WO2001006159A1 - Electromagnetic drive mechanism - Google Patents
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- WO2001006159A1 WO2001006159A1 PCT/DE1999/002196 DE9902196W WO0106159A1 WO 2001006159 A1 WO2001006159 A1 WO 2001006159A1 DE 9902196 W DE9902196 W DE 9902196W WO 0106159 A1 WO0106159 A1 WO 0106159A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
- F16K31/0644—One-way valve
Definitions
- the invention relates to an electromagnetic drive for generating powerful and fast movements, particularly for use in valve and valve technology.
- Electromagnetic actuators have been used in valve and valve technology for years to open or close these valves. These electromagnetic drives are therefore primarily used as actuators, lifting or holding magnets and their principle is based on the fact that the forces to be transmitted are transmitted by means of an electrically generated magnetic field.
- the sealing body provided in the valve is arranged displaceably with respect to the armature of the valve.
- the armature is supposed to move into an area where the flux density of the magnetic field is particularly pronounced. Because of this high flux density, the sealing body is then to be lifted off the valve seat with great force by running up a corresponding driving device between the armature and the sealing body.
- the distance of the remaining stroke is naturally smaller, but this should not prevent the sealing body from subsequently carrying out a larger stroke due to an additional external force, for example a spring or pressure action. This should be achieved through the mobility of the sealing body in the anchor.
- pot magnets have also been used in valve and valve technology, which have become particularly popular as actuators in this area.
- Pot magazines of this type are designed such that, in the broadest sense, they have an outer housing in which the required coils, anchors and magnetic sleeves are arranged.
- a magnetic field is generated in each of the current-carrying coils, the field lines of which are forced into the iron core due to the design of the pot magnets and must therefore necessarily close via the armature and the working air gap.
- This new electromagnetic drive is designed as a so-called pot magnet, has a three-part housing in which a coil body with the corresponding windings and a magnetic sleeve are arranged.
- a magnet armature which is guided in the inner bore of the magnet sleeve via slide rings, is mounted vertically movably within the magnet sleeve.
- the magnet armature has so-called overflow channels and a central bore in which the actuators required for transmitting the stroke movement to the respective valve are mounted and fastened.
- the magnet housing consists of a magnet housing tube, a magnet housing base and a magnet housing cover, which are connected to one another both positively and non-positively and result in corresponding coupling surfaces at these connection points.
- the entire magnet housing and the magnet sleeve are braced via a lock ring, the magnet sleeve having a circumferential turn in the effective area of the coil body.
- An essential feature of the present invention is that the active coupling surfaces of the drive are significantly larger than previous pot magnets, which is achieved in that the magnet sleeve engages in a recess in the magnet housing cover and thus has an end-face coupling surface and a circumferential coupling surface for the magnet housing cover.
- the proposed electromagnetic drive is equipped with an electronic impulse control, control electronics, with which it is ensured that overexcitation is generated in the pull-in phase of the magnet and with which it is also ensured that the energy requirement of the entire system is reduced depending on the size of the air gaps present.
- Power delivery has significantly smaller geometric dimensions and thus up to 60% less mass. This reduces transportation costs and makes it easier
- Pulse control allows an optimal adaptation to the energy requirements of the
- Magnet system depending on the size of the working air gap and causes extreme energy savings, which can be up to 95% compared to conventional systems.
- Characteristic curve influencing can be easily integrated into the proposed solution, so that the use of the drive presented can be adapted to a wide variety of requirements.
- the magnetic drive consists of only a few individual parts that are very easy to manufacture and assemble.
- FIG. 1 the basic structure of the electromagnetic drive in a sectional view
- FIG. 1 the block diagram of the control electronics.
- the housing of the drive consists of the magnet housing tube 2, the magnet housing cover 1 and the magnet housing base 7.
- the housing of the drive consists of the magnet housing tube 2, the magnet housing cover 1 and the magnet housing base 7.
- These three parts of the entire housing are positively and non-positively connected to one another, the connection between the magnet housing tube 2 and the magnet housing base 7 being realized via a screw connection, which has a positive effect both when assembling the drive and on the flux of the magnetic field lines
- the magnet sleeve 9 is arranged such that it protrudes into the magnet housing cover 1, thus a coupling surface 13 is formed, which directly presents itself as a circular end face, and a coupling surface 18 is formed, which extends circumferentially between the magnet sleeve 9 Magnetic housing cover 1 gives this to a degree that corresponds to the extent to which the magnetic sleeve 9 protrudes into the magnetic housing cover 1
- the magnet sleeve 9 can be screwed into the magnet housing base 7, and the magnet sleeve 9 is countered to the magnet housing base 7 and the magnetic housing base 7 is locked to the magnet housing tube 2 via a counter ring 8
- the magnetic sleeve 9 designed as a symmetrical rotating part, has on its outer circumference, in the effective area of the winding 4, a circumferential recess 10, as a result of which an air gap is generated between the magnetic sleeve 9 and the coil body 3 with winding 4, which at the same time provides resistance, so that the magnetic field lines are steered in the desired direction of force when the magnet is driven in their magnetic field line flux
- the passage openings 1 1 provided in the magnet armature 6 allow the passage of the medium present in the valve, so that pressure equalization within the system is made possible.
- the central bore 11 serves to receive and support elements for transmitting the lifting movement to the corresponding actuator of the valve, which is not shown in detail.
- the coupling surfaces 13; 18 between the magnet sleeve 9 and the magnet housing cover 1 are larger than the circular area of the end face of the magnet sleeve in previously known designs of pot magnets, or are larger than the cylinder surface area, which would result if the magnet sleeve were to pass completely through a magnet housing cover.
- the coupling surfaces 14; 15; 16 between the magnet housing cover 1, the magnet housing tube 2 and the magnet housing base 7 is larger than the smallest cross-sectional area in the outer magnetic circuit and thus all coupling surfaces are significantly larger than the effective end face in known solutions.
- the excitation winding 4 is fully connected and arranged in the magnet housing tube 2 with a pressed-in magnet housing cover 1 and a screwed-in magnet housing base 7 via the lock ring 8 with the magnet sleeve 9 in such a way that the peripheral recess 10 lies inside the pot magnet and is therefore mechanically all-round is protected outside. Should this part burst due to any circumstance, this is harmless to the environment, since this sleeve part cannot be thrown out of the drive.
- the special arrangement and design of the circumferential recess 10 ensures that a direct influence on the characteristic curve is possible.
- Electromagnet which is briefly overexcited in the tightening phase, during this
- This electronic pulse control is implemented by the control electronics, the circuit diagram of which is shown in FIG. 2.
- This control is designed so that it is operated with approx. 230 volts AC, realizes a brief overexcitation and then switches over to a holding excitation, so that only a fraction of the energy is transferred to the magnet
- the magnet can also be controlled via 24 V DC voltage, whereby all conceivable control voltages can be implemented.
Abstract
The invention relates to an electromagnetic drive mechanism for producing rapid, powerful movements, especially for use in valves and fittings technology. The inventive drive mechanism is configured as a so-called pot magnet and has a three-part housing in which a coil body (3) with the corresponding windings (4) and a magnet sleeve (9) are located. A magnet armature (6) is mounted in the magnet sleeve (9) in such a way that it is vertically moveable. The magnet sleeve (9) is provided with a recess (10) on the peripheral side and is mounted with its head part in the magnet housing cover (10), in such a way as to form the coupling surfaces (13; 18).
Description
Elektromagnetischer AntriebElectromagnetic drive
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Antrieb zur Erzeugung kraftvoller und schneller Bewegungen, insbesondere für den Einsatz in der Armaturen- und Ventiltechnik.The invention relates to an electromagnetic drive for generating powerful and fast movements, particularly for use in valve and valve technology.
Elektromagnetische Antriebe werden seit Jahren in der Armaturen- und Ventiltechnik angewendet, um diese Ventile zu öffnen oder zu schließen. Diese elektromagnetischen Antriebe dienen somit vorrangig als Stellantriebe, Hub- oder Haltemagnete und ihr Prinzip beruht darauf, daß die zu übertragenden Kräfte mittels eines elektrisch erzeugten Magnetfeldes übertragen werden.Electromagnetic actuators have been used in valve and valve technology for years to open or close these valves. These electromagnetic drives are therefore primarily used as actuators, lifting or holding magnets and their principle is based on the fact that the forces to be transmitted are transmitted by means of an electrically generated magnetic field.
Mit der DE 4310415 ist ein elektromagnetisches Ventil bekanntgeworden, welches insbesondere für den Einsatz in Wasserdruckleitungen vorgeschlagen wurde, dem die Aufgabe zugrunde lag, daß das Magnetfeld der Erregerspule bereits beim Anziehen des Ventilkörpers seine größte Kraft auf den Anker entfalten soll.DE 4310415 an electromagnetic valve has become known, which has been proposed in particular for use in water pressure lines, which was based on the task that the magnetic field of the excitation coil should develop its greatest force on the armature already when the valve body is tightened.
Dies soll dadurch erreicht werden, daß der im Ventil vorgesehene Dichtkörper in bezug auf den Anker des Ventiles verschiebbar angeordnet ist. Auf diese Weise soll der Anker beim Anziehen des Ventils ohne Last in einen Bereich sich hineinbewegen, wo die Flußdichte des Magnetfeldes besonders stark ausgeprägt ist. Aufgrund dieser hohen Flußdichte soll sodann durch das Auflaufen einer entsprechenden Mitnahmevorrichtung zwischen Anker und Dichtkörper der Dichtkörper mit großer Kraft vom Ventilsitz abgehoben werden. Es wird weiter beschrieben, daß aufgrund des vorherigen lastfreien Teilhubes des Ankers die Strecke des verbleibenden Resthubes naturgemäß kleiner wird, dies soll jedoch den Dichtkörper nicht daran hindern, aufgrund einer zusätzlichen äußeren Kraft, beispielsweise einer Feder- oder Druckeinwirkung, anschließend einen größeren Hub durchzuführen. Dies soll durch die Beweglichkeit des Dichtkörpers im Anker erreicht werden.This is to be achieved in that the sealing body provided in the valve is arranged displaceably with respect to the armature of the valve. In this way, when the valve is tightened, the armature is supposed to move into an area where the flux density of the magnetic field is particularly pronounced. Because of this high flux density, the sealing body is then to be lifted off the valve seat with great force by running up a corresponding driving device between the armature and the sealing body. It is further described that, due to the previous load-free partial stroke of the armature, the distance of the remaining stroke is naturally smaller, but this should not prevent the sealing body from subsequently carrying out a larger stroke due to an additional external force, for example a spring or pressure action. This should be achieved through the mobility of the sealing body in the anchor.
Unabhängig davon, ob mit diesem vorgestellten elektromagnetischen Ventil die erfindungsgemäße Aufgabe, nämlich die Krafterhöhung, erzielt wird, muß ausgeführt
werden, daß die Fertigungskosten für ein derartiges Ventil sehr hoch sind, was schließlich in dem hohen technischen Aufwand der Lösung selbst begründet ist.Regardless of whether the object according to the invention, namely the increase in force, is achieved with this electromagnetic valve, must be carried out become that the manufacturing costs for such a valve are very high, which is ultimately due to the high technical complexity of the solution itself.
In den zurückliegenden Jahren werden auch sogenannte Topfmagneten in der Armaturen- und Ventiltechnik eingesetzt, die sich insbesondere als Stellantriebe in diesem Bereich durchgesetzt haben.In recent years, so-called pot magnets have also been used in valve and valve technology, which have become particularly popular as actuators in this area.
Derartige Topfmagenten sind so ausgebildet, daß sie im weitesten Sinne ein äußeres Gehäuse besitzen, in dem die erforderlichen Spulen, Anker und Magnethülsen angeordnet sind. In den stromdurchflossenen Spulen wird jeweils ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien aufgrund der Konstruktion der Topfmagneten in den Eisenkern gezwungen werden und sich somit notgedrungen über den Anker und den Arbeitsluftspalt schließen müssen.Pot magazines of this type are designed such that, in the broadest sense, they have an outer housing in which the required coils, anchors and magnetic sleeves are arranged. A magnetic field is generated in each of the current-carrying coils, the field lines of which are forced into the iron core due to the design of the pot magnets and must therefore necessarily close via the armature and the working air gap.
Zwischen der Ankerstirnfläche und der Gegenfläche des Eisenkernes entsteht bei den bisherigen Ausführungen von Topfmagneten eine Kraftwirkung, die über entsprechende Ankopplungen auf Stellglieder übertragen werden. Die Größe der Kraft derart ausgebildeter Topfmagneten hängt von einer Vielzahl von Faktoren, wie Geometrie des Eisenkernes, Stromstärke, magnetische Durchflutung, Materialzusammensetzung und weiterer Faktoren ab.In the previous versions of pot magnets, a force effect arises between the armature end face and the counter surface of the iron core, which force is transferred to actuators via corresponding couplings. The size of the force of pot magnets designed in this way depends on a large number of factors, such as the geometry of the iron core, current strength, magnetic flux, material composition and other factors.
Das Leistungsvermögen bekannter Topfmagneten ist jedoch sehr gering, so daß derart ausgebildete Antriebe nur begrenzt einsetzbar sind.However, the performance of known pot magnets is very low, so that drives designed in this way can only be used to a limited extent.
Unter Beachtung der Nachteile des bekannten Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Lösung, einen elektromagnetischen Antrieb zur Erzeugung kraftvoller und schneller Hubbewegungen, insbesondere für den Einsatz in der Armaturen- und Ventiltechnik zu entwickeln, welches kurzfristig bei seiner Anregung große Kräfte entfaltet und hohe Hubwege realisiert werden können.Taking into account the disadvantages of the known prior art, it is the object of the present solution to develop an electromagnetic drive for generating powerful and fast stroke movements, in particular for use in valve and valve technology, which develops large forces in the short term when it is excited and has long stroke distances can be realized.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by the features of claim 1.
Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Danach wurde ein elektromagnetischer Antrieb zur Erzeugung kraftvoller und schneller Hubbewegungen für den Einsatz in der Armaturen- und Ventiltechnik geschaffen, welcher sich dadurch auszeichnet, daß der Magnetantrieb im Vergleich zu herkömmlichen Magnetantrieben bei gleicher Kraftentfaltung wesentlich geringere geometrische Abmaße besitzt und damit auch eine wesentlich geringere Masse.Special embodiments and advantageous solutions are the subject of the dependent claims. Thereafter, an electromagnetic drive for generating powerful and fast stroke movements for use in valve and valve technology was created, which is characterized in that the magnetic drive has significantly smaller geometric dimensions compared to conventional magnetic drives with the same power delivery and thus a significantly lower mass ,
Dieser neue elektromagnetische Antrieb ist als sogenannter Topfmagnet ausgebildet, besitzt ein dreiteiliges Gehäuse, in dem ein Spulenkörper mit den entsprechenden Wicklungen und eine Magnethülse angeordnet sind. Innerhalb der Magnethülse ist vertikal beweglich ein Magnetanker gelagert, welcher über Gleitringe in der Innenbohrung der Magnethülse geführt ist. Der Magnetanker besitzt dabei sogenannte Überströmkanäle und eine mittige Bohrung, in der die notwendigen Stellglieder für die Übertragung der Hubbewegung auf das jeweilige Ventil gelagert und befestigt sind.This new electromagnetic drive is designed as a so-called pot magnet, has a three-part housing in which a coil body with the corresponding windings and a magnetic sleeve are arranged. A magnet armature, which is guided in the inner bore of the magnet sleeve via slide rings, is mounted vertically movably within the magnet sleeve. The magnet armature has so-called overflow channels and a central bore in which the actuators required for transmitting the stroke movement to the respective valve are mounted and fastened.
Das Magnetgehäuse besteht dabei aus einem Magnetgehäuserohr, einem Magnetgehäuseboden und einem Magnetgehäusedeckel, die sowohl form- als auch kraftschlüssig miteinander verbunden sind und an diesen Verbindungsstellen entsprechende Koppelflächen ergeben.The magnet housing consists of a magnet housing tube, a magnet housing base and a magnet housing cover, which are connected to one another both positively and non-positively and result in corresponding coupling surfaces at these connection points.
Die Verspannung des gesamten Magnetgehäuses und der Magnethülse erfolgt über einen Konterring, wobei die Magnethülse im Wirkbereich des Spulenkörpers eine umfangsseitige Ausdrehung besitzt.The entire magnet housing and the magnet sleeve are braced via a lock ring, the magnet sleeve having a circumferential turn in the effective area of the coil body.
Wesensmerkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die aktiven Koppelflächen des Antriebes gegenüber bisherigen Topfmagneten wesentlich größer sind, was dadurch realisiert wird, daß die Magnethülse in einer Aussparung des Magnetgehäusedeckels eingreift und somit zum Magnetgehäusedeckel eine stirnflächige Koppelfläche als auch eine umfangsseitige Koppelfläche besitzt.An essential feature of the present invention is that the active coupling surfaces of the drive are significantly larger than previous pot magnets, which is achieved in that the magnet sleeve engages in a recess in the magnet housing cover and thus has an end-face coupling surface and a circumferential coupling surface for the magnet housing cover.
Erfinderisch ist weiterhin, daß der vorgeschlagene elektromagnetische Antrieb mit einer elektronischen Impulsansteuerung, einer Ansteuerelektronik, ausgerüstet ist, mit der sicher-gestellt ist, daß in der Anzugsphase des Magnetes eine Übererregung erzeugt wird und mit der gleichfalls gesichert ist, daß der Energiebedarf des gesamten Systems in Abhängigkeit von der Größe der vorhandenen Luftspalte verringert wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß derIt is also inventive that the proposed electromagnetic drive is equipped with an electronic impulse control, control electronics, with which it is ensured that overexcitation is generated in the pull-in phase of the magnet and with which it is also ensured that the energy requirement of the entire system is reduced depending on the size of the air gaps present. The advantages achieved by the invention are in particular that the
Magnetantrieb im Vergleich zu herkömmlichen Magnetantrieben bei gleicherMagnet drive compared to conventional magnetic drives with the same
Kraftentfaltung wesentlich geringere geometrische Abmessungen und damit bis zu 60 % weniger Masse besitzt. Dies verringert die Transportaufwendungen und erleichtert diePower delivery has significantly smaller geometric dimensions and thus up to 60% less mass. This reduces transportation costs and makes it easier
Vormontage in Industrieanlagen erheblich.Pre-assembly in industrial plants considerably.
Die Integration der Übererregung in der Anzugsphase des Magneten mittels elektrischerThe integration of overexcitation in the magnet's pull-in phase by means of electrical
Impulssteuerung erlaubt eine optimale Anpassung an den Energiebedarf desPulse control allows an optimal adaptation to the energy requirements of the
Magnetsystems in Abhängigkeit von der Größe des Arbeitsluftspaltes und bewirkt eine extreme Energieeinsparung, die bis zu 95 % gegenüber herkömmlichen Systemen betragen kann.Magnet system depending on the size of the working air gap and causes extreme energy savings, which can be up to 95% compared to conventional systems.
Ferner gestattet die vorgestellte Lösung, daß sich alle bekannten Methoden derFurthermore, the solution presented allows all known methods of
Kennlinienbeeinflussung problemlos in die vorgeschlagene Lösung integrieren lassen, so daß der Einsatz des vorgestellten Antriebes vielfältigsten Anforderungen angepaßt werden kann.Characteristic curve influencing can be easily integrated into the proposed solution, so that the use of the drive presented can be adapted to a wide variety of requirements.
Das Bersten der Magnethülse durch Überlastung führt nicht zum Abriß desThe bursting of the magnetic sleeve due to overload does not lead to the demolition of the
Magnetantriebes, wie bei bisherigen Topfmagenten, und stellt somit für die äußereMagnetic drive, as in previous pot magazines, and thus provides for the outside
Umgebung keine Gefahr dar. Der Magnetantrieb besteht nur aus wenigen Einzelteilen, die sich sehr einfach herstellen und montieren lassen.Environment is not a danger. The magnetic drive consists of only a few individual parts that are very easy to manufacture and assemble.
Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with the following exemplary embodiment.
In der dazugehörigen Zeichnung zeigenShow in the accompanying drawing
Figur 1 : den Grundaufbau des elektromagnetischen Antriebes in einer Schnittdarstellung,FIG. 1: the basic structure of the electromagnetic drive in a sectional view,
Figur 2: das Blockschaltbild der Ansteuerelektronik.Figure 2: the block diagram of the control electronics.
Der Grundaufbau und die Ausbildung des vorgestellten elektromagnetischen Antriebes ergibt sich aus der Darstellung nach Fig. 1, wonach das Gehäuse des Antriebes aus dem Magnetgehäuserohr 2, dem Magnetgehäusedeckel 1 und dem Magnetgehäuseboden 7 besteht.
Diese drei Teile des Gesamtgehauses sind form- und kraftschlussig miteinander verbunden, wobei die Verbindung zwischen dem Magnetgehausesrohr 2 und dem Magnetgehauseboden 7 über eine Schraubverbindung realisiert wird, welches sich sowohl positiv beim Zusammenbau des Antriebs als auch auf den Magnetfeldlinienfluß auswirktThe basic structure and design of the electromagnetic drive presented results from the illustration according to FIG. 1, according to which the housing of the drive consists of the magnet housing tube 2, the magnet housing cover 1 and the magnet housing base 7. These three parts of the entire housing are positively and non-positively connected to one another, the connection between the magnet housing tube 2 and the magnet housing base 7 being realized via a screw connection, which has a positive effect both when assembling the drive and on the flux of the magnetic field lines
Innerhalb des so gebildeten Gehäuses ist die Magnethulse 9 derart angeordnet, daß sie in den Magnetgehausedeckel 1 hineinragt, somit eine Koppelflache 13 herausgebildet wird, die sich unmittelbar als stirnseitige Kreisflache darstellt und ferner eine Koppelflache 18 herausgebildet wird, die sich umfangsseitig zwischen der Magnethulse 9 zum Magnetgehausedeckel 1 ergibt Dies in einem Maß, das dem Maß des Hineinragens der Magnethulse 9 in den Magnetgehausedeckel 1 entsprichtWithin the housing thus formed, the magnet sleeve 9 is arranged such that it protrudes into the magnet housing cover 1, thus a coupling surface 13 is formed, which directly presents itself as a circular end face, and a coupling surface 18 is formed, which extends circumferentially between the magnet sleeve 9 Magnetic housing cover 1 gives this to a degree that corresponds to the extent to which the magnetic sleeve 9 protrudes into the magnetic housing cover 1
Im unteren Bereich ist die Magnethulse 9 im Magnetgehauseboden 7 einschraubbar und über einen vorgesehenen Konterring 8 erfolgt die Konterung der Magnethulse 9 zum Magnetgehauseboden 7 als auch die Arretierung des Magnetgehausebodens 7 zum Magnetgehauserohr 2In the lower area, the magnet sleeve 9 can be screwed into the magnet housing base 7, and the magnet sleeve 9 is countered to the magnet housing base 7 and the magnetic housing base 7 is locked to the magnet housing tube 2 via a counter ring 8
Zwischen dem Magnetgehausedeckel 1 und dem Magnetgehauseboden 7 befindet sich umfangsseitig ein Spulenkorper 3, in dem die Wicklungen 4 angeordnet sindBetween the magnet housing cover 1 and the magnet housing base 7 there is a coil body 3 on the circumference, in which the windings 4 are arranged
Die Magnethulse 9, als symmetrisches Drehteil ausgeführt, besitzt an ihrem äußeren Umfang, im Wirkbereich der Wicklung 4 eine umfangsseitige Aussparung 10, wodurch ein Luftspalt zwischen der Magnethulse 9 und dem Spulenkorper 3 mit Wicklung 4 erzeugt wird, wodurch gleichzeitig ein Widerstand gegeben ist, so daß die Magnetfeldlinien bei Ansteuerung des Magneten in ihrem Magnetfeldlinienfluß in die gewünschte Kraftrichtung gelenkt werdenThe magnetic sleeve 9, designed as a symmetrical rotating part, has on its outer circumference, in the effective area of the winding 4, a circumferential recess 10, as a result of which an air gap is generated between the magnetic sleeve 9 and the coil body 3 with winding 4, which at the same time provides resistance, so that the magnetic field lines are steered in the desired direction of force when the magnet is driven in their magnetic field line flux
Innerhalb der Magnethulse 9 ist vertikal verschiebbar und über Gleitringe 5 der Magnetanker 6 gelagert, welcher mit Durchtrittsoftnungen 12 und einer Mittelbohrung 11 ausgeführt istThe magnet armature 6, which is designed with passage openings 12 and a central bore 11, is vertically displaceable within the magnet sleeve 9 and is mounted via slide rings 5
Zwischen der inneren Stirnfläche der Magnethulse 9 und der oberen Stirnflache des Magnetankers 6 befindet sich der notwendige Arbeitsluftspalt 17, welcher der
Hubbewegung des Magnetankers 6 angepaßt bzw. durch dessen Hubbewegung gebildet wird.Between the inner end face of the magnet sleeve 9 and the upper end face of the magnet armature 6 there is the necessary working air gap 17, which is the Adjusted stroke movement of the armature 6 or formed by the stroke movement.
Die im Magnetanker 6 vorgesehenen Durchtrittsöffnungen 1 1 ermöglichen den Durchtritt des in dem Ventil vorhandenen Mediums, so daß ein Druckausgleich innerhalb des Systems ermöglicht wird.The passage openings 1 1 provided in the magnet armature 6 allow the passage of the medium present in the valve, so that pressure equalization within the system is made possible.
Die Mittelbohrung 1 1 dient dabei zur Aufnahme und Lagerung von Elementen zur Übertragung der Hubbewegung auf das entsprechende Stellglied des Ventiles, was nicht näher dargestellt ist.The central bore 11 serves to receive and support elements for transmitting the lifting movement to the corresponding actuator of the valve, which is not shown in detail.
Neben den sogenannten aktiven Koppelflächen 13; 18 sind im gesamten Antrieb noch die Koppelflächen 14; 15; 16 vorhanden, die einmal gebildet werden durch die gemeinsamen Berührungsflächen vom Magnetgehäuserohr 2 zum Magnetgehäusedeckel 1, vom Magnetgehäuseboden 7 zum Magnetgehäuserohr 2 als auch von der Magnethülse 9 zum Magnetgehäuseboden 7.In addition to the so-called active coupling surfaces 13; 18 are the coupling surfaces 14 in the entire drive; 15; 16 are present, which are formed once by the common contact surfaces from the magnet housing tube 2 to the magnet housing cover 1, from the magnet housing base 7 to the magnet housing tube 2 and also from the magnet sleeve 9 to the magnet housing base 7.
Durch die Ausbildung der einzelnen Koppelflächen innerhalb des elektromagnetischen Antriebes ergeben sich sogenannte parasitäre Luftspalte, die durch die Wahl der Anordnung, Ausbildung und Gestaltung der einzelnen Bauelemente des Antriebes wesentlich kleiner sind als die der bisherigen bekannten Antriebe, wodurch sichergestellt ist, daß höhere Kräfte innerhalb des vorgestellten elektromagnetischen Antriebes realisiert werden können.The formation of the individual coupling surfaces within the electromagnetic drive results in so-called parasitic air gaps, which due to the choice of arrangement, design and design of the individual components of the drive are significantly smaller than those of the previous known drives, which ensures that higher forces within the presented electromagnetic drive can be realized.
Dies wird halt dadurch realisiert und möglich, daß die Koppelflächen 13; 18 zwischen der Magnethülse 9 und dem Magnetgehäusedeckel 1 größer sind als die Kreisfläche der Stirnseite der Magnethülse bei bisher bekannten Ausführungen von Topfmagneten, bzw. größer sind als die Zylindermantelfläche, die sich bei einem völligen Durchtritt der Magnethülse durch einen Magnetgehäusedeckel ergeben würde. Gleichfalls sind die Koppelflächen 14; 15; 16 zwischen dem Magnetgehäusedeckel 1, dem Magnetgehäuserohr 2 und dem Magnetgehäuseboden 7 größer als die Kleinstquerschnittsfläche im äußeren Magnetkreis und somit sind alle Koppelflächen wesentlich größer als die effektive Stirnfläche bei bekannten Lösungen.
Bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Antrieb ist die Erregerwicklung 4 voll umfänglich im Magnetgehäuserohr 2 mit eingepreßtem Magnetgehäusedeckel 1 und eingeschraubtem Magnetgehäuseboden 7 über den Konterring 8 derart mit der Magnethülse 9 verbunden und angeordnet, daß die umfangsseitige Aussparung 10 im Inneren des Topfmagneten liegt und somit allseitig mechanisch von außen geschützt ist. Sollte durch irgendeinen Umstand ein Bersten dieses Teiles eintreten, ist dies für die Umwelt ungefährlich, da dieses Hülsenteil nicht aus dem Antrieb herausgeschleudert werden kann.This is realized and possible because the coupling surfaces 13; 18 between the magnet sleeve 9 and the magnet housing cover 1 are larger than the circular area of the end face of the magnet sleeve in previously known designs of pot magnets, or are larger than the cylinder surface area, which would result if the magnet sleeve were to pass completely through a magnet housing cover. Likewise, the coupling surfaces 14; 15; 16 between the magnet housing cover 1, the magnet housing tube 2 and the magnet housing base 7 is larger than the smallest cross-sectional area in the outer magnetic circuit and thus all coupling surfaces are significantly larger than the effective end face in known solutions. In the electronic drive according to the invention, the excitation winding 4 is fully connected and arranged in the magnet housing tube 2 with a pressed-in magnet housing cover 1 and a screwed-in magnet housing base 7 via the lock ring 8 with the magnet sleeve 9 in such a way that the peripheral recess 10 lies inside the pot magnet and is therefore mechanically all-round is protected outside. Should this part burst due to any circumstance, this is harmless to the environment, since this sleeve part cannot be thrown out of the drive.
Bei der Ausbildung und Anordnung dieser umfangsseitigen Aussparung 10 wurde berücksichtigt, daß das Verhältnis der Wickelfensterhöhe zum effektiven Ankerdurchmesser von 1,5 sich in Richtung 1 verschiebt und damit die geometrischen Abmessungen und die Massen des Antriebes sehr klein gehalten werden können und trotzdem sichergestellt ist, daß große Kräfte über einen großen Hub und im Haltezustand bei extrem geringem Energieeinsatz erreicht werden können.When designing and arranging this circumferential recess 10, it was taken into account that the ratio of the winding window height to the effective armature diameter of 1.5 shifts in the direction of 1 and thus the geometric dimensions and the masses of the drive can be kept very small and it is nevertheless ensured that large forces can be achieved over a large stroke and in the holding state with extremely low energy consumption.
Ferner wird durch die spezielle Anordnung und Ausbildung der umfangsseitigen Aussparung 10 sichergestellt, daß unmittelbar eine direkte Kennlinienbeeinflussung möglich wird.Furthermore, the special arrangement and design of the circumferential recess 10 ensures that a direct influence on the characteristic curve is possible.
Bei der vorgestellten Lösung handelt es sich um einen impulsgesteuertenThe solution presented is an impulse-controlled one
Elektromagneten, der in der Anzugsphase kurzfristig übererregt wird, um während dieserElectromagnet, which is briefly overexcited in the tightening phase, during this
Phase eine möglichst hohe Hubkraft zu erzeugen.Phase to generate the highest possible lifting force.
Diese elektronische Impulssteuerung wird durch die Ansteuerelektronik, dessen Schaltbild in Fig. 2 dargestellt ist, realisiert.This electronic pulse control is implemented by the control electronics, the circuit diagram of which is shown in FIG. 2.
Diese Ansteuerung ist so ausgebildet, daß sie mit ca. 230 Volt Wechselspannung betrieben wird, eine kurzzeitige Übererregung realisiert und dann in eine Halteerregung umschaltet, so daß nur noch ein Bruchteil der Energie auf den Magneten übertragen wird DasThis control is designed so that it is operated with approx. 230 volts AC, realizes a brief overexcitation and then switches over to a holding excitation, so that only a fraction of the energy is transferred to the magnet
Ansteuern des Magneten ist auch über 24 V Gleichspannung möglich, wobei alle denkbaren Steuerspannungen realisierbar sind.
The magnet can also be controlled via 24 V DC voltage, whereby all conceivable control voltages can be implemented.
Claims
Patentansprücheclaims
1 Elektromagnetischer Antrieb zur Erzeugung kraftvoller und schneller1 Electromagnetic drive for generating powerful and faster
Hubbewegungen, insbesondere für Armaturen und Ventile, bestehend aus einem Gehäuse mit darin angeordneter Erregerwicklung, einer Magnethulse und einem Magnetanker, dadurch gekennzeichnet, daßStroke movements, in particular for fittings and valves, consisting of a housing with a field winding arranged therein, a magnet sleeve and a magnet armature, characterized in that
in einem, aus dem Magnetgehäuserohr (2), dem Magnetgehausedeckel (1) und dem Magnetgehauseboden (7) gebildeten Gehäuse eine Magnethulse (9), mit einem Teil ihres Kopfbereiches in den Magnetgehausedeckel (1) hineinragend angeordnet ist, dabei die Koppelflachen (13, 18) gebildet werden, die Magnethulse (9) über eine Gewindeverbindung zum Magnetgehauseboden (9) kraft- und formschlussig verbunden sowie mit einer umfangsseitigen Aussparung (10) ausgebildet ist und im Inneren der Magnethulse (9) der Magnetanker (6) vertikal beweglich angeordnet istIn a housing formed from the magnet housing tube (2), the magnet housing cover (1) and the magnet housing base (7), a magnet sleeve (9) is arranged, with a part of its head area protruding into the magnet housing cover (1), the coupling surfaces (13, 18) are formed, the magnet sleeves (9) are connected by a threaded connection to the magnet housing base (9) in a force-locking and form-locking manner and are formed with a circumferential recess (10) and inside the magnet sleeves (9) the magnet armature (6) is arranged to be vertically movable
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßElectromagnetic drive according to claim 1, characterized in that
die umfangsseitige Aussparung (10) der Magnethulse (7) im Wirkbereich der Wicklung (4) liegt und deren Lage und Einbringung in die Magnethulse (9) derart erfolgt, daß eine Kennhnienbeeinflussung realisiert wirdthe circumferential recess (10) of the magnet sleeve (7) lies in the effective area of the winding (4) and its position and insertion into the magnet sleeve (9) is such that an influencing of the characteristics is realized
Elektromagnetischer Antrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daßElectromagnetic drive according to claims 1 and 2, characterized in that
der Magnetanker (6) mit Durchtrittsof nungen (12) und einer Mittelbohrung (1 1) ausgeführt ist und umfangsseitig über Gleitringe (5) zum Inneren der Magnethulse (9) geführt und abgedichtet ist
the magnet armature (6) is designed with openings (12) and a central bore (1 1) and is guided and sealed on the circumference via slide rings (5) to the inside of the magnet sleeve (9)
4. Elektromagnetischer Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß4. Electromagnetic drive, characterized in that
die Verbindung zwischen dem Magnetgehäusedeckel (1) und dem Magnetgehäuserohr (2) fest ausgebildet ist, während die Verbindung zwischen dem Magnetgehäuserohr (2) und dem Magnetgehäuseboden (7) als Gewindeverbindung ausgeführt und dem Magnetgehäuseboden (7) ein Konterring 8 zugeordnet ist.the connection between the magnet housing cover (1) and the magnet housing tube (2) is fixed, while the connection between the magnet housing tube (2) and the magnet housing base (7) is designed as a threaded connection and a lock ring 8 is assigned to the magnet housing base (7).
5. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß5. Electromagnetic drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that
die aus Wicklung (4) und Spulenkörper (3) bestehende Erregerspule in der Anfangsphase kurzzeitig hocherregt wird und mit einer Impulsansteuerung, einer Ansteuerelektronik verbunden ist.
the excitation coil consisting of winding (4) and coil body (3) is briefly excited in the initial phase and is connected to a pulse control, control electronics.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/DE1999/002196 WO2001006159A1 (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Electromagnetic drive mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/DE1999/002196 WO2001006159A1 (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Electromagnetic drive mechanism |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2001006159A1 true WO2001006159A1 (en) | 2001-01-25 |
Family
ID=6918839
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/DE1999/002196 WO2001006159A1 (en) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Electromagnetic drive mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2001006159A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005026598A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-24 | Robert Bosch Gmbh | Solenoid valve |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3887162A (en) * | 1972-05-26 | 1975-06-03 | Kernforschung Gmbh Ges Fuer | Glandless solenoid valve for corrosive media |
| US3974998A (en) * | 1972-07-28 | 1976-08-17 | Crown Cork & Seal Company, Inc. | Spray coating apparatus |
| US4392634A (en) * | 1980-02-04 | 1983-07-12 | Fujikin International, Inc. | Electromagnetic valve |
| DE4310415A1 (en) | 1992-04-04 | 1993-10-07 | Schrott Harald | Electromagnetic valve |
-
1999
- 1999-07-15 WO PCT/DE1999/002196 patent/WO2001006159A1/en active Application Filing
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