EP1259966A1 - Elektromagnet zur betätigung des stellglieds eines ventils - Google Patents

Elektromagnet zur betätigung des stellglieds eines ventils

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Publication number
EP1259966A1
EP1259966A1 EP01911395A EP01911395A EP1259966A1 EP 1259966 A1 EP1259966 A1 EP 1259966A1 EP 01911395 A EP01911395 A EP 01911395A EP 01911395 A EP01911395 A EP 01911395A EP 1259966 A1 EP1259966 A1 EP 1259966A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
electromagnet
valve
connection
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01911395A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volkmar Leutner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1259966A1 publication Critical patent/EP1259966A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding

Definitions

  • Electromagnet for actuating the actuator of a valve
  • the invention relates to an electromagnet for actuating the actuator of a valve according to the preamble of claim 1, as is known from DE 197 16 540 AI.
  • the armature arranged in a pressure tube has a through hole running in the direction of movement of the armature. With this through hole, the two pressure spaces arranged on the opposite end faces of the armature are connected to one another.
  • the connection has the effect that, when the armature moves, the pressure medium voi can flow selectively into the other pressure chamber, so that the actuating speed and actuating time of the valve can be influenced via the size or diameter of the through hole. In particular, switching shocks can thereby be avoided.
  • the disadvantage here is that the throttling effect of the connection is the same over the entire stroke of the electromagnet, i.e. also outside the starting position of the armature or the valve member, and thus, in particular, the switching time of the electromagnet is extended if there is a high level in the starting position Throttling effect and therefore a small diameter of the through hole is required.
  • the electromagnet according to the invention for actuating the actuator of a valve with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the actuating speed is variable over the actuating stroke. This is achieved by controlling the connection depending on the armature movement. This can cause the connection to be throttled around the starting or middle position of the armature and to be opened only after leaving this starting or middle position.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a double stroke magnet with attached directional valve in a simplified representation
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 in the area of the armature.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a double stroke magnet 10 in a simplified representation, which is attached to a conventional 4/3 directional control valve 11.
  • the double stroke magnet 10 is designed here as a plunger armature electromagnet, the housing 12 of which has a pressure tube 13 which is screwed into the valve housing 14 of the directional control valve 11 at the end.
  • the pressure pipe 13 is formed in one piece in a manner known per se and consists of a cylindrical inner yoke part 16 carrying a fastening thread 15, to which a first intermediate ring 17, a middle pipe section 18, a second intermediate ring 19 and an outer pipe section 20 are connected in succession. While the two intermediate rings 17, 19 consist of non-magnetic material, the remaining parts of the pressure tube 13 are made of magnetically conductive material. In the area of the outer tube section 20, the pressure tube 13 is closed by a cylindrical outer yoke 21, as a result of which an interior 22 is formed in the pressure tube 13, which receives an armature 23.
  • the armature 23 is fixed via a cross pin 24 on an axially extending plunger 25 which is movably mounted in the inner yoke part 16 and in the outer yoke part 21.
  • a first coil 26 and a second coil 27 of the electromagnet are arranged one behind the other on the outer circumference of the pressure tube 13, the coils 26, 27, which are spatially close together, being separated from one another by an annular flux guide disk 28.
  • Both coils 26, 27 and both end plates 29, 31 and the flux guide disk 28 are surrounded by a cylindrical tube part 32, which also forms part of the housing 12 and consists of magnetically conductive material in order to close the magnetic circuits for the two coils 26 and 27 ,
  • the outer yoke part 21 is fastened in a manner not shown in the pressure tube 13 and carries an annular nut 33 which engages over the free end of the pressure tube 13 and holds the two coils 26, 27 of the electromagnet against the valve housing 14.
  • a recess is formed on the inside diameter thereof, in which a sensor element 34 lies.
  • the sensor element 34 is in direct contact with the outside diameter of the pressure tube 13, in particular the middle tube section 18, and is therefore in a position which is associated with the magnetic circuits of both coils 26 and 27.
  • the sensor element 34, with which the magnetic flux is measured at a point representative of both magnetic circuits, can preferably be designed as a Hall generator.
  • the directional control valve 11 which is confirmed by the double-stroke magnet 10, is a valve known per se for four ways and three positions, the control slide 35 serving as an actuator by a mechanical return device 36 is centered in the center position shown with two springs 37, 38 acting in opposition to one another.
  • the plunger 25 carrying the armature 23 penetrates the inner yoke part 16 and its end 39 abuts the control slide 35 at the end.
  • a connector 41 is attached to the housing 12 of the double-stroke magnet 10 on the outer circumference of the tubular part 32, in which the control electronics for the sensor element 34 and the two coils 26, 27 can be accommodated simply, compactly and inexpensively.
  • the armature 23 coupled to the control slide 35 and the central tube section 18 of the pressure tube 13 are specially designed, as can be seen in particular from FIG. 2.
  • a circumferential annular groove 42 is formed on the inner circumference of the pressure tube 13 in the area of the central position of the armature 23, that is to say in the area of the flow guide disk 28.
  • each end face of the armature 23, which divides the interior 22 into two pressure spaces 43, 44 filled with pressure medium, has an axial bore 45, 46, which run parallel to the tappet 25.
  • the two axial bores 45, 46 cover the annular groove 42 in the central position of the armature 23 in such a way that in each case two, of which The outer circumference of the armature 23 outgoing and in the axial bores 4 r , 46 merging radial bores 48, 49 are arranged symmetrically on both sides and outside the annular groove 42.
  • the special design of the pressure tube 13 and the armature 23 ensures that, for example, when the coil 27 is energized, the armature 23 is moved out of its central position shown in the figures in the direction of the one pressure chamber 44.
  • the pressure medium located in the pressure chamber 44 can, as long as the armature 23 is only slightly deflected, only flow over the annular gap 50 between the outer armature circumference and the pressure tube inner wall and the annular groove 42 in the direction of the other pressure chamber 43.
  • Control spool 35 only a very low acceleration or speed from the middle or. Approach position of the armature 23 out. Only when the two radial bores 48 overlap with the annular groove 42 is a continuous connection for the pressure medium located in the pressure chamber 44 via the axial bore 46, the one radial bore 48, the annular groove 42, the other radial bore 48 and the other axial bore 45 into the pressure chamber 43 created. This connection with a relatively low flow resistance for the pressure medium increases the
  • the invention is not limited to use with a double solenoid 10. Rather, it can also be used with a single-acting magnet. In this case, one radial bore proceeding from the respective axial bore is generally sufficient.
  • the sensor element 34 can of course be replaced by another device for detecting the position of the armature 23 or for controlling the two coils 26, 27.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Elektromagnet zur Betätigung eines Wegeventils (11) vorgeschlagen, bei dem der Steuerschieber (35) von einem Doppelhubmagneten (10) in wenigstens drei Schaltstellungen verstellbar ist. Der mit dem Steuerschieber (35) gekoppelte Anker (23) ist in einem Druckrohr (13) angeordnet. Um Schaltschläge zu vermeiden und gleichzeitig eine geringe Schaltzeit zu ermöglichen, sind in dem Anker (23) Aialbohrungen (45, 46) und Radialbohrungen (48, 49) und in dem Druckrohr (13) eine Ringnut (42) ausgebildet, die eine von der Ankerstellung abhängige Verbindung zwischen zwei mit Druckmittel befüllten Druckräumen (43, 44) ermöglichen.

Description

Elektromagnet zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der DE 197 16 540 AI bekannt ist. Bei dem bekannten Elektromagneten weist der in einem Druckrohr angeordnete Anker eine in der Eewegungsrichtung des Ankers verlaufende Durchgangsbohrung auf. Mit dieser Durchgangsbohrung werden die beiden auf den entgegengesetzten Stirnseiten des Ankers angeordneten Druckraume miteinander verbunden. Die Verbindung bewirkt, dass bei einer Bewegung des Ankers das Druckmittel voi, dem einen in den anderen Druckraum gezielt überströmen kann, so daß die Stellgeschwindigkeit und Stellzeit des Ventils über die Große bzw. den Durchmesser der Durchgangsbohrung beeinflußt werden kann. Dadurch lassen sich insbesondere Schaltschlage vermeiden. Nachteilig dabei ist, dass die Drosselwirkung der Verbindung über den gesamten Hubweg des Elektromagneten, also auch außerhalb der Anfahrstellung des Ankers bzw. des Ventilgliedes gleich ist, und somit insbesondere die Schaltzeit des Elektromagneten verlängert wird, wenn im Bereich der Anfahrstellung eine hohe Drosselwirkung unj daher ein geringer Durchmesser der Durchgangsbohrung erforderlich ist.
Weiterhin ist es bekannt, zur Verringerung der Schaltschlage an dem Ventil selbst eine sogenannte Feinsteuergeometrie auszubilden, die zu einer Verlangsamung der Schaltbewegung beim Bewegen des Ventils fuhrt. Nachteilig dabei ist jedoch der zusatzliche fertigungstechnische Aufwand am Ventil. Außerdem sind derartige Feinsteuergeometrien oftmals bei Ventilen kleiner Nenngroße mit vertretbarem Fertigungsaufwand nicht mehr herzustellen.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemaße Elektromagnet zur Betätigung des Stellglieds eines Ventils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Stellgeschwindigkeit über dem Stellhub variabel ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Verbindung in Abhängigkeit der Ankerbewegung gesteuert wird. So laßt sich bewirken, daß die Verbindung um die Anfahr- bzw. Mittelstellung des Ankers gedrosselt ist und erst nach Verlassen dieser Anfahr- bzw. Mittelstellung aufgesteuert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Elektromagneten ergeben sich aus den Unteranspruchen.
Eine fertigungstechnisch relativ einfach erstellbare Ausbildung der Verbindung zwischen den beiden Druckraumen ist in Anspruch 2 angegeben.
Zeichnung Ein Ausfύhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Doppelhubmagneten mit angebautem Wegeventil in vereinfachter Darstellung und Figur 2 einen Ausschnitt aus der Figur 1 im Bereich des Ankers .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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.
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 Zwischen- ringe 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 Außenj och 21 verschlossen, wodurch im Druckrohr 13 ein Innenraum 22 ge- bildet 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. 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.
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.
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.
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.
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.
Die Wirkungsweise eines üblichen Doppelhubmagneten ist herkömmlich bekannt und wird deshalb hier nicht naher erläutert. Bei einem Drei-Stellungs-Wegeventil wird zur
Auslenkung des Steuerschiebers 35 aus seiner Mittelstellung nach beiden Seiten in Arbeitsstellungen jeweils eine der Spulen 26 bzw. 27 bestromt, wahrend die andere Spule unbestromt bleibt.
Zur Beeinflussung der Schaltzeiten des Steuerschiebers 35 und zur Vermeidung von Schaltschlagen bzw. unerwünscht hohen Beschleunigungen beim Anfahren ist der mit dem Steuerschieber 35 gekoppelte Anker 23 sowie der mittlere Rohrabschnitt 18 des Druckrohrs 13 besonders ausgebildet, wie insbesondere aus der Figur 2 ersichtlich ist. Im mittleren Rohrabschnitt 18 ist im Bereich der Mittelstellung des Ankers 23, das heißt im Bereich der Flussleitscheibe 28, eine umlaufende Ringnut 42 am Innenumfang des Druckrohrs 13 ausgebildet. Ferner geht von jeder Stirnseite des Ankers 23, welcher den Innenraum 22 in zwei mit Druckmittel befullte Druckraume 43, 44 unterteilt, je eine Achsialbohrung 45, 46 aus, die parallel zum Stößel 25 verlaufen. Die beiden Achsialbohrungen 45, 46 überdecken in der Mittelstellung des Ankers 23 die Ringnut 42 derart, dass jeweils zwei, von dem Außenumfang des Ankers 23 ausgehende und in den Achsialbohrungen 4r, 46 mundende Radialbohrungen 48, 49 beidseitig symmetrisch und außerhalb der Ringnut 42 angeordnet sind.
Durch die besondere Ausbildung des Druckrohrs 13 und des Ankers 23 wird erreicht, dass zum Beispiel bei einer Bestromung der Spule 27 der Anker 23 aus seiner in den Figuren dargestellten Mittelstellung heraus in Richtung des einen Druckraums 44 bewegt wird. Das in dem Druckraum 44 befindliche Druckmittel kann dabei, solange der Anker 23 nur geringfügig ausgelenkt ist, nur über den Ringspalt 50 zwischen dem Ankeraußenumfang und der Druckrohrinnenwand und der Ringnut 42 in Richtung des anderen Druckraums 43 überströmen. Dadurch weist der Anker 23 und der
Steuerschieber 35 nur eine sehr geringe Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit aus der Mittel -bzw. Anfahrstellung des Ankers 23 heraus auf. Erst wenn die beiden Radialbohrungen 48 in Uberdeckung mit der Ringnut 42 gelangen wird eine durchgangige Verbindung für das im Druckraum 44 befindliche Druckmittel über die Achsialbohrung 46, die eine Radialbohrung 48, die Ringnut 42, die andere Radialbohrung 48 und die andere Achsialbohrung 45 in den Druckraum 43 geschaffen. Diese Verbindung mit einem relativ geringen Stromungswiderstand für das Druckmittel erhöht die
Stellgeschwindigkeit des Ankers 23 und des Steuerschiebers 35 außerhalb der Anfahrstellung und dient daher der Schaltzeitverkurzung des Wegeventils 11.
Bei einer Bestromung der Spule 26, bei der sich der Anker 23 in Richtung des Druckraums 43 bewegt gilt Entsprechendes, wobei in diesem Fall die Radialbohrungen 49 für die Verbindung zwischen den Druckraumen 43, 44 sorgen. Ergänzend wird erwähnt, dass die Erfindung nicht auf den Einsatz bei einem Doppelhubmagneten 10 beschrankt ist. Vielmehr kann sie auch bei einem einseitig wirkenden Magneten Verwendung finden. In diesem Fall genügt in der Regel jeweils eine von der jeweiligen Achsialbohrung ausgehende Radialbohrung. Weiterhin kann das Sensorelement 34 selbstverständlich durch eine andere Einrichtung zur Erkennung der Lage des Ankers 23 bzw. zur Steuerung der beiden Spulen 26, 27 ersetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnet (10) zur Betätigung des Stellglieds (35) eines Ventils (11), mit einem von wenigstens einer Magnetspule (26, 27) bewegbaren Anker (23) , der mit dem Stellglied (35) gekoppelt ist, und mit einer Verbindung
(42, 45, 46, 48, 49) zwischen zwei, auf den jeweiligen Ankerseiten angeordneten und mit Druckmittel befullten Räumen (43, 44), wobei bei einer Bewegung des Ankers (23) über die Verbindung (42, 45, 46, 48, 49) Druckmittel zwischen den beiden Räumen (43, 44) überströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (42, 45, 46, 48, 49) durch die Ankerbewegung gesteuert ist.
2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (23) in einem Ankerrohr (13) gleitend gefuhrt ist und dass die Verbindung eine an der Innenseite des Ankerrohrs (13) ausgebildete Nut (42) aufweist, die zwei, jeweils von einer Stirnseite des Ankers (23) ausgehende Achsialbohrungen (45, 46) über Radialbohrungen (48, 49) miteinander verbindet.
3. Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut als Ringnut (42) ausgebildet ist.
4. Elektromagnet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den Achsialbohrungen (45, 46) jeweils wenigstens eine Radialbohrung (48, 49) ausgeht, die abhangig von der Ankerstellung in der Ringnut (42) mundet. Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Magnetspulen (26, 27) vorhanden sind, die bei einer Bestromung den Anker (23) aus der Anfahrstellung in jeweils entgegengesetzte Richtung auslenken und dass jede Achsialbohrung (45, 46) zwei Radialbohrungen (48, 49) aufweist, die in der Anfahrlage symmetrisch zur Ringnut (42) angeordnet sind.
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