EP0872857A2 - Electromagnet for operating a valve actuator - Google Patents
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- H01F7/1607—Armatures entering the winding
Definitions
- the invention relates to an electromagnet for actuation of the actuator of a valve according to that in the preamble of claim 1 specified genus.
- a 4/3-way valve in Compact design known that a double stroke magnet as a drive having.
- This double stroke magnet is its anchor via a cross pin with a plunger-like, hollow, longitudinally movable Control spool connected by a reset device with two opposing springs in is centered and by the double solenoid deflectable to both sides in working positions is.
- the anchor can be moved longitudinally inside an anchor tube stored on the outer circumference of the magnetic flux Parts of the housing are in contact.
- the housing shows a ring-shaped yoke part between the two coils lying close together and that in the magnetic circuits both coils of the double solenoid is switched.
- the disadvantage here is that no sensor element for magnetic flux detection is present, so that the energization of the two coils in the double solenoid can not be influenced depending on it is.
- valve device is known from DE 41 05 705 A1 known, in which the one used to control the pressure medium Actuator carries a permanent magnet and an associated one Field sensor or Hall generator the position of the actuator can be queried or regulated via the electromagnet can. Installation of the sensor in pressurized rooms of the valve as well as the wiring with the control electronics of the electromagnet increases the construction effort and makes it vulnerable against malfunctions.
- the electromagnet according to the invention for actuating the actuator of a valve with the characteristic features of the main claim has the advantage that he at Actuation of a valve with a three-position Actuator manages with a single sensor element. This enables a particularly simple and inexpensive Construction, because the effort for sensor, its assembly, the evaluation electronics and the wiring significantly reduced. Nevertheless, the basic advantages a flow measurement in the magnetic circuit and thus the possibility the flow control can be fully used. So the lifting work of the electromagnet can be optimally used. Further controlled overexcitation of the magnetic circuits achieve with time-optimized current reduction, whereby on the one hand, shorten the operating times of the valve, in Switching positions energy savings can be achieved and the hydraulic switching performance can be improved overall can.
- the electromagnet with Flow control can be implemented in a space-saving and cost-effective manner.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through a double stroke magnet 10 in a simplified representation, the usual 4/3-way valve 11 is attached.
- the double stroke magnet 10 is designed here as a plunger armature electromagnet, whose housing 12 has a pressure tube 13, the front screwed into the valve housing 14 of the directional control valve 11 is.
- the pressure tube 13 is in one piece in a manner known per se formed and consists of a fastening thread 15 load-bearing, cylindrical inner yoke part 16, on the one after the other a first intermediate ring 17, a central tube section 18, a second intermediate ring 19 and an outer Connect pipe section 20. While the two intermediate rings 17, 19 are made of non-magnetic material the remaining parts of the pressure tube 13 made of magnetically conductive Material made.
- the pressure tube 13 In the area of the outer pipe section 20 is the pressure tube 13 through a cylindrical outer yoke 21 closed, whereby an interior 22 is formed in the pressure tube 13 is that receives an anchor 23.
- the anchor 23 is via a cross pin 24 on an axially extending plunger 25 fixed in the inner yoke part 16 and in the outer yoke part 21 is movably mounted.
- first coil 26 and a second coil 27 of the electromagnet On the outer circumference of the pressure tube 13 are one behind the other a first coil 26 and a second coil 27 of the electromagnet arranged, the spatially close together Coils 26, 27 through an annular flux guide 28 are separated.
- On the directional valve 11 facing The end face of the first coil 26 is part of the Housing 12 a first annular end plate 29 arranged, while on the opposite end the second coil 27 facing outward is one second end plate 31 abuts.
- Both coils 26, 27 and both end plates 29, 31 and the flux guide plate 28 are surrounded by a cylindrical tube part 32, which also part of the housing 12 and made of magnetic conductive material is made to the magnetic circuits for the close both coils 26 and 27.
- the outer yoke part 21 is not shown in detail fastened in the pressure pipe 13 and carries a ring nut 33, which overlaps the free end of the pressure tube 13 and the two coils 26, 27 of the electromagnet on the valve housing 14 holds tight.
- the sensor element 34 is located directly on the outer diameter of the pressure tube 13, in particular the middle pipe section 18 and is thus in a Point assigned to the magnetic circuits of both coils 26 and 27 is.
- the sensor element 34 with which the magnetic flux is applied a point representative of both magnetic circuits is preferably carried out as a Hall generator.
- the directional valve 11 confirmed by the double stroke magnet 10 is a known valve for four ways and three positions, its serving as actuator spool 35 by a mechanical reset device 36 with two opposite mutually acting springs 37, 38 in the drawn Center position is centered.
- the one carrying the anchor 23 Tappet 25 penetrates the inner yoke part 16 and lies with its end 39 on the front on the spool 35.
- the actuator can with no current Coils through a mechanical reset device be centered in a middle position and by alternating Current supply to one of the two coils in both working positions be deflected. It is also possible by partially energizing both coils their opposite Balancing forces on the anchor in a middle position and to deflect the armature, the energization of the increase one coil and energize the other coil lower at the same time.
- Directional control valve 11 a reset device with different strong springs to use, so that when the Actuator from a central position in one direction a coil works against a weak spring while at the deflection in the opposite direction the other coil against one Differential force of both springs works.
- a connector 41 is grown, in which the Control electronics for the sensor element 34 and the two Coils 26, 27 housed simple, compact and inexpensive can be.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Elektromagnet zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.The invention relates to an electromagnet for actuation of the actuator of a valve according to that in the preamble of claim 1 specified genus.
Es ist bereits ein solcher Elektromagnet zur Betätigung des
Steuerschiebers eines Wegeventils aus der DE 36 05 216 C2
bekannt, der als Tauchankermagnet mit einem Druckrohr ausgeführt
ist. Bei diesem Elektromagnet ist außerhalb des Druckrohrs
in den magnetischen Kreis über die Flußleitteile ein
Sensorelement geschaltet, das die Größe des Magnetflusses
mißt, um davon abhängig den Erregerstrom der Spule im Elektromagnet
zu steuern und somit verschiedene Anzugskräfte
bzw. Ankerstellungen zu erreichen. Mit einem solchen Elektromagnet
mit dem magnetflußmessenden Sensorelement lassen
sich im Betrieb eine Vielzahl von Vorteilen erreichen. Von
Nachteil bei diesem Tauchanker-Elektromagnet ist jedoch, daß
er nur für eine einfach wirkende Funktion ausgeführt ist und
sich nicht zur Steuerung eines Wegeventils mit drei oder
mehr Schaltstellungen eignet. Für die Betätigung eines 3-Stellungsventils
werden normalerweise zwei derartige Elektromagnete
verwendet, so daß sich der Aufwand für zwei derartige
Sensorelemente, deren Montage, deren Auswerteelektronik
und deren Verkabelung erheblich steigert. Obwohl bei
solchen Elektromagneten die Bauart mit Druckrohr vorteilhaft
ist, sind auch Anwendungsfälle möglich, die kein derartiges
Druckrohr erfordern.There is already such an electromagnet for actuating the
Control spool of a directional valve from
Ferner ist aus der DE-OS 2 109 770 ein 4/3-Wegeventil in Kompaktbauweise bekannt, das einen Doppelhubmagnet als Antrieb aufweist. Bei diesem Doppelhubmagnet ist dessen Anker über einen Querstift mit einem stößelartigen, hohlen, längsbeweglichen Steuerschieber verbunden, der durch eine Rückstelleinrichtung mit zwei gegensinnig wirkenden Federn in einer Mittelstellung zentriert ist und durch den Doppelhubmagnet nach beiden Seiten in Arbeitsstellungen auslenkbar ist. Der Anker ist hier längsbeweglich im Inneren eines Ankerrohrs gelagert, an dessen Außenumfang die magnetflußleitenden Teile des Gehäuses anliegen. Dabei weist das Gehäuse ein ringscheibenförmiges Jochteil auf, das zwischen den zwei eng aneinanderliegenden Spulen liegt und das in die Magnetkreise beider Spulen des Doppelhubmagneten geschaltet ist. Von Nachteil ist hier, daß kein Sensorelement zur Magnetflußerfassung vorliegt, so daß auch die Bestromung der beiden Spulen im Doppelhubmagnet nicht davon abhängig beeinflußbar ist.Furthermore, from DE-OS 2 109 770 a 4/3-way valve in Compact design known that a double stroke magnet as a drive having. This double stroke magnet is its anchor via a cross pin with a plunger-like, hollow, longitudinally movable Control spool connected by a reset device with two opposing springs in is centered and by the double solenoid deflectable to both sides in working positions is. The anchor can be moved longitudinally inside an anchor tube stored on the outer circumference of the magnetic flux Parts of the housing are in contact. The housing shows a ring-shaped yoke part between the two coils lying close together and that in the magnetic circuits both coils of the double solenoid is switched. The disadvantage here is that no sensor element for magnetic flux detection is present, so that the energization of the two coils in the double solenoid can not be influenced depending on it is.
Ferner ist aus der DE 41 05 705 A1 eine Ventileinrichtung
bekannt, bei der das zum Steuern des Druckmittels dienende
Stellglied einen Permanentmagneten trägt und über einen zugeordneten
Feldsensor bzw. Hallgenerator die Lage des Stellglieds
abgefragt bzw. über den Elektromagnet geregelt werden
kann. Der Einbau des Sensors in druckmittelgefüllten Räumen
des Ventils sowie die Verkabelung mit der Steuerelektronik
des Elektromagneten erhöht den Bauaufwand und macht anfällig
gegen Betriebsstörungen.Furthermore, a valve device is known from
Der erfindungsgemäße Elektromagnet zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er bei der Betätigung eines Ventils mit einem drei Stellungen aufweisenden Stellglied mit einem einzigen Sensorelement auskommt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise, da sich der Aufwand für Sensor, dessen Montage, die Auswerteelektronik und die Verkabelung erheblich verringert. Trotzdem können dabei die grundsätzlichen Vorteile einer Flußmessung im Magnetkreis und damit die Möglichkeit der Flußregelung voll ausgenutzt werden. So kann die Hubarbeit des Elektromagneten optimal ausgenutzt werden. Ferner läßt sich eine kontrollierte Übererregung der Magnetkreise mit zeitoptimaler Stromabsenkung erreichen, wodurch sich einerseits die Stellzeiten des Ventils verkürzen lassen, in Schaltstellungen Energieeinsparungen erzielbar sind und die hydraulische Schaltleistung insgesamt verbessert werden kann. Ferner ist es möglich, die Änderung des Sensorsignals über den Magnethub zur Generierung eines Wegsignals für das Stellglied zu nutzen. Weiterhin ist es möglich, die Stärke des magnetischen Feldes durch Kombination der Polform und der Flußregelung zu beeinflussen. Der Elektromagnet mit Flußregelung läßt sich platzsparend und kostengünstig realisieren.The electromagnet according to the invention for actuating the actuator of a valve with the characteristic features of the The main claim has the advantage that he at Actuation of a valve with a three-position Actuator manages with a single sensor element. This enables a particularly simple and inexpensive Construction, because the effort for sensor, its assembly, the evaluation electronics and the wiring significantly reduced. Nevertheless, the basic advantages a flow measurement in the magnetic circuit and thus the possibility the flow control can be fully used. So the lifting work of the electromagnet can be optimally used. Further controlled overexcitation of the magnetic circuits achieve with time-optimized current reduction, whereby on the one hand, shorten the operating times of the valve, in Switching positions energy savings can be achieved and the hydraulic switching performance can be improved overall can. It is also possible to change the sensor signal via the magnetic stroke to generate a path signal for the To use actuator. It is also possible to change the strength of the magnetic field by combining the pole shape and to influence the flow control. The electromagnet with Flow control can be implemented in a space-saving and cost-effective manner.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Elektromagneten möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Anspruch 2 der Elektromagnet als Tauchanker-Magnet mit zugehörigem Druckrohr ausgeführt wird. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung. By the measures listed in the subclaims advantageous further developments and improvements of the Main claim specified electromagnet possible. Especially It is advantageous if, according to claim 2, the electromagnet designed as a submersible anchor magnet with associated pressure pipe becomes. Further expedient configurations result from the remaining claims, the description and the drawing.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Doppelhubmagneten mit angebautem Wegeventil in vereinfachter Darstellung.An embodiment of the invention is in the drawing shown and explained in more detail in the following description. The only figure shows a longitudinal section through a double solenoid with attached directional valve in a simplified Presentation.
Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Doppelhubmagneten
10 in vereinfachter Darstellung, der an ein übliches
4/3-Wegeventil 11 angebaut ist. Der Doppelhubmagnet
10 ist hier als ein Tauchanker-Elektromagnet ausgeführt,
dessen Gehäuse 12 ein Druckrohr 13 aufweist, das stirnseitig
in das Ventilgehäuse 14 des Wegeventils 11 eingeschraubt
ist.FIG. 1 shows a longitudinal section through a
Das Druckrohr 13 ist in an sich bekannter Weise einstückig
ausgebildet und besteht aus einem ein Befestigungsgewinde 15
tragenden, zylindrischen Innenjochteil 16, an den nacheinander
ein erster Zwischenring 17, ein mittlerer Rohrabschnitt
18, ein zweiter Zwischenring 19 und ein äußerer
Rohrabschnitt 20 anschließen. Während die beiden Zwischenringe
17, 19 aus nicht magnetischem Material bestehen, sind
die übrigen Teile des Druckrohrs 13 aus magnetisch leitendem
Material hergestellt. Im Bereich des äußeren Rohrabschnitts
20 ist das Druckrohr 13 durch ein zylindrisches Außenjoch 21
verschlossen, wodurch im Druckrohr 13 ein Innenraum 22 gebildet
ist, der einen Anker 23 aufnimmt. Der Anker 23 ist
über einen Querstift 24 auf einem axial verlaufenden Stößel
25 fixiert, der im Innenjochteil 16 und im Außenjochteil 21
beweglich gelagert ist. The
Auf dem Außenumfang des Druckrohrs 13 sind hintereinander
eine erste Spule 26 sowie eine zweite Spule 27 des Elektromagneten
angeordnet, wobei die räumlich eng beieinanderliegenden
Spulen 26, 27 durch eine ringförmige Flußleitscheibe
28 voneinander getrennt sind. Auf der dem Wegeventil 11 zugewandten
Stirnseite der ersten Spule 26 ist als Teil des
Gehäuses 12 eine erste, ringförmige Abschlußplatte 29 angeordnet,
während auf der entgegengesetzt liegenden Stirnseite
der zweiten Spule 27, die nach außen gewandt ist, eine
zweite Abschlußplatte 31 anliegt. Beide Spulen 26, 27 sowie
beide Abschlußplatten 29, 31 sowie die Flußleitscheibe 28
sind von einem zylindrischen Rohrteil 32 umgeben, das ebenfalls
ein Teil des Gehäuses 12 darstellt und aus magnetisch
leitendem Material besteht, um die Magnetkreise für die
beiden Spulen 26 und 27 zu schließen.On the outer circumference of the
Das Außenjochteil 21 ist in nicht näher gezeichneter Weise
im Druckrohr 13 befestigt und trägt eine Ringmutter 33,
welche das freie Ende des Druckrohrs 13 übergreift und die
beiden Spulen 26, 27 des Elektromagneten am Ventilgehäuse
14 anliegend hält.The
In der radialen Ebene der Flußleitscheibe 28 ist an deren
Innendurchmesser eine Aussparung ausgebildet, in der ein
Sensorelement 34 liegt. Das Sensorelement 34 liegt unmittelbar
am Außendurchmesser des Druckrohrs 13, insbesondere des
mittleren Rohrabschnitts 18 an und liegt somit in einer
Stelle, die den Magnetkreisen beider Spulen 26 bzw. 27 zugeordnet
ist. Das Sensorelement 34, mit dem der Magnetfluß an
einer für beide Magnetkreise repräsentativen Stelle gemessen
wird, läßt sich vorzugsweise als Hall-Generator ausführen.In the radial plane of the
Das vom Doppelhubmagnet 10 bestätigte Wegeventil 11 ist ein
an sich bekanntes Ventil für vier Wege und drei Stellungen,
dessen als Stellglied dienender Steuerschieber 35 durch eine
mechanische Rückstelleinrichtung 36 mit zwei entgegengesetzt
zueinander wirkenden Federn 37, 38 in der gezeichneten
Mittelstellung zentriert wird. Der den Anker 23 tragende
Stößel 25 durchdringt das Innenjochteil 16 und liegt mit
seinem Ende 39 stirnseitig am Steuerschieber 35 an.The
Die Wirkungsweise eines üblichen Doppelhubmagneten ist herkömmlich
bekannt und wird deshalb hier nicht näher erläutert.
Bei einem 3-Stellungs-Wegeventil wird zur Auslenkung
des Steuerschiebers 35 aus seiner Mittelstellung nach beiden
Seiten in Arbeitsstellungen jeweils eine der Magnetspulen 26
bzw. 27 bestromt, während die andere Magnetspule unbestromt
bleibt. Bei jeder Art von Auslenkung nutzen die Spulen 26,
27 die gemeinsame Flußleitscheibe 28, so daß das Sensorelement
34 unabhängig von der Richtung der Auslenkung stets den
Magnetfluß in repräsentativer Form mißt. Damit läßt sich mit
einem einzigen Sensorelement 34 wechselweise die Flußdichte
in beiden Magnetkreisen messen und davon abhängig die eingangs
genannten Vorteile einer Flußmessung im Magnetkreis
für die Steuerung bzw. Regelung des Wegeventils 11 ausnutzen.The operation of a conventional double solenoid is conventional
is known and is therefore not explained in detail here.
With a 3-position directional control valve, the
of the
Durch die Anordnung des Sensorelements 34 in der gemeinsamen
Flußleitscheibe 28 können derartige Doppelhubmagneten in
verschiedener Weise betrieben werden, ohne vom Gedanken der
Erfindung abzuweichen. So kann das Stellglied bei unbestromten
Spulen durch eine mechanische Rückstelleinrichtung
in einer Mittelstellung zentriert werden und durch abwechselnde
Bestromung einer der beiden Spulen in beide Arbeitsstellungen
ausgelenkt werden. Weiterhin ist es möglich,
durch eine Teilbestromung beider Spulen deren entgegengesetzten
Kräfte auf den Anker in einer Mittelstellung auszugleichen
und zum Auslenken des Ankers die Bestromung der
einen Spule zu erhöhen und die Bestromung der anderen Spule
gleichzeitig zu senken. Fernerhin ist es möglich, in dem
Wegeventil 11 eine Rückstelleinrichtung mit unterschiedlich
starken Federn zu verwenden, so daß bei einer Auslenkung des
Stellglieds aus einer Mittelstellung in einer Richtung die
eine Spule gegen eine schwache Feder arbeitet, während bei
der Auslenkung in Gegenrichtung die andere Spule gegen eine
Differenzkraft beider Federn arbeitet.By arranging the
Am Gehäuse 12 des Doppelhubmagneten 10 ist am Außenumfang
des Rohrteils 32 ein Anschlußstecker 41 angebaut, in dem die
Ansteuerelektronik für das Sensorelement 34 und die beiden
Spulen 26, 27 einfach, kompakt und kostengünstig untergebracht
werden kann.On the housing 12 of the
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
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EP0872857A3 EP0872857A3 (en) | 1999-04-14 |
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