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Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet, insbesondere zur Betätigung eines Ventils, wobei der Elektromagnet einen Spulenkörper aufweist, der Wicklungen eines elektrischen Strom leitenden Drahtes trägt, und ein Tubusrohr, zumindest teilweise, im Inneren des Spulenkörpers angeordnet ist und das Tubusrohr einen Ankerraum bildet, in dem ein Anker längsbeweglich gelagert ist und auf einen, in einem Joch des Elektromagneten gelagerten Stößel wirkt.
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Für die Einstellung der magnetischen Eigenschaften des Elektromagneten ist es bekannt das Tubusrohr einstückig, aber aus unterschiedlichen Abschnitten, herzustellen. Diese Abschnitte unterscheiden sich bezüglich ihrer Eigenschaften der Leitung oder Führung der magnetischen Feldlinien (magnetische Leitfähigkeit).
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Die Endabschnitte des Tubusrohres bestehen aus Materialien / Metallen mit guter oder besserer magnetischer Leitfähigkeit. Zwischen diesen Abschnitten befindet sich ein Stück aus einem Material/Metall mit schlechter oder geringerer magnetischer Leitfähigkeit.
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Diese Abschnitte werden miteinander verschweißt und müssen hernach zerspanend nachbearbeitet werden, um eine entsprechende Präzision zu gewährleisten, da die Innenfläche des Tubusrohres als Auflagefläche des Ankers im Ankerraum dient.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zu finden, die eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Elektromagneten wie eingangs beschrieben und schlägt vor, dass sich der erste Längsabschnitt des Tubusrohres in einem Stabilisierungskörper abstützt und der zweite Längsabschnitt des Tubusrohres vom Joch gehalten ist und der Stabilisierungskörper und das Joch axial, bezogen auf die Spulenlängsachse des Spulenkörpers, beabstandet sind.
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Geschickterweise besteht der Stabilisierungskörper bzw. das Joch aus einem Material mit guter/hoher magnetischer Leitfähigkeit. Der Stabilisierungskörper und das Joch sind voneinander beabstandet und werden durch das Tubusrohr verbunden, wobei das Tubusrohr aus einem Material mit schlechter/geringer magnetischer Leitfähigkeit gebildet ist. Dabei müssen die drei Elemente Stabilisierungskörper, Tubusrohr und Joch nicht zwingenderweise mechanisch fest miteinander verbunden zum Beispiel verschweißt werden, die Dichtheit des Elektromagneten, insbesondere der Ankerraum wird durch eine entsprechend dichte Ausgestaltung des Tubusrohres allein erreicht.
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Zum Beispiel wird der Stabilisierungskörper auf dem ersten Längsabschnitt (dem ersten Längsende zugewandt) des Tubusrohres aufgesetzt und stützt ihn damit ab, das Joch wird auf dem zweiten Längsabschnitt (dem zweiten Längsende zugewandt) des Tubusrohres ebenfalls aufgesteckt und so gehalten. Eine entsprechend hohe Passung stellt einen ausreichenden mechanischen Zusammenhalt sicher, was mit entsprechenden Fertigungsverfahren kostengünstig erreicht werden kann.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag vermeidet komplett ein Schweißen oder aber erlaubt es, falls eine solche Verbindung benötigt wird, diese so auszuführen, dass keine zerspanende Nachbearbeitung notwendig ist. Dabei ist günstigerweise zu beachten, dass das Schweißen die magnetischen Eigenschaften aber auch Fertigkeitseigenschaften beeinflusst. Der erfindungsgemäße Vorschlag senkt nicht nur die Herstellungskosten, sondern vermeidet auch eine Beeinträchtigung der magnetischen oder sonstigen Eigenschaften des Elektromagneten.
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Es resultiert ein günstiger herzustellender Elektromagnet, der bessere bzw. mechanische Eigenschaften aufweist.
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Des Weiteren umfasst die Erfindung auch die Verwendung des Elektromagneten für den Zweck eines elektromagnetisch angesteuerten Ventils, zum Beispiel Druckregelventil.
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In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromagneten
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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In 1 ist der erfindungsgemäße Elektromagnet 1 im Schnitt gezeigt.
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Der Elektromagnet 1 besitzt einen Spulenkörper 2, der eine Vielzahl von Wicklungen 20 eines Drahtes trägt. Durchfließt ein elektrischer Strom diesen Draht der Wicklungen 20, so entsteht ein Magnetfeld, das auf einen Anker 4 wirkt und diesen gegen die Kraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bewegt. Die Rückstellfeder ist zum Beispiel in dem durch dem Stöße 10 betätigten Ventilteil (ebenfalls nicht gezeigt) angeordnet.
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Der Spulenkörper 2 besitzt eine Spulenlängsachse 21, der Anker 4 ist parallel zur dieser Spulenlängsachse 21 beweglich. Im Inneren des Spulenkörpers 2 ist das Tubusrohr 3 angeordnet. Das Tubusrohr 3 bildet, bzw. begrenzt den Ankerraum 30, der den Anker 4 aufnimmt.
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Der Anker 4 wirkt auf einen Stößel 10, der in dem Joch 5 des Elektromagneten 1 beweglich gelagert ist. Die Bewegung des Ankers 4 wird über den Stößel 10 aus dem Elektromagneten 1 heraus geleitet. Hierzu ist der Stößel 10 in der Bohrung 50 des Joches 5 beweglich gelagert. Im abgefallenen, nicht bestromten Zustand, wie er in 1 gezeigt ist, drückt die nicht dargestellte Rückstellfeder über den Stößel 10 den Anker 4 nach oben, zwischen dem Ankerraumboden 34 und der unteren Kante 40 des Ankers 4 bildet sich der Luftspalt 33 aus. Dabei ist der Ankerraumboden 34 auch eine Begrenzungsfläche des Joches 5.
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Das Tubusrohr 3 teilt sich auf in mindestens zwei Längsabschnitte, den ersten Längsabschnitt 31 und den zweiten Längsabschnitt 32, die sich insbesondere bis an die jeweiligen Enden des Tubusrohres 3 erstrecken. Zwischen den beiden Längsabschnitten 31,32 befindet sich der Mittelabschnitt 35. Die Längsabschnitte 31,32 erstrecken sich bis an die jeweiligen Enden des Tubusrohres 3.
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Das Tubusrohr 3 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einseitig offen, der zweite, untere offene Längsabschnitt 32 ist auf den Führungsdorn 51 des Joches 5 aufgeschoben. Die Bohrung 50 befindet sich in der Mitte dieses Führungsdornes 51. Natürlich umfasst die Erfindung auch Lösungen, bei welchen das Tubusrohr 3 beidseitig offen ist.
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Der erste Längsabschnitt 31 des Tubusrohres 3 ist durch einen Tubusrohrboden 36 druckdicht abgeschlossen. Der Längsabschnitt 31 ist insofern topfartig ausgebildet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Längsabschnitt 31 in einen ebenfalls topfartigen Stabilisierungskörper 6 eingesteckt. Dieser Stabilisierungskörper 6 schließt das obere Ende des Spulenkörpers 2 ab.
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Das Tubusrohr 3 hat die Aufgabe einen druckdichten Ankerraum 30 zur Verfügung zu stellen und den Stabilisierungskörper 6 mit dem Joch 5, genau genommen dem Führungsdorn 51 des Joches 5 zu verbinden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Stabilisierungskörper 6 und auch das Joch 5, insbesondere den Führungsdorn 51 aus einem Material herzustellen, dass eine gute bzw. hohe magnetische Leitfähigkeit besitzt. Eine solche Ausgestaltung unterstützt erheblich die Führung des von der stromdurchflossenen Spule erzeugten Magnetfeldes und erhöht die gesamte Effizienz des Gerätes.
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Insbesondere ist gefunden worden, dass durch eine konusartige Ausgestaltung des oberen Randes 52 des Führungsdornes 51, welcher den Luftspalt 33 seitlich begrenzt, die magnetischen Eigenschaften, insbesondere die Strom-Kraft-Kennlinie des Elektromagneten 1 in günstigerweise beeinflusst werden kann.
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Durch die konusartige Ausgestaltung des oberen Randes 52 reduziert sich naturgemäß die Materialstärke des den Luftspalt 33 seitlich begrenzenden Materials des Führungsdornes 51. Der Stabilisierungskörper 6 schließt sich in axialer Richtung (bezogen auf die Spulenlängsachse 21) nicht nahtlos an den oberen Rand des Führungsdornes 51 an, sondern ist etwas beabstandet, dieser Bereich wird von dem Mittelabschnitt 35 des Tubusrohres 3 überspannt. Der Stabilisierungskörper 6 und das Joch 5 sind axial, bezogen auf die Spulenlängsachse 21 zueinander beabstandet und werden durch das Tubusrohr 3, insbesondere dessen Mittelabschnitt 35 miteinander verbunden.
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Das Joch 5 bzw. der Führungsdorn 51 ist wie auch der Stabilisierungskörper 6 aus einem Material gebildet, das eine gute bzw. hohe magnetische Leitfähigkeit aufweist. Der Stabilisierungskörper 6 hat hierbei noch die zusätzliche Aufgabe, den oberen, ersten Längsabschnitt 31 des Tubusrohres 3 (welcher den Tubusrohrboden 36 aufweist) mechanisch zu stützen, was insbesondere bei Hochdruckanwendungen von Vorteil ist. Bei hohen Drücken müsste ansonsten die Materialstärke des Tubusrohres 3, das naturgemäß aus einem Material mit geringer oder schlechter magnetischer Leitfähigkeit ausgebildet ist, erhöht werden, was aber insgesamt die magnetischen Eigenschaften negativ beeinflussen würde. Der Einsatz des Stabilisierungskörpers 6 kombiniert somit eine hohe Druckfestigkeit mit guten magnetischen Eigenschaften.
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Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass der erste Längsabschnitt 31 des Tubusrohres 3 in den topfartigen Stabilisierungskörper 6 eingesteckt ist. Der abgefallene Anker 4 liegt dann nicht direkt auf dem Körperboden 60 des Stabilisierungskörpers 6 auf, sondern ist von diesem etwas beabstandet, der Tubusrohrboden 36 wirkt hier wie ein Luftspalt und verringert die Ablösekräfte des Ankers 4. Dabei ist auch vorgesehen, den Tubusrohrboden 36 nicht gerade sondern nach innen gewölbt auszubilden wodurch sich der Abstand des abgefallenen Ankers 4 zu dem Körperboden 60 deutlich über die Materialstärke des Tubusrohrmateriales erhöht.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Tubusrohr 3 beginnend im Mittelabschnitt 35 und dann im dem zweiten Längsabschnitt 32, welcher mit dem Joch 5 zusammenwirkt, konusartig (vom Tubusrohrboden 36 abgewandt) aufgeweitet ist. Dies hat den Vorteil, dass im Bereich des Luftspaltes 33 Material des Jochs 5 mit hoher magnetischer Leitfähigkeit zur Verfügung steht und dort die magnetischen Eigenschaften optimiert sind.
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Es ist aber klar, dass der erfindungsgemäße Ansatz auch mit einem durchgehend zylindrischen Tubusrohr 3 realisierbar ist.
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Der Stabilisierungskörper 6 ist im Kern 11 des Elektromagneten 1 eingebettet bzw. gelagert. Der Kern 11 schließt den Elektromagneten 1 auf der dem Joch 5 gegenüberliegenden Seite des Spulenkörpers 2 ab. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stabilisierungskörper 6 von dem Kern 11 getrennt ausgebildet. Es ist aber auch möglich, den Stabilisierungskörper 6 einstückig, als Teil des Kernes 11 zu realisieren, beide Lösungen gehören zur Erfindung. Natürlich ist es auch möglich, den Stabilisierungskörper 6 in das Innere des Tubusrohres 3 einzusetzen.
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Die Wandstärke des Tubusrohres 3 wird entsprechend dem Einsatzbereich des Elektromagneten gewählt. Wird eine hohe Druckfestigkeit benötigt, weil der Elektromagnet 1 ein Ventil antreibt, so wird eine Wandstärke von bis zu 0,8 mm (oder auch mehr) verwendet. Bei niedrigeren Drücken kann die Wandstärke entsprechend bis auf 0,3 mm (oder auch weniger) reduziert werden. Das Tubusrohr 3 ist zum Beispiel als kaltverformtes, tiefgezogenes Bauteil ausgebildet, welches überall eine gleiche Wandstärke aufweist. Alternativ ist vorgesehen, dass durch eine Veränderung der Wandstärke gezielt die magnetischen Eigenschaften beeinflusst werden können. Dies gilt insbesondere im Bereich des Mittelabschnittes 35 oder des ersten Längsabschnittes 31, hier am Bereich des Konusses 52 bei dem eine Verringerung oder Erhöhung der Wandstärke gegenüber den anderen Bereichen des Tubusrohres alternativ vorgesehen ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wandstärke des Tubusrohres 3 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 oder 65 % der Wandstärke des Stabilisierungskörpers 6 beträgt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Längsabschnitt 31 bzw. der zweite Längsabschnitt 32 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 % der Gesamtlänge des Tubusrohres 3 aufweist. Der Mittelabschnitt 35 beträgt dabei 5, 10, 15, oder 20 % der Gesamtlänge des Tubusrohres 3, wobei natürlich die drei Elemente, erster und zweiter Längsabschnitt 31,32 und Mittelabschnitt 35 eine Gesamtlänge von 100 % aufweisen. Es ist klar, dass die Längsabschnitte der 31,32 auch unterschiedliche Längen aufweisen können.
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Um einen dichten Anschluss des Joches 5 an das Tubusrohr 3 zu erreichen ist auf dem Führungsdorn 51 eine Ringnut vorgesehen, die eine Dichtung 53 aufnimmt. Sie dichtet den Spalt zwischen der Innenseite des Tubusrohres 3 und der Außenseite des Führungstores 51 ab.
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Es ist eine möglichst spielfreie Anordnung des ersten Längsabschnittes 31 des Tubusrohres 3 in dem topfartigen Stabilisierungskörper 6 vorgesehen.
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Im Anker 4 sind parallel zur Spulenlängsachse 21 verlaufend Ankerbohrungen 40 vorgesehen, die einen schnellen Druckausgleich bei der Bewegung des Ankers 4 erlauben.
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Das Tubusrohr 3 ist in einer vorteilhaften Variante mit dem Stabilisierungskörper 6 bzw. dem Joch 5 / Führungsdorn 51 durch übliche Verbindungsmittel verbunden. Dies kann zum Beispiel eine Presspassung, ein Verstemmen, ein Verkleben, ein Verspannen (z.B. durch ein Gehäuse), ein Verlöten oder Ähnliches sein.
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Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
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Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
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Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
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Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
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Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.
