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Die
Erfindung betrifft einen Hubmagneten mit einem Magnetgehäuse,
einem innerhalb dieses Magnetgehäuses bewegbar gelagerten
Hubankerkolben mit einer Ankerstange, einer koaxialen Spulenanordnung
und einem Konus. Derartige Hubmagneten werden beispielsweise bei
elektronisch gesteuerten Kupplungsanordnungen von Kraftfahrzeugen
eingesetzt, wobei der Hubmagnet in der Kupplung beispielsweise einen
Pumpenkolben steuert, der Hydrauliköl in das Kupplungssystem
pumpt, so dass die Kupplung betätigt wird.
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Es
sind Elektromagneten bekannt, die eine Magnetspulenanordnung, die
den längs zur Spulenachse beweglichen Hubankerkolben aufnimmt,
ein der Führung des Magnetfeld dienendes Polteil, das aus
einem Jochteil und einem davon magnetisch getrennten Konusteil besteht,
und eine die Spulenanordnung und den Polteile umgebendes flussführendes
Magnetgehäuse aufweisen. Für derartige Elektromagneten
sind verschiedene Ankerlagerungen bekannt.
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Ein
Elektromagnet mit diesen Merkmalen ist beispielsweise aus der
DE 198 59 116 A1 bekannt. Dort
erfolgt eine Lagerung des Hubankerkolbens entweder einseitig mittels
direkter Lagerung der Ankerstange auf einer Fläche eines
Polteils, beispielsweise eines Jochteils, oder mittels jeweiliger
Lagerung durch beiderseits des Hubankerkolbens ausgebildeten Ankerstangen
auf einer Fläche eines Kerns und des Polteils. Der Hubankerkolben
selbst weist keine Lagerstelle auf.
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Die
DE 102 38 840 A1 zeigt
eine direkte Lagerung des Hubankerkolbens in einem Lagerrohr bzw.
einer Lagerhülse. Diese Lagerart bietet eine verbesserte
Konzentrizität der beiden Lagerstellen des Hubankers.
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Aus
der
DE 93 10 843 U1 ist
ferner ein Elektromagnet bekannt, bei dem der Hubankerkolben direkt
innerhalb einer Spulenträgeranordnung axial gleitend geführt
ist.
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Die
DE 18 96 601 U1 offenbart
einen Elektromagneten, bei dem Spulenkörper und Führung
des Hubankerkolbens aus einem Stück bestehen können,
wobei mindestens ein Teil der Innenfläche des Spulenkörpers
als Gleitlager für den Hubankerkolben ausgebildet ist.
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Bei
diesen bekannten Lösungen ist es nachteilig, dass zur Lagerung
ein zusätzliches Bauteil im Magnetgehäuse des
Elektromagneten verwendet wird. Durch die Bauteildicke dieses Bauteils
sind größere Spalte erforderlich, die einen reduzierten
magnetischen Fluss bzw. eine geringere Kraftwirkung des Elektromagneten
zur Folge haben.
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Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, bei gleicher technischer Anforderungen
zum einen die Bauteile im Elektromagneten und auch dessen Gewicht
und seine Baugröße und die Kosten zu reduzieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch die Fertigung
bedingte Toleranzkette zwischen Konus und der hinteren Lagerstelle
bei einer sogenannten Bauch-Stangen-Lagerung, d. h., eine Lagerstelle
liegt im Hubankerkolben, die andere in der mit dem Hubankerkolben
verbundene Ankerstange, zu reduzieren, da einzelne Teile entfallen können.
Dies wirkt sich positiv auf die Konzentrizität der beiden
Lagerstellen aus.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Magnetgehäuse derart als Joch ausgebildet ist,
dass es eine Lagerung des Hubankerkolbens bewirkt. Die direkte Lagerung
des Hubankerkolbens in einem am Magnetgehäuse ausgeformten Joch
hat nicht nur die Einsparung von Bauteilen zur Folge, wodurch eine
Kosteneinsparung bei Einzelteilen, geringere Fertigung- und Logistikaufwand
die Folge ist, sondern führt auch zu einer Verkürzung
der Toleranzkette zwischen einer ersten Lagerstelle – beispielsweise
im Konus – und der anderen Lagerstelle im Magnetgehäuse,
so dass sich eine bessere Konzentrizität und eine geringere
Hysterese und damit eine höhere Magnetkraft ergibt.
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Die
erfinderische Idee der direkten Lagerung des Hubankerkolbens im
Magnetgehäuse beruht darauf, einen verkleinerten radialen
Luftspalt zwischen Anker und Magnetgehäuse im Jochbereich vorzusehen.
Dadurch reduziert sich der magnetische Widerstand und erhöht
sich der magnetische Fluss. Die Luftspaltreduzierung wird durch
eine direkte Stahl auf Stahl Lagerung des Hubankerkolbens umgesetzt.
Die Lagerung erfolgt hier nicht in einem Joch als separates Bauteil,
sondern in einem am Magnetgehäuse ausgeformtem Joch.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Magnetgehäuse
des Hubmagneten im Bereich des Hubankerkolbens in seinem Außendurchmesser derart
verjüngt ist, dass sein Innendurchmesser nur wenig größer
als der Außendurchmesser des Hubankerkolbens ist und einen
Gehäusedom bildet.
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Erfindungsgemäß kann
ein Lagerring in dem Gehäusedom angeordnet sein, in dem
der Hubankerkolben gelagert ist, so dass die Lagerung indirekt über
den Lagerring erfolgt, in dem der Hubankerkolben geführt
ist.
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Alternativ
kann der Hubankerkolben an seinem Umfang eine radiale Erhebung im
Bereich des Gehäusedomes aufweisen, so dass die Lagerung des
Hubankerkolbens direkt am Umfang des Hubankerkolbens im Bereich
des Gehäusedomes er folgt, wobei die radiale Erhebung des
Hubankerkolbens an der Innenfläche des Gehäusedomes
gelagert ist.
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In
vorteilhafter Weise kann der Hubankerkolben mit einer zusätzlichen
tribologisch optimierten Oberflächenbeschichtung versehen
sein.
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Ein
Teil des Magnetflusses zum Hubankerkolben lässt sich erfindungsgemäß beeinflussen, wenn
zwischen der rechten Abgrenzung der Spulenanordnung und dem flussführendem
Magnetgehäuse ein zusätzliches Joch in Form eines
axial und radial sich erstreckenden Winkels vorgesehen ist, dessen axialer
Schenkel von der Spulenhalterung überdeckt wird und auch
einen Teil des Hubankerkolbens derart überdeckt, dass der
radiale Schenkel des Joches als seitliche Abgrenzung der Spulenanordnung
dient.
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Erfindungsgemäß kann
die axiale Ausbuchtung des Gehäusedomes allein vom Hub
des Hubankerkolbens abhängig sein.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
seitlichen Längsquerschnitt durch eine erste erfindungsgemäße
Ausführungsform eines Hubmagneten mit einem Lagerring und
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2 eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Hubmagneten mit direkter Lagerung des Hubankerkolbens.
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Die 1 zeigt
einen Hubmagneten 1, der eine koaxiale Spulenanordnung
mit einer Spule 2 aufweist, die in einer aus Kunststoff
bestehenden Spulenhalterung 3 gelagert ist. Die Spulenanordnung 2, 3 kann über
einen auf einen Steckanschluss 19 aufgeschnappten Stecker 20 mit
elektrischem Strom versorgt werden. Darge stellt ist der unbestromte
Zustand des Hubmagneten 1, bei dem sich ein Hubankerkolben 4 des
Hubmagneten 1 zumindest teilweise seitlich außerhalb
der Spulenanordnung 2, 3 und nahezu vollständig
innerhalb einer axialen Ausbuchtung eines flussführenden
Magnetgehäuses 5, eines sogenannten Gehäusedoms 6,
befindet.
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Bei
Bestromung wird der teilweise von der Spulenanordnung 2, 3 umgebene
Hubankerkolben 4 in Richtung auf ein gegenüber
dem Gehäusedom 6 angeordnetes Polteil angezogen.
Das Polteil, der Konus, besteht aus zwei Teilen und umfasst eine
axiale Konushülse 7 und einen in radialer Richtung
sich erstreckenden, die Konushülse 7 teilweise
umgreifenden Konusring 8.
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Bei
Entstromung des Hubmagneten 1 wird der Hubankerkolben 4 durch
eine nicht dargestellte, außerhalb des Hubmagneten 1 angeordnete
Federanordnung wieder in die dargestellte Position im Bereich des
Gehäusedoms 6 gedrückt.
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Die
axiale Konushülse 7 weist an ihrer dem Hubankerkolben 4 zugewandten
Stirnseite ein Steuerteil 9 auf, durch dessen Ausformung
und Gestaltung die Kennlinie des Hubmagneten 1 beeinflusst werden
kann, so dass beispielsweise die Magnetkraft linear über
den Hub konstant bleibt. Der Konusring 8 bildet die seitliche
Begrenzung der Spulenhalterung 3.
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Der
Hubankerkolben 4 weist eine durchgehende zentrale Ankerbohrung 10 auf,
in die von der Seite der Konushülse 7 eine Ankerstange 11 eingedrückt
ist, die in axialer Richtung aus dem Hubankerkolben 4 herausragt
und eine konzentrisch in der Konushülse 7 angeordnete
durchgehende Konusbohrung 12 durchgreift. In die Konusbohrung 12 ist
eine Lagerbuchse 13 eingepresst, in der die Ankerstange 11 gelagert
und geführt ist.
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Mit
der Ankerstange 11 können Pumpenkolben, Aktoren
sowie elektromagnetisch betätigbare Ventilanwendungen betrieben
werden. Sie steht an ihrem anderen Ende mit der oben erwähnten,
nicht dargestellten Federanordnung in Verbindung. Bei Betätigung
des Hubmagneten 1 wird die Feder durch die Ankerstange 11 vorgespannt.
Bei Entstromung des Hubmagneten 1 drückt die Feder
diese Ankerstange 11 und damit den Hubankerkolben 4 wieder zurück
in seine dargestellte Ausgangs- und Ruheposition.
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Die
zur Konushülse 7 zugewandte Stirnseite des Hubankerkolbens 4 weist
eine konusförmige Abflachung 15 auf, deren axiale
Kontur der Kontur des entsprechend geformten Steuerteils 9 der
Konushülse 7 angepasst ist.
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Üblicherweise
wird der magnetische Fluss über ein Joch, einen flussführenden
Teil des Magnetgehäuses, den Hubankerkolben und den Konus
geschlossen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch
das flussführende Magnetgehäuse 5 als
Teil des Joches ausgebildet. Der Hubankerkolben 4 ist direkt
in einer einzigen Lagerstelle, beispielsweise in einem Lagerring 14,
geführt, der in dem Gehäusedom 6 des
Magnetgehäuses 5 eingepasst ist. Die Lagerung
erfolgt also auf der einen Seite in dem entgegen der Betätigungsrichtung
des Hubankerkolbens 4 gerichteten axialen Gehäusedom 6 des
Magnetgehäuses 5, dessen axiale Länge
durch den benötigten Hub festgelegt ist. Als zweite Lagerstelle
des Hubankers 4 und 11 dient die Lagerbuchse 13,
die in die axiale Konusbohrung 12 von der Innenseite des
Hubraums des Hubankerkolbens 4 eingepresst ist. In dieser
Lagerbuchse 13 ist die mit dem Hubankerkolben 4 verbundene
Ankerstange 11 geführt.
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Parallel
zu der Ankerbohrung 10 weist der Hubankerkolben 4 noch
zwei durchgehende Druckausgleichsbohrungen 17 auf. Die
der Konushülse 7 abgewandte Stirnseite des Hubankerkolbens 4 ist
mit einem Dämpfungsteil 18 versehen, das in der
Ruhestellung zwischen Hubankerkolben 4 und Deckel des Gehäusedoms 6 liegt
und beim Rückfallen des Hubankerkolbens 4 diesen
abfängt.
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Zwischen
der rechten Abgrenzung der Spulenanordnung 2, 3 und
dem flussführenden Magnetgehäuse 5 ist
ein zusätzliches Joch 16 in Form eines axial und
radial sich erstreckenden, im Querschnitt L-förmig ausgebildeten
Winkels vorgesehen, dessen axialer Schenkel von der Spulenhalterung 3 überdeckt
wird und auch einen Teil des Hubankerkolbens 4 überdeckt.
Der radiale Schenkel des Joches 16 dient als seitliche
Abgrenzung der Spulenanordnung 2, 3.
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Durch
den axialen Schenkel des Joches 16 wird lediglich eine
größere ”Überdeckung” zwischen Hubankerkolben 4 und
dem zum ”richtigen” Joch ausgeformten Magnetgehäuse 5 erzielt.
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Durch
die erfindungsgemäße im Außendurchmesser
derart verjüngte Ausformung des Magnetgehäuses 5 des
Hubmagneten 1 als Joch fungierender Gehäusedom 6,
so dass sein Innendurchmesser nur wenig größer
als der Außendurchmesser des Ankerkolbens ist, wird erreicht,
dass bei gleicher technischer Anforderungen zum einen die Anzahl
der Bauteile im Elektromagneten und somit auch dessen Gewicht und
seine Baugröße sich reduzieren. Die Abmessung
der axialen Ausbuchtung des Gehäusedomes 6 ist
allein abhängig vom gewünschten Hub des Hubankerkolbens 4.
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Der
Hubankerkolben 4 wird in diesem außerhalb des
Bereiches der Spulenanordnung 2 und 3 angeordneten
Gehäusedom 6 abgesetzt, damit nur ein kleiner
Bereich des Hubankerkolbens 4 Kontakt mit der Lagerfläche
des Magnetgehäuses 5 hat. Die Lagerstelle kann
anstelle des in der 1 dargestellten Lagerrings 14 durch
eine radiale Erhebung 21 am Umfang des Hubankerkolbens 4 im
Bereich des Gehäusedomes 6 erfolgen, wie dies
beispielsweise in der 2 dargestellt ist, die einen
seitlichen Längsquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform
des Hubmagneten 1 zeigt. Weiterhin ist die Konusbohrung 12 der
Konushülse 7 nur im Bereich des axialen Schenkels
der Lagerbuchse 13 mit geringem Durchmesser versehen. Zur
Antriebsseite hin weist die Konusbohrung 12 eine konusförmige
Erweiterung 22 auf.
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In
der 2 sind alle gleichen Bauteile mit demselben Bezugszeichen
versehen. Es gilt also somit im Wesentlichen die Beschreibung zu
der 1.
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Alternativ
zu der radialen Erhebung kann die Lagerung durch ein DU-Lager oder
sonstiges Lager wie den Lagerring 14 erfolgen, das direkt
im Gehäusedom 6 angeordnet ist.
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Um
die Dauerfestigkeit der Lagerstelle sicherzustellen und die Magnethysterese
entsprechend zu minimieren, kann der Hubankerkolben 4 mit einer
zusätzlichen tribologisch optimierten Oberflächenbeschichtung
versehen sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann der Elektromagnet noch
das zusätzliche Joch 16 aufweisen, das jedoch
nur einen Teil des Magnetflusses zum Hubankerkolben 4 koppelt.
Der größte Teil läuft weiterhin durch
das Magnetgehäuse 5 bzw. den Gehäusedom 6,
in dem der Hubankerkolben 4 gelagert ist, weil hier der
radiale Luftspalt kleiner ist als zwischen dem zusätzlichem
Joch 16 und dem Hubankerkolben 4.
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Das
zum Joch geformte Gehäuseteil, der Gehäusedom 6,
kann einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein.
Die geteilte Ausführung hat den Vorteil, dass sich beim
Zusammenbau der Einzelteile zum fertigen Magneten die Montage verbessert
und vereinfacht, hat aber den Nachteil, dass damit eine zusätzliche
Abdichtstelle entsteht, die abgedichtet werden muss. Die einstückige
Ausführung hat hingegen nur Herstellungs- und fertigungstechnische
Nachteile.
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- 1
- Hubmagneten
- 2
- Spule
- 3
- Spulenhalterung
- 4
- Hubankerkolben
- 5
- Magnetgehäuse
- 6
- Gehäusedom
- 7
- Konushülse
- 8
- Konusring
- 9
- Steuerteil
- 10
- Ankerbohrung
- 11
- Ankerstange
- 12
- Konusbohrung
- 13
- Lagerbuchse
- 14
- Lagerring
- 15
- Abflachung
- 16
- Joch
- 17
- Druckausgleichsbohrungen
- 18
- Dämpfungsteil
- 19
- Steckanschluss
- 20
- Stecker
- 21
- radiale
Erhebung
- 22
- konusförmige
Erweiterung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19859116
A1 [0003]
- - DE 10238840 A1 [0004]
- - DE 9310843 U1 [0005]
- - DE 1896601 U1 [0006]