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Die
Erfindung betrifft ein Polrohr gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 und einen damit ausgeführten Betätigungsmagneten.
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Derartige
Polrohre sind beispielsweise aus der
DE
199 52 800 oder der
DE 10 2006 021 927 A1 bekannt. Demgemäß hat
ein Polrohr eine einen Ankerraum umgebende Hülse, in dem
ein Magnetanker axial verschiebbar aufgenommen ist. An einem Endabschnitt
des Ankerraums ist ein Polstück angeordnet, das üblicher
Weise von einem Stößel durchsetzt ist, so dass
eine Axialverschiebung des Magnetankers über den Stößel
auf das zu betätigende Ventil übertragen wird.
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Der
andere Endabschnitt des Ankerraums ist mittels eines als Hubbegrenzung
wirkenden Verschlusseinsatzes druckdicht verschlossen. In diesem ist
ein Notbetätigungsstößel vorgesehen, über
den der Magnetanker bei einer Störung, beispielsweise einem
Stromausfall von Hand betätigbar ist. In vielen Anwendungsfällen
ist der Ankerraum mit Druckmittel gefüllt, so dass entsprechende
Vorkehrungen zwischen der Hülse und dem Verschlusseinsatz
getroffen werden müssen, um den Ankerraum druckdicht abzuschließen.
Bei den bekannten Lösungen sind O-Ringdichtungen zwischen
der Innenumfangswandung der Hülse und der Außenumfangswandung
des Verschlusseinsatzes sowie zwischen dem Außenumfang
des Notbetätigungsstößels und einer Innenumfangswandung
einer Stößelführung im Verschlusseinsatz
vorgesehen.
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Nachteilig
bei einer derartigen Lösung ist, dass ein vergleichsweise
hoher fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist, um die Aufnahmen
für die genannten O-Ringe auszubilden. Des Weiteren ist
die Montage schwierig, da die O-Ringe in geeigneter Weise ohne Beschädigung
eingesetzt werden müssen. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, dass der Verschlusseinsatz aufwendig aus Metal, wie beispielsweise
Messing, spanend hergestellt ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Polrohr und einen damit ausgeführten Betätigungsmagneten
zu schaffen, bei dem die Abdichtung eines Ankerraums mit vergleichsweise
einfachen Mitteln ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Polrohrs durch die Merkmalskombination
des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Betätigungsmagneten durch
die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 16
gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
das Polrohr an einem Endabschnitt mittels eines Verschlusseinsatzes
verschlossen, der als Hubbegrenzung wirkt. Am Verschlusseinsatz
sind elastische Dichtlippen ausgebildet, die sich beim Einsetzen
des Verschlusseinsatzes elastisch verformen und sich dichtend an
die Innenumfangswandung eines Ankerraums des Polrohrs anlegen. Eine
derartige Lösung ist äußerst einfach
zu montieren, da die Dichtlippe nicht gesondert eingesetzt werden
muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es für den
Hersteller äußerst einfach ist, die Dichtlippengeometrie
im Hinblick auf die optimale Abdichtung auszulegen.
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Bei
einer bevorzugten Lösung ist der Verschlusseinsatz aus
Kunststoff, vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff,
beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt.
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Der
Aufbau des Verschlusseinsatzes ist besonders einfach, wenn die Dichtlippe
umlaufend im Bereich einer stirnseitigen Umfangskante des Verschlusseinsatzes
ausgebildet ist.
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Dabei
kann die Dichtlippe einerseits durch eine Stirnflächenringnut
begrenzt sein. Diese verjüngt sich vorzugsweise weg von
der besagten Umgangskante.
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Die
Kontur der Dichtlippe lässt sich weiter optimieren, wenn
diese umfangsseitig zurückgestuft ist und sich zur Umfangskante
hin allmählich radial erweitert.
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Diese
radiale Erweiterung ist vorzugsweise konisch ausgeführt.
Dabei liegt die Dichtlippe im Abstand zur Abstufung in Anlage an
einer Polrohrinnenumfangswandung.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist am Außenumfang des
Verschlusseinsatzes etwa mittig eine Einschnürung vorgesehen,
in die ein Polrohrendabschnitt durch Umformen eingreift, um den
Verschlusseinsatz materialschlüssig festzulegen.
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Der
den Verschlusseinsatz durchsetzende Betätigungsstößel
ist ebenfalls dichtend geführt und liegt vorzugsweise mit
einem Dichtkegel an einer Sitzfläche des Verschlusseinsatzes
an.
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Bei
dieser Lösung kann ein Dichtring an einem im Verschlusseinsatz
geführten Führungszapfen des Notbetätigungsstößels
vorgesehen sein.
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Alternativ
kann die Dichtlippe auch als umlaufender Radialbund ausgeführt
sein, der mit dem vorstehend beschriebenen durch Umformung ausgebildeten
Polrohrendabschnitt dichtend zusammenwirkt. Bevorzugt ist es, sowohl
einen Radialbund als auch eine stirnseitige Dichtlippe in der vorbeschriebenen
Konfiguration am Verschlusseinsatz vorzusehen.
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Der
Radialbund steht dabei vorzugsweise in Radialrichtung über
die Dichtlippe hinaus.
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Bei
dieser Variante ist es vorteilhaft, wenn der Radialbund in der vorstehend
beschriebenen Einschnürung des Verschlusseinsatzes angeordnet ist.
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Prinzipiell
ist es möglich, die Dichtlippen aus einem weicheren Material
als den Grundkörper zu fertigen, so dass diese Bereiche
im Hinblick auf die Dichtfunktion optimiert sind.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein Polrohr eines Betätigungsmagneten;
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2 einen
Verschlusseinsatz für ein Polrohr gemäß 1;
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3 ein
Detail Y aus 2;
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4 eine
Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines
Verschlussstückes;
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5 ein
Detail X des Verschlussstückes gemäß 4 und
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6 eine
dreidimensionale Darstellung des Verschlusseinsatzes gemäß 4.
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Das
in
1 im Längsschnitt gezeigte Polrohr
1 hat
einen Grundaufbau, wie er beispielsweise aus der eingangs genannten
DE 10 2006 021 924 bekannt
ist. Ein derartiges Polrohr
1 hat eine Polhülse
2 aus
magnetisierbarem Stahl, die über einen Trennring
4 aus
nicht magnetisierbarem Material mit einem Polstück
6 durch
Schweißen verbunden ist. In diesem ist ein in Axialrichtung
verschiebbarer Stößel
8 geführt, über
den beispielsweise ein Ventilschieber eines zu betätigenden
Ventils verstellt werden kann. Dieser Polrohrmantel bestehend aus
der Hülse
2, dem Trennring
4 und dem
Polstück
6 begrenzt einen Ankerraum
10,
in dem ein Magnetanker
12 gleitend geführt ist.
Das in
1 dargestellte Polrohr
1 ist bei einem
Betätigungsmagneten von einer nicht dargestellten Magnetspule
umgriffen, bei deren Bestromung der Anker in der Darstellung gemäß
1 nach
links verstellt wird. Um ein Anhaften der stößelseitigen
Stirnfläche des Magnetankers
12 an der vom Stößel
8 durchsetzten
Ringstirnfläche des Polstückes
6 zu verhindern,
ist an dieser eine Antiklebescheibe
15 aufgenommen. Der
in
1 rechte Endabschnitt des Ankerraums
10 ist über
einen Verschlusseinsatz
14 verschlossen, der durch Rollen oder
einen sonstigen Umformvorgang mit der Hülse
2 verbunden
ist, wobei ein Bördelrand
16 der Hülse
2 in
eine Einschnürung
18 des Verschlusseinsatzes
14 eingerollt
ist. Das dargestellte Polrohr
1 mit der aufgesetzten Magnetspule
wird über ein Befestigungsgewinde
20 in das Gehäuse
des zu betätigenden Ventils eingeschraubt.
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Zur
Abdichtung des Ankerraums 10 ist – wie im Folgenden
noch ausführlich erläutert wird – am Verschlusseinsatz 14 eine
umlaufende Dichtlippe 21 ausgebildet, die dichtend an der
im Ankerraum 10 begrenzenden Innenumfangswandung des Polrohrs 1 anliegt,
so dass der mit Druckmittel gefüllte Ankerraum 10 nach
außen hin abgedichtet ist.
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Der
Ankerhub in Richtung zum Verschlusseinsatz 14 ist durch
einen Notbetätigungsstößel 24 begrenzt,
der in dem Verschlusseinsatz 14 verschiebbar geführt
ist und der in der dargestellten Grundposition mit einem Konus 26 auf
einem Sitz 28 des Verschlusseinsatzes 14 aufliegt.
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Einzelheiten
dieses Verschlusseinsatzes 14 werden im Folgenden anhand
der 2 und 3 erläutert. In der
Darstellung gemäß 2 ist der
Endabschnitt der Hülse 2 des Polrohrs 1 noch
nicht durch Rollen formschlüssig in die Einschnürung 18 hinein
umgeformt – d. h. 2 zeigt
die Relativposition der Hülse 2 und des Verschlusseinsatzes 14 vor dem
Rollen.
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Gemäß 2 ist
die umlaufende Dichtlippe 21 durch eine Stirnflächenringnut 30 ausgebildet,
die von der linken Stirnfläche 32 aus sich mit
den radial außen liegenden Flanken schräg nach
innen verjüngt, wobei der umlaufende Scheitel 34 der
Stirnflächenringnut 30 abgerundet ist. Auf diese
Weise wird eine innen liegende Flanke 36 der Dichtlippe 21 schräg
angestellt, so dass sich die Dichtlippe 21 zur in 2 linken
Umfangskante 38 des Verschlusseinsatzes 14 hin
verjüngt.
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Das
Profil der Dichtlippenaußenumfangsfläche ist im
Detail Y in 3 dargestellt. An dieser Darstellung
erkennt man deutlich die Umfangskante 38, die beim dargestellten
Ausführungsbeispiel leicht abgerundet ist und entlang dieser
die Dichtlippe 21 an der Innenumfangsfläche 22 des
Polrohrs anliegt. Von dieser Umfangskante 38 weg, nach
rechts (Ansicht nach 3) hin, ist der Außenumfang
der Dichtlippe 21 konisch verjüngt, wobei der
Konuswinkel a weniger als 10°, vorzugsweise weniger als
5° beträgt. Nach einem vorbestimmten Axialabstand
zur Umfangskante 38 endet die Dichtlippe 21 an
einer Radialschulter 40, über die der Verschlusseinsatz 14 wieder
auf seinen Außenumfang 42 zurückspringt,
der dem Außendurchmesser des Ankerraums 10 entspricht
und somit gleitend entlang diesem geführt ist. Gemäß dem
Detail in 3 ist im nicht eingebauten Zustand
der Durchmesser D der Umfangskante 38 etwas größer
als der Durchmesser des Ankerraums 10 ausgeführt,
so dass im Einbauzustand die Dichtlippe 21 radial nach
innen vorgespannt ist, wobei diese Vorspannung dem Maß V
entspricht, das in 3 eingezeichnet ist. Die Anlage
der Umfangskante 38 der Dichtlippe 21 an die Innenumfangsläche 22 ermöglicht
eine hohe dichtende Flächenpressung.
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Durch
die Stirnflächenringnut 30 im Verschlusseinsatz 14 in 2 sind
die Flanken 36 von dem Druckmittel in dem Ankerraum 10 mit
Druck beaufschlagbar (wobei der Druck in 2 beispielhaft mit
Pfeilen gekennzeichnet ist), wodurch die Dichtlippe 21 zusätzlich
zur Vorspannung an die Innenumfangsfläche 22 gepresst
ist. Selbst ein Spalt im drucklosen Zustand zwischen der Dichtlippe 21 und
der Innenumfangsfläche 22 ist im Betrieb durch
den auf die Flanken 36 wirkenden Druck schließbar.
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Wie
bereits vorstehend erwähnt, ist am Außenumfang
des Verschlusseinsatzes 14 etwa mittig die Einschnürung 18 zu
sehen, in die nach dem Rollen der Bördelrand 16 (in 2 unverformt
dargestellt) eintaucht, so dass der Verschlusseinsatz 14 lagefixiert
ist.
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An
dem aus der Hülse 2 hervorstehenden Endabschnitt
des Verschlusseinsatzes 14 ist ein Außengewinde 44 ausgebildet.
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Gemäß 2 hat
der Verschlusseinsatz 14 eine Führungsbohrung,
in der der Notbetätigungsstößel 24 verschiebbar
geführt ist. Dieser hat einen mittigen Führungsbund 48,
der gleitend in der Führungsbohrung 46 geführt
ist. Zwischen dem vom Kegel 26 entfernten und von aussen
zugänglichen Endabschnitt und dem Führungsbund 48 des
Notbetätigungsstößels 24 ist
eine Aufnahmenut 50 für einen O-Ring ausgebildet, über
den der Ankerraum 10 im Bereich der Führung für
den Notbetätigungsstößel 24 abgedichtet
ist. Im Anschluss links an den Führungsbund 48 (Ansicht
nach 2) ist der Notbetätigungsstößel 24 etwas
zurückgestuft und geht dann in den Kegel 26 über,
der in der Grundposition auf dem im ankerseitigen Mündungsbereich
der Führungsbohrung 46 ausgebildeten Sitz 28 aufliegt.
Im Anschluss an den Kegel 26 nach links (2)
ist dann noch ein Anschlagbund 52 vorgesehen, auf dessen
Stirnfläche 54 zur Hubbegrenzung die benachbarte
Stirnfläche des Magnetankers 12 aufläuft.
Bei einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall kann
der Notbetätigungsstößel 24 von
außen her nach links verstellt werden (Ansicht nach 2),
um den Magnetanker 12 und damit auch den Stößel 8 zu
verstellen und das Ventil von Hand in eine entsprechende Stellung
zu bringen.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verschlusseinsatz 14 aus
Kunststoff hergestellt, wobei die Materialwahl im Hinblick auf die
optimale Abdichtung optimiert ist. Prinzipiell ist es auch möglich,
die Dichtlippe 21 aus einem anderen Material als den restlichen
Körper des Verschlusseinsatzes auszuführen. Die
Dichtlippe 21 könnte beispielsweise aus einer
Materialkomponente mit einer höheren Elastizität
bestehen. Als Herstellverfahren bietet sich das Spritzgießen
an, wobei dann auch im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren
eine Dichtlippe aus einem vergleichsweise weichen Material einstückig
am Verschlusseinsatz 14 ausgeführt werden kann,
der im übrigen aus einem härteren Material besteht. Durch
eine geeignete Auswahl der Geometrie der Dichtlippe 21 kann
diese mit einer hinreichenden Elastizität ausgeführt
sein, so dass die Umfangskante 38 stets dichtend an der
Innenumfangsfläche 22 des Polrohrs anliegt.
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Zum
Montieren wird der Verschlusseinsatz mit dem vormontierten Notbetätigungsstößel 24 in den
Endabschnitt der Hülse 2 eingesetzt bis der umzuformende
Endabschnitt 16 etwa im Bereich der Einschnürung 18 angeordnet
ist. Nach einer Justierung des Ankerhubs wird dann diese Relativposition zwischen
Verschlusseinsatz 14 und Hülse 2 durch Rollen
fixiert.
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Anhand
der 4, 5 und 6 wird ein weiteres
Ausführungsbeispiel des vorbeschriebenen Verschlusseinsatzes 14 erläutert.
Dieser hat im Prinzip den gleichen Grundaufbau wie der zuvor beschriebene
Verschlusseinsatz 14, d. h. die Umfangsfläche
der Dichtlippe 21 verjüngt sich kegelförmig
von der Umfangskante 38 in Richtung zur Einschnürung 18.
Die Elastizität der Dichtlippe 21 ist unter anderem durch
die Geometrie der Stirnflächenringnut 30 (siehe 6)
bestimmt. Im Übergangsbereich zwischen der Dichtlippe 21 und
der Einschnürung 18 befindet sich ein zylindrischer
Abschnitt mit der Außenumfangsfläche 42,
der flächig an der Innenumfangsfläche der Hülse 2 anliegt,
während die Dichtlippe 21 aufgrund ihres etwas
größeren Durchmessers mit Vorspannung dichtend
gegen die Innenumfangsfläche 22 vorgespannt ist.
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Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Einschnürung 18 mit einer etwas größeren
Axiallänge als beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
ausgeführt. Etwa mittig in der Einschnürung 18 ist
ein Radialbund 56 vorgesehen, der zwei radial verlaufende
Ringstirnflächen 58, 60 hat und dessen
Axiallänge (Breite) wesentlich geringer als die Axiallänge
der Einschnürung 18 ausgeführt ist. Der
Außendurchmesser R des Radialbundes ist wesentlich größer
als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche 42 des
Einsatzstückes 14 ausgeführt, so dass
dieser Radialbund 56 in Radialrichtung über die
sonstigen Wandungsbereiche des Verschlusseinsatzes 14 hinaus
steht.
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In 5 ist
das Profil im Bereich dieses Radialbundes 56 vergrößert
dargestellt. Demgemäß unterteilt der Radialbund 56 die
Einschnürung 18 in eine Bördelnut 62 und
eine rückseitige Nut 64, an die sich in der Darstellung
gemäß 4 nach links hin der mit dem
Außengewinde 44 ausgebildete außerhalb
der Hülse 2 angeordnete Endabschnitt des Verschlusseinsatzes 14 anschließt.
Der Übergang erfolgt dabei über eine Schrägfläche 66,
deren Geometrie im Prinzip beliebig gestaltet werden kann. Die sich
vom Boden der Bördelnut 62 hin zur Außenumfangsfläche 42 erstreckende
Nutflanke 68 ist im Übergangsbereich zur Außenumfangsfläche 42 mit
einem Übergangsradius 70 versehen, der im Hinblick
auf den Umformvorgang optimiert ist, so dass beim Rollen des Bördelrandes 16 eine
flächige, im Wesentlichen dichtende Anlage zwischen Verschlusseinsatz 14 und
Hülse 2 erreicht wird. Nach dem Bördeln
liegt dann der eingerollte Stirnflächenabschnitt der Hülse 2 zusätzlich dichtend
an der Ringstirnfläche 60 des Radialbundes 56 an.
Die Materialwahl des Radialbunds kann ebenfalls wieder im Hinblick
auf die optimierte Dichtwirkung ausgewählt werden. In dem
Fall, in dem der Grundkörper des Verschlusseinsatzes 14 aus
einem vergleichsweise steifen Material gefertigt werden soll, könnten
im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren sowohl die Dichtlippe 21 als
auch der Radialbund 56 aus einem vergleichsweise elastischen
Material mit guter Dichtwirkung ausgeführt werden.
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Prinzipiell
ist es auch möglich, die Abdichtung zwischen Hülse 2 und
Verschlusseinsatz 14 allein durch den Radialbund 56 zu
bewirken.
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Beim
Einsetzen des Verschlusseinsatzes 14 in die Hülse 2 wirkt
dieser Radialbund 56 noch als Anschlag, da er mit der Stirnfläche 60 auf
die Ringstirnfläche der unverformtem Hülse 2 aufläuft.
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Selbstverständlich
kann der Verschlusseinsatz 14 auch aus anderen Materialien
oder nach anderen Verfahren hergestellt werden – wesentlich
ist, dass die Dichtlippe 21 durch geeignete Geometrie und/oder
Materialwahl so ausgeführt ist, dass sie ihre Dichtfunktion
erfüllen kann.
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Offenbart
sind ein Polrohr für einen Elektromagneten und ein mit
einem derartigen Polrohr ausgeführter Betätigungsmagnet,
wobei an einem Verschlusseinsatz des Polrohrs einstückig
Dichtlippen zum Abdichten eines Ankerraums vorgesehen sind.
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- 1
- Polrohr
- 2
- Polhülse
- 4
- Trennring
- 6
- Polstück
- 8
- Stößel
- 10
- Ankerraum
- 12
- Magnetanker
- 14
- Verschlusseinsatz
- 15
- Antiklebescheibe
- 16
- Bördelrand
- 18
- Einschnürung
- 20
- Befestigungsgewinde
- 21
- Dichtlippe
- 22
- Innenumfangsfläche
- 24
- Notbetätigungsstößel
- 26
- Kegel
- 28
- Sitz
- 30
- Stirnflächenringnut
- 32
- Stirnfläche
- 34
- Scheitel
- 36
- Flanke
- 38
- Umfangskante
- 40
- Radialschulter
- 42
- Außenumfangsfläche
- 44
- Außengewinde
- 46
- Führungsbohrung
- 48
- Führungsbund
- 50
- Aufnahmenut
- 52
- Anschlagbund
- 54
- Stirnfläche
- 56
- Radialbund
- 58
- Ringstirnfläche
- 60
- Ringstirnfläche
- 62
- Bördelnut
- 64
- Nut
- 66
- Schrägfläche
- 68
- Nutflanke
- 70
- Übergangsradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19952800 [0002]
- - DE 102006021927 A1 [0002]
- - DE 102006021924 [0028]