EP0696809A2 - Electromagnetic actuator, in particular for solenoid valves as actuators for fluids - Google Patents
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- H01F7/13—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures characterised by pulling-force characteristics
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic drive, in particular for electromagnetic valves as actuators for fluids according to the generic features of patent claim 1.
- the course of the attraction force of a DC magnet as a function of an air gap between armature and magnetic core at different values of the excitation current is shown together with the force characteristic of a linear counter-pressure spring and the curved characteristic of a counter-pressure spring.
- the curved characteristic of the counter pressure spring is generated by varying the outer contour of an otherwise flat spring, starting with a rectangle, circle, barrel shape, trapezoidal shape up to the concave and double cone shape.
- the known principle presupposes a wedge-shaped beveled or curved support surface as part of a carrier, with the increasing stroke of the individual magnet armature still requiring a very rapidly increasing current strength at the electromagnetic coil in order to bring about the desired course of the spring characteristic even with soft spiral springs.
- the present invention has for its object to modify an economically inexpensive switching valve, the individual parts of which are already in production, in such a way that with its continuous behavior a better resolution in the current and force direction is achieved, so that the system reacts more sensitively to the control current .
- the electromagnetic drive should also be able to be used at a high pressure level, and a longer service life of the spiral spring should be achieved.
- the object is achieved according to the invention in that an approximately cup-shaped and at the same time cone-shaped crown spring is provided outside the air gap and is arranged clamped between the fixed and the movable magnet armature, namely in the axial direction between a first fixed support and an annular ring on the movable magnet armature Edition.
- the air gap is advantageously not influenced here and could even approach zero.
- the crown spring according to the invention is predominantly subjected to buckling stress in the sense of an Euler buckling and therefore has a longer service life. It is also advantageous that the installation space for the crown spring is not limited to the anchor diameter.
- the crown spring has two or more domes formed on the circular closed circumference with the same spacing and extending from a low level line to a higher level line.
- the bending behavior of the crown spring and thus the course of the force characteristic can be favorably influenced via the shape of the crests and their transitions.
- the invention is further developed in such a way that, starting from the low level line, a transition between the crests is formed progressively with a turning point. As a result, the desired force characteristic curves are stabilized.
- first fixed support is arranged as a cylindrical cavity with an annular shoulder and the second, movable support is provided on an annular shoulder of the movable magnet armature.
- the electromagnetic drive is designed as an electromagnetic valve with an electromagnetic housing 1 and a valve seat housing 2 (FIG. 1).
- an armature tube 3 is sealed against the respective fluid medium by means of armature tube seals 4 and 5.
- an anchor tube sealing element 6 is installed, which cooperates upwards with a media outlet.
- an undercut valve sealing element 7 interacts with the actual valve seat 8, which controls the media flow to a right media line connection 9 with a first sealing ring 10, an adapter sleeve 11 and / or to a left media line connection 12 with a second sealing ring 13 and an adapter sleeve 14 controls.
- the anchor tube 3 is mounted in a bearing bush 15.
- a magnetic yoke 16 in the electromagnetic housing 1, the electromagnetic coil 17 with a current connection 17a.
- a fixed magnet armature 18 with an armature sealing ring 18a and a movable magnet armature 19 lie opposite one another within the electromagnet coil 17 and form an air gap 20 between them Silencer 21.
- the family of current curves shown in FIG. 2 and a maximum current I max and the generated force F leads to the thick-drawn force spring characteristic when using a spiral spring 22 in the form of a crown spring 22a with a circularly closed circumference 22b in the axial direction 23. As can be seen, this force spring characteristic curve has a progression similar to that of the current I.
- the crown spring 22a improves the resolution of the current I and without influencing the air gap the lifting force F and thus a more sensitive system of control is achieved without the installation space of the spiral spring 22 being limited to the armature diameter.
- the approximately cup-shaped and at the same time cone-shaped crown spring 22a which is provided outside the air gap 20, is clamped between the fixed magnet armature 18 and the movable armature 19.
- the crown spring 22a In the axial direction 23, the crown spring 22a is located between a first fixed support 24 and a second annular support 25 on the movable magnet armature 19.
- crown springs 22a such crown springs 22a are shown.
- the crown spring 22a in each case has two or more domes 29 formed (punched out) with the same spacing and extending from a low level line 26 to a higher level line 27 over the circularly closed circumference 22b. Starting from the lower level line 27, a transition 30 between the crests 29 is progressively designed from a turning point 28.
- the first fixed support 24 is formed as a cylindrical cavity 31 with an annular shoulder 31a and the second movable support 25 is supported on an annular shoulder 32 of the movable magnet armature 19.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide gemäß den Gattungsmerkmalen des Patentanspruches 1.The invention relates to an electromagnetic drive, in particular for electromagnetic valves as actuators for fluids according to the generic features of
Eine ähnliche Bauweise, jedoch ohne einen zentrischen, festen und einen zentrischen, koaxialen, beweglichen Magnetanker, ist bekannt (DE 35 39 145 A1). Auch dort wird bei unterschiedlichen Werten des Erregerstroms zusammen mit der Kraftkennlinie einer Biegefeder ein Arbeitspunkt der Hubkraftkennlinie des beweglichen Magnetankers festgelegt. Es ist allerdings nicht beschrieben, welcher Bauteil mit einem Dichtungselement bzw. einem Dichtungssitz eines Medienleitungsanschlusses zusammenwirkt.A similar design, but without a central, fixed and a central, coaxial, movable magnet armature, is known (DE 35 39 145 A1). In this case too, an operating point of the lifting force characteristic of the movable magnet armature is determined together with the force characteristic of a spiral spring at different values of the excitation current. However, it is not described which component interacts with a sealing element or a sealing seat of a media line connection.
Bekannterweise wird der Verlauf der Anzugskraft eines Gleichstrommagneten in Abhängigkeit eines Luftspaltes zwischen Anker und Magnetkern bei unterschiedlichen Werten des Erregerstromes zusammen mit der Kraftkennlinie einer linearen Gegendruckfeder sowie die gekrümmte Kennlinie einer Gegendruckfeder dargestellt. Die gekrümmte Kennlinie der Gegendruckfeder wird hierbei durch eine Variation des äußeren Umrisses einer ansonsten flachen Feder, beginnend bei Rechteck, Kreis, Tonnenform, Trapezform bis zur Konkav- und Doppelkonus-Form erzeugt.As is known, the course of the attraction force of a DC magnet as a function of an air gap between armature and magnetic core at different values of the excitation current is shown together with the force characteristic of a linear counter-pressure spring and the curved characteristic of a counter-pressure spring. The curved characteristic of the counter pressure spring is generated by varying the outer contour of an otherwise flat spring, starting with a rectangle, circle, barrel shape, trapezoidal shape up to the concave and double cone shape.
Das bekannte Prinzip setzt neben der Biegefeder eine keilförmig abgeschrägte oder gekrümmte Stützfläche als Teil eines Trägers voraus, wobei mit zunehmendem Hub des einzelnen Magnetankers weiterhin eine sehr schnell wachsende Stromstärke an der Elektromagnetspule erforderlich ist, um auch bei weichen Biegefedern den gewünschten Verlauf der Federkennlinie herbeizuführen.In addition to the spiral spring, the known principle presupposes a wedge-shaped beveled or curved support surface as part of a carrier, with the increasing stroke of the individual magnet armature still requiring a very rapidly increasing current strength at the electromagnetic coil in order to bring about the desired course of the spring characteristic even with soft spiral springs.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich günstig herstellbares Schaltventil, dessen Einzelteile bisher schon in der Fertigung sind, dahingehend abzuwandeln, daß bei dessen Stetigverhalten eine bessere Auflösung in Strom- und Kraftrichtung erzielt wird, so daß das System feinfühliger auf den Ansteuerstrom reagiert. Gleichzeitig soll der Elektromagnetantrieb auch bei hohem Druckniveau einsetzbar sein, und es soll eine höhere Lebensdauer der Biegefeder erzielt werden.The present invention has for its object to modify an economically inexpensive switching valve, the individual parts of which are already in production, in such a way that with its continuous behavior a better resolution in the current and force direction is achieved, so that the system reacts more sensitively to the control current . At the same time, the electromagnetic drive should also be able to be used at a high pressure level, and a longer service life of the spiral spring should be achieved.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine etwa topfförmig und zugleich konusförmig ausgebildete Kronenfeder außerhalb des Luftspaltes vorgesehen ist und zwischen dem festen und dem beweglichen Magnetanker eingespannt angeordnet ist, und zwar in Achsrichtung zwischen einer ersten festen Auflage und einer am beweglichen Magnetanker ringförmigen zweiten Auflage. Vorteilhafterweise wird hier der Luftspalt nicht beeinflußt und könnte sogar gegen Null gehen. Die erfindungsgemäße Kronenfeder ist überwiegend auf Knickbelastung im Sinne eines Euler schen Knickfalls beansprucht und besitzt aus diesem Grund eine höhere Lebensdauer. Vorteilhaft ist außerdem, daß der Einbauraum für die Kronenfeder nicht auf den Ankerdurchmesser begrenzt ist.The object is achieved according to the invention in that an approximately cup-shaped and at the same time cone-shaped crown spring is provided outside the air gap and is arranged clamped between the fixed and the movable magnet armature, namely in the axial direction between a first fixed support and an annular ring on the movable magnet armature Edition. The air gap is advantageously not influenced here and could even approach zero. The crown spring according to the invention is predominantly subjected to buckling stress in the sense of an Euler buckling and therefore has a longer service life. It is also advantageous that the installation space for the crown spring is not limited to the anchor diameter.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, daß die Kronenfeder über den kreisförmig geschlossenen Umfang zwei oder mehr mit gleichen Abständen angeformte, von einer niedrigen Niveaulinie auf eine höhere Niveaulinie verlaufende Kuppen aufweist. Über die Form der Kuppen und deren Übergänge ist das Biegeverhalten der Kronenfeder und damit der Verlauf der Kraftkennlinie günstig zu beeinflussen.According to further features, it is provided that the crown spring has two or more domes formed on the circular closed circumference with the same spacing and extending from a low level line to a higher level line. The bending behavior of the crown spring and thus the course of the force characteristic can be favorably influenced via the shape of the crests and their transitions.
In diesem Sinne ist die Erfindung dahingehend weitergebildet, daß ausgehend von der niedrigen Niveaulinie ein progressiv mit Wendepunkt geformter Übergang zwischen den Kuppen angeformt ist. Dadurch werden die angestrebten Kraftkennlinienverläufe stabilisiert.In this sense, the invention is further developed in such a way that, starting from the low level line, a transition between the crests is formed progressively with a turning point. As a result, the desired force characteristic curves are stabilized.
Vorteilhaft ist außerdem, daß die erste feste Auflage als zylindrischer Hohlraum mit ringförmigem Absatz angeordnet ist und die zweite, bewegliche Auflage an einem ringförmigen Absatz des beweglichen Magnetankers vorgesehen ist.It is also advantageous that the first fixed support is arranged as a cylindrical cavity with an annular shoulder and the second, movable support is provided on an annular shoulder of the movable magnet armature.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- einen axialen Querschnitt durch ein Elektromagnetventil mit dem Elektromagnetantrieb,
- Fig. 2
- ein Strom-Hub-Diagramm, das den Verlauf verschiedener Bestromungskurven und der Kraftkennlinienfeder zeigt,
- Fig. 3a
- eine Abwicklung der Kronenfeder,
- Fig. 3b
- die Kronenfeder im Kreis geschlossen,
- Fig. 4a
- eine alternative Ausführung der Kronenfeder in abgewickeltem Zustand und
- Fig. 4b
- die Kronenfeder gemäß Fig. 4a im kreisgeschlossenen Zustand.
- Fig. 1
- an axial cross section through an electromagnetic valve with the electromagnetic drive,
- Fig. 2
- a current-stroke diagram that shows the course of various current supply curves and the force characteristic spring,
- Fig. 3a
- a development of the crown spring,
- Fig. 3b
- the crown feather closed in a circle,
- Fig. 4a
- an alternative version of the crown spring in the unwound state and
- Fig. 4b
- the crown spring according to Fig. 4a in the circular closed state.
Der Elektromagnetantrieb ist als Elektromagnetventil mit einem Elektromagnetgehäuse 1 und einem Ventilsitzgehäuse 2 ausgebildet (Fig. 1). Innerhalb des Elektromagnetgehäuses 2 ist ein Ankerrohr 3 gegen das jeweilige fluidische Medium mittels Ankerrohrdichtungen 4 und 5 abgedichtet. Im Ankerrohr 3 selbst ist ein Ankerrohrdichtelement 6 eingebaut, das nach oben mit einem Medienauslaß zusammenwirkt. Im unteren Teil des Ankerrohrs 3 wirkt ein mit Hinterschnitt eingelassenes Ventildichtelement 7 mit dem eigentlichen Ventilsitz 8 zusammen, der den Medienfluß zu einem rechten Medienleitungsanschluß 9 mit einem ersten Dichtring 10, einer Spannhülse 11 und/oder zu einem linken Medienleitungsanschluß 12 mit einem zweiten Dichtring 13 und einer Spannhülse 14 steuert.The electromagnetic drive is designed as an electromagnetic valve with an
Das Ankerrohr 3 ist in einer Lagerbuchse 15 gelagert. Im Elektromagnetgehäuse 1 befinden sich wie üblich ein Magnetjoch 16, die Elektromagnetspule 17 mit einem Stromanschluß 17a. Zentrisch und koaxial liegen sich innerhalb der Elektromagnetspule 17 ein fester Magnetanker 18 mit einem Ankerdichtring 18a und ein beweglicher Magnetanker 19 gegenüber und bilden zwischen sich einen Luftspalt 20. Abgehende Medienströmung (z.B. Entlüftung oder Druckentlastung) verlaufen durch das Innere des feststehenden Magnetankers 18 und durch einen Schalldämpfer 21.
die in Fig. 2 dargestellte Schar aus Stromverlaufskurven und einem maximalen Strom Imax und der erzeugten Kraft F führt bei der Anwendung einer Biegefeder 22 in Form einer Kronfeder 22a mit einem kreisförmig geschlossenen Umfang 22b in Achrichtung 23 zu der dick gezeichneten Kraftfederkennlinie. Wie ersichtlich, verläuft diese Kraftfederkennlinie mit ähnlicher Progression wie der Strom I. Daher wird durch die Kronenfeder 22a ohne Luftspaltbeeinflussung eine bessere Auflösung des Stroms I und der Hubkraft F und damit ein feinfühligeres System der Ansteuerung erzielt, ohne daß der Einbauraum der Biegefeder 22 auf den Ankerdurchmesser begrenzt wäre. Der Nutzbereich (
the family of current curves shown in FIG. 2 and a maximum current I max and the generated force F leads to the thick-drawn force spring characteristic when using a
Die etwa topfförmig und zugleich konusförmig ausgebildete Kronenfeder 22a, die außerhalb des Luftspaltes 20 vorgesehen ist, liegt zwischen dem festen Magnetanker 18 und dem beweglichen Anker 19 eingespannt. In Achsrichtung 23 befindet sich die Kronenfeder 22a zwischen einer ersten festen Auflage 24 und einer am beweglichen Magnetanker 19 zweiten ringförmigen Auflage 25.The approximately cup-shaped and at the same time cone-
In den Fig. 3a, 3b, 4a und 4b sind solche Kronenfedern 22a dargestellt. Die Kronenfeder 22a weist jeweils über den kreisförmig geschlossenen Umfang 22b zwei oder mehrere mit gleichen Abständen angeformte (ausgestanzte), von einer niedrigen Niveaulinie 26 ausgehend auf eine höhere Niveaulinie 27 verlaufende Kuppen 29 auf. Ausgehend von der niedrigeren Niveaulinie 27 ist von einem Wendepunkt 28 progressiv ein Übergang 30 zwischen den Kuppen 29 gestaltet. Die erste feste Auflage 24 ist als zylindrischer Hohlraum 31 mit einem ringförmigen Absatz 31a gebildet und die zweite bewegliche Auflage 25 ist an einem ringförmigen Absatz 32 des beweglichen Magnetankers 19 abgestützt.3a, 3b, 4a and 4b, such crown springs 22a are shown. The
- 11
- ElektromagnetgehäuseElectromagnet housing
- 22nd
- VentilsitzgehäuseValve seat housing
- 33rd
- AnkerrohrAnchor tube
- 44th
- AnkerrohrdichtungAnchor pipe seal
- 55
- AnkerrohrdichtungAnchor pipe seal
- 66
- AnkerrohrdichtelementAnchor pipe sealing element
- 77
- VentildichtelementValve sealing element
- 88th
- VentilsitzValve seat
- 99
- Medienleitungsanschluß, rechtsMedia line connection, right
- 1010th
- erster Dichtringfirst sealing ring
- 1111
- SpannhülseAdapter sleeve
- 1212th
- Medienleitungsanschluß, linksMedia line connection, left
- 1313
- zweiter Dichtringsecond sealing ring
- 1414
- SpannhülseAdapter sleeve
- 1515
- LagerbuchseBearing bush
- 1616
- MagnetjochMagnetic yoke
- 1717th
- ElektromagnetspuleElectromagnetic coil
- 17a17a
- StromanschlußPower connection
- 1818th
- fester Magnetankerfixed magnetic anchor
- 18a18a
- AnkerdichtungAnchor gasket
- 1919th
- beweglicher Magnetankermovable magnetic anchor
- 2020th
- LuftspaltAir gap
- 2121
- SchalldämpferSilencer
- 2222
- BiegefederSpiral spring
- 22a22a
- KronenfederCrown feather
- 22b22b
- kreisförmig geschlossener Umfangcircular closed circumference
- 2323
- AchsrichtungAxis direction
- 2424th
- erste, feste Auflagefirst, fixed edition
- 2525th
- zweite, bewegliche Auflagesecond, movable edition
- 2626
- niedrige Niveaulinielow level line
- 2727
- höhere Niveauliniehigher level line
- 2828
- WendepunktTurning point
- 2929
- KuppenKnolls
- 3030th
- Übergangcrossing
- 3131
- zylindrischer Hohlraumcylindrical cavity
- 31a31a
- ringförmiger Absatzannular heel
- 3232
- ringförmiger Absatzannular heel
Claims (4)
dadurch gekennzeichnet,
daß eine etwa topfförmig und zugleich konusförmig ausgebildete Kronenfeder (22a), außerhalb des Luftspaltes (20) vorgesehen ist und zwischen dem festen und dem beweglichen Magnetanker (18,19) eingespannt angeordnet ist, und zwar in Achsrichtung (23) zwischen einer ersten festen Auflage (24) und einer am beweglichen Magnetanker (19) ringförmigen zweiten Auflage (25).Electromagnetic drive, in particular for solenoid valves as actuators for fluids, with an electromagnetic coil and a magnetic yoke, a fixed, and a central, coaxial movable magnet armature centered on the solenoid coil, between which there is a variable air gap, the course of the attraction force of the electromagnet depending on the air gap setting between the fixed and the movable magnet armature at different values of the excitation current together with the force characteristic of a spiral spring can be defined as the working point of the lifting force characteristic of the movable magnet armature and the movable magnet armature, on the end facing away from the solenoid coil, carries a valve seal which interacts with a valve seat of a media line connection,
characterized,
that an approximately cup-shaped and at the same time conical crown spring (22a) is provided outside the air gap (20) and is arranged clamped between the fixed and the movable magnet armature (18, 19), namely in the axial direction (23) between a first fixed support (24) and on the movable magnet armature (19) annular second support (25).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kronenfeder (22a) über den kreisförmig geschlossenen Umfang (22b) zwei oder mehrere mit gleichen Abständen angeformte, von einer niedrigen Niveaulinie(26) auf eine höhere Niveaulinie (27) verlaufende Kuppen (29) aufweist.Electromagnetic drive according to claim 1,
characterized,
that the crown spring (22a) has, over the circularly closed circumference (22b), two or more molded-on domes (29) extending from a low level line (26) to a higher level line (27) at equal distances.
dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend von der niedrigen Niveaulinie (27) ein progressiv mit Wendepunkt (28) geformter Übergang (30) zwischen den Kuppen (29) angeformt ist.Electromagnetic drive according to one of claims 1 or 2,
characterized,
that, starting from the low level line (27), a transition (30) between the crests (29) is formed progressively with a turning point (28).
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste feste Auflage (24) als zylindrischer Hohlraum (31) mit ringförmigem Absatz (31a) angeordnet ist und die zweite, bewegliche Auflage (25) an einem ringförmigen Absatz (32) des beweglichen Magnetankers (19) vorgesehen ist.Electromagnetic drive according to one of claims 1 to 3,
characterized,
that the first fixed support (24) is arranged as a cylindrical cavity (31) with an annular shoulder (31a) and the second, movable support (25) is provided on an annular shoulder (32) of the movable magnet armature (19).
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