DE10121770A1 - Elektromagnetische Stelleinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektromagnetische Stelleinrichtung (1) für ein hydraulisches Steuerventil mit einem Gehäuse (14, 15, 32), das in einem Druckrohr (2) einen Anker eines Elektromagneten aufweist, beschrieben. Weiter ist ein den Hub des Ankers erfassendes Wegmeßsystem (6) vorgesehen. Das Druckrohr (2) weist an seinem einen Ende ein Zentralgewinde (3) zur Befestigung am Steuerventil auf und besteht aus einem Ankerrohr (7) und einem damit dicht und fest verbundenen Sensorrohr (8). Das Ankerrohr (7) nimmt den Anker auf und trägt eine Magnetspule (5). Das Sensorrohr (8) weist eine Sensorspule (21) zur Wegerfassung auf. Darüber hinaus sind Befestigungsmittel für die auf das Druckrohr (2) aufgesattelten Bauelemente vorgesehen. Im Bereich des dem Sensorrohr (8) zugewandten Endes des Ankerrohres (7) ist ein mit dem Ankerrohr (7) fest verbundener und dieses überragender Bund (13) zum Halten der auf dem Ankerrohr angeordneten Bauteile vorgesehen (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellein­ richtung nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 nä­ her definierten Art.

Aus der EP 0 278 227 B1 ist ein Proportionalmagnet mit Weg­ meßsystem bekannt, bei dem in einem Gehäuse ein als Anker­ rohr und Sensorrohr gebildetes Druckrohr eingebaut ist. Bei diesem Proportionalmagnet werden eine Magnetspule und eine Sensorspule von entgegengesetzten Stirnseiten her in das Gehäuse eingebaut. Zum Befestigen des Proportionalmagneten an einem Steuerventil sind vier Längsbohrungen und zugeord­ nete Schrauben im Gehäuse vorgesehen. Im Bereich des Weg­ meßsystems ist ein das Wegmeßsystem umgebendes Gehäuse durchgebrochen, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Wegmeßsystem und einer damit korrespondierenden Elektronik durchführen zu können.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß der Einsatz von Zugankern zur Verbindung der elektromagnetischen Stelleinrichtung mit einem Steuerventil teuer und fertigungstechnisch unbefrie­ digend ist.

In der DE 197 07 587 A1 ist eine elektromagnetische Stell­ einrichtung beschrieben, bei der ein Druckrohr ein Zentral­ gewinde aufweist, um die Stelleinrichtung an einem Steuer­ ventil zu befestigen. Die Bauteile eines Magnetkreises und eines Wegmeßsystems werden an dem Ende des Druckrohrs auf­ geschoben, welches dem Ende gegenüberliegt, an dem das Zen­ tralgewinde vorgesehen ist. Um diese Bauteile in einer fe­ sten Anordnung auf dem Druckrohr zu halten, werden diese über einen Abschlußdeckel des Gehäuses auf dem Druckrohr in vorgespannter Einbaulage fixiert.

Das Druckrohr übergreift das Wegmeßsystem und ein Gehäuse­ deckel ist auf ein an einem Ende des Druckrohres vorgesehe­ nes Gewinde zum Verschließen des Gehäuses aufgeschraubt. Das Wegmeßsystem weist zur Signalübertragung an eine Elek­ tronik der elektromagnetischen Stelleinrichtung ein elek­ trisch leitendes Kabel auf, welches durch einen Schlitz des Druckrohres geführt ist. Der Schlitz des Druckrohres führt jedoch dazu, daß eine Stabilität des Druckrohres herabge­ setzt ist und die Befestigung des Gehäusedeckels zu einer Verformung des Schlitzes führen kann.

Weiter ist es von Nachteil, daß die beschriebene Ausführung des Druckrohres mit einem Schlitz und dem zur Befestigung des Abschlußdeckels vorgesehenen Außengewinde hohe Ferti­ gungskosten verursacht und eine aufwendige Montage zur Fol­ ge hat.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie sich durch eine besonders einfache Montage am Steuerventil auszeichnet, da das Druckrohr bei der Magnetherstellung bereits in die Magnetspule gesteckt wird und die elektromagnetische Stelleinrichtung somit bei der Ventilmontage als komplette Einheit vorliegt, die le­ diglich an das Steuerventil geschraubt wird.

Weiter ist es von Vorteil, daß die Haltefunktion der Bau­ teile an dem Druckrohr, insbesondere der Magnetspule, von dem mit dem Ankerrohr fest verbundenen und dieses überra­ genden Bund direkt übernommen wird. Damit besteht die Mög­ lichkeit, das Druckrohr im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten elektromagnetischen Stelleinrichtun­ gen erheblich kürzer auszubilden und den Bereich zwischen dem Wegmeßsystem und der damit korrespondierenden Elektro­ nik derart offen zu gestalten, daß eine geschlitzte Ausfüh­ rung des Druckrohres nicht erforderlich ist. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer erheblichen Reduzierung der Herstellkosten und vereinfacht darüber hinaus die Montage, da ein elektronischer Anschluß der Sensorspule ohne zusätzliche fertigungstechnische Maßnahmen auf einfache Art und Weise mit der Elektronik verbunden werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen des Gegen­ standes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zwei Ausführungsbeispiele der Stelleinrichtung nach der Er­ findung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Stelleinrichtung in vereinfachter Darstellung, wobei der Bund einstückig mit dem Druckrohr ausgebildet ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische Stelleinrichtung in vereinfachter Darstellung, wobei der Bund einstückig mit dem Sensorrohr ausgebildet ist; und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes Z aus Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Längs­ schnitt durch eine elektromagnetische Stelleinrichtung 1, bei der ein Druckrohr 2 ein stirnseitiges Zentralgewinde 3 aufweist, mit dem es in einem nicht näher dargestellten Ventilgehäuse oder dergleichen befestigt wird. Auf das Druckrohr 2 ist eine Hülse 4 mit Magnetspule 5, Wegmeßsy­ stem 6 und Elektronik 33 aufgeschoben und befestigt.

Das Druckrohr 2 ist in an sich bekannter Weise druckdicht aufgebaut und besteht aus einem Ankerrohr 7 und einem im Ankerrohr 7 dicht und fest angeordneten Sensorrohr 8. Das Ankerrohr 7 weist ein Polstück 9 auf, an dem neben dem Zen­ tralgewinde 3 erste Schlüsselflächen 10 angeordnet sind und an den sich ein magnetisch nicht leitendes erstes Rohrteil sowie ein magnetisch leitendes zweites Rohrteil anschließt.

Das Ankerrohr 7 weist an seinem offenen freien Ende einen Bund 13 auf, der zum Verspannen der auf dem Druckrohr 2 aufgesattelten Bauelemente, d. h. der Magnetspule 5, der Hülse 4 und einem Gehäuseteil 14 dient. Der Bund 13 ist einstückig mit dem Ankerrohr 7 ausgebildet und überragt dieses in radialer Richtung. Zwischen dem Bund 13 und der Magnetspule 5 bzw. einem Gehäuse 15 ist eine nicht näher dargestellte Feder 16 zum Toleranzausgleich eingebaut, über welche der Bund 13 auf das Gehäuse 15 drückt. Die Feder 16 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Wellfeder aus­ gebildet, die sich an einem Vorsprung des Gehäuses 15 ab­ stützt und die die auf dem Druckrohr 2 aufgesattelten Bau­ teile bzw. die Einzelteile des Magnetkreises in ihrer Ein­ bauanlage vorspannt.

Das Ankerrohr 7 nimmt in seinem Inneren das Sensorrohr 8 auf, das mit einem nicht näher dargestellten verdickten Flansch konzentrisch im Ankerrohr 7 geführt ist und an ei­ ner Befestigungsstelle dicht und fest mit ihm verbunden ist.

Von dem verdickten Flansch aus ragt ein rohrförmiger Ab­ schnitt 19 des Sensorrohres 8 mit gegenüber dem Ankerrohr 7 wesentlich kleineren Durchmesser aus dem Ankerrohr heraus. An diesem Abschnitt 19 ist außen ein Spulenträger 20 mit Sensormeßspulen 21 gleitend geführt und durch eine am Flansch sich abstützende weitere Feder gegen eine Mutter 23 gedrückt, die als Justiermittel für die Sensorspulen 21 dient.

Die Sensorspulen 21 weisen steckbare elektrische Anschlüsse 24 auf, welche am äußeren Durchmesser der Sensorspulen 21 angeordnet sind. Der Außendurchmesser des Wegmeßsystems 6 ist derart ausgeführt, daß ein nicht dargestelltes Montage­ werkzeug über dieses geführt und an zweiten Schlüsselflä­ chen 25 des Bundes 13 angesetzt werden kann, um die elek­ tromagnetische Stelleinrichtung 1 an einem Steuerventil festzuschrauben. Das Gehäuse des Steuerventiles kommt an einer Stirnfläche 26 der Hülse 4 zum Anliegen, wodurch letztendlich die Verspannung der auf dem Ankerrohr 7 aufge­ sattelten Bauteile durch den Bund 13 erfolgt.

Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, daß der Bund 13 anstatt der zweiten Schlüsselflächen 25 mit Aussparungen versehen ist, in welche ein geeignetes Werkzeug eingreift, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, die Einrichtung, welche mit einem Montagewerkzeug korrespondiert, in einer anderen geeigneten Art und Weise auszuführen.

In einer hier nicht dargestellten Sacklochbohrung des Sen­ sorrohrs 8 ist ein Ferritkern des induktiv arbeitenden Weg­ meßsystem 6 angeordnet, der mit einem in dem Druckrohr 2 geführten Anker mechanisch in Wirkverbindung steht. Der im Druckrohr 2 zwischen dem Polstück 9 und dem verdickten Flansch gelagerte Anker ist mit einem Stößel fest verbun­ den, über den z. B. ein Ventilschieber eines Wegeventils be­ tätigbar ist. Das Druckrohr 2 hat auf diese Weise ausgehend vom Zentralgewinde 3 bis zum Bund 13 einen durchgehend kon­ stanten Außendurchmesser, wobei seine Rohrteile aus einem durchgehend gleich dicken Rohrstück gebildet werden.

Die auf das Druckrohr 2 aufgeschobene becherförmige Hülse 4 nimmt in ihrem Inneren die Magnetspule 5 auf und der zum Wegmeßsystem 6 hin offene Ringraum der Hülse 4 ist durch das Gehäuseteil 14 verschlossen. Die Hülse 4 läßt sich aus Rundmaterial herstellen, wobei es selbstverständlich im Er­ messen des Fachmannes liegt, die Hülse 4 als ein kostengün­ stiges Tiefziehteil auszuführen.

Zwischen der Magnetspule 5 und dem Gehäuseteil 14 ist eine Abdichtung über miteinander korrespondierende Schrägen 31A, 31B ausgebildet, wobei die Winkel der Schrägen 31A, 31B derart vorgesehen sind, daß im montierten Zustand der Stelleinrichtung 1 zwischen den Schrägen 31A, 31B eine dichtende Linienberührung vorliegt, die ein Ausfließen von Gießharz aus der Magnetspule verhindert.

An dem Gehäuse 15 ist ein weiteres Gehäuseteil 32 festge­ schraubt, in welchem die Elektronik 33 angeordnet ist. Die Elektronik 33 ist in leicht zugänglicher und gut geschütz­ ter sowie abgedichteter Weise an der Stelleinrichtung 1 an­ geordnet. Zum Anschließen der Magnetspule 5 sowie der Sen­ sorspulen 21 an die Elektronik 33 sind teilweise nicht dargestellte mehrpolige Kabel 34 und Steckverbindungen 24 vor­ gesehen.

Die Wirkungsweise der Stelleinrichtung 1 ist an sich be­ kannt. Über das Wegmeßsystem 6 wird der Ist-Wert der Posi­ tion des Ankers im Druckrohr 2 stets mit dem in der Elek­ tronik 6 eingespeisten Lage-Soll-Wert so lange verglichen und der Anker über die Magnetspule 5 entsprechend angesteu­ ert, bis die beiden Werte übereinstimmen.

In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der elek­ tromagnetischen Stelleinrichtung 1 dargestellt, wobei sich diese Ausführungsform von der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform im wesentlichen darin unterscheidet, daß der Bund 13 einstückig mit dem Sensorrohr 8 ausgebildet ist. Bei der Beschreibung der Fig. 2 werden für funktions­ gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie bei der Be­ schreibung von der Fig. 1 verwendet und es wird nur auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen.

Bei der Ausführung der elektromagnetischen Stelleinrichtung 1 gemäß der Darstellung in der Fig. 2 ist das Sensorrohr 8 nicht nur mit dem Bund 13 einstückig ausgeführt, sondern es bildet auch eine integrale bauliche Einheit mit dem ver­ dickten Flansch, der als Gewindenippel 17 ausgeführt ist und über ein Außengewinde 35 in das Druckrohr 2 einge­ schraubt ist. Der Gewindenippel 17 bildet genauso wie in Fig. 1 der verdickte Flansch zugleich einen Anschlag für den Anker 30 aus.

Zwischen dem Bund 13 und dem Gehäuse 15 ist die Feder 16 zum Toleranzausgleich in axialer Richtung der Stelleinheit 1 und zum vorgespannten Einbau der auf dem Druckrohr 2 auf­ gesattelten Bauteile vorgesehen.

Auch in dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, den Bund 13 mit einer mit einem Montagewerkzeug korrespondierenden Einrichtung, wie den dargestellten Schlüsselflächen 2 oder alternativ mit Aussparungen für das Montagewerkzeug, zur Erleichterung des Einschraubvorganges des Gewindenippels 17 bzw. des verdickten Flansches vorzusehen.

In Fig. 3 ist der Ausschnitt Z gemäß den Fig. 1 und 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Das Druckrohr 2 ist im Bereich der Magnetspule 5 auf seiner Außenseite mit einer Aussparung 36 versehen, in welche die Magnetspule 5 mit ei­ nem an seiner dem Druckrohr 2 zugewandten Innenseite ausge­ bildeten Vorsprung 37 eingreift. Die Aussparung 36 ist als Einstich derart ausgeführt, daß der als Kunststoffnippel der Magnetspule ausgebildete Vorsprung 37 hinein ragt und das Druckrohr 2 mit der montierten Magnetspule bei einem Transport zur Endmontage mit einem Steuerventil als eine bauliche Einheit erhalten bleibt. Die Aussparung 36 ist in axialer Richtung größer bzw. länger als der Vorsprung 37 ausgebildet, womit die Magnetspule 5 in axialer Richtung in nicht verspannter Einbaulage auf dem Druckrohr 2 verschoben werden kann.

Abweichend von den beiden vorbeschriebenen Ausführungsbei­ spielen der elektromagnetischen Stelleinheit kann es vorge­ sehen sein, daß der Bund einstückig mit einer Buchse ausgebildet ist, welche wenigstens teilweise auf dem Ankerrohr oder in dem Ankerrohr angeordnet ist. Dabei besteht die Möglichkeit, die Buchse über eine Schraubverbindung mit dem Ankerrohr fest zu verbinden, wobei in Abhängigkeit davon, ob die Buchse auf oder in dem Ankerrohr angeordnet ist, die Buchse ein Außen- bzw. ein Innengewinde aufweist. Damit stellt der Bund vor der Montage ein eigenständiges Bauteil dar, wodurch die Herstellung des Druckrohres und auch des Sensorrohres vereinfacht wird.

Selbstverständlich sind an den gezeigten bzw. beschriebenen Ausführungsformen Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Obwohl sich die Stelleinrichtung 1 besonders als einfach wirkender Proportionalmagnet eignet, bei dem der Hub des Ankers 29 mit Hilfe des Wegmeßsystems 6 geregelt wird, kann die Stelleinrichtung 1 auch als Schalt­ magnet verwendet werden, wobei das Wegmeßsystem 6 lediglich zur Stellungsanzeige verwendet wird. Ferner lassen sich die Vorteile der Stelleinrichtung 1 auch erreichen, wenn an­ stelle einer einfach wirkenden Bauart eine doppelt wirkende Bauart, nämlich ein Doppelhubmagnet, verwendet wird.

Claims (11)

1. Elektromagnetische Stelleinrichtung (1) für ein hy­ draulisches Steuerventil mit einem Gehäuse (14, 15, 32), das in einem Druckrohr (2) einen Anker eines Elektromagneten aufweist, mit einem den Hub des Ankers erfassenden Wegmeßsystem (6), wobei das Druckrohr (2) an seinem einen Ende ein Zentralgewinde (3) zur Befe­ stigung am Steuerventil aufweist und aus einem Anker­ rohr (7) und einem damit dicht und fest verbundenen Sensorrohr (8) besteht, wobei das Ankerrohr (7) den Anker aufnimmt und eine Magnetspule (5) trägt und das Sensorrohr (8) eine Sensorspule (21) zur Wegerfassung aufweist, sowie mit Befestigungsmitteln für die auf das Druckrohr (2) aufgesattelten Bauelemente, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des dem Sensorrohr (8) zugewandten Endes des Ankerrohres (7) ein mit dem An­ kerrohr (7) fest verbundener und dieses überragender Bund (13) zum Halten der auf dem Ankerrohr (7) ange­ ordneten Bauteile vorgesehen ist.

2. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (13) einstückig mit einer Buchse ausgebildet ist.

3. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse wenigstens teilweise auf dem Ankerrohr (7) angeordnet ist.

4. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse wenigstens teilweise in dem Ankerrohr (7) angeordnet ist.

5. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (13) einstückig mit dem Sensorrohr (8) ausgeführt ist.

6. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (13) wenigstens eine Einrichtung (25) aufweist, welche mit einem Montagewerkzeug derart korrespondiert, daß zwischen dem Bund (13) und dem Montagewerkzeug zur Montage eine drehfeste und lösbare Verbindung her­ stellbar ist.

7. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Au­ ßendurchmesser des Wegmeßsystems (6) derart ausgeführt ist, daß das Montagewerkzeug über dieses führbar ist und an dem Bund (13) ansetzbar ist.

8. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (13) einstückig mit dem Ankerrohr (7) ausgebildet ist.

9. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der der Magnetspule (5) zugewandten Seite des Bundes (13) und dem Gehäuse (14, 15, 32) eine Feder (16) zum Toleranzausgleich vorgesehen ist.

10. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ab­ dichtung zwischen der Magnetspule (5) und dem Gehäuse (14, 15, 32) über miteinander korrespondierende Schrä­ gen (31A, 31B) ausgebildet ist, wobei die Winkel der Schrägen (31A, 31B) derart vorgesehen sind, daß im montierten Zustand der Stelleinrichtung (1) zwischen den Schrägen (31A, 31B) eine Linienberührung vorliegt.

11. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (2) im Bereich der Magnetspule (5) auf sei­ ner Außenseite eine Aussparung (36) aufweist, in wel­ che die Magnetspule (5) mit einem an seiner dem Druck­ rohr zugewandten Innenseite ausgebildeten Vorsprung (37) eingreift.