DE19502671A1 - Electromagnetically actuated fluid-flow control valve - Google Patents
Electromagnetically actuated fluid-flow control valveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide, mit einer Elektromagnetspule und einem Magnetjoch, einem zur Elektromagnetspule zentrischen, festen und einem zentrischen, koaxialen beweglichen Magnetanker, zwischen denen ein veränderlicher Luftspalt besteht, wobei der Verlauf der Anzugskraft des Elektromagneten in Abhängigkeit der Luftspalteinstellung zwischen dem festen und dem beweglichen Magnetanker bei unterschiedlichen Werten des Erregerstroms zusammen mit der Kraftkennlinie einer Biegefeder als Arbeitspunkt der Hubkraftkennlinie des beweglichen Magnetankers festlegbar ist und der bewegliche Magnetanker, an dem der Elektromagnetspule abgewandten Ende eine Ventildichtung trägt, die mit einem Ventilsitz eines Medienleitungsanschlusses zusammenwirkt.The invention relates to an electromagnetic drive, in particular for Solenoid valves as actuators for fluids, with an electromagnetic coil and a magnetic yoke, one fixed to the electromagnetic coil and one centric, coaxial movable magnet armature, between which a variable Air gap exists, the course of the attraction force of the electromagnet in Dependence of the air gap setting between the fixed and the movable Magnet armature with different values of the excitation current together with the Force characteristic of a spiral spring as the working point of the lifting force characteristic of the movable Magnetic anchor can be fixed and the movable magnetic anchor on which the End facing away from the solenoid coil carries a valve seal with a Valve seat of a media line connection interacts.
Der eingangs bezeichnete Elektromagnetantrieb ist als Elektromagnetventil bekannt (DE 42 44 444 A1). Mit einem derartigen Elektromagnetventil, das konstruktiv ein wirtschaftlich herstellbares Schaltmagnetventil darstellt, das jedoch als stetigwirkendes Elektromagnetventil arbeiten kann, ist es möglich, eine beliebige Anzahl von Arbeitspunkten zu schaffen, d. h. das flüssige oder gasförmige Medium in beliebigen Mengen bzw. unterschiedlichen Drücken pro Zeiteinheit strömen zu lassen.The electromagnetic drive referred to at the outset is known as an electromagnetic valve (DE 42 44 444 A1). With such a solenoid valve, the constructive one represents economically producible switching solenoid valve, but as a continuously acting Solenoid valve can work, it is possible to use any number of Create working points, d. H. the liquid or gaseous medium in any To flow quantities or different pressures per unit of time.
Derartige Elektromagnetantriebe, insbesondere Elektromagnetventile bedürfen jedoch noch der Verbesserung des Stetigverhaltens und der Verringerung der Hysterese des Elektromagneten.However, such electromagnetic drives, in particular electromagnetic valves, require still improving the steady behavior and reducing the hysteresis of the Electromagnets.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen, die insbesondere das Stetigverhalten verbessern und weitere Maßnahmen, die der Verringerung der Hysterese gewidmet sind.The present invention is therefore based on the object of measures to propose that improve in particular the steady behavior and others Measures dedicated to reducing hysteresis.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß aufgrund des eingangs bezeichneten Elektromagnetantriebs dadurch gelöst, daß eine Kompensation der Strömungskraft des flüssigen oder gasförmigen Mediums mittels einer konischen Außenform des Ventilsitzes und einer Fassung für die Ventildichtung vorgesehen ist, die zwischen sich einen spitzen bis stumpfen Winkel bilden. Dieser Winkel bedeutet eine optimierte Strömungsgeometrie des beweglichen Ankers, so daß eine Kompensation der Strömungskraft, d. h. eine Beseitigung der Störkraft erfolgen kann.According to the invention, the task set is designated on the basis of the above Solenoid drive solved in that a compensation of the flow force of the liquid or gaseous medium by means of a conical outer shape of the Valve seat and a socket for the valve seal is provided between them form an acute to obtuse angle. This angle means an optimized one Flow geometry of the movable armature, so that a compensation of the Flow force, d. H. the interference can be eliminated.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, daß die außen abgeschrägte Fassung mit einem eingelassenen, zylindrischen Dichtungskörper versehen ist. Die Dichtungskraft ist daher immer in Richtung der Anlage des Dichtungskörpers gerichtet.According to further features, it is provided that the outside beveled version with an embedded, cylindrical sealing body. The sealing force is therefore always directed in the direction of the sealing body.
Vorteilhaft ist außerdem, daß die Fassung für die Ventildichtung in einem Endabschnitt des beweglichen Magnetankers eingelassen ist. Der günstige Strömungswinkel kann hierbei unmittelbar an der Fassung für die Ventildichtung angebracht sein.It is also advantageous that the socket for the valve seal in one end section of the movable magnet armature. The favorable flow angle can be attached directly to the socket for the valve seal.
In Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Endabschnitt des beweglichen Magnetankers mit einem gegenüber dem Führungsschaft-Durchmesser verminderten Kreis-Querschnitt versehen ist, der als Abschluß einen Flanschring aufweist, auf dessen Innenseite sich an ihrem einen Schraubenfederende eine kegelige Schraubenfeder abstützt, die mit ihrem anderen Schraubenfederende gegen einen Absatz des Ventilgehäuses gestützt ist. Die Ventilfeder nimmt hierbei einen sehr geringen Raum ein und überträgt dennoch entsprechend dem Kegeldurchmesser eine entsprechend geforderte Schließkraft.In a further development of the invention it is provided that the end section of the movable magnet armature with a diameter compared to the guide shaft reduced circular cross-section is provided, the end of a flange ring has, on the inside of which at its one helical spring end conical coil spring supports, with its other coil spring end against a paragraph of the valve housing is supported. The valve spring takes a lot here small space and still transmits one according to the cone diameter the required closing force.
Vorteilhaft ist hierbei noch, daß eine Stützfläche für die kegelige Schraubenfeder an einem Innenabsatz einer rohrförmigen Ankerführung für den festen und den beweglichen Magnetanker angeordnet ist. Die rohrförmige Ankerführung ist daher nicht Bestandteil des Ventilgehäuses, sondern kann als einzelner Teil eingebaut werden. Hierbei übernimmt die rohrförmige Ankerführung außen die Anordnung der Elektromagnetspule und innen die Führung der beiden Ankerteile. It is also advantageous that a support surface for the conical coil spring an inner shoulder of a tubular anchor guide for the fixed and movable magnet armature is arranged. The tubular anchor guide is therefore not part of the valve body, but can be installed as a single part will. Here, the tubular anchor guide takes over the arrangement of the Electromagnetic coil and inside the guide of the two armature parts.
Die rohrförmige Ankerführung ist vorteilhafterweise mit einem kurzen Schaft, in dem ein Dichtring angeordnet ist, in das Ventilgehäuse ragend, ausgeführt.The tubular anchor guide is advantageously with a short shaft in which a sealing ring is arranged, projecting into the valve housing, executed.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an dem festen Magnetanker ein magnetischer Blindkörper angeordnet ist, der als eine relativ dünne Scheibe ausgebildet ist. Dadurch wird ein künstlicher Luftspalt am Ende des festen Magnetankers geschaffen, der die Ventillebensdauer verbessert.In an embodiment of the invention it is provided that a on the fixed armature magnetic dummy body is arranged as a relatively thin disc is trained. This creates an artificial air gap at the end of the solid Magnetic armature created, which improves the valve life.
Die praktische Ausführung kann darin bestehen, daß die relativ dünne Scheibe aus Messing hergestellt ist.The practical implementation can be that the relatively thin disc Brass is made.
Neben dem erheblichen Preisvorteil gegenüber Stetigventilen mit Proportionalmagneten besteht auch ein denkbar einfacher Fertigungs- und Montageaufwand. Die Verbesserung der Hysterese und Linearität des Ventils durch die Störkraftkompensation (die Strömungskraft wird kompensiert) werden weitere Vorteile erzielt. Der künstliche Luftspalt (durch die Messingscheibe) begrenzt die Biegebelastung der Biegefeder und erhöht damit die Lebensdauer des Ventils erheblich.In addition to the considerable price advantage compared to continuous valves with Proportional magnets are also a very simple manufacturing and Assembly effort. The improvement of the hysteresis and linearity of the valve through the interference force compensation (the flow force is compensated) become more Benefits achieved. The artificial air gap (through the brass disc) limits the Bending load on the spiral spring and thus increases the service life of the valve considerably.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, daß die Biegefeder zwischen dem festen und dem beweglichen Magnetanker derart ausgelegt ist, daß sich zusammen mit dem Magnetkennlinienfeld eine definierte Ventilöffnung in Abhängigkeit des Steuerstroms ergibt.According to further features, it is provided that the spiral spring between the fixed and the movable magnet armature is designed such that together with the Magnetic characteristic field a defined valve opening depending on the control current results.
Die Erfindung kann dahingehend weiterentwickelt bzw. ausgenutzt werden, daß eine Kombination aus zwei oder mehreren Elektromagnetventilen durch eine Verbindungsleitung von der Druckseite eines ersten Elektromagnetventils zu der Entlüftungsleitung eines zweiten Elektromagnetventils und durch einen gemeinsamen Anschluß an die Arbeitsleitung und damit ein 3/3-Wege-Regelventil z. B. für die Druckregelung, gebildet ist.The invention can be further developed or used to the effect that a Combination of two or more solenoid valves by one Connection line from the pressure side of a first solenoid valve to the Vent line of a second solenoid valve and through a common Connection to the working line and thus a 3/3-way control valve z. B. for the Pressure control is formed.
Eine andere Anwendung der Erfindung bzw. Ausnutzung der erfinderischen Eigenschaft besteht darin, daß eine Kombination aus jeweils zwei Elektromagnetventilen zu einem 5/3-Wegeventil durch eine Verbindungsleitung zwischen den Druckseiten und durch jeweils getrennte Arbeitsleitungen von jeweils einem Elektromagnetventilpaar zu einem Verbraucher mit Positionsregelung gebildet ist. Dadurch wird eine Positionsregelung z. B. einer Kolben-Zylinder-Einheit ermöglicht.Another application of the invention or use of the inventive Property is that a combination of two Solenoid valves to a 5/3-way valve through a connecting line between the printed pages and by separate working lines of each formed a pair of solenoid valves to a consumer with position control is. A position control z. B. allows a piston-cylinder unit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are in following described in more detail. Show it
Fig. 1 einen axialen Querschnitt durch einen Elektromagnetantrieb als Elektromagnetventil, Fig. 1 is an axial cross section through a solenoid driving an electromagnet valve,
Fig. 2a zwei zu einem 3/3-Druckregelventil zusammengeschaltete Elektromagnetventile der erfindungsgemäßen Bauart, FIG. 2a two interconnected to a 3/3-pressure control valve solenoid valves of the type according to the invention,
Fig. 2b die beiden Elektromagnetventile in ihren Schaltfunktionen und Fig. 2b, the two solenoid valves in their switching functions and
Fig. 3 vier solcher Elektromagnetventile in einer Schaltung eines 5/3-Ventils für die Positionsregelung der Kolben-Zylinder-Einheit. Fig. 3 four such electromagnetic valves in a circuit of a 5/3 valve for position control of the piston-cylinder unit.
Der Elektromagnetantrieb kann für alle Einrichtungen, Maschinen und Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen ein Strömungskanal, ein Kontakt, überhaupt ein Abstand zwischen Bauelementen allmählich geschlossen wird, geöffnet wird oder aber auf einen festen Abstand eingestellt und gehalten wird.The electromagnetic drive can be used for all facilities, machines and devices are used in which a flow channel, a contact, a distance at all between components is gradually closed, opened or open a fixed distance is set and held.
Als Anwendungsbeispiel gilt ein Elektromagnetventil 1 als Stellglied für Fluide. Dieses besitzt eine Elektromagnetspule 2 mit Magnetjoch 3, einen zur Elektromagnetspule 2 zentrischen, festen Magnetanker 4, einen zentrischen, koaxialen, beweglichen Magnetanker 5, wobei zwischen dem festen Magnetanker 4 und dem beweglichen Magnetanker 5 ein veränderlicher Luftspalt 6 besteht. Der Verlauf der Anzugskraft des Elektromagneten ist in Abhängigkeit der Luftspalteinstellung zwischen dem festen Magnetanker 4 und dem beweglichen Magnetanker 5 bei unterschiedlichen Werten des Erregerstroms zusammen mit der Kraftkennlinie einer Biegefeder 7 als Arbeitspunkt der Hubkraftkennlinie des beweglichen Magnetankers 5 festlegbar. An dem beweglichen Magnetanker 5 trägt ein an einem der Elektromagnetspule 2 abgewandten Ende 8 angebautes Teil eine Ventildichtung 9, die mit einem Ventilsitz 10 eines Medienanschlusses 11 zusammenarbeitet. As an application example, an electromagnetic valve 1 is used as an actuator for fluids. This has an electromagnetic coil 2 with a magnet yoke 3 , a fixed magnet armature 4 that is central to the magnet coil 2 , a central, coaxial, movable magnet armature 5 , a variable air gap 6 being present between the fixed magnet armature 4 and the movable magnet armature 5 . The course of the pulling force of the electromagnet can be determined as a function of the air gap setting between the fixed magnet armature 4 and the movable magnet armature 5 at different values of the excitation current together with the force characteristic of a spiral spring 7 as the working point of the lifting force characteristic of the movable magnet armature 5 . On the movable magnet armature 5 , a part attached to an end 8 facing away from the electromagnetic coil 2 carries a valve seal 9 which cooperates with a valve seat 10 of a media connection 11 .
Eine Kompensation der Strömungskraft des flüssigen oder gasförmigen Mediums wird durch eine konische Außenform 12 des Ventilsitzes 10 erzielt. Hierbei ist die Ventildichtung 9 in einer Fassung 13 eingelassen. Die Fassung 13 und der Ventilsitz 10 bilden zwischen ihren Außenflächen einen Winkel alpha, der vorzugsweise noch spitzwinklig ist und wie gezeichnet 90° beträgt. Der Winkel alpha könnte auch noch größer und daher auch stumpfwinklig sein in einem Bereich <90°.The flow force of the liquid or gaseous medium is compensated for by a conical outer shape 12 of the valve seat 10 . Here, the valve seal 9 is embedded in a socket 13 . The socket 13 and the valve seat 10 form an angle alpha between their outer surfaces, which is preferably still acute and, as drawn, is 90 °. The angle alpha could also be larger and therefore also obtuse in a range <90 °.
In die außen abgeschrägte Fassung 13 ist ein zylindrischer Dichtungskörper 9a weitestgehend eingelassen, wodurch seine Befestigung gesichert ist. Die Fassung 13 für die Ventildichtung 9 befindet sich in einem Endabschnitt 5a des beweglichen Magnetankers 5. Dieser Endabschnitt 5a des beweglichen Magnetankers 5 besitzt einen gegenüber dem Führungsschaftdurchmesser 5b verminderten Kreisquerschnitt 5c. Ein Abschluß 5d weist einen Flanschring 5e auf, auf dessen Innenseite 5f sich eine Schraubenfeder 14 mit ihrem einen Schraubenfederende 14a abstützt. Mit ihrem anderen Schraubenfederende 14b liegt die Schraubenfeder 14 gegen einen Absatz 15a eines Ventilgehäuses 15 an.In the externally beveled socket 13 , a cylindrical sealing body 9 a is largely embedded, whereby its attachment is secured. The socket 13 for the valve seal 9 is located in an end section 5 a of the movable armature 5 . This end portion 5 a of the movable magnet armature 5 has a relative to the guide shaft diameter b 5 c 5 reduced circular cross-section. A closure 5 d has a flange ring 5 e, on the inside 5 f of which a helical spring 14 is supported with its one helical spring end 14 a. With its other coil spring end 14 b, the coil spring 14 bears against a shoulder 15 a of a valve housing 15 .
Eine Stützfläche 16 für die kegelige Schraubenfeder 14 kann auch an einem Innenabsatz 17a einer rohrförmigen Ankerführung 17 angeordnet sein (vgl. Fig. 1).A support surface 16 for the conical coil spring 14 can also be arranged on an inner shoulder 17 a of a tubular anchor guide 17 (cf. FIG. 1).
Diese rohrförmige Ankerführung 17 ragt mit einem kurzen Schaft 17b, in dem ein Dichtring 18 angeordnet ist, in das Ventilgehäuse 15.This tubular armature guide 17 projects with a short shaft 17 b, in which a sealing ring 18 is arranged, into the valve housing 15 .
An dem festen Magnetanker 4 ist ein magnetischer Blindkörper 19 befestigt, der als eine relativ dünne Scheibe 19a ausgebildet ist. Die dünne Scheibe 19a besteht vorzugsweise aus Messing. Über die Dicke dieser Scheibe 19a läßt sich die magnetische Wirkung regulieren.On the fixed magnet armature 4 , a magnetic dummy body 19 is attached, which is designed as a relatively thin disc 19 a. The thin disc 19 a is preferably made of brass. The magnetic effect can be regulated via the thickness of this disk 19 a.
Die Biegefeder 7 zwischen dem festen Magnetanker 4 und dem beweglichen Magnetanker 5 ist derart ausgelegt, daß sich zusammen mit dem Magnetkennlinienfeld eine definierte Ventilöffnung in Abhängigkeit des eingestellten Steuerstroms ergibt. The spiral spring 7 between the fixed magnet armature 4 and the movable magnet armature 5 is designed in such a way that, together with the magnetic characteristic field, there is a defined valve opening as a function of the set control current.
Gemäß den Fig. 2a und 2b wird ein 3/3-Wege-Regelventil geschaffen, durch eine Verbindungsleitung 20 von der Druckseite P eines ersten Elektromagnetventils 1 zu der Entlüftungsleitung R eines zweiten Elektromagnetventils 1 und durch einen gemeinsamen Anschluß an die Arbeitsleitung A.Referring to FIGS. 2a and 2b, a 3/3-way control valve is provided by a connection line 20 from the pressure side P of a first solenoid valve 1 to the venting line R of a second solenoid-operated valve 1 and by a common terminal connected to the working line A.
Eine andere Kombination (Fig. 3) aus zumindest zwei Elektromagnetventilen 1 aufgrund einer Verbindungsleitung 21 zwischen den Druckseiten P, bei jeweils von einem Elektromagnetventilpaar 1a ausgehenden, getrennen Arbeitsleitungen A über Anschlußleitungen 22a und 22b zu einem Verbraucher 23, der aus einer Kolben- Zylinder-Einheit 23a besteht, führt zu einer Positionsregelung 24 und zu einem 5/3- Ventil. Von den einzelnen Elektromagnetspulen 2 sind die Kontakte 25 erkennbar.Another combination ( Fig. 3) of at least two electromagnetic valves 1 due to a connecting line 21 between the pressure sides P, with each starting from a pair of electromagnetic valves 1 a, separate working lines A via connecting lines 22 a and 22 b to a consumer 23 , which consists of a piston - Cylinder unit 23 a exists, leads to a position control 24 and a 5/3 valve. The contacts 25 can be seen from the individual electromagnetic coils 2 .
BezugszeichenlisteReference list
1 Elektromagnetventil
1a Elektromagnetventilpaar
2 Elektromagnetspule
3 Magnetjoch
4 fester Magnetanker
5 beweglicher Magnetanker
5a Endabschnitt
5b Führungsschaftdurchmesser
5c Kreisquerschnitt
5d Abschluß
5e Flanschring
5f Innenseite
6 Luftspalt
7 Biegefeder
8 abgewandtes Ende
9 Ventildichtung
9a Dichtungskörper
10 Ventilsitz
11 Medienanschluß
12 konische Außenform
13 Fassung
14 Schraubenfeder
14a Schraubenfederende
14b Schraubenfederende
15 Ventilgehäuse
15a Absatz
16 Stützfläche
17 rohrförmige Ankerführung
17a Innenabsatz
17b kurzer Schaft
18 Dichtring
19 magnetischer Blindkörper
19a dünne Scheibe
20 Verbindungsleitung
21 Verbindungsleitung
22a Anschlußleitung
22b Anschlußleitung
23 Verbraucher
23a Kolben-Zylinder-Einheit
24 Positionsregelung
25 Kontakte 1 solenoid valve
1 a pair of solenoid valves
2 electromagnetic coil
3 magnetic yoke
4 fixed magnetic anchors
5 movable magnetic armatures
5 a end section
5 b guide shaft diameter
5 c circular cross section
5 d degree
5 e flange ring
5 f inside
6 air gap
7 spiral spring
8 opposite end
9 valve seal
9 a sealing body
10 valve seat
11 Media connection
12 conical outer shape
13 version
14 coil spring
14 a coil spring end
14 b coil spring end
15 valve housing
15 a paragraph
16 support surface
17 tubular anchor guide
17 a interior heel
17 b short shaft
18 sealing ring
19 magnetic dummy
19 a thin disc
20 connecting line
21 connecting line
22 a connecting cable
22 b connecting cable
23 consumers
23 a piston-cylinder unit
24 position control
25 contacts
Claims (11)
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