DE3446366A1

DE3446366A1 - SOLENOID WITH REDUCED NOISE LEVEL

Info

Publication number: DE3446366A1
Application number: DE19843446366
Authority: DE
Inventors: John Glasgow Schottland/Scotland Dunabie; John Goldie Park
Original assignee: Johnson Service Co
Current assignee: Johnson Service Co
Priority date: 1984-02-06
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1985-08-08
Also published as: GB8500755D0; NL8403851A; FR2559301A1; IT1184862B; GB2154066A; BE901648A; IT8519277A0; AU3755385A

Description

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektromagnetische Solenoide und betrifft insbesondere ein Solenoid, das einen Kernteil einer Länge, die kürzer gewählt ist als die effektive Magnetflußstrecke bzw. das Kraftlinienfeld der Magnetanordnung, aufweist und demzufolge einen erheblich verringerten Geräuschpegel besitzt .The invention relates generally to electromagnetic solenoids, and more particularly relates to a solenoid, one core part of a length which is selected to be shorter than the effective magnetic flux path or the force line field the magnet assembly, and consequently has a significantly reduced noise level .

Eines der mit Konstruktion und Bau von herkömmlichen Solenoiden sowohl des Wechselstrom- als auch des Gleichstromtyps zusammenhängenden Probleme besteht darin, daß diese Solenoide bei und während der Betätigung häufig erhebliche Geräusche verursachen. Diese (Betriebs-) Geräusche beruhen hauptsächlich auf zwei Ursachen, von denen die eine in der großen Aufprallkraft beim Aufeinanderschlagen von Metallteilen aufgrund der großen Anziehungskraft, die durch den Elektromagneten auf den bewegbaren Anker ausgeübt wird, begründet ist.One of the most instrumental in the design and construction of conventional solenoids of both AC and DC types related problems is that these solenoids during and during operation often make significant noise. These (operating) noises are mainly due to two causes, one of which is due to the large impact force when metal parts hit each other large attractive force exerted by the electromagnet on the movable armature is established.

Typischerweise ist diese Anziehungskraft bestrebt, sich bis zu dem Punkt, an welchem der Anker voll in seiner angezogenen bzw. betätigten Stellung anliegt, exponentiell zu vergrößern. Im Fall von Wechselstrom-Solenoiden besteht eine andere Geräuschquelle in der Wirkung mechanischer Schwingung, wenn das angelegte Wechselspannungssignal die Null-Spannungslinie mit einer das Doppelte der Wechselstrom-Netzfrequenz betragenden Geschwindigkeit oder Frequenz durchläuft. Dies wird häufig als Wechselstrom-Brummen bezeichnet und kann 3® je nach der Größe des Solenoids, seinen Konstruktionseinzelheiten und der Nähe des Solenoids im menschlichen Hörbereich ziemlich störend sein.Typically, this attractive force tends to increase exponentially up to the point at which the armature rests fully in its attracted or actuated position. In the case of AC solenoids, another source of noise is mechanical vibration when the applied AC voltage signal traverses the zero voltage line at a speed or frequency twice the AC line frequency. Often referred to as AC hum, this can be quite annoying 3® depending on the size of the solenoid, its design details, and the proximity of the solenoid to the human hearing range.

Eine Entwicklung in Richtung eines Solenoids mit ver- ^5 ringerten Geräuscheigenschaften bzw. verringertem Geräuschpegel ist in der US-PS 3 860 894 beschrieben, gemäß welcher (bogenförmig) gekrümmte, sich verjüngendeA development in the direction of a solenoid with reduced noise properties or a reduced noise level is described in US Pat. No. 3,860,894, according to which curved (arcuate) tapered ones

Elemente aus einem magnetischen Werkstoff in der vom Anker durchlaufenen Strecke und an einer Stelle nahe des Endes der Bewegungsstrecke, die der Anker bei Spulenerregung einzunehmen trachtet, angeordnet sind.Elements made of a magnetic material in the from Armature traversed path and at a point near the end of the movement path that the armature has when the coil is energized seeks to take, are arranged.

Ein anderer Versuch zur Verringerung von Solenoid-Betriebsgeräusch ist in der US-PS 4 177 440 beschrieben. Bei dem darin beschriebenen Solenoid sind sowohl der Anker als auch sein magnetischer Sitz zusammenpassend (komplementär) kegelförmig ausgebildet, wobei ein Ring aus einem nicht-magnetischen, reibungsarmen Werkstoff zur Dämpfung des Aufpralls des Ankers um die konische Sitzausnehmung herum angeordnet ist.Another attempt at reducing solenoid operating noise is described in U.S. Patent 4,177,440. In the solenoid described therein, both the Armature as well as its magnetic seat matching (complementary) conically designed, with a ring Made of a non-magnetic, low-friction material to dampen the impact of the armature around the conical Seat recess is arranged around.

Noch eine andere Möglichkeit zur Verringerung des Geräusches bei Wechselstrom-Solenoiden besteht in der Anordnung einer Abschirmspule (shading coil) innerhalb der elektromagnetischen Anordnung. Diese Spule wirkt dabei als Transformator-Sekundärwicklung mit einer einzigen, kurzgeschlossenen Windung, so daß in ihr eine Magnetkraft induzierbar ist, die um etwa 90° außer Phase zu der an die Wechselstrom-Solenoidspule angelegten Netzspannung liegt. Hierdurch wird eine Verringerung des Wechselstrom-Brummens erzielt. Solche Abschirmspulen können mit Kissen oder Polstern aus einem elastischen Werkstoff kombiniert sein, die zu Stoßdämpf- und Geräuschminderzwecken im Solenoidaufbau angeordnet sind. Ein Beispiel für eine solche Ausgestaltung findet sich in der US-PS 2 888 233.Yet another way to reduce noise in AC solenoids is to use Arrangement of a shading coil within the electromagnetic arrangement. This coil works thereby as a transformer secondary winding with a single, short-circuited turn, so that in it a magnetic force is inducible that is approximately 90 degrees out of phase with that applied to the AC solenoid coil Mains voltage is present. This results in a reduction in AC hum. Such Shielding coils can be combined with cushions or cushions made of an elastic material, which too Shock absorbing and noise reducing purposes are arranged in the solenoid assembly. An example of such a design found in U.S. Patent 2,888,233.

Obgleich sich diese Solenoidkonstruktionen bisher als im wesentlichen zufriedenstellend erwiesen haben, sind sie doch mit verschiedenen Mängeln behaftet. Insbesondere sind sie so ausgelegt, daß die Magnetanordnung auf den Anker eine Anziehungskraft ausübt, die vom Anfangs-Zeitpunkt der Solenoidbetätigung aus exponentiell ansteigt und beim Erreichen der vollen Anschlag-Although these solenoid designs have heretofore proven to be essentially satisfactory, are it is afflicted with various shortcomings. In particular, they are designed so that the magnet assembly exerts an attractive force on the armature which increases exponentially from the start of the solenoid actuation increases and when the full stop

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•ο *• ο *

oder Anlagestellung des Ankers einen Höchstwert erreicht. Die maximale Anziehungskraft ist typischerweise um ein Mehrfaches größer als die anfängliche Anziehungskraft und demzufolge erheblich größer als die zur Überwindung der Schwerkrafteinwirkung und einer etwaigen Federkraft erforderliche Kraft. Dies hat eine unerwünschte Geräuschentwicklung und einen unzulässig großen Verschleiß der mechanischen Teile des Solenoids zur Folge. Ein anderer Mangel besteht darin, daß innerhalb des Solenoids angeordnete elastische, stoßdämpfende Stoffe sich nach häufigerer Solenoidbetätigung aufzulösen bestrebt sind und Bruchstücke davon sich zwischen dem bewegbaren Anker und seiner Führungsbahn verklemmen und damit zu Betriebsstörungen führen können. Ein Solenoid, das so ausgelegt und ausgestaltet ist, daß es eine Anziehungskraft liefert, die sich über die Hublänge des Ankers im wesentlichen linear erhöht, und bei dem ggf. stoßdämpfende Elemente an einer Stelle an der Außenseite der Solenoidanordnung vorgesehen werden können, würde einen deutlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik darstellen.or contact position of the armature has reached a maximum value. The maximum pull is typically several times greater than the initial attraction and therefore considerably greater than the force required to overcome the effects of gravity and any spring force. this has an undesirable noise development and an unacceptably high level of wear and tear on the mechanical parts of the solenoid. Another deficiency is that elastic, shock-absorbing materials tend to dissolve after frequent solenoid actuation and fragments of which get jammed between the movable armature and its guideway and thus lead to malfunctions being able to lead. A solenoid that is designed and configured to have an attractive force supplies, which increases essentially linearly over the stroke length of the armature, and possibly shock-absorbing Elements could be provided in one location on the outside of the solenoid assembly represent a significant advance over the state of the art.

' Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Solenoids mit verringertem (Betriebs-)Geräuschpegel mit einer Solenoidankeranordnung, die einen Kernteil einer Länge, die kleiner ist als die Länge der Magnetflußstrecke der Magnetanordnung, aufweist, bei dem die durch die Magnetanordnung auf den Kernteil ausgeübte Anziehungskraft eine sich über die Hublänge der Ankeranordnung hinweg linear vergrößernde Größe besitzt und bei dem außerhalb der elektromagnetischen Bauteile des Solenoids eine elastische Dämpfer- oder Pufferanordnung vorgesehen sein kann.The object of the invention is thus to create a solenoid with a reduced (operating) noise level with a solenoid armature assembly having a core portion of a length less than the length of the magnetic flux path the magnet arrangement, in which the exerted by the magnet arrangement on the core part Attractive force has a magnitude that increases linearly over the length of the stroke of the armature arrangement and in the case of the outside of the electromagnetic components of the solenoid an elastic damper or buffer arrangement can be provided.

Diese Aufgabe wird bei einem Solenoid mit verringertem Geräuschpegel, umfassend eine über einen Hub relativThis object is achieved in a reduced noise solenoid comprising a stroke relative

zu einer Magnetanordnung bewegbare Ankeranordnung, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ankeranordnung einen aus einem magnetischen Werkstoff hergestellten und eine erste Länge besitzenden Kernteil aufweist, die Magnetanordnung elektrisch erregbar ist, um einen Magnetfluß zu erzeugen, der ein Kraftlinienfeld einer zweiten, die erste Länge übersteigenden Länge festlegt und die Magnetanordnung dabei auf den Kernteil eine Anziehungskraft ausübt, deren Größe über den Hub hinweg praktisch linear zunimmt.An armature arrangement movable to form a magnet arrangement, according to the invention solved in that the armature assembly is made of a magnetic material and a first length core portion, the magnet assembly is electrically excitable to a To generate magnetic flux which defines a force line field of a second length exceeding the first length and the magnet arrangement thereby exerts an attractive force on the core part, the magnitude of which over the stroke increases practically linearly.

In anderer Ausgestaltung weist das Solenoid eine außenseitig montierte Anschlagplatte und eine Anschlagscheibe auf. Letztere ist mit einem elastischen Belagelement versehen, das sich gegen die Anschlagplatte anlegt, wenn sich die Ankeranordnung unter dem Einfluß der erregten Magnetanordnung in der Anziehstellung befindet. In weiterer Ausgestaltung sind die Magnetanordnung und der Kernteil jeweils mit zu Profilen geformten Teilen zur Verbesserung der magnetischen Anziehungskraft zwischen ihnen im Augenblick der Spulenerregung versehen. Das erfindungsgemäße Solenoid hat sich für die Verwendung bei Gasventilen öder -hähnen zur Regelung des Durchsatzes eines (gasförmigen) Brennstoffs als besonders geeignet, erwiesen.In another embodiment, the solenoid has an externally mounted stop plate and a stop disk on. The latter is provided with an elastic covering element that rests against the stop plate, when the armature assembly is in the attracted position under the influence of the energized magnet assembly. In a further embodiment, the magnet arrangement and the core part each have parts shaped into profiles to improve the magnetic attraction between them at the moment of coil energization. The solenoid according to the invention has proven itself for use in gas valves or taps for regulating the Throughput of a (gaseous) fuel proved to be particularly suitable.

Im folgenden sird bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The following are preferred embodiments the invention explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene, im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Solenoids gemäß der Erfindung,
351 is a partially broken away, cross-sectional side view of a solenoid according to the invention;
35

Fig. 2 eine graphische Darstellung bestimmter Kraft-Hub-Kennlinien für zu beschreibende Solenoide und2 shows a graphic representation of certain force-stroke characteristics for solenoids to be written and

* -40 · * -40

Fig. 3 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung zur Verdeutlichung der Zuordnung des Solenoids zu einem Gasventil oder -hahn für die Regelung eines Brennstoff-Durchsatzes.3 shows a representation similar to FIG. 1 to illustrate the assignment of the solenoid to a gas valve or cock for regulating a fuel flow rate.

Gemäß Fig. 1 enthält das Solenoid 10 eine Ankeranordnung 11, die über eine(n) Hub(länge) 13 relativ zu einer Magnetanordnung 15 bewegbar ist und die einen aus einem magnetischen Werkstoff hergestellten und eine erste Länge besitzenden Kernteil 17 aufweist. Die Magnetanordnung 15 ist elektrisch erregbar zwecks Erzeugung eines Magnetflusses, der eine Magnetflußstrecke oder ein Kraftlinienfeld einer zweiten, die erste Länge des Kernteils 17 übersteigenden Lange festlegt. Die Magnetanordnung 15 übt dabei auf den Kernteil 17 eine Anziehungskraft aus, deren Größe im wesentlichen linear über den Hub 13 hinweg ansteigt. In anderer Ausgestaltung ist eine Feder-Vorbelastungseinheit 19 vorgesehen, falls die Rückstellung der Ankeranordnung 11 bei Entregung des Solenoids IO auf andere Weise als durch Schwerkraftwirkung erfolgen soll. In weiterer Ausgestaltung weisen die Magnetanordnung 15 und der Kernteil 17 -jeweils als Profile ausgebildete Teile 21 bzw. 23 zur Verbesserung der magnetischen Anziehungskraft zwischen ihnen im Augenblick der Spulenerregung auf.According to Fig. 1, the solenoid 10 includes an armature assembly 11, which over a (n) stroke (length) 13 relative to a magnet assembly 15 is movable and one made of a magnetic material and has a first length core part 17. The magnet assembly 15 is electrically excitable for the purpose Generation of a magnetic flux, the one magnetic flux path or a force line field of a second, the first length of the core part 17 defines length exceeding. The magnet assembly 15 exercises on the Core part 17 exerts an attractive force, the size of which increases essentially linearly over the stroke 13. In another embodiment is a spring preload unit 19 provided if the resetting of the armature assembly 11 when the solenoid IO is de-energized to others Way than to be done by gravity. In a further embodiment, the magnet arrangement 15 and the core part 17 - parts 21 and 23 respectively designed as profiles to improve the magnetic attraction between them at the moment of coil excitation.

Insbesondere weist die Magnetanordnung 15 eine Solenoid-Spule 25, vorzugsweise des Gleichstromtyps, auf, die als Ringzylinder ausgebildet und zur Lieferung eines Magnetflusses elektrisch erregbar ist. Die Spule 25 kann zweckmäßig auf einen Wickelkern 27 gewickelt sein und bildet somit eine Spulenanordnung mit einem ersten und einem zweiten Ende 29 bzw. 31 und einem längsverlaufenden zylindrischen Durchgang 33. Am zweiten Ende 31 enthält die Magnetanordnung 15 ein Anlageelement (headstop member) 35, das im wesentlichen zylindrischIn particular, the magnet assembly 15 comprises a solenoid coil 25, preferably of the direct current type, which designed as a ring cylinder and is electrically excitable to supply a magnetic flux. The coil 25 can expediently be wound on a winding core 27 and thus forms a coil arrangement with a first and a second end 29 and 31 respectively and a longitudinal cylindrical passage 33. At the second end 31, the magnet arrangement 15 contains a contact element (headstop member) 35 which is essentially cylindrical

* AA- * AA-

aus einem magnetischen Werkstoff geformt ist und einen solchen Durchmesser besitzt, daß es mit einem engen Schiebesitz zentrisch in den Längs-Durchgang 33 des Wickelkerns einsetzbar ist. Das Anlageelement 35 weist einen mit Außengewinde versehenen Teil 21 auf, der mit einem zylindrischen Leitrohr 37 verschraubt ist, das mit engem Schiebesitz zentrisch im Durchgang 33 angeordnet ist. Dieses Leitrohr 37 kann aus einem festen, nicht-magnetischen Werkstoff, wie Messing, hergestellt sein, und es weist eine glatte Innenfläche auf. An seinem unteren Ende ist das Leitrohr 37 mit einer erweiterten Schulter 39 zur Anlage gegen die Unterseite 41 eines Stahlblech-Mantels 43 und zur Aufrechterhaltung der wirkungsmäßigen Beziehung des Solenoids IO zu der zu betätigenden Vorrichtung versehen. Auf einen mit Gewinde versehenen Ansatz 45 des Anlageelements 35 sind eine Sicherungsscheibe 47 und eine Mutter 49 aufsetzbar, um damit das AnIageelement 35 und das Leitrohr 37 sicher am Mantel 43 festzulegen. Eine aus einem magnetischen Werkstoff bestehende Scheibe 51 ist zwischen den Wickelkern 27 und den Mantel 43 (konzentrisch zum Leitrohr 37 eingesetzt, um die Güte des Kraftlinienfelds (flux path) zu verbessern.is formed from a magnetic material and has such a diameter that it is with a narrow Sliding seat can be inserted centrally in the longitudinal passage 33 of the winding core. The contact element 35 has an externally threaded part 21 which is screwed to a cylindrical guide tube 37 which is arranged centrally in the passage 33 with a tight sliding fit. This guide tube 37 can consist of a solid, non-magnetic material such as brass, and it has a smooth inner surface. At its lower end is the guide tube 37 with an enlarged shoulder 39 to rest against the underside 41 of a sheet steel jacket 43 and to maintain the operative relationship of the solenoid IO to the device to be operated. On a threaded extension 45 of the contact element 35, a locking washer 47 and a nut 49 can be placed on, so that the contact element 35 and the Guide tube 37 to be securely fixed on the jacket 43. A disk 51 made of a magnetic material is between the winding core 27 and the jacket 43 (inserted concentrically to the guide tube 37 in order to improve the quality of the To improve the force line field (flux path).

Die Ankeranordnung 11 umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen, aus einem magnetischen Werkstoff gefertigten Kernteil 17 mit einem solchen Durchmesser, daß er mit enger Passung im Leitrohr 37 frei verschiebbar geführt ist. In seinem Außenende weist der Kernteil 17 eine zentrische, mit Gewinde versehene Bohrung 53 zur Aufnahme einer einen Schaft 55 der Länge nach durchsetzenden Schraube 71 (als Befestigungselement) auf. Der Schaft 55 besteht vorzugsweise aus einem festen, nicht-magnetischen Werkstoff, wie Messing oder Aluminium, und dient zur Anbringung des Solenoids IO an einer zu betätigenden Vorrichtung. Das Anlageelement 35 und der Kernteil 17 bestehen bevorzugt ausThe armature assembly 11 comprises a substantially cylindrical one made of a magnetic material Core part 17 with such a diameter that it can be freely displaced with a close fit in the guide tube 37 is led. In its outer end, the core part 17 has a central, threaded hole 53 for receiving a screw 71 penetrating the length of a shaft 55 (as a fastening element) on. The shaft 55 is preferably made of a solid, non-magnetic material such as brass or Aluminum, and is used to attach the solenoid IO to a device to be operated. The investment element 35 and the core part 17 are preferably made of

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rostfreiem Stahl mit magnetischen Eigenschaften, wobei der Kernteil 17 zur Reibungsminderung mit einer dünnen Schicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet ° sein kann.stainless steel with magnetic properties, wherein the core part may be 17 ° to reduce friction coated with a thin layer of polytetrafluoroethylene (PTFE).

Wenn sich bei Entregung der Spule 25 die Ankeranordnung 11 unter dem Einfluß eines anderen Mittels als der Schwerkraft in die dargestellte erste, zurückgezogeneIf, when the coil 25 is de-energized, the armature assembly 11 is under the influence of a means other than that Gravity in the depicted first, withdrawn

¹^ Stellung bewegen soll, kann das Solenoid 10 auch mit einer Feder-Vorbelastungseiheit 19 versehen sein, die eine Anschlagplatte 57 mit einer Kante 59, einer vorspringenden Stützfläche 61 und einer letztere durchsetzenden Bohrung 63 zum Aufsetzen der Anschlagplatte 57 auf das Leitrohr 37 aufweist. Die Anschlagplatte 57 ist einstellbar auf einer Schulter 39 des Leitrohrs 37 mittels einer an ihrer Unterseite angreifenden Sicherungsmutter 65 festgelegt, wobei zwei O-Ringe in entsprechend bemessene Ringnuten in der Leitrohr-Schulter 39 und in der Sicherungsmutter 65 eingesetzt sind, um eine gasdichte Abdichtung herzustellen, wenn das Solenoid 10 in Verbindung mit einem in Fig. 3 dargestellten Gasventil oder -hahn 97 verwendet wird. ¹ ^ position is to move, the solenoid 10 can also be provided with a spring preload unit 19, which has a stop plate 57 with an edge 59, a protruding support surface 61 and a hole 63 penetrating the latter for placing the stop plate 57 on the guide tube 37. The stop plate 57 is adjustable on a shoulder 39 of the guide tube 37 by means of a lock nut 65 acting on its underside, two O-rings being inserted into appropriately sized annular grooves in the guide tube shoulder 39 and in the lock nut 65 to create a gas-tight seal when the solenoid 10 is used in conjunction with a gas valve or faucet 97 shown in FIG.

Eine Anschlagscheibe 69 ist mittels der Schraube 71 (als Befestigungselement) am Außenende des Schafts festgelegt. Die Anschlagscheibe 69 ist bevorzugt mit einem umlaufenden Ansatz oder Wulst 73 zur Führung einer zwischen Anschlagplatte 57 und Anschlagscheibe 69 sitzenden Schraubendruck-Feder 75 versehen. Die Länge der Feder 75 ist im Hinblick auf den Abstand zwischen Anschlagplatte 57 und -scheibe 69 so festgelegt, daß sie auf diese Teile eine geringe Druckvorbelastung ausübt, wenn sich die Ankeranordnung 11 in der dargestellten zurückgezogenen Stellung befindet. A stop disk 69 is attached to the outer end of the shaft by means of the screw 71 (as a fastening element) set. The stop disk 69 is preferably provided with a circumferential shoulder or bead 73 for guidance a helical compression spring 75 seated between stop plate 57 and stop disk 69. the The length of the spring 75 is determined with regard to the distance between the stop plate 57 and washer 69, that it exerts a small compressive preload on these parts when the armature assembly 11 is in the retracted position shown.

Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß bei der Erregung der Spule 25 des Solenoids 10 gemäß Fig. 1 auf die Ankeranordnung 11 verschiedene Kräfte einwirken, von denen einige in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirken. Eine Kraft ist die Magnetkraft aufgrund der Erzeugung eines Kraftlinienfeldsy sie wirkt in einer die Ankeranordnung 11 gemäß Fig. 1 aufwärts gegen das Anlageelement 35 drängenden Richtung. Eine zweite Kraft, nämlich diejenige der Feder 75, wirkt - ebenso wie die Schwerkraft - in Abwärtsrichtung auf die Ankeranordnung 11 ein. Ersichtlicherweise muß weiterhin die bei Erregung der Spule 25 auf die Ankeranordnung 11 ausgeübte Netto- oder Gesamtkraft in Aufwärtsrichtung wirken und eine solche Größe besitzen, daß sie die kombinierten Wirkungen aller Abwärtskräfte, einschließlich derjenigen der Feder 7 5 und der Schwerkraft, überwindet und damit die Ankeranordnung 11 sich nach oben verlagern läßt. Je nach dem Vorhandensein oder Fehlen der Federvorbelastungseinheit 19, dem durch den Abstand des Kernteils 17 vom Anlageelement 35 bestimmten Hub 13, der Magnetflußdichte (magnetische Induktion) und den Eigenschaften der durch das Solenoid IO betätigbaren Vorrichtung kann es sich als wünschenswert erweisen, Mittel zur Verstärkung der magnetischen Anziehungskomponente der Kraft vorzusehen.It will be apparent to a person skilled in the art that when the coil 25 of the solenoid 10 according to FIG. 1 is excited, various forces act on the armature arrangement 11, some of which act in mutually opposite directions. A force is the magnetic force due to the generation of a force line field y ; it acts in a direction urging the armature arrangement 11 according to FIG. 1 upwards against the contact element 35. A second force, namely that of the spring 75, acts - like the force of gravity - on the armature arrangement 11 in the downward direction. It can also be seen that the net or total force exerted on the armature assembly 11 upon energization of the coil 25 must act in the upward direction and be of such magnitude that it overcomes the combined effects of all downward forces, including those of the spring 75 and gravity, and thus the armature assembly 11 can be shifted upwards. Depending on the presence or absence of the spring preload unit 19, the stroke 13 determined by the distance between the core part 17 and the contact element 35, the magnetic flux density (magnetic induction) and the properties of the device actuated by the solenoid IO, it may prove to be desirable to have means for reinforcement the magnetic component of attraction of the force.

In einer weiteren Ausgestaltung kann daher das Anlageelement 35 mit einer (kon)zentrischen Ausnehmung 77 mit einem ersten Profil und mit einem Ausnehmungs-Rand 79 versehen sein. Zusätzlich kann der Kernteil 17 der Ankeranordnung 11 so geformt sein, daß er einen von ihm nach oben ragenden vorspringenden Teil 23 in Form eines Konus (nose member segment) mit einem zweiten Profil aufweist. Zur Vereinfachung der Herstellung sind die Profile von Ausnehmung 77 und Konus 23 vorzugsweise praktisch identisch (komplementär) und als Kegelstumpfform gewählt. Da der Ausnehmungs-Rand 79In a further embodiment, the contact element 35 can therefore have a (con) centric recess 77 be provided with a first profile and with a recess edge 79. In addition, the core part 17 of the Anchor assembly 11 be shaped so that it has an upwardly projecting part 23 in the form a cone (nose member segment) with a second profile. To simplify manufacturing the profiles of recess 77 and cone 23 are preferably practically identical (complementary) and as Truncated cone shape selected. Since the recess edge 79

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und der Konus 23 in der ersten, zurückgezogenen Stellung einander stärker angenähert sind als das Anlageelement 35 und der zylindrische Teil des Kernteils 17, wird hierdurch die magnetische Anziehungskraft im Augenblick der Spulenerregung verbessert oder verstärkt. Der Konus 23 und der Kernteil 17 legen zwischen sich eine Schulter 81 fest, die sich in der zweiten, angezogenen Stellung der Ankeranordnung 11 an den Rand 79 anlegt. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine im wesentlichen äquivalente Anziehungswirkung dann erzielt werden kann, wenn der vorspringende Teil (Konus) 23 als Teil des Anlageelements 35 und die Ausnehmung 77 im Kernteil 17 ausgebildet sind. In bevorzugter Ausführungsform sind Konus 23 und Ausnehmung 7 7 relativ zueinander so bemessen, daß bei am Rand 79 anliegender Schulter 81 ein kleiner Luftspalt zwischen Konus 23 und Ausnehmungsflache besteht.and the cone 23 in the first, retracted position are closer to one another than the contact element 35 and the cylindrical part of the core part 17, thereby becomes the magnetic attraction force improved or reinforced at the moment of coil excitation. The cone 23 and the core part 17 lay between a shoulder 81 is fixed, which is in the second, tightened position of the anchor assembly 11 to the Edge 79 applies. It should be noted that an essentially equivalent attraction is then can be achieved if the protruding part (cone) 23 as part of the contact element 35 and the recess 77 are formed in the core part 17. In a preferred embodiment, the cone 23 and the recess 7 7 are relative to each other so dimensioned that when the shoulder 81 rests against the edge 79, a small air gap between the cone 23 and recess area exists.

^ Das von der Erregung der Spule 2 5 herrührende Kraftlinienfeld umfaßt ein erstes inneres Kraftlinienfeld in dem Bereich, der im wesentlichen durch den Längsabstand zwischen dem Rand 79 und der unteren Außenfläche 41 des Mantels 43 bestimmt wird. Außerdem ist^ The force line field resulting from the excitation of the coil 2 5 comprises a first internal force line field in the area defined substantially by the longitudinal distance between the edge 79 and the lower outer surface 41 of the jacket 43 is determined. Also is

^5 ein zweites äußeres Kraftlinienfeld in dem Raum unterhalb der Fläche 41 vorhanden, hauptsächlich bestimmt durch die Magnetfeld- oder Kraftlinien-Streuflußstrecke. Die Länge des Kernteils 17 kann am besten unter Berücksichtigung der Länge des Kraftlinienfelds empirisch ermittelt werden. Im Augenblick der Erregung der Spule 25 resultiert die Flußverkettung zwischen der Magnetanordnung 15 und dem Kernteil 17 in einer Anziehungskraft einer ersten Größe. Wenn die Ankeranordnung 11 ihre Bewegung über den Hub 13 in Richtung auf das Anlageelement 35 (gemäß Fig. 1 aufwärts) beginnt, wird der neben dem Konus 23 befindliche Abschnitt des Kernteils 17 zunehmend mit dem ersten inneren Kraftlinienfeld ver-^ 5 a second external force line field in the space below the surface 41 is present, mainly determined by the magnetic field or line of force stray flux distance. The length of the core part 17 can best be determined empirically, taking into account the length of the force line field be determined. At the moment the coil 25 is excited, the flux linkage between the magnet arrangement results 15 and the core part 17 in an attractive force of a first magnitude. When the anchor assembly 11 their movement over the stroke 13 in the direction of the contact element 35 (according to FIG. 1 upwards) begins, the next the cone 23 located section of the core part 17 increasingly with the first inner force line field

kettet (linked), nämlich demjenigen der größeren Magnetflußdichte (flux density), die in der Nähe der Längsmittellinie der Spule 25 und an dieser Längsmittellinie vorliegt. Gleichzeitig wird der in der Nähe des Schafts 55 befindliche Abschnitt des Kernteils 17 aufwärts gezogen, so daß eine sich zunehmend verringernde Verkettung oder Kopplung des Kernteils 17 mit dem zweiten, äußeren Kraftlinienfeld auftritt. Das Ergebnis besteht darin, daß sich bei der Aufwärtsbewegung der Ankeranordnung 11 die magnetische Anziehungskraft mäßig und allmählich und mit einer im wesentlichen linearen Beziehung zur Größe des durchlaufenen Abschnitts des Hubs 13 vergrößert. Wenn sich die Ankeranordnung 11 in ihrer zweiten, angezogenen Stellung befindet, besitzt die Kraft eine zweite, die erste Größe übersteigende Größe; in bevorzugter Ausführungsform liegt das Verhältnis der Kraft der zweiten Größe zur Kraft der ersten Größe bei etwa 3:1, wenn das erfindungsgemäße Solenoid beispielsweise für die Betätigung eines Gasventils oder -hahns eingesetzt ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß dieses Verhältnis bei einem Solenoid der vorliegenden Art je nach dem Einsatzzweck etwas variieren kann. Es wird jedoch angenommen, daß für einen speziellen Verwendungszweck das beschriebene Kräfteverhältnis bei einem Solenoid der erfindungsgemäßen Art wesentlich kleiner ist als das bei Verwendung eines herkömmlichen Solenoids vorliegende. linked, namely that of the greater magnetic flux density, which is near the longitudinal center line of the coil 25 and is present on this longitudinal center line. At the same time, the one close by Of the shaft 55 located portion of the core part 17 pulled upwards, so that an increasingly decreasing Concatenation or coupling of the core part 17 with the second, external force line field occurs. The result is that when the armature assembly 11 moves upward, the magnetic force of attraction moderate and gradual and with a substantially linear relationship to the size of the section traversed of the hub 13 enlarged. When the anchor assembly 11 is in its second, tightened position is located, the force has a second magnitude that exceeds the first magnitude; in a preferred embodiment, the ratio of the force is the second variable to the force of the first size at about 3: 1, if the invention Solenoid is used, for example, to operate a gas valve or faucet. It should be noted that this ratio in a solenoid of the present type depends on the application can vary slightly. It is believed, however, that for a specific use the ratio of forces described in a solenoid of the type according to the invention is significantly smaller than that present when using a conventional solenoid.

Diese Charakteristik ist in Fig. 2 graphisch dargestellt, in welcher auf der Ordinate 83 die Kraft in fortlaufender Aufwärtsrichtung und auf der Abszisse 84 der (die) Hub(länge) 13 aufgetragen sind. Die lotrechte Achse 87 gibt die Lage der Ankeranordnung 11 in der ersten, zurückgezogenen Stellung, die Ordinate 83 die Lage der Ankeranordnung 11 in der zweiten, angezogenen Stellung an, in welcher die Schulter 81This characteristic is shown graphically in FIG. 2, in which on the ordinate 83 the force in continuous upward direction and on the abscissa 84 of the stroke (length) 13 are plotted. The perpendicular Axis 87 indicates the position of the armature arrangement 11 in the first, retracted position, the ordinate 83 shows the position of the anchor arrangement 11 in the second, tightened position in which the shoulder 81

am Rand 79 anliegt. Die Kurve (Kennlinie) 89 veranschaulicht allgemein die sich exponentiell vergrößernde Kraft, die auf eine Ankeranordnung einer bisherigen Solenoid-Konstruktion einwirkt. Die Kurve 91 veranschaulicht allgemein die durch die Druckfeder 75 auf die Ankeranordnung 11 ausgeübte, abwärts wirkende Kraft, während die Kurve 93 entsprechend die zwischen der Ankeranordnung 11 und der Magnetanordnung 15 wirkende Anziehungskraft angibt. Die Differenz zwischen den Kurven 91 und 93, an einer beliebigen oder jeder lotrechten Achse gemessen, welche diese Kurven 91, 93 schneidet, stellt die auf die Ankeranordnung 11 wirkende Netto- oder Gesamtkraft dar, wenn der geringe Einfluß der Schwerkraft vernachlässigt wird. Aus der Darstellung von Fig. 2 geht folgendes hervor: Wenn sich die Ankeranordnung 11 eines herkömmlichen Solenoids in die voll angezogene stellung bewegt, kann die auf sie einwirkende Kraft das Fünf- bis Sechsfache der zur Überwindung des Einflusses der Schwerkraft und einer etwa vorgesehenen Feder erforderlichen Kraft betragen. Das Ergebnis ist gewöhnlich ein störendes Schlaggeräusch. Dagegen ist beim erfindungsgemäßen Solenoid 10 die entsprechende Kraft nur geringfügig größer als die für die Überwindung der Schwerkraft und der Kraft einer etwaigen Feder nötige Kraft, insbesondere an dem Punkt der Bewegung der Ankeranordnung 11, an welchem die Schulter 81 sich dem Rand 79 annähert und sich schließlich an letzteren anlegt. Der resultierende Metall-Metall-Aufprall ist dabei beträchtlich gemildert, was eine entsprechende Minderung des erzeugten Geräuschpegels mit sich bringt.rests against the edge 79. The curve (characteristic) 89 generally illustrates the exponentially increasing Force applied to an armature assembly of a prior art solenoid design. Curve 91 illustrates generally the downward force exerted on the armature assembly 11 by the compression spring 75, while the curve 93 corresponds to that acting between the armature arrangement 11 and the magnet arrangement 15 Indicates attraction. The difference between curves 91 and 93, at any or every perpendicular The axis measured which intersects these curves 91, 93 represents the one acting on the armature arrangement 11 Net or total force if the small influence of gravity is neglected. From the Representation of Fig. 2 shows the following: If the armature assembly 11 of a conventional solenoid moved to the fully tightened position, the force acting on it can be five to six times that of the Overcome the influence of gravity and a possibly provided spring force required. The result is usually an annoying slap sound. In contrast, the solenoid according to the invention 10 the corresponding force is only slightly greater than that for overcoming gravity and force a possible spring necessary force, in particular at the point of movement of the armature assembly 11 at which the shoulder 81 approaches the edge 79 and finally rests against the latter. The resulting The metal-to-metal impact is considerably reduced, which means a corresponding reduction in the amount generated Brings noise level with it.

Gemäß Fig. 1 kann es sich als wünschenswert erweisen, weitere Maßnahmen zur Geräuschdämpfung vorzusehen.According to FIG. 1, it may prove to be desirable to provide further measures for noise damping.

Zu diesem Zweck kann die Anschlagscheibe 69 an ihrer der Anschlagplatte 57 zugewandten Seite ein elastisches Belagelement 95 aufweisen. Wenn sich die AnkeranordnungFor this purpose, the stop disk 69 can be elastic on its side facing the stop plate 57 Have facing element 95. When the anchor assembly

11 aufwärts in die voll angezogene Stellung bewegt, kommt das Belagelement 95 zur Dämpfung mit der Anschlagplatte 57 in Berührung.
511 moved upward into the fully tightened position, the lining element 95 comes into contact with the stop plate 57 for damping.
5

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Solenoid 10 in Verbindung mit einem Gasventil oder -hahn 97 zur Regelung des Durchsatzes eines Brennstoffs dargestellt. Das Gasventil 97 umfaßt einen Körper 99 mit Durchgängen oder Leitungen 101 für den Brennstoff. Der Körper 99 enthält einen inneren Ring-Steg 103, der eine im wesentlichen kreisförmige Öffnung festlegt, die im Offenzustand vom Brennstoff durchströmbar ist. Ein Ventildeckel 105 zur Aufnahme des Solenoids IO kann dabei die Anschlagplatte 57 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bilden. Die Anschlagscheibe 69 kann weiterhin ein elastisches Dichtelement 107 tragen, das sich an den Steg 103 anlegt, wenn die Spule 25 entregt ist und sich die Ankeranordnung 11 in ihrer dargestellten *^w ersten, zurückgezogenen Stellung befindet. Bei Erregung der Spule 25 bewegen sich die Ankeranordnung 11 und das Dichtelement 107 in Aufwärtsrichtung vom Steg 103 hinweg, so daß Brennstoff (Gas) den Ventil-Körper 99 durchströmen kann. Das Belagelement 95 undIn Fig. 3, the solenoid 10 according to the invention is shown in connection with a gas valve or tap 97 for regulating the throughput of a fuel. The gas valve 97 comprises a body 99 with passages or conduits 101 for the fuel. The body 99 contains an inner ring web 103 which defines an essentially circular opening through which the fuel can flow in the open state. A valve cover 105 for receiving the solenoid IO can form the stop plate 57 in the embodiment according to FIG. 1. The stop plate 69 may further have an elastic sealing element 107, which rests against the web 103, when the coil is de-energized 25 and the anchor assembly 11 in its illustrated ^w * is first retracted position. When the coil 25 is excited, the armature arrangement 11 and the sealing element 107 move in an upward direction away from the web 103, so that fuel (gas) can flow through the valve body 99. The covering element 95 and

das Dichtelement 107 sind bevorzugt als im wesentlichen kreisrunde Manschette mit einer Außenlippe ausgebildet, welche zur Halterung der Manschette die Anschlagscheibe 69 umgreift. Bei Verwendung des Solenoids 10 in Verbindung mit dem Gasventil 97 wird bevorzugt ein kleiner Zwischenraum (Spiel) zwischen dem Kopf der Schraube 71 und dem Schaft 55 eingehalten, damit die Anschlagscheibe 69 mit ihrem Dichtelement 107 zur Anpassung an die Dichtfläche des Stegs 103 etwas kippenthe sealing element 107 are preferably designed as an essentially circular sleeve with an outer lip formed, which engages around the stop disk 69 to hold the cuff. When using the solenoid 10 in connection with the gas valve 97, a small gap (clearance) between the head is preferred the screw 71 and the shaft 55 adhered so that the stop disk 69 with its sealing element 107 to Tilt the adaptation to the sealing surface of the web 103 slightly

kann.
35can.
35

Das erfindungsgemäße Solenoid 10 mit dem zugeordneten Gasventil oder -hahn 97 eignet sich besonders für den Einsatz für Gasheizsysteme in Wohnbereichen. In diesemThe solenoid 10 according to the invention with the associated Gas valve or tap 97 is particularly suitable for use in gas heating systems in living areas. In this

Fall macht sich das erfindungsgemäße Solenoid IO infolge seines verringerten Geräuschpegels erheblich weniger störend bemerkbar. 5Case makes the solenoid IO according to the invention as a result its reduced noise level is considerably less annoying. 5

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich. 10It goes without saying that the invention is in no way limited to the illustrated and described exemplary embodiments limited, but accessible to various changes and modifications. 10

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Claims

A reduced noise solenoid comprising a hub (13) relative to a magnet assembly (15) movable armature arrangement (11), characterized in that

the armature assembly (11) one of a magnetic Material produced and having a first length having core part (17), the magnet arrangement (15) is electrically excitable in order to generate a magnetic flux which forms a force line field a second, longer than the first

increasing length defines, and the magnet assembly (15) on the core part (17) a Force of attraction, the size of which over the stroke (13) practically linearly.

2. Solenoid according to claim 1, characterized in that

that the core part can be moved from a first position via the stroke into a second position, the field of force lines comprises a first inner and a second outer force line field and the core part at its movement from the first to the second position increases with the internal force line field and decreasingly linked to the external force line field or is coupled.

3. Solenoid according to claim 2, characterized in that

that the armature assembly and the magnet assembly, respectively Have parts that in the first position of the armature assembly under increasing the force of attraction interact magnetically with each other.

4 »Solenoid according to claim 3, characterized in that the part of the magnet arrangement has a recess with a first profile and with a recess

Has edge and the anchor arrangement is provided with a protruding from the core part, projecting element of a second profile.
5

5. Solenoid according to claim 4, characterized in that the magnet arrangement is substantially cylindrical and the armature arrangement is arranged essentially coaxially (concentrically) to the magnet arrangement.

6. Solenoid with reduced noise level, characterized in that it

an electrically excitable solenoid coil with two ends and one for generating a magnetic flux Longitudinal passage,

one at the first end slidably inserted into the passage and between a first, retracted one Position and a second, attracted position movable armature assembly and an inserted at the second end in the passage Contact element which, together with the coil, defines a force line field (flux path), that the coil and the contact element when the coil is energized in cooperation with one another an attractive force exert on the anchor assembly that the attractive force in the first position of the Anchor assembly has a first size and a second size in its second position and that the ratio of the second size to the first size of the attraction is about 3: 1.

7. Solenoid according to claim 6, characterized in that the contact element has a recess of a first Profile and having a recess edge, the anchor assembly has a core part with a protruding Has element of a second profile and the edge and the protruding element in the

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first position of the armature assembly cooperate with each other while increasing the force of attraction.
5

8. Solenoid according to claim 7, characterized in that the projecting element and the core part between a shoulder that rests against the edge in the second position of the anchor arrangement,

¹ ^ set.

9. Solenoid according to claim 8, characterized in that one is mounted on the outside of the solenoid Stop plate is provided, the anchor assembly has a stop disk attached to it and movable with it and the stop plate is provided with an elastic covering element which in the second position of the anchor arrangement rests against the stop plate and thus the anchor arrangement buffers.

10. Gas valve or cock for regulating the throughput of a (gaseous) fuel, characterized by a body with lines or passages for the fuel provided therein, a solenoid attached to the body for regulating the fuel throughput as a function of an electrical signal,
wherein the solenoid has an armature arrangement which can be moved over a stroke (length) relative to a magnet arrangement and the latter comprises a core part made of a magnetic material and having a first length, and
a magnet arrangement which is electrically excitable to generate a magnetic flux and a force line field (flux path) of a second length exceeding the first length, so that the magnet arrangement on the core part

Exerts force of attraction, the size of which increases over the stroke substantially linearly.

11. Arrangement according to claim 10, characterized in that

that the core part can be moved from a first position via the stroke into a second position, the force of attraction in the first position of the core part a first and in its second position a second Has size and the ratio of the second size to the first size of the attraction is about 3: 1.

12. The arrangement according to claim 10, characterized in that the core part from a first position on the Hub is movable into a second position that the force line field is a first inner and a second external force line field includes and that the core part when moving from the first to the

second position increasing with the inner force line field and decreasing with the outer force line field is chained or coupled.

13. The arrangement according to claim 12, characterized in that the armature arrangement and the magnet arrangement in each case Have parts that in the first position of the armature assembly under increasing the force of attraction interact magnetically with each other.

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14. Solenoid operated gas valve (or cock), for regulation the flow rate of a (gaseous) fuel, characterized in that it has a valve body with lines or passages provided therein for the fuel and

"" a solenoid attached to the body to regulate the Fuel throughput as a function of an electrical Includes direct current signal,

that the solenoid has an electrically excitable solenoid coil for generating a magnetic flux a first and a second end and a longitudinal passage,

one at the first end slidably inserted into the passage and between a first, retracted one and a second, tightened position displaceable anchor assembly and one on the second End of the contact element arranged in the passage which, in cooperation with the coil, creates a force line field generates, includes,

that the coil and the contact element in cooperation with one another when the coil is energized an attractive force exert on the anchor assembly that the attractive force in the first position of the Anchor assembly has a first size and a second size in its second position and that the ratio of the second size to the first size of the attraction is about 3: 1.

15. The arrangement according to claim 14, characterized in that the valve body has an opening or bore for a fuel flow defining inner (ring) web and a solenoid receiving or holding and a stop plate forming cover that the anchor assembly has one on her has mounted and with her movable stop washer, which with an elastic covering element to rest against the stop plate when the anchor arrangement is in the second position, is provided, and

the stop disk also has an elastic sealing element that can be brought into contact with the (ring) web has so that the flow of fuel through the opening or bore is prevented when the anchor assembly is in the first position.