DE102019204839A1 - Electromagnetic drive device and proportional solenoid valve equipped with it - Google Patents
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Abstract
Es werden eine elektromagnetische Antriebseinrichtung (2) und ein damit ausgestattetes Proportional-Magnetventil (1) vorgeschlagen. Die Antriebseinrichtung (2) hat eine elektrisch bestrombare Spulenanordnung (25) mit zwei Magnetspulen (26, 27), die an ihrer Außenseite jeweils von einem flussleitenden Polring (36, 37) flankiert sind und einen Anker (13) begrenzen, der zu einer Hubbewegung (14) antreibbar ist. Der Anker (13) hat einen flussleitenden Ankerkörper (55), der ständig die beiden Polringe (36, 37) teilweise axial überdeckt und mindestens einen ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt (72, 73) aufweist, der über eine sich nach axial innen hin konisch verjüngende Umfangsfläche hat. Bei der Bestromung der Spulenanordnung (25) treten die dadurch erzeugten Spulenmagnetfelder mit dem Permanentmagnetfeld (34) eines Permanentmagneten (32) in Wechselwirkung und rufen eine für die Erzeugung der Hubbewegung verantwortliche resultierende Antriebskraft hervor.An electromagnetic drive device (2) and a proportional solenoid valve (1) equipped with it are proposed. The drive device (2) has an electrically energized coil arrangement (25) with two magnetic coils (26, 27), each of which is flanked on its outside by a flux-conducting pole ring (36, 37) and delimits an armature (13) which leads to a lifting movement (14) is drivable. The armature (13) has a flux-conducting armature body (55) which constantly partially axially overlaps the two pole rings (36, 37) and has at least one annular armature body end section (72, 73) that tapers axially inwardly Has peripheral surface. When the coil arrangement (25) is energized, the coil magnetic fields generated thereby interact with the permanent magnetic field (34) of a permanent magnet (32) and produce a resultant drive force responsible for generating the lifting movement.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Antriebseinrichtung, mit einem Stator, der eine elektrisch bestrombare Spulenanordnung mit zwei koaxial zu einer Hauptachse und beabstandet zueinander angeordneten Magnetspulen aufweist und der über eine flussleitende Jocheinrichtung mit zwei jeweils eine der beiden Magnetspulen an der der anderen Magnetspule axial abgewandten Außenseite in koaxialer Ausrichtung flankierenden flussleitenden Polringen verfügt, und mit einem von der Spulenanordnung koaxial umschlossenen Anker, der einen ebenso wie die Jocheinrichtung des Stators ständig vom Permanentmagnetfeld eines Permanentmagneten der Antriebseinrichtung durchsetzten flussleitenden Ankerkörper aufweist, der zwei axial einander entgegengesetzte, jeweils benachbart zu einem der beiden Polringe angeordnete Ankerkörper-Endabschnitte mit zylindrischer Außenumfangsfläche hat, wobei der Anker aufgrund einer Wechselwirkung des Permanentmagnetfeldes mit durch gesteuerte Bestromung der Spulenanordnung hervorrufbaren Spulenmagnetfeldern unter Ausführung einer Hubbewegung relativ zu dem Stator axial hin und her bewegbar und in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbar ist.The invention relates to an electromagnetic drive device with a stator which has an electrically energized coil arrangement with two magnet coils arranged coaxially to a main axis and spaced apart from one another and which has one of the two magnet coils on the outside axially facing away from the other magnet coil via a flux-conducting yoke device flanking flux-conducting pole rings flanking coaxial alignment, and with an armature coaxially enclosed by the coil arrangement which, like the yoke device of the stator, has a flux-conducting armature body continuously penetrated by the permanent magnetic field of a permanent magnet of the drive device, the two axially opposite one another, each adjacent to one of the two pole rings arranged armature body end sections with a cylindrical outer circumferential surface, the armature due to an interaction of the permanent magnetic field with controlled energization of the coil assemblies ung inducible coil magnetic fields while executing a stroke movement relative to the stator is axially movable back and forth and can be positioned in different stroke positions.
Die Erfindung betrifft ferner ein zur Steuerung der Strömung eines Fluides ausgebildetes Proportional-Magnetventil, mit einem Ventilgehäuse, einem unter Ausführung einer Steuerbewegung relativ zu dem Ventilgehäuse beweglichen Ventilglied und einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung zum Hervorrufen der Steuerbewegung des Ventilgliedes.The invention further relates to a proportional solenoid valve designed to control the flow of a fluid, having a valve housing, a valve member movable relative to the valve housing while executing a control movement, and an electromagnetic drive device for causing the control movement of the valve member.
Ein derartiges Proportional-Magnetventil, das mit einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art ausgestattet ist, geht aus der
Aus der
Eine aus der
Die
Die bekannten elektromagnetischen Antriebseinrichtungen, die auf dem Reluktanz-Antriebsprinzip basieren, lassen sich aufgrund starker Nichtlinearitäten in ihrer Kraft-Hub-Kennlinie für Proportionalanwendungen nur unzureichend einsetzen.The known electromagnetic drive devices, which are based on the reluctance drive principle, can only be used inadequately for proportional applications due to strong non-linearities in their force-stroke characteristic.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um bei elektromagnetischen Antriebseinrichtungen und damit ausgestatteten Proportional-Magnetventilen über einen großen Hubbereich ein gutes proportionales Stellverhalten bei gleichzeitig hoher Dynamik zu erzielen.The invention is based on the object of taking measures in order to achieve good proportional control behavior with high dynamics at the same time in electromagnetic drive devices and proportional solenoid valves equipped with them over a large stroke range.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ankerkörper in jeder Hubposition des Ankers mit seinen beiden Ankerkörper-Endabschnitten unter nur teilweiser axialer Überdeckung in den jeweils benachbarten Polring eintaucht, sodass zwischen jedem Ankerkörper-Endabschnitt und dem ihm benachbarten Polring ein radialer Ringspalt vorliegt, wobei die axiale Überdeckungslänge und somit die axiale Ringspaltlänge von der Hubposition des Ankers abhängig ist, wobei mindestens einer der beiden Ankerkörper-Endabschnitte ringförmig gestaltet ist und eine sich ausgehend von seinem freien Ende nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche hat, sodass sich die radiale Dicke des zur Hauptachse rechtwinkeligen Ringquerschnittes des Ankerkörper-Endabschnittes zu dessen freien Ende hin kontinuierlich verringert.To achieve this object, it is provided according to the invention in an electromagnetic drive device of the type mentioned that the armature body in every stroke position of the armature with its two armature body end sections with only partial axial overlap in the respectively adjacent pole ring is immersed so that there is a radial annular gap between each armature body end section and the pole ring adjacent to it, the axial overlap length and thus the axial annular gap length being dependent on the stroke position of the armature, with at least one of the two armature body end sections being annular and has an inner circumferential surface that tapers axially inwards from its free end, so that the radial thickness of the ring cross-section of the anchor body end section, which is at right angles to the main axis, is continuously reduced towards its free end.
Die Aufgabe wird ferner bei einem Proportional-Magnetventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass seine elektromagnetische Antriebseinrichtung in dem vorgenannten Sinne ausgebildet ist, wobei das Ventilglied zur Erzeugung seiner Steuerbewegung antriebsmäßig mit dem Anker gekoppelt ist.The object is also achieved according to the invention in a proportional solenoid valve of the type mentioned in that its electromagnetic drive device is designed in the aforementioned sense, the valve member being drive-coupled to the armature to generate its control movement.
Die elektromagnetische Antriebseinrichtung eignet sich besonders zur Verwendung in einem Proportional-Magnetventil, kann aber auch für andere Antriebsaufgaben eingesetzt werden. The electromagnetic drive device is particularly suitable for use in a proportional solenoid valve, but can also be used for other drive tasks.
Innerhalb der elektromagnetischen Antriebseinrichtung steht der axial beweglich gelagerte Anker mit seinem über flussleitende Eigenschaften verfügenden Ankerkörper in magnetischer Wechselwirkung mit einer am Stator angeordneten, bevorzugt ringförmig und symmetrisch aufgebauten flussleitenden Jochanordnung, wobei durch den zusätzlich vorhandenen Permanentmagnet eine permanentmagnetische Vorspannung erzeugt ist. Der Ankerkörper hat eine derartige Länge, dass er unabhängig von der momentan eingenommenen Hubposition des Ankers mit beiden Ankerkörper-Endabschnitten in den jeweils benachbarten Polring eintaucht, sodass zwischen jedem Ankerkörper-Endabschnitt und einer Teillänge des benachbarten Polringes eine axiale Überdeckung vorliegt. Zwischen jedem Polring und dem darin eintauchenden Ankerkörper-Endabschnitt ist ein radialer Ringspalt ausgebildet, durch den sowohl das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten als auch bei entsprechender Bestromung das Spulenmagnetfeld der benachbarten Magnetspule hindurchtritt. In Verbindung mit der ringförmigen, zumindest in dem sich an das freie Ende anschließenden Längenabschnitt über einen Innenkonus verfügenden Gestaltung mindestens eines der Ankerkörper-Endabschnitte wird erreicht, dass der Ankerkörper trotz des radialen Magnetspaltes mit einer resultierenden axialen Antriebskraft beaufschlagt wird, was durch das Auftreten magnetischer Streufelder erklärbar ist, die entstehen, weil der dem magnetischen Fluss zur Verfügung stehende Ringquerschnitt des Ankerkörper-Endabschnittes relativ klein ist und sich zum freien Ende des Ankerkörper-Endabschnittes hin kontinuierlich verringert. Im Ergebnis wird erfindungsgemäß eine Mischung aus radialen und axialen Komponenten der Reluktanzkraft mit Hilfe einer speziellen, sich konisch verjüngenden Formgebung mindestens eines axialen Endabschnittes des Ankerkörpers genutzt, um eine weitestgehend proportionale Hub-Kraft-Kennlinie zu erzeugen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich selbst in den Randbereichen ein relativ lineares, proportionales Verhalten. In Verbindung mit der permanentmagnetischen Vorspannung kann zudem eine besonders hohe Dynamik bei geringer Induktivität erreicht werden. Die hohe Dynamik ist besonders ausgeprägt, wenn der Permanentmagnet entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung zum Stator gehört und somit nicht zur bewegten Masse beiträgt. Bevorzugt ist der innen konisch ausgebildete Ankerkörper-Endabschnitt so gestaltet, dass die sich konisch verjüngende Innenumfangsfläche an jeder Stelle einen radialen Abstand zu der mit der Hauptachse zusammenfallenden mittigen Längsachse des Ankerkörpers hat.Within the electromagnetic drive device, the axially movably mounted armature with its armature body, which has flux-conducting properties, interacts magnetically with a flux-conducting yoke arrangement, preferably ring-shaped and symmetrically constructed, on the stator, with a permanent magnetic bias being generated by the additional permanent magnet. The length of the armature body is such that it dips into the adjacent pole ring with both armature body end sections regardless of the currently assumed lifting position of the armature, so that there is an axial overlap between each armature body end section and a partial length of the adjacent pole ring. A radial annular gap is formed between each pole ring and the end section of the armature body immersed in it, through which both the permanent magnetic field of the permanent magnet and, with a corresponding current supply, the coil magnetic field of the adjacent magnet coil passes. In connection with the annular design of at least one of the armature body end sections, at least in the length section adjoining the free end with an inner cone, it is achieved that the armature body is acted upon by a resulting axial drive force despite the radial magnetic gap, which is more magnetic Stray fields can be explained that arise because the ring cross-section of the armature body end section available to the magnetic flux is relatively small and decreases continuously towards the free end of the armature body end section. As a result, according to the invention, a mixture of radial and axial components of the reluctance force is used with the aid of a special, conically tapering shape of at least one axial end section of the armature body in order to generate a largely proportional stroke-force characteristic. The design according to the invention results in a relatively linear, proportional behavior even in the edge regions. In conjunction with the permanent magnetic bias, particularly high dynamics can be achieved with low inductance. The high dynamics are particularly pronounced when the permanent magnet belongs to the stator in accordance with a preferred embodiment and thus does not contribute to the moving mass. The internally conical end section of the anchor body is preferably designed such that the conically tapering inner circumferential surface is at a radial distance from the central longitudinal axis of the anchor body which coincides with the main axis.
Der in mindestens einem ringförmigen Anker-Endabschnitt ausgebildete Innenkonus erstreckt sich ausgehend vom stirnseitigen freien Ende des Anker-Endabschnittes axial mit zunehmender Verjüngung in den Anker-Endabschnitt hinein, wobei er sich bevorzugt über die gesamte axiale Länge des ringförmigen Anker-Endabschnittes erstreckt, gleichwohl aber auch kürzer sein kann und in einen hohlzylindrischen Längenabschnitt übergehen kann.The inner cone formed in at least one annular armature end section extends axially from the front free end of the armature end section with increasing taper into the armature end section, whereby it preferably extends over the entire axial length of the annular armature end section, but nevertheless can also be shorter and can merge into a hollow cylindrical length section.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.
Bevorzugt sind beide Ankerkörper-Endabschnitte ringförmig gestaltet und verfügen über eine sich ausgehend vom freien Ende nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche. Diese beiden Ankerkörper-Endabschnitte sind vorzugsweise identisch ausgebildet. Durch die beidseitige Anordnung eines innen konischen Ankerkörper-Endabschnittes können Antriebskräfte in beiden Axialrichtungen bei bistabiler Funktionalität erzeugt werden. Ist nur eine monostabile Funktionalität gewünscht, die beispielsweise mit einer Federrückstellung arbeitet, genügt im Prinzip ein nur einseitiger Innenkonus. Die gegenüberliegende Seite kann in diesem Falle beispielsweise zylinderförmig ausgeführt sein, hat jedoch ebenfalls eine unabhängig von der Hubposition des Ankers vorliegende ständige teilweise axiale Überdeckung mit dem benachbarten Polring.Both anchor body end sections are preferably designed to be ring-shaped and have an inner circumferential surface which tapers axially inwards from the free end. These two anchor body end sections are preferably of identical design. The arrangement of an internally conical anchor body end section on both sides means that driving forces can be generated in both axial directions with bistable functionality. If only a monostable functionality is required that works with a spring return, for example, an inner cone on only one side is sufficient in principle. In this case, the opposite side can, for example, have a cylindrical shape, but also has a constant, partially axial overlap with the adjacent pole ring, regardless of the stroke position of the armature.
Die axiale Länge des flussleitende Eigenschaften aufweisenden Ankerkörpers ist vorzugsweise so gewählt, dass in einer mittleren Hubposition des Ankers, in der die beiden Ankerkörper-Endabschnitte mit gleicher axialer Überdeckungslänge in den jeweils benachbarten Polring eintauchen, diese axiale Überdeckungslänge beidseits jeweils das 0,3-fache bis 1,5-fache des von dem Anker bei seiner Hubbewegung maximal ausführbaren Hubes entspricht. Die einseitige axiale Überdeckungslänge bei dieser Konstellation entspricht beispielsweise dem Ankerhub.The axial length of the armature body, which has flux-conducting properties, is preferably selected so that in a central stroke position of the armature in which the two armature body end sections dip into the respective adjacent pole ring with the same axial overlap length, this axial length The overlap length on both sides corresponds to 0.3 times to 1.5 times the maximum stroke that can be performed by the armature during its stroke movement. The one-sided axial overlap length in this constellation corresponds, for example, to the armature stroke.
Der Konuswinkel der konischen Innenumfangsfläche des Ankerkörper-Endabschnittes, der auch als Öffnungswinkel bezeichnet werden kann, liegt vorzugsweise in einem Bereich von, je einschließlich, 20° bis 120°, wobei er insbesondere in einem Bereich von, je einschließlich, 40° bis 80° liegt.The cone angle of the conical inner circumferential surface of the anchor body end section, which can also be referred to as the opening angle, is preferably in a range of, both inclusive, 20 ° to 120 °, in particular in a range of, both inclusive, 40 ° to 80 ° lies.
An seinem freien Ende ist der ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt vorzugsweise abgeflacht oder abgerundet. Alternativ kann er auch mit einer axial orientierten Kante auslaufen.At its free end, the annular anchor body end section is preferably flattened or rounded. Alternatively, it can also terminate with an axially oriented edge.
Der Permanentmagnet ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet, sodass er als Ringmagnet bezeichnet werden kann. Er ist insbesondere koaxial zu der Hauptachse angeordnet.The permanent magnet is expediently designed in the shape of a ring, so that it can be referred to as a ring magnet. In particular, it is arranged coaxially to the main axis.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der ringförmige Permanentmagnet radial magnetisiert ist. Hierbei liegt der eine der beiden Magnetpole im Bereich des Außenumfanges und der andere der beiden Magnetpole im Bereich des Innenumfanges des ringförmigen Permanentmagneten.It is considered particularly advantageous if the annular permanent magnet is magnetized radially. Here, one of the two magnetic poles lies in the area of the outer circumference and the other of the two magnetic poles in the area of the inner circumference of the ring-shaped permanent magnet.
Als besonders zweckmäßig wird es angesehen, wenn der Permanentmagnet als Bestandteil des Stators ausgeführt ist. Der Anker hat vorzugsweise keinerlei permanentmagnetische Komponenten. Da ein zum Stator gehörender Permanentmagnet die Hubbewegung des Ankers nicht mitzumachen hat, lässt sich der Anker mit einer hohen Schaltdynamik und mit einer schnellen Reaktionszeit auf ein elektrisches Betätigungssignal betreiben. Er kann zudem sehr kostengünstig einteilig hergestellt werden.It is considered particularly expedient if the permanent magnet is designed as a component of the stator. The armature preferably has no permanent magnetic components. Since a permanent magnet belonging to the stator does not have to take part in the stroke movement of the armature, the armature can be operated with high switching dynamics and with a fast response time to an electrical actuation signal. It can also be produced in one piece at very low cost.
Der zum Stator gehörende, bevorzugt ringförmige Permanentmagnet ist zweckmäßigerweise mit koaxialer Ausrichtung axial zwischen den beiden Magnetspulen angeordnet. Somit liegt jede der beiden Magnetspulen zwischen dem Permanentmagnet und einem der beiden Polringe. Das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten setzt sich aus zwei Teil-Magnetfeldern zusammen, die beide jeweils den über flussleitende Eigenschaften verfügenden Ankerkörper und außerdem jeweils einen der beiden über flussleitende Eigenschaften verfügenden Polringe durchsetzen.The preferably ring-shaped permanent magnet belonging to the stator is expediently arranged axially between the two magnet coils with a coaxial alignment. Thus, each of the two magnet coils lies between the permanent magnet and one of the two pole rings. The permanent magnetic field of the permanent magnet is made up of two partial magnetic fields, both of which penetrate the armature body, which has flux-conducting properties, and also one of the two pole rings, which have flux-conducting properties.
Bevorzugt enthält die Jocheinrichtung auch noch eine die beiden Magnetspulen, die beiden Polringe und den Permanentmagnet radial außen umschließende flussleitende Jochhülse, die mit beiden Polringen und vorzugsweise auch mit dem Permanentmagnet in flussleitender Verbindung steht. Die beiden vorgenannten Teil-Magnetfelder werden in dem radial außerhalb der Magnetspulen liegenden Bereich von der Jochhülse zwischen dem Permanentmagnet und einem jeweiligen Polring geleitet.The yoke device preferably also contains a flux-conducting yoke sleeve which surrounds the two magnet coils, the two pole rings and the permanent magnet radially on the outside and which is in flux-conducting connection with both pole rings and preferably also with the permanent magnet. The two aforementioned partial magnetic fields are guided by the yoke sleeve between the permanent magnet and a respective pole ring in the area lying radially outside the magnet coils.
Bevorzugt ist der Anker relativ zu dem Stator zwischen zwei axial einander entgegengesetzten Hubendlagen bewegbar. Vorteilhaft ist es, wenn der Anker durch eine zwischen dem Stator und dem Anker wirksame Federeinrichtung ständig in eine der beiden Hubendlagen vorgespannt ist. Mittels einer solchen Federvorspannung lässt sich sehr einfach ein monostabiles Betriebsverhalten des Ankers verwirklichen. Im Zusammenhang mit einem Proportional-Magnetventil kann mittels eines durch eine Federeinrichtung in eine Hubendlage vorgespannten Ankers insbesondere ein Ventiltyp „Normalerweise Geschlossen“ oder „Normalerweise Geöffnet“ verwirklicht werden.The armature is preferably movable relative to the stator between two axially opposite stroke end positions. It is advantageous if the armature is constantly biased into one of the two stroke end positions by a spring device acting between the stator and the armature. A monostable operating behavior of the armature can be achieved very easily by means of such a spring preload. In connection with a proportional solenoid valve, a valve type “normally closed” or “normally open” can be implemented by means of an armature pretensioned by a spring device into a stroke end position.
Die Federeinrichtung ist vorzugsweise auch vorhanden, wenn die Antriebseinrichtung mit einer bistabilen Funktionalität des Ankers ausgelegt ist.The spring device is preferably also present if the drive device is designed with a bistable functionality of the armature.
Vorzugsweise ist die Federeinrichtung einem der beiden axialen Endbereiche des Ankers zugeordnet und dort axial zwischen den Anker und einen Bestandteil des Stators eingegliedert. Die Federeinrichtung ist zweckmäßigerweise eine Druckfedereinrichtung.The spring device is preferably assigned to one of the two axial end regions of the armature and incorporated there axially between the armature and a component of the stator. The spring device is expediently a compression spring device.
Der Anker ist zweckmäßigerweise bezüglich dem Stator radial abgestützt und axial linear verschiebbar geführt. Eine Berührung zwischen dem Ankerkörper und dem Stator ist vorzugsweise nicht vorhanden. Zweckmäßigerweise erstreckt sich radial zwischen dem Ankerkörper und dem Stator über die gesamte axiale Länge des Ankerkörpers hinweg ein ringförmiger Luftspalt. Für die Linearführung bezüglich des Stators verantwortlich sind zweckmäßigerweise zwei jeweils zusätzlich zu dem Ankerkörper vorhandene Führungszapfen des Ankers, die jeweils einem der beiden axialen Endbereiche des Ankers zugeordnet sind und die jeweils in eine am Stator ausgebildete Führungsausnehmung in radial abgestützter Weise axial verschiebbar eintauchen. Die Führungszapfen bestehen insbesondere aus einem nicht flussleitenden Material, sodass sie weder das Permanentmagnetfeld noch die Spulenmagnetfelder in irgendeiner Weise beeinflussen. Die Führungszapfen sind zweckmäßigerweise voneinander gesonderte Bauteile, können aber auch von den beiden Endabschnitten eines den Ankerkörper durchsetzenden einstückigen Führungskörpers gebildet sein.The armature is expediently supported radially with respect to the stator and guided axially linearly displaceable. There is preferably no contact between the armature body and the stator. An annular air gap expediently extends radially between the armature body and the stator over the entire axial length of the armature body. Responsible for the linear guidance with respect to the stator are expediently two additional guide pins of the armature which are present in addition to the armature body and which are each assigned to one of the two axial end regions of the armature and which each immerse axially displaceably in a radially supported guide recess on the stator. The guide pins consist in particular of a non-flux-conducting material so that they neither influence the permanent magnetic field nor the coil magnetic fields in any way. The guide pins are expediently separate components from one another, but can also be formed by the two end sections of a one-piece guide body penetrating the anchor body.
Der Ankerkörper hat außen bevorzugt durchweg eine kreiszylindrische Formgebung, die zweckmäßigerweise keinerlei Abstufung hat.On the outside, the anchor body preferably has a circular cylindrical shape throughout, which expediently has no gradation.
Die Führungszapfen sind an ihrem radialen Außenumfang vorzugsweise ebenfalls kreiszylindrisch gestaltet. The guide pins are preferably also circular-cylindrical on their radial outer circumference.
Mindestens eine der beiden statorseitigen Führungsausnehmungen ist zweckmäßigerweise von einer zylindrisch konturierten zentralen Ringöffnung beider Polringe gebildet. Prinzipiell kann jeder der beiden Polringe eine der beiden Führungsausnehmungen definieren. Als mögliche Ausführungsform wird es jedoch bevorzugt, wenn einer der beiden Polringe keine Führungsaufgaben übernimmt und stattdessen der diesem Polring zugeordnete Führungszapfen in eine Führungsausnehmung des Stators eintaucht, die von einem anderen Bestandteil des Stators definiert ist, beispielsweise von einem axialen Abschlusselement, das bevorzugt keine flussleitende Eigenschaften hat.At least one of the two stator-side guide recesses is expediently formed by a cylindrically contoured central ring opening of both pole rings. In principle, each of the two pole rings can define one of the two guide recesses. As a possible embodiment, however, it is preferred if one of the two pole rings does not take on any guiding tasks and instead the guide pin assigned to this pole ring dips into a guide recess of the stator that is defined by another component of the stator, for example by an axial closing element that is preferably not flux-conducting Has properties.
Jeder ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt ist, zumindest wenn er über eine sich konisch verjüngende Innenumfangsfläche hat, bevorzugt kragenförmig ausgebildet.Each annular anchor body end section, at least when it has a conically tapering inner circumferential surface, is preferably designed in the shape of a collar.
Vorzugsweise umrahmt jeder ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt eine axial offene stirnseitige Ausnehmung des Ankerkörpers, die eine ebene, bevorzugt kreisförmige Bodenfläche hat, die sich in einer zur Hauptachse rechtwinkeligen Ebene erstreckt.Each ring-shaped anchor body end section preferably frames an axially open end-face recess of the anchor body which has a flat, preferably circular bottom surface which extends in a plane at right angles to the main axis.
Bevorzugt erstrecken sich beide Führungszapfen mit zumindest einer Teillänge innerhalb einer vom zugeordneten ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt umschlossenen stirnseitigen Ausnehmung des Ankerkörpers. Hierbei kann ein radialer Ringspalt zwischen jedem Führungszapfen und dem zugeordneten ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt vorliegen, der sich im Falle einer sich nach axial innen hin konisch verjüngenden Innenumfangsfläche des Ankerkörper-Endabschnittes entsprechend verjüngt.Both guide pins preferably extend with at least a partial length within an end-face recess of the anchor body that is enclosed by the associated annular anchor body end section. Here, there can be a radial annular gap between each guide pin and the associated annular anchor body end section, which tapers accordingly in the case of an axially inwardly tapering inner circumferential surface of the anchor body end section.
Zweckmäßigerweise ragt jeder Führungszapfen axial aus dem Ankerkörper heraus. Es ist vorteilhaft, wenn zumindest der aus der stirnseitigen Ausnehmung herausragende Längenabschnitt des Führungszapfens zwecks einer Linearführung des Ankers mit einer Führungsausnehmung des Stators zusammenwirkt.Each guide pin expediently protrudes axially from the anchor body. It is advantageous if at least the length section of the guide pin protruding from the frontal recess interacts with a guide recess of the stator for the purpose of linear guidance of the armature.
Angaben bezüglich flussleitender Eigenschaften verstehen sich als Eigenschaften zur Leitung magnetischen Flusses. Soweit Bestandteile der elektromagnetischen Antriebseinrichtung flussleitend sind, basiert ihre flussleitende Eigenschaft bevorzugt auf einer Ausgestaltung aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus einem weichmagnetischen Material. Nicht flussleitende Komponenten bestehen beispielsweise aus Kunststoffmaterial, aus Aluminiummaterial oder aus einem austenitischen Material.Information regarding flux-conducting properties are understood as properties for conducting magnetic flux. Insofar as components of the electromagnetic drive device are flux-conducting, their flux-conducting property is preferably based on a configuration made of a ferromagnetic material, in particular a soft magnetic material. Components that do not conduct flux consist, for example, of plastic material, of aluminum material or of an austenitic material.
Zweckmäßigerweise beträgt im Bereich bzw. auf axialer Höhe des freien Endes des Ankerkörper-Endabschnittes die von der konischen Innenumfangsfläche umrahmte Kreisfläche mindestens 75% und zweckmäßigerweise im Bereich von 90% der Kreisfläche, die der Außenumfang des ringförmigen Ankerkörper-Endabschnittes umschließt.Appropriately in the area or at the axial height of the free end of the anchor body end section, the circular area framed by the conical inner circumferential surface is at least 75% and expediently in the area of 90% of the circular area which surrounds the outer circumference of the annular anchor body end section.
Ein die elektromagnetische Antriebseinrichtung beinhaltendes Proportional-Magnetventil ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als Sitzventil ausgebildet, wobei sein Ventilglied an einer vorderen Stirnseite des Ankers angeordnet ist und innerhalb einer von dem Ventilgehäuse begrenzten Ventilkammer einem Ventilsitz gegenüberliegt, der eine innere Kanalmündung eines in die Ventilkammer einmündenden ersten Fluidkanals umrahmt und an dem das Ventilglied in einer Schließstellung anliegt. In die Ventilkammer mündet noch ein weiterer, zweiter Fluidkanal, der durch die Ventilkammer hindurch mit dem ersten Fluidkanal kommuniziert, wenn das Ventilglied durch entsprechende Betätigung des Ankers in eine von dem Ventilsitz abgehobene Offenstellung bewegt ist.A proportional solenoid valve containing the electromagnetic drive device is designed in a preferred embodiment as a seat valve, its valve member being arranged on a front end face of the armature and located within a valve chamber delimited by the valve housing opposite a valve seat, which has an inner channel opening of a first channel opening into the valve chamber Framed fluid channel and on which the valve member rests in a closed position. Another, second fluid channel opens into the valve chamber and communicates with the first fluid channel through the valve chamber when the valve member is moved into an open position lifted from the valve seat by appropriate actuation of the armature.
Der Anker ist zweckmäßigerweise axial von einem Druckausgleichskanal durchsetzt, der zumindest in der Schließstellung des Ventilgliedes eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidkanal und einer von einer hinteren Stirnseite des Ankers begrenzten Druckausgleichskammer herstellt, wobei der Querschnitt der Druckausgleichskammer gleich groß ist wie der Querschnitt der inneren Kanalmündung des ersten Fluidkanals. Dadurch ist der Anker druckausgeglichen, sodass die auf ihn ausübbare Antriebskraft von den Fluidkräften des zu steuernden Fluides unabhängig ist.The armature is expediently axially penetrated by a pressure equalization channel which, at least in the closed position of the valve member, creates a fluid connection between the first fluid channel and a pressure equalization chamber delimited by a rear end face of the armature, the cross section of the pressure equalization chamber being the same size as the cross section of the inner channel opening of the first fluid channel. As a result, the armature is pressure-balanced so that the drive force that can be exerted on it is independent of the fluid forces of the fluid to be controlled.
Die elektromagnetische Antriebseinrichtung kann mit einer Sensorik ausgestattet sein, die eine Positionserfassung des Ankers gestattet. Eine solche Sensorik umfasst beispielsweise eine mit einem permanentmagnetischen Element kooperierende Hall-Sensoreinrichtung, wobei das permanentmagnetische Element vorzugsweise als ein Magnetring ausgebildet ist.The electromagnetic drive device can be equipped with a sensor system that allows the position of the armature to be detected. Such a sensor system includes, for example, a Hall sensor device that cooperates with a permanent magnetic element, the permanent magnetic element preferably being designed as a magnetic ring.
Nachfolgend wird die Erfindung an der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine bevorzugte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Proportional-Magnetventils in teilweise aufgebrochenem Zustand, wobei dieses Magnetventil mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebseinrichtung ausgestattet ist, -
2 eine weitere aufgebrochene Darstellung der Anordnung aus1 , wobei abweichend zur1 bei der Antriebseinrichtung nicht nur der Stator, sondern auch der Anker im Längsschnitt gezeigt ist, -
3 einen Längsschnitt der Anordnung aus1 und2 in einer Schließstellung des Ventilgliedes, in der der Anker eine von zwei möglichen Hubendlagen einnimmt, -
4 den gleichen Längsschnitt wie in3 , jedoch in einer Offenstellung des Ventilgliedes, in der der Anker eine mittlere Hubposition einnimmt, und -
5 wiederum einen Längsschnitt entsprechendden 3 und 4 , wobei das Ventilglied in einer maximalen Offenstellung gezeigt ist und der Anker die bezüglich des in3 gezeigten Betriebszustandes entgegengesetzte Hubendlage einnimmt.
-
1 a preferred first embodiment of the proportional solenoid valve according to the invention in a partially opened state, this solenoid valve being equipped with a preferred embodiment of the electromagnetic drive device according to the invention, -
2 a further broken-away representation of the arrangement1 , where different from1 not only with the drive mechanism the stator but also the armature is shown in longitudinal section, -
3 a longitudinal section of thearrangement 1 and2 in a closed position of the valve member, in which the armature assumes one of two possible stroke end positions, -
4th the same longitudinal section as in3 , but in an open position of the valve member in which the armature assumes a middle stroke position, and -
5 again a longitudinal section corresponding to3 and4th , wherein the valve member is shown in a maximum open position and the armature with respect to the in3 shown operating state assumes the opposite stroke end position.
In der Zeichnung ist ein Proportional-Magnetventil
Die Antriebseinrichtung
Das Magnetventil
Die zweite Gehäusekomponente
Die Antriebseinrichtung
In der ersten Gehäusekomponente
Die erste Gehäusekomponente
Ein ebenfalls die erste Gehäusekomponente
Bei einer typischen Betriebsweise des Proportional-Magnetventils
Es versteht sich, dass das Magnetventil
Die von dem Ventilglied
Die stufenlose Einstellbarkeit unterschiedlicher Offenstellungen ermöglicht die Öffnung unterschiedlich großer Strömungsquerschnitte, sodass das Magnetventil
Da das Ventilglied
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Ventilglied
Der Anker
Im Folgenden wird ein bevorzugter Aufbau der elektromagnetischen Antriebseinrichtung
Der Stator
Bevorzugt sind die beiden Magnetspulen
Die beiden Magnetspulen
Bevorzugt sind die beiden Magnetspulen
Jede Magnetspule
Zu dem Stator
Der Permanentmagnet
Der Permanentmagnet
Bevorzugt ist der als Ringmagnet ausgebildete Permanentmagnet
Aufgrund der nachfolgend beschriebenen Ausgestaltung der Jocheinrichtung
Die schon angesprochene flussleitende Jocheinrichtung
Die Jocheinrichtung
Vorzugsweise liegen der Permanentmagnet
Die Jocheinrichtung
Die Jochhülse
Vorzugsweise steht auch der Permanentmagnet
In der Zeichnung sind in
Der sich axial über die beiden Magnetspulen
Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung
An der dem vorderen Endabschnitt
Die Jocheinrichtung
Der Anker
Im Bereich des vorderen Endabschnittes
Jeder Führungszapfen
Vorzugsweise ist die hintere Führungsausnehmung
Die beiden Führungszapfen
Bei der Hubbewegung
Bevorzugt sind die beiden Führungszapfen
Die beiden Führungszapfen
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel sind die beiden Führungszapfen
Zweckmäßigerweise hat jeder Führungszapfen
Der Ankerkörper
Beide Ankerkörper-Endabschnitte
Der Ankerkörper
In jeder Hubposition des Ankers
Bei der Hubbewegung
Jeder radiale Ringspalt
Vorzugsweise sind die Längenabmessungen so aufeinander abgestimmt, dass in einer in
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist die eine Hubendlage des Ankers
Eine weitere Besonderheit der Antriebseinrichtung
Um diese Kontur des Ankerkörper-Endabschnittes
Bevorzugt und entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels erstreckt sich die konische Innenumfangsfläche
Alternativ kann die konische Innenumfangsfläche
Die axiale Vertiefung
Bevorzugt nimmt auf der Höhe des freien Endes
Der Innenkonus des Ankerkörper-Endabschnittes
Zurückzuführen ist dies insbesondere auf den Umstand, dass ein im Bereich eines Ankerkörper-Endabschnittes
In jedem Betriebszustand der Antriebseinrichtung
Für das Betriebsverhalten der Antriebseinrichtung
Bei der Federeinrichtung
Die Federeinrichtung
Exemplarisch wirkt die Federeinrichtung
In den
Die
Die
In der aus
Die
Während bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel beide Ankerkörper-Endabschnitte
Bevorzugt liegt der auch als Öffnungswinkel bezeichenbare Konuswinkel
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist der ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt
Entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel können sich die beiden Führungszapfen
Zweckmäßigerweise erstreckt sich ein ringförmiger radialer Luftspalt
Jeder Führungszapfen
Das Proportional-Magnetventil
Die Druckausgleichsmaßnahmen sehen vor, dass der Anker
Bevorzugt ist die Federeinrichtung
Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Druckausgleichskanal
Der Querschnitt der Druckausgleichskammer
In der Schließstellung des Ventilgliedes
Die Antriebseinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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