DE69022846T2

DE69022846T2 - Proportional solenoid device with linear movement.

Info

Publication number: DE69022846T2
Application number: DE1990622846
Authority: DE
Inventors: Viraraghavan S Kumar
Original assignee: Puritan Bennett Corp
Current assignee: Puritan Bennett Corp
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2010-07-20
Also published as: ATE128786T1; DE69022846D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein solenoidbetätigte Fluidsteuerventile und ist insbesondere auf die Konfiguration des Ventils und seiner zugehörigen, die Verlagerung steuernden Solenoidstruktur gerichtet, durch die ein Fluidstrom in Antwort auf die Anlegung eines niedrigen Eingangsgleichstroms exakt proportional gesteuert wird.The present invention relates generally to solenoid-operated fluid control valves and is particularly directed to the configuration of the valve and its associated displacement-controlling solenoid structure by which fluid flow is precisely proportionally controlled in response to the application of a low DC input current.

Fluidstrom-Präzisionssteuervorrichtungen, wie beispielsweise Kraftstoffzufuhreinheiten für ruft- und Raumfahrtsysteme und in Krankenhäusern verwendete Sauerstoff/Luft-Dosiereinheiten, beinhalten typischerweise eine Form eines solenoidbetätigten Ventils, durch das eine gewünschte geradlinige Steuerung des Fluids (in Antwort auf einen Eingangssteuerstrom) bewirkt wird. Zusätzlich zu dem Erfordernis, daß der Fluidstrom im wesentlichen linear proportional zum angelegten Strom ist, ist außerdem erwünscht, daß eine Hysterese in der Flußrate- Steuerstrom-Kennlinie (die einen unerwünschten Totbereich im Betrieb des Ventils hervorruft) innerhalb eines gewissen Minimalwerts gehalten wird.Precision fluid flow control devices, such as fuel delivery units for air and space systems and oxygen/air metering units used in hospitals, typically include some form of solenoid-operated valve through which a desired linear control of the fluid is effected (in response to an input control current). In addition to the requirement that the fluid flow be substantially linearly proportional to the applied current, it is also desirable that hysteresis in the flow rate-control current characteristic (which causes an undesirable dead band in the operation of the valve) be kept within some minimum value.

Eine herkömmliche Praxis zu diesem Zweck war, den beweglichen Anker des Solenoids in seiner umschließenden Treiberspule vermittels reibungsarmer Lager, wie beispielsweise Teflon- Ringen, körperlich zu halten. Allerdings ist selbst bei Verwendung eines derartigen Materials der Totbereich weiterhin nicht unbedeutend (z.B. in der Größenordnung von 45 mA), was dem Grad der betriebsmäßigen Genauigkeit des Ventils und dadurch dessen Anwendung beschränkt.A conventional practice for this purpose has been to physically hold the solenoid's movable armature in its enclosing drive coil by means of low-friction bearings such as Teflon rings. However, even when using such a material, the deadband is still not insignificant (e.g., on the order of 45 mA), which limits the degree of operational accuracy of the valve and therefore its application.

Ein Vorschlag, um mit diesem durch körperlichen Kontakt hervorgerufenen Hystereseproblem fertig zu werden, ist, den Ankerstützmechanismus aus dem Innern der Erregerspule (wo die unerwünschte Reibung der Ankerstützlager auftreten würde) in einen Endabschnitt der Spule zu verlegen und den Anker an einem Federmechanismus zu montieren, der effektiv außerhalb der Spule gehalten ist. Ein Beispiel einer derartigen Ventilgestaltung ist im US-Patent Nr. 4,463,332, auf Everett, veröffentlicht am 31. Juli 1984, zu finden. Nach der patentierten Konstruktion ist das Ventil an einem Ende einer Ankerbaugruppe angebracht, welche in einem zylindrischen Gehäuse axial beweglich gehalten ist, das eine elektromagnetische Spule und einen die Spule umschließenden Permanentringmagnet enthält. Ein Ende des Solenoids enthält eine Ring-Feder- Ankerbaugruppe, die im wesentlichen außerhalb der (hohen Flußdichte) Bohrung der Erregerspule liegt und deren Position verändert werden kann, um den Flußspalt im magnetischen Kreis und dadurch die auf das Ventil ausgeübte Kraft einzustellen. Von Nachteil ist jedoch, daß diese Verschiebung des beweglichen Ankers an einen Ort im wesentlichen außerhalb der hohen Flußdichte der Erregerspule zwecks Verringerung des auf Reibung basierenden Mystereseproblems die Notwendigkeit einer den magnetischen Fluß verstärkenden Komponente schafft, die bei der patentierten Konstruktion in Form eines Permanentmagnets bereitgestellt ist. Obwohl somit der beabsichtigte Zweck einer solchen Struktur der ist, die magnetische Permeanz einzustellen und die Linearität im Betrieb des Ventils, an dem der Anker angebracht ist, zu bewahren, sind die Konstruktionen sowohl der gesamten Solenoidstruktur als auch einzelner Teile, aus denen das Solenoid aufgebaut ist, insbesondere die Ring-Feder-Ankerbaugruppe (die selbst ein komplizierter gelöteter Teil ist) und die Verwendung eines Permanentmagnets, komplex und unter Verwendung preisgünstiger Bearbeitungs- und Montagetechniken nicht leicht herstellbar, was zu einem hohen Stückpreis führt.One suggestion to deal with this hysteresis problem caused by physical contact is to armature support mechanism from inside the excitation coil (where the undesirable friction of the armature support bearings would occur) to an end portion of the coil and to mount the armature on a spring mechanism which is effectively supported outside the coil. An example of such a valve design is found in U.S. Patent No. 4,463,332, to Everett, issued July 31, 1984. According to the patented design, the valve is mounted at one end of an armature assembly which is axially movable in a cylindrical housing containing an electromagnetic coil and a permanent ring magnet enclosing the coil. One end of the solenoid contains a ring-spring armature assembly which lies substantially outside the (high flux density) bore of the excitation coil and the position of which can be changed to adjust the flux gap in the magnetic circuit and thereby the force exerted on the valve. However, the disadvantage is that this displacement of the movable armature to a location substantially outside the high flux density of the excitation coil to reduce the friction-based mystery problem creates the need for a magnetic flux amplifying component, which in the patented design is provided in the form of a permanent magnet. Thus, although the intended purpose of such a structure is to adjust the magnetic permeance and maintain linearity in operation of the valve to which the armature is attached, the designs of both the overall solenoid structure and individual parts making up the solenoid, particularly the ring-spring armature assembly (which is itself a complex brazed part) and the use of a permanent magnet, are complex and not easily manufactured using inexpensive machining and assembly techniques, resulting in a high unit price.

Ein weiterer Vorschlag ist in der EP-A-0 204 293 dargelegt, in der ein Proportionalsolenoid beschrieben wird, das ein feststehendes Polstück sowie einen beweglichen Anker aufweist, die beide in die Bohrung eines Führungsrohrs eingesetzt sind. Der bewegliche Anker ist mit einem Paar zylindrisch beabstandeter, nicht magnetischer Lagerflächen versehen, um die Wirkungen der Reib- und Seitenbelastungskräfte in dem Führungsrohr zu minimieren. Eines der Polstücke weist eine zylindrische Ausnehmung und das andere Polstück eine zylindrische Nase verringerten Durchmessers auf, die zu der zylindrischen Ausnehmung komplementär ist. In einem Versuch, einen kegelstumpfförmigen Polstückabschnitt mit einer linearen Kraft-Hub-Kurve vorzusehen, ist in der in der Ausnehmung des anderen Polstücks anordnenden zylindrischen Nase eine radial einwärts weisende Kegelstumpffläche ausgebildet.Another proposal is set out in EP-A-0 204 293, which describes a proportional solenoid having a fixed pole piece and a movable armature, both of which are inserted into the bore of a guide tube. The movable armature is provided with a pair of cylindrically spaced non-magnetic bearing surfaces to minimize the effects of friction and side loading forces in the guide tube. One of the pole pieces has a cylindrical recess and the other pole piece has a cylindrical nose of reduced diameter complementary to the cylindrical recess. In an attempt to provide a frustoconical pole piece section with a linear force-stroke curve, a radially inwardly facing frustoconical surface is formed in the cylindrical nose located in the recess of the other pole piece.

Erfindungsgemäß werden die Konstruktions- und Herstellungsnachteile herkömmlicher Proportionalsolenoidmechanismen, wie der oben beschriebenen, durch eine neue und verbesserte Linearbewegungs-Proportionalsolenoidanordnung überwunden, bei der der bewegliche Anker ohne die herkömmliche Verwendung von Hysterese hervorrufenden Lagern völlig innerhalb der umschließenden Erregerspule gehalten ist, so daß er innig mit deren erzeugtem elektromagnetischen Feld gekoppelt ist (und sich dadurch die Notwendigkeit eines Permanentmagnets erübrigt), und bei der die auf den beweglichen Anker ausgeübte Kraft unabhängig von der Größe eine axialen Luftspalts (über einen vorgeschriebenen Bereich hinweg) zwischen dem Anker und einem benachbarten Magnetpolstück im wesentlichen konstant ist.According to the invention, the design and manufacturing disadvantages of conventional proportional solenoid mechanisms such as that described above are overcome by a new and improved linear motion proportional solenoid arrangement in which the movable armature is supported entirely within the enclosing excitation coil without the conventional use of hysteresis-inducing bearings so as to be intimately coupled to the electromagnetic field produced by the enclosing coil (thereby eliminating the need for a permanent magnet), and in which the force exerted on the movable armature is substantially constant regardless of the size of an axial air gap (over a prescribed range) between the armature and an adjacent magnetic pole piece.

Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung eine Linearbewegungs-Proportionalsolenoidvorrichtung vor, umfassend ein Gehäuse, das zur Erzeugung eines Magnetfelds eine elektromagnetische Spule mit einer Längsachse und einer hierzu koaxialen Bohrung enthält, wobei das Gehäuse magnetisches Material enthält, um einen Flußweg für das Magnetfeld vorzusehen, ein in der Bohrung der elektromagnetischen Spule angeordnetes Magnetpolstück, eine in der elektromagnetischen Spule axial bewegliche Ankerbaugruppe aus magnetischem Material, eine in der Bohrung angeordnete Einrichtung, um die Ankerbaugruppe in der Bohrung einem ersten Polstückbereich des Magnetpolstücks benachbart so zu halten, daß ein axialer Zwischenraum zwischen einem ersten Abschnitt der Ankerbaugruppe und dem Magnetpolstück gebildet ist und ein radialer Zwischenraum zwischen einem zweiten Abschnitt der Ankerbaugruppe und einem ersten Abschnitt des Gehäuses gebildet ist, und eine Einrichtung mit einem zweiten Polstückbereich von in Richtung der Längsachse veränderlicher Dicke, um zu bewirken, daß die durch das Anlegen eines Stroms an die elektromagnetische Spule auf die Ankerbaugruppe ausgeübte Kraft für eine Änderung des axialen Zwischenraums über einen vorgeschriebenen Bereich unabhängig von der Größe des axialen Zwischenraums im wesentlichen konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Halten der Ankerbaugruppe eine Tragfedereinrichtung umf aßt, welche ebenfalls in der Bohrung angeordnet ist.In particular, the present invention provides a linear motion proportional solenoid device comprising a housing containing an electromagnetic coil having a longitudinal axis and a bore coaxial therewith for generating a magnetic field, the housing containing magnetic material to provide a flux path for the magnetic field, a magnetic pole piece disposed in the bore of the electromagnetic coil, an armature assembly made of magnetic material axially movable in the electromagnetic coil, a means arranged in the bore for holding the armature assembly in the bore adjacent a first pole piece region of the magnetic pole piece so that an axial gap is formed between a first portion of the armature assembly and the magnetic pole piece and a radial gap is formed between a second portion of the armature assembly and a first portion of the housing, and means having a second pole piece region of variable thickness in the direction of the longitudinal axis to cause the force exerted on the armature assembly by the application of current to the electromagnetic coil to be substantially constant for a change in the axial gap over a prescribed range regardless of the size of the axial gap, characterized in that the means for holding the armature assembly comprises suspension spring means which is also arranged in the bore.

Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Linearbewegungs-Proportionalsolenoidvorrichtung ein allgemein zylindrisch gestaltetes Gehäuse, das eine elektromagnetische Spule mit einer koaxialen Längsbohrung enthält. Der die Spule umschließende Abschnitt des Gehäuses enthält magnetisches Material, um einen Flußweg für das von der Spule erzeugte Magnetfeld vorzusehen. Ein allgemein zylindrisches Magnetpolstückelement ist in die Bohrung eingesetzt und eine bewegliche (zylindrische) Ankerbaugruppe aus magnetischem Material in der Bohrung zur Bewegung innerhalb und in Achsrichtung der elektromagnetischen Spule gehalten. Ein erster, zur Bohrungsachse querverlaufender, radialer Zwischenraum ist zwischen einem ersten zylindrischen Umfangsabschnitt der Ankerbaugruppe und einem inneren zylindrischen Wandabschnitt des Gehäuses gebildet. Ein zweiter, axialer Zwischenraum ist zwischen einem Ende der Ankerbaugruppe und dem benachbarten Polstückelement gebildet.In a presently preferred embodiment, the linear motion proportional solenoid device comprises a generally cylindrically shaped housing containing an electromagnetic coil having a coaxial longitudinal bore. The portion of the housing enclosing the coil contains magnetic material to provide a flux path for the magnetic field generated by the coil. A generally cylindrical magnetic pole piece member is inserted into the bore and a movable (cylindrical) armature assembly of magnetic material is supported in the bore for movement within and axially of the electromagnetic coil. A first radial clearance, transverse to the bore axis, is formed between a first cylindrical peripheral portion of the armature assembly and an inner cylindrical wall portion of the housing. A second axial clearance is formed between one end of the armature assembly and the adjacent pole piece member.

Die lineare Proportionalität zwischen der Ankerverlagerung und dem angelegten Spulenstrom wird durch einen zusätzlichen zylindrischen Polstückbereich bewirkt, der dem axialen Zwischenraum benachbart gelegen ist. Der zusätzliche zylindrische Polstückbereich ist verjüngt, so daß er in axialer Richtung eine veränderliche Dicke aufweist; er dient dazu, einen Teil des magnetischen Flusses, der normalerweise über den axialen Zwischenraum zwischen der Ankerbaugruppe und dem Polstückelement verläuft, effektiv auf einen Weg niedrigen magnetischen Widerstands "abzuzweigen", was zu einer "Linearisierung" oder "Abflachung" der Kraft-Luftspalt-Kennlinie über einen vorgeschriebenen Bereich des axialen Luftspalts hinweg (entsprechend dem vorgesehenen Betriebsverlagerungsbereich der Ankerbaugruppe) führt.The linear proportionality between the armature displacement and the applied coil current is achieved by an additional cylindrical pole piece region located adjacent the axial gap. The additional cylindrical pole piece region is tapered to have a variable thickness in the axial direction and serves to effectively "ditch" a portion of the magnetic flux that would normally pass across the axial gap between the armature assembly and the pole piece member into a low reluctance path, resulting in a "linearization" or "flattening" of the force-gap characteristic over a prescribed range of the axial gap (corresponding to the designed operating displacement range of the armature assembly).

Für die Halterung der Ankerbaugruppe in der Spulenbohrung sorgt ein Paar dünner, hochflexibler, ringförmiger, in freitragender Weise angeordneter Tragfederelemente, die mit axial voneinander beabstandeten Abschnitten der beweglichen Ankerbaugruppe gekuppelt sind und in dem Bohrungsabschnitt des Gehäuses gehalten sind. Ein einzelnes Tragfederelement umfaßt einen äußeren Ringabschnitt, eine Mehrzahl von dem äußeren Ringabschnitt beabstandeter und an den äußeren Ringabschnitt in freitragender Weise anschließender ringförmiger Ringabschnitte. Ein innerer (speichenförmiger) Abschnitt schließt an die ringförmigen Ringabschnitte an. Der innere Abschnitt ist an der Ankerbaugruppe angebracht, während der äußere Ringabschnitt fest an einem zylindrischen Wandabschnitt der Bohrung des Gehäuses gesichert ist.Supporting the armature assembly in the coil bore is a pair of thin, highly flexible, annular, cantilevered suspension spring elements coupled to axially spaced apart portions of the movable armature assembly and held in the bore portion of the housing. A single suspension spring element includes an outer ring portion, a plurality of annular ring portions spaced apart from the outer ring portion and cantilevered from the outer ring portion. An inner (spoke-shaped) portion adjoins the annular ring portions. The inner portion is attached to the armature assembly while the outer ring portion is firmly secured to a cylindrical wall portion of the bore of the housing.

Das Gehäuse umfaßt ein Basiselement mit einem ersten, allgemein zylindrisch ausgebildeten Hohlraum, in dem die Ankerbaugruppe axial beweglich gehaltert ist, wobei der Hohlraum einen ersten zylindrischen Seitenwandabschnitt aufweist, der magnetisches Material enthält, dem ersten Abschnitt des Gehäuses entspricht und von einem ersten zylindrischen Abschnitt der Ankerbaugruppe beabstandet ist, so daß dazwischen der radiale Zwischenraum begrenzt ist. Ein allgemein zylindrisches Element aus nicht magnetischem Material erstreckt sich von der ersten zylindrischen Seitenwand des ersten Hohlraums zu dem Polstückelement und ist mit diesem gekuppelt. Innerhalb des magnetischen Polstückelements ist eine einstellbare Federvorspannbaugruppe angeordnet, um eine steuerbare Axialkraft auf die Ankerbaugruppe aufzubringen. Die Federvorspannbaugruppe umf aßt ein Druckfederelement sowie eine Einstellschraube, durch die die Druckfeder komprimiert wird und dadurch eine steuerbare Axialkraft in die Ankerbaugruppe einleitet.The housing comprises a base member having a first generally cylindrical cavity in which the armature assembly is axially movably supported, the cavity having a first cylindrical side wall portion containing magnetic material, corresponding to the first portion of the housing and spaced from a first cylindrical portion of the armature assembly so as to define the radial clearance therebetween. A generally cylindrical member of non-magnetic material extends extends from the first cylindrical side wall of the first cavity to the pole piece member and is coupled thereto. An adjustable spring bias assembly is disposed within the magnetic pole piece member to apply a controllable axial force to the armature assembly. The spring bias assembly includes a compression spring member and an adjustment screw by which the compression spring is compressed and thereby introduces a controllable axial force into the armature assembly.

Der Solenoidmechanismus kann zur Steuerung einer Fluidströmung verwendet werden, indem der Anker mit einer Fluidventilbaugruppe gekuppelt wird, beispielsweise einer, die eine in Strömungsverbindung mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung stehende Kammer enthält. Ein Ventilteller kann an der Ankerbaugruppe zum steuerbaren Öffnen und Verschließen eines Endes eines sich von der Kammer zur Auslaßöffnung hin erstreckenden Rohrelements nach Maßgabe der axialen Bewegung der Ankerbaugruppe infolge des Anlegens eines elektrischen Stroms an die Solenoidspule angebracht sein.The solenoid mechanism may be used to control fluid flow by coupling the armature to a fluid valve assembly, such as one including a chamber in fluid communication with an inlet port and an outlet port. A valve disc may be attached to the armature assembly for controllably opening and closing an end of a tubular member extending from the chamber to the outlet port in response to axial movement of the armature assembly in response to application of an electrical current to the solenoid coil.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:A preferred embodiment of the present invention will now be described in detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

Figur 1 eine Darstellung im Längsschnitt eines zusammengebauten elektro-pneumatischen Proportional-Solenoidventilmechanismus ist, der die vorliegende Erfindung verkörpert;Figure 1 is a longitudinal sectional view of an assembled electro-pneumatic proportional solenoid valve mechanism embodying the present invention;

Figuren 2 und 3 eine Endansicht von unten bzw. eine Seitenschnittansicht eines Ventilsitzes sind;Figures 2 and 3 are an end view from below and a side sectional view of a valve seat, respectively;

Figur 4 eine Schnittdarstellung eines rohrförmigen Einsetzteils ist;Figure 4 is a sectional view of a tubular insert;

Figur 5 eine Schnittdarstellung der Gestaltung eines Ventiltellers ist;Figure 5 is a sectional view of the design of a valve disc;

Figur 6 eine Schnittdarstellung der Gestaltung eines Ventilsitzabstandstücks ist;Figure 6 is a sectional view of the design of a valve seat spacer;

Figur 7 eine Schnittdarstellung der Gestaltung einer Solenoidbasis ist;Figure 7 is a sectional view of the design of a solenoid base;

Figur 8 eine Schnittdarstellung eines T-förmigen Ventiltellerhalters 17 ist;Figure 8 is a sectional view of a T-shaped valve disc holder 17;

Figuren 9 und 10 eine Schnittansicht bzw. eine Perspektivansicht eines Ankers sind;Figures 9 and 10 are a sectional view and a perspective view of an anchor, respectively;

Figur 11 eine Schnittdarstellung einer Positionsschraube ist;Figure 11 is a sectional view of a positioning screw ;

Figur 12 eine Schnittdarstellung eines T-förmigen Federhalters ist;Figure 12 is a sectional view of a T-shaped spring holder;

Figur 13 eine Schnittdarstellung einer scheibenförmigen Ankerkappe ist;Figure 13 is a sectional view of a disc-shaped anchor cap;

Figur 14 eine Schnittdarstellung eines magnetischen Einsetzteils ist;Figure 14 is a sectional view of a magnetic insert;

Figur 15 eine Schnittdarstellung eines nicht-magnetischen Einsetzteils ist;Figure 15 is a sectional view of a non-magnetic insert;

Figur 16 eine Schnittdarstellung einer zylindrischen Hülse ist;Figure 16 is a sectional view of a cylindrical sleeve;

Figur 17 eine Schnittdarstellung einer zylindrischen Spulenabdeckung ist;Figure 17 is a sectional view of a cylindrical coil cover;

Figur 18 eine Schnittdarstellung einer Schnittdarstellung eines zylindrischen Polstücks ist;Figure 18 is a sectional view of a sectional view of a cylindrical pole piece;

Figur 19 eine Schnittdarstellung einer massiven magnetischen Einstellschraube ist;Figure 19 is a sectional view of a solid magnetic adjustment screw;

Figur 20 eine Schnittdarstellung eines oberen Federhalters ist;Figure 20 is a sectional view of an upper spring holder;

Figur 21 eine Ansicht von oben auf die Gestaltung einer Tragfeder ist;Figure 21 is a top view of the design of a suspension spring;

Figuren 22 bis 29 schematisch die Abfolge bei der Montage der einzelnen Komponenten der Solenoideinheit der Figur 1 darstellen;Figures 22 to 29 schematically show the sequence of assembly of the individual components of the solenoid unit of Figure 1;

Figuren 30 und 31 Verhältnisse der aufgebrachten Ankerkraft gegenüber dem axialen Luftspalt bzw. der Ankerverlagerung gegenüber dem angelegten Spulenstrom beim Stand der Technik zeigen;Figures 30 and 31 show relationships of the applied armature force versus the axial air gap and the armature displacement versus the applied coil current in the prior art;

Figur 32 eine mit der Proportional-Solenoidanordnung der vorliegenden Erfindung erhaltene Kraft-Luftspalt-Kennlinie zeigt, welche eine Proportionalzone enthält, in der die Kraft-Luftspalt-Kennlinie im wesentlichen flach ist;Figure 32 shows a force-air gap characteristic obtained with the proportional solenoid arrangement of the present invention, which includes a proportional zone in which the force-air gap characteristic is substantially flat;

Figur 33 eine Kennlinie ist, welche die von der Solenoidanordnung der vorliegenden Erfindung erzeugte Linearität zwischen der Ankerverlagerung und dem angelegten Strom zeigt; undFigure 33 is a graph showing the linearity between armature displacement and applied current produced by the solenoid assembly of the present invention; and

Figur 34 schematisch die Art und Weise darstellt, in der ein verjüngter "Nebenschluß"-Polstückbereich bewirkt, daß ein Teil des Flusses am axialen Luftspalt über einen den radialen Luftspalt überbrückenden Hilfsflußweg umgelenkt wird.Figure 34 illustrates schematically the manner in which a tapered "shunt" pole piece area causes a portion of the flux at the axial air gap to be diverted via an auxiliary flux path bridging the radial air gap.

Bezugnehmend nunmehr auf die Zeichnungen ist Figur 1 eine Längsschnittdarstellung eines zusammengebauten, elektropneumatischen Proportional-Solenoidventilmechanismus, der die vorliegende Erfindung verkörpert, während die Figuren 2 - 21 Schnittansichten seiner einzelnen Komponenten sind. (Um bei der folgenden Beschreibung eine unnötige Überfrachtung zu vermeiden, ist Figur 1 per se nicht mit allen Bezugsziffern gekennzeichnet, die in den Figuren 2 - 21 benutzt werden, in denen die einzelnen Komponenten der Figur 1 im Detail gekennzeichnet sind.) Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mechanismus von zylindrischer Gestalt; soweit nicht anders angegeben, wird davon ausgegangen, daß die Schnittdarstellungen der Figuren längs einer eine Zylindersymmetrieachse A enthaltenden Ebene genommen sind.Referring now to the drawings, Figure 1 is a longitudinal sectional view of an assembled electro-pneumatic proportional solenoid valve mechanism embodying the present invention, while Figures 2-21 are sectional views of its individual components. (In order to avoid unnecessary overloading in the following description, Figure 1 per se is not identified with all the reference numerals used in Figures 2-21 in which the individual components of Figure 1 are identified in detail.) According to a preferred embodiment, the mechanism is cylindrical in shape; unless otherwise stated, the sectional views of the figures are assumed to be taken along a plane containing an axis of cylindrical symmetry A.

Wie in Figur 1 dargestellt, umfaßt der solenoidgesteuerte Proportional-Ventilmechanismus eine allgemein bei 10 gezeigte Ventileinheit aus nicht magnetischem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, sowie eine allgemein bei 20 gezeigte Solenoideinheit, die grundsätzlich aus magnetischem Material, beispielsweise magnetischem Stahl, aufgebaut ist und mechanisch mit der Ventilsolenoideinheit 10 verbunden ist, um deren Betrieb und dadurch den Strom eines Fluids zwischen einer oder mehreren Ventileingangsöffnungen 11 und einer Ventilausgangsöffnung 12 elektrisch zu steuern. Die Ventileinheit 10 umfaßt einen Ventilsitz 13 (von dem jeweils einzelne Ansichten von unten und im Seitenschnitt in den Figuren 2 und a 3 gezeigt sind), von dem ein unterer zylindrischer Abschnitt 30 eine Mehrzahl kreisförmig um eine Achse A verteilterAs shown in Figure 1, the solenoid controlled proportional valve mechanism comprises a valve unit, shown generally at 10, made of non-magnetic material, such as stainless steel, and a solenoid unit, shown generally at 20, constructed principally of magnetic material, such as magnetic steel, and mechanically connected to the valve solenoid unit 10 to electrically control its operation and thereby the flow of fluid between one or more valve inlet ports 11 and a valve outlet port 12. The valve unit 10 comprises a valve seat 13 (separate bottom and side section views of which are shown in Figures 2 and 3), a lower cylindrical portion 30 of which has a plurality of circularly distributed

Eingangsöffnungen 11 sowie eine zur Achse A koaxiale zylindrische Ausgangsöffnung 12 enthält. Die Ausgangsöffnung 12 ist durch den Mundabschnitt 21 einer zylindrischen Stufenbohrung 22 begrenzt, die sich zu einer Innenkammer 25 erstreckt und so bemessen ist, daß sie ein rohrförmiges Einsetzteil 14 gutsitzend aufnimmt, derart, daß die innere zylindrische Wand der Bohrung 22 mit der inneren zylindrischen Wand des rohrförmigen Einsetzteils 14 im wesentlichen in Deckung steht. Eine Fluiddichtung zwischen dem Einsetzteil 14 und der Bohrung 22 ist vermittels eines O-Rings 26 vorgesehen, welcher in einer ringförmigen Vertiefung 27 in der Bohrung 22 aufgenommen ist. Vorzugsweise ist, wie in Figur 4 gezeigt, der eingesetzte Endabschnitt 28 des rohrförmigen Einsetzteils 14 verjüngt, um dessen Eintritt in die Bohrung 22 zu erleichtern. Das gegenüberliegende Ende 29 des Einsetzteils 14 weist eine im wesentlichen ebene oder flache Oberfläche auf, so daß das obere Ende des rohrförmigen Einsetzteils 14 dann, wenn das Einsetzteil 14 fest mit der im wesentlichen ebenen Unterseite 31 eines Ventiltellers 16 (einzeln gezeigt in Figur 5) in Eingriff steht, wirksam durch diesen verschlossen oder abgedichtet ist. Zusätzlich zur Vorsehung einer Dichtung zwischen der äußeren Zylinderfläche des rohrförmigen Einsetzteils 14 und der Bohrung 22 erlaubt der O-Ring eine geringfügige Einstellung der Position des Einsetzteils, im speziellen eine Ausrichtung von dessen Endfläche 28, gegenüber der Unterseite 31 des Ventiltellers 16. Nach dem Einsetzen des rohrförmigen Einsetzteils 14 in den unteren zylindrischen Abschnitt 30 des Ventilsitzes 13 wird die Solenoideinheit 20 betätigt, um zu bewirken, daß ein Anker 60 und dadurch der Ventilteller 16 in engen Kontakt mit der Endfläche 28 des rohrförmigen Einsetzteils 14 gedrängt werden, um so die Innenkammer 25 gegenüber der Austrittsöffnung 12 wirksam abzuschließen. Eine geringfügige anfängliche Fehlausrichtung zwischen der Endfläche 28 des Einsetzteils 14 und der Fläche 31 des Ventiltellers 16 wird hierdurch automatisch korrigiert, so daß das Einsetzteil 14 danach richtig zum Ventilteller 16 ausgerichtet ist und ein vollständiger Verschluß der Endfläche 28 durch die Bodenfläche 31 des Ventiltellers 16 sichergestellt ist, wann immer der Anker axial verlagert wird, um den Ventilteller 16 in Kontakt mit dem rohrförmigen Einsetzteil 14 zu bringen.inlet openings 11 and a cylindrical outlet opening 12 coaxial with the axis A. The outlet opening 12 is limited by the mouth portion 21 of a cylindrical stepped bore 22 which extends to an inner chamber 25 and is dimensioned to snugly receive a tubular insert part 14 such that the inner cylindrical wall of the bore 22 is substantially flush with the inner cylindrical wall of the tubular insert part 14. A fluid seal between the insert part 14 and the bore 22 is provided by means of an O-ring 26 which is received in an annular recess 27 in the bore 22. Preferably, as shown in Figure 4, the inserted end portion 28 of the tubular insert member 14 is tapered to facilitate its entry into the bore 22. The opposite end 29 of the insert member 14 has a substantially planar or flat surface so that when the insert member 14 is firmly engaged with the substantially planar underside 31 of a valve disk 16 (shown individually in Figure 5), the upper end of the tubular insert member 14 is effectively closed or sealed thereby. In addition to providing a seal between the outer cylindrical surface of the tubular insert 14 and the bore 22, the O-ring allows for slight adjustment of the position of the insert, specifically alignment of its end surface 28, relative to the bottom surface 31 of the valve disc 16. After insertion of the tubular insert 14 into the lower cylindrical portion 30 of the valve seat 13, the solenoid assembly 20 is actuated to cause an armature 60, and thereby the valve disc 16, to be urged into intimate contact with the end surface 28 of the tubular insert 14, thereby effectively closing off the interior chamber 25 from the outlet opening 12. Any slight initial misalignment between the end face 28 of the insert 14 and the face 31 of the valve disc 16 is hereby automatically corrected so that the insert 14 is thereafter properly aligned with the valve disc 16 and complete closure of the end face 28 by the bottom face 31 of the valve disc 16 is ensured whenever the armature is axially displaced to bring the valve disc 16 into contact with the tubular insert 14.

Die kreisförmig verteilte Mehrzahl von Fluideintrittslöchern 11 erstreckt sich von einer Unterseite 32 eines oberen zylindrischen Abschnitts 40 zur Innenkammer 25, durch die ein Fluid, dessen Fluß durch das solenoidbetätigte Ventil gesteuert wird, auf seinem Weg zwischen den Eintrittsöffnungen 11 und der Austrittsöffnung 12 hindurchgeht. Die Innenkammer 25 ist von allgemein zylindrischer Gestalt und ist von einer allgemein zylindrischen inneren Seitenwand 33 des oberen zylindrischen Abschnitts 40 des Ventilsitzes und einer inneren zylindrischen Wand 34 eines Ventilsitzabstandsstücks 15 (einzeln gezeigt in Figur 6) begrenzt, wenn eine im wesentlichen ebene untere Stirnfläche 35 des Abstandsstücks 15 an einer im wesentlichen ebenen oberen Stirnfläche 36 des Ventilsitzes 13 anliegt und an diese anschließt. Um die Fluiddichtigkeit zwischen dem Abstandsstück 15 und dem Ventilsitz 13 sicherzustellen, ist ein O-Ring 37 in einer Ringausnehmung 38 in der unteren Stirnfläche 35 des Abstandsstücks 15 vorgesehen.The circularly distributed plurality of fluid inlet holes 11 extend from a bottom surface 32 of an upper cylindrical portion 40 to the inner chamber 25 through which a fluid, the flow of which is controlled by the solenoid-operated valve, passes on its way between the inlet openings 11 and the outlet opening 12. The inner chamber 25 is generally cylindrical in shape and is defined by a generally cylindrical inner side wall 33 of the upper cylindrical portion 40 of the valve seat and an inner cylindrical wall 34 of a valve seat spacer 15 (shown individually in Figure 6) when a substantially planar lower end surface 35 of the spacer 15 abuts and adjoins a substantially planar upper end surface 36 of the valve seat 13. To ensure fluid tightness between the spacer 15 and the valve seat 13, an O-ring 37 is provided in an annular recess 38 in the lower end surface 35 of the spacer 15.

Der obere zylindrische Abschnitt 40 des Ventilsitzes 13 umfaßt ferner einen äußeren zylindrischen Seitenwand-Gewindeabschnitt 39, dessen Durchmesser dazu bemessen ist, mit einem Gewindeabschnitt 41 einer zylindrischen Bohrung 42 einer Basis 50 der Solenoideinheit 20 (gezeigt in Figur 7) in Gewindeeingriff zu stehen, die aus magnetischem Material, beispielsweise magnetischem Stahl, gefertigt ist und so bemessen ist, daß sie den Ventilsitz 13 satt aufnimmt (wie in Figur 1 gezeigt). Der untere zylindrische Abschnitt der Basis 50 enthält einen mit einem Außengewinde versehenen Ringabschnitt 43, vermittels dessen der Ventilmechanismus in einen mit einem ähnlichen Gewinde versehenen, die zylindrische Wand aufnehmenden Abschnitt einer Fluidübertragungseinheit, beispielsweise eines Sauerstoffstromsystems (nicht gezeigt), eingeschraubt werden kann, deren Durchfluß gesteuert werden soll. Typischerweise enthält eine derartige Fluidübertragungsstruktur eine innere zylindrische Stufenbohrung, von der jeweilige voneinander beabstandete Kreis- und Ringabschnitte Fluidverbindungskanäle bilden, deren Durchfluß gesteuert werden soll. Um einen Dichteingriff mit dem zylindrischen Durchgang der Fluidübertragungseinheit sicherzustellen, können der untere und obere Abschnitt 30 und 40 des Ventilsitzes 13 mit Ringausnehmungen 44 bzw. 45 versehen sein, in denen O-Ringe (nicht gezeigt) aufgenommen sind.The upper cylindrical portion 40 of the valve seat 13 further includes an outer cylindrical sidewall threaded portion 39, the diameter of which is dimensioned to threadably engage a threaded portion 41 of a cylindrical bore 42 of a base 50 of the solenoid unit 20 (shown in Figure 7) which is made of magnetic material, e.g. magnetic steel, and is dimensioned to snugly receive the valve seat 13 (as shown in Figure 1). The lower cylindrical portion of the base 50 includes an externally threaded ring portion 43 by means of which the valve mechanism can be screwed into a similarly threaded cylindrical wall receiving portion of a fluid transfer unit, e.g. an oxygen flow system (not shown), the flow of which is to be controlled. Typically, such a fluid transfer structure includes an inner cylindrical stepped bore, of which respective spaced-apart circular and annular portions form fluid communication channels, the flow of which is to be controlled. To ensure sealing engagement with the cylindrical passage of the fluid transfer unit, the lower and upper portions 30 and 40 of the valve seat 13 may be provided with annular recesses 44 and 45, respectively, in which O-rings (not shown) are received.

Wie oben herausgestellt, wird der Fluidstrom von den Einlaßöffnungen 11 durch die Kammer 25 und das Einsetzteil 14 zur Austrittsöffnung 12 abgeschnitten, wenn die untere Fläche 31 des Ventiltellers 16 gegen die Endf läche 29 des rohrförmigen Einsetzteils 14 gedrängt wird. Wie in Figur 5 gezeigt, besitzt der Ventilteller 16 einen allgemein massiven T-förmigen Querschnitt mit einem scheibenartigen T-Abschnitt 46 und einem mit diesem einteiligen zylindrischen Basisabschnitt 47. Von einer Stirnfläche 31 des Basisabschnitts 47 geht ein Außengewindezapfen 48 aus, der mit einer zylindrischen axialen Innengewindebohrung 49 eines allgemein massiven T-förmigen Ventiltellerhalters 17 (einzeln gezeigt in Figur 8) in Gewindeeingriff steht, von dem ein Unterseitenabschnitt 51 an der Oberseite 52 einer Membran 18 anliegt, welche eine flexible Abdichtung zwischen der Innenkammer 25 der Ventileinheit 10 und (dem beweglichen Anker) der Solenoideinheit 20 vorsieht. Die Unterseite 53 der Membran 18 ist so angeordnet, daß sie an einer Stirnfläche 54 des Ventiltellers 16 anliegt, wenn der Zapfen des Ventiltellers in die axiale Bohrung 49 des Ventiltellerhalters 17 eingeschraubt ist, so daß ein zentraler Bereich der Membran 18 zwischen dem Ventiltellerhalter 17 und dem Ventilteller 16 aufgenommen oder sandwichartig angeordnet sein kann.As pointed out above, the flow of fluid from the inlet ports 11 through the chamber 25 and the insert 14 to the outlet port 12 is cut off when the lower surface 31 of the valve disc 16 is urged against the end surface 29 of the tubular insert 14. As shown in Figure 5, the valve disc 16 has a generally solid T-shaped cross-section with a disc-like T-section 46 and a cylindrical base section 47 integral therewith. From an end face 31 of the base section 47 extends an externally threaded pin 48 which is in threaded engagement with a cylindrical axial internally threaded bore 49 of a generally solid T-shaped valve disc holder 17 (shown individually in Figure 8), a bottom section 51 of which abuts against the top surface 52 of a diaphragm 18 which provides a flexible seal between the inner chamber 25 of the valve unit 10 and (the movable armature) of the solenoid unit 20. The underside 53 of the membrane 18 is arranged so that it rests against an end face 54 of the valve plate 16 when the pin of the valve plate is screwed into the axial bore 49 of the valve plate holder 17, so that a central region of the membrane 18 can be accommodated or arranged in a sandwich-like manner between the valve plate holder 17 and the valve plate 16.

Die Membran 18 weist einen äußeren Ringabschnitt 55 auf, der zwischen einer Oberseite 56 des Abstandsstücks 15 und einem ausgesparten Oberflächenabschnitt 57 der Bohrung 42 der Basis 50 aufgenommen ist. Ein Paar von Ringen 58 und 59 liegt auf einer Fläche 56 (der Membran 18 benachbart) bzw. einer Fläche 61 des Abstandsstücks 15 auf und sieht einen sicheren Dichteingriff zwischen der Ventileinheit 10 und der Solenoideinheit 20 vor, wodurch eine Fluidverbindung zwischen der Solenoideinheit 20 und der Innenkammer 25 der Ventileinheit 10 vermieden wird, so daß das mögliche Eindringen äußerer Teilchen (z.B. feiner Metallspäne) vom Innern der Solenoideinheit 20 in das Fluid, das durch die Ventileinheit 10 steuerbar dosiert wird, nicht geschehen kann.The diaphragm 18 has an outer ring portion 55 received between a top surface 56 of the spacer 15 and a recessed surface portion 57 of the bore 42 of the base 50. A pair of rings 58 and 59 rest on a surface 56 (adjacent to the diaphragm 18) and a surface 61 of the spacer 15, respectively, and provide a secure sealing engagement between the valve unit 10 and the solenoid unit 20, thereby avoiding fluid communication between the solenoid unit 20 and the interior chamber 25 of the valve unit 10, so that the possible ingress of external particles (e.g. fine metal chips) from the interior of the solenoid unit 20 into the fluid controllably metered by the valve unit 10 cannot occur.

In der Solenoideinheit 20 steht der Ventiltellerhalter 17 der Ventileinheit 10 fest mit einem allgemein massiven zylindrischen Magnetstahlanker 60 (gezeigt im Querschnitt in Figur 9 und in Isometrie in Figur 10) mittels einer Positionsschraube 70 (gezeigt in Figur 11) aus magnetischem Material in Eingriff, welche einen Kopf 62, einen Schaft 63 sowie einen Gewindeendabschnitt 64 aufweist. Die Positionsschraube 70 ist so bemessen, daß der Schaft 63 eine zylindrische Innenbohrung 65 des Ankers 60 durchsetzen kann, und steht vermittels des Gewindeendabschnitts 64 in Gewindeeingriff mit der Innengewindebohrung 49 des Ventiltellerhalters 17, so daß eine obere Fläche 66 des Ventiltellerhalters 17 an eine untere Fläche 67 eines unteren zylindrischen Vorsprungsbereichs 68 des Ankers 100 herangezogen ist.In the solenoid unit 20, the valve disc holder 17 of the valve unit 10 is fixedly engaged with a generally solid cylindrical magnetic steel armature 60 (shown in cross section in Figure 9 and in isometric view in Figure 10) by means of a positioning screw 70 (shown in Figure 11) made of magnetic material which has a head 62, a shaft 63 and a threaded end portion 64. The positioning screw 70 is dimensioned so that the shaft 63 can pass through a cylindrical inner bore 65 of the armature 60 and is in threaded engagement with the internally threaded bore 49 of the valve plate holder 17 by means of the threaded end section 64, so that an upper surface 66 of the valve plate holder 17 is drawn towards a lower surface 67 of a lower cylindrical projection region 68 of the armature 100.

Wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt, sind der untere zylindrische Vorsprungsbereich 68 und ein gleichartiger oberer zylindrischer Vorsprungsbereich 69 des Ankers 60 mit jeweiligen Anordnungen 71 und 72 von Schlitzen versehen, welche radial von der Bohrung 65 zu Ringflächenbereichen 73 bzw. 74 verlaufen. Die Schlitze 71 und 72 sind so bemessen, daß sie radial verlaufende Speichenabschnitte 75 und 76 (in Figur 9 gestrichelt gezeigt) eines Paars dünner, flexibler und nicht magnetischer (z.B. Beryllium-Kupfer) Tragfedern 80B und 80T (von denen eine einzelne im Detail in der nachfolgend zu beschreibenden Figur 21 gezeigt ist) gutsitzend aufnehmen. Die Speichenabschnitte 75 der unteren Feder 80B sind zwischen den Schlitzen 71 des Ankers 60 und der Fläche 66 des Ventiltellerhalters 18 aufgenommen, während die Speichenabschnitte 76 der oberen Feder 80T zwischen den Schlitzen 72 und einer magnetischen Ankerkappe 180 (gezeigt in der nachstehend zu beschreibenden Figur 13) aufgenommen sind.As shown in Figures 10 and 11, the lower cylindrical projection portion 68 and a similar upper cylindrical projection portion 69 of the armature 60 are provided with respective arrays 71 and 72 of slots extending radially from the bore 65 to annular surface portions 73 and 74, respectively. The slots 71 and 72 are sized to snugly receive radially extending spoke portions 75 and 76 (shown in phantom in Figure 9) of a pair of thin, flexible and non-magnetic (e.g., beryllium-copper) suspension springs 80B and 80T (a single one of which is shown in detail in Figure 21 to be described below). The spoke portions 75 of the lower spring 80B are received between the slots 71 of the armature 60 and the surface 66 of the valve plate holder 18, while the spoke portions 76 of the upper spring 80T are received between the slots 72 and a magnetic armature cap 180 (shown in Figure 13 to be described below).

Der Anker 60 ist durch die Tragfedern 80B und 80T im Innenabschnitt der Solenoideinheit 20 gehalten und zur axialen Verlagerung (längs der Achse A) in Antwort auf die gesteuerte Erzeugung eines Magnetfelds angeordnet. Wenn der Anker 60 axial verlagert wird, werden auch der Ventiltellerhalter 17, der effektiv einteilig mit der Fläche 67 des unteren Vorsprungsabschnitts 68 des Ankers 60 ist, sowie der Ventilteller 16, der in den Ventiltellerhalter 17 eingeschraubt ist, axial verlagert. Die axiale Verlagerung des Ventiltellers 16 steuert die Trennung zwischen der Fläche 31 des Ventiltellers 16 und dadurch den Grad der Öffnung des rohrförmigen Einsetzteils 14 zur Kammer 25 der Ventileinheit 10. Folglich steuert die axiale Verlagerung des Ankers 60 den Strom des unter Druck stehenden Fluids zwischen den Einlaßöffnungen 11 und der Austrittsöffnung 12.The armature 60 is supported by the suspension springs 80B and 80T in the inner portion of the solenoid unit 20 and is arranged for axial displacement (along the axis A) in response to the controlled generation of a magnetic field. When the armature 60 is axially displaced, the valve disc holder 17, which is effectively integral with the surface 67 of the lower projection portion 68 of the armature 60, and the valve disc 16, which is screwed into the valve disc holder 17, are also axially displaced. The axial displacement of the valve disc 16 controls the separation between the surface 31 of the valve disc 16 and thereby the degree of opening of the tubular insert part 14 to the chamber 25 of the valve unit 10. Consequently, the axial displacement of the armature 60 controls the flow of the pressurized fluid between the inlet openings 11 and the outlet opening 12.

Zur axial beweglichen Halterung des Ankers 60 umfaßt die Basis 50 einen oberen Stufenbohrungsabschnitt 77, welcher zur Aufnahme eines magnetischen Einsetzteils 90 (gezeigt in Figur 14) bemessen ist. Das Einsetzteil 90 besitzt eine allgemein umgekehrte L-Form, von der ein äußerer zylindrischer Stufenwandabschnitt 78 in den zylindrischen Stufenbohrungsabschnitt 77 der Basis 50 derart eingreift, daß ein äußerer Ringflächenbereich 79 des magnetischen Einsetzteils 90 auf einem Ringvorsprungsabschnitt 81 der Basis 50 aufliegt. Ein Bodenflächenabschnitt 82 des Einsetzteils 90 ist an einem ausge- Sparten Flächenabschnitt 83 des zylindrischen Stufenbohrungsabschnitts 77 der Basis 50 abgestützt und liegt an diesem an. Ein innerer Ringaussparungsabschnitt 84 des Einsetzteils 90, welcher dem Bodenflächenabschnitt 82 benachbart ist, ist zur Aufnahme eines Umfangsringbereichs der Tragfeder 80B bemessen, so daß die Feder 80B zwischen dem ausgesparten Flächenabschnitt 83 der Basis 50 und dem magnetischen Einsetzteil 90 gehalten werden kann.For axially movable support of the armature 60, the base 50 includes an upper stepped bore portion 77 which is sized to receive a magnetic insert 90 (shown in Figure 14). The insert 90 has a generally inverted L-shape, an outer cylindrical stepped wall portion 78 of which engages the cylindrical stepped bore portion 77 of the base 50 such that an outer annular surface portion 79 of the magnetic insert 90 rests on an annular projection portion 81 of the base 50. A bottom surface portion 82 of the insert 90 is supported on and abuts a recessed surface portion 83 of the cylindrical stepped bore portion 77 of the base 50. An inner annular recess portion 84 of the insert 90, adjacent to the bottom surface portion 82, is sized to receive a circumferential annular portion of the support spring 80B so that the spring 80B can be retained between the recessed surface portion 83 of the base 50 and the magnetic insert 90.

Der obere Stufenbohrungsabschnitt der Basis 50 umfaßt ferner innere zylindrische Stufenseitenwandungen 85 und 86, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Ventiltellerhalters 17 sind, sowie einen Ringflächenbereich 87, welcher die Seitenwandungen 85 und 86 verbindet, so daß ein Hohlzylinderbereich 88 vorgesehen ist, welcher eine unbehinderte axiale Verlagerung des Ventiltellerhalters 17 während einer Bewegung des Ankers 60 erlaubt.The upper stepped bore portion of the base 50 further comprises inner cylindrical stepped side walls 85 and 86, the diameters of which are larger than the diameter of the valve disk holder 17, and an annular surface area 87 which connects the side walls 85 and 86, so that a hollow cylinder area 88 is provided which allows unhindered axial displacement of the valve plate holder 17 during movement of the armature 60 is permitted.

Der obere Abschnitt 91 des Einsetzteils 90 weist eine Ringausnehmung 92 auf, welche zur Aufnahme eines erweiterten Abschnitts 93 einer zylindrischen Hülse oder Röhre 100 (gezeigt in Figur 15) bemessen ist, die aus nicht-magnetischem Material, wie beispielsweise Messing oder rostfreiem Stahl, gefertigt ist. Die Röhre 100 weist einen ersten inneren Zylinderseitenwandungsabschnitt 94 auf, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser eines inneren Zylinderseitenwandungsabschnitts 95 des Einsetzteils 90 im wesentlichen durchgängig ist, um einen de facto durchgehenden zylindrischen Kanal oder eine durchgehende zylindrische Bohrung zu schaffen, durch die der zylindrische Vollkörperanker 60 zur axialen Verlagerung im Inneren der Solenoideinheit 20 eingesetzt werden kann. Eine geringe Trennung (der Größenordnung von 10 Millizoll) zwischen der Zylinderseitenwandung 96 des Ankers 60 und der inneren Zylinderseitenwandung 95 des magnetischen Einsetzteils 90 stellt einen Luftspalt 97 bereit, welcher sich effektiv in einer Richtung quer zur Achse A, nämlich in radialer Richtung der Solenoideinheit 20, erstreckt. Weil die Röhre 100 aus nicht-magnetischem Material aufgebaut ist, sieht der Fluß des magnetischen Felds durch die Basis 50 und das magnetische Einsetzteil 90 über den Luftspalt 97 und den Anker 60 einen Weg mit geringerem magnetischem Widerstand als in das nicht-magnetische Material der Röhre 100.The upper portion 91 of the insert member 90 includes an annular recess 92 sized to receive an extended portion 93 of a cylindrical sleeve or tube 100 (shown in Figure 15) made of non-magnetic material such as brass or stainless steel. The tube 100 includes a first inner cylindrical side wall portion 94 having a diameter substantially consistent with the diameter of an inner cylindrical side wall portion 95 of the insert member 90 to provide a de facto continuous cylindrical channel or bore through which the solid cylindrical armature 60 can be inserted for axial displacement within the solenoid assembly 20. A small separation (on the order of 10 mils) between the cylindrical side wall 96 of the armature 60 and the inner cylindrical side wall 95 of the magnetic insert 90 provides an air gap 97 which effectively extends in a direction transverse to the axis A, namely in the radial direction of the solenoid assembly 20. Because the tube 100 is constructed of non-magnetic material, the flow of the magnetic field through the base 50 and the magnetic insert 90 sees a path of lower magnetic resistance via the air gap 97 and the armature 60 than into the non-magnetic material of the tube 100.

Der obere Innenseitenwandungsabschnitt 98 der nicht magnetischen Röhre 100 steht mit einer allgemein zylindrischen Hülse 110 aus magnetischem Material (gezeigt in Figur 16) in Eingriff, von der ein äußerer Zylinderseitenwandungsabschnitt 99 vom Durchmesser her effektiv der gleiche wie der der Röhre 100 ist, um so einen zylindrischen Träger 120 bereitzustellen, um den herum eine Erregerwicklung oder -spule 130 gebildet werden kann. Die Spule 130 ist von einer zylindrischen Abdeckung 140 aus magnetischem Material (gezeigt in Figur 17) umgeben, von der ein unterer Abschnitt 101 an einem Ringvorsprungsbereich 102 der Basis 50 abgestützt ist und von der ein oberer ausgesparter Ringbereich 103 zur Aufnahme einer allgemein plattenförmigen Spulenabdeckkappe 150 aus magnetischem Material bemessen ist. Die Spulenabdeckkappe 150 weist eine zylindrische Axialöf fnung oder einen Axialdurchtritt 104 auf, durch den ein zylindrisches Polstück 160 (gezeigt in Figur 18) aus magnetischem Stahl sowie eine mit diesem in Gewindeeingriff stehende, massive bzw. Vollkörper-Einstellschraube 170 (gezeigt in Figur 19) aus magnetischem Material (magnetischem Stahl) eingesetzt sind und mit einer inneren, mit einem Gewinde versehenen Zylinderwand 105 der magnetischen Hülse 110 in Gewindeeingriff stehen. Im speziellen ist die äußere Zylinderwand 111 des hohlen zylindrischen Polstücks 160 mit einem Gewinde zum Eingriff mit dem inneren Gewindeabschnitt 105 der magnetischen Hülse 110 versehen, um so für eine Einstellung der relativen axialen Verlagerung zwischen dem Polstück 160 und der magnetischen Hülse 110 zu sorgen. Diese Einstellung steuert wiederum die axiale Luftspalttrennung zwischen der Bodenfläche 112 eines Polstückendbereichs 113 gegenüber der Kopffläche 121 einer Ankerkappe 180.The upper inner side wall portion 98 of the non-magnetic tube 100 engages a generally cylindrical sleeve 110 of magnetic material (shown in Figure 16), an outer cylindrical side wall portion 99 of which is effectively the same in diameter as that of the tube 100, so as to provide a cylindrical support 120 around which an excitation winding or coil 130 can be formed. The coil 130 is covered by a cylindrical cover 140 of magnetic material (shown in Figure 17). a lower portion 101 of which is supported on an annular projection portion 102 of the base 50 and an upper recessed annular portion 103 of which is sized to receive a generally plate-shaped coil cover cap 150 of magnetic material. The coil cover cap 150 has a cylindrical axial opening or passage 104 through which a cylindrical pole piece 160 (shown in Figure 18) of magnetic steel and a threadedly engaged solid or solid adjusting screw 170 (shown in Figure 19) of magnetic material (magnetic steel) are inserted and threadedly engaged with an inner threaded cylindrical wall 105 of the magnetic sleeve 110. Specifically, the outer cylindrical wall 111 of the hollow cylindrical pole piece 160 is threaded for engagement with the inner threaded portion 105 of the magnetic sleeve 110 to provide adjustment of the relative axial displacement between the pole piece 160 and the magnetic sleeve 110. This adjustment, in turn, controls the axial air gap separation between the bottom surface 112 of a pole piece end portion 113 versus the top surface 121 of an armature cap 180.

Die magnetische Hülse 110 umfaßt ferner einen unteren Abschnitt 123, welcher an einem Endbereichsabschnitt 125 unter Bildung eines magnetischen "Nebenschluß"-Bereichs verjüngt ist, welcher der Fläche 121 der Ankerkappe 180 unmittelbar benachbart ist. Der verjüngte Endbereich 125 endet an einer Ringhülse oder einem Ring 190 aus nicht-magnetischem Material (z.B. rostfreiem Stahl), welcher in die nicht-magnetische Röhre 100 so eingesetzt ist, daß er an einem äußeren Ringabschnitt der Oberseite der Tragfeder 80T anliegt, deren Unterseite auf einem inneren Ringlippenabschnitt 127 der Röhre 100 ruht.The magnetic sleeve 110 further includes a lower portion 123 which is tapered at an end portion 125 to form a magnetic "shunt" region immediately adjacent the surface 121 of the armature cap 180. The tapered end portion 125 terminates at an annular sleeve or ring 190 of non-magnetic material (e.g., stainless steel) which is inserted into the non-magnetic tube 100 to abut an outer annular portion of the top of the suspension spring 80T, the bottom of which rests on an inner annular lip portion 127 of the tube 100.

An einer Kopffläche 131 des Vorsprungsabschnitts 69 des Ankers 60 liegt eine allgemein plattenförmige Ankerkappe 180 (gezeigt in Figur 13) an, welche einen zentralen zylindrischen Stufenbohrungsabschnitt 133 zur Aufnahme des Kopfs 62 der Positionsschraube 70 enthält, derart, daß bei voll in die Ankerkappe 180 und den Anker 60 eingesetzter, dazwischen die Tragfeder 80T haltender Positionsschraube die Oberseite des Schraubenkopf s mit der Fläche 121 bündig liegt. Die Ankerkappe 180 und der Anker 60 weisen jeweilige gegenüberliegende Ringausnehmungen 141 und 143 auf, um einen ringförmigen Spalt- oder Verlagerungsbereich 138 bereitzustellen, welcher eine Biegung bzw. Auslenkung der Feder 80T erlaubt, wie mit Bezug auf Figur 21 unten beschrieben wird. Dieser ringförmige Biegebereich 138 ist dem Bereich 88 in der Basis 50 nahe des Ventiltellerhalters 17 ähnlich, wo die Feder 80B zwischen dem Einsetzteil 90 und dem Flächenbereich 83 der Basis 50 gehalten ist. Wie oben kurz erläutert, kann der Anker 60 durch die Verwendung des Paars dünner flexibler Haltefedern 80B und 80T gut in der umschließenden Erregerspule gehalten werden, ohne herkömmliche Reibungslager zu erfordern, wodurch sowohl das Hystereseproblem als auch die Notwendigkeit nach einem Permanentmagnet zur Verstärkung des Magnetfelderregerkreises - wie beispielsweise dem bei der zuvor genannten patentierten Konstruktion verwendeten, bei der der bewegliche Anker im wesentlichen außerhalb des Bereichs hoher Flußdichte der Spulenbohrung gehalten ist - vermieden ist.A generally plate-shaped anchor cap 180 is located on a head surface 131 of the projection portion 69 of the anchor 60. (shown in Figure 13) which includes a central cylindrical stepped bore portion 133 for receiving the head 62 of the positioning screw 70 such that when the positioning screw is fully inserted into the armature cap 180 and the armature 60, retaining the suspension spring 80T therebetween, the top of the screw head is flush with the surface 121. The armature cap 180 and the armature 60 have respective opposed annular recesses 141 and 143 to provide an annular gap or displacement region 138 which permits flexure of the spring 80T as described with reference to Figure 21 below. This annular flexure region 138 is similar to the region 88 in the base 50 near the valve disc holder 17 where the spring 80B is retained between the insert portion 90 and the surface region 83 of the base 50. As briefly explained above, by using the pair of thin flexible retaining springs 80B and 80T, the armature 60 can be well retained within the enclosing excitation coil without the need for conventional friction bearings, thereby avoiding both the hysteresis problem and the need for a permanent magnet to reinforce the magnetic field excitation circuit - such as that used in the aforementioned patented design in which the movable armature is maintained substantially outside the high flux density region of the coil bore.

Der Endbereich 113 des hohlen zylindrischen Polstücks 160 weist eine zylindrische Öffnung 145 zum Durchtritt des Mittelbeins 151 eines T-förmigen nicht-magnetischen Federhalters 200 (gezeigt in Figur 12) auf. Der obere scheibenförmige Abschnitt 153 des Federhalters 200 weist einen kreisförmigen Vorsprungsabschnitt 155 auf, welcher so bemessen ist, daß er in den zylindrischen Innenbereich 161 einer Schraubendruckfeder 210 paßt. Die Länge des Mittelbeinabschnitts 151 des Federhalters 200 sieht eine Trennung zwischen dem Bereich 113 des Polstücks 160 und dem T-förmigen Abschnitt 153 des Federhalters 200 vor. Der Beinabschnitt 151 weist einen gekrümmten Boden- oder Endabschnitt 157 zur Erleichterung des mechanischen Eingriffs mit einer Vertiefung 163 im Kopf 62 der Positionsschraube 70 auf.The end portion 113 of the hollow cylindrical pole piece 160 has a cylindrical opening 145 for the passage of the center leg 151 of a T-shaped non-magnetic spring retainer 200 (shown in Figure 12). The upper disk-shaped portion 153 of the spring retainer 200 has a circular projection portion 155 which is sized to fit within the cylindrical interior portion 161 of a helical compression spring 210. The length of the center leg portion 151 of the spring retainer 200 provides a separation between the portion 113 of the pole piece 160 and the T-shaped portion 153 of the spring retainer 200. The leg portion 151 has a curved bottom or end portion 157 to facilitate mechanical Engagement with a recess 163 in the head 62 of the positioning screw 70.

Die massive Einstellschraube 170 weist einen äußeren zylindrischen Gewindewandabschnitt 171 auf, welcher mit einem inneren zylindrischen Gewindeabschnitt 173 des Polstücks 160 in Gewindeeingriff steht. Die Unterseite 175 der Einstellschraube 170 liegt an der Oberseite 181 eines allgemein plattenförmigen oberen Federhalters 220 (gezeigt in Figur 20) an, von dem ein unterer kreisförmiger Vorsprungsabschnitt 183 reduzierten Durchmessers so bemessen ist, daß er in den zylindrischen Innenhohlraum der Druckfeder 210 paßt, so daß der obere Federhalter 220 mechanisch in die Feder 210 eingreifen kann und zusammen mit dem unteren Federhalter 200 die Druckfeder 210 dazwischen wirksam halten kann.The solid adjustment screw 170 has an outer cylindrical threaded wall portion 171 which threadably engages an inner cylindrical threaded portion 173 of the pole piece 160. The bottom surface 175 of the adjustment screw 170 abuts the top surface 181 of a generally plate-shaped upper spring retainer 220 (shown in Figure 20) having a lower circular projection portion 183 of reduced diameter sized to fit within the cylindrical interior cavity of the compression spring 210 so that the upper spring retainer 220 can mechanically engage the spring 210 and, together with the lower spring retainer 200, can effectively retain the compression spring 210 therebetween.

Das Polstück 160 und die zugehörigen mechanisch verbundenen Komponenten der Solenoideinheit 20 sind mittels einer Sicherungsmutter 230 gesichert, welche in die äußere zylindrische Gewindewand 111 des Polstücks 160 eingreift und mit der Spulenabdeckkappe 150 in Reibeingriff steht.The pole piece 160 and the associated mechanically connected components of the solenoid assembly 20 are secured by a lock nut 230 which engages the outer cylindrical threaded wall 111 of the pole piece 160 and frictionally engages the coil cover cap 150.

Die Art und Weise, in der die Federn 80T und 80B jeweils mit Endflächen des Ankers 60 in Eingriff stehen und diesen axial beweglich in der Solenoideinheit 20 halten, wird mit Bezug auf Figur 21 beschrieben, welche eine Ansicht von oben oder eine Draufsicht auf die Gestaltung einer einzelnen der Federn 80T und 80B sowie den Eingriff dieser Feder in die jeweiligen Schlitze an den Endabschnitten des Ankers 60 zeigt. Wie in Figur 21 dargestellt, ist eine einzelne Feder aus drei Speichen 301, 302 und 303 aufgebaut, welche von einer zentralen Ringnabe 304 mit einer inneren Öffnung 335 ausgehen, die mit der Bohrung 65 des Ankers 60 zusammenfällt. Die Speichen 301, 302 und 303 sind in jeweiligen Schlitzen 331, 332 und 333 in einem endseitigen Vorsprungsabschnitt (68, 69) des Ankerzylinders 60 aufgenommen und an diesem befestigt. Von den Außenabschnitten jeder der Speichen gehen jeweilige Ringsegmente 341, 342 und 343 aus. Das Ringsegment 341 ist mittels einer Zunge 361 mit einem einteiligen Außenring 365 verbunden. Ahnlich sind das Ringsegment 342 mittels einer Zunge 362 und das Ringsegment 343 mittels einer Zunge 363 mit dem einteiligen Ring 365 verbunden. Ein jeweiliger ringförmiger Öffnungs- oder Biegebereich 351, 352 und 353 trennt die Bogensegmente 341, 342 und 343 jeweils vom Außenring 365. Das Ringsegment 341 ist mittels einer Zunge 371 mit der Speiche 301 gekuppelt. Ähnlich ist das Ringsegment 342 mittels einer Zunge 372 mit der Speiche 302 gekuppelt, während das Ringsegment 343 mittels einer Zunge 373 mit der Speiche 303 gekuppelt ist. Die endseitigen Vorsprungsabschnitte 68, 69 des Ankers 60 weisen jeweils einen Durchmesser auf, der kleiner als der der Ringsegmente 341, 342 und 343 ist, so daß zwischen dem Anker 60 und den Ringsegmenten 341, 342 und 343 der Haltefeder jeweilige ringförmige Trennbereiche 381, 382 und 383 vorhanden sind.The manner in which the springs 80T and 80B respectively engage end surfaces of the armature 60 and hold it axially movably in the solenoid unit 20 will be described with reference to Figure 21 which shows a top or plan view of the configuration of a single one of the springs 80T and 80B and the engagement of that spring in the respective slots on the end portions of the armature 60. As shown in Figure 21, a single spring is constructed of three spokes 301, 302 and 303 extending from a central ring hub 304 having an internal opening 335 coinciding with the bore 65 of the armature 60. The spokes 301, 302 and 303 are received in and secured to respective slots 331, 332 and 333 in an end projection portion (68, 69) of the armature cylinder 60. From the outer sections of each of the spokes, respective ring segments extend 341, 342 and 343. Ring segment 341 is coupled to a one-piece outer ring 365 by a tongue 361. Similarly, ring segment 342 is coupled to one-piece ring 365 by a tongue 362 and ring segment 343 is coupled to one-piece ring 365 by a tongue 363. A respective annular opening or bending region 351, 352 and 353 separates arc segments 341, 342 and 343 from outer ring 365, respectively. Ring segment 341 is coupled to spoke 301 by a tongue 371. Similarly, ring segment 342 is coupled to spoke 302 by a tongue 372 while ring segment 343 is coupled to spoke 303 by a tongue 373. The end projection sections 68, 69 of the armature 60 each have a diameter which is smaller than that of the ring segments 341, 342 and 343, so that respective annular separating regions 381, 382 and 383 are present between the armature 60 and the ring segments 341, 342 and 343 of the retaining spring.

Zur Veranschaulichung der von jeder der Federn 80T und 80B vorgesehenen flexiblen Haltefunktion betrachte man die Aufbringung einer Kraft auf den Anker 60 längs der Achse A, um den Anker in die Zeichnung der Figur 21 hinein zu verlagern, wie durch das + in der Mitte der Figur angedeutet. Eine Kraft, welche den Anker in die Figur hinein verlagert, bewirkt, daß auch die jeweiligen Zungen 371, 372 und 373 am Ende der Speichen 301, 302 bzw. 303 parallel mit der axialen Verlagerung und in die Seite der Figur hinein verlagert werden. Diese Kraft bewirkt eine Verbiegung jedes der bogenförmigen Segmente 341, 342 und 343 von den freitragenden Haltezungen 361, 362 und 363 längs Bogen- oder Umfangssegmenten innerhalb des die zylindrischen Seitenwandungen des Ankers 60 umschließenden Biegebereichs. Wegen der Flexibilität und umf angsmäßig freitragenden Gestaltung der Tragfederelemente 80T und 80B ist ohne die Verwendung von Lagern, welche eine Hysterese mit sich bringen, erreicht, daß eine flexible Halterung für den Anker 60 in den zylindrischen Innenhohlraum der Solenoideinheit 20 eingesetzt ist, so daß der Anker mitTo illustrate the flexible holding function provided by each of the springs 80T and 80B, consider the application of a force to the armature 60 along the axis A to displace the armature into the drawing of Figure 21, as indicated by the + in the center of the figure. A force which displaces the armature into the figure also causes the respective tongues 371, 372 and 373 at the end of the spokes 301, 302 and 303, respectively, to be displaced parallel with the axial displacement and into the side of the figure. This force causes each of the arcuate segments 341, 342 and 343 to bend from the cantilevered support tabs 361, 362 and 363 along arcuate or circumferential segments within the bending range enclosing the cylindrical side walls of the armature 60. Because of the flexibility and circumferentially cantilevered design of the support spring elements 80T and 80B, a flexible support for the armature 60 is inserted into the cylindrical interior cavity of the solenoid unit 20 so that the armature is supported with

dem von der Spule 20 erzeugten Magnetfeld innig magnetisch gekoppelt werden kann. Wie früher angemerkt, schafft dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung einen bedeutenden Vorteil gegenüber der obengenannten patentierten Konstruktion, bei der ein Permanentmagnet als Teil des Magnetfelderzeugungskreises erforderlich ist und der verwendete Federhalterungsmechanismus nicht in die Spule eingesetzt werden kann, sondern effektiv außerhalb eines Endabschnitts der Spule und an diesem gehalten werden muß, was die Verwendung eines plattenförmigen Ankerelements erfordert, dessen magnetische Wechselwirkung mit dem Magnetfluß des Solenoids erheblich reduziert ist (was die Verwendung eines Permanentmagnets verlangt)the magnetic field generated by the coil 20. As noted earlier, this aspect of the present invention provides a significant advantage over the above-mentioned patented design in which a permanent magnet is required as part of the magnetic field generating circuit and the spring retaining mechanism used cannot be inserted into the coil but must be effectively external to and held against an end portion of the coil, requiring the use of a plate-shaped armature member whose magnetic interaction with the magnetic flux of the solenoid is significantly reduced (requiring the use of a permanent magnet).

Der Zusammenbau der einzelnen Komponenten der Solenoideinheit geht vorzugsweise in der Abfolge von statten, die mit Bezug auf die Figuren 22 bis 28 nachfolgend skizziert wird.The assembly of the individual components of the solenoid unit preferably takes place in the sequence outlined below with reference to Figures 22 to 28.

Wie in Figur 22 gezeigt, werden zunächst die Halterungskomponenten für den Anker 60 montiert, indem die drei Speichenarme jeder der Tragfedern 80T und 80B jeweils in den Schlitzen in dem unteren und oberen Vorsprungsabschnitt des Ankers 60 durch Löten befestigt werden. Wenn die Tragfedern 80T und 80B jeweils mit den Schlitzen an den gegenüberliegenden Enden des Ankers 60 verbunden sind, liegt die Oberseite der Feder 80T bündig mit der Kopffläche 131 des Ankers, während die Unterseite der Feder 80B bündig mit der Bodenfläche 67 des Ankers liegt. Als nächstes wird die Ankerkappe 180 auf die Oberseite des Ankers 60 aufgesetzt und die Schraube 70 durch die zentrale öf fnung 133 in der Ankerkappe und durch die Bohrung 65 im Anker 60 eingesetzt, derart, daß die Oberseite des Kopfs 62 der Schraube 70 bündig mit der Oberseite 121 der Ankerkappe 180 liegt. Bei dieser bündigen Konfiguration steht der Gewindeendabschnitt 64 der Positionsschraube 70 über die Bodenfläche 67 des Ankers 60 vor. Vorzugsweise wird der Kopf 62 der Positionierungsschraube 70 nun in ihrer bündig mit der Ankerkappe 180 eingebauten Stellung fest verlötet.As shown in Figure 22, the support components for the armature 60 are first assembled by brazing the three spoke arms of each of the support springs 80T and 80B into the slots in the lower and upper boss portions of the armature 60, respectively. When the support springs 80T and 80B are respectively connected to the slots at the opposite ends of the armature 60, the top of the spring 80T is flush with the head surface 131 of the armature, while the bottom of the spring 80B is flush with the bottom surface 67 of the armature. Next, the anchor cap 180 is placed on the top of the anchor 60 and the screw 70 is inserted through the central opening 133 in the anchor cap and through the bore 65 in the anchor 60 such that the top of the head 62 of the screw 70 is flush with the top 121 of the anchor cap 180. In this flush configuration, the threaded end portion 64 of the positioning screw 70 protrudes above the bottom surface 67 of the anchor 60. Preferably, the head 62 of the positioning screw 70 is now soldered in place in its flush installed position with the anchor cap 180.

Als nächstes werden, wie in Figur 23 gezeigt, die montierten Komponenten der Figur 22 in die nicht-magnetische Röhre 100 derart eingesetzt, daß der äußere ringförmige Ringabschnitt 365 der Feder 80T bündig mit dem inneren Ringlippenabschnitt 127 der Röhre 100 liegt. Als nächstes wird der Ring 190 aus rostfreiem Stahl so in die Röhre 100 eingesetzt, daß er innerhalb der zylindrischen Innenseitenwandung 90 und auf dem äußeren ringförmigen Ringabschnitt 365 der Feder 80T gutsitzend gehalten ist. Der äußere Ringabschnitt 365 der Feder 80T und der Ring 190 werden dann an der Röhre 100 befestigt. In dieser Montagekonfiguration ist der Anker 60 nun durch die Feder 80T, welche über die Bogensegmente 341, 342 und 343 für die obengenannte segmentierte, umfangsmäßig freitragende Biegung sorgt, wie in Figur 21 gezeigt, in der Röhre 100 aufgehängt. Die in Figur 23 gezeigte Baugruppe wird dann in den ausgesparten Abschnitt 92 des Einsetzteils 90 aus magnetischem Stahl eingesetzt, und die Röhre 100 und das Einsetzteil 90 werden miteinander verlötet.Next, as shown in Figure 23, the assembled components of Figure 22 are inserted into the non-magnetic tube 100 such that the outer annular ring portion 365 of the spring 80T is flush with the inner annular lip portion 127 of the tube 100. Next, the stainless steel ring 190 is inserted into the tube 100 such that it is snugly retained within the cylindrical inner side wall 90 and on the outer annular ring portion 365 of the spring 80T. The outer annular ring portion 365 of the spring 80T and the ring 190 are then secured to the tube 100. In this assembly configuration, the armature 60 is now suspended in the tube 100 by the spring 80T which provides the above-mentioned segmented, circumferentially cantilevered bend via the arc segments 341, 342 and 343 as shown in Figure 21. The assembly shown in Figure 23 is then inserted into the recessed portion 92 of the magnetic steel insert 90 and the tube 100 and insert 90 are soldered together.

Als nächstes wird, wie in Figur 25 gezeigt, die untere Tragfeder 80B derart mit dem Anker 60 gekuppelt, daß die Speichen der Feder von den Schlitzen 71 aufgenommen sind, wobei die Speichen in den Schlitzen befestigt werden und der äußere ringförmige Ringabschnitt 365 der Feder in der Aussparung 84 der Einsetzteils 90 befestigt wird. In dieser Konfiguration ist der Anker 60 nun an seinen gegenüberliegenden Enden durch die Federn 80T und 80B aufgehängt und kann vermittels der freitragenden Ringsegmente 341, 342 und 343 jeder Feder axial auslenken, wie oben mit Bezug auf Figur 21 beschrieben. Nun wird der Ventiltellerhalter 17 auf die Positionsschraube 70 aufgeschraubt und an der Bodenfläche des Ankers 60 befestigt. Als nächstes werden, wie in Figur 26 gezeigt, die assemblierten Komponenten der Figur 25 in die innere zylindrische Stufenbohrung der Basis 50 eingesetzt, derart, daß die äußere Ringfläche 79 des Einsetzteils 90 an der oberen Stufe 81 der Basis 50 anliegt, wo die beiden Einheiten miteinander verbunden werden. Eine zusätzliche Verbindung kann an der Unterseite 82 des Einsetzteils 90 und am Stufenabschnitt der Bohrung der Basis 50 hergestellt werden.Next, as shown in Figure 25, the lower support spring 80B is coupled to the armature 60 such that the spokes of the spring are received in the slots 71, the spokes being secured in the slots and the outer annular ring portion 365 of the spring being secured in the recess 84 of the insert 90. In this configuration, the armature 60 is now suspended at its opposite ends by the springs 80T and 80B and is free to deflect axially by means of the cantilevered ring segments 341, 342 and 343 of each spring as described above with reference to Figure 21. The valve disc retainer 17 is now threaded onto the positioning screw 70 and secured to the bottom surface of the armature 60. Next, as shown in Figure 26, the assembled components of Figure 25 are inserted into the inner cylindrical stepped bore of the base 50 such that the outer annular surface 79 of the insert part 90 abuts the upper step 81 of the base 50 where the two units are joined together. An additional connection can be made at the bottom 82 of the insert part 90 and at the step portion of the bore of the base 50.

Während der Anker nun an der Basis 50 angebracht ist, werden die Polstückkomponenten in der in Figur 27 gezeigten Weise zusammengebaut. Speziell werden der untere Federhalter 200 durch die Öffnung 145 im Polstück 160 eingesetzt und die Druckfeder 210 an den Ort auf der Oberseite des unteren Federhalters 200 fallengelassen, während der obere Federhalter 220 in die Oberseite der Feder eingesetzt wird. Das Polstück 160 wird dann in die Innengewindebohrung der magnetischen Hülse 110 eingeschraubt, bis der Polstückbereich 113 einen vorgeschriebenen Abstand (Verlagerungskalibrierung) vom verjüngten Abschnitt 125 des Nebenschlußbereichs 123 der Hülse 110 entfernt ist.With the armature now attached to the base 50, the pole piece components are assembled in the manner shown in Figure 27. Specifically, the lower spring retainer 200 is inserted through the opening 145 in the pole piece 160 and the compression spring 210 is dropped into place on top of the lower spring retainer 200 while the upper spring retainer 220 is inserted into the top of the spring. The pole piece 160 is then screwed into the internally threaded bore of the magnetic sleeve 110 until the pole piece portion 113 is a prescribed distance (displacement calibration) from the tapered portion 125 of the shunt portion 123 of the sleeve 110.

Als nächstes wird das Polstück 160 in die nicht-magnetische Röhre 100 eingesetzt, so daß das abschließende Ende des verjüngten Abschnitts 125 den Ring 190 kontaktiert. Die Länge des verjüngten Endabschnitts 125 der magnetischen Hülse 110 ist geringfügig größer als der Abstand zwischen der Oberseite des Rings 190 und der Oberseite der Röhre 100, um sicherzustellen, daß die magnetische Hülse 110, wenn sie in die Röhre 100 eingesetzt ist, mit dem verjüngten Bereich 125 stets am Ring 190 endet und dadurch der Ankerkappe 180 unmittelbar benachbart ist. Vorzugsweise wird die Hülse 110 mit der Röhre 100 verlötet, um die zwei zylindrischen Stücke aneinander zu befestigen und einen Halterungszylinder zur Anbringung der elektromagnetischen Spule 130 bereitzustellen.Next, pole piece 160 is inserted into non-magnetic tube 100 so that the terminal end of tapered portion 125 contacts ring 190. The length of tapered end portion 125 of magnetic sleeve 110 is slightly greater than the distance between the top of ring 190 and the top of tube 100 to ensure that magnetic sleeve 110, when inserted into tube 100, always ends with tapered portion 125 at ring 190 and thereby immediately adjacent armature cap 180. Preferably, sleeve 110 is soldered to tube 100 to secure the two cylindrical pieces together and to provide a support cylinder for mounting electromagnetic coil 130.

Die Spule 130 wird dann um die innere rohrförmige Einheit, welche aus der magnetischen Hülse 110 und der Röhre 100 aus rostfreiem Stahl aufgebaut ist, angeordnet, und die Spulenabdeckung 140 sowie die Spulenabdeckkappe 150 werden an der Basis 50 angebracht (befestigt). Die Einstellschraube 170 wird nun in den Innenbohrungabschnitt des Polstücks 160 eingeschraubt, bis sie den oberen Federhalter 220 berührt. In dieser Konfiguration, wie in Figur 28 gezeigt, sind alle Komponenten der Solenoideinheit zur Achse A ausgerichtet, und der untere Federhalter 200 drückt gegen den oberen eingekerbten Abschnitt der Positionierungsschraube 70. Die Sicherungsmutter 230 wird auf den äußeren zylindrischen Abschnitt des Polstücks 160 aufgeschraubt, um die Einheit zusammenzuhalten. Durch Drehen der Einstellschraube 170 (im oder gegen den Uhrzeigersinn) in der Gewindebohrung des Polstücks 160 kann eine vorgeschriebene Federvorspannung auf den Anker 60 aufgebracht werden.The coil 130 is then placed around the inner tubular unit constructed of the magnetic sleeve 110 and the stainless steel tube 100, and the coil cover 140 and the coil cover cap 150 are attached (fastened) to the base 50. The adjustment screw 170 is now screwed into the inner bore portion of the pole piece 160 until it contacts the upper spring retainer 220. In In this configuration, as shown in Figure 28, all components of the solenoid assembly are aligned with axis A and the lower spring retainer 200 presses against the upper notched portion of the positioning screw 70. The lock nut 230 is threaded onto the outer cylindrical portion of the pole piece 160 to hold the assembly together. By turning the adjustment screw 170 (clockwise or counterclockwise) in the threaded bore of the pole piece 160, a prescribed spring preload can be applied to the armature 60.

Die Ventileinheit 10 wird in der in Figur 29 gezeigten Weise zusammengesetzt. Speziell wird das rohrförmige Einsetzteil 14 mit am Ort befindlichem Ring 26 durch die Innenkammer 25 des oberen zylindrischen Abschnitts 40 des Ventilsitzes 13 hindurch und in die Bohrung 22 des unteren zylindrischen Abschnitts 13 eingesetzt, bis es gut darin sitzt und gehalten ist. Die Membran 18 wird am Ventiltellerhalter 17 und an der Basis 50 angebracht und wird an ihrem inneren Abschnitt durch den Ventilteller 16 gehalten, welcher in die Innenbohrung 49 des Ventiltellerhalters 17 eingeschraubt wird. Als nächstes wird das Abstandsstück 15 in der Basis 50 an Ort und Stelle angelötet. Mit sich am Ort befindendem O-Ring 37 wird der obere zylindrische Abschnitt 40 des Ventilsitzes 13 in die inneren Gewindewände der Basis 50 derart eingeschraubt, daß das Abstandsstück 15 und der obere zylindrische Abschnitt 40 des Ventilsitzes 13 zueinander bündig liegen und abgedichtet sind. Der Zusammenbau der Einheit ist nun fertig.The valve unit 10 is assembled in the manner shown in Figure 29. Specifically, the tubular insert member 14 with ring 26 in place is inserted through the interior chamber 25 of the upper cylindrical portion 40 of the valve seat 13 and into the bore 22 of the lower cylindrical portion 13 until it is well seated and retained therein. The diaphragm 18 is attached to the valve disc holder 17 and the base 50 and is retained at its inner portion by the valve disc 16 which is screwed into the interior bore 49 of the valve disc holder 17. Next, the spacer 15 is soldered into place in the base 50. With the O-ring 37 in place, the upper cylindrical portion 40 of the valve seat 13 is screwed into the inner threaded walls of the base 50 such that the spacer 15 and the upper cylindrical portion 40 of the valve seat 13 are flush with each other and sealed. The assembly of the unit is now complete.

Wie oben herausgestellt, ist eine der Eigenschaften der Konfiguration der Solenoidanordnung der vorliegenden Erfindung die sehr genaue Betriebslinearität (Ankerverlagerung/Kraft gegenüber aufgewendeter Spulenerregung), die durch die Konfiguration der Anker/Polstück-Baugruppe erreicht wird. Diese Eigenschaft steht im Gegensatz zu den in den Figuren 30 und 31 gezeigten, welche die Beziehung der aufgebrachten Ankerkraft gegenüber dem axialen Luftspalt bzw. der Ankerverlagerung gegenüber dem angelegten Spulenstrom von nicht verjüngten Nebenschlußkonstruktionen zeigen.As pointed out above, one of the characteristics of the solenoid assembly configuration of the present invention is the very precise operational linearity (armature displacement/force versus applied coil excitation) achieved by the configuration of the armature/pole piece assembly. This characteristic is in contrast to that shown in Figures 30 and 31 which relate the applied armature force versus axial air gap and armature displacement, respectively. versus the applied coil current of non-tapered shunt designs.

Bei jedem Solenoid gibt es zwei Luftspalte, durch die der magnetische Fluß hindurchgehen muß. Einer dieser Luftspalte, der radiale Luftspalt, ist ungeachtet der Axialposition des Ankers fest. Bei der im obengenannten Everett-Patent '332 beschriebenen Konfiguration ist der radiale Luftspalt an einem Endabschnitt des Solenoids durch einen Schlitz oder Zwischenraum außerhalb der Umgebung der Erregerwicklung gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung ist der radiale Luftspalt 97 zwischen der zylindrischen Seitenwand 96 des Ankers 60 und der zylindrischen Innenseitenwand 95 des magnetischen Einsetzteils 90 begrenzt. Ungeachtet der Position des Ankers 60 bei einer Verlagerung desselben längs der Achse A ändert sich die Abmessung des radialen Luftspalts nicht.In each solenoid, there are two air gaps through which the magnetic flux must pass. One of these air gaps, the radial air gap, is fixed regardless of the axial position of the armature. In the configuration described in the Everett '332 patent mentioned above, the radial air gap is defined at an end portion of the solenoid by a slot or space outside the vicinity of the excitation winding. In the present invention, the radial air gap 97 is defined between the cylindrical side wall 96 of the armature 60 and the cylindrical inner side wall 95 of the magnetic insert 90. Regardless of the position of the armature 60, as it is displaced along the axis A, the dimension of the radial air gap does not change.

Bei der obengenannten Everett-Konfiguration befindet sich der steuernde Luftspalt zwischen einem T-förmigen scheibenartigen Endanker, welcher von einem Paar Federn außerhalb des Solenoids gehalten ist, und einem Innenanker, welcher die zylindrische Mittelbohrung des Solenoids durchsetzt. Wegen der Geometrie und der Magnetfeldverhältnisse innerhalb des Solenoids folgen die Kraft-Luftspalt-Beziehung und die Verlagerung des Ankers bei Stromänderungen typischerweise den in den Figuren 30 und 31 gezeigten nichtlinearen Kennlinien. Bei der im obengenannten Everett-Patent beschriebenen Solenoidstruktur wird eine wirksame Kompensation der Nichtlinearität durch einen komplementär wirkenden Federmechanismus erreicht, welcher außerhalb eines Endabschnitts des Solenoids angeordnet ist. Als Folge der speziellen Konfiguration des scheibenförmigen Ankers und dessen Haltefedermechanismus kann das Everett-Solenoid einen hinreichend linearen Betrieb bewirken. Um dies zu erreichen, benötigt das Everett-Solenoid allerdings die Verwendung eines Permanentmagents als Unterstützung des spulenerzeugten Magnetfelds, wobei der Anker an einem fernen Ende des Solenoids angebracht ist und zum größten Teil in wesentlichem Abstand von demjenigen Bereich des vom Solenoid erzeugten Magnetfelds angeordnet ist, welcher die höchste Flußdichte aufweist (das Innere der Spulenwicklung).In the Everett configuration mentioned above, the controlling air gap is located between a T-shaped disc-like end armature, which is held by a pair of springs outside the solenoid, and an inner armature which passes through the cylindrical center bore of the solenoid. Because of the geometry and magnetic field conditions within the solenoid, the force-air gap relationship and the displacement of the armature with current changes typically follow the nonlinear characteristics shown in Figures 30 and 31. In the solenoid structure described in the Everett patent mentioned above, effective compensation of the nonlinearity is achieved by a complementary spring mechanism which is arranged outside an end portion of the solenoid. As a result of the special configuration of the disc-shaped armature and its retaining spring mechanism, the Everett solenoid can provide reasonably linear operation. To achieve this, however, the Everett solenoid requires the use of a permanent magnet to support the coil-generated magnetic field, with the armature mounted at a far end of the solenoid and largely is arranged at a substantial distance from the region of the magnetic field generated by the solenoid which has the highest flux density (the interior of the coil winding).

Erfindungsgemäß ist es andererseits mittels der dünnen, flexiblen, freitragenden Tragfederkonfiguration möglich, den Anker im wesentlichen innerhalb des Kernabschnitts der Spulenwicklung zu halten, wo die erzeugte Flußdichte am höchsten ist, wodurch die Notwendigkeit eines Permanentmagnets entfällt. Indem außerdem das Polstück so gestaltet wird, daß es den verjüngten Nebenschlußabschnitt 123 als dem axialen Luftspalt 165 benachbarten, zusätzlichen Koppelbereich für den radialen Luftspalt enthält, wird die in Figur 30 gezeigte herkömmliche nichtlineare Kraft-Luftspalt-Kennlinie tatsächlich so modifiziert, daß sie in einer Beziehung resultiert, wie sie in Figur 32 gezeigt ist, die eine Proportionalzone PZ enthält, über die hinweg die Kraft-Luftspalt-Kennlinie im wesentlichen flach ist. Wenn die lineare Federkennlinie der Druckfeder 210 der Proportionalzone PZ der Kraft-Luftspalt- Kennlinie überlagert wird (ähnlich einer Lastleitung einer elektrischen Schaltung), gibt es für inkrementale Anderungen des Stroms (i&sub1; ... i&sub2; ... i&sub3; ...) eine entsprechende Änderung der Kraft und Verlagerung des Ankers, so daß die Verlagerung des Ankers linear proportional zum angelegten Strom ist, wie in der Kennlinie der Figur 33 gezeigt.On the other hand, according to the invention, by means of the thin, flexible, cantilevered suspension spring configuration, it is possible to maintain the armature substantially within the core portion of the coil winding where the flux density generated is highest, thereby eliminating the need for a permanent magnet. Furthermore, by designing the pole piece to include the tapered shunt portion 123 as an additional radial air gap coupling region adjacent the axial air gap 165, the conventional non-linear force-air gap characteristic shown in Figure 30 is in effect modified to result in a relationship as shown in Figure 32 which includes a proportional zone PZ over which the force-air gap characteristic is substantially flat. When the linear spring characteristic of the compression spring 210 is superimposed on the force-air gap characteristic of the proportional zone PZ (similar to a load line of an electrical circuit), for incremental changes in current (i1...i2...i3...) there is a corresponding change in the force and displacement of the armature, so that the displacement of the armature is linearly proportional to the applied current, as shown in the characteristic of Figure 33.

Während die abgeflachte Kennlinie innerhalb der Proportionalzone PZ der Kraft-Luftspalt-Kennlinie der Figur 32 schwierig anhand rein mathematischer Terme zu erklären ist, wurde herausgefunden, daß die Größe der Proportionalzone von einer Anzahl von Faktoren abhängt, welche die Permeabilität des magnetischen Materials des Polstücks und den Winkel B des verjüngten Abschnitts 123 umfassen, welcher dem axialen Luftspalt 165 zwischen der Ankerbaugruppe und dem Polstück benachbart ist, wie schematisch in Figur 34 dargestellt. Tatsächlich bewirkt der verjüngte Abschnitt 123, daß ein Teil des Flusses, der normalerweise vollständig axial über den axialen Luftspalt 165 hinweg gerichtet sein würde, radial über einen den radialen Luftspalt überbrückenden Hilfsflußweg zwischen dem Anker und dem Polstück umgelenkt oder "nebengeschlossen" wird. Vermittels seiner veränderlichen Dicke (Anderung des Querschnitts und der Verjüngung des Nebenschlußbereichs 123) sieht die magnetische Hülse einen einstellbaren Bypass- oder Flußnebenschlußbereich vor, welcher die Kraft-Luftspalt-Kennlinie der Figur 30 so modifiziert, daß sie die in Figur 32 gezeigte abgeflachte Proportionalzonenkennlinie umfaßt.While the flattened characteristic within the proportional zone PZ of the force-gap characteristic of Figure 32 is difficult to explain in purely mathematical terms, it has been found that the size of the proportional zone depends on a number of factors including the permeability of the magnetic material of the pole piece and the angle B of the tapered section 123 adjacent the axial air gap 165 between the armature assembly and the pole piece, as shown schematically in Figure 34. In effect, the tapered section 123 causes a portion of the flux which would normally be entirely axial across the axial air gap 165 is diverted or "shunted" radially across an auxiliary flux path between the armature and the pole piece bridging the radial air gap. By virtue of its variable thickness (changing the cross-section and tapering of the shunt region 123), the magnetic sleeve provides an adjustable bypass or flux shunt region which modifies the force-air gap characteristic of Figure 30 to include the flattened proportional zone characteristic shown in Figure 32.

Während eine analytische Herleitung anhand eines präzisen Ausdrucks für die in Figur 32 gezeigte Beziehung schwierig ist, ist das tatsächliche Geschehen nach Ansicht der Anmelderin das, daß die in Figur 30 gezeigte Kennkurve der Beziehung zwischen der aufgebrachten Kraft und dem axialen Luftspalt an derjenigen Stelle des axialen Luftspalts geteilt wird, an der der Nebenschlußbereich vorgesehen ist, um einen radialen magnetischen Hilfsflußweg zu bilden. Die Teilung der Kraft- Luftspalt-Kennlinie erzeugt eine mittlere Proportionalzone PZ, welche einen im wesentlichen flachen Bereich über einen Abschnitt zwischen Segmenten S1 und S2 hinweg besitzt, die jedoch für den verjüngten Nebenschlußbereich effektiv wieder die in Figur 30 gezeigte Kennlinie erzeugen würden, wenn sie miteinander verbunden werden.While it is difficult to derive analytically from a precise expression for the relationship shown in Figure 32, what actually happens, in the opinion of Applicant, is that the applied force-axial air gap characteristic shown in Figure 30 is split at the location of the axial air gap where the shunt region is provided to form a radial auxiliary magnetic flux path. The splitting of the force-air gap characteristic produces a central proportional zone PZ which has a substantially flat region over a portion between segments S1 and S2, which, however, would effectively recreate the characteristic shown in Figure 30 for the tapered shunt region if joined together.

Anhand der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß sowohl die Hysterese- als auch die Hardware-Montage und -Herstellungsschwierigkeiten herkömmlicher Solenoid-Ventilsteuermechanismen, wie beispielsweise der oben beschriebenen, durch eine neue und verbesserte Linearbewegungs-Proportionalsolenoidvorrichtung überwunden werden, bei der der bewegliche Anker ohne die Verwendung von Hysterese-erzeugenden Lagern voll innerhalb der umschließenden Erregerspule gehalten ist, so daß er mit dem von dieser erzeugten elektromagnetischen Feld innig gekoppelt ist (und dadurch die Notwendigkeit nach einem Permanentmagnet umgeht), und bei der die auf den beweglichen Anker ausgeübte Kraft ungeachtet der Größe eines axialen Luftspalts (über einen vorgeschriebenen Bereich hinweg) zwischen dem Anker und einem benachbarten magnetischen Polstück im wesentlichen konstant ist. Überdiess ist mittels eines dem axialen Luftspalt benachbarten, zusätzlichen radialen Polstückbereichs die auf den Anker ausgeübte Kraft ungeachtet der Größe eines axialen Luftspalts (über einen vorgeschriebenen Bereich hinweg) zwischen dem Anker und einem benachbarten magnetischen Polstück im wesentlichen konstant.From the foregoing description, it will be seen that both the hysteresis and hardware assembly and manufacturing difficulties of conventional solenoid valve control mechanisms, such as those described above, are overcome by a new and improved linear motion proportional solenoid device in which the movable armature is fully supported within the enclosing excitation coil without the use of hysteresis-producing bearings so that it is intimately coupled to the electromagnetic field generated thereby (thereby obviating the need for a permanent magnet), and in which the the force exerted on the movable armature is substantially constant regardless of the size of an axial air gap (over a prescribed range) between the armature and an adjacent magnetic pole piece. Moreover, by means of an additional radial pole piece region adjacent to the axial air gap, the force exerted on the armature is substantially constant regardless of the size of an axial air gap (over a prescribed range) between the armature and an adjacent magnetic pole piece.

Claims

1. Linearbewegungs-Proportionalsolenoidvorrichtung, umfassend:1. A linear motion proportional solenoid device, comprising:

- ein Gehäuse (140), das zur Erzeugung eines Magnetfelds eine elektromagnetische Spule (130) mit einer Längsachse (A) und einer hierzu koaxialen Bohrung enthält, wobei das Gehäuse (140) magnetisches Material enthält, um einen Flußweg für das Magnetfeld vorzusehen,- a housing (140) containing an electromagnetic coil (130) with a longitudinal axis (A) and a bore coaxial therewith for generating a magnetic field, the housing (140) containing magnetic material to provide a flux path for the magnetic field,

- ein in der Bohrung der elektromagnetischen Spule (130) angeordnetes Magnetpolstück (160),- a magnetic pole piece (160) arranged in the bore of the electromagnetic coil (130),

- eine in der elektromagnetischen Spule (130) axial bewegliche Ankerbaugruppe (60) aus magnetischem Material,- an armature assembly (60) made of magnetic material that is axially movable in the electromagnetic coil (130),

- eine in der Bohrung angeordnete Einrichtung, um die Ankerbaugruppe (60) in der Bohrung einem ersten Polstückbereich (113) des Magnetpolstücks (160) benachbart so zu halten, daß ein axialer Zwischenraum (165) zwischen einem ersten Abschnitt (180) der Ankerbaugruppe (60) und dem Magnetpolstück (160) gebildet ist und ein radialer Zwischenraum (97) zwischen einem zweiten Abschnitt (96) der Ankerbaugruppe (60) und einem ersten Abschnitt (95) des Gehäuses (140) gebildet ist, und- means disposed in the bore for retaining the armature assembly (60) in the bore adjacent a first pole piece region (113) of the magnetic pole piece (160) such that an axial clearance (165) is formed between a first portion (180) of the armature assembly (60) and the magnetic pole piece (160) and a radial clearance (97) is formed between a second portion (96) of the armature assembly (60) and a first portion (95) of the housing (140), and

- eine Einrichtung (123) mit einem zweiten Polstückbereich (125) von in Richtung der Längsachse (A) veränderlicher Dicke, um zu bewirken, daß die durch das Anlegen eines Stroms an die elektromagnetische Spule (130) auf die Ankerbaugruppe (60) ausgeübte Kraft für eine Änderung des axialen Zwischenraums (165) über einen vorgeschriebenen Bereich unabhängig von der Größe des axialen Zwischenraums (165) im wesentlichen konstant ist, dadurch gekennzeichnet,- means (123) having a second pole piece portion (125) of variable thickness in the direction of the longitudinal axis (A) to cause the force exerted on the armature assembly (60) by the application of a current to the electromagnetic coil (130) to be substantially constant for a change in the axial gap (165) over a prescribed range, regardless of the size of the axial gap (165), characterized in that

daß die Einrichtung zum Halten der Ankerbaugruppe (60)that the device for holding the anchor assembly (60)

eine Tragfedereinrichtung (80T, 80B) umfaßt, welche ebenfalls in der Bohrung angeordnet ist.a suspension spring device (80T, 80B) which is also arranged in the bore.

2. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 1,2. Solenoid device according to claim 1,

bei der die Tragfedereinrichtung (80T, 80B) ein Paar von Tragfederelementen umfaßt, welche mit axial beabstandeten Abschnitten (68, 69) der Ankerbaugruppe (60) gekuppelt sind und von dem Gehäuse (140) gehalten sind.wherein the suspension spring means (80T, 80B) comprises a pair of suspension spring elements coupled to axially spaced portions (68, 69) of the armature assembly (60) and supported by the housing (140).

3. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,3. Solenoid device according to claim 1 or claim 2,

bei der die Tragfedereinrichtung (80T, 80B) ein Federelement umfaßt, welches einen äußeren Ringabschnitt (365), eine Mehrzahl von dem äußeren Ringabschnitt (365) beabstandeter und an diesen in freitragender Weise anschließender ringförmiger Ringabschnitte (341, 342, 343) sowie einen an die ringförmigen Ringabschnitte (341, 342, 343) anschließenden inneren Abschnitt (304) aufweist, wobei der innere Abschnitt (304) mit der Ankerbaugruppe (60) verbunden ist und der äußere Ringabschnitt (365) feststehend in der Bohrung angeordnet ist.in which the support spring device (80T, 80B) comprises a spring element which has an outer ring section (365), a plurality of annular ring sections (341, 342, 343) spaced from the outer ring section (365) and adjoining it in a cantilevered manner, and an inner section (304) adjoining the annular ring sections (341, 342, 343), the inner section (304) being connected to the anchor assembly (60) and the outer ring section (365) being arranged in a fixed manner in the bore.

4. Solenoidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die die im wesentlichen konstante Kraft bewirkende Einrichtung (123) eine Einrichtung umfaßt, um einen Teil des durch die Ankerbaugruppe (60) und das Magnetpolstück (160) in Richtung der Achse (A) hindurchgehenden magnetisches Flusses über einen Magnetweg niedrigen magnetischen Widerstands umzulenken, welcher den axialen Zwischenraum (165) im wesentlichen umgeht.4. A solenoid device according to any preceding claim, wherein the substantially constant force inducing means (123) comprises means for redirecting a portion of the magnetic flux passing through the armature assembly (60) and the magnetic pole piece (160) in the direction of the axis (A) via a low reluctance magnetic path which substantially bypasses the axial gap (165).

5. Solenoidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Polstückbereich (125) von der Ankerbaugruppe (60) durch einen dritten Zwischenraum beabstandet ist, welcher quer zur Bewegungsrichtung der Ankerbaugruppe (60) verläuft.5. Solenoid device according to one of the preceding claims, wherein the second pole piece region (125) is spaced from the armature assembly (60) by a third gap which is transverse to the direction of movement of the armature assembly (60).

6. Solenoidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ankerbaugruppe (60), das Gehäuse (140) und die Bohrung zylindrisch gestaltet sind und der erste Abschnitt (95) des Gehäuses (140) der zylindrische Seitenwandabschnitt eines magnetischen Einsetzteils (90) ist.6. Solenoid device according to one of the preceding claims, wherein the armature assembly (60), the housing (140) and the bore are cylindrical and the first portion (95) of the housing (140) is the cylindrical side wall portion of a magnetic insert (90).

7. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 6 und ferner umfassend ein zylindrisches Element aus nicht-magnetischem Material (100), das sich von dem zylindrischen Seitenwandabschnitt (95) des magnetischen Einsetzteils (90) innerhalb der Bohrung zu dem Magnetpolstück (160) hin erstreckt und mit diesem gekuppelt ist, wobei die Tragfedereinrichtung (80T, 80B) ein Paar von Tragfedern umfaßt, welche von dem Element aus nicht-magnetischem Material (100) bzw. dem magnetischen Einsetzteil (90) gehalten sind, wobei die Tragfedereinrichtung (80T, 80B) die Ankerbaugruppe (60) in dem Element aus nicht-magnetischem Material (100) und dem magnetischen Einsetzteil (90) axial verlagerbar hält.7. The solenoid device of claim 6 and further comprising a cylindrical member of non-magnetic material (100) extending from the cylindrical side wall portion (95) of the magnetic insert (90) within the bore toward and coupled to the magnetic pole piece (160), the support spring means (80T, 80B) comprising a pair of support springs supported by the member of non-magnetic material (100) and the magnetic insert (90) respectively, the support spring means (80T, 80B) axially displaceably supporting the armature assembly (60) in the member of non-magnetic material (100) and the magnetic insert (90).

8. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der erste Polstückbereich (113) und der zweite Polstückbereich (125) zylindrisch gestaltet sind und der zweite Polstückbereich (125) einem den magnetischen Fluß umlenkenden Bereich entspricht, welcher dem axialen Zwischenraum (165) benachbart ist.8. Solenoid device according to claim 7, wherein the first pole piece region (113) and the second pole piece region (125) are cylindrical and the second pole piece region (125) corresponds to a magnetic flux redirecting region which is adjacent to the axial gap (165).

9. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der die Ankerbaugruppe (60) einen massiven Zylinder aus magnetischem Material aufweist und die Tragfedereinrichtung (80T, 80B) ein Paar von Tragfederelementen umfaßt, welche mit axial voneinander beabstandeten Abschnitten (68, 69) des massiven Zylinders gekuppelt sind und von dem Element aus nicht-magnetischem Material (100) bzw. dem magnetischen Einsetzteil (90) gehalten sind.9. A solenoid device according to claim 7 or claim 8, wherein the armature assembly (60) comprises a solid cylinder of magnetic material and the suspension spring means (80T, 80B) comprises a pair of suspension spring elements coupled to axially spaced apart portions (68, 69) of the solid cylinder and supported by the element of non-magnetic material (100) and the magnetic insert (90), respectively.

10. Solenoidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ferner umfassend eine einstellbare Federvorspanneinrichtung (210), die mit dem Magnetpolstück (160) gekuppelt ist, um eine steuerbare Axialkraft auf die Ankerbaugruppe (60) auszuüben.10. A solenoid device according to any preceding claim and further comprising an adjustable spring biasing device (210) coupled to the magnetic pole piece (160) for applying a controllable axial force to the armature assembly (60).

11. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die einstellbare Federvorspanneinrichtung umfaßt: ein Druckfederelement (210), eine Einrichtung (200), um das Druckfederelement (210) mit der Ankerbaugruppe (60) mechanisch zu kuppeln, sowie eine zur Kupplung zwischen dem Druckfederelement (210) und dem Magnetpolstück (160) angeordnete Einrichtung (170, 220), um das Druckfederelement (210) einstellbar zusammenzudrücken und dadurch das Druckfederelement (210) zur Einleitung der steuerbaren Axialkraft in die Ankerbaugruppe (60) zu bringen.11. The solenoid device of claim 10, wherein the adjustable spring biasing means comprises: a compression spring element (210), means (200) for mechanically coupling the compression spring element (210) to the armature assembly (60), and means (170, 220) arranged for coupling between the compression spring element (210) and the magnetic pole piece (160) for adjustably compressing the compression spring element (210) and thereby causing the compression spring element (210) to introduce the controllable axial force into the armature assembly (60).

12. Solenoidvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ferner umfassend eine Fluidventilbaugruppe (10) mit einer Einlaßöffnung (11), einer Auslaßöffnung (12) und einer zur Verbindung zwischen der Einlaßöffnung (11) und der Auslaßöffnung (12) angeordneten, mit der Ankerbaugruppe (60) gekuppelten Ventileinrichtung (14), um den Fluiddurchgang zwischen der Einlaßöffnung (11) und der Auslaßöffnung (12) entsprechend der Bewegung der Ankerbaugruppe (60) in Antwort auf das Anlegen eines elektrischen Stroms an die elektromagnetische Spule (130) zu steuern.12. Solenoid device according to one of the preceding claims and further comprising a fluid valve assembly (10) having an inlet port (11), an outlet port (12) and a valve device (14) arranged for communication between the inlet port (11) and the outlet port (12) and coupled to the armature assembly (60) to control the passage of fluid between the inlet port (11) and the outlet port (12) in accordance with the movement of the armature assembly (60) in response to the application of an electrical current to the electromagnetic coil (130).

13. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Ventileinrichtung umfaßt: eine Kammer (25), mit der die Einlaßöffnung (11) und die Auslaßöffnung (12) verbunden sind, einen Ventilteller (16), der mit der Ankerbaugruppe (60) verbunden ist, sowie ein Rohrelement (14), dessen erstes Ende (29) sich von der Kammer (25) zu der Auslaßöf fnung (12) hin erstreckt und dessen zweites Ende (28) in der Nähe des Ventiltellers (16) angeordnet ist, so daß es durch den Ventilteller (16) in Antwort darauf geschlossen wird, daß der Ventilteller (16) durch Bewegung der Ankerbaugruppe (60) in einer ersten Axialrichtung gegen das Rohrelement (14) gedrängt wird, und so daß es durch den Ventilteller (16) in Antwort darauf geöffnet wird, daß der Ventilteller (16) durch Bewegung des Ankers (60) in einer zweiten Axialrichtung von dem Rohr (14) weg gedrängt wird.13. Solenoid device according to claim 12, wherein the valve device comprises: a chamber (25) to which the inlet opening (11) and the outlet opening (12) are connected, a valve plate (16) which is connected to the armature assembly (60), and a tubular element (14) whose first end (29) extends from the chamber (25) to the outlet opening (12) and whose second end (28) is arranged in the vicinity of the valve plate (16), so that it is closed by the valve disc (16) in response to the valve disc (16) being urged against the tubular member (14) by movement of the armature assembly (60) in a first axial direction, and so that it is opened by the valve disc (16) in response to the valve disc (16) being urged away from the tubular member (14) by movement of the armature (60) in a second axial direction.

14. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Ventileinrichtung ferner eine Einrichtung umfaßt, um die Ausrichtung des Rohrs (14) mit dem Ventilteller (16) zu bewirken, so daß das zweite Ende (28) des Rohrs (14) mit dem Ventilteller (16) in Dichteingriff steht, wenn der Ventilteller (16) gegen das zweite Ende (28) des Rohrs (14) gedrängt ist.14. A solenoid device according to claim 13, wherein the valve means further comprises means for causing the alignment of the tube (14) with the valve disc (16) such that the second end (28) of the tube (14) is in sealing engagement with the valve disc (16) when the valve disc (16) is urged against the second end (28) of the tube (14).

15. Solenoidvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die das Rohr ausrichtende Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, um den Ausrichtungszustand des Rohrs (14) relativ zum Ventilteller (16) in Antwort auf ein erstmaliges Drängen des Ventiltellers (16) gegen das zweite Ende (28) des Rohrs (14) fest einzurichten.15. The solenoid device of claim 14, wherein the tube aligning means comprises means for fixedly establishing the alignment state of the tube (14) relative to the valve disc (16) in response to an initial urging of the valve disc (16) against the second end (28) of the tube (14).