DE2823257A1 - MAGNETIC VALVE - Google Patents
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Description
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April 12, 1978
Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil oder Stellmagnet nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei herkömmlichen, für hydraulische oder pneumatische Anwendung geeigneten Magnetventilen ist es bekannt, die Magnetankerlagerung als Gleitführung auszubilden. Der Außenmantel des Magnetankers ist dann meist mit einer Chromschicht versehen. Diese antimagnetische Zwischenschicht isoliert den Anker magnetisch vom Führungsrohr. Es wird dadurch erreicht, daß die Radialkräfte durch diese Zwischenschicht hindurch infolge der Begrenzung auf einen endlichen Luftspalt nicht zu groß werden. Andererseits ergibt sich durch diese Dicke der antimagnetischen Zwischenschicht ein zusätzlicher Luftspalt, der meistens in der Größenordnung von ca. 0, 2 mm und darüber liegt. Dieser zusätzliche Luftspalt im magnetischen Kreis bedeutet entsprechende Verluste, die man allerdings durch eine relativ lange Ankerführung klein halten kann. Durch diese lange Ankerführung ist die K raft Schluß dichte im radialen Luftspalt relativ klein. Eine lange Ankerführung bedeutet aber gleichzeitig einen erheblichen Materialaufwand und gegebenenfalls größere Abmessungen des Ventils oder der Stelleinrichtung. Ein weiterer Nachteil bei einer langen Gleitankerführung besteht in den Reibungsverlusten und in der nicht absolut gesicherten Funktion bei ungünstigen Umgebungsbedingungen und Alterungserscheinungen. So können Langzeiteinflüsse durch korrosive Einwirkungen die Funktionssicherheit beispielsweise eines Magnetventils mit Magnetankerlagerung mit Gleitführung beeinflussen. Solche negativen Einflüsse sind umso stärker, je unregelmäßiger das Magnetventil in seinem Anwendungsbereich betätigt wird. Eine besonders unregelmäßige Anwendung ergibt sich beim Einsatz solcherThe invention is based on a solenoid valve or actuating magnet the genre of the main claim. In conventional solenoid valves suitable for hydraulic or pneumatic applications, it is known to design the armature mounting as a sliding guide. The outer jacket of the armature is then usually coated with a chrome layer Mistake. This non-magnetic intermediate layer magnetically isolates the armature from the guide tube. It is achieved in that the Radial forces through this intermediate layer do not become too great due to the limitation to a finite air gap. on the other hand This thickness of the anti-magnetic intermediate layer results in an additional air gap, which is usually in the order of magnitude of is approx. 0.2 mm and above. This additional air gap in the magnetic circuit means corresponding losses, which one however can keep small by a relatively long armature guide. Due to this long armature guide, the force is tight in the radial air gap relatively small. A long armature guide means, however, at the same time a considerable amount of material and possibly larger dimensions of the valve or the actuator. Another disadvantage of a long sliding armature guide is the friction losses and the not absolutely guaranteed function in unfavorable environmental conditions and signs of aging. So long-term influences can through Corrosive effects affect the functional reliability of, for example, a solenoid valve with a magnet armature bearing with a sliding guide. Such negative influences are stronger the more irregularly the solenoid valve is operated in its area of application. One special irregular application results from the use of such
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Magnetventile bei den sogenannten Antiblockier-Schutz sy stem en (ABS-Systemen). Bei ABS-Systemen werden die Magnetventile im Normalfail bekanntlich nur während einer eine Blockierung bewirkenden Vollbremsung betätigt. Es kann dann sein, daß das Magnetventil nicht mehr ansprechen kann oder nur verzögert anspricht, da sich hohe Reibungsverluste mit korrosiven Einflüssen verbinden. Im übrigen sind eine Vielzahl von Anwendungsfällen für Magnetventile, Stellmagneten u. dgl. möglich, bei denen eine Benutzung nur in größeren Zeitabständen erfolgt.Solenoid valves in the so-called anti-lock protection systems (ABS systems). In ABS systems, the solenoid valves fail normally is known to be actuated only during full braking which causes a blocking. It may then be that the solenoid valve does not can respond more or only respond with a delay, as high friction losses are combined with corrosive influences. Furthermore A large number of applications for solenoid valves, actuating magnets and the like are possible, in which use is only possible at longer time intervals he follows.
Es ist auch bekannt, als Alternative zu im Gleitlager gelagerten Magnetankern Lösungen mit Platt- oder Membranfedern zu verwenden, oder auch Magnetankerlagerungen mit kugellager geführten Magnetankern. Bei den erstgenannten Magnetankerlagerungen (mit Hilfe von Platt- oder Membranfedern) benötigt man wegen des größeren Bauvolumens größere Abmessungen, so daß das Magnetventil insgesamt in seinen Baumaßen größer wird.It is also known as an alternative to magnet armatures mounted in plain bearings To use solutions with flat or diaphragm springs, or also magnet armature bearings with ball bearing guided magnet armatures. The first-mentioned magnet armature bearings (with the help of flat or diaphragm springs) are required because of the larger construction volume larger dimensions, so that the overall dimensions of the solenoid valve are larger.
Bei der Lagerung mit Hilfe von Kugellagern laufen die Kugeln in einem Innenring, der auf einem Führungszapfen aufgebracht ist. Die Führungszapfen befinden sich beidseitig außerhalb des Magnetankers, also im Magnetjoch und im Abschlußdeckel.When stored with the help of ball bearings, the balls run in one Inner ring, which is applied to a guide pin. The guide pins are located on both sides outside of the armature, i.e. in the Magnetic yoke and in the cover.
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Funktionssicherheit bei geringstem zusätzlichem Bauaufwand verbessertThe solenoid valve according to the invention with the characterizing features the main claim has the advantage that the functional reliability improved with minimal additional construction effort
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ist und eine besonders leichtgangige Bewegung des Magnetankers im Führungsrohr sichergestellt ist.is and a particularly smooth movement of the armature in the Guide tube is ensured.
Diese leichtgängige Kugellagerführung für den Klagnetanker erfordert keine zusätzliche Baulänge und ist dort wirksam, wo die äußeren Magnetankerflächen im möglichst genauen Luftspaltabstand zu der umgebenden Wandung des Führungsrohrs gehalten werden müssen. Von besonderem Vorteil ist noch, daß die Erfindung eine sehr kostengünstige Lösung für eine Magnetankerlagerung bei Magnetventilen oder artverwandten Systemen gewährleistet, wobei der innere Strömungswiderstand des Ventils relativ klein ist, so dal» sich entsprechende Vorteile bei tiefen Temperaturen bzw. einer höheren Viskosität des Mediums, welches von dem Magnetventil geschaltet wird, ergeben.This smooth-running ball bearing guide for the Klagnetanker requires no additional length and is effective where the outer magnet armature surfaces must be kept as precise as possible from the air gap to the surrounding wall of the guide tube. Of special Another advantage is that the invention is a very inexpensive solution for a magnet armature mounting in solenoid valves or related ones Systems, with the internal flow resistance of the valve being relatively small, so there are corresponding advantages at low temperatures or a higher viscosity of the medium which is switched by the solenoid valve.
Vorteilhaft ist auch, daß die Ankerführung vergleichsweise kurz sein kann, so daß bei geringem Materialaufwand eine schnelle Umschaltzeit wegen der geringeren Massenträgheit möglich ist.It is also advantageous that the armature guide be comparatively short can, so that a fast switching time is possible due to the lower inertia with little material expenditure.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Magnetventils möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Laufbahnen für die Kugeln im Magnetanker und im Führungsrohr aus einem geeigneten harten Material bestehen, beispielsweise durch Verwendung von in Nuter, und Eindrehungen, eingelegte gehärtete Stahlblechstreifen. Hierdurch ergibt sich geringster Verschleiß, andererseits ist aber der Führungsluftspalt sehr klein, denn die Stahlblechstreifen sind, da sie aus magnetischem Stahl bestehen können, Teil des Magnetwegs. Daher sind auch die magnetischen Verluste besonders gering und ein funktions-The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the solenoid valve specified in the main claim are possible. It is particularly advantageous that the raceways consist of a suitable hard material for the balls in the armature and in the guide tube, for example by using of hardened sheet steel strips inserted in grooves and recesses. This results in minimal wear, but on the other hand the guide air gap is very small because the sheet steel strips are there because they are may be made of magnetic steel, part of the magnetic path. Therefore, the magnetic losses are particularly low and a functional
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sicheres Umschalten des i.iit der erfindungs gem äßen Magnetankerlage-safe switching of the i.iit of the fiction according to magnet armature position
istis
rung ausgerüsteten Magnetventiis/unter allen, auch ungünstigen Umständen, gegeben.equipped solenoid valve / under all, even unfavorable circumstances, given.
Schließlich ist von Vorteil, daß die die Kugeln aufnehmenden,Innenringe des Magnetankers bildenden Nuten fertigungstechnisch in einer Aufspannung hergestellt werden können, so daß sie absolut konzentrisch sind; das gleiche trifft für die abgestufte Bohrung im Führungsrohr zu, die mit einem gehärteten Stahlblechring als Gegenlaufbahn ausgelegt ist.Finally, it is advantageous that the inner rings which receive the balls the grooves forming the magnet armature can be manufactured in a single setup, so that they are absolutely concentric are; the same applies to the stepped bore in the guide tube, which is designed with a hardened sheet steel ring as a mating track is.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist i.n der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Form eines Teilausschnitts den Lager- und Führungsbereich für einen Magnetanker bei einem Magnetventil im Querschnitt.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. The drawing shows the storage and guide area in the form of a partial section for a magnet armature in a solenoid valve in cross section.
Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, die die Kugeln für die Kugellagerung des Magnetankers aufnehmenden Ringe in Ringnuten unmittelbar im Magnetanker selbst anzuordnen und die Laufbahnen für die Kugeln sowohl im Magnetanker als auch im diesen umgebenden Führungsrohr des Magnetventils aus einem gehärteten und daher verschleißfreien Ilaterial herzustellen, welches bevorzugt gleichzeitig noch aufgrund .»einer magnetischen Eigenschaften Teil des magnetischen Weges ist, so daß sich die magnetischen Verluste, da sieThe basic idea of the present invention is that the balls for the ball bearing of the armature receiving rings in annular grooves to be arranged directly in the armature itself and the raceways for the balls both in the armature and in the guide tube of the solenoid valve surrounding it, made of a hardened and therefore Manufacture wear-free Ilmaterial, which preferably at the same time still due to. »a magnetic property part of the magnetic Way is so that the magnetic losses as they
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ausschließlich auf den effektiven Luftspalt beschränkt sind, klein halten lassen.are limited exclusively to the effective air gap, keep them small permit.
In der Zeichnung ist das Magnetventil mit 1 bezeichnet; es verfügt über eine Wicklung 2 und einen innerhalb eines Führungsrohrs 3 angeordneten Magnetanker 4, der unter dem Einfluß des sich aufgrund der Magnetwicklung 2 aufbauenden Magnetfeldes eine axiale Verschiebebewegung innerhalb des Führungsrohrs 3 durchführt, woraus entsprechende Ventilumschaltungen, Steuerbewegungen udgl. resultieren. Auf den genauen Aufbau eines solchen Magnetventils braucht nicht eingegangen zu werden, da sich die Erfindung lediglich auf die Lagerung des Magnetankers im Führungsrohr bezieht; daher sind insbesondere Ventilmechanismen betreffende Teile auch nicht im einzelnen in der Zeichnung dargestellt. Der Magnetanker verfügt über radiale, nach innen gerichtete Ringnuten, von denen mindestens eine und vorzugsweise mehrere vorhanden und beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringnuten 5a und 5b dargestellt und bezeichnet sinfl. Diese Ringnuten 5a, 5b dienen als Kugellagerinnenringe für die Kugellagerführung des Magnetankers 4 im Führungsrohr 3. Daher befinden sich in den Ankerringnuten 5a, 5b über den Umfang verteilt eine Anzahl von Kugeln 6, beispielsweise in jeder Ringnut sechs gleichmäßig über den Umfang des Magnetankers verteilte Lagerkugeln. Der Kugeldurchmesser ist so bemessen, daß er um genau den Luft spaltabstand 7 größer ist als die Nuthöhe vom Nutgrund bis zur Anker außenfläche . Erkennbar läßt sich so der Führungsluftspalt äußerst präzise einstellen und sehr klein halten, ohne daß irgendeine reibende Gleitberührung zwischen der Anker außenfläche und der Innenrohrfläche möglich ist.In the drawing, the solenoid valve is denoted by 1; it features Via a winding 2 and a magnet armature 4, which is arranged within a guide tube 3 and which, under the influence of the the magnetic field building up the magnet winding 2 performs an axial displacement movement within the guide tube 3, from which corresponding Valve switchovers, control movements, etc. result. The exact structure of such a solenoid valve does not need to be discussed, since the invention only relates to the storage of the armature in the guide tube; therefore, in particular, parts relating to valve mechanisms are not shown in detail in FIG Drawing shown. The armature has radial, inwardly directed annular grooves, of which at least one and preferably several available and shown in the illustrated embodiment as annular grooves 5a and 5b and referred to sinfl. These ring grooves 5a, 5b serve as ball bearing inner rings for the ball bearing guide of the magnet armature 4 in the guide tube 3. Therefore, there are armature ring grooves in the armature ring 5a, 5b a number of balls 6 distributed over the circumference, for example six in each annular groove evenly over the circumference bearing balls distributed around the armature. The ball diameter is dimensioned so that it is exactly the air gap distance 7 greater than the groove height from the groove base to the anchor outer surface. Recognizable the guide air gap can thus be set extremely precisely and kept very small without any frictional sliding contact between the armature outer surface and the inner pipe surface is possible.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung bestehen die LaufbahnenAccording to a preferred embodiment, the raceways exist
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der Kugeln 6 im Magnetanker, d.h. in dessen Ringnuten 5a, 5b und im Führungsrohr aus einem geeigneten harten Material, welches sich durch örtliche Härtung oder durch entsprechende Verfahren, beispielsweise Plasmaspritzen, auf die mit den Kugeln 6 in Berührung kommenden Flächen aufbringen läßt. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht in der kostengünstigen Verwendung von ,Blechstreifen aus gehärtetem Stahl für die Laufbahn der Kugeln. Diese Blechstreifen werden entsprechend vorgerollt, eingesetzt und liegen dann mit Vorspannung in den Ringnuten des Ankers 4 bzw. in der Führungsbohrung des Führungsrohrs 3. Die in die Ankerringnuten 5a, 5b eingelegten Blechstreifen sind mit 8a und 8b bezeichnet; sie bestehen aus aufgeschnittenen Blechringen, deren Breite der Nutbreite entspricht. Damit sich die Blechringe an ihren seitlichen Randkanten nicht aufwölben, beispielsweise aufgrund von möglichen Verunreinigungen zwischen dem Blechring und dem eigentlichen Nutgrund, kann die Nut im Querschnitt ballig gearbeitet sein, d.h. es ergeben sich nach innen abgesenkte ringförmige Eckbereiche 9. Da der Hub des Magnetankers 4 beim Schalten nur äußerst gering ist (größenordnungsmäßig nur 0,4 bis 0,5 mm) bewegen sich die Kugeln ohnehin nur im geradlinigen Nutgrundbereich. of the balls 6 in the armature, i.e. in its annular grooves 5a, 5b and in the guide tube made of a suitable hard material, which is by local hardening or by appropriate processes, for example plasma spraying, onto the balls 6 that come into contact Can apply surfaces. A particularly advantageous embodiment consists in the inexpensive use of sheet metal strips made of hardened steel for the raceway of the balls. These sheet metal strips are accordingly pre-rolled, inserted and then lie with prestress in the annular grooves of the armature 4 or in the guide bore of the guide tube 3. The ones inserted into the armature ring grooves 5a, 5b Sheet metal strips are denoted by 8a and 8b; they consist of cut sheet metal rings, the width of which corresponds to the width of the groove. So that the sheet metal rings do not bulge at their lateral edges, for example due to possible contamination between the sheet metal ring and the actual groove base, the groove can be made crowned in cross-section, i.e. it results in inwardly recessed ring-shaped corner areas 9. Since the stroke of the armature 4 when switching is only extremely small (only 0.4 up to 0.5 mm) the balls only move in the straight groove base area anyway.
Auch die Gegenlauffläche der Kugeln 6 im Führungsrohr kann kostengünstig unter Verwendung einer zylindrischen Biechringeinlage aus gehärtetem Stahl hergestellt sein, die in der Zeichnung mit 10 bezeichnet ist. Dieser Führungsrohr-Blechring 10 liegt in einer sehr schmalen Eindrehung 10a der Führungsrohrbohrung; auch hier kann diese Eindrehung an den Randbereichen abgesenkte Eckringteile 10b aufweisen. The counter surface of the balls 6 in the guide tube can also be inexpensive be made using a cylindrical Biechringeinlage made of hardened steel, denoted by 10 in the drawing is. This guide tube sheet metal ring 10 lies in a very narrow recess 10a of the guide tube bore; this can also be used here Corner ring parts 10b that are recessed at the edge regions.
Alternativ kann der zylindrische Führungsrohrblechring (10) auch durch Längsstreifen ersetzt werden, die lediglich einen peripheren Winkelbereich der Innenwandung des Führungsrohrs abdecken.Alternatively, the cylindrical tubular sheet metal guide ring (10) can also be replaced by longitudinal strips that only have one cover the peripheral angular area of the inner wall of the guide tube.
Schließlich ist es möglich, wie bei 1O1 der Zeichnung unten dargestellt, den Führungsrohrblechring in Form kurzer Streifen (ringförmig um die Innenwandung des Führungsrohrs laufend und in entsprechende Nuten eingelegt) auszubilden. Auch kurze Streifenstücke ohne radialen Verlauf sind denkbar.Finally, as shown at 1O 1 of the drawing below, it is possible to design the guide tube sheet metal ring in the form of short strips (running in a ring around the inner wall of the guide tube and inserted into corresponding grooves). Short pieces of strip without a radial course are also conceivable.
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Nach dem Zusammenbau drücken die Kugeln 6 die gehärteten Magnetblech-Streifeneinlagen 8a, 8b in die Ankerringnuten 5a, 5b und legen sich nach außen an die Blechringeinlage 10 des Führungsrohr es an; sie bestimmen so aufgrund ihres geringfügig größeren Durchmessers das radiale Spiel oder den Ringabstand (magnetischen Luftspalt) der Ankerwandung zum Führungsrohr und gleichzeitig auch die magnetischen Verluste in radialer Richtung. Wie schon erwähnt, sind diese magnetischen Verluste besonders gering, weil für die Einlagen Magnetstahl verwendet wird. Die Kugellagerführungen für den Magnetanker beeinflussen den Magnetfluß praktisch nicht, sie geben lediglich einen minimalen Magnetspalt vor und führen den Magnetanker leichtgängig und präzise mit hoher Funktionssicherheit innerhalb des Führungsrohrs.After assembly, the balls 6 press the hardened magnetic sheet strip inserts 8a, 8b into the anchor ring grooves 5a, 5b and lie outwards against the sheet metal ring insert 10 of the guide tube; Because of their slightly larger diameter, they determine the radial play or the ring spacing (magnetic air gap) of the Armature wall to the guide tube and at the same time also the magnetic losses in the radial direction. As already mentioned, these are magnetic Losses are particularly low because magnetic steel is used for the inserts. Influence the ball bearing guides for the armature the magnetic flux practically not, they only provide a minimal magnetic gap and guide the armature smoothly and precise with high functional reliability within the guide tube.
Ein weiterer Vorteil bei vorliegender Erfindung liegt darin, daß die konzentrischen Eindrehungen für die Ankerringnuten 5a, 5b bzw. für die geringfügige Materialabnahme für die Magnetblecheinlage 10 des Führungsrohrs fertigungstechnisch in einer Aufspannung von Magnetanker bzw. Führungsrohr herstellen lassen, so daß sich besonders kleine Toleranzen ergeben. Auch dies kommt der Funktionssicherheit zugute, da dadurch der Führungsluftspalt und die magnetischen Verluste sehr klein gehalten werden können.Another advantage of the present invention is that the concentric indentations for the anchor ring grooves 5a, 5b or for the slight decrease in material for the magnetic sheet metal insert 10 of the Guide tube in terms of manufacturing technology in one clamping of magnet armature or can be made guide tube, so that there are particularly small tolerances. This also benefits the functional reliability, as this means that the guide air gap and the magnetic losses can be kept very small.
Es ist sinnvoll, die Kugeln 6 innerhalb der Ringnuten 5a, 5b mit Hilfe eines Kugellagerkäfigs zu halten und zu führen, so daß sie an ihrer Stelle in der ursprünglichen gewünschten radialen Verteilung bleiben und auch bei einer möglichen Demontage nicht sofort herausfallen. Ein solcher Käfig kann aus geeignetem Kunststoffmaterial in beispielsweise bei Kugellagern üblicher Weise hergestellt werden und ist in derIt makes sense to use the balls 6 within the annular grooves 5a, 5b a ball bearing cage to hold and guide so that they remain in their place in the original desired radial distribution and do not fall out immediately even if dismantled. Such a cage can be made of suitable plastic material in, for example in ball bearings are usually produced and is in the
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Zeichnung lediglich im Bereich der Ankerringnut 5a genauer gezeigt. Der K-" fig 11 ist ringförmig schalenartig mit zwei seitlichen Wandbereichen 11a, lib, die an den Nutwänden anliegen, ausgebildet und verfügt über eine obere Haltewand Hc mit einer Öffnung lld für den Durchtritt der Kugel, die etwas kleiner als der Kugeldurchmesser ist. In der Zeichnung nicht dargestellt und sichtbar sind Trennwände in radialer Erstreckung, die die radialen Positionen der Kugeln 6 sichern. Drawing only shown in more detail in the area of the anchor ring groove 5a. The cage 11 is ring-shaped, shell-like with two lateral wall areas 11a, lib, which bear against the groove walls, formed and has an upper retaining wall Hc with an opening lld for the passage of the ball, which is slightly smaller than the ball diameter. Partitions in a radial extension, which secure the radial positions of the balls 6, are not shown and visible in the drawing.
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