DE19505233C2 - Elektromagnetisches Ventil - Google Patents
Elektromagnetisches VentilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Zum leistungsarmen, elektrischen Schalten von Fluidströmen
werden sowohl elektromagnetische Ventile als auch Ventile mit
piezoelektrischen Biegewandlern verwendet. Ein Beispiel für
ein derartiges Piezoventil ist in der EP-A 0 538 236 angege
ben. Leistungsarme Ventile mit piezoelektrischen Biegewandlern
stellen aus elektrischer Sicht einen Kondensator dar, so daß
statisch auch bei angelegter Steuerspannung keine Strom- oder
Leistungsaufnahme erfolgt. Um jedoch am freien Ende des
Biegeelementes eine brauchbare Auslenkung zu erhalten, sind
die piezoelektrischen Kapazitäten der Biegewandler relativ
groß, was eine hohe Stromaufnahme bei hochfrequenten Schalt
vorgängen zur Folge hat. Auch sind die für die Piezoeffekte
erforderlichen Steuerspannungen wesentlich höher als die
Versorgungsspannungen, die üblicherweise in den Anwendungen
konventioneller Elektronikbauteile zur Verfügung stehen. Dies
erfordert einen zusätzlichen Schaltungsaufwand zur Span
nungswandlung und vergrößert die elektrischen Verluste.
Elektromagnetische Ventile sind in vielfältiger Bauart bekannt
und zeichnen sich durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit
aus. Sie benötigen allerdings in mindestens einem Schaltzu
stand einen Haltestrom und erzeugen damit eine unnötige
Erwärmung der zur Krafterzeugung notwendigen elektrischen
Wicklungen, was zudem mit einer relativ hohen mittleren
Leistungsaufnahme verbunden ist.
Ein Beispiel eines schnell schaltenden elektromagnetischen
Ventils zeigt die EP 0 400 504 A1.
Zur
Realisierung kurzer Schaltzeiten und hoher Schaltfrequenzen
wird keine die Ruhelage definierende Feder eingesetzt,
vielmehr sind ein Elektromagnet, eine elektrische Spule und
auch ein magnetischer Kreis ständig dem Fluid unter Druck
ausgesetzt, und ein Absperrelement ist an einer Fläche der
Magnetankerplatte befestigt und schließt bzw öffnet eine
Fluidauslaßleitung und somit das elektromagnetische Ventil.
Dabei wird ein Drehpunktelement aus elastischem Polymer
verwendet, das indirekt das Absperrelement für das
Schließen/Öffnen beaufschlagt.
Die DE 24 40 565 C2 beschreibt ein elektromagnetisches Dü
senklappventil, welches einen Klappanker enthält, ohne daß
jedoch eine Feder vorgesehen ist, die den Klappanker mit ei
ner Kraft beaufschlagt.
Ein gattungsgemäßes elektromagnetisches Ventil ist, bei
spielsweise, in der DE 33 46 290 A1 beschrieben, wobei dort
zwei Federn zum Einsatz kommen, nämlich eine Blattfeder, die
den Klappanker gegen das Ende eines feststehenden Jochs des
Elektromagneten drückt und somit die Kippachse festlegt, und
eine Schraubenfeder, die den Klappanker gegen die Anziehungs
kraft des Elektromagneten mit Kraft beaufschlagt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromag
netisches Ventil zu schaffen, das eine geringe elektrische
Leistung benötigt, hohe Schaltgeschwindigkeiten ermöglicht und
bei dem ein Federelement zur Realisierung einer stabilen
Ruhelage eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein magnetisches Ventil mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge
staltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Polflächen des
Elektromagneten und die Kippachse in einer Ebene liegen, die
Mündungsöffnung eines der Fluidauslaßkanäle in der Ebene oder
in definiertem Abstand zu der Ebene der Polflächen des
Elektromagneten und der Kippachse liegt, die dem Elektro
magneten zugewandte Anlagefläche als die Mündungsöffnung(en)
des/der Fluidauslaßkanals/Fluidauslaßkanäle unmittelbar
beaufschlagende Verschließeinrichtung dient und die Federein
richtung den Klappanker in der Öffnungsrichtung des Elektro
magneten beaufschlagt.
Nach einer weiteren Ausführungsform existiert eine Gehäuse
trennfläche, die mit den Polflächen und der Kippachse in einer
Ebene liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, einen Topfkern als Elektromagneten einzusetzen, um
damit in idealer Weise parasitäre Luftspalte zu vermeiden.
Dabei ist die Spule vollständig in dem Topfkern eingeschlossen
und um eine Achse gewickelt, die senkrecht zur Ebene der
Polflächen verläuft.
Weiter bevorzugt weist der Elektromagnet einen Eisenkern aus
mindestens zwei Eisenelementen auf, wobei ein Eisenelement
zumindest teilweise im Inneren der Spule liegt und die Spule
um eine Achse gewickelt ist, die parallel zur Ebene der
Polflächen verläuft. Es wird vorgeschlagen, die Spule außer
halb der Fluidkammer anzuordnen, mit dem Vorteil, in einfacher
Weise die elektrischen Verbindungen realisieren zu können.
Vorteilhaft ist, wenn der Klappanker die Form eines starren,
vollständig ebenen Plättchens hat und aus ferromagnetischem
Werkstoff besteht.
Es sollte mindestens einer der Fluideinlaßkanäle oder Fluid
auslaßkanäle in der axialen Lage senkrecht zur Ebene der
Polflächen einrichtbar sein.
Bevorzugt sind der Fluideinlaßkanal und der Fluidauslaßkanal
mit Runddichtringen abgedichtet, die sowohl für eine Abdich
tung der Fluidkammer als auch für eine Selbsthaltefunktion der
Fluideinlaß- und -auslaßkanäle sorgen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekenn
zeichnet, daß der Klappanker symmetrisch bezüglich der Kipp
achse ausgebildet ist. Ebenso vorteilhaft ist der Klappanker
bezüglich der Kippachse ausgewuchtet. Für beide Ausführungs
formen wird durch die jeweilige Maßnahme eine weitgehende Un
empfindlichkeit gegen Stöße erreicht.
In besonders einfacher Konstruktion ist die Kippachse eine
Kante der Polflächen des Elektromagneten.
Vorteilhaft ist der Fluidauslaßkanal derart eingerichtet, daß
ein definierter, minimal gehaltener Luftspalt zwischen den
Polflächen und dem Klappanker ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht eine Nachbear
beitung der Flächen im Eisenkern beispielsweise durch Schlei
fen oder Läppen, da sowohl die Kippachse, die Polflächen und
die Gehäusetrennbene als auch der Klappanker einander zuge
wandte ebene Oberflächen aufweisen.
Wesentlich ist die exakte Fertigung der Elemente des Elektro
magneten, um die Luftspalte so weit wie möglich zu minimieren,
da dann erst die hohen Schaltgeschwindigkeiten erreicht
werden.
Es sollte der Klappanker mittels einer mechanischen Führung
frei und ohne Zwangskräfte bewegbar sein. Dann kann er sich
vollständig eben an die Polflächen anlegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
anhand der nachstehenden Beschreibung, in der die Erfindung
lediglich beispielhaft dargestellt ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines elektromagne
tischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfin
dung in schematisierter Darstellung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des elektromagne
tischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfin
dung, ebenfalls schematisiert dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
mit einem zweiteiligen Gehäuse 20 aus magnetisch nichtleiten
dem Material, wobei in dessen Innerem eine Fluidkammer 18
gebildet ist, in die ein Fluideinlaßkanal 22 mündet und aus
der zwei Fluidauslaßkanäle 24, 26 hinausgeführt sind, wobei
diese Kanäle ebenfalls in magnetisch nichtleitendem Material
ausgebildet sind. Der Elektromagnet 12 besteht aus einem
Eisenkern 14 in Form eines Topfkernes und einer Spule 16 im
Inneren dieses Topfkernes. Da der Eisenkern 14 aus einem Stück
gefertigt ist, werden parasitäre Luftspalte in idealer Weise
vermieden. Der magnetische Kreis wird über die Polflächen 28
und den Klappanker 10 geschlossen. Um die magnetischen
Verluste minimal zu halten, ist eine exakte Fertigung der
Polflächen 28, des Klappankers 10 und der Kippachse 32, um die
sich der Klappanker 10 dreht, vorgesehen. Der Klappanker 10
hat dabei die Form eines starren, vollständig ebenen Plätt
chens und ist aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellt. Der
Klappanker 10 kann um die Kippachse 32 reibungsfrei schwenken.
Mittels einer mechanischen Führung 36 ist er in seiner Lage in
der Ebene der Kippachse 32, die senkrecht zu der Ebene der
Polflächen 28 liegt, gegen seitliches Verschieben gesichert.
Dabei ist vorteilhaft, daß der Klappanker 10 symmetrisch oder
ausgewuchtet und mit geringer Masse ausgebildet sein kann, da
dadurch eine sehr große Unempfindlichkeit gegenüber Stößen
erreicht wird.
Ein Federelement 34 drückt auf den Klappanker 10, und dieser
schwenkt bei nichterregter Spule 16 des Elektromagneten 12 um
die Kippachse 32 und verschließt dadurch die Mündungsöffnung
30 des Fluideinlaßkanals 22. Die Fluidkammer 18 und auch beide
Fluidauslaßkanäle 24, 26, die über die Fluidkammer 18 mitein
ander in Verbindung stehen, sind damit druckfrei.
Wird die Spule 16 des Elektromagneten 12 erregt, schwenkt der
Klappanker 10 plan auf die Polflächen 28 und verschließt dabei
die in gleicher Ebene liegende Mündungsöffnung 30 des Fluid
auslaßkanals 24. In der Fluidkammer 18 und am Fluidauslaßkanal
26 wirkt demzufolge der über den Fluideinlaßkanal 22 eintre
tende Fluiddruck.
Die Fluideinlaßkanäle 22 und 24 sind in ihrer axialen Lage
senkrecht zur Ebene der Polflächen verstellbar, so daß die
Mündungsöffnung 30 des Fluidauslaßkanals 24 exakt in der Ebene
der Polflächen justierbar ist und über die Einstellung der
axialen Lage des Fluideinlaßkanals 22 der beim Anziehen des
Elektromagneten 12 zu überwindende Luftspalt eingestellt
werden kann.
Der Fluideinlaßkanal 22 und der Fluidauslaßkanal 24 sind mit
Runddichtringen 38 abgedichtet, um Leckstellen in der Fluid
kammer 18 zu vermeiden, wobei die Runddichtringe 38 als
weitere Funktion die Mündungsöffnungen 30 in ihrer justierten
Lage durch Reibschluß sichern.
In einer Abänderung ermöglicht die Justierbarkeit der Mün
dungsöffnungen desweiteren, daß die Mündungsöffnung 30 des
Fluidauslaßkanals 24 auf einen minimalen Abstand oberhalb der
Ebene der Polflächen eingestellt werden kann. Dadurch wird
mittels eines sehr kleinen Luftspaltes ein Kleben des Klapp
ankers 10 an dem Eisenkern 14 vermieden, mit der Folge, daß
die Schaltgeschwindigkeit des elektromagnetischen Ventils
weiter erhöht wird.
Dieser kleine Luftspalt ist nur dadurch mit der geforderten
geringen elektrischen Leistungsaufnahme vereinbar, daß infolge
der erfindungsgemäßen Konstruktion und einer exakten Fertigung
Polflächen, Kippachse und der Klappanker sehr eben sind und
plan ohne Verbiegung aufeinander liegen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2
dargestellt, wobei im Gegensatz zu der in Fig. 1 darge
stellten Ausführungsform der Eisenkern 14a, 14b des Elektro
magneten 12 mehrteilig ist, wodurch eine Plazierung der Spule
16 außerhalb des Gehäuses ohne Verbindung zur Fluidkammer 18
möglich ist. Diese Anordnung erlaubt in einfacher Weise die
elektrische Kontaktierung der Spule und ermöglicht eine
konstruktiv freiere Geometrie der Polflächen 28. Die Kippachse
32 wird in diesem Beispiel durch eine Kante der Polflächen des
Elektromagneten 12 selbst gebildet und kann dadurch nicht
außerhalb der Ebene der Polflächen 28 liegen.
Die Funktionsweise des elektromagnetischen Ventils nach dieser
zweiten Ausführungsform entspricht im weiteren der des Ausfüh
rungsbeispiels nach Fig. 1.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie
in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
10
Klappanker
12
Elektromagnet
14
Eisenkern
14
aEisenelement
14
bEisenelement
16
Spule
18
Fluidkammer
20
Gehäuse
22
Fluideinlaßkanal
24
Fluidauslaßkanal
26
Fluidauslaßkanal
28
Polflächen
30
Mündungsöffnung
32
Kippachse
34
Federelement
36
Mechanische Führung des Klappankers
38
Runddichtung
40
Gehäusetrennfläche
Claims (12)
1. Elektromagnetisches Ventil, mit einer Fluidkammer (18),
in die mindestens ein Fluideinlaßkanal (22) und mindestens ein
Fluidauslaßkanal (24, 26) münden, einem Elektromagneten (12),
dessen Polflächen (28) einen parallel zur Ebene der Mündungs
öffnung(en) (30) des/der Fluidauslaßkanals/Fluidauslaßkanäle
(24, 26) verlaufenden Teil der Wandung der Fluidkammer (18)
bilden, einem Klappanker (10) zum bedarfsweisen Verschließen
der Mündungsöffnung(en) (30) des/der Fluidauslaßkanals/Fluid
auslaßkanäle, der eine den Polflächen (28) des Elektromagneten
(12) zugewandte ebene Anlagefläche aufweist, die beim Erregen
des Elektromagneten (12) an diesen zur Anlage kommt, und der
eine in der Ebene der Polflächen des Elektromagneten liegende
Kippachse (32) aufweist, wobei die Polflächen (28) und die
Kippachse (32) in einer Ebene liegen, die Mündungsöffnung (30)
eines (24) der Fluidauslaßkanäle in der Ebene oder mit
definiertem Abstand zu der Ebene der Polflächen (28) des
Elektromagneten und der Kippachse (32) liegt und die dem
Elektromagneten zugewandte Anlagefläche des Klappankers (10)
als die Mündungsöffnung(en) des/der Fluidauslaßkanals/Fluid
auslaßkanäle unmittelbar beaufschlagende Verschließeinrichtung
dient, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federeinrichtung (34)
den Klappanker (10) in der Öffnungsrichtung des Elektro
magneten (12) mit Kraft beaufschlagt und gegen die Kippachse
(32) drückt, wobei die Kippachse (32) zwischen dem Kraftangriffspunkt der
Feder (34) und dem Teil des Klappankers (10), welcher zum Verschließen
von Fluidführungen vorgesehen ist, angeordnet ist.
2. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gehäusetrennfläche (40), die Pol
flächen (28) des Elektromagneten und die Kippachse (32) in
einer Ebene liegen.
3. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (12) aus einem Topfkern
(14) mit vollständig darin liegender Spule (16) besteht und
die Spule um eine Achse gewickelt ist, die senkrecht zur Ebene
der Polflächen (28) verläuft.
4. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (12) einen Eisenkern
aus mindestens zwei Eisenelementen (14a, 14b) aufweist, wobei
ein Eisenelement (14b) zumindest teilweise im Inneren der
Spule liegt und die Spule (16) um eine Achse gewickelt ist,
die parallel zur Ebene der Polflächen (28) verläuft, und daß die
Spule (16) außerhalb der Fluidkammer (18) angebracht ist.
5. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Klappanker (10) die Form eines starren,
ebenen Plättchens hat und aus ferromagnetischem Werkstoff besteht.
6. Elektromagnetisches Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Fluideinlaßkanäle
oder Fluidauslaßkanäle (22, 24) in der axialen Länge senkrecht zur
Ebene der Polflächen (28) einrichtbar ist.
7. Elektromagnetisches Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4
oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluideinlaßkanal (22) und
der Fluidauslaßkanal (24) mit Runddichtringen (38) abgedichtet sind.
8. Elektromagnetisches Ventil nach einem der Ansprüche 1, 2 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (10) symmetrisch
bezüglich der Kippachse (32) ausgebildet ist.
9. Elektromagnetisches Ventil nach einem der Ansprüche 1, 2, 5
oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (10) bezüglich
der Kippachse (32) ausgewuchtet ist.
10. Elektromagnetisches Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse (32) eine
Kante der Polflächen (28) des Elektromagneten (12) ist.
11. Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Fluidauslaßkanal (24) derart eingerichtet
ist, daß ein definierter Luftspalt zwischen den Polflächen (28) und
dem Klappanker (10) ausgebildet ist.
12. Elektromagnetisches Ventil nach einem der Ansprüche 1, 5, 8,
9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (10)
mittels einer mechanischen Führung (36) frei und ohne Zwangs
kräfte bewegbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995105233 DE19505233C2 (de) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | Elektromagnetisches Ventil |
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Family
ID=7754150
Family Applications (1)
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DE1995105233 Expired - Lifetime DE19505233C2 (de) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | Elektromagnetisches Ventil |
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