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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Spulenvorrichtung für eine Magnetbaugruppe eines Magnetventils, insbesondere eines Schalt- oder Proportionalventils, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Magnetbaugruppe mit einer solchen elektromagnetischen Spulenvorrichtung sowie ein Magnetventil mit einer solchen Magnetbaugruppe.
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Stand der Technik
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Schalt- und Proportionalventile weisen häufig eine elektromagnetische Spule als Aktor auf. Bei einer Bestromung der Spule wird diese von einem Erregerstrom durchflossen und es bildet sich ein quer zur Stromrichtung gerichtetes Magnetfeld aus. Die Spule ist in der Regel in einen ferromagnetischen Körper eingesetzt, der die Flussdichte erhöht und die Magnetfeldlinien in einen mit der Spule zusammenwirkenden, hubbeweglichen Anker leitet. Der Hub des Ankers wird dadurch bewirkt, dass der Magnetkreis bestrebt ist, seinen magnetischen Widerstand zu reduzieren und einen Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und dem ferromagnetischen Körper zu schließen. Der Anker ist dabei in einem Ankerraum aufgenommen, der im Betrieb des Ventils in der Regel mit einem Fluid befüllt ist. Um zu verhindern, dass das Fluid nach außen gelangt, sind regelmäßig Dichtungen vorgesehen, die insbesondere im Bereich eines nach außen geführten Spulendrahtendes zur externen Kontaktierung der Spule angeordnet sind. Dieser Bereich ist insbesondere bei der Montage und der Herstellung der Kontaktierung, wie auch im Betrieb des Ventils, hohen Belastungen ausgesetzt, so dass es zu Beschädigungen der Dichtungen und damit zu Undichtigkeiten kommen kann.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 063 535 A1 ist eine elektromagnetische Spuleneinrichtung bekannt, die einen aus einem Kunststoffmaterial gebildeten Spulenkörper mit einem eine Wicklung ausbildenden Spulendraht aufweist, der mindestens ein Ende besitzt, das zur externen Kontaktierung nach außen geführt ist. Dem Ende ist ein Kontaktstift zur externen Kontaktierung zugeordnet, der außen am Spulenkörper angeordnet und von dem Kunststoffmaterial bereichsweise umschlossen wird. Der Kontaktstiftbereich dient der Verbindung mit einem Stecker, einer Platine, einem Kabel oder dergleichen. Bei Herstellung einer solchen Verbindung wie auch beim Lösen, ferner bei Betrieb in einer dynamisch und/oder thermisch belasteten Umgebung, ist der Kontaktstiftbereich Belastungen ausgesetzt, die zu einer Beschädigung des Kontaktbereichs führen können. Um dies zu verhindern, wird in der angeführten Offenlegungsschrift vorgeschlagen, dass der Spulenkörper unterhalb des Kontaktstifts und außerhalb des Kontaktstiftbereichs eine schlitzförmige Ausnehmung besitzt, über welche der Spulenkörper in der Lage ist eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung des Kontaktstifts relativ zum Kontaktstiftbereich federnd aufzunehmen. Auf diese Weise soll insbesondere die dynamische Belastung des Kontaktstiftbereiches bei der Montage oder Demontage eines Kontaktsteckers gemindert werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Spulenvorrichtung anzugeben, die einfach aufgebaut und leicht zu montieren ist. In der Folge sollen eine Qualitätsoptimierung und eine höhere Prozesssicherheit erreicht werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die elektromagnetische Spulenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene elektromagnetische Spulenvorrichtung umfasst einen Spulenträger und einen Spulendraht, der zur Ausbildung einer Wicklung um den Spulenträger gewickelt ist und zur Ausbildung eines Kontaktierungsbereichs wenigstens ein vorstehendes Ende besitzt. Erfindungsgemäß ist der Spulenträger zumindest im Bereich eines radialen Übermaßes gegenüber der Wicklung aus einem Elastomerwerkstoff gebildet.
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Der aus dem Elastomerwerkstoff gebildete Bereich des Spulenkörpers ermöglicht das Einsetzen des Spulenkörpers in einen Magnettopf unter einer radialer Vorspannung. Diese wiederum bewirkt eine Abdichtung, die den Einsatz zusätzlicher Dichtelemente, insbesondere im Bereich des zur Ausbildung eines Kontaktierungsbereichs vorstehenden Spulendrahtendes, entbehrlich macht. Der Spulenträger übernimmt somit gleichzeitig die Funktion einer Dichtung. Durch die Funktionsintegration und den Wegfall zusätzlicher Dichtelemente, vorrangig in Form von O-Ringen, durch die das dünne Spulendrahtende hindurch geführt werden muss, wird die Montage deutlich vereinfacht. Dies geht ferner mit einer Qualitätsoptimierung und einer höheren Prozesssicherheit einher. Zudem können Kosten gespart werden.
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Bevorzugt ist der Spulenträger ferner in wenigstens einem Kontaktbereich mit der Wicklung aus dem Elastomerwerkstoff gebildet. Der Spulenträger dient auf diese Weise zugleich als Isolator. Weiterhin bevorzugt sind alle Kontaktbereiche des Spulenträgers mit der Wicklung aus dem Elastomerwerkstoff gebildet.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Spulenträger hohlzylinderförmig ausgebildet ist und an wenigstens einem Ende einen die Wicklung umgreifenden ringförmigen Flansch besitzt, der ganz oder teilweise aus dem Elastomerwerkstoff gebildet ist. Vorzugsweise im Bereich des wenigstens einen Flansches weist der Spulenkörper das radiale Übermaß gegenüber der Wicklung auf, so dass hierüber die radiale Vorspannung gegenüber einem den Spulenträger aufnehmenden Magnettopf und in der Folge die Abdichtung realisierbar ist. Bevorzugt weist der Spulenträger an beiden Enden jeweils einen die Wicklung umgreifenden ringförmigen Flansch mit einem radialen Übermaß auf, so dass der Spulenträger die Wicklung an drei Seiten umgibt und den Spulenaufnahmeraum nach außen abdichtet, wenn die Spulenvorrichtung in einen Magnettopf eingesetzt wird.
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Weiterhin bevorzugt ist das vorstehende Ende des Spulendrahts zur Ausbildung des Kontaktierungsbereichs durch den Flansch des Spulenträgers nach außen geführt. Das Spulendrahtende überragt demnach den Spulenträger in axialer Richtung, wodurch die Kontaktierung vereinfacht wird. Denn die Lage des Spulendrahtendes ist weitgehend unabhängig von der Einbaulage des Spulenträgers. Vorzugsweise ist der Spulendraht im Bereich der Durchführung durch den Flansch vollständig von dem Elastomerwerkstoff umschlossen, so dass auch dieser Bereich abgedichtet ist.
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Zur Erhöhung der Stabilität kann der Spulenträger einen Stützkörper besitzen. Auf diesen Stützkörper ist der Elastomerwerkstoff vorzugsweise aufvulkanisiert. Der Stützkörper kann beispielsweise hülsenförmig ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Stützkörper an der Ausbildung des wenigstens einen Flansches beteiligt sein. In diesem Fall besitzt der Stützkörper einen L- oder C-förmigen Querschnitt. Weiterhin vorzugsweise ist der Stützkörper aus einem nicht magnetischen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff, gefertigt.
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Da die Vorteile einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung insbesondere in Kombination mit einem Magnettopf zur Aufnahme der Spulenvorrichtung zu Tage treten, wird ferner eine Magnetbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spulenvorrichtung und einem Magnettopf beansprucht, in den die Spulenvorrichtung eingepresst ist. Der Magnettopf besitzt hierzu bevorzugt eine ringförmige Ausnehmung deren Außendurchmesser und/oder Innendurchmesser geringfügig kleiner als der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser des Spulenträgers gewählt ist bzw. sind, um die radiale Vorspannung und damit die Abdichtung zu bewirken. Vorzugsweise liegt der Spulenträger außenumfangseitig und innenumfangseitig unter einer radialen Vorspannung in der ringförmigen Ausnehmung am Magnettopf an.
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Ferner wird ein Magnetventil, insbesondere ein Schalt- oder Proportionalventil, mit einer solchen Magnetbaugruppe beansprucht.
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Bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spulenvorrichtung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine in ein Magnetventil eingesetzte Magnetbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spulenvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch die Magnetbaugruppe der 1 in einer vergrößerten Darstellung,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Magnetbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spulenvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und
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4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Magnetbaugruppe mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spulenvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in den 1 und 2 dargestellte Magnetbaugruppe umfasst einen Magnettopf 10 mit einer ringförmigen Ausnehmung 15, in die ein Spulenträger 1 einer elektromagnetischen Spulenvorrichtung gemäß der Erfindung eingepresst ist. Der Spulenträger 1 liegt sowohl innenumfangseitig als auch außenumfangseitig im Bereich zweier ringförmiger Flansche 6, 7 unter einer radialen Vorspannung an den die ringförmige Ausnehmung 15 begrenzenden Wänden des Magnettopfes 10 an (siehe Pfeile in der 2). Um das Einpressen zu ermöglichen, ist der Spulenträger 1 aus einem Elastomerwerkstoff 5 gefertigt und weist im Bereich seiner ringförmigen Flansche 6, 7 einen größeren Außendurchmesser und einen größeren Innendurchmesser als die ringförmige Ausnehmung 15 des Magnettopfes 10 auf.
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Die radiale Vorspannung des aus dem Elastomerwerkstoff 5 gebildeten Spulenträgers 1 bewirkt eine Abdichtung der ringförmigen Ausnehmung 15 des Magnettopfes 10 gegenüber einem Ankerraum 16, der von dem Magnettopf 10 und einem Gehäuse 11 des Magnetventil begrenzt wird und einen hubbeweglichen Anker 12 aufnimmt. Der Ankerraum 16 ist zudem mit einem Fluid befüllt. Durch die Abdichtung wird verhindert, dass Fluid aus dem Ankerraum 16 in die Ausnehmung 15 gelangt.
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Der Anker 12 ist vorliegend als Flachanker ausgebildet und mit einem Ankerbolzen 13 verbunden. Bei einer Bestromung der Spulenvorrichtung werden der Anker 12 und der Ankerbolzen 13 entgegen der Federkraft einer Feder 14 in Richtung des Magnettopfes 10 gezogen, so dass ein Arbeitsluftspalt 17 zwischen dem Magnettopf 10 und dem Anker 12 geschlossen wird. Mit Beendigung der Bestromung drückt die Federkraft der Feder 14 den Anker 12 und den Ankerbolzen 13 in die jeweilige Ausgangslage zurück.
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Zwischen den beiden Flanschen 6, 7 ist der Spulenträger 1 mit einem Spulendraht 2 umwickelt, so dass eine Wicklung 3 ausgebildet wird. Die Flansche 6, 7 besitzen gegenüber der Wicklung 3 ein radiales Übermaß, so dass beim Einpressen des Spulenträgers 1 in die ringförmige Ausnehmung 15 des Magnettopfes 10 die Wicklung 3 nicht beschädigt wird. Ein Ende des Spulendrahts 2 ist dabei zur Ausbildung eines Kontaktierungsbereichs 4 in axialer Richtung durch den Flansch 6 des Spulenträgers 1 und durch den Magnettopf 10 hindurch geführt. Im Bereich einer Durchführung 8 durch den Flansch 6 ist der Spulendraht 2 vollständig von dem Elastomerwerkstoff 5 umschlossen, so dass auch dieser Bereich abgedichtet ist. Die Kontaktierung erfolgt vorliegend über einen Stecker 18, der auf das Gehäuse 11 des Magnetventils aufgesetzt ist.
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Weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spulenvorrichtung sind in den 3 und 4 dargestellt. Diese unterscheiden sich von der der 1 und 2 dadurch, dass in den Elastomerwerkstoff 5 ein Stützkörper 9 eingelassen ist, um die Stabilität des Spulenträgers 1 zu erhöhen.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Stützkörper 9 eine Kunststoffhülse, die vollständig von dem Elastomerwerkstoff 5 umgeben ist. Der Elastomerwerkstoff 5 wurde hierzu auf die Kunststoffhülse aufvulkanisiert. Die Flansche 6, 7 werden ganz aus dem Elastomerwerkstoff 5 gebildet.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 weist der Stützkörper 9 einen C-förmigen Querschnitt auf und erstreckt sich somit in die Flansche 6, 7 hinein. Der Stützkörper 9 ist auch hier vollständig von dem Elastomerwerkstoff 5 umgeben, der auf den Stützkörper 9 aufvulkanisiert wurde.
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Eine erfindungsgemäße elektromagnetische Spulenvorrichtung weist viele Vorteile auf. Sie erleichtert die Montage, da der Spulenträger 1 die Funktion der Abdichtung übernimmt und somit die bislang übliche, aber schwierige Spulendrahtabdichtung ersetzt. Zudem kann die Baugruppe bestehend aus Magnettopf 10 und Spulenträger 1 umfassend den Spulenddraht 2 außerhalb der Ventilendmontage vormontiert oder im Fremdbezug beschafft werden. Zur Vormontage wird der Spulendraht 2 über den Spulenträger 1 gewickelt, anschließend wird der Spulenträger 1 in die ringförmige Ausnehmung 15 des Magnettopfs 10 eingepresst. Mit dem Einpressen des Spulenträgers 1 in den Magnettopf 10 ist zugleich die Abdichtung sichergestellt. Danach kann die Baugruppe in das Ventil eingebaut werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008063535 A1 [0003]
