DE2501844A1

DE2501844A1 - Solenoidventil

Info

Publication number: DE2501844A1
Application number: DE19752501844
Authority: DE
Inventors: Pierluigi De Stefani
Original assignee: STEFANI TECNOMEC PRECISA SOC
Current assignee: STEFANI TECNOMEC PRECISA SOC
Priority date: 1974-01-29
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1975-07-31
Also published as: JPS5518306B2; DE7501289U; GB1449780A; JPS50114616A; IT1007143B

Description

Hernö, - 8000 München 40,

p.-eiligrathstraße 19 . , , ■ Eisenacher StraBe 17

ο Ü:pl.-!ng. ^. H. tahr _Pal._Anw._Bel2lw

Dipl.-Phys. Eduard Seizlsr ⁵¹⁰¹⁴ DIpl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl se 30«

Telegrammanschrift: ** ^r Telearammanäehrift·

Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babetzpat MOn*en"

Telex 08229853 Telex 5215360

Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank München SS2

_ Dresdner Bank AG Herne 7-520

2501844 Postscheckkonto Dortmund 65368-487

^Ref-^: MO 5038 B/ks

In der Antwort bitte angeben Zuschrift bitte "ach: J

17. Januar 1975

SOCIETA¹ ITALIANA TECNOMECCANICA "LA PRECISA" di Dr. P.e.G. de STEFANI S.A.S., Viale dell⁵Industria 31, PADOVA, Italien

Solenoidventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Solenoidventil zur Steuerung der Gasströmung in einer Leitung mit einem mit einem Ventilsitz in der Leitung zusammenwirkenden Ventilverschlußglied, einer das Ventilverschlußglied auf den Ventilsitz drückenden Andruckfeder und einer Solenoidanordnung, bestehend im wesentlichen aus einem Elektromagneten und einem relativ dazu beweglichen Anker, der mechanisch mit dem VentilVerschlußglied derart verbunden ist, daß er bei Erregung das Ventilverschlußglied gegen die Wirkung der Andruckfeder vom Ventilsitz abhebt.

Solenoidventile dieser Art finden besonders bei Haushaltsgasgeräten Anwendung. Bei solchen Haushaltsgasgeräten ist

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gewöhnlich ein Solenoid betätigtes Ventil in der Gasversorgungsleitung angeordnet, die zu dem gasbetriebenen Gerät führt, wobei der Gasdruck auf das Ventilverschlußglied im Sinne einer Andrückfeder wirkt.

Im allgemeinen ist in einem Solenoidventil dieser Art bis: jetzt das Ventilverschlußglied am Ende eines Schaftes ange- ordnet _t dessen anderes Ende an dem beweglichen Anker der Solenoideinheit angebracht ist, so daß die Verschiebungen des Ventilverschlußgliedes und des Ankers in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Ventilsitzes erfolgen.

Ist das Solenoidventil geschlossen, dann wird das Ventilverschlußglied gegen den Ventilsitz durch eine Kraft R gehalten, die die Resultierende der Kräfte ist, die durch den Gasdruck und die Andruckfeder ausgeübt werden. Unter diesen Bedingungen befindet sich der bewegliche Anker der Solenoidvorrichtung in einer Extremstellung bezüglich der Polstücke des Elektromagneten. Dies bedeutet in anderen Worten, daß die Solenoidanordnung in einem Zustand maximalen Luftspaltes zwischen Elektromagneten und Anker steht. Um das Öffnen des Ventils zu bewirken, d.h. das Ventilverschlußglxed vom Ventilsitz abzuheben, muß der Elektromagnet über diesen maximalen Luftspalt eine Anziehkraft P auf den beweglichen Anker ausüben, die größer als die Gegenkraft R ist, die auf das Ventilverschlußglied durch die kombinierte Wirkung von Gasdruck und Andruckfeder ausgeübt wird.

Infolgedessen ist es üblich, die Elektromagneten in Solenoidventilen dieser Art so auszulegen, daß die Größe der Kraft F unter den Bedingungen des maximalen Luftspaltes zwischen Elektromagnet und Anker ausreicht.

Sobald das Ventilverschlußglied bis zum Lösen vom Ventilsitz angehoben ist, verschwindet die auf den Gasdruck zurückgehende Komponente der Kraft R scheinbar. Von diesem Augenblick an

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muß zum weiteren Anheben des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz der Elektromagnet nur die auf die Anzugfeder zurückgehende entgegenwirkende Kraft überwinden. Im Hinblick auf die Tatsache, daß der Elektromagnet so ausgelegt ist, daß er bei maximalem Luftspalt eine Anziehkraft ausübt, die größer als die auf die Andruckfeder allein zurückgehende Kraft ist, und im Hinblick auf die Tatsache, daß die Anzieh-» kraft eines Elektromagneten annähernd umgekehrt mit dem Quadrat des Luftspaltes zunimmt, ergibt sich folgendes:

(i) Die vom Elektromagneten unmittelbar vom anfänglichen Abheben'des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz ausgeübte Kraft überschreitet beträchtlich die Kraft, die ausreichend ist, um die Wirkung der Andruckfeder zu überwinden und das vollständige Abheben des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz zu bewerkstelligen; und

(ii) die vom Elektromagneten ausgeübte überschüssige Kraft nimmt rapid zu, bis das Anheben des Ventilverschlußgliedes beendet ist, d.h. bis der Luftspalt auf null reduziert wurde.

Infolgedessen hat die Verwendung eines entsprechend den bekannten Techniken dimensionierten Elektromagneten in einem solchen Solenoid betätigten Ventil den Nachteil, daß ein Elektromagnet zum Einsatz kommen muß, der überdimensioniert ist, erhöhte Kosten verursacht und eine bezüglich der erforderlichen Kraft überschüssige Kraft liefert. Darüber hinaus verursacht beim Öffnen des Solenoidventils die überschüssige Anziehkraft des Elektromagneten ein beträchtliches und unschönes Geräusch infolge des Schlages des beweglichen Ankers gegen den Elektromagneten in dem Augenblick, in dem sich der Luftspalt auf null reduziert.

Hauptaufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Solenoidventils mit einem Elektromagneten, der reduzierte Leistung und reduzierte Abmessungen im Vergleich zu Leistung

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und Abmessungen bisher benutzter Elektromagneten aufweist und einen geringeren Überschuß an Anziehkraft vom Augenblick des anfänglichen Lösens des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz bis zum vollständigen Abheben des Verschlußgliedes liefert.

Die Erfindung geht somit aus von einem Solenoidventil zur Steuerung der Gasströmung in einer Leitung mit einem mit einem Ventilsitz in der Leitung zusammenwirkenden Ventil-Verschlußglied, einer das Ventil Verschlußglied auf den Ventilsitz drückenden Andruckfeder und einer Solenoidanordnung, bestehend im wesentlichen aus einem Elektromagneten und einem relativ dazu beweglichen Anker, der mechanisch mit dem Ventilverschlußglied derart verbunden ist, daß er bei Erregung das Ventilverschlußglied gegen die Wirkung der Andruckfeder vom Ventilsitz abhebt, und kennzeichnet sich dadurch, daß die mechanische Verbindung zwischen Ventilverschlußglied und beweglichem Anker des Elektromagneten einen Hebel enthält, der Schwenkverbindungen mit dem Ventilverschlußglied und dem Anker aufweist, und das die Lage des Drehpunktes des Hebels sich während des Abhebens des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz aus einer ersten Stellung, in der die Bewegung des Ventilverschlußgliedes kleiner als die entsprechende Bewegung des Ankers ist, in eine zweite Stellung endet» in der die Bewegung des VentilVerschlußgliedes größer als die entsprechende Bewegung des Ankers ist.

Die Vorteile einer solchen Anordnung gemäß der Erfindung bestehen darin, daß durch die Änderung der Lage des Drehpunktes des Hebels zusammen mit dem Anheben des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz der Hebel die Anziehkraft des Elektromagneten während eines ersten Teiles des Hubes des Ankers vergrößert und diese Kraft sich während eines zweiten Teiles des Hubes verkleinert, bis der Luftspalt auf den Wert null zurückgegangen ist. Auf diese Weise wird es möglich, einen Elektromagneten mit Abmessungen und Leistung zu verwenden,

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die bezüglich der bisher in solchen Solenoidventilen verwendeten Elektromagneten verringert sind. Da der Elektromagnet eine geringere Leistung in Bezug auf den Elektromagneten bei üblichen Solenoidventilen aufweist, ist auch das Arbeitsgeräusch des Ventils beträchtlich reduziert.

Weitere nicht unbeträchtliche Vorteile liegen in der Tatsache, daß die Verbindung über einen Hebel zwischen Ventilverschlußglied und beweglichem Anker des Elektromagneten konstruktiv sehr einfach, wirtschaftlich und leicht in der Praxis zu verwirklichen ist.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1-3 schematische Schnittdarstellungen eines Solenoidventils gemäß der Erfindung in verschiedenen Arbeitsstellungen; und in

Fig. 4 und 5 schematisch zwei Varianten des Solenoidventils nach den Figuren 1 bis 3.

Nach den Figuren 1 bis 3 weist ein Solenoidventil gemäß der Erfindung eine Solenoidvorrichtung 1 auf, die auf einem Träger 1a sitzt und aus einem Elektromagneten 2 und einem relativ dazu beweglichen Anker 3 besteht. Der Anker 3 ist mechanisch mit einem Ventilverschlußglied 4 in später noch näher zu erörternder Weise verbunden.

Das Ventilverschlußglied 4 sitzt in einer Gasversorgungsleitung, die beispielsweise durch die Leitungsabschnitte 5, 5a gebildet wird, wobei das Ventilverschlußglied 4 mit einem Ventilsitz 6 so zusammenwirkt, daß die durch die Teile a und b angedeutete Gasströmung zu einem nicht gezeichneten

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Brenner unterbrochen werden kann.

Eine Andruckfeder 7 drückt das Ventilverschlußglied 4 auf den Ventilsitz 6, um dadurch einen dichten Abschluß herzustellen. ■

Das Ventilverschlußglied 4 wird von einem Schaft β getragen, der von der Leitung 5 durch eine Öffnung 9 vorsteht, in welcher der Schaft 8 gasdicht eingepaßt ist.

Auf den Außenseite der Leitung 5 ist der Schaft 8 schwenkbar mit dem einen Ende 10 eines Hebels 11 verbunden, dessen anderes Ende 12 schwenkbar mit dem Anker 3 des Elektromagneten 2 verbunden ist.

Befindet sich das Ventilverschlußglied 4 in abdichtender Berührung mit-dem Ventilsitz 6, wie es in Fig. 1 dargestellt -ist, d.h. im geschlossenen Zustand des Ventils, dann ruht der Hebel 11 auf einem ersten Drehpunkt 13, dessen Lage so gewählt ist, daß der Widerstndsarm (b ) des Hfoels 11 kleiner als der Kraftarm (b ) ist.

Ein zweiter Drohpunkt 14 für den Hebel befindet sich in einer Stellung, die so gewab.lt ist, daß der Drehpunkt 14 den Hebel 11 erfaßt, wenn sich letzterer über den ersten Drehpunkt 13 bewegt. Darüber hinaus ist die Lage des Drehpunktes 14 derart gewählt, daß beim Auf ruhen des Hebels 11 auf diesem Drehpunkt der Widerstandsarm (b'_r) des Hebels größer als der Kraftarm (b¹ \ ist. Diese Stellung ist in Fig. 3 wiedergegeben.

Das beschriebene Solenoidventil arbeitet nunmehr wie folgt:

Befindet sich das Ventilverschlußglied 4 in_einer geschlossenen Stellung auf dem Ventilsitz 6, dann wirkt eine Kraft R auf das Ventilverschlußglied 4, die die Resultierende der

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«ν „,

Kraft aus der Feder 7 und der Kr aft infolge des Gasdruckes der Leitung 5 ist. Bei diesem Zustand des Ventils ruht der Hebel 11 auf dem ersten Drehpunkt 13 und die Solenoidanordnung 1 befindet sich im Zustand maximalen Luftspaltes (Fig. 1) zwischen Elektromagnet 2 und Anker 3.

Infolge des Hebels 11 und der Lage seines ersten Drehpunktes 13 läßt sich die Solenoidanordnung 1 so dimensionieren, daß die bei Erregung ausgeübte Kraft bei maximalem Luftspalt, multipliziert mit dem Verhältnis zwischen dem Kraftarm b und dem Widerstandsarm b des Hebels 11 etwas die Kraft R übersteigt, 'die dem anfänglichen Abheben des Ventilverschlußgliedes vom Ventilsitz 6 entgegenwirkt, unter der Voraussetzung, daß in diesem Zustand das Verhältnis b_/b > 1 ist« Nach dem anfänglichen Ablösen des Ventilverschlußgliedes 4 vom Ventilsitz 6 nimmt die Kraft R ziemlich plötzlich ab, da die Größe der Kraftkomponente infolge des Gasdruckes faktisch auf null reduziert ist. Dem weiteren Anheben des Ventilverschlußgliedes wirkt lediglich die Kraft der Andrückfeder 7 entgegen.

Während des Anhebens des Ventilverschlußgliedes vom Ventil.— sitz 6 wird die Anziehkraft des Elektromagneten, die umgekehrt proportional zum Quadrat des Luftspaltes zunimmt, wirksam durch das Verhältnis b /b vergrößert, bis der Hebel 11

ir ^

in seiner Winkelbewegung um den ersten Drehpunkt 13 zur Berührung mit dem zweiten.Drehpunkt kommt, wie es in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Von diesem Augenblick an erfolgt, bis der Luftspalt auf den Wert null zurückgegangen ist, die Winkelbewegung des Hebels 11 um den zweiten Drehpunkt 14 und während dieser Bewegung ist der Widerstandsarm (b¹ ) des Hebels 11 größer als der Kraftarm (b¹ ), so daß der Verstärkungsfaktor der Anziehkraft des Elektromagneten 2 <: ist, d.h. die auf das Ventilverschlußglied durch den Hebel ausgeübte Kraft geringer als die Kraft ist, die vom Elektromagneten 2 auf den Anker 3 ausgeübt wird.

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Der Hebel 11 wirkt somit als einfache Einrichtung zur Verstärkung oder Reduzierung der auf das Ventilverschlußglied durch den Elektromagneten ausgeübten Kraft.

Während des Abhebens des Ventilverschlußgliedes 4 vom Ventilsitz 6 überschreitet die Verschiebung des Endes 10 des Hebels

II und damit des Ventilverschlußgliedes 4 die Verschiebung des Endes 12 und damit des Ankers 3 um den Multiplikationsfaktor von b^f _r/b» .

In den Figuren 4 und 5 sind zwei Varianten des eben beschriebenen Solenoidventils wiedergegeben. Nach Fig. 4 ist der Schaft 8 des Ventilverschlußgliedes 4 gelenkig an einen Hebel

III an der Stelle 110 des Hebels zwischen dessen Enden 111a und 111b angeschlossen. Der bewegliche Anker 3 des Elektromagneten 2 ist gelenkig an den Hebel 111 an dem Punkt 112 zwischen dem Drehverbindungspunkt 10 des Schaftes 8 und dem Ende 111a des Hebels 111 angeschlossen.

Befindet sich das Ventilverschlußglied 4 in seiner geschlossenen Stellung in Berührung mit dem entsprechenden Ventilsitz 6, dann ruht das Ende 111b des Hebels 111 auf einem ersten festen Drehpunkt 113, der so angeordnet ist, daß der Kraftarm b¹ des Hebels 111 größer als der Widerstandsarm b¹ ist. Das andere Ende 111a des Hebels 111 ruht auf einem festen Anschlag 115. Ein zweiter Drehpunkt 114 ist in der Nachbarschaft des Anschlags 115 in solcher Lage angeordnet, daß der Drehpunkt 114 vom Hebel 111 während der Winkelbewegung des Hebels um den ersten Drehpunkt 113 erfaßt wird.

Wenn sich das Solenoidventil öffnet, dann wird der vom Elektromagneten 2 angezogene Hebel 111 winkelmäßig um den ersten Drehpunkt 113 bewegt, so daß die vom Elektromagneten 2 aufgebrachte Anziehkraft vom Hebel 11 im Verhältnis t» /b_r multipliziert wird. Diese Multiplikationswirkung auf die Anziehkraft des Elektromagneten 2 dauert an, bis das Ende 111a des Hebels 111,

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das durch den Elektromagneten 2 angezogen wird, den zweiten Drehpunkt 114 erfaßt, worauf sich eine Bewegung des Hebels 111 um den zweiten Drehpunkt 114 anschließt mit einem Kraft arm b¹ , der kleiner ist als der Widerstandsarm b¹ . Die vom Elektromagneten 2 ausgeübte Anziehkraft wird nunmehr mit einem Faktor ])^! /b¹ multipliziert, der < < Λ ist«

Bei der Variante nach Fig. 5 ist der Schaft 8 des Ventilver-Schlußgliedes 4 schwenkbar mit einem Hebel 211 an, der Stelle

210 des Hebels zwischen dessen Enden 211a und 211b angeschlossen. Das Ende 211a des Hebels 211 ruht auf einem festen ersten 'Drehpunkt 213. Das bewegliche Ankerelement 3 des Elektromagneten 2 ist schwenkbar an den Hebel 211 an der Stelle 212 des letzteren zwischen der Stelle 210, an der der Schaft 8 drehbar befestigt ist, und dem Ende 211b des H&els

211 angeschlossen. An dem Ende 211a des Hebels 211 ist ein Ende 311a eines zweiten Hebels 311 angeschlossen, dessen anderes Ende 311b schwenkbar mit einem zweiten festen Drehpunkt 214 verbunden ist. Der Hebel 311 liegt in der gleichen Ebene, in der die Drehbewegungen des Hebels 211 um den Drehpunkt 213 erfolgen. Die Lage des zweiten Drehpunktes 214 ist so gewählt_r daß bei in geschlossener Stellung auf dem entsprechenden Ventilsitz 6 befindlichem Ventilverschlußglied der Hebel 311 winkelmäßig in Richtung der Solenoidanordnung 1 relativ zum Hebel 211,bewegt wird, so daß bei Erregung des Solenoids die Wirkungslinie der Anziehkraft des Elektromagneten 2 die Längsachse des Hebels 311 an einer Stelle zwischen dem Ende 311b des Hebels und der Schnittstelle des Hebels 311 mit der Wirkungslinie der Kraft schneidet, welche dem Anheben des Ventilverschlußgliedes 4 entgegenwirkt.

Im Augenblick des Lösens des Ventilverschlußgliedes 4 vom Ventilsitz δ und für einen Anfangsteil des Anhebens des Ventilverschlußgliedes 4 bewegt sich der Hebel 211 winkelmäßig um den ersten Drehpunkt 213 und vergrößert damit die

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Anziehkraft des Elektromagneten 2. Nach einer vorbestimmten Winkelverschiebung ruht der Hebel 211 vollständig gegen den Hebel 311. Von diesem Augenblick an bilden die Hebel 211 und 311 tatsächlich einen einzigen kombinierten Hebel, der bei Anziehen durch den Elektromagneten 2 sich um den zweiten Drehpunkt 14 verschwenkt. Während dieser Schwenkbewegung multipliziert der kombinierte Hebel die Anziehkraft des Elektromagneten 2 mit einem Faktor, der ■< 1 ist*

Patentanspruch;

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Claims

Patentanspruch

Solenoidventil zur Steuerung der Gasströmung in einer Leitung mit einem mit einem Ventilsitz in der Leitung zusammenwirkenden Ventilverschlußglied, einer das Ventilverschlußglied auf den. Ventilsitz drückenden Andruckfeder und einer Solenoidanordnung, bestehend im we sent- " liehen aus einem Elektromagneten und einem relativ dazu beweglichen Anker, der mechanisch mit dem Ventilverschlußglied derart verbunden ist, daß er bei Erregung das Ventilverschlußglied gegen die Wirkung der Andruckfeder vom Ventilsitz abhebt, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung zwischen Ventilverschlußglied (4) und beweglichem Anker (3) des Elektromagneten (2) einen Hebel (11, 111) enthält, der Schwenkverbindungen (10, 11Oj 12, 112) mit dem Ventilverschlußglied (4) und dem Anker (3) aufweist, und daß die Lage des Drehpunktes des Hebels (11, 111) sich-während des Abhebens des Ventilverschlußgliedes (4) vom Ventilsitz (6) aus einer ersten Stellung, in der die Bewegung des Ventilverschlußgliedes (4) kleiner als die entsprechende Bewegung des Ankers (3) ist, in eine zweite Stellung ändert, in der die Bewegung des Ventilverschlußgliedes (4) größer als die entsprechende Bewegung des Ankers (3) ist.

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