DE29711175U1 - magnetic valve - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a solenoid valve according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 42 33 299 Cl ist ein elektropneumatischer Stellungsregler mit zwei Magnetventilen bekannt, die als Servoventile dienen. Die Servoventile sind jeweils mit einem Gehäuse mit einer Zuluft-, einer Entlüftungs- und einer Arbeitsöffnung versehen, wobei die Zuluft- und die Entlüftungsöffnung im Gehäuse einander gegenüberliegen. Weiterhin ist ein Ventilorgan vorhanden, das als Ventilzunge ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende gehalten ist. Die Ventilzunge dient gleichzeitig als Klappanker eines elektromagnetischen Antriebs und wird im stromlosen Zustand des elektromagnetischen Antriebs durch eine Feder in einer die Zuluftöffnung verschließenden Lage gehalten. Wird dagegen ein Strom 0 eingespeist, so zieht der elektromagnetische Antrieb die Ventilzunge entgegen der Federkraft in eine Lage, in welcher die Entlüftungsöffnung verschlossen wird. Sowohl zum Umschalten von der die Zuluftöffnung verschließenden Lage in die die Entlüftungsöffnung verschließende Lage der Ventilzunge als auch zum Halten der Ventilzunge in der die Entlüftungsöffnung verschließenden Lage ist somit ein Strom im elektromagnetischen Antrieb erforderlich. Das ist insbesondere dann von Nachteil, wenn der Energiebedarf eines Geräts, in welchem das Servoventil eingesetzt werden soll, begrenzt ist. Soll bei-0 spielsweise ein elektropneumatischer Stellungsregler ohneDE 42 33 299 Cl discloses an electropneumatic position controller with two solenoid valves that serve as servo valves. The servo valves are each provided with a housing with an air supply, a vent and a working opening, with the air supply and vent openings in the housing facing each other. There is also a valve element that is designed as a valve tongue that is held at one end. The valve tongue also serves as a hinged armature of an electromagnetic drive and is held in a position that closes the air supply opening by a spring when the electromagnetic drive is de-energized. If, on the other hand, a current of 0 is fed in, the electromagnetic drive pulls the valve tongue against the spring force into a position in which the vent opening is closed. A current in the electromagnetic drive is therefore required both to switch from the position of the valve tongue that closes the air supply opening to the position of the valve tongue that closes the vent opening and to hold the valve tongue in the position that closes the vent opening. This is particularly disadvantageous if the energy requirement of a device in which the servo valve is to be used is limited. For example, if an electropneumatic positioner without
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zusätzliche Hilfsenergieversorgung über eine 4- bis 20-mA-Schnittstelle mit Energie gespeist werden, so muß er mit einem Versorgungsstrom von 4 mA auskommen.additional auxiliary power supply via a 4 to 20 mA interface it must be able to cope with a supply current of 4 mA.
Damit der elektromagnetische Antrieb nur beim Umschalten des Servoventils einen elektrischen Schaltstrom benötigt, wurde in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 196 23 272.4-14 vorgeschlagen, das Ventil mit einer Halteeinrichtung zu versehen. Diese ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und über eine Betätigungsstange an die Ventilzunge gekoppelt. Diese Art der Anbringung erhöht jedoch den Platzbedarf des Ventils.So that the electromagnetic drive only requires an electrical switching current when the servo valve is switched, it was proposed in the German patent application with the official file number 196 23 272.4-14 to provide the valve with a holding device. This is arranged outside the housing and coupled to the valve tongue via an actuating rod. However, this type of attachment increases the space required by the valve.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil mit einem vergleichsweise kompakten mechanischen Aufbau und einem geringen Energieverbrauch zu schaffen.The invention is based on the object of creating a solenoid valve with a comparatively compact mechanical structure and low energy consumption.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Magnetventil der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Magnetventils beschrieben. To solve this problem, the new solenoid valve of the type mentioned at the beginning has the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the solenoid valve are described in the subclaims.
Dadurch, daß der elektromagnetische Antrieb sowohl in der die Entlüftungsöffnung verschließenden Lage des Ventilorgans als auch in der die Zuluftöffnung verschließenden Lage arretierbar ist, d. h. im stromlosen Zustand bistabil die jeweils zuletzt eingenommene Lage des Ventilorgans beibehält, wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der elektromagnetische Antrieb nur beim Umschalten des Magnetventils einen elektri-Because the electromagnetic drive can be locked in both the position of the valve member that closes the vent opening and the position that closes the air supply opening, i.e. when the power is off, it bistables the position of the valve member that it was last in, it is advantageously achieved that the electromagnetic drive only generates an electrical signal when the solenoid valve is switched over.
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sehen Schaltstrom benötigt, während für das Halten des Ventilorgans in einer beliebigen Lage kein Strom erforderlich ist.see switching current is required, while no current is required to hold the valve element in any position.
Da der elektromagnetische Antrieb im Gehäuse integriert ist und vorzugsweise das Gehäuse selbst als Bestandteil des elektromagnetischen Antriebs ausgeführt ist, indem es beispielsweise zur Führung des magnetischen Flusses dient, kann das Magnetventil sehr kompakt und mechanisch robust aufgebaut werden.Since the electromagnetic drive is integrated in the housing and preferably the housing itself is designed as a component of the electromagnetic drive, for example by serving to guide the magnetic flux, the solenoid valve can be constructed very compactly and mechanically robustly.
Zur Arretierung des Ventilorgans in den beiden eine Öffnung verschließenden Lagen kann eine mechanische Halteeinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein Rastmechanismus. Aus Gründen eines einfachen, verschleißarmen und kompakten Aufbaus wird es jedoch als besonders vorteilhaft angesehen, wenn zumindest ein Permanentmagnet vorhanden ist, der das Ventilorgan auch nach Wegfall eines Erregerstroms in der zuletzt eingenommenen Lage hält. Mit einer einfachen Konstruktion wird dies erreicht, indem das Ventilorgan aus magnetisierbarem Material besteht und den Anker eines Elektromagneten bildet, der je nach Polarität des Erregerstroms magnetisch polarisiert wird und aufgrund seiner Anordnung zum Permanentmagneten eine der beiden Lagen einnimmt. Zur Verringerung der erforderlichen Erregerenergie bildet das Ventilorgan in vorteilhafter Weise einen Drehanker, in dessen Umfangsbereich zwei magnetische Polpaare angeordnet sind, welche die je nach Polarität des Drehankers eingenommene Lage bestimmen. Wenn sich das Lager des Drehankers in der Mitte der Polpaare be-A mechanical holding device, such as a latching mechanism, can be provided to lock the valve element in the two positions that close an opening. However, for reasons of a simple, low-wear and compact design, it is considered particularly advantageous if at least one permanent magnet is present, which holds the valve element in the last position it assumed even after the excitation current has ceased. This is achieved with a simple design in that the valve element is made of magnetizable material and forms the armature of an electromagnet, which is magnetically polarized depending on the polarity of the excitation current and, due to its arrangement in relation to the permanent magnet, assumes one of the two positions. To reduce the required excitation energy, the valve element advantageously forms a rotary armature, in the peripheral area of which two magnetic pole pairs are arranged, which determine the position assumed depending on the polarity of the rotary armature. If the bearing of the rotary armature is in the middle of the pole pairs,
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findet, werden mit dieser Anordnung ausgeglichene Kräfteverhältnisse erreicht.finds, this arrangement achieves balanced power relations.
Auf den Herstellungsaufwand wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn Zuluft-, Entlüftungs- und Arbeitsöffnung auf einer Seite des Gehäuses liegen, da in diesem Fall nur eine Dichtfläche für den Leitungsanschluß benötigt wird.It has an advantageous effect on the manufacturing effort if the air supply, ventilation and working openings are on one side of the housing, since in this case only one sealing surface is required for the line connection.
In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise wenn das Magnetventil als Servoventil eines elektropneumatischen Stellungsreglers für ein Stellventil einer chemischen Anlage dient, kann es aus Gründen der Anlagensicherheit erforderlich sein, daß der Stellantrieb bei Steuerungsausfall eine Vorzugslage anfährt. Dazu kann in vorteilhafter Weise im Erregerstromkreis des elektromagnetischen Antriebs eine Ausfallsteuerung vorgeschaltet werden, welche in besonderen Betriebsfällen, z. B. bei Ausfall der Betriebsstromversorgung, das Ventilorgan in eine einstellbare Vorzugslage fährt. Aus denselben Gründen können zur Prozeßüberwachung beispielsweise optische oder elektrische Mittel zur Erzeugung eines Meldesignals im Magnetventil vorgesehen werden, das die Lage des Ventilorgans anzeigt. Damit eine Notbetätigung des Magnetventils auch bei Ausfall der Erregerenergie möglich ist, kann das Magnetventil mit Mitteln zur manuellen Änderung der Lage des Ventilorgans ausgestattet werden, beispielsweise einer von außen durch das Gehäuse geführten Betätigungsstange. Vorzugsweise wird die Betätigungsstange durch die Entlüftungsöffnung hindurchgeführt, da in diesem Fall eine besondere Abdichtung der Gehäusedurchführung entfällt.In many applications, for example when the solenoid valve is used as a servo valve of an electropneumatic positioner for a control valve in a chemical plant, it may be necessary for reasons of plant safety that the actuator moves to a preferred position in the event of a control failure. To this end, a failure control can advantageously be connected upstream in the excitation circuit of the electromagnetic drive, which moves the valve element to an adjustable preferred position in special operating cases, e.g. if the operating power supply fails. For the same reasons, optical or electrical means can be provided for process monitoring, for example, to generate a signal in the solenoid valve that indicates the position of the valve element. So that emergency operation of the solenoid valve is possible even if the excitation energy fails, the solenoid valve can be equipped with means for manually changing the position of the valve element, for example an actuating rod guided through the housing from the outside. Preferably, the operating rod is guided through the vent opening, since in this case a special sealing of the housing feedthrough is not required.
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Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.The invention, as well as its embodiments and advantages, are explained in more detail below with reference to the drawings in which embodiments of the invention are shown.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Magnetventils mit Zuluft-, Entlüftungs- und Arbeitsöffnung auf einer Seite undFigure 1 shows a schematic diagram of a solenoid valve with air supply, vent and working opening on one side and
Figur 2 ein Schnittbild eines Magnetventils mit einander gegenüberliegender Zuluft- und Entlüftungsöffnung.Figure 2 is a sectional view of a solenoid valve with opposite air supply and exhaust openings.
Gemäß Figur 1 befindet sich in einem Gehäuse 1, das mit einer Zuluftöffnung 2, einer Entlüftungsöffnung 3 und einer Arbeitsöffnung 4 ausgestattet ist, eine Spule 5, die eine Ventilzunge 6 umschließt. Die Ventilzunge 6 ist aus einem magnetisierbarer vorzugsweise weichmagnetischen Material hergestellt und um einen Drehpunkt 7 drehbar gelagert. Weiterhin ist innerhalb des Gehäuses 1 ein Permanentmagnet 8 angeordnet. Je nach Polarität eines über Anschlüsse 9 und in die Spule 5 eingeprägten Erregerstroms wird das Ventilorgan 6, das hier als Ventilzunge ausgebildet ist, in eine die Zuluftöffnung 2 oder die Entlüftungsöffnung 3 verschließende Lage bewegt. Auch nach Wegfall des Erregerstroms wird von der Ventilzunge 6 die zuletzt eingenommene Lage beibehalten, da sie dort durch den Permanentmagneten 8 arretiert wird. Erst ein erneuter Wechsel der Polarität des Erregerstroms führt zu einer Polaritätsänderung der Ventilzunge und somit zu einem Umschalten des Ventils. Schon an der Prinzipdarstellung in Figur 1 wird deutlich, daß die Anord-0 nung des elektrischen Antriebs innerhalb des Gehäuses 1 zuAccording to Figure 1, a coil 5 which encloses a valve tongue 6 is located in a housing 1 which is equipped with an air supply opening 2, a vent opening 3 and a working opening 4. The valve tongue 6 is made of a magnetizable, preferably soft magnetic material and is mounted so that it can rotate about a pivot point 7. A permanent magnet 8 is also arranged within the housing 1. Depending on the polarity of an excitation current impressed into the coil 5 via connections 9 and , the valve element 6, which is designed here as a valve tongue, is moved into a position which closes the air supply opening 2 or the vent opening 3. Even after the excitation current has stopped, the valve tongue 6 retains the position it was last in because it is locked there by the permanent magnet 8. Only a further change in the polarity of the excitation current leads to a change in the polarity of the valve tongue and thus to a switching of the valve. The principle diagram in Figure 1 already shows that the arrangement of the electric drive within the housing 1
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einem kompakten Aufbau des Magnetventils führt. Die gezeigte Anordnung der Anschlüsse für Zuluftöffnung 2, Entlüftungsöffnung 3 und Arbeitsöffnung 4 auf einer Seite des Gehäuses hat den Vorteil, daß zur Abdichtung der Anschlüsse eine Dichtfläche, z. B. an einem Flansch mit drei Durchführungen, genügt. Da ein bistabiles Magnetventil bei Wegfall des Erregerstroms keine Vorzugslage einnimmt, ist es vorteilhaft, zur Bestimmung des Ventilzustands ein Meldesignal, das die Lage des Ventilorgans anzeigt, zu erzeugen. Ein derartiges Meldesignal kann in einfacher Weise gewonnen werden, wenn beispielsweise als Zuluftzuleitung zur Zuluftöffnung 2 ein elektrisch leitendes Rohr zum Gehäuse hin elektrisch isoliert eingesetzt wird und dieses Rohr sowie die Ventilzunge 6 elektrisch derart mit einer Glühlampe 11 und einer Stromquelle verschaltet werden, daß sie als Kontaktschalter wirken. Dasselbe kann auch mit einer weiteren Glühlampe an der Entlüftungsöffnung 3 durchgeführt werden. Die gleiche Funktion können aber auch zusätzliche Kontakte oder optische Geber, beispielsweise Lichtschranken, die in dem Ventil angeordnet werden, erfüllen.a compact design of the solenoid valve. The arrangement shown of the connections for the air supply opening 2, vent opening 3 and working opening 4 on one side of the housing has the advantage that a sealing surface, e.g. on a flange with three passages, is sufficient to seal the connections. Since a bistable solenoid valve does not assume a preferred position when the excitation current is removed, it is advantageous to generate a signal that indicates the position of the valve element to determine the valve status. Such a signal can be obtained in a simple manner if, for example, an electrically conductive pipe is used as the air supply line to the air supply opening 2, electrically insulated towards the housing, and this pipe and the valve tongue 6 are electrically connected to a light bulb 11 and a power source in such a way that they act as a contact switch. The same can also be done with another light bulb on the vent opening 3. However, additional contacts or optical sensors, such as light barriers, which are arranged in the valve, can also fulfil the same function.
Falls es aus Gründen der Anlagensicherheit erforderlich ist, kann im Erregerstromkreis vor den elektrischen Anschlüssen 9 und 10 eine Ausfallsteuerung 14 vorgeschaltet werden, welche bei Ausfall der Betriebsstromversorgung noch einen Erregerstromimpuls dergestalt einspeist, daß das Ventilorgan sich in eine einstellbare Vorzugslage bewegt. Für eine Notbetätigung des Magnetventils sind Betätigungsstangen 15 und 16 vorgesehen, welche durch die Zuluftöffnung 2 bzw. die Entlüftungs-0 öffnung 3 hindurchgeführt sind und auf die Ventilzunge 6If it is necessary for reasons of system safety, a failure control 14 can be connected in the excitation circuit upstream of the electrical connections 9 and 10, which, in the event of a failure of the operating power supply, feeds an excitation current pulse in such a way that the valve element moves into an adjustable preferred position. For emergency actuation of the solenoid valve, actuating rods 15 and 16 are provided, which are led through the air supply opening 2 and the vent opening 3, respectively, and onto the valve tongue 6.
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wirken. Damit kann das Magnetventil auch ohne elektrische Energie von außen mechanisch betätigt werden. Da die Entlüftungsöffnung 3 häufig zur Umgebung offen ist, ist es vorteilhaft, wenn jede Betätigungsrichtung durch nur eine Betätigungsstange, die durch die Entlüftungsöffnung 3 hindurchgeführt ist, aufgrund einer geeigneten Ankopplung an die Ventilzunge 6 ausgeführt werden kann. Dadurch kann eine Abdichtung der für die Betätigungsstange 16 erforderlichen Durchführung entfallen.This means that the solenoid valve can also be mechanically actuated without external electrical energy. Since the vent opening 3 is often open to the environment, it is advantageous if each actuation direction can be carried out by just one actuation rod, which is guided through the vent opening 3, due to a suitable coupling to the valve tongue 6. This means that sealing the passage required for the actuation rod 16 can be omitted.
In Figur 2 ist der prinzipielle Aufbau eines Magnetventils mit einem elektromagnetischen Antrieb dargestellt, wie er in ähnlicher Weise in der Relaistechnik für bistabile gepolte Relais verwendet wird. Ein ähnlicher elektromagnetischer Antrieb ist in dem "Relaislexikon" von Hans Sauer, Hüthig-Verlag, Heidelberg 1985, Seiten 16, 17 und 54, 55 beschrieben. Bei dem in Figur 2 gezeigten elektromagnetischen Antrieb bildet ein Ventilorgan 17 einen Drehanker, in dessen Umfangsbereich zwei zur Drehachse symmetrisch angeordnete Paare von Polen 18 und 19 bzw. 20 und 21 angeordnet sind, welche die je nach Polarität des Drehankers eingenommene Lage bestimmen. Zur Magnetisierung des Drehankers 17 dient eine Spule 22, die mit elektrischen Anschlüssen 23 und 24 an eine in Figur 2 nicht dargestellte elektronische Steuerung anschließbar ist.Figure 2 shows the basic structure of a solenoid valve with an electromagnetic drive, as is used in a similar way in relay technology for bistable polarized relays. A similar electromagnetic drive is described in the "Relaislexikon" by Hans Sauer, Hüthig-Verlag, Heidelberg 1985, pages 16, 17 and 54, 55. In the electromagnetic drive shown in Figure 2, a valve element 17 forms a rotary armature, in the peripheral area of which two pairs of poles 18 and 19 or 20 and 21 are arranged symmetrically to the axis of rotation, which determine the position assumed depending on the polarity of the rotary armature. A coil 22 is used to magnetize the rotary armature 17, which can be connected to an electronic control system (not shown in Figure 2) using electrical connections 23 and 24.
Dieser elektromagnetische Antrieb zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und ist daher bereits mit geringer Erregerleistung betreibbar. Für ein bistabiles Verhalten des elektromagnetischen Antriebs sorgen zwei Permanentmagnete 25 und 26 mit jeweils einem Nordpol N und einem Südpol S. In einem sehr kompakten Aufbau des Magnetventils wird der vonThis electromagnetic drive is characterized by a high level of efficiency and can therefore be operated with low excitation power. Two permanent magnets 25 and 26, each with a north pole N and a south pole S, ensure bistable behavior of the electromagnetic drive. In a very compact design of the solenoid valve, the
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den Permanentmagneten 25 und 26 erzeugte magnetische Fluß durch die Wandung eines Magnetventilgehäuses 27 geführt. Zum wahlweisen Verschließen einer Zuluftöffnung 28 oder einer Entlüftungsöffnung 29 ist das Ventilorgan 17 mit Zungen 30 bzw. 31 versehen, die zum Toleranzausgleich federnd ausgebildet sind. Weiterhin ist am Gehäuse 27 eine Arbeitsöffnung 32 angebracht. Die Zuluftöffnung 28 und die Entlüftungsöffnung 29 können auch näher an den elektromagnetischen Antrieb bis in die Pole 18 und 21 hinein verschoben werden. Eine Lage in den Polen 18 und 21 hat den Vorteil, daß die elektromagnetische Anziehungskraft, die in der dargestellten Lage zwischen Ventilorgan 17 und Pol 18 vorhanden ist, direkt auf die Dichtfläche wirkt.The magnetic flux generated by the permanent magnets 25 and 26 is guided through the wall of a solenoid valve housing 27. In order to selectively close an air supply opening 28 or a vent opening 29, the valve element 17 is provided with tongues 30 and 31, respectively, which are designed to be spring-loaded to compensate for tolerances. A working opening 32 is also attached to the housing 27. The air supply opening 28 and the vent opening 29 can also be moved closer to the electromagnetic drive into the poles 18 and 21. A position in the poles 18 and 21 has the advantage that the electromagnetic attraction force, which is present in the position shown between the valve element 17 and pole 18, acts directly on the sealing surface.
Claims (11)
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