-
Stand der Technik
-
Aus
DE 43 42 591 A1 ist
elektromagnetisches Druckregelventil bekannt. Dieses Druckregelventil
weist in seinem Gehäuse einen beweglich geführten
Ventilschieber auf, der elektromagnetisch in seiner Position verstellbar
ist. Eine momentane Regelposition des Ventilschiebers ist durch
eine entsprechende Bestromung einer Magnetspule stetig veränderbar.
Für eine anwendungsgerechte Funktion dieses Druckregelventils
ist eine hohe Präzision bei der Herstellung des Ventilschiebers
und seiner Schieberführung erforderlich. Von dieser hängen maßgeblich
die Dichtheit des Druckregelventils und dessen Herstellungskosten
ab. Zudem erfordert der Ventilschieber aufgrund seiner verhältnismäßig
großen, wirksamen Druckflächen eine relativ hohe
Betätigungskraft.
-
DE 43 37 763 A1 offenbart
ein als Druckregelventil bezeichnetes, als Schaltventil wirkendes Ventil,
dessen Ventilteil mit zwei Sitzventilen ausgestattet ist. Eines
der Ventilglieder der beiden Sitzventile ist als Kegel ausgebildet
und bedingt daher eine genaue und teuer realisierbare konzentrische
Anordnung zu seinem Ventilsitz. Dieses bekannte Ventil ist in drei
definierte Schaltstellungen verbringbar und vermag deshalb am Verbraucher
keine vom Stromfluss zur Magnetspule abhängige, stetig
verlaufende Druckregelkennlinie zu erzeugen.
-
EP 1 004 066 B1 bezieht
sich auf ein elektromagnetisches Druckregelventil mit einem Magnetteil aus
wenigstens einer elektrisch ansteuerbaren Spule, einem Spulenkern
und einem verschiebbar geführten Anker. Das elektromagnetische
Druckregelventil umfasst einen Ventilteil, welches einen Zulauf, einen
Rücklauf, einen Verbraucheranschluss und einen mit dem
Anker zusammenwirkendes Ventilelement aufweist. Das Ventilteil bildet
ein erstes Sitzventil an einem Schließglied aus und ein
zwischen dem Anker an das Schließglied geschaltetes Betätigungsglied.
Das Betätigungsglied durchdringt eine Steuerbohrung des
Ventilteiles und weist eine Steuerkante auf, die in Wirkverbindung
mit der Steuerbohrung ein zweites Sitzventil darstellt.
-
Proportionalmagnete
zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein anwendungsspezifisch vorgegebenes
Magnetkraftkennfeld besitzen. Besondere Merkmale liegen darin, dass
bereits bei kleinen Strömen eine sehr hohe Magnetkraft
erzeugt wird und die Magnetkraft über dem Strom und auch über
dem Hub linear verläuft. Das resultierende Magnetkraftkennfeld wird
durch eine spezielle geometrische Auslegung des Arbeitsluftspaltes,
auch als Tauchstufe bezeichnet, erzielt. Typische Ausführungen
sind radial verlaufende Fasen an Polkern und/oder an Anker und/oder
Durchmessersprünge. Bei derzeit gefertigten Bauteilen führt
dies abschnittsweise zu sehr dünnwandigen Bauelementen
mit engen Toleranzen. Der physikalische Effekt, der genutzt wird,
liegt darin, dass in den dünnwandigen Bauteilen der Werkstoff flussabhängig
in die Sättigung getrieben wird und damit der Magnetfluss
durchflutungsabhängig im Verlauf variiert wird. Die erforderlichen
Bauteile können bei hohen Anforderungen an den Magnetkreis
nur durch sehr kostenintensive zerspanende Bearbeitung hergestellt
werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Während
bei Lösung gemäß des Standes der Technik
die Kennfeldbeeinflussung dadurch erzielt wird, dass rotationssymmetrische
Geometrien im Polkern durch den Magnetfluss in Sättigung
getrieben werden, wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung der Werkstoff nicht mehr durch rotationssymmetrisch
ausgeführte Geometrien in die Sättigung getrieben,
sondern in definierten, dickwandig ausgeführten in Umfangsrichtung
am Umfang verteilten Abschnitten. Dadurch kann die Ausführung von
dünnwandigen Geometrien, zu deren Herstellung sehr kostenintensive
Verfahren eingesetzt werden können, im Wesentlichen umgangen
werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen definierten dickwandig
ausgeführten in Umfangsrichtung verteilt aufeinander abfolgenden
Abschnitte werden derart ausgelegt, dass über eine Höhenkoordinate
(Z-Richtung) die abschnittsweise dickwandiger ausgebildeten Vorsprünge
hinsichtlich ihrer Geometrie derjenigen Geometrie der stetig dünnwandiger
werdenden Geometrie ent spricht, zu deren Fertigung jedoch wie bereits
erwähnt, die kostenintensiven Fertigungsverfahren eingesetzt
werden.
-
Durch
den Umstand, dass erfindungsgemäß die Abschnitte
dickwandig ausgeführt sind und kein Dickensprung in axialer
Richtung erfolgt, lassen sich die Geometrien mit recht kostengünstigen
Fertigungsverfahren herstellen, so zum Beispiel durch Sintern, Kaltfließpressen,
Stanzen und Rollen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsvariante kann an einer Tauchstufe
eines elektromagnetischen Druckregelventiles, ein in Richtung des
Ankerhubes variierender Materialquerschnitt durch einen zum Beispiel
gezackt ausgebildeten Verlauf des Magnetkerns eingestellt werden.
Dabei kann über eine Höhe H, eine Breite b, einen
Abstand L und einen Winkel α der zackenförmigen
Geometrie bzw. einer wellenförmigen Geometrie eine Kennlinienbeeinflussung
erreicht werden. Auch können die Zacken als Wellen in entsprechend
variablen Geometrien ausgeführt werden. Des Weiteren kann
alternativ auch der Polkern mit Zacken bzw. Wellen versehen werden
und zusätzlich über die Fasenlage bezüglich
des Umfangswinkels der Zacken oder Wellen im Polkern oder im Magnetkern
eine Beeinflussung der Kennlinie erreicht werden. Durch diese verschiedenen
Ausführungsmöglichkeiten wird der Freiheitsgrad
bei der Dimensionierung erheblich erweitert. Es ist jedoch ebenso
möglich, eine Zacken- bzw. Wellengeometrie im Anker darzustellen
und den Magnetkern diesem gegenüber, zylindrisch auszuführen.
-
Die
beschriebene zacken- oder wellenförmige Geometrie lässt
sich sowohl durch ein gerolltes Stanzteil als auch durch Sintern
oder durch Kaltfließpressen oder dergleichen darstellen.
-
In
weiteren Ausführungsmöglichkeiten zur Darstellung
kennlinienbeeinflussender Geometrien können zur Erreichung
einer vollständigen Magnetkreisgeometrie die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile
Polkerne und Magnetkern über eine aus amagnetischem Material
gefertigte Hülse gezogen werden, welche damit eine Polrohr
darstellt. Dieses Polrohr stellt ein Grundbauteil eines Magnetkreises dar.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
-
Es
zeigt:
-
1 einen
Halbschnitt durch die Komponenten eines Magnetkreises, eines Polkerns,
einer Zentrierhülse, eines Magnetkerns und eines Ankers,
-
2 eine
Abwicklung des Polkerns mit einer mit Zacken ausgebildeten Stirnseite
des Polkerns,
-
3 eine
teilweise dargestellte Abwicklung eines Polkerns mit einer kronenförmig
ausgebildeten Stirnseite.
-
Ausführungsformen
-
Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
Halbschnitt durch einen Magnetkreis zu entnehmen, der einen Anker,
einen Magnetkern, eine Zentrierhülse sowie einen erfindungsgemäß gestalteten
Polkern umfasst.
-
Ein
Magnetkreis 10 umfasst einen Magnetkern 12, einen
Anker 14 sowie einen Polkern 16. In der Darstellung
gemäß 1 ist der Anker 14 an
der Innenseite einer Zentrierhülse 18 aufgenommen, während
die Komponenten Magnetkern 12 und Polkern 16 sich
an der Außenmantelfläche der Zentrierhülse 18 befinden.
Die Zentrierhülse 18 ist symmetrisch zu ihrer
Symmetrieachse 20 aufgebaut, dies gilt auch für
die Komponenten Magnetkern 12 und Polkern 16 des
in 1 im Halbschnitt dargestellten Magnetkreises 10.
-
Wie
aus der Darstellung gemäß 1 hervorgeht,
besteht zwischen dem Magnetkern 12 und der diesem zuweisenden
Stirnseite des Polkernes 16 ein Freiraum in axialer Richtung.
Der Freiraum ist durch Bezugszeichen 22 kenntlich gemacht.
-
Der
Freiraum 22 ist einerseits durch die untere, glatt ausgebildete
Stirnfläche des Magnetkernes 12 begrenzt, und
andererseits durch in Umfangsrichtung angeordnete, durch Aussparungen
voneinander beabstandete Vorsprünge 24 bzw. Zacken 24 begrenzt.
Im Halbschnitt gemäß 1 ist lediglich
einer der Zacken 24 in der Draufsicht dargestellt. Mit
Bezugszeichen 24 ist im Halbschnitt gemäß 1 eine Flanke
eines Vorsprunges bzw. einer Zacke bezeichnet. Aus Gründen
der Klarheit sind die sich in Umfangsrichtung erstreckenden, zwischen
den einzelnen Vorsprüngen bzw. Zacken 24 ausgebildeten Aussparungen,
nicht dargestellt.
-
Durch
den Magnetkreis 10, dessen Komponenten im Halbschnitt gemäß der
Darstellung in 1 schematisch dargestellt sind,
wird eine Magnetkraft erzeugt, die über den Strom bzw. über
den Hub des Ankers 14 im Wesentlichen linear ist. Bei den
Lösungen gemäß des Standes der Technik
wird das entsprechende Magnetkraftkennfeld durch eine spezielle
geometrische Auslegung des Arbeitsluftspaltes erzielt. Dabei werden
radial verlaufende Fasen am Magnetkern 12 und/oder am Anker 14 und/oder
Durchmessersprünge gefertigt. Dies führt zu abschnittsweise
sehr dünnwandigen Bauteilen, die demzufolge sehr eng toleriert
gefertigt werden müssen, was die Herstellungskosten in
die Höhe treibt. Durch die zum Teil sehr dünnwandig
ausgebildeten Bauteile wird der physikalische Effekt genutzt, dass
in den dünnwandigen Bauteilen der Werkstoff flussabhängig
in die Sättigung getrieben wird und damit der Magnetfluss
durchflutungsabhängig im Verlauf variiert werden kann.
-
Während
bei dem aus dem Stande der Technik bekannten Lösungen auf
kostenintensiv zu fertigende dünnwandige Bauteile zurückgegriffen
wird, wobei rotationssymmetrische Geometrien im Magnetkern 12 durch
den Magnetfluss in Sättigung getrieben werden, wird bei
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
der Werkstoff nicht mehr rotationssymmetrisch in Sättigung
getrieben, sondern es werden in definierten Vorsprüngen
bzw. Zacken 24 dickwandige Materialstärken beibehalten.
Diese Abschnitte, seien es Vorsprünge 24, seien
es Zacken 24, sind in Umfangsrichtung verteilt angeordnet
und sind derart ausgelegt, dass über eine Höhenkoordinate
z, vgl. Bezugszeichen 28 die abschnittsweise dickwandige
Geometrie, d. h. die in Umfangsrichtung angeordneten Vorsprünge 24 mit
dazwischenliegenden Aussparungen, der stetig dünner werdenden
Geometrie gemäß der Lösung des Standes
der Technik entspricht. Durch den Umstand, dass die Vorsprünge bzw.
Zacken 24 dickwandig ausgebildet sind und kein Dickensprung
in axialer Richtung auftritt, können diese Geometrien mit
sehr kostengünstigen Fertigungsverfahren hergestellt werden.
Als kostengünstige Fertigungsverfahren seien beispielhaft – jedoch
nicht abschließend – das Sintern, das Kaltfließpressen, Stanzen
und Rollen genannt.
-
Der
Darstellung gemäß 2 ist eine
Abwicklung eines Magnetkernes des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Magnetkreises gemäß der Darstellung in 1 zu
entnehmen.
-
Wenngleich
nachstehend anhand des Polkernes 16 die Ausbildung und
spezielle Geometrie von Vorsprüngen 24 bzw. Zacken 24 beschrieben wird,
so besteht ohne weiteres die Möglichkeit, andere Komponenten
des Magnetkreises 10 mit den zackenförmigen Vorsprüngen 24 bzw.
den Zacken 24 an der dem Freiraum zuweisenden Stirnseite
zu versehen. So kann anstelle des Polkernes 16 auch der Magnetkern 12 bzw.
der Anker 14 mit in Umfangsrichtung 38 verteilt
angeordneten, durch Aussparungen 26 voneinander beabstandeten
Vorsprüngen 24 bzw. Zacken 24 versehen
sein.
-
Der
Darstellung gemäß 2 ist eine
Abwicklung des Polkerns 16 zu entnehmen. An der dem Freiraum 22 zuweisenden
Stirnseite weist dieser durch Aussparungen 26 voneinander
getrennte Vorsprünge 24 auf. Die einzelnen Vorsprünge 24 sind
in Umfangsrichtung 38 gesehen durch Aussparungen 26 der
Länge L beabstandet. In Bezug auf den Grund der Aussparungen 26 treten
die Vorsprünge 24 über eine Höhe
H in Axialrichtung 26 über den Grund bzw. die
Grundfläche der Aussparungen 26 hervor. Ein jeder
der Vorsprünge 24 kann durch eine ansteigende bzw.
abfallende Flanke, die in einem Schrägungswinkel α in
Bezug auf die Horizontale ausgeführt sein kann, begrenzt
sein.
-
Eine
Breite eines jeden der Vorsprünge 24 ist durch
Bezugszeichen B kenntlich gemacht, wobei B die Breite im Fußbereich
eines jeden der Vorsprünge 24 bezeichnet.
-
Wie
in Zusammenhang mit der Beschreibung des Magnetkreises 10 gemäß der
Darstellung in 1 bereits erwähnt,
ist der Polkern 16, dessen Abwicklung 30 in 2 dargestellt
ist, hier symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse 20 ausgeführt. Weder
die Abwicklung des Polkernes 16 noch der Polkern 16 selbst
müssen symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse
ausgeführt sein.
-
Aufgrund
der Ausbildung von Vorsprüngen 24, die durch in
Umfangsrichtung 38 verlaufende Aussparung 26 voneinander
getrennt sind, wird ein in Richtung des Ankerhubes des Ankers 14 variierender
Materialquerschnitt durch den gezackten Verlauf an der dem Freiraum 22 zuweisenden
Stirnseite des Polkernes 16 eingestellt. Die Höhe
H, die Breite B der Vorsprünge 24, die Länge
L der Aussparung 26 bzw. der Schrägungswinkel α der
Vorsprünge bzw. Zacken 24 kann zur Kennlinienbeeinflussung
des Magnetfeldes entsprechend variiert werden. Auch können
die Vorsprünge bzw. Zacken 24 anstelle als Zacken
als Wellen mit entsprechenden variablen Geometrien ausgeführt
sein.
-
Diese
Konturierung kann sowohl auf dem Magnetkern 12 in Vorsprüngen
bzw. Zacken 24 bzw. in Wellenform ausgebildet sein und
zusätzlich über die Fasenlage bezüglich
des Umfangswinkels der Zacken bzw. Vorsprünge 24 oder
der Wellen im Magnetkern 12 und Polkern 16 zur
Kennlinienbeeinflussung ausgeführt sein. Dadurch ergibt
sich ein wesentlich erhöhter Freiheitsgrad in Bezug auf
die Gestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Magnetkreises 10 gemäß der Darstellung
in 1.
-
Wie
vorstehend bereits erwähnt, ist es ebenso möglich,
die Vorsprünge bzw. Zacken 24 oder die Wellengeometrie
im Anker 14 auszubilden und den Polkern 16 zylindrisch
auszuführen. Der Magnetkreis 10 umfasst die Zentrierhülse 18,
innerhalb der der Anker 14 in vertikale Richtung bewegbar
angeordnet ist und an deren Außenmantelfläche
sich der Magnetkern 12 sowie der Polkern 16 unter
Ausbildung des Freiraumes 22 befinden.
-
Die
vorstehend beschriebenen Geometrien seien sie in Wellenform, seien
sie in Form von mit Kanten aufweisenden Vorsprüngen 24 bzw.
Zacken 24 ausgebildet, können durch gerollte Stanzteile
oder im Wege des Sinterverfahrens oder durch Kaltfließpressen
hergestellt werden. Eine Gestaltungsrichtlinie zur Formgebung der
Vorsprünge 24 bzw. der Zacken 24 liegt
darin, L zu minimieren, zum Beispiel durch den Übergangsradius
zwischen zwei benachbarten Zacken bzw. Vorsprüngen 24 zu
definieren. Ein Schrägungswinkel α liegt bevorzugt
im Bereich zwischen 15° < α < 45°.
-
Der
Darstellung gemäß 3 ist eine
weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Magnetkreises zu entnehmen.
-
Alternativ
zu in 2 dargestellten, gerade verlaufende Flanken, ansteigende
und abfallende Flanken aufweisenden Vorsprünge bzw. Zacken 24 sind
in der Ausführungsvariante gemäß 3 an
einer Stirnseite des Polkernes 16 kronenförmige
Vorsprünge 34 ausgebildet. Ein jeder der Vorsprünge
einer kronenförmigen Struktur 34 ist in Pilzform 40 gestaltet.
Die Vorsprünge in Pilzform 40 sind jeweils durch
Aussparungen 26 voneinander getrennt, analog zu den Anstiegsflanken
bzw. Abfallflanken aufweisenden Vorsprünge 24 im
Schrägungswinkel α gemäß der
Ausführungsvariante in 2.
-
Aufgrund
der pilzförmigen Struktur 40 der einzelnen Vorsprünge
ergeben sich Hinterschnitte 24 zwischen den Aussparungen 26 und
der maximalen lateralen Ausdehnung der einzelnen in Pilzform 40 ausgebildeten
kronenförmigen Vorsprünge 34 wie in 3 dargestellt.
Analog zur Ausführungsform gemäß 2 sind
die einzelnen in Pilzform gestalteten kronenförmige Vorsprünge 34 durch
die Aussparungen 26 voneinander getrennt. Dadurch ergibt
sich die in Umfangsrichtung 38 alternierende Abfolge von kronenförmigen
Vorsprüngen 34, die in Pilzform 40 ausgebildet
sind, auf die jeweils eine Aussparung 26 folgt.
-
Neben
der in 2 dargestellten trapezförmigen Geometrie
der Vorsprünge bzw. Zacken 24, der in 3 dargestellten
in Pilzform 40 ausgebildeten kronenförmigen Vorsprünge 34 können
auch andere Geometrien am Polkern 16 bzw. am Magnetkern 12 oder
auch am Anker 14 ausgebildet werden, über welche
eine nicht mehr rotationssymmetrisch verlaufende Sättigung
sondern eine Sättigung des Werkstoffes in definierten dickwandigen
in Umfangsrichtung 38 verteilt angeordneten Vorsprünge 24 bzw. 34 erfolgen
kann. Von Bedeutung ist, dass die dickwandig ausgebildeten Vorsprünge 24, 34 derart
ausgelegt sind, dass über die Höhekoordinate z,
vgl. Bezugszeichen 28 die abschnittsweise dickwandig ausgebildete
Geometrie der Vorsprünge 24, 34 derjenigen
Geometrie der stetig dünner werdenden Geometrie, die jedoch
hohe Fertigungskosten nach sich zieht, entspricht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4342591
A1 [0001]
- - DE 4337763 A1 [0002]
- - EP 1004066 B1 [0003]