DE102019131488A1 - Electromagnet - Google Patents
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Abstract
Es sind Elektromagneten, beispielsweise zur Betätigung von Ventilen mit einem Anker (20), einem Kern (18), einer Spule (10) und einem Joch (16), wobei der Anker (20) mehrere axial hintereinander liegende Abschnitte (26, 32, 34) mit unterschiedlichen Durchmessern (D1, D2, D3) aufweist, bekannt.Um die Öffnungskraft bei Verringerung der Bauhöhe zu vergrößern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Anker (20) genau drei verschiedene Durchmesser (D1, D2, D3) aufweist und ein erster axialer Abschnitt (26) mit einem kleinsten Durchmesser (D1) in eine radial innere Öffnung (30) des Kerns (18) bewegbar ist, ein zweiter axialer Abschnitt (32) mit einem mittleren Durchmesser (D2) in das radial Innere eines radial äußeren ringförmigen Vorsprungs (36) des Kerns (18) bewegbar ist, der sich axial in Richtung eines dritten Abschnitts (34) des Ankers (20) erstreckt, der einen maximalen Durchmesser (D3) aufweist und in Richtung des radial äußeren ringförmigen Vorsprungs (36) des Kerns (18) bewegbar ist, wobei die Differenz zwischen dem Durchmesser (D3) des dritten Abschnitts (34) und dem Durchmesser (D2) des zweiten Abschnitts (32) kleiner ist als die Differenz zwischen dem Durchmesser (D2) des zweiten Abschnitts (32) und dem ersten Durchmesser (D1) des ersten Abschnitts (26) des Ankers (20).They are electromagnets, for example for actuating valves with an armature (20), a core (18), a coil (10) and a yoke (16), the armature (20) having several sections (26, 32, 34) with different diameters (D1, D2, D3), known. In order to increase the opening force when reducing the overall height, it is proposed according to the invention that the armature (20) has exactly three different diameters (D1, D2, D3) and one first axial section (26) with a smallest diameter (D1) is movable into a radially inner opening (30) of the core (18), a second axial section (32) with a mean diameter (D2) into the radially interior of a radially outer one annular projection (36) of the core (18) is movable, which extends axially in the direction of a third section (34) of the armature (20) which has a maximum diameter (D3) and in the direction of the radially outer annular projection (36) of the core (18) movable r, wherein the difference between the diameter (D3) of the third section (34) and the diameter (D2) of the second section (32) is smaller than the difference between the diameter (D2) of the second section (32) and the first Diameter (D1) of the first section (26) of the armature (20).
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem Anker, einem Kern, einer Spule und einem Joch, wobei der Anker mehrere axial hintereinander liegende Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.The invention relates to an electromagnet with an armature, a core, a coil and a yoke, the armature having a plurality of sections axially one behind the other with different diameters.
Elektromagneten, insbesondere solche, die zur Betätigung von Ventilen eingesetzt werden sind allgemein bekannt und werden in einer Vielzahl von Anmeldungen beschrieben. Dabei wird die durch eine Bestromung einer Spule erzeugte magnetische Anziehungskraft genutzt, um einen Anker in Richtung eines Kerns zu ziehen, wobei durch den Kern, den Anker, das Joch und gegebenenfalls vorhandene magnetische Rückschlusselemente ein magnetischer Kreis geschlossen wird.Electromagnets, in particular those that are used to operate valves, are generally known and are described in a large number of applications. The magnetic force of attraction generated by energizing a coil is used to pull an armature in the direction of a core, a magnetic circuit being closed by the core, the armature, the yoke and any magnetic return elements that may be present.
Ein derartiges Elektromagnetventil wird beispielsweise in der
Des Weiteren ist aus der
Bei kleinen gewünschten Hüben von beispielsweise etwa 2mm sind jedoch bei den bekannten Elektromagneten die benötigten magnetischen Kräfte zur Betätigung häufig nicht ausreichend oder die Spule muss so groß ausgelegt werden, dass der benötigte Bauraum zu groß ist.In the case of small desired strokes of, for example, about 2 mm, however, in the known electromagnets the required magnetic forces for actuation are often insufficient or the coil must be designed so large that the required installation space is too large.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Elektromagneten zur Verfügung zu stellen, der bei geringem gewünschtem Hub einerseits möglichst klein gebaut werden kann, so dass sowohl die maximale Bauhöhe gering ist als auch das verwendete Spulenmaterial reduziert werden kann, und andererseits hohe magnetische Kräfte erzeugen kann.The object is therefore to provide an electromagnet that can be built as small as possible with the desired short stroke, so that both the maximum overall height is low and the coil material used can be reduced and, on the other hand, can generate high magnetic forces .
Diese Aufgabe wird durch einen Elektromagneten mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an electromagnet with the features of main claim 1.
Dadurch, dass der Anker genau drei verschiedene Durchmesser aufweist und ein erster axialer Abschnitt mit einem kleinsten Durchmesser in eine radial innere Öffnung des Kerns bewegbar ist, ein zweiter axialer Abschnitt mit einem mittleren Durchmesser in das radial Innere eines radial äußeren ringförmigen Vorsprungs des Kerns bewegbar ist, der sich axial in Richtung eines dritten Abschnitts des Ankers erstreckt, der einen maximalen Durchmesser aufweist und in Richtung des radial äußeren ringförmigen Vorsprungs des Kerns bewegbar ist, wobei die Differenz zwischen dem Durchmesser des dritten Abschnitts und dem Durchmesser des zweiten Abschnitts kleiner ist als die Differenz zwischen dem Durchmesser des zweiten Abschnitts und dem Durchmesser des ersten Abschnitts des Ankers, werden für kleine Hübe sehr hohe Öffnungskräfte bei sehr geringer Spulenbauhöhe erreicht. Zusätzlich kann die Magnetkraft bei geringen Hüben auf einem konstanten Niveau gehalten werden.Because the armature has exactly three different diameters and a first axial section with a smallest diameter can be moved into a radially inner opening of the core, a second axial section with a mean diameter can be moved into the radially interior of a radially outer annular projection of the core which extends axially towards a third portion of the armature which has a maximum diameter and is movable in the direction of the radially outer annular projection of the core, the difference between the diameter of the third portion and the diameter of the second portion being smaller than that Difference between the diameter of the second section and the diameter of the first section of the armature, very high opening forces are achieved for small strokes with a very low overall coil height. In addition, the magnetic force can be kept at a constant level with small strokes.
Vorzugsweise entspricht die axiale Länge des ersten axialen Abschnitts der 0,9 bis 1,1-fachen der axialen Länge des zweiten axialen Abschnitts, welche dem 0,9 bis 1-fachen des Maximalhubs des Elektromagneten entspricht. Die Hubhöhe wird dabei durch den zweiten axialen Abschnitt bestimmt. Eine größere Ausbildung des ersten Abschnitts würde zu keiner weiteren Öffnungskraftverstärkung führen, so dass der Materialeinsatz und damit das Gewicht minimiert werden.The axial length of the first axial section preferably corresponds to 0.9 to 1.1 times the axial length of the second axial section, which corresponds to 0.9 to 1 times the maximum stroke of the electromagnet. The lifting height is determined by the second axial section. A larger design of the first section would not lead to any further amplification of the opening force, so that the use of material and thus the weight are minimized.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Anker an seiner vom Kern abgewandten Seite eine radial innere kegelstumpfförmige Ausnehmung aufweist. Während durch eine derartige Ausbildung eine hohe Gewichtsersparnis erzielt wird, bleibt der Kraftverlust sehr gering.Furthermore, it is advantageous if the armature has a radially inner frustoconical recess on its side facing away from the core. While a high weight saving is achieved through such a design, the loss of power remains very low.
Der radial äußere ringförmige Vorsprung des Kerns weist vorzugsweise eine größere radiale Ausdehnung auf als die Differenz des Durchmessers des dritten axialen Abschnitts und des Durchmessers des zweiten axialen Abschnitts des Ankers. Somit kann der Kern direkt im Spulenträger beziehungsweise im Rückschlussblech eingelassen werden, während für die Führung des Ankers zusätzlich eine Buchse im Spulenträger verbaut werden kann.The radially outer annular projection of the core preferably has a greater radial extent than the difference between the diameter of the third axial section and the diameter of the second axial section of the armature. The core can thus be embedded directly in the coil carrier or in the return plate, while a bushing can also be installed in the coil carrier to guide the armature.
Zusätzlich ist die radial innere Öffnung des Kerns geringfügig breiter als der Durchmesser des ersten axialen Abschnitts des Ankers und ein Innendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs des Kerns ist geringfügig breiter als der Durchmesser des zweiten axialen Abschnitts des Ankers, um eine gute Bewegbarkeit des Ankers beim Eintauchen in den Kern zu gewährleisten.In addition, the radially inner opening of the core is slightly wider than the diameter of the first axial section of the armature and an inner diameter of the annular projection of the core is slightly wider than the diameter of the second axial section of the armature in order to allow good mobility of the armature when it is immersed in the Ensure core.
Vorzugsweise ist der Anker in einer Buchse geführt, deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Kerns entspricht, so dass der Spulenträger mit einem über die gesamte axiale Baulänge gleichbleibendem Innendurchmesser ausgeführt werden kann.The armature is preferably guided in a bushing, the outer diameter of which corresponds to the Corresponds to the outer diameter of the core, so that the coil carrier can be designed with an inner diameter that is constant over the entire axial length.
Zur leichteren Montage des Kerns aber auch zur zusätzlichen Bündelung der Feldlinien und damit Vermeidung eines abrupten Abfalls der Magnetkraft nach dem Verlassen der Öffnungsposition ist am radial äußeren Rand des ringförmigen Vorsprungs des Kerns eine Fase ausgebildet.For easier assembly of the core but also for additional bundling of the field lines and thus avoidance of an abrupt drop in the magnetic force after leaving the open position, a bevel is formed on the radially outer edge of the annular projection of the core.
Ein derartiger Elektromagnet weist entsprechend bei sehr kleiner axialer Baulänge für kleine Hübe sehr hohe Öffnungskräfte auf. Dabei ist das Gewicht des Elektromagneten sehr gering und der Aufbau einfach, so dass Herstellkosten eingespart werden.Such an electromagnet accordingly has very high opening forces with a very small overall axial length for small strokes. The weight of the electromagnet is very low and the structure is simple, so that manufacturing costs can be saved.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromagneten ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektromagneten.
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1 shows a schematic side view of an electromagnet according to the invention.
Der erfindungsgemäße Elektromagnet besteht aus einer Spule
Der Anker
Der Anker
An den ersten axialen Abschnitt
An den zweiten axialen Abschnitt
Der ringförmige Vorsprung
Am vom Kern
Ein derartig aufgebauter Elektromagnet erzeugt trotz einer deutlich verringerten Bauhöhe im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen eine erhöhte Magnetkraft bei geringen Maximalhüben, die bei geringen Gesamthüben auf einem konstanten Niveau gehalten werden kann.In spite of a significantly reduced overall height compared to known embodiments, an electromagnet constructed in this way generates an increased magnetic force with small maximum strokes, which can be kept at a constant level with small total strokes.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruchs möglich sind.It should be clear that the scope of protection is not limited to the exemplary embodiment described, but that various modifications are possible within the scope of the main claim.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102005058846 A1 [0003]DE 102005058846 A1 [0003]
- WO 2005/066982 A1 [0004]WO 2005/066982 A1 [0004]
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-
2019
- 2019-11-21 DE DE102019131488.7A patent/DE102019131488A1/en active Pending
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