有极靴。极靴不仅可以被截平，也可以被倒圆。其形状可以如此设计，即它与相应的调节件形状配合。通过这种方式可以改善传递电磁铁磁力至调节件。该至少一个软磁性导磁通件的被引导穿过所述壁和第二壳体的部分被设计成一件式，以在此区域中避免磁导体的中断和随之而来的电磁铁磁力传递至调节件的损失。

12、调节件可以由导磁性材料构成。调节件和至少一个软磁性导磁通件可以如此布置，即，调节件至少在一个位置处可以包围由至少一个软磁性导磁通件和调节件构成的磁回路。磁回路的闭合可以是完整的，即调节件同时接触两个软磁性导磁通件或触碰它们。在该位置中或接近该位置，一般可以将最大力施加至调节件。但在许多情况下可能有利的是，调节件并未完全闭合该磁回路，而是在调节件与至少其中一个软磁性导磁通件之间留有间隙，确切地说在调节件的每个预设位置中留有间隙。因此可以避免通常伴随磁回路完全闭合而出现的非线性作用。调节件的控制因此可以在任何位置上以相同的或至少类似或相似的精度进行。由此提供整个行程区供调节件精确操作所用。

13、第一壳体连同贯穿的软磁性导磁通件形成防点火穿透的空间。它可设计成耐压的或满足din标准60079-1。因此通常可省掉其它装置保护措施。这尤其涉及以下措施，其防止爆炸性蒸气和/或可燃的混合物侵入第一壳体。最终，通过耐压设计而不仅保证出现在第一壳体内的火花没有经由第一壳体和软磁性导磁通件的贯穿孔传播出，也始终拦截在第一壳体内出现的火焰或爆炸。第一壳体或所述壁的待选壁厚在此取决于所用材料、第一壳体所围的体积以及可燃物或爆炸物的类型。典型的壁厚在9至12 mm范围内（见din标准en60079-1）。

14、第一壳体和/或所述壁和/或第二壳体可以由非导磁性材料制造，尤其是由顺磁性或抗磁性的材料如铝、黄铜、不导磁的例如奥氏体不锈钢或不导磁的塑料例如像聚乙烯或有机玻璃制造。通过这种方式可以防止电磁铁的磁场、尤其是应通过软磁性导磁通件从第一壳体或第二壳体伸出的部分通过第一壳体和/或所述壁和/或第二壳体被偏转、削弱或屏蔽。

15、所述至少一个被引导穿过第一壳体和第二壳体的软磁性导磁通件可被固定以防止滑出第一壳体和/或第二壳体。这可通过锚固该软磁性导磁通件来实现。软磁性导磁通件为此也可以具有锥形成形区，其带有在所述壁或第二壳体中相应形成的缺口。或者，它可以具有凸起或阶梯部，其在有将其压迫出第一壳体或第二壳体的力作用于软磁性导磁通件时插入所述壁或第二壳体中。同样可以规定软磁性导磁通件或底座的螺钉状设计（在所述壁或第二壳体中有相应螺纹）。

16、调节件可以可倾转或可转动地支承和/或借助弹簧保持在高于至少一个穿过第一壳体和第二壳体的软磁性导磁通件上方的位置中。但软磁性导磁通件也可以被设计成，使得它从第二壳体突出且用于支承调节件。可通过这种方式确保该调节件在至少一个位置或是完全闭合磁回路、或是留下（剩余）间隙。该支承可被设计为不同。对于可倾转地支承的贴靠软磁性导磁通件的调节件，软磁性导磁通件伸出第二壳体0.5至1 mm以实现1至2°的典型的调节件的运动或约50至60 pm的行程一般就够了。

17、该装置或软磁性导磁通件可以附加地配备有如下机构（例如像用于轴向调节的（细）螺纹），借助该机构可以调节软磁性导磁通件从所述壁或第二壳体中突出多远。通过这种方式，在调节件和软磁性导磁通件之间的距离可被最佳调节或重新调整。

18、调节件可以具有如此设计的窗形缺口，它只在两个点贴靠用于支承调节件的软磁性导磁通件。如果软磁性导磁通件在上端具有支承面的圆形横截面，则它例如可以通过矩形或体育场形状的缺口来实现，反之亦然。通过这种方式，可以避免用于调节件的铰接支承的复杂的和/或成本较高的构件。该装置可以为了在上述两个支承点将调节件固定在软磁性导磁通件上而具有导销。调节件为此可以具有对应于导销的切口或开口、如用于插入柱形导销的圆孔和长孔。固定可以通过被拧到导销上的螺母实现或者包括其它元件例如像罩。同样，调节件可以通过压低调节件的弹簧被固定。此外，有利的改进方案具有用于平衡支承在软磁性导磁通件上的调节件重量的配重。

19、所有电器部件、开关和控制元件以及可与爆炸危险或着火危险的环境中的可燃混合物接触的触点位于所提出的装置的第一壳体内。与之对应，这些部件、元件和触点不必被设计成自身安全（例如标准60079-11意义上）。从中可以排除用于控制信号的供电线或电能供应装置。它们大多能以低成本自身安全或防爆地构成并且以防点火穿透的方式被引导穿过第一壳体。

20、在优选实施方式中，该装置包括用于电磁铁的控制器，其也位于第一壳体中。为了装置的自给自足式供电，还可以在第一壳体内设置电池，因而该装置在故障情况下也能可靠工作。如果控制器被设计成可以无线寻址（例如通过wlan接口、无线电接口和/或蓝牙接口），则可以在许多情况下放弃将供电线贯穿第一壳体。这也适用于控制单元和/或电池的无线供电，例如经由可感应耦合至外部供电单元的接口。

21、该调节件和或许该装置的其它机械部件位于第一壳体外。在其它设计中，该装置可以具有流体用出口孔，其中该调节件被设计和布置成通过操作该调节件能控制或调节流体流过出口孔。该调节件在此可以在出口孔区域中是挡板，其可以借助电磁铁被压到出口孔上以便关闭。为了打开，挡板可被抬起。除了打开和关闭，也可以通过这种方式调节流体流过出口孔，确切地说是借助被输入到该装置的线圈体中的电功率。

22、该出口孔可以是喷嘴的出口孔。喷嘴可以配备有用于调节和细调喷嘴与装置调节件且尤其是挡板之间距离的细螺纹。因此，尤其可以在挡板闭合下调节密封性。

23、所提出的装置可以包括另一软磁性导磁通件。另一软磁性导磁通件被引导穿过所述壁和第二壳体，其中另一软磁性导磁通件的被引导穿过所述壁和第二壳体的部分被设计成一件式，并且另一软磁性导磁通件对于所述壁的引导穿过被设计成防点火穿透，即，所述另一软磁性导磁通件与其引导穿过的所述壁之间的缝隙被设计成防点火穿透。另一软磁性导磁通件还在第一壳体中连接到至少一个软磁性导磁通件，其可通过电磁铁内部的磁场被磁化。通过这种方式，可以与调节件一起形成磁回路，其具有较少的中断、尤其是较少的寄生气隙，或者说其回路中断数量被减少。

24、为此，可以在第一壳体内仅设置唯一的一件式的软磁性导磁通件。其通常被设计成u形并且以u形的两个自由端分别、即两次被引导穿过所述壁和第二壳体。在此，至少一个软磁性导磁通件的被引导穿过所述壁和第二壳体的部分被设计成一件式并且软磁性导磁通件对于所述壁的两次引导穿过被设计成是防点火穿透的，即，所述软磁性导磁通件与其两次引导穿过的所述壁之间的缝隙被设计成是防点火穿透。因为一件式设计，有更少量寄生以及因此潜在干扰的气隙。

25、该装置可以是磁阀如两位两通阀、ip变换器、位置调节器、调节阀或设备的一部分。它可以不仅设计成一体式组成部分，也可以设计成模块式组成部分。第一壳体或第二壳体在此可以容纳并以防点火穿透方式包围磁阀、ip变换器、位置调节器、调节阀或设备的其它触点和控制件。因此可以省掉附加的或其它的用于保护其它触点和控制件的措施。

26、该任务还通过一种在爆炸危险或着火危险的环境中操作调节件的方法来完成，其中该方法包括以下步骤：

27、1. 提供根据本实用新型的用于在爆炸危险或着火危险的环境中操作调节件的装置；

28、2. 设定调节参数；

29、3. 调节馈入电磁铁中的电功率，使得调节件运动到对应于所设定的调节参数的位置中。

30、所设定的调节参数可以是通/断位置，即，例如调节件在使用情况下仅在两个位置之间来回运动，例如以便打开或关闭出口孔。调节参数也可以是在打开位置与关闭位置之间的调节件位置，例如以用于调节流过出口孔。所设定的位置在此可以通过调节件的升降运动、倾转运动和/或转动来获得。调节参数也可以视应用场合是调节件的位置、温度和/或流通量。

31、通常，在被馈入电磁铁中的电功率与调节件在该功率下所占据的调节参数或位置之间存在明确的关系，至少在起振相之后和/或只要调节件未遇到迫使调节件离开其平衡位置的其它力和/或干扰的情况下。所述关系例如可以在装置的安装或初始化时被测定且为了该方法而被存储在例如该装置的控制单元中。它也可以被预先设定和/或是模拟和/或自动校准的结果。后者可以在安装和/或维护时执行，和/或定期间隔执行，以便考虑或许影响所述关系的磨损和改变的环境条件。

32、视应用场合不同，本实用新型的装置的电磁铁能以直流电流工作。以直流电流工作在许多情况下导致非线性的力-位移特性曲线。这可被用来使可定位调节件的精度适应于应用场合，以便例如能靠近关闭位置地以比在其它位置中时更高的精度控制该调节件，在其它位置中调节件的精确定位不太重要。也可以想到工作方式从以直流电流工作变换至以交流电流工作。由此可以按需组合从两种工作方式中得到的各不同力-位移特性曲线。

33、根据本实用新型的用于操作本实用新型装置的调节件的方法可被用来控制ip变换器、磁阀、位置调节器、调节阀和/或设备。由于该装置的防点火穿透式设计，可以在爆炸危险或着火危险的环境中实现控制。

34、其它细节和特征来自以下结合附图对优选实施例的说明。在此情况下，各特征可以本身单独地或多个相互组合地实现。可以完成所述任务的方式并不局限于所述实施例。