EP2525373A2 - Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung Download PDF

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EP2525373A2
EP2525373A2 EP12003569A EP12003569A EP2525373A2 EP 2525373 A2 EP2525373 A2 EP 2525373A2 EP 12003569 A EP12003569 A EP 12003569A EP 12003569 A EP12003569 A EP 12003569A EP 2525373 A2 EP2525373 A2 EP 2525373A2
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EP
European Patent Office
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actuating device
armature
pole
pole core
pole face
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Withdrawn
Application number
EP12003569A
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Inventor
Heinz Jacobus
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Hydac Electronic GmbH
Original Assignee
Hydac Electronic GmbH
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Publication date
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    • 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
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1661—Electromagnets or actuators with anti-stick disc

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator, in particular for valve devices such as pneumatic valves, located within a housing current coil means surrounding an armature space for a movable armature therein, and having a pole core, the armature facing pole face a magnetically non-conductive intermediate element to avoid, for example attached by remanence sticking of the anchor is assigned to the pole face.
  • Actuators of this type are known in the art. If such devices are operated so that when energized the coil means, the armature is attracted against a restoring force to the pole core and strikes the pole face, there is a risk that at the end of the energization of the anchor adheres to the pole face, thereby in its previous switching position remains and causes a malfunction. To remedy this by increasing the restoring force would be energetically and mechanically disadvantageous.
  • an intermediate element in the form of an anti-adhesive disc is used in the prior art on the pole core, which is fixed to the pole face of the pole core. Usually, this is a anti-stick penetrating, anchored in the pole core fixing bolt used.
  • the fixing bolt can form a centering pin for the pressure spring with an axially projecting, centrally located bolt end on the anti-stick disc.
  • the production of the actuating device is cost-intensive insofar as special components for washer and fixing bolt must be provided, assembly costs for the joining process for attachment of the bolt in the pole core are incurred and corresponding material costs are incurred ,
  • the object of the invention is to provide an electromagnetic actuating device which, while retaining the security against sticking, has advantages of the known solution due to comparatively low production costs.
  • a significant feature of the invention is accordingly that the serving as an anti-adhesive disc intermediate element made of plastic is molded onto the pole face of the pole core.
  • the production and installation of a fixing bolt for attachment of the anti-sticking disc on the pole core thus come to an end, which allows a rational and cost-effective production.
  • the arrangement may in this case be such that the pole core has a passage through which the intermediate element is molded onto the pole face of the pole core.
  • the production is particularly rational and cost-effective when the intermediate element is formed from the plastic of the housing than with this one-piece component.
  • the arrangement can be made so that the passage in the pole core extends in the axial direction of the armature space, wherein in the passage during the injection process, a plastic stem is formed, with an applied as an extension of the plastic stem on the pole face anti-slug.
  • This is preferably arranged on the pole face circular and concentric with the stem, which is formed in the coaxially extending in the pole core passage.
  • the pole face at its edge on an axially projecting annular rib, which forms an edge enclosure for the anti-slump.
  • the annular rib has an inner radial extension which forms an undercut, deformation of the molded anti-adhesive disc due to shrinkage during encapsulation is avoided in a particularly advantageous manner.
  • a particularly good grip with repeated attacks of the anchor which can be done millions of times in operation, guaranteed.
  • the centering for an internal compression spring is realized in one piece with the anti-adhesive disc design.
  • a high-temperature-resistant plastic material can be used for housing and anti-slump, for example PA6, wherein such a material may be provided with a reinforcement, for example with glass fiber material.
  • a reinforcement for example with glass fiber material.
  • the prior art electromagnetic actuator shown has a plastic housing 1 which, except for the one shown in FIG Fig.1 lower end 3 is closed. At this open end 3, the housing 1 with a by switching movements of the armature, in Fig.1 not shown, operable device connected, for example, a pneumatic valve, not shown, for example in the form of a push-Um Kunststoffventils.
  • the housing 1 surrounds a current coil means 5
  • the bobbin 7 surrounds an armature space 9 for the axially movable therein, not shown armature.
  • the current coil means 5 forms an electromagnetic system, which in energizing a on the housing 1 laterally molded connector plug 19 generates a (not shown) anchor to the pole core 11 attracting magnetic force.
  • the armature strikes in the switching operations on the pole face 21 of the pole core 11.
  • an anti-stick disc 23 made of a magnetically non-conductive material to the pole face 21. This may for example be a disc made of aluminum or plastic.
  • the attachment of the anti-stick disc 23 takes place in the prior art by means of a disk 23 by cross-seated in the pole core 11 fixing bolt 25, which at the outer end in the anchor space 9 coaxially projecting centering 27 forms.
  • This forms a centering receptacle for a restoring force on (not shown) armature generating compression spring, which is also not shown.
  • the 2 to 4 show an embodiment of the actuator of this type according to the invention, wherein for the same components the same reference numerals as in Fig.1 are used.
  • the peculiarity on the other hand consists in the formation and attachment of the anti-sticking disc 23 on the pole face 21 of the pole core 11.
  • This has a longitudinal axis 29 of the armature space 9 coaxial passage 31, which allows the anti-stick disc 23 during the injection process of the housing 1 of its plastic material to inject the pole face 21, wherein the anti-stick disc 23 in the form of an annular disc surrounds the plastic stem 33 formed in the passage 31.
  • a coaxially projecting from the disc 23 centering mandrel 27 is formed for a compression spring, not shown.
  • the pole core 11 in the region of the pole face 21 has a peripheral edge for the peripheral edge of the disc 23 in the form of an axially projecting annular rib 35.
  • a radial extension 37 On the inside of the annular rib 35 is a radial extension 37, which forms an undercut for the peripheral edge of the molded anti-adhesive disc 23 so that it forms a toothed composite with the pole core 11.
  • the anti-stick disc 23 is shaped so that it can be used with its for the installation of the armature 41 (FIG. Figure 4 ), flat abutment surface 39 projects axially slightly beyond the annular rib 35, so that the armature 41 does not come into direct contact with the pole core 11.
  • the device associated anchor 41 is located. This has a concentric to the axis 29 inner spring chamber 43 (wherein the associated compression spring is not shown) on, as well as a pressure equalization, axially parallel passage 45.
  • the armature 41 is in the end position occupied by the energized coil device 5 shown. As can be seen, the armature 41 is located only on the contact surface 39 of the anti-stick disc 23, so without direct contact of the pole core 11 at.
  • a high-temperature-resistant plastic material such as PA6, preferably with a reinforcement contained therein, such as a fiberglass material, is particularly suitable.

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Abstract

Eine Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventileinrichtungen wie Pneumatikventile, mit einer innerhalb eines Gehäuses (1) befindlichen Stromspuleneinrichtung (5), die einen Ankerraum (9) für einen darin bewegbaren Anker (41) umgibt, und mit einem Polkern (11), dessen dem Anker (41) zugewandter Polfläche (21) ein magnetisch nicht leitendes Zwischenelement (23) zur Vermeidung eines beispielsweise durch Remanenz verursachten Anklebens des Ankers (41) an die Polfläche (21) zugeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (23) aus Kunststoff an die Polfläche (21) des Polkerns (11) angespritzt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventileinrichtungen wie Pneumatikventile, mit einer innerhalb eines Gehäuses befindlichen Stromspuleneinrichtung, die einen Ankerraum für einen darin bewegbaren Anker umgibt, und mit einem Polkern, dessen dem Anker zugewandter Polfläche ein magnetisch nicht leitendes Zwischenelement zur Vermeidung eines beispielsweise durch Remanenz verursachten Anklebens des Ankers an die Polfläche zugeordnet ist.
  • Betätigungsvorrichtungen dieser Art sind Stand der Technik. Wenn derartige Vorrichtungen so betrieben werden, dass bei Bestromen der Spuleneinrichtung der Anker gegen eine Rückstellkraft an den Polkern angezogen wird und dabei an der Polfläche anschlägt, besteht die Gefahr, dass bei Beendigung der Bestromung der Anker an der Polfläche anklebt, dadurch in seiner vorigen Schaltposition verbleibt und eine Fehlfunktion verursacht wird. Dem durch eine Erhöhung der Rückstellkraft abzuhelfen, wäre energetisch und mechanisch nachteilig. Als bessere Möglichkeit kommt daher im Stand der Technik am Polkern ein Zwischenelement in Form einer Antiklebscheibe zum Einsatz, die an der Polfläche des Polkerns fixiert ist. Üblicherweise kommt hierfür ein die Antiklebscheibe durchgreifender, im Polkern verankerter Fixierbolzen zum Einsatz. Bei Vorrichtungen, bei denen zur Erzeugung der Rückstellkraft eine Druckfeder vorgesehen ist, die sich an einer inneren Federaufnahme des Ankers und an der Antiklebscheibe abstützt, kann der Fixierbolzen mit einem über die Antiklebscheibe axial vorstehenden, zentral gelegenen Bolzenende einen Zentrierdorn für die Druckfeder bilden.
  • Mit den bekannten Lösungen ist zwar die Gefahr des Anklebens zuverlässig vermeidbar, die Herstellung der Betätigungsvorrichtung gestaltet sich jedoch insofern kostenintensiv, als besondere Bauteile für Scheibe und Fixierbolzen bereitgestellt werden müssen, Montagekosten für das Fügeverfahren für die Anbringung des Bolzens im Polkern anfallen und entsprechende Materialkosten entstehen.
  • Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sich bei Beibehaltung der die Sicherheit gegen ein Kleben betreffenden Vorteile der bekannten Lösung durch vergleichsweise geringere Fertigungskosten auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht demgemäß darin, dass das als Antiklebscheibe dienende Zwischenelement aus Kunststoff an die Polfläche des Polkerns angespritzt ist. Die Herstellung und Montage eines Fixierbolzens für die Befestigung der Antiklebscheibe am Polkern kommen somit in Wegfall, was eine rationelle und kostengünstige Fertigung ermöglicht.
  • Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass der Polkern einen Durchgang aufweist, durch den hindurch das Zwischenelement an die Polfläche des Polkerns angespritzt ist.
  • Die Fertigung gestaltet sich besonders rationell und kostengünstig, wenn das Zwischenelement aus dem Kunststoff des Gehäuses als mit diesem einstückiges Bauteil gebildet ist.
  • Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Durchgang im Polkern in Axialrichtung des Ankerraumes verläuft, wobei im Durchgang beim Spritzvorgang ein Kunststoffstiel entsteht, mit einer als Fortsatz des Kunststoffstieles an der Polfläche anliegenden Antiklebscheibe. Diese ist vorzugsweise an der Polfläche kreisrund und konzentrisch zu dem Stiel angeordnet, der im im Polkern koaxial verlaufenden Durchgang gebildet ist.
  • Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Polfläche an ihrem Rand eine axial vorstehende Ringrippe auf, die für die Antiklebscheibe eine Randeinfassung bildet.
  • Wenn hierbei die Anordnung so getroffen ist, dass die Ringrippe eine einen Hinterschnitt bildende, innere radiale Erweiterung aufweist, wird in besonders vorteilhafter Weise ein Verformen der angespritzten Antiklebscheibe durch Schwindung beim Umspritzen vermieden. Darüber hinaus ist ein besonders guter Halt bei wiederholtem Anschlagen des Ankers, das im Betrieb millionenfach erfolgen kann, gewährleistet.
  • In besonders vorteilhafter Weise kann an der Antiklebscheibe ein zur Achse des Ankerraums koaxial vorstehender Zentrierdorn gebildet sein. Somit ist auch die Zentrierung für eine interne Druckfeder in mit der Antiklebscheibe einstückiger Bauweise verwirklicht.
  • Mit besonderem Vorteil kann für Gehäuse und Antiklebscheibe ein hochtemperaturfestes Kunststoffmaterial zum Einsatz kommen, beispielsweise PA6, wobei ein solches Material mit einer Verstärkung versehen sein kann, beispielsweise mit Glasfasermaterial. Bei Benutzung solcher Materialien sind Funktionssicherheit der angespritzten Antiklebscheibe sowie der Federzentrierung bei einem Betrieb bei hohen Temperaturen sowie ein gutes Langzeitverhalten gewährleistet.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    einen schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wobei der zugehörige Magnetanker nicht eingezeichnet ist;
    Fig.2
    einen entsprechenden Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, ebenfalls ohne im Ankerraum befindlichem Magnetanker;
    Fig.3
    einen gegenüber Fig.2 vergrößert gezeichneten Teillängsschnitt lediglich des in Fig.2 mit III bezeichneten Bezirks, und
    Fig.4
    einen der Fig.2 entsprechenden Längsschnitt, jedoch mit im Ankerraum befindlichem Magnetanker.
  • Die in Fig.1 gezeigte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung des Standes der Technik weist ein Kunststoffgehäuse 1 auf, das bis auf das in Fig.1 untere Ende 3 geschlossen ist. An diesem offenen Ende 3 ist das Gehäuse 1 mit einer durch Schaltbewegungen des Magnetankers, der in Fig.1 nicht eingezeichnet ist, betätigbaren Einrichtung verbunden, beispielsweise einem nicht dargestellten Pneumatikventil, etwa in Form eines Schub-Umluftventils. In der bei derartigen Vorrichtungen üblichen Weise umgibt das Gehäuse 1 eine Stromspuleneinrichtung 5, deren Spulenkörper 7 einen Ankerraum 9 für den darin axial beweglichen, nicht dargestellten Magnetanker umgibt. Zusammen mit einem am geschlossenen Ende des Ankerraums 9 befindlichen Polkern 11, einer oberen Polplatte 13, einer unteren Polplatte 15 sowie mit den Magnetfluss zwischen den Polplatten 13, 15 bewirkenden Magnetmantelteilen 17 bildet die Stromspuleneinrichtung 5 ein elektromagnetisches System, das bei Bestromen über eine am Gehäuse 1 seitlich angeformte Anschlusssteckereinrichtung 19 eine den (nicht gezeigten) Anker an den Polkern 11 anziehende Magnetkraft erzeugt.
  • Wenn derartige Betätigungsvorrichtungen ohne Hubbegrenzung der Einfahrbewegung des Ankers betrieben werden, schlägt der Anker bei den Schaltvorgängen an der Polfläche 21 des Polkerns 11 an. Für die sichere Funktion der Vorrichtung ist es ausschlaggebend, dass sich der Anker bei Beendigung der Bestromung unter Einfluss einer an ihm wirkenden Rückstellkraft sicher von der Polfläche 21 abhebt. Um die Gefahr eines Anhaftens oder Anklebens an die Polfläche 21 zu vermeiden, beispielsweise aufgrund von magnetischer Remanenz, sieht der Stand der Technik das Anbringen einer Antiklebscheibe 23 aus einem magnetisch nicht leitenden Material an der Polfläche 21 vor. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Scheibe aus Aluminium oder Kunststoff handeln. Das Anbringen der Antiklebscheibe 23 erfolgt beim Stand der Technik mittels eines die Scheibe 23 durchgreifenden, im Polkern 11 sitzenden Fixierbolzens 25, der am äußeren Ende einen in den Ankerraum 9 koaxial vorstehenden Zentrierdorn 27 bildet. Dieser bildet eine zentrierende Aufnahme für eine die Rückstellkraft am (nicht gezeigten) Anker erzeugende Druckfeder, die ebenfalls nicht eingezeichnet ist.
  • Die Fig.2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung dieser Gattung, wobei für übereinstimmende Bauelemente die gleichen Bezugszahlen wie in Fig.1 benutzt sind. Die Besonderheit demgegenüber besteht in der Ausbildung und Anbringung der Antiklebscheibe 23 an der Polfläche 21 des Polkerns 11. Dieser weist einen zur Längsachse 29 des Ankerraums 9 koaxialen Durchgang 31 auf, der es ermöglicht, die Antiklebscheibe 23 beim Spritzvorgang des Gehäuses 1 aus dessen Kunststoffmaterial an die Polfläche 21 anzuspritzen, wobei die Antiklebscheibe 23 in Form einer Ringscheibe den im Durchgang 31 gebildeten Kunststoffstiel 33 umgibt. Dabei wird auch ein aus der Scheibe 23 koaxial vorspringender Zentrierdorn 27 für eine nicht dargestellte Druckfeder gebildet. Wie am deutlichsten aus Fig.3 zu ersehen ist, weist der Polkern 11 im Bereich der Polfläche 21 eine Randeinfassung für den Umfangsrand der Scheibe 23 in Form einer axial vorstehenden Ringrippe 35 auf. An der Innenseite der Ringrippe 35 befindet sich eine radiale Erweiterung 37, die für den Umfangsrand der angespritzten Antiklebscheibe 23 einen Hinterschnitt bildet, so dass diese mit dem Polkern 11 einen verzahnten Verbund bildet. Dabei ist die Antiklebscheibe 23 so geformt, dass sie mit ihrer für die Anlage des Ankers 41 (Fig.4) vorgesehenen, ebenen Anlagefläche 39 über die Ringrippe 35 axial geringfügig vorsteht, so dass der Anker 41 mit dem Polkern 11 nicht zur unmittelbaren Berührung kommt.
  • In Fig.4 ist der der Vorrichtung zugehörige Anker 41 eingezeichnet. Dieser weist eine zur Achse 29 konzentrische innere Federkammer 43 (wobei die zugeordnete Druckfeder nicht dargestellt ist) auf, sowie einen dem Druckausgleich dienenden, achsparallel durchgehenden Kanal 45. In Fig.4 ist der Anker 41 in der bei bestromter Spuleneinrichtung 5 eingenommenen Endlage dargestellt. Wie ersichtlich, liegt der Anker 41 dabei lediglich an der Anlagefläche 39 der Antiklebscheibe 23, also ohne unmittelbare Berührung des Polkerns 11, an.
  • Für das Kunststoffgehäuse 1 und die damit einstückige Antiklebscheibe 23 eignet sich in besonderer Weise ein hochtemperaturfestes Kunststoffmaterial wie PA6, vorzugsweise mit einer darin enthaltenen Verstärkung, etwa einem Glasfasermaterial.

Claims (10)

  1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventileinrichtungen wie Pneumatikventile, mit einer innerhalb eines Gehäuses (1) befindlichen Stromspuleneinrichtung (5), die einen Ankerraum (9) für einen darin bewegbaren Anker (41) umgibt, und mit einem Polkern (11), dessen dem Anker (41) zugewandter Polfläche (21) ein magnetisch nicht leitendes Zwischenelement (23) zur Vermeidung eines beispielsweise durch Remanenz verursachten Anklebens des Ankers (41) an die Polfläche (21) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (23) aus Kunststoff an die Polfläche (21) des Polkerns (11) angespritzt ist.
  2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (11) einen Durchgang (31) aufweist, durch den hindurch das Zwischenelement (23) an die Polfläche (21) des Polkerns (11) angespritzt ist.
  3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (23) aus dem Kunststoff des Gehäuses (1) als mit diesem einstückiges Bauteil gebildet ist.
  4. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (21) im Polkern (11) in Axialrichtung des Ankerraumes (9) verläuft und dass das Zwischenelement in Form einer an der Polfläche (21) anliegendem Antiklebscheibe (23) als Fortsatz des sich von der Gehäuseaußenseite durch den Durchgang (31) erstreckenden Kunststoffstieles (33) ausgebildet ist.
  5. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antiklebscheibe (23) an der Polfläche (21 kreisrund und konzentrisch zu dem Stiel (33) angeordnet ist, der in dem im Polkern (11) koaxial verlaufenden Durchgang (31) gebildet ist.
  6. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polfläche (21) an ihrem Rand eine axial vorstehende Ringrippe (35) aufweist, die für die Antiklebscheibe (23) eine Randeinfassung bildet.
  7. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringrippe (35) eine einen Hinterschnitt bildende, innere radiale Erweiterung (37) aufweist.
  8. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die die Anlagefläche (39) für den Anker (41) bildende Fläche der Antiklebscheibe (23) axial über die Ringrippe (35) vorsteht.
  9. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass an der Antiklebscheibe (23) ein zur Achse (29) des Ankerraums (9) koaxial vorstehender Zentrierdorn (27) gebildet ist.
  10. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass für Gehäuse (1) und Antiklebscheibe (23) ein hochtemperaturfestes Kunststoffmaterial wie PA6, vorzugsweise mit darin enthaltenem Glasfasermaterial, vorgesehen ist.
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