EP1144812B1 - Elektromagnetischer aktuator - Google Patents

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EP1144812B1
EP1144812B1 EP00984875A EP00984875A EP1144812B1 EP 1144812 B1 EP1144812 B1 EP 1144812B1 EP 00984875 A EP00984875 A EP 00984875A EP 00984875 A EP00984875 A EP 00984875A EP 1144812 B1 EP1144812 B1 EP 1144812B1
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EP
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armature
coil
electromagnetic actuator
electromagnet
pole face
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Robert Bosch GmbH
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    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081Magnetic constructions
    • H01F2007/086Structural details of the armature

Definitions

  • the invention is based on an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1, according to DE-C-198 04225.
  • Known electromagnetic actuators for actuating a Valves usually have an electromagnet that is in an effective region with a magnetic field generated by a coil via at least one pole face to a correspondingly executed Anchor surface of a displaceable anchor acts.
  • the anchor is from a starting position tightened with the anchor surface in the direction of the pole face and the valve directly from the anchor or indirectly via an anchor tappet open or closed, and usually contrary a spring force.
  • In an end position is the anchor surface on the pole surface.
  • the invention is based on an electromagnetic actuator, in particular for actuating a valve, with a first electromagnet and possibly further electromagnet, wherein the first electromagnet in a first effective range with a magnetic field generated by at least one coil over at least a first conical and / or stepped pole face a correspondingly executed anchor surface of a displaceable Anker acts.
  • electromagnet acts in at least one second effective range over at least one second pole face on a corresponding anchor surface. It can be beneficial with the first effective range a long adjustment with a from the beginning of the adjustment of relatively large force a first pole face with a steep cone or with a high Steps are reached. In addition, with the second effective range a great force in the end position, especially by a largely aligned perpendicular to the direction of movement second pole face can be achieved.
  • conical and / or stepped first Pole surface at least partially, advantageously completely arranged inside the coil.
  • the radial and axial space within the coil can be used advantageously and additional Space can be saved.
  • the second pole face in the direction of movement of the armature between the armature and the coil is arranged.
  • this is advantageously substantially perpendicular to the direction of movement executed the anchor and thus requires only a small axial space. It can be a very big part of Cross-sectional area of the coil used as a pole face and a small actuator can be achieved with a great force.
  • the first, the second or a third pole face to arrange radially outside of the coil, on a corresponding anchor surface acts.
  • the radially inner region of the second pole face can be advantageous be used to move the anchor in the direction of movement to guide two places with a great distance safely.
  • a component forming the second pole face integral with a Guide the anchor is formed. It can be a cheaper one Magnetic flux reached and it can be additional components, space, and assembly costs can be saved. Further, on small space reaches a particularly large second pole face become. However, the lead can also come from an additional Component formed with special sliding properties be.
  • the solution according to the invention can be carried out by various persons skilled in the art as meaningful electromagnetic actuators be used, but particularly advantageous in electromagnetic Actuators for actuating a valve, the in a small space a long adjustment and a possible need large force in the end position, for example with a solenoid valve for a water cycle, etc.
  • Fig. 1 shows an electromagnetic actuator for actuation a non-illustrated valve with a first electromagnet 10.
  • the electromagnet 10 acts in a first Effective region 12 with a magnetic field generated by a coil 14 16 via a first conical pole face 18 to a corresponding executed anchor surface 20 of a direction 30, 32nd slidable armature 22.
  • the armature 22 is via an anchor tappet 36 with a valve slide, not shown connected.
  • the first electromagnet 10 acts in a second Effective region 24 via a second pole face 26 to a corresponding Anchor surface 28 of the armature 22.
  • the first pole face 18 is inside the coil 14 and the second pole face 26 is in the direction of movement 30, 32 of the armature 22 between the armature 22 and the coil 14 is arranged. It becomes the radial and axial Space within the coil 14 for the first pole face 18th with a steep cone and the space in the direction of movement 30, 32 of the armature 22 between the coil 14 and the armature 22nd used for the second pole face 26, which has a shallow cone having.
  • the second pole face 26 is formed by a component 34, which is attached to a pole housing 38.
  • the pole housing 38 is closed by a lid 40, on which a coil core 42 is attached, which forms the first pole face 18.
  • the anchor 22 is about its armature plunger 36 in the coil core 42 and guided directly in a guide surface 50 in the component 34.
  • the electromagnet 10 If the electromagnet 10 is activated or the coil 14 is energized, with a coil current on the coil side 44 enters the drawing plane and on the coil side 46 exits the plane, creates a magnetic flux 48th
  • the magnetic flux 48 passes through the lid 40, the pole housing 38, the component 34, the guide surface 50, the armature 22, the armature surface 20, a working air gap 60, the first pole face 18 and over the spool core 42 to the lid 40th
  • Fig. 3 is a force-displacement diagram is shown in which a force-displacement curve 52 isolated from the first active region 12 shown is. On the abscissa is the way s and on the ordinate is the force F applied.
  • the magnetic flux 48 increases and saturates at the Guide surface 50, creates an additional magnetic flux 58 from the component 34 through the second pole face 26, via a second working air gap 62 and by the armature surface 28 to Anchor 22 ( Figure 2).
  • the second pole face 26 and the corresponding Anchor surface 28 each have a shallow cone or are substantially perpendicular to the direction of movement 30, 32 of the armature 22 executed.
  • the electromagnet 10 acts via the second pole face 26 only shortly before the end position on the corresponding anchor surface 28, but with a relatively large Force as isolated with a force-displacement curve 54 for the second active region 24 in Fig. 3 is shown.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Ventils, mit zumindest einem Elektromagneten (10), der in einem ersten Wirkbereich (12) mit einem von zumindest einer Spule (14) erzeugten Magnetfeld (16) über wenigstens eine erste konische und/oder gestufte Polfläche (18) auf eine entsprechend ausgeführte Ankerfläche (20) eines verschiebbaren Ankers (22) wirkt. Es wird vorgeschlagen, daß der Elektromagnet (10) in zumindest einem zweiten Wirkbereich (24) über zumindest eine zweite Polfläche (26) auf eine entsprechende Ankerfläche (28) wirkt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gemäß der DE-C-198 04225.
Bekannte elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung eines Ventils besitzen in der Regel einen Elektromagneten, der in einem Wirkbereich mit einem von einer Spule erzeugten Magnetfeld über zumindest eine Polfläche auf eine entsprechend ausgeführte Ankerfläche eines verschiebbaren Ankers wirkt. Bei aktiviertem Aktuator wird der Anker aus einer Ausgangsstellung mit der Ankerfläche in Richtung der Polfläche angezogen und das Ventil direkt vom Anker oder indirekt über einen Ankerstößel geöffnet oder geschlossen, und zwar meistens entgegen einer Federkraft. In einer Endlage liegt die Ankerfläche auf der Polfläche.
Um zu erreichen, daß der Elektromagnet über einen langen Weg auf den Anker wirkt und um dadurch einen langen Verstellweg zu ermöglichen, ist bekannt, die Polfläche und die entsprechende Ankerfläche konisch und/oder gestuft auszuführen. Mit hohen Stufen bzw. mit einem steilen Konus kann trotz eines langen Verstellwegs in der Ausgangslage bzw. von Beginn der Stellbewegung an ein kurzer direkter Weg zwischen der Polfläche und der Ankerfläche und dadurch von Beginn an eine relativ große Kraft auf den Anker erreicht werden. Im Vergleich zu einer zur Verstellbewegung weitgehend senkrecht ausgerichteten Polfläche wird jedoch eine kleinere Kraft unmittelbar vor und in der Endlage erreicht.
Bei den Aktuator nach der DE-C-158 04 225 ist ein zweiter Elektromagnet vorgesehen, der mit seiner Polfläche ebenfalls auf den Anker wirkt.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Ventils, mit einem ersten Elektromagneten und ggf. weiteren Elektromagneten, wobei der erste Elektromagnet in einem ersten Wirkbereich mit einem von zumindest einer Spule erzeugten Magnetfeld über wenigstens eine erste konische und/oder gestufte Polfläche auf eine entsprechend ausgeführte Ankerfläche eines verschiebbaren Ankers wirkt.
Da Elektromagnet wirkt in zumindest einem zweiten Wirkbereich über zumindest eine zweite Polfläche auf eine entsprechende Ankerfläche. Es kann vorteilhaft mit dem ersten Wirkbereich ein langer Verstellweg mit einer von Beginn der Verstellbewegung an relativ großen Kraft durch eine erste Polfläche mit einem steilen Konus bzw. mit hohen Stufen erreicht werden. Zudem kann mit dem zweiten Wirkbereich eine große Kraft in der Endlage, insbesondere durch eine weitgehend senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtete zweite Polfläche erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist die konische und/oder gestufte erste Polfläche zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig innerhalb der Spule angeordnet. Der radiale und axiale Bauraum innerhalb der Spule kann vorteilhaft genutzt und zusätzlicher Bauraum eingespart werden.
Ferner kann Bauraum eingespart werden, indem die zweite Polfläche in Bewegungsrichtung des Ankers zwischen dem Anker und der Spule angeordnet ist. Um durch die zweite Polfläche eine möglichst große Kraft in der Endlage zu erzielen, ist diese vorteilhaft im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers ausgeführt und erfordert dadurch nur einen geringen axialen Bauraum. Es kann ein besonders großer Teil der Querschnittsfläche der Spule als Polfläche genutzt und ein kleiner Aktuator mit einer großen Kraft erreicht werden. Ferner ist möglich, die erste, die zweite oder eine dritte Polfläche radial außerhalb der Spule anzuordnen, die auf eine entsprechende Ankerfläche wirkt.
Der radial innere Bereich der zweiten Polfläche kann vorteilhaft dazu genutzt werden, den Anker in Bewegungsrichtung in zwei Stellen mit einem großen Abstand sicher zu führen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein die zweite Polfläche bildendes Bauteil einstückig mit einer Führung des Ankers ausgebildet ist. Es kann ein günstiger Magnetfluß erreicht und es können zusätzliche Bauteile, Bauraum, und Montageaufwand eingespart werden. Ferner kann auf kleinem Bauraum eine besonders große zweite Polfläche erreicht werden. Die Führung kann jedoch auch von einem zusätzlichen Bauteil mit besonderen Gleiteigenschaften gebildet sein.
Die erfindungsgemäße Lösung kann bei verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden elektromagnetischen Aktuatoren eingesetzt werden, besonders vorteilhaft jedoch bei elektromagnetischen Aktuatoren zur Betätigung eines Ventils, die auf kleinem Bauraum einen langen Verstellweg und eine möglichst große Kraft in der Endlage benötigen, beispielsweise bei einem Magnetventil für einen Wasserkreislauf usw.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale,
Es zeigen:
Fig. 1
einen Ausschnitt eines Aktuators im Schnitt in einer Ausgangslage,
Fig. 2
einen Aktuator nach Fig. 1 kurz vor einer Endlage und
Fig. 3
ein Kraft-Weg-Diagramm.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines nicht näher dargestellten Ventils mit einem ersten Elektromagneten 10. Der Elektromagnet 10 wirkt in einem ersten Wirkbereich 12 mit einem von einer Spule 14 erzeugten Magnetfeld 16 über eine erste konische Polfläche 18 auf eine entsprechend ausgeführte Ankerfläche 20 eines in Richtung 30, 32 verschiebbaren Ankers 22. Der Anker 22 ist über einen Ankerstößel 36 mit einem nicht näher dargestellten Ventilschieber verbunden.
Erfindungsgemäß wirkt der erste Elektromagnet 10 in einem zweiten Wirkbereich 24 über eine zweite Polfläche 26 auf eine entsprechende Ankerfläche 28 des Ankers 22. Die erste Polfläche 18 ist innerhalb der Spule 14 und die zweite Polfläche 26 ist in Bewegungsrichtung 30, 32 des Ankers 22 zwischen dem Anker 22 und der Spule 14 angeordnet. Es wird der radiale und axiale Bauraum innerhalb der Spule 14 für die erste Polfläche 18 mit einem steilen Konus und der Bauraum in Bewegungsrichtung 30, 32 des Ankers 22 zwischen der Spule 14 und dem Anker 22 für die zweite Polfläche 26 genutzt, die einen flachen Konus aufweist.
Die zweite Polfläche 26 wird von einem Bauteil 34 gebildet, das an einem Polgehäuse 38 befestigt ist. Das Polgehäuse 38 ist von einem Deckel 40 verschlossen, auf dem ein Spulenkern 42 befestigt ist, der die erste Polfläche 18 bildet. Der Anker 22 ist über seinen Ankerstößel 36 im Spulenkern 42 und direkt in einer Führungsfläche 50 im Bauteil 34 geführt.
Wird der Elektromagnet 10 aktiviert bzw. die Spule 14 bestromt, und zwar mit einem Spulenstrom, der auf der Spulenseite 44 in die Zeichenebene eintritt und auf der Spulenseite 46 aus der Zeichenebene austritt, entsteht ein Magnetfluß 48. Der Magnetfluß 48 verläuft durch den Deckel 40, das Polgehäuse 38, das Bauteil 34, die Führungsfläche 50, den Anker 22, die Ankerfläche 20, einen Arbeitsluftspalt 60, die erste Polfläche 18 und über den Spulenkern 42 zum Deckel 40.
Die erste Polfläche 18 und die entsprechende Ankerfläche 20 besitzen in der Ausgangslage aufgrund des steilen Konus einen relativ kleinen direkten Abstand, wodurch von Beginn der Verstellbewegung an eine relativ große Kraft auf den Anker 22 wirkt. Ein langer Verstellweg wird ermöglicht. In Fig. 3 ist ein Kraft-Weg-Diagramm dargestellt, bei dem eine Kraft-Weg-Kennlinie 52 isoliert vom ersten Wirkbereich 12 dargestellt ist. Auf der Abszisse ist der Weg s und auf der Ordinate ist die Kraft F aufgetragen.
Steigt der Magnetfluß 48 an und tritt eine Sättigung an der Führungsfläche 50 auf, entsteht ein zusätzlicher Magnetfluß 58 vom Bauteil 34 durch die zweite Polfläche 26, über einen zweiten Arbeitsluftspalt 62 und durch die Ankerfläche 28 zum Anker 22 (Fig. 2). Die zweite Polfläche 26 und die entsprechende Ankerfläche 28 besitzen jeweils einen flachen Konus bzw. sind im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung 30, 32 des Ankers 22 ausgeführt. Der Elektromagnet 10 wirkt über die zweite Polfläche 26 erst kurz vor der Endlage auf die entsprechende Ankerfläche 28, jedoch mit einer relativ großen Kraft, wie dies mit einer Kraft-Weg-Kennlinie 54 isoliert für den zweiten Wirkbereich 24 in Fig. 3 dargestellt ist.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der zwei Wirkbereiche 12, 24 wird eine vorteilhafte Kraft-Weg-Kennlinie 56 mit einer relativ großen Kraft in der Ausgangslage und einer großen Kraft in der Endlage erreicht.
Bezugszeichen
10
Elektromagnet
12
Wirkbereich
14
Spule
16
Magnetfeld
18
Polfläche
20
Ankerfläche
22
Anker
24
Wirkbereich
26
Polfläche
28
Ankerfläche
30
Richtung
32
Richtung
34
Bauteil
36
Ankerstößel
38
Polgehäuse
40
Deckel
42
Spulenkern
44
Spulenseite
46
Spulenseite
48
Magnetfluß
50
Führungsfläche
52
Kraft-Weg-Kennlinie
54
Kraft-Weg-Kennlinie
56
Kraft-Weg-Kennlinie
58
Magnetfluß
60
Arbeitsluftspalt
62
Arbeitsluftspalt
F
Kraft
s
Weg

Claims (6)

  1. Elektromagnetischer Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Ventils, mit einem ersten Elektromagneten (10) und ggf weiteren Elektromagneten, wobei der erste Elektromagnet (10) in einem ersten Wirkbereich (12) mit einem von zumindest einer Spule (14) erzeugten Magnetfeld (16) über wenigstens eine erste konische und/oder gestufte Polfläche (18) auf eine entsprechend ausgeführte Ankerfläche (20) eines verschiebbaren Ankers (22) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektromagnet (10) in zumindest einem zweiten Wirkbereich (24) über zumindest eine zweite Polfläche (26) auf eine entsprechende Ankerfläche (28) wirkt.
  2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Polfläche (26) im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (30, 32) des Ankers (22) ausgerichtet ist.
  3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, konische und/oder gestufte Polfläche (18) zumindest teilweise innerhalb der Spule (14) angeordnet ist.
  4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Polfläche (26) in Bewegungsrichtung (30, 32) des Ankers (22) zwischen dem Anker(22) und der Spule (14) angeordnet ist.
  5. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (22) in Bewegungsrichtung (30, 32) im radial inneren Bereich der zweiten Polfläche (26) durch eine Führung geführt ist.
  6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein die zweite Polfläche (26) bildendes Bauteil (34) einstückig mit der Führung des Ankers (22) ausgebildet ist.
EP00984875A 1999-11-09 2000-10-28 Elektromagnetischer aktuator Expired - Lifetime EP1144812B1 (de)

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