DE29506744U1 - Electromagnetic unit for a solenoid valve - Google Patents
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Description
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20. April 199520 April 1995
Bürkert Werke GmbH & Co.
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Elektromagneteinheit für ein MagnetventilElectromagnet unit for a solenoid valve
Die Erfindung betrifft eine Elektromagneteinheit für ein Magnetventil, mit einer Magnetspule und einem ferromagnetischen Kreis, der feststehende Teile und einen beweglichen Anker enthält, der über ein jeweiliges Dichtelement mit wenigstens einem Dichtsitz des Magnetventils zusammenwirkt, sowie mit einem die Magnetspule umgebenden Kunststoffmantel.The invention relates to an electromagnet unit for a solenoid valve, with a magnetic coil and a ferromagnetic circuit which contains fixed parts and a movable armature which interacts with at least one sealing seat of the solenoid valve via a respective sealing element, as well as with a plastic casing surrounding the magnetic coil.
Der ferromagnetische Kreis bekannter Elektromagneteinheiten der eingangs genannten Art ist meistens aus einer Mehrzahl von Einzelteilen zusammengesetzt, die jeweils aus Eisen oder einer ferromagnetischen Legierung bestehen. Bei bestimmten Ausführungsformen ist als Kern ein teilweise in die Magnetspule ragendes Drehteil vorgesehen. Als Polrückschluß dienen außerhalb der Magnetspule angeordnete Bleche. Einen weiteren Teil des ferromagnetischen Kreises bildet ein beweglicher Anker, der bei einer elektrischen Erregung der Magnetspule an den feststehenden Kern angezogen wird, wodurch wenigstens ein Ventildichtsitz geöffnet oder geschlossen wird. Nach demThe ferromagnetic circuit of known electromagnet units of the type mentioned above is usually made up of a number of individual parts, each of which is made of iron or a ferromagnetic alloy. In certain embodiments, a rotating part that partially extends into the magnet coil is provided as the core. Sheet metal arranged outside the magnet coil serves as the pole return. Another part of the ferromagnetic circuit is a movable armature, which is attracted to the stationary core when the magnet coil is electrically excited, whereby at least one valve sealing seat is opened or closed. According to the
Abschalten der elektrischen Erregung der Magnetspule wird der Anker durch eine Feder in die ursprüngliche Position zurückbewegt. Allgemein kann der ferromagnetische Kreis die bei Topfmagneten, U-Magneten und &Egr;-Magneten übliche Form aufweisen. So sind beispielsweise Wechselstrommagnete mit einem E-förmigen Kern bekannt, wobei dieser Kern aus Blechen paketiert ist, um Wirbelströme zu unterdrücken. Der bewegliche Anker kann hier beispielsweise in Form einer Wippe vorgesehen sein.When the electrical excitation of the magnetic coil is switched off, the armature is moved back to its original position by a spring. In general, the ferromagnetic circuit can have the shape that is usual for pot magnets, U-magnets and ε-magnets. For example, AC magnets with an E-shaped core are known, whereby this core is made of sheets of metal in order to suppress eddy currents. The movable armature can be provided in the form of a rocker, for example.
Bei diesen herkömmlichen Elektromagneteinheiten werden die Magnetspule und die feststehenden Teile des ferromagnetischen Kreises mit Kunststoff umgössen oder umspritzt. Durch den entstehenden äußeren Kunststoffmantel werden somit die verschiedenen Teile des Elektromagneten einschließlich elektrischer Kontakte, Befestigungselemente, usw., fixiert und geschützt.In these conventional electromagnet units, the magnetic coil and the fixed parts of the ferromagnetic circuit are cast or molded with plastic. The resulting outer plastic casing thus fixes and protects the various parts of the electromagnet, including electrical contacts, fastening elements, etc.
Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Elektromagneteinheiten besteht nun darin, daß sich der Kunststoff nach einer gewissen Betriebsdauer von den ferromagnetischen Teilen lösen kann, was darauf zurückzuführen ist, daß die ferromagnetischen Teile einerseits und das Material des Kunststoffmantels andererseits unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten besitzen. Die Folge ist, daß Feuchtigkeit oder aggressive Medien in das Innere des Elektromagneten eindringen und dort insbesondere die empfindliche Wicklung der Magnetspule zerstören können. Ungünstig ist ferner der relativ komplexe Aufbau der bekannten Einheiten, wobei durch die Vielzahl der Einzelteile auch die Montage erschwert ist.A major disadvantage of these known electromagnet units is that the plastic can separate from the ferromagnetic parts after a certain period of operation, which is due to the fact that the ferromagnetic parts on the one hand and the material of the plastic casing on the other have different thermal expansion coefficients. The result is that moisture or aggressive media can penetrate into the interior of the electromagnet and destroy the sensitive winding of the magnetic coil in particular. Another disadvantage is the relatively complex structure of the known units, with the large number of individual parts making assembly difficult.
Ziel der Erfindung ist es, eine Elektromagneteinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und problemloser Montage zuverlässig gegen eindringende Feuchtigkeit und das Eindringen schädlicher Medien geschützt ist.The aim of the invention is to create an electromagnet unit of the type mentioned above which, with a simple structure and easy assembly, is reliably protected against the ingress of moisture and the ingress of harmful media.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest ein feststehender Teil des ferromagnetischen Kreises aus mit ferromagnetischem Material versetztem spritz- oder gießfähigem Kunststoff besteht und daß der jeweilige feststehende Teil integral mit dem Kunststoffmantel geformt ist.The object is achieved according to the invention in that at least one fixed part of the ferromagnetic circuit consists of injection-moldable or moldable plastic mixed with ferromagnetic material and that the respective fixed part is formed integrally with the plastic casing.
Aufgrund dieser Ausbildung kann die Herstellung und Montage von Metallteilen für den ferromagnetischen Kreis zumindest teilweise entfallen. An deren Stelle wird der Magnetfluß von dem hierzu mit ferromagnetischem Material versetzten spritz- oder gießfähigen Kunststoff übernommen. Nachdem wenigstens ein feststehender Teil des magnetischen Kreises durch Kunststoff gebildetet ist, der aufgrund des eingebundenen Zusatzmaterials ferromagnetisch wird, kann ein betreffender Magnetkreisteil problemlos zusammen mit dem Kunststoffmantel geformt werden, so daß im Vergleich zu dem bisher üblichen Umgießen und Umspritzen der Elektromagneteinheit praktisch kein Mehraufwand entsteht. Mit dieser integralen Ausbildung, bei der insbesondere auch ein oder mehrere äußere Abschnitte des ferromagnetischen Kreises gleichzeitig durch den mit ferromagnetischem Material versetzten Kunststoff gebildet werden können, entfällt auch das Problem einer unterschiedlichen Wärmedehnung von insbesondere Metall und darauf aufgebrachtem Kunststoff, das bisher bei jeder Kunststoffummantelung von Ferromagnetkreisen auftrat. Die Elektromagneteinheit ist somit vor einem Eindringen von Feuchtigkeit und aggressiven Medien besser geschützt. Da mit dem Kunststoffmantel gleichzeitig wenigstens ein Teil des ferromagnetischen Kreises geformt wird, ergibt sich auch ein wesentlich einfacherer Aufbau, wobei durch die geringere Anzahl von Einzelteilen auch die Montage erleichtert ist.Due to this design, the manufacture and assembly of metal parts for the ferromagnetic circuit can be at least partially eliminated. Instead, the magnetic flux is taken over by the injection-moldable or castable plastic mixed with ferromagnetic material. After at least one fixed part of the magnetic circuit is formed by plastic, which becomes ferromagnetic due to the additional material incorporated, a relevant magnetic circuit part can be easily molded together with the plastic casing, so that practically no additional effort is required compared to the previously usual molding and molding of the electromagnet unit. With this integral design, in which one or more outer sections of the ferromagnetic circuit can also be formed simultaneously by the plastic mixed with ferromagnetic material, the problem of different thermal expansion of metal and plastic applied to it, which previously occurred with every plastic casing of ferromagnetic circuits, is also eliminated. The electromagnet unit is thus better protected against the ingress of moisture and aggressive media. Since at least part of the ferromagnetic circuit is formed at the same time as the plastic casing, the structure is much simpler, and the smaller number of individual parts also makes assembly easier.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsvariante der Erfindung ist ein feststehender, außerhalb der Magnetspule liegender Polrückschlußteil des ferromagnetischen Kreises aus mit ferromagnetischem Material versetztem spritz- oderAccording to a preferred practical embodiment of the invention, a fixed pole return part of the ferromagnetic circuit, located outside the magnetic coil, is made of injection-molded or
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gießfähigem Kunststoff gebildet und integral mit dem Kunststoffmantel geformt. Damit entfallen beispielsweise die bisher als Polrückschluß verwendeten Außenbleche.made of castable plastic and molded integrally with the plastic casing. This eliminates the need for the outer sheets previously used as a pole return.
Vorteilhafterweise kann auch ein in die Magnetspule ragender Kernteil des ferromagnetischen Kreises aus mit ferromagnetischem Material versetztem spritz- oder gießfähigem Kunststoff gebildet und integral mit dem Kunststoffmantel geformt sein. Grundsätzlich ist jedoch auch ein in die Magnetspule ragender Kernteil aus Metall denkbar.Advantageously, a core part of the ferromagnetic circuit that extends into the magnetic coil can also be made of injection-moldable or castable plastic mixed with ferromagnetic material and formed integrally with the plastic casing. In principle, however, a core part made of metal that extends into the magnetic coil is also conceivable.
Indem vorteilhafterweise auch der Anker des ferromagnetischen Kreises aus mit ferromagnetische!!! Material versetztem spritz- oder gießfähigem Kunststoff besteht, kann praktisch der gesamte ferromagnetische Kreis aus dem gleichen Material hergestellt werden, wodurch die Kosten der Elektromagneteinheit weiter gesenkt werden.By advantageously also making the armature of the ferromagnetic circuit out of injection-moldable or castable plastic mixed with ferromagnetic material, practically the entire ferromagnetic circuit can be made out of the same material, thereby further reducing the cost of the electromagnet unit.
Praktisch kann der ferromagnetische Kunststoff durch ein Kompositmaterial gebildet sein, das zweckmäßigerweise ein Gießharz oder einen Thermoplast sowie Weichmagnetpulver beispielsweise in Form von Eisenpulver oder Weichferritpulver enthält.In practice, the ferromagnetic plastic can be formed by a composite material which expediently contains a casting resin or a thermoplastic as well as soft magnetic powder, for example in the form of iron powder or soft ferrite powder.
Der mit ferromagnetischem Material versetzte Kunststoff ist vorzugsweise elektrisch nichtleitend, was bei einem Wechselstrommagneten unter anderem auch den Vorteil mit sich bringt, daß keine Wirbelströme entstehen.The plastic mixed with ferromagnetic material is preferably electrically non-conductive, which in the case of an alternating current magnet also has the advantage that no eddy currents are generated.
Zweckmäßigerweise besteht der gesamte Kunststoffmantel aus mit ferromagnetischem Material versetztem Kunststoff. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, daß der Kunststoffmantel nur in definierten, dem ferromagnetischen Kreis zugeordneten Bereichen mit ferromagnetischem Material versetzt ist und im übrigen aus magnetisch nichtleitendem Kunststoff besteht .The entire plastic casing is expediently made of plastic mixed with ferromagnetic material. In principle, however, it is also conceivable that the plastic casing is mixed with ferromagnetic material only in defined areas associated with the ferromagnetic circuit and otherwise consists of magnetically non-conductive plastic.
Die Erfindung ist sowohl bei Magnetventilen mit in die Magnetspule ragendem Anker als auch bei Magnetventilen mit außerhalb der Spule angeordnetem, beispielsweise in Form einer Wippe vorgesehenen Anker anwendbar. Darüber hinaus kann der jeweilige Magnet beispielsweise in Form eines Topfmagneten, eines ü-Magneten, eines &Egr;-Magneten oder dergleichen vorgesehen sein.The invention can be used both with solenoid valves with an armature extending into the solenoid coil and with solenoid valves with an armature arranged outside the coil, for example in the form of a rocker. In addition, the respective magnet can be provided, for example, in the form of a pot magnet, a ü magnet, an ε magnet or the like.
In den Unteransprüchen sind weitere AusführungsVarianten der Erfindung angegeben.Further embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird; in dieser zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of two embodiments and from the drawing to which reference is made; in which:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansieht eines aus einer Elektromagneteinheit und einem Ventilgehäuse zusammengesetzten Magnetventil,Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a solenoid valve composed of an electromagnet unit and a valve housing,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Elektromagneteinheit,Fig. 2 is a cross-sectional view of the electromagnet unit shown in Fig. 1,
Fig. 3 eine mit Fig. 1 vergleichbare schematische Längsschnittansicht eines Magnetventils mit einer abgewandelten Elektromagneteinheit, undFig. 3 is a schematic longitudinal sectional view comparable to Fig. 1 of a solenoid valve with a modified electromagnet unit, and
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der in Fig. 3 gezeigten Elektromagneteinheit.Fig. 4 is a cross-sectional view of the electromagnet unit shown in Fig. 3.
Die beiden in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Magnetventile enthalten jeweils zwei aneinandergefügte Baugruppen, nämlich ein Ventilgehäuse A mit wesentlichen Funktionsteilen des Ventils und eine Elektromagneteinheit B, die unter Bildung einer Kammer 16 an die offene Oberseite des Ventilgehäuses A angefügt und dicht mit dieser verbunden ist.The two solenoid valves shown in Figures 1 to 4 each contain two assemblies joined together, namely a valve housing A with essential functional parts of the valve and an electromagnet unit B, which is attached to the open top of the valve housing A to form a chamber 16 and is tightly connected to it.
In das Ventilgehäuse A erstrecken sich zwei Kanäle 18, 20, die über Abzweigungen jeweils in die Kammer 16 münden. Hierbei ragt der Kanal 20 über eine Düse 22 in das Innere der Kammer 16. Das freie Ende der Düse 22 bildet einen ringförmigen Dichtsitz 5, der in einer noch zu beschreibenden Weise mit einem gegenüberliegenden scheibenförmigen Dichtelement 2 4 zusammenwirkt.Two channels 18, 20 extend into the valve housing A, each of which opens into the chamber 16 via branches. The channel 20 projects into the interior of the chamber 16 via a nozzle 22. The free end of the nozzle 22 forms an annular sealing seat 5, which interacts with an opposite disk-shaped sealing element 24 in a manner to be described below.
Die Elektromagneteinheit B enthält eine Magnetspule 1 und einen ferromagnetischen Kreis 2, 7, 4 (vergleiche Figuren 1 und 2) bzw. 3, 8, 13 (vergleiche Figuren 3 und 4), der einen in die Magnetspule 1 ragenden Kernteil 2 bzw. 3, einen außerhalb der Magnetspule liegenden Polrückschlußteil 7 bzw. 8 und einen Anker 4 bzw. 13 umfaßt.The electromagnet unit B contains a magnetic coil 1 and a ferromagnetic circuit 2, 7, 4 (see Figures 1 and 2) or 3, 8, 13 (see Figures 3 and 4), which comprises a core part 2 or 3 projecting into the magnetic coil 1, a pole return part 7 or 8 located outside the magnetic coil and an armature 4 or 13.
Das mit dem Dichtsitz 5 zusammenwirkende scheibenförmige Dichtelement 24 ist am in die Kammer 16 ragenden unteren Ende des beweglichen Ankers 4 bzw. 13 vorgesehen.The disk-shaped sealing element 24, which interacts with the sealing seat 5, is provided at the lower end of the movable armature 4 or 13, which protrudes into the chamber 16.
Die Magnetspule 1 ist von einem Kunststoffmantel 11 bzw. 12 umgeben. Der Kunststoffmantel 11 bzw. 12 bildet gleichzeitig zumindest einen feststehenden Teil des ferromagnetischen Kreises 2, 1, 4 bzw. 3, 8, 13. Bei den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen besteht jeweils wenigstens der Polrückschlußteil 7 bzw. 8 aus mit ferromagnetischem Material versetztem Kunststoff. Dieser Polrückschlußteil 7 bzw. 8 erstreckt sich außerhalb der Magnetspule 1 zwischen dem in die Magnetspule 1 ragenden feststehenden Kernteil 2 bzw. 3 und dem beweglichen Anker 4 bzw. 13. Im vorliegenden Fall ist der gesamte Kunststoffmantel 11 bzw. 12 aus mit ferromagnetischem Material versetztem spritz- oder gießfähigen Kunststoff geformt. Grundsätzlich genügt es jedoch, wenn nur in den betreffenden Magnetkreisabschnitten ferromagnetisches Material in den Kunststoffmantel eingebunden ist. Mit dem Polrückschlußteil 7 bzw. 8 ist stets auch wenigstens ein außerhalb der Magnetspule 1 liegender feststehender Abschnitt des ferromagnetischen Kreises integral mit dem Kunststoffmantel 11 bzw. 12 geformt, der gleichzeitig einenThe magnetic coil 1 is surrounded by a plastic casing 11 or 12. The plastic casing 11 or 12 simultaneously forms at least a fixed part of the ferromagnetic circuit 2, 1, 4 or 3, 8, 13. In the two exemplary embodiments shown, at least the pole return part 7 or 8 consists of plastic mixed with ferromagnetic material. This pole return part 7 or 8 extends outside the magnetic coil 1 between the fixed core part 2 or 3 protruding into the magnetic coil 1 and the movable armature 4 or 13. In the present case, the entire plastic casing 11 or 12 is formed from injection-moldable or castable plastic mixed with ferromagnetic material. In principle, however, it is sufficient if ferromagnetic material is only incorporated into the plastic casing in the relevant magnetic circuit sections. With the pole return part 7 or 8, at least one fixed section of the ferromagnetic circuit located outside the magnet coil 1 is always formed integrally with the plastic casing 11 or 12, which at the same time forms a
Außenmantelabschnxtt bildet, d.h. die betreffende Schutzfunktion übernimmt. Durch den die Magnetspule 1 umgebenden Kunststoffmantel 11 bzw. 12 werden beispielsweise auch elektrische Kontakte 9 und diesen zugeordnete Befestigungselemente 10 fixiert und geschützt.The outer jacket section forms, i.e. it takes on the relevant protective function. The plastic jacket 11 or 12 surrounding the magnetic coil 1 also fixes and protects, for example, electrical contacts 9 and the fastening elements 10 associated with them.
Beim in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die in die Magnetspule 1 ragenden Teile, d. h. der feststehende Kernteil 2 und der bewegliche Anker 4 jeweils aus ferromagnetischem Metall. Der vorzugsweise durch den aus ferromagnetischem Material bestehenden Kunststoffmantel 11 fixierte Kernteil 2 erstreckt sich durch den oberen Mantelabschnitt hindurch nach außen.In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the parts that protrude into the magnetic coil 1, i.e. the fixed core part 2 and the movable armature 4, are each made of ferromagnetic metal. The core part 2, which is preferably fixed by the plastic casing 11 made of ferromagnetic material, extends outwards through the upper casing section.
Dagegen sind bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsvariante auch der in die Magnetspule 1 ragende feststehende Kernteil 3 und der bewegliche Anker 13 jeweils aus mit ferromagnetischem Material versetztem spritz- oder gießfähigen Kunststoff gebildet. Der feststehende Kernteil 3 ist zudem wieder integral mit dem ferromagnetischem Kunststoffmantel 12 geformt, durch den somit praktisch der gesamte feststehende Teil des ferromagnetisehen Kreises 3, 8, gebildet wird.In contrast, in the embodiment shown in Figures 3 and 4, the fixed core part 3 projecting into the magnetic coil 1 and the movable armature 13 are each made of injection-moldable or moldable plastic mixed with ferromagnetic material. The fixed core part 3 is also formed integrally with the ferromagnetic plastic casing 12, which thus forms practically the entire fixed part of the ferromagnetic circuit 3, 8.
Der ferromagnetische Kunststoff ist vorzugsweise durch ein Kompositmaterial gebildet, das ein Gießharz oder einen Thermoplast sowie Weichweichpulver enthält. Als Weichmagnetpulver kann dieses Kompositmaterial insbesondere Eisenpulver oder Weichferritpulver enthalten.The ferromagnetic plastic is preferably formed by a composite material that contains a casting resin or a thermoplastic as well as soft powder. This composite material can in particular contain iron powder or soft ferrite powder as soft magnetic powder.
Zudem ist der mit ferromagnetischem Material versetzte Kunststoff zweckmäßigerweise elektrisch nichtleitend, wodurch im Fall eines Wechselstrommagneten Wirbelströme verhindert werden.In addition, the plastic mixed with ferromagnetic material is advantageously electrically non-conductive, which prevents eddy currents in the case of an alternating current magnet.
Der Kunststoffmantel 11 bzw. 12 besteht bei beiden Ausführungsbeispielen jeweils insgesamt aus mit ferromagnetischem Material versetztem spritz- oder gießfähigen Kunststoff. EsThe plastic casing 11 or 12 in both embodiments consists entirely of injection-moldable or castable plastic mixed with ferromagnetic material.
ist jedoch auch denkbar, den Kunststoffmantel nur in den dem ferromagnetischen Kreis zugeordneten Bereichen in der beschriebenen Weise ferromagnetisch auszubilden.However, it is also conceivable to make the plastic jacket ferromagnetic in the manner described only in the areas assigned to the ferromagnetic circuit.
Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten AusführungsVariante sind überdies Bereiche 14 aus magnetisch nichtleitendem Kunststoff vorgesehen, durch die eine obere Kappe sowie ein den Anker 13 umgebender ringförmiger Bodenteil der Elektromagneteinheit B gebildet werden.In the embodiment shown in Figures 3 and 4, areas 14 made of magnetically non-conductive plastic are also provided, through which an upper cap and an annular base part of the electromagnet unit B surrounding the armature 13 are formed.
In der Kammer 16 ist eine Rückstellfeder 26 eingesetzt, die sich einerseits am Boden der Elektromagneteinheit B und andererseits an einem ankerfesten Anschlag 28 abstützt, um den Anker 4 bzw. 13 in eine Schaltstellung vorzubelasten, in der das scheibenförmige Dichtelement 24 gegen den Dichtsitz 5 gehalten ist. Wird nun die Magnetspule 1 erregt, so wird der Anker 4 bzw. 13 gegen den in die Magnetspule 1 ragenden Kernteil 2 bzw. 3 gezogen, wodurch das Dichtelement 24 vom Dichtsitz 5 abgehoben wird.A return spring 26 is inserted into the chamber 16, which is supported on the one hand on the base of the electromagnet unit B and on the other hand on an armature-fixed stop 28 in order to preload the armature 4 or 13 into a switching position in which the disk-shaped sealing element 24 is held against the sealing seat 5. If the magnetic coil 1 is now excited, the armature 4 or 13 is pulled against the core part 2 or 3 protruding into the magnetic coil 1, whereby the sealing element 24 is lifted off the sealing seat 5.
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