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Die
Erfindung betrifft einen Hubmagneten gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In
der
DE 201 00 950
U1 ist ein derartiger Hubmagnet zur Betätigung
eines hydraulischen Magnetventils offenbart. Der Hubmagnet weist
ein Polrohr auf, in dem ein Magnetanker verschiebbar geführt
ist. Das Polrohr wird von einer Magnetspule umgriffen, die mit einem
Gehäusemantel umschlossen ist. Aufgrund von Fertigungstoleranzen
der einzelnen Bauteile des Hubmagneten und Permeabilitätsschwankungen
im Eisenmaterial ist es notwendig, dass die Magnetkraft nach der
Herstellung des Hubmagneten einstellbar ist. Hierfür ist
stirnseitig in das Polrohr eine Vertiefung eingebracht, in die ein
axial verschiebbarer Kern eingeschraubt ist. Durch die Einschraubtiefe
des Kerns ist die Magnetkraft des Hubmagneten veränderbar.
Für die Einstellung der Einschraubtiefe des Kerns ist ein
außen am Hubmagneten angreifendes Werkzeug notwendig. Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass ein derartiger Hubmagnet vorrichtungstechnisch
sehr aufwändig aufgebaut ist.
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Die
DE 10 2004 035 501
A1 offenbart einen Hubmagneten, bei dem zum Verändern
der Magnetkraft ein das Polrohr umgreifender und axial verschiebbarer
Ring vorgesehen ist, der einen Überdeckungsbereich mit
einem Gehäusemantel definiert. Die Nachteile entsprechen
den vorstehend genannten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hubmagneten mit
veränderlicher Magnetkraft zu schaffen, der einfach und
kostengünstig aufgebaut ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Hubmagneten mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und mit einem Magnetventil mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 11.
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Erfindungsgemäß hat
ein Hubmagnet, insbesondere zur Ventilbetätigung, ein von
einer Magnetspule umgriffenes Polrohr, wobei in dem Polrohr ein axial
verschiebbarer Magnetanker aufgenommen ist. Zum Einstellen einer
Magnetkraft ist zumindest eine auswechselbare Anpassscheibe vorgesehen, über die
Magnetfeldlinien bzw. Teile des Magnetflusses zwischen Polrohr und
Spule verlaufen.
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Diese
Lösung hat den Vorteil, dass eine derartige Anpassscheibe
mit äußerst geringem Aufwand in den Hubmagneten
integrierbar und kostengünstig herstellbar ist. Somit kann
zum Einstellen der Magnetkraft einfach eine entsprechende Anpassscheibe in
dem Hubmagneten angeordnet werden. In der
DE 195 42 642 A1 ist dagegen
ein Hubmagnet gezeigt, der mit einer aus einem Ring und einem Deckel
aufgebauten Abdeckplatte verschlossen ist. Der Ring ist im Gegensatz
zur Anpassscheibe der vorliegenden Erfindung im Bereich der Magnetfeldlinien
zwischen Polrohr und Spule in seinen Abmessungen nicht veränderbar,
da hierbei beispielsweise die Position des Deckels verschoben werden
würde. Außerdem ist der Ring in den Hubmagneten
eingepasst, wofür geringe Fertigungstoleranzen des Rings
nötig sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anpassscheibe über
eine Spulenmutter an einem die Magnetspule abschnittsweise umschließenden Gehäusemantel
vorgespannt, wodurch die Anpassscheibe äußerst
einfach fixierbar ist.
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Um
beispielsweise Anpassscheiben mit unterschiedlicher Höhe
in den Hubmagneten zu integrieren, kann diese über eine
an der Spulenmutter abgestützten Tellerfeder vorgespannt
sein.
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Zweckmäßig
ist es, wenn der Gehäusemantel die Magnetspule an einer
ventilabgewandten Stirnseite mit einem Gehäusemantelboden
umgreift und die Anpassscheibe an dem Gehäusemantelboden
in etwa anliegt.
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Der
Einfluss der Anpassscheibe auf die Magnetkraft kann erhöht
werden, wenn der Gehäusemantelboden eine Drosselvertiefung
hat, in die die Anpassscheibe eintaucht und die Drosselvertiefung beispielsweise
zwischen 10 und 80% der Dicke des Gehäusemantelbodens beträgt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erhöhung
der Magnetkraft ein das Polrohr umgreifender hohlzylindrischer Gehäusevorsprung
am Gehäusemantelboden hin zur Magnetspule ausgebildet sein.
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Der
Durchmesser der Anpassscheibe kann beispielsweise in etwa 110 bis
180% des Polrohrdurchmessers, und das Verhältnis der Scheibendicke (d)
der Anpassscheibe zur Dicke (g) des Gehäusemantelbodens
(30) kann in etwa zwischen 5 und 100% betragen.
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Vorteilhafterweise
steigt die auf den Magnetanker wirkende Magnetkraft mit wachsender Scheibenhöhe
bzw. Scheibendicke der magnetisch leitfähigen Anpassscheibe.
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Vorzugsweise
weist ein Magnetventil einen oder zwei derartige Hubmagneten auf.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Hubmagneten mit einer Anpassscheibe in einer stark vereinfachten
Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 den
Hubmagneten in einer Längsschnitt gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel;
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3 den
Hubmagneten in einer Längsschnitt gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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4 den
Hubmagneten in einer Längsschnitt gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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5 eine
Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel;
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6 eine
Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel, und
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7 eine
Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
einen Hubmagneten 2 mit einer Anpassscheibe 4 zur
Ventilbetätigung in einer stark vereinfachten Längsschnittansicht
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Hubmagnet 2 ist an ein in 1 angedeutetes
Ventilgehäuse 6 angeschlossen. Derartige Ventilgehäuse 6 haben
meist einen vorgespannten Ventilkörper über den
bei einer axialen Verschiebung Druckmittelverbindungen auf- oder zugesteuert
werden können.
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Ein
Polrohr 8 des Hubmagneten ist von einer in einem Gehäusemantel 10 aufgenommenen
Magnetspule 12. umgriffen. An einem dem Ventilgehäuse 6 abgewandten
Ende des Polrohrs 8 ist eine in etwa zylinderförmige
Spulenmutter 14 angeschraubt, die an den Gehäusemantel 10 im
verschraubten Zustand im Wesentlichen anliegt. Die Spulenmutter 14 ist
in etwa hohlzylindrisch aufgebaut und über ein Gewinde 16 mit
dem Polrohr 8 verschraubt. Die Spulenmutter 14 weist
gehäusemantelseitig zwei Senkungen 20, 22 auf,
wobei an einer Senkungsgrundfläche 24 der Senke 20 mit
dem größeren Durchmesser sich eine Tellerfeder 26 abstützt
und die Anpassscheibe 4 zum Gehäusemantel 10 vorspannt.
Die Anpassscheibe 4 liegt dabei mit einer ersten Stirnseite 28 an einem
Gehäusemantelboden 30 des Gehäusemantels 10 in
etwa an. An der zweiten Stirnseite 32 der Anpassscheibe 4 greift
dabei die Tellerfeder 26 an. Die Gehäusemantelboden 30 des
Ventilgehäuses 6 umgreift im Wesentlichen die
Magnetspule 12 bis zum Polrohr 8. Auf der dem
Gehäuseboden 30 abgewandten Seite der Magnetspule 12 ist
eine ringförmige Polscheibe 34 angeordnet.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Magnetkraft des Hubmagneten 2 mit
zunehmender Höhe der Anpassscheibe 4 steigt. Die
Magnetkraft des Hubmagneten 2 ist somit über die
Höhe bzw. Scheibendicke der Anpassscheibe 4 einstellbar
und die Magnetkraftabweichungen von dem Hubmagneten 2 auf
Grund von Fertigungstoleranzen durch unterschiedliche Anpassscheiben 4 ausgleichbar.
Zur Anordnung der Anpassscheibe 4 in den Hubmagneten 2 ist
ein Öffnen bzw. Demontieren des Ventilgehäuses 6 oder
ein demontieren des Polrohrs 8 bzw. ein Eingriff in den
hydraulischen Kreis nicht notwendig. Es ist höchstens erforderlich
die Spulenmutter 14 mit der Tellerfeder 26 zu
montieren, um die Anpassscheibe 4 im Hubmagneten 2 anzuordnen
oder auszutauschen. Eine genauere Darstellung des Hubmagneten 2 aus 1 ist
in der folgenden 2 offenbart.
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2 zeigt
den Hubmagneten 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
in einem Längsschnitt. Hierbei ist unter anderem der Aufbau
des Polrohrs 8 genauer dargestellt. In dem Polrohr 8 ist
ein durch die Magnetkraft axial verschiebbarer in etwa zylinderförmiger
Magnetanker 36 geführt. Dieser schlägt
in Richtung zum Ventilgehäuse 6 an einer nicht
dargestellten Anschlagscheibe an, die zwischen einem Polkern 38 und
dem Magnetanker 36 angeordnet ist. Ein dem Magnetanker 36 abschnittsweise
umschließender Rohrkörper 40 ist von
dem Polkern 38 durch einen antimagnetischen Konusring 42 getrennt.
Der Rohrkörper 40 ist an dem den Ventilgehäuse 6 abgewandten
Endbereich mit einem Verschlussdeckel 44 geschlossen.
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Die
Scheibendicke d der Anpassscheibe 4 ist in der 2 etwas
geringer als die Dicke g des Gehäusemantelbodens 30.
Mit zunehmender Scheibendicke d der Anpassscheibe 4 kann
der Anstieg der Magnetkraft des Hubmagneten 2 geringer
werden. Es hat sich als sinnvoll gezeigt, wenn der Außenradius
a der Anpassscheibe 4 in etwa 110 bis 180% des Polrohrradius
b und das Verhältnis zwischen Scheiben dicke d und Dicke
g des Gehäusemantelbodens 30 in etwa zwischen
5 und 100% beträgt.
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In 3 ist
der Hubmagnet 2 in einem Längsschnitt gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum
ersten Ausführungsbeispiel in 2 weist
der Gehäusemantelboden 30 des Gehäusemantels 10 einen
magnetische Drosselbereich 46 auf. Die Gehäusemantelboden 30 ist
hierbei auf der der Anpassscheibe 4 zugewandten Seite mit
einer Drosselstufe 48 radial vom Polrohr 8 her
zurückgestuft. Der Außenradius der Drosselstufe 48 entspricht
zumindest dem Außenradius a der Anpassscheibe 4,
damit diese in die Drosselstufe 48 eintauchbar ist und
beträgt in etwa 110 bis 180% des Polrohrradius b. Durch
die Drosselstufe 48 ist die Veränderung der Magnetkraft
des Hubmagneten 2 aufgrund der Anpassscheibe 4 höher.
Es ist denkbar eine Dicke h der Drosselstelle 48 um 50%
der ursprünglichen Dicke g, siehe 2, zu reduzieren.
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4 zeigt
den Hubmagneten 2 in einem Längsschnitt gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel. Der Gehäusemantelboden 30 des
Gehäusemantels 10 weist hierbei einen ringförmigen
Gehäusevorsprung 50 auf. Dieser erstreckt sich
von einer der Anpassscheibe 4 abgewandten Gehäusebodeninnenfläche 52 axial
entlang des Polrohrs 8 in Richtung zum Ventilgehäuse 6.
Die Innenmantelfläche 54 des Gehäusevorsprungs 50 ist
dabei bündig mit der Innenmantelfläche 56 des
Gehäusemantelbodens 30. Die Höhe i des
Gehäusevorsprungs 50 entspricht in 4 etwa
der halben Dicke g des Gehäusemantelbodens 50 und
der Außenradius j des Gehäusevorsprungs 50 liegt
in etwa zwischen dem Außenradius b und a des Polrohrs 8 und
der Anpassscheibe 4.
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Die
folgenden 5 bis 7 zeigen
die Kraft-Hub-Kennlinien des Hubmagneten 2 der vorhergehenden
drei Ausführungsbeispiele aus den 1 bis 4 bei
einer vorgegebenen Stärke eines durch eine Spulenwicklung
der Magnetspule 12 (siehe 1) fließenden
Stroms. Die Kennlinien veranschaulichen die durch unterschiedliche
Scheibenhöhe d (siehe 2) der Anpassscheibe 4 veränderte magnetische
Wirkung der Spulenwicklung auf den Magnetanker 36 (siehe 2)
und die dadurch ausgeübte Kraft, die auf einen in den Figuren
nicht dargestellten Ankerstößel übertragen
wird.
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Die
Ordinate zeigt die Kraft bzw. Verstellkraft in N und die Abszisse
den Hub in mm des Ankerstößels bei Nennströmen
von 40 und 100% und unterschiedlicher Scheibendicke d = 0,25; 0,5;
1,0; 1,5 und 2,0 mm der Anpassscheibe 4 (siehe 2).
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Die 5 bezieht
sich auf den Hubmagneten 2 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel aus 1 und 2.
Bei einem Nennstrom von 100% und 40% ist jeweils als Referenz eine
Kennlinie 60 des Hubmagneten 2 ohne Anpassscheibe 4 dargestellt.
Fünf weitere Kennlinien beziehen sich auf den Hubmagneten 2 mit
jeweils einer eine andere Scheibendicke d aufweisenden Anpassscheibe 4.
Ohne Anpassscheibe 4 ist die Kraft an der Ordinate am geringsten.
Mit steigender Scheibendicke d von 0,25 bis 2 mm steigen auch die
dazugehörigen Kennlinien nach oben in dem Kennlinienfeld.
Eine oberste Kennlinie 62 bezieht sich dabei, jeweils bei
einem Nennstrom von 100% und 40%, auf eine Scheibendicke d von 2
mm. Im Vergleich beispielsweise der Kennlinien 60 und 62 zeigt
sich die Veränderung der Magnetkraft des Hubmagneten 2 aufgrund
der Anpassscheibe 4 sehr deutlich. So steigt die Magnetkraft
bei einem Hub von etwa 2,0 mm von ca. 72 N (ohne Anpassscheibe)
auf ca. 74 N (mit Anpassscheibe). Der Verlauf der Kennlinie bleibt
mit einer Anpassscheibe 4 weitestgehend erhalten. Der Kraftanstieg
der Magnetkraft wird mit zunehmender Scheibendicke d der Anpassscheibe 4 geringer,
was in der 5 dadurch ersichtlich ist, dass
der Kennlinienabstand (bezüglich der Ordinate) einer Kennlinie
für eine Scheibendicke d1 zu einer Kennlinie für
eine Scheibendicke d2 < d1 größer
ist, als zu einer Kennlinie für eine Scheibendicke d3 > d1.
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6 zeigt
die Kraft-Hub-Kennlinien des Hubmagneten 2 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel aus 3. Hierbei
sind die Abstände der Kennlinien zu der Kennlinie 60 bei
jeweils einem Nennstrom von 100% und 40% größer
als in 5. Dies zeigt, dass mit einer Drosselstufe 48 aus 3 der
Einfluss der Anpassscheibe 4 auf die Magnetkraft erhöht
ist. Die oberste Kennlinie 62 bezieht sich dabei wie in 5 auf
eine Scheibendicke von 2 mm.
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In 7 sind
die Kraft-Hub-Kennlinien des Hubmagneten 2 gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel aus 4 offenbart.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Kennlinien, aus 5 und 6,
sind die Abstände der Kennlinien, die sich auf eine Anpassscheibe 4 (siehe 4)
beziehen, zu der Kennlinie 60 geringer, was den geringeren
Einfluss der Scheibendicke d auf die Magnetkraft des Hubmagneten 2 widerspiegelt.
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Es
ist denkbar mehrere Anpassscheiben 4 in den 1 bis 4 im
Hubmagneten 2 anzuordnen. So können statt einer
Anpassscheibe 4 mit einer Scheibendicke d von 1 mm vier
Anpassscheiben 4 mit einer Scheibendicke d von 0,25 mm
verwendet werden.
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Offenbart
ist ein Hubmagnet, insbesondere zur Ventilbetätigung, mit
einem von einer Magnetspule umgriffenen Polrohr. In dem Polrohr
ist ein verschiebbarer Magnetanker aufgenommen. Zum Einstellen einer
Magnetkraft ist zumindest eine auswechselbare Anpassscheibe vorgesehen, über
die Teile des Magnetflusses zwischen Polrohr und Spule verlaufen.
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- 2
- Hubmagneten
- 4
- Anpassscheibe
- 6
- Ventilgehäuse
- 8
- Polrohr
- 10
- Gehäusemantel
- 12
- Magnetspule
- 14
- Spulenmutter
- 16
- Gewinde
- 18
- Freistich
- 20
- Senkung
- 22
- Senkung
- 24
- Senkungsgrundfläche
- 26
- Tellerfeder
- 28
- Stirnseite
- 30
- Gehäusemantelboden
- 32
- Stirnseite
- 34
- Polscheibe
- 36
- Magnetanker
- 38
- Polkern
- 40
- Rohrkörper
- 42
- Konusring
- 44
- Verschlussdeckel
- 46
- Drosselbereich
- 48
- Drosselstufe
- 50
- Gehäusevorsprung
- 52
- Gehäusebodeninnenfläche
- 54
- Innenmantelfläche
- 56
- Polfläche
- 60
- Kennlinie
- 62
- Kennlinie
- a
- Außenradius
- b
- Polrohrradius
- d
- Scheibendicke
- g
- Dicke
- i
- Höhe
- j
- Außenradius
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 20100950
U1 [0002]
- - DE 102004035501 A1 [0003]
- - DE 19542642 A1 [0007]