DE818715C

DE818715C - Solenoid valve

Info

Publication number: DE818715C
Application number: DEP27797A
Authority: DE
Inventors: Willi Sandvoss; Winfried Wiethuechter
Original assignee: Samson Apparatebau AG
Current assignee: Samson Apparatebau AG
Priority date: 1948-12-29
Filing date: 1948-12-29
Publication date: 1951-10-29

Description

Elektromagnetventil Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes Ventil zur Regelung und Fernsteuerung von strömenden Medien aller Art.Solenoid Valve The present invention relates to a solenoid operated valve for regulation and remote control of flowing Media of all kinds.

Bei diesen Magnetventilen wirkt der Anker eines Elektromagnets entweder unmittelbar oder über ein Hebelwerk auf den Ventilkegel bzw. auf dessen Ventilstange, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen.In these solenoid valves, the armature of an electromagnet acts either directly or via a lever mechanism on the valve cone or on its valve rod, to open or close the valve.

Diejenigen Einrichtungen, bei denen der Anker ohne Zwischenschaltung irgendeines übersetzungsgetriebes oder Hebelwerkes unmittelbar mit dem Ventilkegel bzw. der Ventilkegelstange verbunden ist, nutzen die Energie des Elektromagnets schlecht aus, weil der erforderliche Ventilhub nur einen Bruchteil des zur Verfügung stehenden 'Magnet-oder Ankerhubes ausmacht. Infolgedessen müssen hierbei die Magnete, um die notwendigen Hubkräfte aufbringen zu können, beträchtlich überdimensioniert werden. Dagegen ist bei den bekannten, mit einem Hebelwerk arbeitenden Magnetventilen zwischen Anker und Ventilkegel ein zweiseitiger, ungleicharmiger Hebel eingeschaltet, an dessen längerem Arm der Magnetanker angreift, während an den kürzeren Hebelarm die Ventilkegelstange angelenkt ist. Bei diesen Ventilen ist zwar das Kräfteverhältnis etwas günstiger, sie haben aber dafür den Nachteil, daß die Konstruktion unsymmetrisch zur Ventilmittelachse angeordnet sein muß, wodurch sich eine sperrige und in der Herstellung teure Ausführung ergibt.Those facilities in which the armature without interposition any transmission gear or lever mechanism directly with the valve cone or the valve plug stem, use the energy of the electromagnet bad, because the required valve lift is only a fraction of the available standing 'magnet or armature stroke. As a result, the magnets, in order to be able to apply the necessary lifting forces, considerably oversized will. In contrast, with the known solenoid valves that work with a lever mechanism A bilateral, unequal-arm lever switched on between the armature and the valve cone, the magnet armature engages on the longer arm, while the shorter lever arm the valve plug stem is hinged. With these valves, it is true that the balance of power is somewhat cheaper, but they have the disadvantage that the construction is asymmetrical must be arranged to the valve center axis, creating a bulky and in the Manufacturing results in expensive execution.

Beide bekannte Arten von Magnetventilen besitzen außerdem einen wesentlichen Nachteil, der sich aus dem Umstand ergibt, daß die magnetischen Anziehungskräfte im Augenblick des Einschaltens wegen des quadratischen Zusammenhanges zwischen Anziehungskraft und Abstand der anziehenden Flächen verhältnismäßig klein sind. Gerade in diesein Zeitpunkt wird aber zum Anheben des Ventilkegels eine besonders große Kraft benötigt. Dieses Verhalten des Elektromagnets bedingt bei den bekanntenAusführungen eine unverhältnismäßig große Überdimensionierung des Magnets.Both known types of solenoid valves also have an essential one Disadvantage resulting from the fact that the magnetic forces of attraction at the moment of switching on because of the quadratic relationship between attraction and the distance between the attractive surfaces is relatively small. Especially in this one time however, a particularly large force is required to lift the valve cone. This In the known designs, the behavior of the electromagnet is disproportionate large oversizing of the magnet.

Durch die Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile der bekannten Elektromagnetventile zu beseitigen. Um dies zu errreichen, geht die Erfindung ebenfalls von einem Magnetventil aus, bei dem zwischen dem Anker und der Ventilstange eine Kraftübersetzung eingeschaltet ist. Im Gegensatz zu den bisherigen Magnetventilen wird nun erfindungsgemäß ein Übersetzungsgetriebe angewendet, welches die Übersetzung zwischen dem Ankerhub und dem Ventilstangenhub mit fortschreitender Ankerbewegung in umgekehrtem Verhältnis zur magnetischen Anziehungskraft des Elektromagnets verändert. Die Übersetzung nimmt hierbei in ,Abhängigkeit vom Ankerhub von einem sehr hohen, zu Beginn der Ankerbewegung vorhandenen Wert aus bis zum Ende derAnkerbewegung ständig und vorzugsweise stetig ab.The invention aims to remedy these disadvantages of the known solenoid valves to eliminate. To achieve this, the invention is also based on a solenoid valve off, in which a force transmission is switched on between the armature and the valve rod is. In contrast to the previous solenoid valves, a Transmission gear applied, which the translation between the armature stroke and the valve rod stroke with advancing armature movement in inverse proportion changed to the magnetic attraction of the electromagnet. The translation takes in this case, depending on the armature stroke from a very high, at the beginning of the armature movement existing value from continuously and preferably continuously until the end of the anchor movement away.

Das Übersetzungsgetriebe kann in verschiedener Weise und mit verschiedenen Mitteln ausgeführt sein. Zweckmäßig besteht es aus einem Hebelwerk und ist hierbei vorzugsweise als Kniehebelgetriebe ausgebildet.The transmission gear can be in different ways and with different Funds to be executed. Appropriately, it consists of a lever mechanism and is here preferably designed as a toggle mechanism.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Ventilstange im Augenblick des Einschaltens und Anziehens des Magnetankers von letzterem besonders große Kräfte zugeführt werden, obwohl die magnetische Anziehungskraft in diesem Augenblick nur gering ist. Die zum .Anheben des Ventilkegels erforderliche Kraft kann auf diese Weise ohne Überdimensionierung des Elektromagnets an der Ventilstange wirksam gemacht werden. In der öffnungsstellung des Ventilkegels ist dagegen zwar die Übersetzung zwischen Ankerbewegung und Ventilstangenbew egung verhältnismäßig klein. Da aber die magnetischen Anziehungskräfte zu der gleichen Zeit sehr groß sind, wird der Ventilkegel trotzdem mit genügender Sicherheit in seiner geöffneten Stellung festgehalten.The invention achieves that the valve rod at the moment the switching on and attraction of the armature of the latter is particularly strong be supplied, although the magnetic attraction at that moment only is low. The force required for lifting the valve cone can be applied to this Way made effective without oversizing the electromagnet on the valve rod will. In contrast, the translation is in the open position of the valve cone between armature movement and valve rod movement relatively small. Here but the magnetic forces of attraction are very large at the same time, the will The valve cone was nevertheless held in its open position with sufficient security.

Die Erfindung ermöglicht weiterhin eine achsensymmetrische Anordnung des Übersetzungsgetriebes, insbesondere des Kniehebelsystems, indem die Ventilstangenachse, die Symmetrieachse des Hebelsystems und die Magnetachse auf einer gemeinsamen Mittellinie liegen. Dadurch wird eine einfache und gedrängte Bauart des gesamten Magnetventils ermöglicht.The invention also enables an axially symmetrical arrangement of the transmission, in particular of the toggle system, in which the valve rod axis, the axis of symmetry of the lever system and the magnet axis on a common center line lie. This makes the entire solenoid valve simple and compact enables.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i schematisch im Längsschnitt ein Elektromagnetventil mit einem Kniehebelgetriebe gemäß der Erfindung, während die Fig.2 bis 5 in verschiedenen Diagrammen die Übersetzungsverhältnisse und Kräfte in Abhängigkeit vom Magnethub einerseits bei den bekannten Magnetventilausführungen und andererseits bei einem Magnetventil gemäß der Erfindung veranschaulicht. Das Elektromagnetventil besteht gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel äußerlich im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse i, einem Zwischenstück 2 und einem topfförmigen Magnetgehäuse 3 mit den nachstehenden inneren Organen.In the drawing, the invention is in one embodiment for example illustrates, namely Fig. i shows schematically in longitudinal section a solenoid valve with a toggle mechanism according to the invention, while Figures 2 to 5 in different Diagrams showing the transmission ratios and forces depending on the magnet stroke on the one hand with the known solenoid valve designs and on the other hand with a Illustrates solenoid valve according to the invention. The solenoid valve consists according to the illustrated embodiment, outwardly essentially from one Valve housing i, an intermediate piece 2 and a cup-shaped magnet housing 3 with the following internal organs.

In dem beispielsweise in Richtung des eingezeichneten Pfeiles von dem jeweiligen Medium durchströmten Ventilgehäuse i erfolgt die öffnung und Schließung des Ventildurchganges 4 durch einen Ventilkegel 5, der an einer nach unten durch das Zwischenstück 2 geführten Ventilstange 6 sitzt. Der Innenraum 7 des Ventilgehäuses i ist gegen den Innenraum 8 des Zwischenstückes 2 und den Innenraum 9 des Magnetgehäuses 3 mit Hilfe eines Federrohres io abgedichtet, welches oben an einem Zwischendeckel i i und unten an einem Ventilstangenfuß 12 dicht befestigt ist.For example, in the direction of the arrow from the valve housing i through which the medium flows, the opening and closing takes place of the valve passage 4 through a valve cone 5, which is on a downward the intermediate piece 2 guided valve rod 6 is seated. The interior 7 of the valve housing i is against the interior space 8 of the intermediate piece 2 and the interior space 9 of the magnet housing 3 sealed with the help of a spring tube, which is attached to an intermediate cover at the top i i and below on a valve rod foot 12 is tightly attached.

Das Magnetgehäuse 3 enthält einen mit Zuleitungen 13 versehenen Elektromagnet 1.4, der einen in Richtung der Ventilstangenachse beweglichen Anker 15 betätigt. Zwischen den Magnetanker 15 und die Ventilstange 6 ist nun die hier vorzugsweise als Kniehebelmechanismus ausgebildete Übersetzung gemäß der Erfindung eingeschaltet.The magnet housing 3 contains an electromagnet provided with leads 13 1.4, which actuates an armature 15 movable in the direction of the valve rod axis. Between the armature 15 and the valve rod 6, the one here is preferred trained as a toggle mechanism translation according to the invention switched on.

Zu diesem Zweck sind beiderseits des Ventilstangenfußes 12 zwei Kniehebel 16 angeordnet, die um ortsfeste, vom Zwischenstück 2 getragene Achsen 17 drehbar gelagert sind. Die inneren Hebelarme der Kniehebel 16 greifen an einem gemeinsamen Hublager 18 an, welches an dem Ventilstangenfuß 12 vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen dem Hublager. 18 und den an ihm angreifenden Hebelarmen der Kniehebel 16 ist derart mit Spiel ausgebildet, daß der Ventilstangenfuß 12 mit der Ventilstange 6 bei Schwenkbewegungen der Kniehebel 16 um die Drehachse 17 geradlinige Verschiebungsbewegungen in Richtung der Ventilstangenachse ausführen kann.For this purpose, there are two toggle levers on both sides of the valve rod base 12 16 arranged, the rotatable about fixed axes 17 carried by the intermediate piece 2 are stored. The inner lever arms of the toggle levers 16 engage a common one Hub bearing 18, which is provided on the valve rod base 12. The connection between the pin bearing. 18 and the lever arms of the toggle levers 16 that act on it is designed with play that the valve rod foot 12 with the valve rod 6 in the case of pivoting movements of the toggle levers 16 about the axis of rotation 17, linear displacement movements can run in the direction of the valve rod axis.

Die äußeren Hebelarme der Kniehebel 16 sind mittels Drehgelenken i9 an die äußeren Enden von zwei Zugstangen 2o angelenkt, deren innere Enden an einem gemeinsamen, am Magnetanker 15 angeordneten Ankerlager 21 drehbar gelagert sind.The outer lever arms of the toggle levers 16 are i9 by means of swivel joints hinged to the outer ends of two tie rods 2o, the inner ends of which on one common armature bearings 21 arranged on the armature 15 are rotatably mounted.

Das gesamte Magnet- und Kniehebelsystem ist zum Schutz gegen Feuchtigkeitseinflüsse dicht abgekapselt. Zweckmäßig ist der dieses System enthaltende Innenraum 9 des Magnetgehäuses 3 mit Öl gefüllt. Die Abdichtung gegen den Ventilraum 7 und die Ventilstangendurchführung wird stopfbüchsenlos durch das bereits erwähnte Federrohr io besorgt.The entire magnet and toggle system is to protect against the effects of moisture tightly encapsulated. The interior space 9 of the containing this system is useful Magnet housing 3 filled with oil. The seal against the valve chamber 7 and the valve rod leadthrough is provided without a stuffing box by the already mentioned spring tube io.

Die Fig. i der Zeichnung zeigt das Magnetventil in einer Mittelstellung, in der der Ventildurchgang ¢ halb geöffnet ist. Bei abgeschlossenem Ventildurchgang steht der Anker 15 noch etwas weiter aus dem Elektromagnet i'4 heraus, so daß die Zugstangen 2o nahezu eine gerade Linie bilden. In dieser Lage der Kniehebel 16 werden die Kräfte des Magnetankers 15 mit einem besonders großen Übersetzungsverhältnis auf die Ventilstange 6 übertragen.Fig. I of the drawing shows the solenoid valve in a central position, in which the valve port ¢ is half open. With the valve passage closed is the armature 15 a little further out of the electromagnet i'4, so that the Tie rods 2o almost form a straight line. In this position the toggle lever 16 will be the forces of the armature 15 with a particularly large transmission ratio transferred to the valve rod 6.

Bei voller Ventilöffnung dagegen liegt der Anker 15 auf dem Unterteil des Magnets 14 auf, wobei die Zugstangen 20 miteinander einen spitzen Winkel bilden. Das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Augenblick besonders klein, was aber durch die zur gleichen Zeit besonders großen magnetischen Anziehungskräfte, wie oben ausgeführt, ausgeglichen wird. Die Kräfte an der Ventilstange bleiben auf diese Weise annähernd konstant.When the valve is fully open, however, the armature 15 rests on the lower part of the magnet 14, wherein the tie rods 20 have a point with one another Make angles. The transmission ratio is particularly small at this moment, but what due to the at the same time particularly large magnetic forces of attraction, as stated above, is balanced. The forces on the valve rod remain on almost constant in this way.

Die Funktion eines Elektromagnetventils gemäß der Erfindung ist aus den Diagrammen der Fig. 2 bis 5 der Zeichnung ersichtlich, wobei jeweils auf der linken Seite die Bewegungs- und Kräfteverhältnisse bei den bisher üblichen Magnetventilen und auf der rechten Seite die entsprechenden Verhältnisse beim Erfindungsgegenstand veranschaulicht sind.The function of a solenoid valve according to the invention is off the diagrams of FIGS. 2 to 5 of the drawing can be seen, each on the the left side shows the balance of movement and force in the previously common solenoid valves and on the right-hand side the corresponding relationships for the subject of the invention are illustrated.

In sämtlichen Diagrammen sind die Kurven über dem die Abszisse bildenden Magnethub sm aufgetragen.In all the diagrams the curves are above the one that forms the abscissa Magnet stroke sm applied.

Fig. 2 zeigt den Ventilstangenhub s" als Funktion des Magnethubes sm. Da bei den bekannten Magnetventilen entweder eine direkte Verbindung oder ein ein- oder zweiarmiger gewöhnlicher Hebel zwischen dem Magnetanker und der Ventilstange vorgesehen ist, stellt diese Funktion normalerweise eine durch den Nullpunkt verlaufende Gerade 22 dar. Bei der Erfindung dagegen wird durch das besondere Übersetzungsgetriebe bzw. das Kniehebelwerk eine Ventilstangenbewegung erzielt, die in den ersten Phasen der Ankerbewegung klein ist, jedoch gegen Ende der Ankerbewegung stark zunimmt. Die betreffende Funktion stellt sich somit als eine Kur@,e 23 dar.Fig. 2 shows the valve rod stroke s "as a function of the solenoid stroke sm. As in the known solenoid valves either a direct connection or a one or two armed common lever between the armature and the valve rod is provided, this function is normally one that runs through the zero point Just 22 represents. In the invention, however, is through the special transmission gear or the toggle mechanism achieves a valve rod movement that occurs in the first phases the anchor movement is small, but increases sharply towards the end of the anchor movement. The function in question is thus represented as a course @, e 23.

Fig. 3 zeigt die Übersetzungen zwischen Magnetankerhub und Ventilstangenhub als Funktion des Magnethubes sm. Bei den bekannten Magnetventilen ist diese Übersetzung konstant, so daß die Funktion eine parallel zur Abszisse verlaufende Gerade 24 bildet. Bei der Erfindung dagegen nimmt die Übersetzung von einem Höchstwert zu Beginn der .Ankerbewegung aus in einer nicht linearen Form stetig ab, wodurch sich die Kurve 25 ergibt.Fig. 3 shows the translations between the armature stroke and the valve rod stroke as a function of the magnet stroke sm. In the known solenoid valves, this translation is constant, so that the function forms a straight line 24 running parallel to the abscissa. In the invention, on the other hand, the translation decreases steadily from a maximum value at the beginning of the anchor movement in a non-linear form, as a result of which curve 25 results.

Fig. 4 stellt die magnetischen Anziehungskräfte PM als Funktion des Magnethubes sm dar. Diese sind bei den bekannten Magnetventilen und bei der Erfindung gleich groß und werden durch die Kurven 26 bzw. 27 charakterisiert.Fig. 4 shows the magnetic attraction forces PM as a function of the Solenoid stroke sm represents. These are in the known solenoid valves and in the invention are of the same size and are characterized by curves 26 and 27, respectively.

Fig. 5 schließlich zeigt als Funktion des Magnethubes sm die an die Ventilstange wirkenden Kräfte PS, die sich als Produkte aus den magnetischen Anziehungskräften PM und den Übersetzungen Ü ergeben, also Bei den bekannten Magnetventilen zeigt die sich ergebende Kurve 28, daß diese Kräfte zu Beginn des Magnethubes, also im Augenblick des Ventilöffnens, ihren Kleinstwert haben, während sie bei der Erfindung gemäß Kurve 29 in diesem Zeitpunkt ihren größten Wert aufweisen und dann nur wenig absinken, womit der durch die Erfindung erzielte Effekt bewiesen ist.Finally, FIG. 5 shows, as a function of the magnet stroke sm, the forces PS acting on the valve rod, which result as products of the magnetic attraction forces PM and the gear ratios U, that is In the known solenoid valves, the resulting curve 28 shows that these forces have their lowest value at the beginning of the solenoid stroke, i.e. at the moment of valve opening, while in the invention according to curve 29 they have their highest value at this point in time and then drop only slightly, whereby the effect achieved by the invention is proven.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Solenoid valve with a gear ratio switched between the magnet armature and the valve plug stem, characterized in that the gear transmission changes the gear ratio between the armature stroke and the valve rod stroke in inverse proportion to the magnetic attraction of the electromagnet.

2. Solenoid valve according to claim i, characterized in that the transmission gear consists of a There is a lever mechanism, which at the beginning of the armature stroke is a relatively large and then up to the end of the armature stroke steadily decreasing translation between .Anchor and valve rod causes.

3. Solenoid valve according to claim i and 2, characterized characterized in that the transmission lever mechanism is designed as a toggle mechanism is.

4. Solenoid valve according to claim i to 3, characterized in that the Toggle lever mechanism from a toggle lever pair arranged symmetrically to the valve rod axis (16) consists, the inner lever arms via a common pin bearing (18) on the Attack the foot (12) of the valve rod (6) while the outer lever arms of the knee lever (16) are hinged to the magnet armature (15) by means of tie rods (2o).

5. Solenoid valve according to claim i to 4, characterized in that the axis of the valve rod (6), the axis of symmetry of the toggle system (16 to 21) and the axis of the electromagnet (14) lie on a common center line.

6. Solenoid valve according to claim i to 5, characterized in that the electromagnet (14) and the toggle lever system (16 to 21) for protection against the effects of moisture in a sealed off from the outside Housing (3) arranged and against the valve interior (7) and the valve rod leadthrough Are sealed without a stuffing box, preferably by means of a spring tube (io).