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Die Erfindung betrifft ein Polrohr für Elektromagnete, insbesondere für Hubregelmagnete bzw. Magnetventile sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Polrohre für Elektromagnete, insbesondere für Magnetventile in Kfz-Automatikgetrieben sind sowohl in einteiliger als auch mehrteiliger Ausführung bekannt. Einteilige Polrohre, wie beispielsweise in der
DE 10 2006 015 233 B4 beschrieben, sind vorteilhaft hinsichtlich der Möglichkeit einer reibungsarmen Führung des Magnetankers und eines geringen radialen Luftspalts zur inneren Mantelfläche des Polrohres. Dies wird durch die unterbrechungsfreie bzw. spalt- und versatzfreie Bauweise des einteiligen Polrohres ermöglicht, wodurch die innere Mantelfläche direkt als Gleitlager bzw. Führungsfläche für den Magnetanker genutzt werden kann. Zur Unterdrückung eines magnetischen Kurzschlusses über das Polrohr wird dieses beispielsweise an einer Stelle dünn gedreht. Weiterhin ist es beispielsweise aus der
DE 10 2006 055 796 A1 bekannt, eine Gleitlagerfolie zwischen Magnetanker und der Innenwandung des Polrohrs vorzusehen um Rundlauftoleranzen auszugleichen und magnetische Querkräfte zu vermindern.
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Bei bekannten mehrteiligen Polrohren wird die magnetische Trennung des Polrohres durch ein amagnetisches Material sichergestellt. Die Trennung des Polrohres kann durch ein separates Teil in Form einer eingepressten Hülse oder, wie beispielsweise in der
DE 10 2006 015 070 A1 oder auch in der
DE 10 2013 226 619 A1 beschrieben, durch einen amagnetischen Ring in das Polrohr integriert werden. Vorteilhaft bei der mehrteiligen Ausführung des Polrohrs ist die Vermeidung des magnetischen Kurzschlusses über das Polrohr. Damit können grundsätzlich höhere Magnetkräfte erreicht werden. In
5 ist das aus der
DE 10 2013 226 619 A1 bekannte zweiteilige Polrohr skizziert. Das Polrohr
110 besteht dort aus einem Polkern
112, einem Magnetrohr
114 sowie einem dazwischen angeordneten amagnetischen Ring
116 als Polrohrbauteile. Bei der Herstellung werden die Polrohrbauteile auf einen Zentrierdorn gesteckt und dabei konzentrisch zueinander angeordnet. Danach wird eine äußere Mantelfläche
120 der Polrohrteile beispielsweise mit einem Kunststoff umspritzt.
5 zeigt das Polrohr
110 mit einer auf der äußeren Mantelfläche
120 aufgebrachten Umspritzschicht
122.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Polrohr für Elektromagnete für Hubregelmagnete bzw. Magnetventile sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Polrohres vorzuschlagen, das einen vereinfachten Aufbau aufweist und ein vereinfachtes Herstellungsverfahren ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe einen entsprechenden Elektromagneten und einen Hubregelmagneten anzugeben.
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Die Aufgabe wird jeweils mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den sich jeweils anschließenden Unteransprüchen definiert.
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Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für das Polrohrs beschrieben sind, gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Polrohr (sowie Vorrichtungen, die ein solches Polrohr umfassen) und jeweils umgekehrt. Daher wird bezüglich der Offenbarung der einzelnen Aspekte zur Vermeidung von Wiederholungen wechselseitig Bezug genommen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Polrohrs mit zwei magnetischen (das heißt magnetisch leitfähigen) Polrohrbauteilen, für einen Elektromagneten, bevorzugt für einen Hubregelmagneten, insbesondere für ein Magnetventil eines Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug, umfasst die folgenden Schritte:
- (a) Konzentrisches Anordnen der Polrohrbauteile auf einem Zentrierdorn mit einem axialen Abstand zueinander derart, dass ein axialer Luftspalt zwischen den beiden Polrohrbauteile entlang der Polrohr- bzw. Zentrierdornachse geschaffen wird;
- (b) Anordnen wenigstens eines Verbindungsbauteils an den beiden Polrohrbauteilen; und
- (c) Fixieren der Polrohrbauteile relativ zueinander durch Verbinden jedes der beiden Polrohrbauteile mit dem wenigstens einen Verbindungsbauteil an jeweils genau einer oder an mehreren Stellen. Dabei bleibt der Abstand der Polrohrbauteile und somit der axiale Luftspalt bestehen und er wird nicht mit einem Material gefüllt.
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Entsprechend sind in dem erfindungsgemäßen Polrohr zwei magnetische Polrohrbauteile konzentrisch zueinander angeordnet, wobei ein axialer Luftspalt zwischen den Polrohrbauteilen vorgesehen ist, und wobei die Polrohrbauteile über wenigstens ein mit beiden Polrohrbauteilen verbundenes Verbindungsbauteil relativ zueinander fixiert sind. Das erfindungsgemäße Polrohr ist beispielsweise durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erhältlich.
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Die Polrohrbauteile weisen jeweils eine zylindrische Ausnehmung auf, insbesondere ein Durchgangsloch bzw. ein Sackloch, wobei die jeweiligen Zentralachsen, aufgrund der konzentrischen Anordnungen der Polrohrbauteile, zusammenfallen und zugleich die Polrohrachse, entlang der auch der axiale, zylinderförmige Luftspalt vorgesehen ist, festlegen, das heißt mit ihr zusammenfallen. Bevorzugt sind die Polrohrbauteile auch insgesamt vollständig oder zumindest im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildet.
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Bevorzugt umfasst das Polrohr als Polrohrbauteile ein Magnetrohr und ein Polkernrohr und besonders bevorzugt genau diese zwei Polrohrbauteile. Dabei weist vorzugsweise das Magnetrohr ein Durchgangsloch und/oder das Polkernrohr ein Sackloch jeweils als die jeweilige zylindrische Ausnehmung auf. Diese zylindrischen Ausnehmungen, das heißt Durchgangsloch und Sackloch, schaffen zusammen mit dem axialen Luftspalt den Polrohr-Innenraum bzw. Magnetraum des Polrohrs für den verschieblichen Magnetanker, das heißt denjenigen Raum in welchem sich ein Magnetanker des späteren Elektromagneten entlang der Polrohrachse linear bzw. geradlinig bewegt. Entsprechend weisen das Sackloch und das Durchgangsloch den gleichen bzw. im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser auf, so dass, abgesehen von dem axialen Luftspalt, aufgrund der konzentrischen Anordnung der beiden Polrohrbauteile, ein Polrohr-Innenraum mit unterbrochener, aber versatzfreier Wandung geschaffen wird.
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Dabei kann das Magnetrohr und/oder das Polkernrohr einstückig oder zwei- oder mehrstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Polkernrohr einen Abschnitt mit einem Durchgangsloch aufweisen in welches ein Polkern eingefügt wird, der das Durchgangsloch verschließt und dies somit in ein Sackloch überführt. Im Folgenden wird jedoch davon ausgegangen, dass das Polkernrohr einstückig ausgebildet ist, das heißt den Polkern selbst bereits umfasst, wobei der Boden des Sacklochs gegebenenfalls als Anschlag für den Magnetanker dient. Dabei weist das Sackloch üblicherweise jedoch eine zentrale Durchgangsöffnung mit geringerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Polrohrs auf, wobei diese zentrale Durchgangsöffnung einen Stößel lagert, der die Bewegung des Magnetankers aus dem Polrohr-Innenraum heraus überträgt.
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Das Polkernrohr und/oder das Magnetrohr kann bzw. können vorzugsweise jeweils vom Polrohr-Innenraum wegweisend mit einem Flansch ausgeführt sein.
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Zur konzentrischen Anordnung der Polrohrbauteile zueinander werden diese erfindungsgemäß auf einem Zentrierdorn angeordnet. Als Zentrierdorn können - je nach beabsichtigter Genauigkeit bzw. Versatzfreiheit der Polrohrbauteile - Vorrichtungen mit oder ohne Spannmöglichkeit verwendet werden. Bevorzugt wird als Zentrierdorn ein zumindest im Wesentlichen zylinderförmiger Spanndorn mit veränderbarem Durchmesser verwendet. Dabei kann der Zentrierdorn als radial dehnbarer Zentrierdorn nach Art eines Dehnspanndorns ausgeführt sein. Unter einem Dehnspanndorn wird hier ein Spanndorn verstanden, der eine radial ausdehnbare, auch im gedehnten Zustand geschlossene Zylinderoberfläche aufweist. Dabei kann es sich um einen aus dem Bereich der Werkzeugmaschinen bekannten Dehnspanndorn, beispielsweise einen hydraulischen Dehnspanndorn, wie er zum Spannen von Werkstücken in Drehmaschinen bekannt ist, handeln.
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Erfindungsgemäß werden die Polrohrbauteile auf dem Zentrierdorn mit einem axialen Abstand zueinander angeordnet, so dass ein axialer und zylindrischer Luftspalt entlang der Polrohrachse bestehen bleibt, der sich auch in dem resultierenden Polrohrs findet, dass heißt der axiale Luftspalt bleibt bestehen und findet sich im erfindungsgemäßen Polrohr und wird nicht mit einem Material, insbesondere einem amagnetischem Material, gefüllt.
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Dabei ist der durch den axialen Luftspalt geschaffene axiale Abstand zwischen den Polrohrbauteilen derart bemessen, dass dieser eine ausreichende magnetische Trennung der Polrohrbauteile schafft. Entsprechend weist der axiale Luftspalt bevorzugt eine Breite entlang der Polrohrachse im Bereich zwischen 0,1 und 5 mm auf, die beispielsweise 0,1, 0,2, 0,5, 0,7, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0 oder 5,0 mm beträgt, wobei jeder der genannten Werte auch eine Ober- oder Untergrenze des genannten Bereichs sein kann. Weiterhin liegt der Polrohr-Innendurchmesser, das heißt der Innendurchmesser der zylindrischen Ausnehmungen der Polrohrbauteile im Bereich zwischen 5 und 50 mm und beträgt beispielsweise 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 20, 25, 30, 40 oder 50 mm, wobei jeder der genannten Werte auch eine Ober- oder Untergrenze des genannten Bereichs sein kann. Die von einem Elektromagneten oder Hubregelmagneten mit dem erfindungsgemäßen Polrohr erzeugte Magnetkraft liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0 und 50 N und beträgt beispielsweise 0, 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 oder 50 N, wobei jeder der genannten Werte auch eine Ober- oder Untergrenze des genannten Bereichs sein kann.
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In Schritt (b) des Herstellungsverfahrens wird wenigstens ein Verbindungsbauteil an den beiden Polrohrbauteile angeordnet, insbesondere derart das das Verbindungsbauteil die beiden Polrohrbauteile, dass heißt Magnetrohr und Polkernrohr, an vorbestimmten Stellen bzw. Außenflächen, insbesondere Mantelflächen, berührt und entsprechend verbindet. Als Verbindungsbauteil kommt dabei im Prinzip jedes starre Bauteil in Frage, das geeignet ist, eine mechanische Verbindung zwischen den Polrohrbauteilen außerhalb des Polrohr-Innenraums zu schaffen. Vorzugsweise wird als Verbindungsbauteil jedoch ein zylindrisches bzw. zylindersymmetrisches Bauteil verwendet, bevorzugt eine Hülse bzw. ein Hohlkörper, besonders bevorzugt mit einer durchgehenden bzw. geschlossenen Oberfläche. Vorzugsweise bildet das Verbindungsbauteil das äußere Gehäuse des Polrohrs, so dass sämtliche Polrohrbauteile auf der Innenseite des Verbindungsbauteils angeordnet sind. Bevorzugt ist Verbindungsbauteil einstückig ausgebildet und/oder es ist genau ein Verbindungsbauteil vorgesehen.
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In Schritt (c) werden die Polrohrbauteile relativ zueinander fixiert, indem das wenigstens eine Verbindungsbauteil dauerhaft mit den beiden Polrohrbauteilen verbunden wird. Anschließend kann das Polrohr von dem Zentrierdorn abgenommen werden, wobei der axiale Luftspalt bestehen bleibt. Somit wird ein Polrohr geschaffen mit einem (ungefüllten) axialen Luft- bzw. Trennspalt zwischen Magnetrohr und Polkernrohr.
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Der in dem erfindungsgemäßen Polrohr verbleibende (ungefüllte) axiale Luftspalt zwischen den Polrohrbauteilen hat den Vorteil dass dieser Raum nicht eigens gefüllt werden muss, so dass einerseits weniger Material wird und weniger Bauteile benötigt werden und somit eine Gewichts- und Kostenersparnis erzielt wird, und andererseits beispielsweise im Stand der Technik vorgesehene Verfahrensschritte zum Füllen des Spalts mit einem einem amagnetischen Ring entfallen können, was das Herstellungsverfahren vereinfacht und kostengünstiger macht. Zudem stellt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren aufgrund des Verzichts auf ein Füllen des axialen Luftspalts weniger Anforderungen an die Eigenschaften des Zentrierdorns und erhöht somit die Anzahl geeigneter Zentrierdorne.
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Bevorzugt geschieht das dauerhafte Verbinden von Verbindungsbauteil und Polrohrbauteilen in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Verschweißen, insbesondere durch Laserverschweißen. Ein derartiges Verschweißen bzw. Laserverschweißen ist ein sehr schonender Bearbeitungsschritt, durch welchen generell nur geringe thermische Verspannungen in die Polrohrbauteile eingebracht werden und dies auch nur sehr lokal begrenzt, dass heißt in einem kleinen Bereich, der mit Vorteil der gezielt so gewählt werden kann, dass er von den dem axialen Luftspalt zugewandten Enden der Polrohrbauteile maximal entfernt ist. Beispielsweise ist das Verschweißen an von dem axialen Luftspalt abgewandten Flanschen oder Schultern der Polrohrbauteile vorgesehen. Zudem ist der Schritt des Verschweißens bzw. Laserverschweißens verfahrenstechnisch wesentlich weniger aufwendig und entsprechend kostengünstiger als beispielsweise ein Umspritzen oder Einpassen eines amagnetischen Rings.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Polrohr weiterhin eine Magnetspule die vorzugsweise auf einer Innenseite des Verbindungsbauteils bzw. auf Außenseiten der Polrohrbauteile bzw. radial oberhalb des axialen Luftspalts angeordnet ist. Entsprechend ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise im Rahmen von Schritt (a) vorgesehen nach dem Aufstecken des Magnetrohrs auf den Zentrierdorn eine Magnetspule, beispielsweise in Form eines vorgefertigten Spulenkörpers, auf einer Außenseite des Magnetrohr anzuordnen (Schritt (a1)), anschließend das Polkernrohr auf dem Zentrierdorn anzuordnen und nachfolgend die Schritte (b) und (c) durchzuführen, so dass die Magnetspule auf der Innenseite des (in Schritt (b) angeordneten) Verbindungsbauteils bzw. radial oberhalb des axialen Luftspalts zu liegen kommt. Anstelle eines vorgefertigten Spulenkörpers kann auch ein Spulenträger aufgesetzt oder angespritzt werden und anschließend eine Magnetspule aufgewickelt werden bevor das Verbindungsbauteil in Schritt (b) angeordnet wird.
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Vorzugsweise sind Magnetrohr und Polkernrohr aus einem, insbesondere dem gleichen, magnetisch leitenden Stahlwerkstoff, beispielsweise durch spanende Bearbeitung (z. B. 1.0715), als Sinterteil (z. B. Sint D35), als Fließpressteil (z. B. 1.0303) oder als Tiefziehteil (z. B. DC04) hergestellt. Weiterhin ist das Verbindungsbauteil vorzugsweise in Form eines äußeren Gehäuses aus einem magnetisch leitenden Stahlwerkstoff durch spanende Bearbeitung hergestellt. Bevorzugt besteht das Verbindungsbauteil aus dem gleichen Material wie Magnetrohr und/oder Polkernrohr. Dabei weist das Verbindungsbauteil bzw. das äußere Gehäuse, um die beiden Polrohrbauteile mechanisch ausreichend stabil verbinden zu können, bevorzugt eine Wandstärke im Bereich zwischen 0,3 und 3 mm auf, beispielsweise 0,3, 0,4, 0,5, 0,7, 1,0 1,2 1,5, 2,0 2,5 oder 3,0 mm, wobei jeder der genannten Werte auch eine Ober- oder Untergrenze des genannten Bereichs sein kann.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn sich die Wandungen von Magnetrohr und/oder Polkernrohr zu dem axialen Luftspalt hin verjüngen. Beispielsweise weisen die Außenwandungen wenigstens abschnittsweise einen stufenförmigen und/oder kegelförmigen Verlauf auf, beispielsweise an dem dem axialen Luftspalt zugewandte Ende, während die Innenwandungen vollständig zylindrisch sind. Dadurch lässt sich beispielsweise die Magnetkraftkennlinie des zu schaffenden Elektromagneten einstellen bzw. beeinflussen.
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Ein erfindungsgemäßer Elektromagnet, bevorzugt für einen Hubregelmagneten, insbesondere für ein Magnetventil für ein Automatikgetriebe in einem Kraftfahrzeug, umfasst neben einem wie oben beschriebenen Polrohr, einen in dem Polrohr-Innenraum angeordneten, verschieblich gelagerten Magnetanker, welcher, beispielsweise bei entsprechender Bestromung der Magnetspule, über den axialen Luftspalt hinweg in das Sackloch des Polkernrohr (Tauchstufe) verfahren kann. Dabei liegt der Hub des Magnetankers vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 10 mm und beträgt beispielsweise 0,5, 0,7, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 5,0 oder 10 mm, wobei jeder der genannten Werte auch eine Ober- oder Untergrenze des genannten Bereichs sein kann. Der Hub des Magnetankers wird üblicherweise über einen mit dem Magnetanker beispielsweise fest verbundenen, auf der Polrohrachse angeordneten Stößel auf die Außenseite des Polrohrs übertragen, wozu der Stößel beispielsweise in einer korrespondierenden Durchgangsöffnung des Polkernrohrs gelagert wird.
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Zur klemmfreien Führung des Magnetankers durch die Polrohrbauteile ist dabei ein radialer Luftspalt zwischen Magnetanker und den Polrohrbauteile vorgesehen, wobei dieser zur Erzielung hoher Magnetkräfte möglichst klein dimensioniert werden soll. Dabei können die Innenwandungen der Polrohrbauteil als Gleitlager dienen. Bevorzugt ist in dem erfindungsgemäßen Elektromagnet jedoch vorgesehen, ortsfest auf der Innenwandung des Polrohrs oder ortsfest auf einer äußeren Mantelfläche des Magnetankers eine Gleitlagerfolie, beispielsweise eine PTFE-Folie oder eine Kunststofffolie oder ein Kunststoff-Glasgewebe, anzuordnen, die bevorzugt Teflon-beschichtet ist. Diese Gleitlagerfolie verhindert ein einseitiges Anlegen des Magnetankers an das Polrohr und unterdrückt damit magnetische Querkräfte und damit einhergehende unerwünschte Reibeffekte. Zudem begünstigt die Gleitlagerfolie das Verfahren des Magnetankers über den axialen Luftspalt des Polrohrs hinweg, insbesondere wenn die Gleitlagerfolie ortsfest am Polrohr angeordnet ist. Entsprechend umfasst bereits das erfindungsgemäße Polrohr bevorzugt eine Gleitlagerfolie.
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Ein erfindungsgemäßer Hubregelmagnet, insbesondere für ein Magnetventil für ein Automatikgetriebe in einem Kraftfahrzeug, umfasst einen wie oben beschriebenen Elektromagneten, wobei die Magnetkraft-Kennlinie des Elektromagnete auf eine äußere Gegenkraft geeignet eingestellt bzw. mit dieser abgestimmt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der einzelnen Aspekte der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Verwenden finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung bzw. normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließend zu verstehen, sondern haben beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren. Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polrohrs,
- 2a,b Herstellungsschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polrohrs,
- 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromagneten,
- 4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hubregelmagneten; und
- 5 ein Polrohr gemäß dem Stand der Technik.
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1 zeigt ein Flussdiagramm zu den in den 2a und 2b gezeigten Verfahrensschritten zur Herstellung eines Polrohrs 1. In Schritt S1a wird ein Magnetrohr 2 mit einem Durchgangsloch auf einen Zentrierdorn Z aufgesteckt. Dabei durchdringt der Zentrierdorn Z das Magnetrohr 2 vollständig und steht in axialer Richtung über das Magnetrohr 2 (bzw. gemäß 2a über die Oberseite des Magnetrohrs 2) hinaus, wenn das Magnetrohr 1 an der vorgesehenen Position auf dem Zentrierdorn 2 angeordnet ist, die wie in 2a angedeutet durch beispielsweise einen Vorsprung oder Flansch an Zentriedorn Z und/oder Magnetrohr 2 definiert ist. In einem nachfolgenden Schritt S1b wird eine Magnetspule 3, hier in Form eines vorgefertigten Spulenkörpers mit Drahtwicklung, auf die Außenseite des Magnetrohrs 2 aufgesteckt, so dass die Magnetspule 3 ebenfalls die Oberseite von Magnetrohr 2 und ggf. auch die Oberseite des Zentrierdorns Z überragt. In Schritt S1c wird ein ein Sackloch 4a aufweisendes Polkernrohr 4 auf den Zentrierdorn Z aufgesteckt und greift dabei formschlüssig in den Zentrierdorn ein, so dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Oberseite bzw. die axiale Endfläche des Zentrierdorns Z an dem Boden des Sacklochs 4a des Polkernrohrs 4 anliegt, beispielsweise vollflächig. Zudem greift in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Polkernrohr 4 auf seiner Außenseite formschlüssig in die Magnetspule 3 bzw. den vorgefertigten Spulenkörper ein. Dabei wird der Spulenkörper bzw. die Magnetspule 3 durch korrespondierende Ausnehmungen und Hervorstehungen auf der radialen Innenseite der Magnetspule 3 und den radialen Außenseiten von Magnetrohr 2 und Polkernrohr 4 formschlüssig gehalten. Weiterhin ist das Magnetrohr 2 von dem Polkernrohr 4 axial beabstandet, so dass ein konzentrischer, axialer Luftspalt D geschaffen wird, welcher von der Magnetspule 3 in radialer Richtung überdeckt wird.
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In Schritt S2 von 1 wird ein einstückiges, starres Verbindungsbauteil 5 an den beiden Polrohrbauteilen 2, 4 angeordnet, so dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Verbindungsbauteil 5 einerseits an dem Magnetrohr 2 und andererseits an dem Polkernrohr 4 an vorbestimmten Orten unmittelbar anliegt. Je nach beabsichtigter, nachfolgender dauerhafter Verbindung (siehe nachfolgenden Schritt S3) kann auf einen derartigen unmittelbaren mechanischen Kontakt auch verzichtet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese vorbestimmten Orte jeweils Außenmantelflächen der Polrohrbauteile 2, 4 sowie Innenmantelflächen des Verbindungsbauteils 5 oder Teilflächen davon, welche in der 2b mit den Bezugszeichen 52 und 54 gekennzeichnet sind. Dabei ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Verbindungsbauteil 5 eine zylindersymmetrische Hülse mit einer durchgängigen, geschlossenen Oberfläche, die zugleich das äußere Gehäuse des Polkernrohrs 1 und gegebenenfalls auch des zu schaffenden Elektromagneten 6 bildet.
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In dem nachfolgenden Schritt S3 von 1 wird das Verbindungsbauteil 5 bzw. das äußere Gehäuse mit dem Polrohrbauteilen 2, 4 an den oben beschriebenen Stellen 52 und 54 fest und dauerhaft verbunden. Dies geschieht in dem Ausführungsbeispiel durch Laserverschweißen. Dadurch werden die Polrohrbauteile 2, 4, das heißt Magnetrohr 2 und Polkernrohr 4, relativ zueinander mechanisch fixiert.
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In 3 ist ein Elektromagnet 6 mit dem zuvor beschriebenen Polrohr 1 dargestellt. Dabei ist in dem Polrohr-Innenraum ein axial beweglicher Magnetanker 7 angeordnet und der Polrohr-Innenraum auf der Seite des Magnetrohrs 2 mit einem Deckel 8 abgedeckt. Der Magnetanker 7 ist mit einem Stößel 9 fest verbunden, welcher die translatorische, lineare Bewegung des Magnetankers 7 in dem Polrohr-Innenraum über eine korrespondierende Durchgangsbohrung im Boden des Sacklochs 4a des Polkernrohrs 4 auf die Außenseite des Elektromagneten 6 überträgt. Der Magnetanker 7 kann sich innerhalb des Polrohr-Innenraums prinzipiell zwischen Deckel 8 und Boden des Sacklochs 4a bewegen. Um diese translatorische Bewegung des Magnetankers 7 zu unterstützen, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin eine Gleitlagerfolie 10 vorgesehen, die die zylindrischen Innenwandungen von Magnetrohr 2 und Polkernrohr 4 abdeckt und bei axialer Bewegung des Magnetankers 7 ortsfest an den Polrohrbauteilen 2, 4 verbleibt. Alternativ kann in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein die Gleitlagerfolie 10 ortsfest auf der zylindrischen Außenwand des Magnetankers 7 zu fixieren, so dass diese bei axialer Bewegung des Magnetankers 7 ortsfest an diesem verbleibt. Die Gleitlagerfolie 10 wird beispielsweise in dem in 1 als optional gekennzeichneten Schritt S4 in das Polrohr 1 bzw. den Polrohr-Innenraum eingebracht.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass der Magnetanker 7 im Betrieb innerhalb Polrohr-Innenraums Positionen einnimmt, in denen dieser vollständig innerhalb des Durchgangslochs 2a des Magnetrohrs 2 angeordnet ist, sowie auch Positionen in welcher dieser in axialer Richtung teilweise oder ganz den axialen Luftspalt D überragt, im letzteren Fall in das Sackloch 4a des Polkernrohrs 4 eintaucht und das Sacklock 4a teilweise oder vollständig ausfüllt. Hierzu ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Gleitlagerfolie 10 die zylindrische Wandung des Polrohr-Innenraums vollständig abdeckt und dabei auch den axialen Luftspalt D überdeckt, was die Führung des Magnetankers 7 beim Überfahren des axialen Luftspalts D zusätzlich begünstigt. Weiterhin kann der Elektromagnet 6 eine nicht dargestellte mechanische Feder aufweisen, die den Magnetanker 7 von dem Polkernrohr 4 weg drängt.
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In 4 ist schematisch ein Hubregelmagnet 20 umfassend den zuvor beschriebenen Elektromagneten 6 dargestellt. Dabei wird über den Stößel 9 eine von der Bestromung der Magnetspule 3 und gegebenenfalls der Position des Magnetankers 7 im Polrohr-Innenraum abhängige Magnetkraft erzeugt, die den Magnetanker 7 in Richtung Polkernrohr 4 und somit den Stößel 9 nach außen, das heißt aus dem Polrohr-Innenraum drängt und in 4 nach oben gerichtet ist. Der Stößel 9 bzw. der Magnetanker 7 nehmen eine Gleichgewichtslage ein, wenn die Magnetkraft mit einer mechanischen Gegenkraft in Gleichgewicht steht, welche in 4 schematisch durch eine mechanische Feder 21 dargestellt ist. Die Kennlinie bzw. das Kennlinienfeld der Magnetkraft wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Verjüngungen in den Wandungen von Magnetrohr 2 und Polkernrohr 4 in axialer Richtung auf den axialen Luftspalt D geeignet eingestellt. Dazu ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Außenwandung des Magnetrohrs 2 in Richtung des axialen Luftspalts D eine stufenförmige Verjüngung vorgesehen und in der Außenwandung des Polkernrohrs 4 eine am axialen Luftspalt D spitz zulaufende Verjüngung mit Kegelflächen, welche sich beispielsweise ausschließlich und/oder genau radial oberhalb des Sacklochs 4a erstreckt. Allerdings sind auch andere Ausführungen derartiger Verjüngungen möglich um die Magnetfeldkennlinie des Elektromagneten 6 einzustellen. Zur Schaffung eines Hubregelmagneten 20 ist entsprechend vorgesehen die Magnetkraftkennlinie mit einer geringeren (positiven) Steigung als die äußere Gegenkraft und/oder auch mit einer horizontalen und/oder negativen Steigung vorzusehen, wobei die Steigungen von der Position des Magnetankers 7 abhängen können. Dies gestattet dass der Magnetanker 7 durch geeignete Bestromung gezielt auf eine vorbestimmte Position verfahren werden kann.
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Abschließend sei angemerkt, dass die äußeren Manteloberflächen der Polrohrbauteile mit 2, 4 an den zur Verbindung mit dem Verbindungsbauteil 5 vorgesehenen Stellen bzw. Flächen mit in den Figuren nicht gezeigten Oberflächenstrukturen, beispielsweise in Form von Rändelungen oder Nuten, versehen sein können, um eine bessere mechanische Verbindung zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015233 B4 [0002]
- DE 102006055796 A1 [0002]
- DE 102006015070 A1 [0003]
- DE 102013226619 A1 [0003]
