CN102089836B - 冲程磁铁装置和阀门装置 - Google Patents

Abstract

一种冲程磁铁装置，其中在极管中的磁性的不连续性借助于有效的材料厚度的减小构成，例如厚度的减小，特别是磁性有效的材料的壁厚，衔铁的正对磁极铁芯段的端面和在极管的内部设置在磁极铁芯段上的底分别设有轮廓，它们允许互相的轴向重叠。这在较小的加工费用下可以获得冲程磁铁的力-冲程-特性曲线的有利的影响。

Description

冲程磁铁装置和阀门装置

技术领域

本发明涉及一种冲程磁铁装置(Hubmagnetanordung)。本发明此外涉及一种阀门装置。

背景技术

此类的冲程磁铁装置在流体技术中经常应用作为用于操纵液压或者气动阀门的驱动器。

流体技术的操纵磁铁大多模块化地构造并且除了挺杆的通孔还具有一个液体密封的，衔铁在其中可运动地导向的极管。在极管上套上一个线圈体。线圈体利用螺母固定。在极管的磁极铁芯段和管段之间通常焊接一个由非磁性的材料制成的分离环。由此在极管中的磁力线从磁极铁芯段逾越到衔铁上。只有这样能够构造利用力线充满的工作气隙。

刚好对开关阀人们应用最可能简单构造的冲程磁铁。那么例如德国的申请人的专利申请Nr. 10 2008 030 748 说明了一种极管，它为了产生在磁极铁芯和管段之间必需的不连续性在过渡段的区域中具有一个减小的材料厚度。在这种情况下人们为了极管的更简单生产而将就通过过渡区域的磁性支流。该极管也称为车薄的极管，因为材料厚度的减小通常通过车实现。不过这造成一个（相比可利用的通过工作气隙传输的磁流）可观的支流。如果应用车薄的极管代替传统的极管，假设相同的线圈功率，则人们以冲程磁铁的力损失约10%为出发点。此外具有车薄的极管的冲程磁铁经常具有一个对阀门操纵非常不利的力-冲程-特性曲线，如在图2中所示的传统的冲程磁铁的特性曲线42。操纵力在衔铁即将贴靠在磁极铁芯上之前才显著上升。但是流体的阀门在较大的冲程范围上需要足够的操纵力。

发明内容

本发明的任务是提供一种改善的冲程磁铁装置，它特别是具有一个对阀门操纵合适的特性曲线。

该任务通过按本发明的冲程磁铁装置解决。冲程磁铁装置具有极管，它在轴向分成磁极铁芯段，过渡段和管段，其中过渡段比管段具有更小的有效材料厚度以产生在极管中的磁性的不连续性，并且具有在极管中可运动地导向的衔铁，所述衔铁的面对磁极铁芯段的端面以及在极管的内部设置在磁极铁芯段上的底分别具有轮廓，所述轮廓允许互相的轴向重叠，按本发明，所述轮廓中的一个具有圆锥或单级的或多级的盘，相应的另外轮廓具有与盘或者说圆锥在形状上对应的凹槽，所述磁极铁芯段从底面出发具有环形的凸缘段，过渡段以均匀的壁厚连接在它上面，并且凸缘段的轴向尺寸超过盘的轴向尺寸。按本发明的具有壳体的阀门装置在壳体内部的阀门孔中可运动地导向的阀芯，通过它可以调节流体连接的控制横截面，并且具有根据前面所述的冲程磁铁装置，它设置用于操纵阀芯。

本发明通常以此为基础，一种冲程磁铁装置，其中在极管中的磁性的不连续性借助于有效的材料厚度的减小构成，例如厚度的，特别是磁性作用的材料的壁厚的减小，衔铁的对着磁极铁芯段的端面和在极管的内部设置在磁极铁芯段上的底分别设有一个轮廓，它们允许互相的轴向重叠。这在较小的加工费用下可以有利地影响冲程磁铁的力-冲程-特性曲线。

特别优选的是一种这样的设计方案，在该方案中在极管的磁极铁芯段和管段之间的过渡段具有减小的壁厚。此外在衔铁上借助于突出的盘构成一个台阶。在磁极铁芯段上的底同样通过圆柱形的凹槽形成台阶。衔铁的盘可以容纳在凹槽中，意义在于，盘的至少一段在衔铁贴靠在底上时沉入凹槽中。

以这种方式可以这样构造冲程磁铁装置的力-冲程-特性曲线，即在可以在特性曲线的更大的范围内提供足够的操纵力。磁力线通过根据本发明的装置方式更强烈地集中在衔铁和磁极铁芯段的底之间的区域中。在衔铁从它的磁极铁芯侧的终点位置到盘沉入凹槽中的路程上由此提供高的操纵力。操纵力在此在盘即将沉入凹槽之前明显上升。在沉入后操纵力下降。在衔铁冲程直到贴靠到底上的剩余的路程上提供一个和缓的操纵力。通过在最后的冲程段上的减小的操纵力也减小了极管的和或许在衔铁和磁极铁芯段之间存在的防粘垫片的机械负荷。此外实现了更好的关闭时间。

借助于根据本发明的冲程磁铁装置可以可靠地触发或者说转换大多在阀芯的打开过程的开始已经需要高的操纵力的阀门。通过在冲程的远离磁极铁芯的段已经存在的高的操纵力可以使用相对弱地确定尺寸的线圈。用于操纵的电流需求相对传统的冲程磁铁减小。此外现在可以提供一种冲程磁铁装置，它在应用车薄的极管的情况下也具有一个准确定义的，尽可能与制造造成的公差无关的特性曲线。在本申请中为了简便起见应用了车薄的极管的概念。不过该概念应该一般涉及具有在磁极铁芯和管段之间的过渡段中具有减小的壁厚的极管的冲程磁铁装置。减小的壁厚不仅可以通过车，而且可以通过其它的工艺产生。例如是滚压、旋转锻造、棒形半成品的拉伸或者由非磁性的材料制成的环的造型，如在已经提及的申请人的德国的专利申请10 2008 030 748中说明的。所有这些拥有减小过渡段中的壁厚的方法应该通过概念“车薄的极管”包含。

该任务同样通过一种装备有这种冲程磁铁装置的阀门装置解决。通过轮廓，特别是盘的长度和或许在磁极铁芯段上的凸缘的长度的协调可以将冲程磁铁装置的力-冲程-特性曲线最优地匹配阀门装置的操纵力要求。

本发明有利的设计方案在申请文本的上下文中给出。

所述的轮廓可以具有不同的形状。合适的例如是盘形的，环形的，锥形的和拱形的隆起。它们不必一定构造成与衔铁的运动轴线同心，不过同心的形状简化了制造。相应的对应轮廓优选具有几何尺寸对应的凹槽。

如上所述优选地磁极铁芯段，过渡段和管段一体地由一种可磁化的材料构成。这允许极管的特别成本经济的制造。如果过渡段具有一个在极管的外表面中的径向槽，制造可以特别简单地设计。从径向槽到磁极铁芯段或者说从径向槽到管段的过渡是被倒圆的，以预防裂缝形成。

盘可以比磁极铁芯的凸缘段构造得短一些。由此可以利用较小的通过凸缘段产生的在特性曲线的远离磁极铁芯的段中的力提高。

根据本发明的一种优选的设计方案，在盘和凹槽之间的径向间隙这样确定尺寸，即衔铁的运动在配属于磁极铁芯段的终点位置中流体衰减。由此减小了极管的以及或许置入在衔铁和磁极铁芯段之间的防粘垫片的机械负荷。

根据本发明的一种特别优选的设计方案，衔铁的第一位置(在该位置处衔铁的端面位于过渡段的磁极铁芯段侧的端部对面)和/或衔铁的第二位置(在该位置处衔铁的盘的端面位于磁极铁芯段的底的对面)对应一个在打开过程中作用在阀芯上的流动力的期望的力轮廓布置。

优选衔铁的第二位置对应一个接近完全打开的控制横截面。在这个位置减小在阀芯上的流量决定的回复力。从盘沉入到凹槽中开始减小的操纵力还足够完全接通阀门。

附图说明

接下来本发明和它的优点参考在图中示出的实施例详细说明。

图1示出了根据本发明的冲程磁铁装置，它具有一个固定在阀门壳体上的极管，具有一个装在极管上的线圈体并且具有一个包围线圈体的壳体，

图2示出了通过在图1中示出的冲程磁铁装置的极管的截面，以及

图3相比于传统的冲程磁铁的力-冲程-特性曲线示出了根据本发明的冲程磁铁装置的力-冲程-特性曲线。

具体实施方式

图1示出了冲程磁铁1的典型的装置，如它被用于操纵流体技术的开关阀。冲程磁铁1的极管5在阀门壳体3上拧入阀门孔中。在极管5上套装一个励磁线圈7。励磁线圈7借助于螺母9固定在极管5上。极管5在过渡段14在它的外径方面收缩。

图2对根据本发明的极管5和在它里面导向的衔铁的装置加以说明。极管体11由铁磁性的钢，例如由棒状物通过切削加工准备到所示的形状。

极管体11轴向划分成磁极铁芯12、过渡段14和管段16。极管体11的总体上套管状的形状允许衔铁20插入中心孔18中。孔18在它的背离极段12的端部在管段16的开口处以后设有闭锁件（也称为冲程限位部（未未出）），它同时带有用于固定螺母9的螺纹。

从磁极铁芯12突出一个环锥形的凸缘22。它通过倒圆24过渡到过渡段14。相比磁极铁芯12和管段16，极管5的外圆周面在过渡段14处通过一个径向槽收缩。过渡段14通过另一个倒圆24和一个倾斜的外圆锥面过渡到管段16。

衔铁20轴向可滑动地支承在孔18中。在衔铁20和磁极铁芯12之间的工作气隙中插入一个防粘垫片26。

衔铁20在它的面对磁极铁芯12的端面上通过一个台阶形成轮廓：从环形构造的端面28伸出一个圆柱形的盘30。

在孔18的底32中存在一个凹槽34，它与盘30几何尺寸上协调。这意味着，盘30可以沉入凹槽34中。盘30的轴向延伸以及它的径向延伸关于希望的特性曲线形状选择，如后面还要说明的。凹槽34的深度这样选择，即当衔铁20处于它的磁极铁芯侧的终点位置时，在考虑防粘垫片26的情况下在凹槽34的底和盘30的端面之间还要存在间隙。

图3相比于传统的冲程磁铁装置的力-冲程-特性曲线42示出了根据本发明的冲程磁铁装置1的力-冲程-特性曲线40，它尽管具有车薄的极管，不过不具有磁极铁芯侧的衔铁端面或者说孔18在磁极铁芯12上的底的轮廓。

对于根据本发明的冲程磁铁装置1可以，如特性曲线40相对特性曲线42所示，实现操作力在冲程过程的早期段40a中的加强的上升。在此衔铁20还具有一个较大的到磁极铁芯12的距离。衔铁端面和磁极铁芯12的底的轮廓，即盘30和凹槽34，还没有处在轴向重叠。

特性曲线40在衔铁20进一步接近磁极铁芯12时继续陡峭地上升，以在段40b中形成一个高原。段40b对应衔铁20的一个位置，在该位置中盘30几乎在底32之前，即还没有沉入凹槽34中。

随着轴向重叠的形成，在本例中在盘30沉入凹槽34中时，特性曲线40在段40c中接着下降。在衔铁20贴靠到磁极铁芯12上时最终特性曲线40适度上升并且以保持力40d结束，不过其不再超过在段40b达到的高原。

环锥形的凸缘22对特性曲线40的影响以及同样对特性曲线42的影响是微小的。在冲程范围44中总是能够识别出一个最小的在特性曲线42中的隆起。通过衔铁20和磁极铁芯12上的底的轮廓实现的在特性曲线40中的特性曲线提升远远超过了环锥形的凸缘22的影响。

通过盘30的轴向延伸的匹配可以改变特性曲线40的高原段40b的位置。盘30的径向延伸和在盘30和凹槽34之间的径向间隙的大小在高原的高度或者说在特性曲线40相对特性曲线42的特性曲线提升的不同程度的显现上有影响。在衔铁20在磁极铁芯12处的终点位置保留的到凹槽34的底的气隙在保持力40d上有影响。通过特别是所述的衔铁轮廓和底轮廓的匹配使特性曲线40这样向流体阀的操纵力特性曲线协调，从而需要高的操纵力的区域，例如从在阀中的流体路径的打开的开始直到它完全打开，大约与高原40b取得一致。那么特别是可以可靠地克服在阀的关闭方向作用的流动力并且阀芯从每个操纵状态被转换。

特别是在比例阀时，其中阀芯的位置通过对抗弹簧作用的由冲程磁铁1提供的操纵力控制，在区域40c中下降的特性曲线40是有利的。在那里产生一个在位置轴上非常狭窄的在弹簧特性曲线和力-冲程-特性曲线40之间的接头区域(Schnittbereich)。希望的阀芯的位置可以由此非常精确地并且以少的离散通过冲程磁铁1的通电触发。

本发明普遍涉及，对一个冲程磁铁，其中极管中的磁性的不连续性借助于有效的材料厚度的减小构成，例如厚度，特别是磁性作用的材料的壁厚的减小，衔铁的面对磁极铁芯段的端面和一个在极管的内部设置在磁极铁芯段上的底分别设有一个轮廓，它允许相对的轴向重叠。这在较小的加工费用的情况下可实现对冲程磁铁的力-冲程-特性曲线的一个有利的影响。

附图标记列表

1      冲程磁铁

3      阀门壳体

5      极管

7      励磁线圈

9      螺母

11     极管体

12     磁极铁芯

14     过渡段

16     管段

18     孔

20     衔铁

22     凸缘

24     倒圆

26     防粘垫片

28     环形端面

30     盘

32     底

34     凹槽

40     力-冲程-特性曲线

40a    特性曲线段

40b    特性曲线段

40c    特性曲线段

40d    保持力

42     力-冲程-特性曲线

44    冲程范围

Claims (9)

1.冲程磁铁装置，具有极管（5），它在轴向分成磁极铁芯段（12），过渡段（14）和管段（16），其中过渡段（14）比管段（16）具有更小的有效材料厚度以产生在极管中的磁性的不连续性，并且具有在极管中可运动地导向的衔铁（20），所述衔铁（20）的面对磁极铁芯段（12）的端面以及在极管（5）的内部设置在磁极铁芯段（12）上的底（32、34）分别具有轮廓，所述轮廓允许互相的轴向重叠，其特征在于，所述轮廓中的一个具有圆锥或单级的或多级的盘（30），相应的另外轮廓具有与盘（30）或者说圆锥在形状上对应的凹槽（34），所述磁极铁芯段（12）从底面出发具有环形的凸缘段（22），过渡段（14）以均匀的壁厚连接在它上面，并且凸缘段（22）的轴向尺寸超过盘（30）的轴向尺寸。

2.根据权利要求1所述的冲程磁铁装置，其特征在于，所述磁极铁芯段（12），过渡段（14）和管段（16）一体地由可磁化的材料构成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的冲程磁铁装置，其特征在于，所述过渡段（14）具有在极管（5）的外表面中的径向槽。

4.根据权利要求3所述的冲程磁铁装置，其特征在于，从径向槽到磁极铁芯段（12）或者说从径向槽到管段（16）的过渡是被倒圆的。

5.根据权利要求1所述的冲程磁铁装置，其特征在于，确定在盘（30）和凹槽（34）之间的径向间隙的尺寸，从而衔铁（20）的运动在配属于磁极铁芯段（12）的终点位置中流体衰减。

6.根据权利要求1所述的冲程磁铁装置，其特征在于，所述凸缘段（22）是环锥形的。

7.具有壳体（3）的阀门装置，具有在壳体（3）内部的阀门孔中可运动地导向的阀芯，通过它可以调节流体连接的控制横截面，并且具有根据权利要求1至6中任意一项所述的冲程磁铁装置（1），它设置用于操纵阀芯。

8.根据权利要求7所述的阀门装置，其特征在于，衔铁（20）的第一位置，在该位置处衔铁（20）的端面（28）位于过渡段（14）的磁极铁芯段侧的端部对面，和/或衔铁（20）的第二位置，在该位置处衔铁（20）的盘（30）的端面位于磁极铁芯段（12）的底面（32）的对面，对应在打开过程中作用在阀芯上的流动力的期望的力轮廓布置。

9.根据权利要求8所述的阀门装置，其特征在于，所述衔铁（20）的第二位置对应接近完全打开的控制横截面。