DE102011102128A1

DE102011102128A1 - Electromagnetic actuator

Info

Publication number: DE102011102128A1
Application number: DE201110102128
Authority: DE
Inventors: Heinz Jacobus; Maurizio Spina
Original assignee: Hydac Electronic GmbH
Current assignee: Hydac Electronic GmbH
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-22
Also published as: EP2525372A1

Abstract

Eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventileinrichtungen wie Pneumatikventile, mit einer innerhalb eines Gehäuses (1) befindlichen Stromspuleneinrichtung, die einen Ankerraum (7) für einen darin bewegbaren Anker (27) umgibt, wobei die Stromspuleneinrichtung einen Spulenkörper (5) mit einen Wickelraum (13) axial begrenzenden Spulenkörperflanschen (9, 11) aufweist, die zur Bildung einer Abdichtung zwischen dem Ankerraum (7) und einem aus dem Gehäuse (1) herausführenden Stromanschluss (23) vom Material des Gehäuses (1) umgeben sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Spulenkörperflansche (9, 11) und/oder das daran angrenzende Gehäuse (1) zwecks Erhalt einer verbesserten Abdichtung Mittel zur Verlängerung des Kriechweges zwischen Ankerraum (7) und Stromanschluss (23) für im Ankerraum (7) befindliche Medien aufweist.An electromagnetic actuating device, in particular for valve devices such as pneumatic valves, with a current coil device located within a housing (1) which surrounds an armature space (7) for an armature (27) that can be moved therein, the current coil device comprising a coil body (5) with a winding space (13 ) axially delimiting bobbin flanges (9, 11) which are surrounded by the material of the housing (1) to form a seal between the armature space (7) and a power connection (23) leading out of the housing (1), is characterized in that at least one of the bobbin flanges (9, 11) and / or the housing (1) adjoining it has means for extending the creepage distance between the armature space (7) and the power connection (23) for media located in the armature space (7) in order to obtain an improved seal.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Ventileinrichtungen wie Pneumatikventile, mit einer innerhalb eines Gehäuses befindlichen Stromspuleneinrichtung, die einen Ankerraum für einen darin bewegbaren Anker umgibt, wobei die Stromspuleneinrichtung einen Spulenkörper mit einen Wickelraum axial begrenzenden Spulenkörperflanschen aufweist, die zur Bildung einer Abdichtung zwischen dem Ankerraum und einem aus dem Gehäuse herausführenden Stromanschluss vom Material des Gehäuses umgeben sind.The invention relates to an electromagnetic actuator, in particular for valve devices such as pneumatic valves, located within a housing with a current coil means surrounding an armature space for a movable armature therein, wherein the current coil means comprises a bobbin with a winding space axially delimiting bobbin flanges, which form a seal between the armature space and a leading out of the housing power connector are surrounded by the material of the housing.

Betätigungsvorrichtungen dieser Art sind Stand der Technik. Wenn derartige Betätigungsvorrichtungen für pneumatische Ventilanwendungen eingesetzt werden, beispielsweise für die elektrische Betätigung von Schubumluftventilen, ist der Ankerraum im Betrieb mit unter dem Betriebsdruck stehender Druckluft belastet. Für die Betriebssicherheit, insbesondere im Langzeitbetrieb, sind an die Abdichtung, welche durch das an den Spulenkörperflanschen anliegende Gehäusematerial gebildet ist, hohe Anforderungen zu stellen. Hierfür muss ein Kriechen der Luft entlang der Grenz- oder Dichtflächen weitestgehend vermieden werden. Durch das Kriechen verursachte Leckage verursacht nicht nur einen Druckabfall im System, sondern kann über lange Zeit auch zum Ausfall der Funktion führen. In der im Ankerraum befindlichen Luft können korrosive Medien und/oder Wasseranteile enthalten sein, wodurch die Kontaktierung am Stromanschluss oder die Wicklung im Wickelraum beschädigt werden können, so dass die Stromspule nicht mehr ansteuerbar ist.Actuators of this type are known in the art. When such actuators are used for pneumatic valve applications, for example, for the electrical actuation of diverter valves, the armature space is loaded during operation with standing under the operating pressure of compressed air. For the reliability, especially in long-term operation, high demands are placed on the seal, which is formed by the voltage applied to the bobbin flanges housing material. For this purpose, a creeping of the air along the boundary or sealing surfaces must be largely avoided. Leakage caused by the creep not only causes a pressure drop in the system, but can also lead to the failure of the function for a long time. Corrosive media and / or water components may be contained in the air in the armature space, as a result of which the contact on the power connection or the winding in the winding space may be damaged so that the current coil can no longer be activated.

Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung der betrachteten Art zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine verbesserte Abdichtung und dadurch erhöhte Betriebssicherheit auszeichnet.In view of this problem, the invention has the object to provide an electromagnetic actuator of the type considered available, which is characterized by an improved seal and thereby increased reliability.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.According to the invention this object is achieved by an electromagnetic actuator having the features of claim 1 in its entirety.

Dementsprechend sieht die Erfindung an zumindest einem Spulenkörperflansch Mittel zur Verlängerung des Kriechweges für im Ankerraum befindliche Medien wie, im Falle von Pneumatikanwendungen, von Druckluft vor. Die Verlängerung des vom abzudichtenden Medium zurückzulegenden Kriechweges führt unmittelbar zu einer Verringerung des Durchsatzes und dadurch zu einer wesentlichen Verringerung leckagebedingter Beeinträchtigungen.Accordingly, the invention provides at least one bobbin flange means for extending the creepage distance for located in the armature space media such as, in the case of pneumatic applications, of compressed air. The extension of the distance traveled by the medium to be sealed creepage path leads directly to a reduction in throughput and thereby to a significant reduction in leakage-related impairments.

In besonders vorteilhafter Weise kann als Mittel zur Verlängerung des Kriechweges zumindest ein Spulenkörperflansch eine die Grenzfläche zwischen sich und dem Material des Gehäuses vergrößernde Oberflächengestalt besitzen.In a particularly advantageous manner, as means for lengthening the creepage path, at least one bobbin flange may have a surface shape which enlarges the interface between itself and the material of the housing.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen kann zu diesem Zweck am jeweils betreffenden Spulenkörper, bezogen auf die Achse des Ankerraums, mindestens ein axial vorstehender Ringwulst als die Grenzfläche vergrößernde Oberflächengestalt gebildet sein, so dass eine vom kriechenden Medium zu übersteigende, axial vorstehende Barriere gebildet ist.In particularly preferred embodiments, at least one axially projecting annular bead can be formed as the interface surface-increasing surface shape, so that a creeping medium to be exceeded, axially projecting barrier is formed on each coil body concerned, relative to the axis of the armature space.

Eine weitere wesentliche Verringerung des Kriechweges ist bei derartigen Ausführungsbeispielen dadurch erreichbar, dass der Ringwulst mindestens eine eine Hinterschneidung bildende, radial nach innen gerichtete Vertiefung aufweist, so dass ein durch Stufen verlängerter Kriechweg gebildet ist.A further substantial reduction of the creepage distance is achievable in such embodiments in that the annular bead has at least one radially inwardly-directed indentation forming an undercut, so that an elongated creepage distance is formed.

Mit besonderem Vorteil kann hierbei die Anordnung so getroffen sein, dass die jeweiligen Vertiefungen durch spitze Ränder begrenzt sind. Solche Spitzen können beim Umpressen mit dem Material des Gehäuses abschmelzen und dabei eine stoffliche Verbindung zwischen Spulenkörper und Gehäuse bilden, wodurch eine besonders effektive Barriere für das kriechende Medium (Luft) entsteht.With particular advantage, the arrangement may be made such that the respective depressions are limited by sharp edges. Such tips can melt when pressed with the material of the housing and thereby form a material connection between bobbin and housing, creating a particularly effective barrier for the creeping medium (air) is formed.

Weiterhin kann zumindest ein Spulenkörperflansch an seinem radial außenliegenden Rand eine Außenkontur mit Spitzen und Vertiefungen aufweisen, so dass auch an radial außenliegenden Randbereichen des Spulenkörpers verlängerte Kriechwege gebildet sind.Furthermore, at least one bobbin flange at its radially outer edge having an outer contour with peaks and depressions, so that even at radially outer edge regions of the bobbin elongated creepage paths are formed.

Als Werkstoff für das Gehäuse kann ein hochtemperaturfestes Kunststoffmaterial, wie PA6, vorgesehen sein. Ein derartiger Werkstoff eignet sich in besonderer Weise für eine effektive Abdichtung durch Umspritzen der Spulenkörperflansche.As a material for the housing, a high temperature resistant plastic material, such as PA6, may be provided. Such a material is particularly suitable for effective sealing by encapsulation of the bobbin flanges.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention is explained in detail below with reference to the drawing. Show it:

1 einen schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wobei der zugehörige Magnetanker nicht eingezeichnete ist, und 1 a schematically simplified drawn longitudinal section of an electromagnetic actuator according to the prior art, wherein the associated armature is not drawn, and

2 einen entsprechenden Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, jedoch mit im Ankerraum befindlichem Magnetanker. 2 a corresponding longitudinal section of an embodiment of the actuating device according to the invention, but with located in the armature space magnet armature.

Die in 1 gezeigte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung des Standes der Technik weist ein Kunststoffgehäuse 1 auf, das bis auf das in 1 untere Ende 3 geschlossen ist. An diesem offenen Ende 3 ist das Gehäuse 1 mit einer durch Schaltbewegungen des Magnetankers, der in 1 nicht eingezeichnet ist, betätigbaren Einrichtung verbunden, beispielsweise einem nicht dargestellten Pneumatikventil, etwa in Form eines Schubumluftventils. In der bei derartigen Vorrichtungen üblichen Weise umgibt das Gehäuse 1 eine Stromspuleneinrichtung, deren Spulenkörper 5 einen Ankerraum 7 für den darin axial bewegbaren Magnetanker umgibt, der in 1 nicht dargestellt ist. Mit oberem Spulenkörperflansch 9 und unterem Spulenkörperflansch 11 bildet der Spulenkörper 5 die axiale Einfassung für einen dazwischenliegenden Wickelraum 13. Zusammen mit einem am geschlossenen Ende des Ankerraums 7 befindlichen Polkern 15, einer oberen Polplatte 17, einer unteren Polplatte 19 sowie mit einen Magnetfluss zwischen den Polplatten 17, 19 bewirkenden Magnetmantelteilen 21 bildet die Stromspuleneinrichtung ein elektromagnetisches System, das bei Bestromen über einen am Gehäuse 1 seitlich angeformten Stromanschluss 23 eine den (nicht gezeigten) Anker an den Polkern 15 anziehende Magnetkraft erzeugt.In the 1 The prior art electromagnetic actuator shown has a plastic housing 1 on, except for the in 1 lower end 3 closed is. At this open end 3 is the case 1 with a by switching movements of the armature, in 1 not shown, operable device connected, for example, a pneumatic valve, not shown, for example in the form of a diverter valve. In the usual way in such devices, the housing surrounds 1 a current coil means, the bobbin 5 an anchor room 7 for the axially movable therein magnet armature surrounds in 1 not shown. With upper bobbin flange 9 and lower bobbin flange 11 forms the bobbin 5 the axial enclosure for an intermediate winding space 13 , Together with one at the closed end of the anchorage 7 located pole core 15 , an upper pole plate 17 , a lower pole plate 19 and with a magnetic flux between the pole plates 17 . 19 causing magnetic shell parts 21 the current coil means forms an electromagnetic system, which when energized on one of the housing 1 laterally molded power connection 23 an anchor (not shown) on the pole core 15 attracting magnetic force generated.

Wenn derartige Betätigungsvorrichtungen für einen Einsatz bei Pneumatikanwendungen vorgesehen sind, beispielsweise für die elektrische Betätigung von Schubumluftventilen, befindet sich im Ankerraum 7 Druckluft mit einem dem Systemdruck entsprechenden Druckniveau. Der Ankerraum 7 ist gegenüber dem aus dem Gehäuse 1 herausführenden Stromanschluss 23 durch Anlage des Materials des Gehäuses 1 an den Spulenkörperflanschen 9 und 11 abgedichtet. Wie in 1 mit dick eingezeichneten, strichpunktierten Linien verdeutlicht, bietet diese Abdichtung keine zufriedenstellende Sicherheit gegen Leckage, weil über die mit den Linien 25 angedeuteten Kriechwege entlang der Grenzflächen zwischen Spulenkörperflanschen 9, 11 und anliegenden Gehäuseteilen Kriechvorgänge stattfinden können, über die im Ankerraum 7 befindliche Druckmedien (Druckluft) zu dem aus dem Gehäuse 1 herausführenden Stromanschluss 23 gelangen können. In den austretenden Medien enthaltene aggressive oder korrosive Stoffe oder Feuchtigkeitsanteile können zu Beeinträchtigungen der Kontaktierung und/oder Isolation führen und Funktionsstörungen oder Funktionsausfälle verursachen.If such actuators are intended for use in pneumatic applications, for example, for the electrical actuation of diverter valves, located in the armature space 7 Compressed air at a pressure level corresponding to the system pressure. The anchor room 7 is opposite of the housing 1 leading out power connection 23 by conditioning the material of the housing 1 on the bobbin flanges 9 and 11 sealed. As in 1 illustrated with thick dash-dotted lines, this seal provides no satisfactory security against leakage, because of the with the lines 25 indicated creepage paths along the interfaces between bobbin flanges 9 . 11 and adjacent housing parts creeping operations can take place over in the armature space 7 located pressure media (compressed air) to the out of the housing 1 leading out power connection 23 can reach. Aggressive or corrosive substances or moisture components contained in the escaping media can impair the contact and / or insulation and cause malfunctions or malfunctions.

Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung dieser Gattung, wobei für übereinstimmende Bauelemente die gleichen Bezugszahlen wie in 1 benutzt sind. Anders als in 1 ist in 2 ein im Ankerraum 7 bewegbar geführter Magnetanker 27 eingezeichnet. Wenn derartige Betätigungsvorrichtungen ohne Hubbegrenzung der Einfahrbewegung des Ankers 27 betrieben werden, schlägt der Anker 27 bei den Schaltvorgängen an der Polfläche des Polkerns 15 an. Für die sichere Funktion der Vorrichtung ist es ausschlaggebend, dass sich der Anker 27 bei Beendigung der Bestromung unter Einfluss einer an ihm wirkenden Rückstellkraft sicher von der Polfläche abhebt. Um die Gefahr eines Anhaftens oder Anklebens an die Polfläche zu vermeiden, beispielsweise aufgrund von magnetischer Remanenz, ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung an der Polfläche des Polkerns 15 eine Antiklebscheibe 29 aus einem magnetisch nicht leitenden Material vorgesehen. Diese Scheibe 29 ist beim gezeigten Beispiel durch eine an den Polkern 15 angespritzte Scheibe aus dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 1 gebildet. Zu diesem Zweck weist der Polkern 15 einen koaxialen Durchgang 31 auf, der es ermöglicht, die Antiklebscheibe 29 beim Spritzvorgang des Gehäuses 1 aus diesem Kunststoffmaterial an die Polfläche des Polkerns anzuspritzen, wobei die Antiklebscheibe 29 in Form einer Ringscheibe den im Durchgang 31 gebildeten Kunststoffstiel 33 umgibt. Dabei wird auch ein aus der Scheibe 29 koaxial vorspringender Zentrierdorn 35 für eine nicht dargestellte Druckfeder gebildet, die für den Anker 27 eine Rückstellkraft zur Verfügung stellt. Diese (nicht gezeigte) Druckfeder ist in einer Federkammer 37 des Ankers 27 aufgenommen, der in 2 in seiner dem bestromten Zustand der Stromspuleneinrichtung entsprechenden Endposition dargestellt ist.The 2 shows an embodiment of an actuator according to the invention of this type, wherein for the same components the same reference numerals as in 1 are used. Unlike in 1 is in 2 one in the anchor room 7 movably guided magnet armature 27 located. If such actuators without Hubbegrenzung the retraction of the armature 27 be operated, the anchor suggests 27 in the switching operations on the pole face of the pole core 15 at. For the safe functioning of the device, it is crucial that the anchor 27 at the end of the energization under the influence of acting on him restoring force safely lifts off the pole face. In order to avoid the risk of sticking or sticking to the pole face, for example due to magnetic remanence, is in the in 2 shown embodiment of the invention on the pole face of the pole core 15 an anti-stick lens 29 provided of a magnetically non-conductive material. This disc 29 is in the example shown by a to the pole core 15 molded disc made of the plastic material of the housing 1 educated. For this purpose, the pole core 15 a coaxial passage 31 on, which makes it possible, the anti-slug 29 during the injection process of the housing 1 to inject from this plastic material to the pole face of the pole core, wherein the anti-stick disc 29 in the form of an annular disc in the passage 31 formed plastic stem 33 surrounds. It is also a from the disc 29 coaxially projecting centering mandrel 35 formed for a compression spring, not shown, for the anchor 27 provides a restoring force. This (not shown) compression spring is in a spring chamber 37 of the anchor 27 recorded in the 2 is shown in its current state of the current coil device corresponding end position.

Wie in 2 mit den die Kriechwege verdeutlichenden, dick gezeichneten, strichpunktierten Linien 25 kenntlich gemacht ist, sieht die Erfindung zur Verbesserung der Abdichtung für die Spulenkörperflansche 9 und 11 spezielle Oberflächengestaltungen vor, die zu einer Verlängerung der Kriechwege (Linien 25) führen. An dem in 2 oben gelegenen Spulenkörperflansch 9 ist hierfür ein axial vorstehender Ringwulst 39 ausgebildet, der eine radial nach innen gerichtete Vertiefung 41 besitzt, die die Form einer Ringnut V-förmigen Querschnitts aufweist und durch einen spitzen Rand 43 begrenzt ist. Zusätzlich sind beide Spulenkörperflansche 9 und 11 an ihrem radial außenliegenden Rand mit einer Außenkontur 45 versehen, die ebenfalls Spitzen und Vertiefungen bildet. Für das an die Spulenkörperflansche 9, 11 angespritzte Kunststoffmaterial ergibt sich somit eine eine Art Verzahnung bildende Grenzfläche. Dies führt nicht nur zu einer Verlängerung der entlang der Grenzfläche verlaufenden Kriechwege, die das betreffende Medium für eine Leckage zurückzulegen hat, sondern die gebildeten Spitzen können beim Umspritzen an- oder abschmelzen und eine stoffliche Verbindung zwischen Gehäusematerial und Spulenkörper und damit eine Barriere für kriechende Medien bilden.As in 2 with the creepage paths clarifying, thick drawn, dot-dash lines 25 indicated, the invention provides for improving the seal for the bobbin flanges 9 and 11 special surface designs that lead to an extension of the creepage paths (lines 25 ) to lead. At the in 2 overhead bobbin flange 9 this is an axially projecting annular bead 39 formed, which has a radially inwardly directed recess 41 has, which has the shape of an annular groove V-shaped cross-section and by a pointed edge 43 is limited. In addition, both bobbin flanges 9 and 11 at its radially outer edge with an outer contour 45 provided, which also forms peaks and valleys. For that on the bobbin flanges 9 . 11 molded plastic material thus results in a kind of toothing forming interface. This not only leads to an extension of the creepage paths running along the interface, which the medium in question has to cover for a leak, but the tips formed can melt or melt during encapsulation and a material connection between the housing material and bobbin and thus a barrier to creeping media form.

Claims

Electromagnetic actuator, in particular for valve devices, such as Pneumatic valves, with one inside a housing ( 1 ), which has an armature space ( 7 ) for a movable armature ( 27 ), wherein the current coil means a bobbin ( 5 ) with a changing room ( 13 ) axially delimiting bobbin flanges ( 9 . 11 ), which is used to form a seal between the armature space ( 7 ) and one out of the housing ( 1 ) leading out power connection ( 23 ) of the material of the housing ( 1 ), characterized in that at least one of the bobbin flanges ( 9 . 11 ) and / or the adjacent housing ( 1 ) for obtaining an improved seal means for extending the creepage distance between armature space ( 7 ) and power connection ( 23 ) for in the anchor space ( 7 ) located media.

Actuating device according to claim 1, characterized in that as means for extending the creepage distance at least one bobbin flange ( 9 . 11 ) one the interface between itself and the material of the housing ( 1 ) enlarging surface shape ( 39 . 45 ) owns.

Actuating device according to claim 1 or 2, characterized in that on the bobbin flange ( 9 . 11 ), relative to the axis of the armature space ( 7 ), at least one axially projecting annular bead ( 39 ) is formed as the interface-increasing surface shape.

Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that the annular bead ( 39 ) at least one undercut forming, radially inwardly directed recess ( 41 ) having.

Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that the respective recess ( 41 ) by a pointed edge ( 43 ) is limited.

Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one bobbin flange ( 9 . 11 ) on the radially outer edge of an outer contour ( 45 ) with peaks and valleys.

Actuating device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 1 ) is formed of a plastic such as PA6.