-
Die
Erfindung betrifft einen Elektromagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
-
Ein
Elektromagnet dieser Art kommt z.B. als Aktuator an Hydraulikventilen
zum Einsatz und ist aus der Druckschrift
DE 197 17 445 A1 oder der
DE 195 04 185 A1 bekannt.
Bei diesen herkömmlichen Elektromagneten
ist ein Magnetanker in einer Hülse beweglich
geführt.
Ein Spule umgibt die Hülse
und einen Polkern, der einen axialen Abschluss des Magneten bildet.
Der magnetische Fluss verläuft über den Polkern,
einen am Polkern gebildeten konusförmigen Polring, den Magnetanker
und die Hülse.
Zwischen dem Polring und der Hülse
befindet sich ein Luftspalt, der den magnetischen Fluss zwischen
dem Polring und der Hülse
unterbricht und damit sicherstellt, dass dieser über den Magnetanker verläuft. Bei
anderen bekannten Elektromagneten ist der Polkern am Polring mit
einer hohlzylindrischen Hülse
verschweißt, um
ein flüssigkeitsdichtes
Polrohr zu erhalten. Das Polrohr besitzt angrenzend an den Polring
einen Abschnitt aus nicht magnetischen Material, um die magnetische
Trennung zwischen dem Polkern und dem davon abgewandten Bereich
des Polrohres zu gewährleisten.
Am Magnetanker liegt üblicherweise
ein Stößel an,
der durch eine Bohrung im Polkern nach außen geführt ist. Damit wird die vom
Elektromagneten erzeugte Kraft vom Magnetanker nach außen z.B.
auf einen Ventilschieber übertragen.
Zwischen dem Magnetanker und dem Polkern ist eine Scheibe aus nicht
magnetischem Material angeordnet. Diese so genannte Antiklebscheibe
gewährleistet
einen Mindestabstand zwischen Polkern und Magnetanker und verhindert,
dass eine Restmagnetisierung des Polkerns und des Magnetankers zu
einem Kleben des Magnetankers am Polkern führt. Die Antiklebscheibe ist
zumeist als kreisförmige
Lochscheibe geformt und in den Raum zwischen Magnetanker und Polkern
eingelegt. Falls der Stößel am Magnetanker befestigt ist,
wie in den genannten Druckschriften gezeigt, so ist die Antiklebscheibe
axial verschiebbar auf den Stößel aufgeschoben.
Bei den mittlerweile üblichen
Elektromagneten ist der Stößel nicht
mit dem Magnetanker verbunden. Bei Vorhandensein eines Polrohrs
wird die Antiklebscheibe üblicherweise lose
in das Polrohr eingelegt. Der Durchmesser der zentralen Öffnung der
Antiklebscheibe wird ausreichend groß gewählt, so dass der Stößel jederzeit
am Magnetanker zur Anlage zu bringen ist.
-
Es
gibt jedoch Anwendungen, bei denen eine zuverlässige Befestigung der Antiklebscheibe
erwünscht
ist.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen insbesondere
hinsichtlich einer zuverlässigen
und effizienten Befestigung einer Antiklebscheibe verbesserten Elektromagnet
anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Elektromagneten mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist in
einer ringartigen Erhebung am Polkern, die eine dem Magnetanker
zugewandte Fläche überragt,
radial innenseitig eine Nut gebildet. Die Antiklebscheibe ist durch
Eingriff in diese Nut formschlüssig
am Polkern befestigt.
-
Auf
diese Weise erhält
man eine zuverlässige,
standfeste Befestigung der Antiklebscheibe am Polkern. Die Befestigung
der Antiklebscheibe durch einen Formschluss ist anderen Befestigungsarten – z.B. Verkleben – hinsichtlich
der Zuverlässigkeit
und der Beständigkeit,
insbesondere gegenüber
Hydrauliköl, überlegen.
Der Polkern wird meistens ohnehin auf einer Drehmaschine bearbeitet.
Der zusätzliche Aufwand
zum Herstellen der Nut fällt
daher äußert gering
aus. Die Befestigung der Antiklebscheibe verhindert bei Elektromagneten
mit Luftspalt ein Verlieren der Antiklebscheibe oder zumindest ein
Eindringen der Antiklebscheibe in den Luftspalt. Durch die Befestigung
wird generell ein Blockieren des Magnetankers durch die Antiklebscheibe
verhindert. Insbesondere bei einer komplizierten Profilform der
dem Magnetanker zugewandten Stirnseite des Polkerns und einem am
Magnetanker geformten Gegenprofil wird verhindert, dass sich die
Antiklebscheibe über die
Erhebungen des Profils legt und damit den Weg des Ankers blockiert.
-
Die
Aufgabe wird ebenso durch einen Elektromagneten mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 8 gelöst.
Eine Erhebung am Magnetanker lässt
sich selbstverständlich
ebenso dazu nutzen, eine Antiklebscheibe am Magnetanker zu befestigen. Dies
erfolgt erfindungsgemäß wiederum
durch eine in der Erhebung radial innenseitig ausgebildete Nut und
einen formschlüssigen
Eingriff der Antiklebscheibe in diese Nut. Ein zusätzlicher
Vorteil dieser Ausführung
der Erfindung ist die vereinfachte Handhabung der Antiklebscheibe.
Diese bildet mit dem Magnetanker eine vormontierte Baueinheit und
muss beim Zusammenbauen des Magneten nicht mehr separat vorgehalten
und montiert werden.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
die Antiklebscheibe als Kreisscheibe, insbesondere als kreisförmige Lochscheibe
ausgebildet, deren Durchmesser gleich oder geringfügig geringer
ist, als der Innendurchmesser der Erhebung. Am Rand der Antiklebscheibe
sind radiale Auswölbungen
vorhanden, die in die Nut vorstehen. Eine solche Gestaltung der Antiklebscheibe
erlaubt es, die Antiklebscheibe auf die von der Erhebung überragte
Fläche
aufzulegen und anschließend
in einem einfachen Umformschritt die Auswölbungen herzustellen. Besonders
effizient lassen sich die Auswölbungen
durch Verstemmen herstellen. Für
die sichere Befestigung ist es in der Regel ausreichend, die Antiklebscheibe
an wenigen, z.B. drei Umfangspositionen zu verstemmen, d.h. in die
Nut auszuwölben.
Dies erlaubt eine arbeitseffiziente Herstellung des Elektromagneten.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Antiklebscheibe
als in Umlaufsrichtung offener Teilring ausgebildet. Eine solche
Antiklebscheibe kann mit äußert geringen Aufwand
unter Ausnutzung ihrer Elastizität
nach Art eines Innensprengrings in die Nut eingesetzt werden. Ebenso
könnte
eine solche Antiklebscheibe auch nach dem Auflegen auf die von der
Erhebung überragte
Fläche
plastisch aufgeweitet werden, um so den Formschluss mit der Nut
herzustellen.
-
Wenn
die ringförmige
Erhebung eine auf der dem Magnetanker zugewandten Fläche senkrecht stehende
Innenwand aufweist, ist die Befestigung der Antiklebscheibe durch
Eingriff in eine darin gebildete Nut besonders zuverlässig. Die
präzise
Herstellung der Nut vereinfacht sich.
-
Die
Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten wird dadurch optimiert,
dass eine der ringförmigen
Erhebung entsprechend geformte Vertiefung in einer dem Polkern zugewandten
Stirnfläche
des Magnetankers vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Befestigung
der Antiklebscheibe gewährleistet
das störungsfreie
Ineinandergreifen des am Polkern gebildeten Profils in ein entsprechendes
Gegenprofil am Magnetanker. Für
die sichere Befestigung der Antiklebscheibe wird die am Polkern
gebildete Erhebung vorteilhaft ausgenutzt.
-
Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
setzt sich der Polkern in einen Polring fort, der die dem Magnetanker
zugewandte Stirnfläche,
des Polkerns axial überragt.
Die ringförmige
Erhebung erhebt sich radial innerhalb des Polrings von dieser Stirnfläche. Die Polform
des Elektromagneten lässt
sich außer
durch die Form des Polrings auch durch die Gestaltung der Profilform
der einander zugewandten Stirnseiten des Polkerns und des Magnetankers
beeinflussen. An diesen Stirnseiten angeordnete ringartige Erhebungen
lassen sich erfindungsgemäß für die formschlüssige Befestigung
der Antiklebscheibe nutzen.
-
Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung und deren Vorteile unter Bezugnahme
auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
1 zeigt
einen Schnitt durch ein Polrohr eines Elektromagnets, bei dem die
Antiklebscheibe an einem inneren Konusring des Polkerns befestigt ist,
-
2 zeigt
die gemäß 1 am
Polkern befestigte Antiklebscheibe im eingebauten Zustand,
-
3 ist
eine vergrößerte Darstellung
des Bereichs A aus 1 und
-
4 zeigt
einen Schnitt durch ein auftragsgeschweißtes Polrohr eines Elektromagnets,
bei dem die Antiklebscheibe an einem äußeren Konusring des Polkerns
befestigt ist.
-
In 1 ist
ein Elektromagnet 1 dargestellt, der zur Betätigung eines
Hydraulikventils bestimmt ist. Der Elektromagnet 1 umfasst
als wesentliche Bestandteile eine Magnetspule 4 und ein
Polrohr 3, in dem ein Magnetanker 7 beweglich
geführt
ist. Ein Stößel 8 ist
in einer Bohrung durch den Polkern 10 des Polrohrs 3 geführt. Der
Stößel 8 liegt
am Magnetanker 7 an und überträgt die auf den Magnetanker 7 ausgeübte Kraft
auf einen Ventilschieber (nicht dargestellt)
-
Das
zylinderförmige
Polrohr 3 untergliedert sich in verschiedenen Abschnitte.
Der schon benannte Polkern 10 umfasst den Anschlussbereich 12 zur Befestigung
des Polrohrs 3 an einem Hydraulikventil. An der dem Magnetanker 7 zugewandten
Seite setzt sich der Polkern 10 in einen Polring 14 fort.
Der Polring 14 überragt
die dem Magnetanker 7 zugewandte Stirnfläche 32 des
Polkerns 10 axial. Der Polkern 10 und dessen Polring 14 sind
aus magnetischem Stahl gefertigt. Am Polring 14 ist ein
Trennring 16 aus einem nichtmagnetischen Stahl angebracht.
Der Polring 14 und der Trennring 16 sind durch
einen elektrischen Widerstandsschweißvorgang miteinander verbunden.
Auf der vom Polkern 10 abgewandten Seite des Trennrings 16 ist
ebenfalls durch Widerstandsschweißen eine Hülse 18 aus magnetischen
Stahl befestigt. Die Hülse 18 ist
durch einen Verschlusseinsatz 20 dicht verschlossen. Zur
Befestigung des Trennrings 16 am Polring 14 bzw.
der Hülse 18 am Trennring 16 kann
jedoch auch ein Lötverfahren
zum Einsatz kommen.
-
Beim
Widerstandsschweißen
oder beim Löten
bilden sich die Kontaktflächen
zwischen dem Polring 14 und dem Trennring 16 bzw.
zwischen dem Trennring 16 und der Hülse 18 als überwiegend
flache, zu der Stirnfläche 32 in
etwa parallele Kreisringflächen
aus. Eine Konusform der Polrings, welche üblicherweise gewählt wird,
um die Kraft-Weg-Kennlinie eines Elektromagnets möglichst
günstig – insbesondere
möglichst
linear – zu
gestalten, würde
beim elektrischen Widerstandsschweißen zu einer qualitativ minderwertigen
Schweißverbindung
führen.
-
Die
Kraft-Weg-Kennlinie des Elektromagnets 1 wird gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
nicht durch die Form des Polrings 14 und des Trennrings 16 sondern
durch eine Ringnut 22 in der dem Polkern 10 zugewandten
Stirnfläche 24 des
Magnetankers 7 gestaltet. In der 3 ist der
Bereich A des Polrohrs 3 am Übergang zwischen dem Polkern 10 zum Trennring 16 vergrößert dargestellt.
Die Ringnut 22 am Magnetanker 7 besitzt ein Konusprofil.
Gegenüberliegend
ist am Polkern 10 ein Konusring 26 gebildet, der
bei Anliegen des Magnetankers 7 am Polkern 10 in
die Ringnut 22 eintaucht. Eine Antiklebscheibe 28 aus
einem nichtmagnetischem Material ist am Polkern 10 befestigt.
Damit ist gewährleistet, dass
der Magnetanker 7 einen bestimmten, durch die Stärke der
Antiklebscheibe 28 vorgegebenen Mindestabstand zum Polkern 10 behält.
-
In
der Innenwandfläche
des Konusrings 26 ist am Übergang in die Stirnfläche 32 des
Polkerns 10 eine Radialnut 30 gebildet. Die Antiklebscheibe 28 liegt
auf der Stirnfläche 32 auf.
Der Rand der Antiklebscheibe 28 steht – zumindest an einigen Umfangspositionen – in die
Radialnut 30 vor. Dadurch ist die Antiklebscheibe 28 formschlüssig am
Polkern 10 befestigt.
-
In 2 ist
die Antiklebscheibe 28 im eingebauten Zustand abgebildet,
um die Befestigung näher
zu erläutern.
Die Antiklebscheibe 28 besitzt im wesentlichen die Form
einer kreisförmigen
Lochscheibe. Der Rand der Antiklebscheibe 28 ist an drei jeweils
um 120° gegeneinander
versetzten Umfangspositionen mit Auswölbungen 34, 35 und 36 versehen.
Die Auswölbungen 34, 35 und 36 stehen
in die Radialnut 30 vor und halten die Antiklebscheibe 28 am
Polkern 10. Abgesehen von den Auswölbungen 34, 35 und 36 entspricht
der Durchmesser der Antiklebscheibe 28 dem Innendurchmesser
des Konusrings 26 bzw. liegt geringfügig darunter. Somit lässt sich
die Antiklebscheibe 28 leicht auf die vom Konusring 26 umgebene
Stirnfläche 32 aufbringen.
Durch Verstemmen an den Punkten 38, 39 und 40 werden die
Auswölbungen 34, 35 und 36 gebildet
und die Antiklebscheibe 28 in der Radialnut 30 befestigt.
-
Selbstverständlich kann
die Antiklebscheibe 28 auch an mehr als drei Punkten verstemmt
werden, um eine noch zuverlässigere
Befestigung zu erhalten. Gegebenenfalls kann mit einem ringförmigen Verstemmwerkzeug
der Rand am gesamten Umfang der Antiklebscheibe ausgewölbt werden,
so dass die Antiklebscheibe am gesamten Umfang in die Nut vorsteht.
-
Die
Antiklebscheibe kann auch mit einem radial verlaufenden Schlitz
versehen sein, so dass sie nach Art eines Innensprengrings in die
Radialnut 30 eingesetzt werden kann. Dazu wird die Antiklebscheibe
mit einem Durchmesser entsprechend dem Innendurchmesser der Radialnut 30 gefertigt.
Eine solche Antiklebscheibe wird zum Einsetzen in Radialrichtung
elastisch zusammengedrückt
und liegt nach dem Einsetzen passgenau in der Radialnut 30 an. Eine
weitere Möglichkeit
ist es, die geschlitzte Antiklebscheibe mit einem Durchmesser entsprechend dem
Innendurchmesser des Konusrings 26 zu fertigen. Nach dem
Einsetzen wird eine solche Antiklebscheibe radial plastisch aufgeweitet,
z.B. mittels eines konischen Dorns, der in die Durchgangsöffnung der
Antiklebscheibe eingesetzt wird.
-
Das
Konusprofil der Ringnut 22 am Magnetanker 7 und
der gegenüberliegend
am Polkern 10 geformte Konusring 26 geben eine
Polform vor, durch welche die Flussverteilung der Magnetfeldlinien
in axialer und radialer Richtung beeinflusst wird. Man erreicht
durch die dargestellte Polform eine günstige Kraft-Hubkennlinie des
Elektromagnets 1.
-
Ein
Polrohr 3 eines weiteren Elektromagnets gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in der 4 dargestellt.
Das Polrohr 3 gemäß des zweiten
Ausführungsbeispiels gliedert
sich in den Polkern 10, eine Hülse 18, und einen
Verschlusseinsatz 20. Am Polkern 10 ist ein konusförmiger Polring 44 gebildet.
Durch Auftragsschweißen
ist auf an sich bekannte Art und Weise zwischen dem Polring 44 und
der Hülse 18 ein
ringförmiger
Einsatz 46 aus nicht magnetischem Metall gebildet. Die
Konusform des Polrings 44 bestimmt die Polform.
-
Vergleichbar
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist eine Radialnut 30 in der Innenwandfläche des
Polrings 44 am Übergang
zur Stirnfläche 32 des Polkerns 10 gebildet.
Die Antiklebscheibe 28 liegt auf der Stirnfläche 32 auf.
Der Rand der Antiklebscheibe 28 steht in die Radialnut 30 vor.
Somit liegt eine formschlüssige
Befestigung der Antiklebscheibe 28 am Polkern 10 vor.
Die Varianten und Vorzüge
einer solchen Befestigung der Antiklebscheibe 28 am Polkern 10 sind
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
bereits beschrieben worden und treffen auch auf das zweite Ausführungsbeispiel
zu.
-
Als
weitere Alternative kann die Antiklebscheibe auch am Magnetanker
befestigt werden, wenn dieser eine ringförmige Erhebung aufweist. Ähnlich wie
bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird dazu eine Radialnut in der Erhebung am Magnetanker gefertigt
und die Antiklebscheibe formschlüssig
mit dieser Radialnut in Eingriff gebracht.
-
- 1
- Elektromagnet
- 3
- Polrohr
- 4
- Magnetspule
- 7
- Magnetanker
- 8
- Stößel
- 10
- Polkern
- 12
- Anschlussbereich
- 14
- Polring
- 16
- Trennring
- 18
- Hülse
- 20
- Verschlusseinsatz
- 22
- Ringnut
- 24
- Stirnfläche am Magnetanker
- 26
- Konusring
- 28
- Antiklebscheibe
- 30
- Radialnut
- 32
- Stirnfläche am Polkern
- 34
- Auswölbung
- 35
- Auswölbung
- 36
- Auswölbung
- 38
- Verstemmpunkt
- 39
- Verstemmpunkt
- 40
- Verstemmpunkt
- 44
- Polring
- 46
- Nicht
magnetischer Einsatz