DE19502671A1 - Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide - Google Patents
Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für FluideInfo
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- 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
- F16K31/0655—Lift valves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagnetantrieb, insbesondere für
Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide, mit einer Elektromagnetspule und
einem Magnetjoch, einem zur Elektromagnetspule zentrischen, festen und einem
zentrischen, koaxialen beweglichen Magnetanker, zwischen denen ein veränderlicher
Luftspalt besteht, wobei der Verlauf der Anzugskraft des Elektromagneten in
Abhängigkeit der Luftspalteinstellung zwischen dem festen und dem beweglichen
Magnetanker bei unterschiedlichen Werten des Erregerstroms zusammen mit der
Kraftkennlinie einer Biegefeder als Arbeitspunkt der Hubkraftkennlinie des beweglichen
Magnetankers festlegbar ist und der bewegliche Magnetanker, an dem der
Elektromagnetspule abgewandten Ende eine Ventildichtung trägt, die mit einem
Ventilsitz eines Medienleitungsanschlusses zusammenwirkt.
Der eingangs bezeichnete Elektromagnetantrieb ist als Elektromagnetventil bekannt
(DE 42 44 444 A1). Mit einem derartigen Elektromagnetventil, das konstruktiv ein
wirtschaftlich herstellbares Schaltmagnetventil darstellt, das jedoch als stetigwirkendes
Elektromagnetventil arbeiten kann, ist es möglich, eine beliebige Anzahl von
Arbeitspunkten zu schaffen, d. h. das flüssige oder gasförmige Medium in beliebigen
Mengen bzw. unterschiedlichen Drücken pro Zeiteinheit strömen zu lassen.
Derartige Elektromagnetantriebe, insbesondere Elektromagnetventile bedürfen jedoch
noch der Verbesserung des Stetigverhaltens und der Verringerung der Hysterese des
Elektromagneten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen
vorzuschlagen, die insbesondere das Stetigverhalten verbessern und weitere
Maßnahmen, die der Verringerung der Hysterese gewidmet sind.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß aufgrund des eingangs bezeichneten
Elektromagnetantriebs dadurch gelöst, daß eine Kompensation der Strömungskraft
des flüssigen oder gasförmigen Mediums mittels einer konischen Außenform des
Ventilsitzes und einer Fassung für die Ventildichtung vorgesehen ist, die zwischen sich
einen spitzen bis stumpfen Winkel bilden. Dieser Winkel bedeutet eine optimierte
Strömungsgeometrie des beweglichen Ankers, so daß eine Kompensation der
Strömungskraft, d. h. eine Beseitigung der Störkraft erfolgen kann.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, daß die außen abgeschrägte Fassung mit
einem eingelassenen, zylindrischen Dichtungskörper versehen ist. Die Dichtungskraft
ist daher immer in Richtung der Anlage des Dichtungskörpers gerichtet.
Vorteilhaft ist außerdem, daß die Fassung für die Ventildichtung in einem Endabschnitt
des beweglichen Magnetankers eingelassen ist. Der günstige Strömungswinkel kann
hierbei unmittelbar an der Fassung für die Ventildichtung angebracht sein.
In Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Endabschnitt des
beweglichen Magnetankers mit einem gegenüber dem Führungsschaft-Durchmesser
verminderten Kreis-Querschnitt versehen ist, der als Abschluß einen Flanschring
aufweist, auf dessen Innenseite sich an ihrem einen Schraubenfederende eine
kegelige Schraubenfeder abstützt, die mit ihrem anderen Schraubenfederende gegen
einen Absatz des Ventilgehäuses gestützt ist. Die Ventilfeder nimmt hierbei einen sehr
geringen Raum ein und überträgt dennoch entsprechend dem Kegeldurchmesser eine
entsprechend geforderte Schließkraft.
Vorteilhaft ist hierbei noch, daß eine Stützfläche für die kegelige Schraubenfeder an
einem Innenabsatz einer rohrförmigen Ankerführung für den festen und den
beweglichen Magnetanker angeordnet ist. Die rohrförmige Ankerführung ist daher
nicht Bestandteil des Ventilgehäuses, sondern kann als einzelner Teil eingebaut
werden. Hierbei übernimmt die rohrförmige Ankerführung außen die Anordnung der
Elektromagnetspule und innen die Führung der beiden Ankerteile.
Die rohrförmige Ankerführung ist vorteilhafterweise mit einem kurzen Schaft, in dem
ein Dichtring angeordnet ist, in das Ventilgehäuse ragend, ausgeführt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an dem festen Magnetanker ein
magnetischer Blindkörper angeordnet ist, der als eine relativ dünne Scheibe
ausgebildet ist. Dadurch wird ein künstlicher Luftspalt am Ende des festen
Magnetankers geschaffen, der die Ventillebensdauer verbessert.
Die praktische Ausführung kann darin bestehen, daß die relativ dünne Scheibe aus
Messing hergestellt ist.
Neben dem erheblichen Preisvorteil gegenüber Stetigventilen mit
Proportionalmagneten besteht auch ein denkbar einfacher Fertigungs- und
Montageaufwand. Die Verbesserung der Hysterese und Linearität des Ventils durch
die Störkraftkompensation (die Strömungskraft wird kompensiert) werden weitere
Vorteile erzielt. Der künstliche Luftspalt (durch die Messingscheibe) begrenzt die
Biegebelastung der Biegefeder und erhöht damit die Lebensdauer des Ventils
erheblich.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, daß die Biegefeder zwischen dem festen
und dem beweglichen Magnetanker derart ausgelegt ist, daß sich zusammen mit dem
Magnetkennlinienfeld eine definierte Ventilöffnung in Abhängigkeit des Steuerstroms
ergibt.
Die Erfindung kann dahingehend weiterentwickelt bzw. ausgenutzt werden, daß eine
Kombination aus zwei oder mehreren Elektromagnetventilen durch eine
Verbindungsleitung von der Druckseite eines ersten Elektromagnetventils zu der
Entlüftungsleitung eines zweiten Elektromagnetventils und durch einen gemeinsamen
Anschluß an die Arbeitsleitung und damit ein 3/3-Wege-Regelventil z. B. für die
Druckregelung, gebildet ist.
Eine andere Anwendung der Erfindung bzw. Ausnutzung der erfinderischen
Eigenschaft besteht darin, daß eine Kombination aus jeweils zwei
Elektromagnetventilen zu einem 5/3-Wegeventil durch eine Verbindungsleitung
zwischen den Druckseiten und durch jeweils getrennte Arbeitsleitungen von jeweils
einem Elektromagnetventilpaar zu einem Verbraucher mit Positionsregelung gebildet
ist. Dadurch wird eine Positionsregelung z. B. einer Kolben-Zylinder-Einheit ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen axialen Querschnitt durch einen Elektromagnetantrieb als
Elektromagnetventil,
Fig. 2a zwei zu einem 3/3-Druckregelventil zusammengeschaltete
Elektromagnetventile der erfindungsgemäßen Bauart,
Fig. 2b die beiden Elektromagnetventile in ihren Schaltfunktionen und
Fig. 3 vier solcher Elektromagnetventile in einer Schaltung eines 5/3-Ventils
für die Positionsregelung der Kolben-Zylinder-Einheit.
Der Elektromagnetantrieb kann für alle Einrichtungen, Maschinen und Vorrichtungen
eingesetzt werden, bei denen ein Strömungskanal, ein Kontakt, überhaupt ein Abstand
zwischen Bauelementen allmählich geschlossen wird, geöffnet wird oder aber auf
einen festen Abstand eingestellt und gehalten wird.
Als Anwendungsbeispiel gilt ein Elektromagnetventil 1 als Stellglied für Fluide. Dieses
besitzt eine Elektromagnetspule 2 mit Magnetjoch 3, einen zur Elektromagnetspule 2
zentrischen, festen Magnetanker 4, einen zentrischen, koaxialen, beweglichen
Magnetanker 5, wobei zwischen dem festen Magnetanker 4 und dem beweglichen
Magnetanker 5 ein veränderlicher Luftspalt 6 besteht. Der Verlauf der Anzugskraft des
Elektromagneten ist in Abhängigkeit der Luftspalteinstellung zwischen dem festen
Magnetanker 4 und dem beweglichen Magnetanker 5 bei unterschiedlichen Werten
des Erregerstroms zusammen mit der Kraftkennlinie einer Biegefeder 7 als
Arbeitspunkt der Hubkraftkennlinie des beweglichen Magnetankers 5 festlegbar. An
dem beweglichen Magnetanker 5 trägt ein an einem der Elektromagnetspule 2
abgewandten Ende 8 angebautes Teil eine Ventildichtung 9, die mit einem Ventilsitz
10 eines Medienanschlusses 11 zusammenarbeitet.
Eine Kompensation der Strömungskraft des flüssigen oder gasförmigen Mediums wird
durch eine konische Außenform 12 des Ventilsitzes 10 erzielt. Hierbei ist die
Ventildichtung 9 in einer Fassung 13 eingelassen. Die Fassung 13 und der Ventilsitz
10 bilden zwischen ihren Außenflächen einen Winkel alpha, der vorzugsweise noch
spitzwinklig ist und wie gezeichnet 90° beträgt. Der Winkel alpha könnte auch noch
größer und daher auch stumpfwinklig sein in einem Bereich <90°.
In die außen abgeschrägte Fassung 13 ist ein zylindrischer Dichtungskörper 9a
weitestgehend eingelassen, wodurch seine Befestigung gesichert ist. Die Fassung 13
für die Ventildichtung 9 befindet sich in einem Endabschnitt 5a des beweglichen
Magnetankers 5. Dieser Endabschnitt 5a des beweglichen Magnetankers 5 besitzt
einen gegenüber dem Führungsschaftdurchmesser 5b verminderten Kreisquerschnitt
5c. Ein Abschluß 5d weist einen Flanschring 5e auf, auf dessen Innenseite 5f sich eine
Schraubenfeder 14 mit ihrem einen Schraubenfederende 14a abstützt. Mit ihrem
anderen Schraubenfederende 14b liegt die Schraubenfeder 14 gegen einen Absatz
15a eines Ventilgehäuses 15 an.
Eine Stützfläche 16 für die kegelige Schraubenfeder 14 kann auch an einem
Innenabsatz 17a einer rohrförmigen Ankerführung 17 angeordnet sein (vgl. Fig. 1).
Diese rohrförmige Ankerführung 17 ragt mit einem kurzen Schaft 17b, in dem ein
Dichtring 18 angeordnet ist, in das Ventilgehäuse 15.
An dem festen Magnetanker 4 ist ein magnetischer Blindkörper 19 befestigt, der als
eine relativ dünne Scheibe 19a ausgebildet ist. Die dünne Scheibe 19a besteht
vorzugsweise aus Messing. Über die Dicke dieser Scheibe 19a läßt sich die
magnetische Wirkung regulieren.
Die Biegefeder 7 zwischen dem festen Magnetanker 4 und dem beweglichen
Magnetanker 5 ist derart ausgelegt, daß sich zusammen mit dem
Magnetkennlinienfeld eine definierte Ventilöffnung in Abhängigkeit des eingestellten
Steuerstroms ergibt.
Gemäß den Fig. 2a und 2b wird ein 3/3-Wege-Regelventil geschaffen, durch eine
Verbindungsleitung 20 von der Druckseite P eines ersten Elektromagnetventils 1 zu
der Entlüftungsleitung R eines zweiten Elektromagnetventils 1 und durch einen
gemeinsamen Anschluß an die Arbeitsleitung A.
Eine andere Kombination (Fig. 3) aus zumindest zwei Elektromagnetventilen 1
aufgrund einer Verbindungsleitung 21 zwischen den Druckseiten P, bei jeweils von
einem Elektromagnetventilpaar 1a ausgehenden, getrennen Arbeitsleitungen A über
Anschlußleitungen 22a und 22b zu einem Verbraucher 23, der aus einer Kolben-
Zylinder-Einheit 23a besteht, führt zu einer Positionsregelung 24 und zu einem 5/3-
Ventil. Von den einzelnen Elektromagnetspulen 2 sind die Kontakte 25 erkennbar.
Bezugszeichenliste
1 Elektromagnetventil
1a Elektromagnetventilpaar
2 Elektromagnetspule
3 Magnetjoch
4 fester Magnetanker
5 beweglicher Magnetanker
5a Endabschnitt
5b Führungsschaftdurchmesser
5c Kreisquerschnitt
5d Abschluß
5e Flanschring
5f Innenseite
6 Luftspalt
7 Biegefeder
8 abgewandtes Ende
9 Ventildichtung
9a Dichtungskörper
10 Ventilsitz
11 Medienanschluß
12 konische Außenform
13 Fassung
14 Schraubenfeder
14a Schraubenfederende
14b Schraubenfederende
15 Ventilgehäuse
15a Absatz
16 Stützfläche
17 rohrförmige Ankerführung
17a Innenabsatz
17b kurzer Schaft
18 Dichtring
19 magnetischer Blindkörper
19a dünne Scheibe
20 Verbindungsleitung
21 Verbindungsleitung
22a Anschlußleitung
22b Anschlußleitung
23 Verbraucher
23a Kolben-Zylinder-Einheit
24 Positionsregelung
25 Kontakte
1a Elektromagnetventilpaar
2 Elektromagnetspule
3 Magnetjoch
4 fester Magnetanker
5 beweglicher Magnetanker
5a Endabschnitt
5b Führungsschaftdurchmesser
5c Kreisquerschnitt
5d Abschluß
5e Flanschring
5f Innenseite
6 Luftspalt
7 Biegefeder
8 abgewandtes Ende
9 Ventildichtung
9a Dichtungskörper
10 Ventilsitz
11 Medienanschluß
12 konische Außenform
13 Fassung
14 Schraubenfeder
14a Schraubenfederende
14b Schraubenfederende
15 Ventilgehäuse
15a Absatz
16 Stützfläche
17 rohrförmige Ankerführung
17a Innenabsatz
17b kurzer Schaft
18 Dichtring
19 magnetischer Blindkörper
19a dünne Scheibe
20 Verbindungsleitung
21 Verbindungsleitung
22a Anschlußleitung
22b Anschlußleitung
23 Verbraucher
23a Kolben-Zylinder-Einheit
24 Positionsregelung
25 Kontakte
Claims (11)
1. Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für
Fluide, mit einer Elektromagnetspule und einem Magnetjoch, einem zur
Elektromagnetspule zentrischen, festen und einem zentrischen, koaxialen
beweglichen Magnetanker, zwischen denen ein veränderlicher Luftspalt besteht,
wobei der Verlauf der Anzugskraft des Elektromagneten in Abhängigkeit der
Luftspalteinstellung zwischen dem festen und dem beweglichen Magnetanker bei
unterschiedlichen Werten des Erregerstroms zusammen mit der Kraftkennlinie
einer Biegefeder als Arbeitspunkt der Hubkraftkennlinie des beweglichen
Magnetankers festlegbar ist und der bewegliche Magnetanker, an dem der
Elektromagnetspule abgewandten Ende eine Ventildichtung trägt, die mit einem
Ventilsitz eines Medienleitungsanschlusses zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kompensation der Strömungskraft des flüssigen oder gasförmigen
Mediums mittels einer konischen Außenform (11) des Ventilsitzes (10) und einer
Fassung (13) für die Ventildichtung (9) vorgesehen ist, die zwischen sich einen
spitzen bis stumpfen Winkel (alpha) bilden.
2. Elektromagnetantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die außen abgeschrägte Fassung (13) mit einem eingelassenen, zylindrischen
Dichtungskörper (9a) versehen ist.
3. Elektromagnetantrieb nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fassung (13) für die Ventildichtung (9) in einem Endabschnitt (5a) des
beweglichen Magnetankers (5) eingelassen ist.
4. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Endabschnitt (5a) des beweglichen Magnetankers (5) mit einem
gegenüber dem Führungsschaftdurchmesser (5b) verminderten Kreis-Querschnitt
(5c) versehen ist, der als Abschluß (5d) einen Flanschring (5e) aufweist, auf
dessen Innenseite (5f) sich an ihrem einen Schraubenfederende (14a) eine
kegelige Schraubenfeder (14) abstützt, die mit ihrem anderen Schraubenfederende
(14b) gegen einen Absatz (15a) des Ventilgehäuses (15) gestützt ist.
5. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Stützfläche (16) für die kegelige Schraubenfeder (14) an einem
Innenabsatz (17a) einer rohrförmigen Ankerführung (17) für den festen
Magnetanker (4) und den beweglichen Magnetanker (5) angeordnet ist.
6. Elektromagnetantrieb nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die rohrförmige Ankerführung (17) mit einem kurzen Schaft (17b), in dem ein
Dichtring (18) angeordnet ist, in das Ventilgehäuse (15) ragt.
7. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem festen Magnetanker (4) ein magnetischer Blindkörper (19) angeordnet
ist, der als eine relativ dünne Scheibe (19a) ausgebildet ist.
8. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die relativ dünne Scheibe (19a) aus Messing hergestellt ist.
9. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegefeder (7) zwischen dem festen Magnetanler (4) und dem
beweglichen Magnetanker (5) derart ausgelegt ist, daß sich zusammen mit dem
Magnetkennlinienfeld eine definierte Ventilöffnung in Abhängigkeit des
Steuerstroms ergibt.
10. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kombination aus zwei oder mehreren Elektromagnetventilen (1; 1a) durch
eine Verbindungsleitung (20) von der Druckseite (P) eines ersten
Elektromagnetventils (1) zu der Entlüftungsleitung (R) eines zweiten
Elektromagnetventils (1) und durch einen gemeinsamen Anschluß an die
Arbeitsleitung (A) und damit ein 3/3-Wege-Regelventil gebildet ist.
11. Elektromagnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kombination aus jeweils zwei Elektromagnetventilen (1) zu einem 5/3-
Wegeventil durch eine Verbindungsleitung (21) zwischen den Druckseiten (P) und
durch jeweils getrennte Arbeitsleitungen (A) von jeweils einem
Elektromagnetventilpaar (1a) zu einem Verbraucher (23) mit Positionsregelung
(24) gebildet ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE29521959U DE29521959U1 (de) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Ventil mit einem Elektromagnetantrieb |
DE1995102671 DE19502671A1 (de) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995102671 DE19502671A1 (de) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19502671A1 true DE19502671A1 (de) | 1996-08-01 |
Family
ID=7752534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995102671 Ceased DE19502671A1 (de) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | Elektromagnetantrieb, insbesondere für Elektromagnetventile als Stellglieder für Fluide |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |