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Die
Erfindung geht aus von einer elektromagnetischen Stelleinrichtung
für ein
hydraulisches Steuerventil nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 näher
angegebenen Gattung.
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Aus
der
DE 33 00 437 C2 ist
eine derartige elektromagnetische Stelleinrichtung bekannt, die
als Proportionalmagnet mit Wegmeßsystem ausgebildet ist und
ein Druckrohr aufweist, das aus einem Ankerrohr und einem daran
befestigten Sensorrohr besteht. Die Stelleinrichtung ist hier in
aufgelöster
Bauweise ausgeführt,
wozu das Druckrohr an einem Ende ein Zentralgewinde zum Befestigen
an einem Ventilgehäuse
aufweist und ein Gehäuse
mit einer Magnetspule, einem Wegmeßsystem und einer elektronischen
Schaltung auf das Druckrohr aufgeschoben und befestigt wird. Obwohl
diese aufgelöste
Bauweise einfach und kostengünstig
ist, hat sie einmal den Nachteil, daß die Stabilität dieser
Bauweise nicht immer befriedigt. Das Gehäuse wird hier durch eine Mutter
gesichert, die auf das im Durchmesser kleinere Sensorrohr aufgeschraubt
ist. Vor allem aber hat das Sensorrohr an seinem einen Ende einen
flanschartigen, einstückig
ausgebildeten Verschlußstopfen,
mit dem es im Ankerrohr druckfest befestigt ist, während sein
anderes, freies Ende so verschlossen ist, daß es in seinem Inneren eine
sacklochartige Ausnehmung für
einen Ferritkern aufweist. Dieses Sensorrohr baut relativ aufwendig
und eignet sich nicht zur Herstellung aus nichtmetallischen Materialien.
Eine Abschirmung der Sensorspule im Kunststoffgehäuse gegen äußere Störfelder
ist hier nicht vorgesehen und muß extra vorgenommen werden. Eine
Prüfung
des Wegmeßsystems
kann hier nur in zusammengebautem Zustand erfolgen. Ferner kann es
in manchen Fällen
von Nachteil sein, daß der
Bauraum für
die Elektronik in axialer Richtung relativ kurz ist und sich nur über den
Bereich des Ankerrohrs erstreckt. Bei dieser Bauweise des Druckrohrs
besteht das Sensorrohr aus Metall, wodurch im Betrieb des Wegaufnehmers
störende
Wirbelströme
im Sensorrohr entstehen. Die Güte
der Signalgewinnung im Wegaufnehmer kann dadurch erheblich reduziert werden.
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Ferner
ist aus der
EP 0 278
227 B1 ein Proportionalmagnet mit Wegmeßsystem bekannt, bei dem in
einem Gehäuse
ein aus Ankerrohr und Sensorrohr gebildetes Druckrohr eingebaut
ist. Bei diesem Proportionalmagnet müssen die Magnetspule und die
Sensorspule von entgegengesetzten Stirnseiten her in das Gehäuse eingebaut
werden, in dem das Druckrohr gelagert ist. Zum Befestigen des Proportionalmagneten,
dessen Druckrohr ohne Zentralgewinde auskommt, sind hier vier Längsbohrungen und
zugeordnete Schrauben im Gehäuse
erforderlich. Bei dieser Bauart des Druckrohrs kann es von Nachteil
sein, daß das
Ankerrohr in einem verdickten Flansch endet, in dem das Sensorrohr
druckdicht befestigt ist. Das Sensorrohr selbst ist ebenfalls ein Drehteil
mit Bund und verschlossenem Ende, dessen Sacklochbohrung relativ
aufwendig herstellbar ist. Das frei auskragende Sensorrohr muß eine elektrische
Abschirmung und einen Spulenträger
mit den Meßspulen
des Wegaufnehmers tragen, so daß eine ausreichende
Stabilität
erforderlich ist. Auch dieses Sensorrohr besteht aus Metall, bei
dem im Betrieb Wirbelströme
auftreten und die Signalausbeute verringern. Dieses Druckrohr baut
relativ aufwendig und kostspielig und eignet sich kaum zur Herstellung
aus nichtmetallischem Material.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stelleinrichtung,
die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist,
so weiterzuentwickeln, daß eine
besonders einfache, kostengünstige
und kompakte Bauweise möglich
ist.
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Bei
einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 übernimmt
ein einfaches, gerades Rohr die Abdichtung zwischen einem Aufnehmerkern und
den Meßspulen
des Wegmeßsystems.
Das Sensorrohr wird an seinen beiden Enden gelagert und abgedichtet,
so daß es
abgesehen von der Belastung durch den hydraulischen Innendruck kaum
axiale und radiale Belastungen aufnehmen muß. Das Druckrohr eignet sich
zur Verwendung bei unterschiedlichen Magnetbauweisen, die mit oder
ohne Zentralgewinde ausgeführt
werden können.
Dabei läßt sich
die Stabilität
der Befestigung deutlich erhöhen,
indem nun die Krafteinleitung am Ende des dickwandigen Ankerrohrs
erfolgt, an dem Durchmesser und Wanddicke erheblich größer sind
als am Sensorrohr. Mit dieser stabilen Bauweise ist zugleich verbunden,
daß die
ferritische Druckrohrverlängerung am
Ankerrohr zugleich als Abschirmung gegen äußere Störfelder für die Meßspulen des Wegmeßsystems dient.
Die einzelnen Bauelemente lassen sich nach Art eines Baukastensystems
wirtschaftlich herstellen und können
ohne großen
Montageaufwand montiert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch
1 angegebenen Stelleinrichtung möglich.
So ergibt sich eine überaus
einfache und kostengünstige
Bauweise gemäß Patentanspruch
2, die zudem auch relativ leicht und stabil ist. Besonders vorteilhaft
ist, wenn gemäß Patentanspruch
3 das Sensorrohr aus Keramikmaterial hergestellt wird.
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Dadurch
entfallen im Wegmeßsystem
die in Metallrohren ansonsten auftretenden Wirbelströme, wie
sie besonders bei den höheren,
für schnelle
Ventile erforderlichen Trägerfrequenzen
auftreten und die Signalausbeute drastisch verringern können. Da bei
einem Keramikmaterial die Wirbelströme entfallen, kann, um eine
höhere
Bandbreite des Meßsignals
zu erzielen, die Trägerfrequenz
erhöht
und die Leistungsaufnahme klein gehalten werden. Ferner ist es besonders
günstig,
die Stelleinrichtung gemäß den Patentansprüchen 4 und
5 auszubilden, so daß eine
hinreichend große
Verschieblichkeit im Druckrohr gewährleistet ist, um eine saubere
Einstellung des Nullpunktes zu erreichen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den übrigen
Patentansprüchen,
der Beschreibung sowie der Zeichnung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Die 1 zeigt
einen Längsscbnitt
durch eine elektromagnetische Stelleinrichtung in vereinfachter
Darstellung und 2 einen Längsschnitt durch einen Teil
des Druckrohrs mit dem Wegmeßsystem
nach 1 in vergrößertem Maßstab.
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Die 1 zeigt
in vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt durch eine Stelleinrichtung 10 in einer
sogenannten aufgelösten
Bauweise, bei der ein Druckrohr 11 ein stirnseitiges Zentralgewinde 12 aufweist,
mit dem es in einem nicht näher
gezeichneten Ventilgehäuse
befestigt wird und auf das ein Gehäuse 13 mit Magnetspule 14,
Wegmeßsystem 15 und Elektronik 16 aufgeschoben
bzw. eingebaut und befestigt wird.
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Das
Druckrohr 11 ist zur Abdichtung seines Innenraums druckdicht
aufgebaut und besteht aus einem Ankerrohr 17 und einem
im Ankerrohr dicht und fest angeordneten Sensorrohr 18 mit
demgegenüber kleinerem
Durchmesser. Das Ankerrohr 17 weist ein Polstück 19 auf,
an dem neben dem Zentralgewinde 12 Schlüsselflächen 21 angeordnet
sind und an dem sich ein magnetisch nicht leitendes erstes Rohrteil 22 sowie
ein magnetisch leitendes zweites Rohrteil 23 anschließen. Das
Ankerrohr 17 weist an seinem offenen, freien Ende 24 ein
Außengewinde 25 auf,
das als Befestigungsmittel dient. Ferner verläuft im Ankerrohr 17 ein
vom Ende 24 ausgehender, achsparalleler Schlitz 26.
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Wie
die 1 in Verbindung mit der 2 in vergrößertem Maßstab darstellt,
ist im Inneren des Ankerrohrs 17 als Abschluß für den Magnetteil
ein Verschlußstopfen 27 angeordnet,
der über
eine Befestigungsstelle 28 durch Einrollen dicht und fest
mit dem Ankerrohr 17 verbunden ist. Ein Dichtring 29 am Außendurchmesser
des Verschlußstopfens 27 sorgt für eine sichere
Abdichtung. Der Verschlußstopfen 27 weist
eine zentrale Bohrung 31 mit einer Kammer für einen
inneren Dichtring 32 auf. Ferner nimmt der Verschlußstopfen 27 in
der Bohrung 31 einen Anschlagring 33 auf. In diese
zentrale Bohrung 31 des Verschlußstopfens 27 ragt
das Sensorrohr 18 mit seinem vorderen Ende 34,
so daß das
Sensorrohr 18 hier druckdicht gelagert und in axialer Richtung
fixiert ist. Der im Ankerrohr 17 eingesetzte und dort druckdicht
befestigte Verschlußstopfen 27 stellt
somit ein vom Sensorrohr 18 getrenntes, eigenes Bauteil
dar.
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Das
Ankerrohr 17 weist an seinem freien Ende 24 ferner
ein Innengewinde 36 auf, in das ein Abschlußstopfen 37 mit
seinem Außengewinde 38 eingeschraubt
ist. Der Abschlußstopfen 37 weist
eine zentrale Sacklochbohrung 39 auf, die zum Weg meßsystem 15 hin
offen ist und in der das Sensorrohr 18 mit seinem anderen,
hinteren Ende 35 gelagert ist. Der Innenraum im Sensorrohr 18 ist
durch einen im Abschlußstopfen 37 angeordneten
Dichtring 41 nach außen
hin abgedichtet. Der Abschlußstopfen 37 übernimmt
zugleich die Funktion der axialen Einstellbarkeit eines Spulenkörpers 42,
der über
eine Feder 43 angedrückt
wird und der die Meßspulen 44 des Wegmeßsystems 15 trägt.
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Das
Sensorrohr 18 ist auf diese Weise als durchgehendes, hohlzylindrisches,
gerades Rohr mit durchgehend gleichbleibendem Querschnitt ausgebildet,
das sich vorzüglich
zur Herstellung aus Keramik eignet. Das keramische Sensorrohr 18 ist
hinsichtlich seiner axialen Abmessungen so ausgelegt, daß eine hinreichend
große
Verschieblichkeit zur Einstellung des Nullpunktes im Wegmeßsystem 15 gewährleistet
ist.
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Vorteilhaft
bei dieser Bauweise des keramischen Sensorrohrs 18 ist,
daß es
zusätzlich
zur Belastung durch den Innendruck kaum axiale Belastungen aufnehmen
muß und
daß es
zur sicheren Aufnahme der Trägheitslasten
durch den Spulenkörper 42 beidseitig
in dem Verschlußstopfen 27 bzw.
Abschlußstopfen 37 gelagert
ist.
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Wie 1 in
Verbindung mit 2 näher zeigt, ist ein am Spulenträger 42 radial
angeordneter Kabelhalter 45 in dem Schlitz 26 axial
beweglich geführt
und bildet zugleich eine Verdrehsicherung für den Spulenkörper 42.
Der Spulenkörper 42 mit
seinen drei Meßspulen 44 ist
auf diese Weise von der über
die Befestigungsstelle 28 hinausragenden, geschlitzten
Rohrverlängerung 46 des
Ankerrohrs 17 eng umschlossen, wobei diese ferritische
Rohrverlängerung 46 zugleich
als Abschirmung für
die Meßspulen 44 gegen äußere Störfelder
dient. Der Schlitz 26 für
die Kabeldurchführung
und die Drehsicherung kann dabei relativ schmal ausgeführt werden.
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Das
keramische Sensorrohr 18 nimmt in seinem Innenraum einen
Ferritkern 47 des induktiv arbeitenden Wegmeßsystems 15 auf,
der mit einem im Ankerrohr 17 gleitend geführten Anker 48 mechanisch
in Wirkverbindung steht. Der Anker 48 ist auf einem Stößel 49 befestigt,
der das Polstück 19 durchdringt
und über
den zum Beispiel ein Ventilschieber eines Wegeventils betätigbar ist.
Das Druckrohr 11 hat auf diese Weise außen einen durchgehend gleichen
Außendurchmesser,
wobei seine Rohrteile 22, 23 aus einem durchgehend
gleich dicken Rohrstück gebildet
werden.
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Außen auf
dem Druckrohr 11 ist ein becherförmiges Metallgehäuse 51 aufgeschoben,
das in seinem Innern die Magnetspule 14 aufnimmt. Der zum
Zentralgewinde 12 hin offene Ringraum des Metallgehäuses 51 ist
durch eine Ringscheibe 52 verschlossen, die aus magnetflußleitendem
Material besteht und somit den magnetischen Kraftschluß-Kreislauf
schließt.
Das aus Rundmaterial hergestellte Metallgehäuse 51 hat ein Bodenteil 53,
das etwa in der radialen Ebene des Verschlußstopfens 27 liegt.
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Der
Bodenteil 53 des becherförmigen Metallgehäuses 51 weist
eine kreisringförmige
Führungsfläche 54 mit
angrenzender , Schulter 55 auf, an der ein Sensorgehäuse 56 zentrisch
geführt
und auf Anschlag gehalten wird. Das Sensorgehäuse 56, das aus Kunststoff
besteht, weist zu diesem Zweck einen ringfömigen Hülsenkörper 57 auf, an dem
außen
ein trogförmiges
Boxteil 58 angeformt ist. Das Boxteil 58 ist durch
einen Boxdeckel 59 verschlossen und nimmt in seinem Inneren
die Elektronik 16 auf. Das trogförmige Boxteil 58 erstreckt
sich in Achsrichtung im wesentlichen über die gesamte Länge der
Stelleinrichtung 10, ist außen am Metallgehäuse 51 zusätzlich geführt und
bildet eine lange, ebene Anbaufläche
für die
Elektronik 16. Die Elektronik 16 ist über mehrpolige
Kabel 61 und Steckverbindungen an die Magnetspule 14 bzw.
an das Wegmeßsystem 15 angeschlossen.
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Der
kreisringförmige
Hülsenkörper 57 des Sensorgehäuses 56 erstreckt
sich nur über
einen Bruchteil der axialen Länge
des trogförmigen
Boxteils 58. Der Hülsenkörper 57 bildet
an seinem vom Metallgehäuse 51 abgewandten
Ende eine kreisringförmige
Druckfläche 63,
an dem sich ein Abschlußdeckel 64 mit
seinem ringförmigen
Außenrand 68 abstützt. Der
Abschlußdeckel 64,
der im wesentlichen hutförmig
ausgebildet ist, hat auf einem gegenüber dem Außenrand 65 kleineren
Durchmesser ein Innengewinde 66, mit dem er auf das Außengewinde 25 am
Ankerrohr 17 aufgeschraubt ist. Der Abschlußdeckel 64 begrenzt
auf diese Weise einen vom Hülsenkörper mitumschlossenen
Innenraum, in dem das Wegmeßsystem 15 angeordnet
ist und der nach außen
durch O-Ringe 68 abgedichtet ist.
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Die
Wirkungsweise der Stelleinrichtung 10 ist an sich bekannt. Über das
Wegmeßsystem 15 wird
der Ist-Wert des Ankers 58 stets mit dem in der Elektronik 16 eingespeisten
Lagesollwert so lange verglichen, und der Anker 48 über die
Magnetspule 14 entsprechend ausgelenkt, bis die beiden
Werte übereinstimmen.
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Durch
die Ausbildung des Sensorrohrs 18 als Keramikrohr arbeitet
das Wegmeßsystem 15 mit
erheblichen Vorteilen. Es entfallen nämlich die in sonst üblichen
Metallrohren auftretenden Wirbelströme, welche namentlich bei den
höheren,
für schnelle
Ventile erforderlichen Trägerfrequenzen
auftreten und die Signalausbeute drastisch verringern. Durch das Vermeiden
von Wirbelströmen
kann, um eine höhere Bandbreite
des Meßsignals
zu erzielen, die Trägerfrequenz
erhöht
und die Leistungsaufnahme des Wegmeßsystems 15 klein
gehalten werden. Das Keramikrohr läßt sich einfach und kostengünstig herstellen
und kann den im Betrieb auftretenden Belastungen standhalten.
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Bei
vorliegender Stelleinrichtung 10 ergibt sich eine äußerst einfache
Montage. Das Druckrohr 11 mit dem bereits integrierten
Wegmeßsystem
läßt sich
mit Hilfe des Zentralgewindes 12 in ein nicht näher dargestelltes
Ventilgehäuse
einschrauben. Die im Druckrohr 11 vormontierten Meßspulen 44 bilden eine
leicht handhabbare Einheit, die sich vor der Montage prüfen läßt. Die
Magnetspule 14 mit dem Metallgehäuse 51 und der Ringscheibe 52 und
mit dem kompletten Sensorgehäuse 56 werden
vormontiert und dann die gesamte Einheit auf das Druckrohr 11 aufgeschoben.
Anschließend
lassen sich durch Aufschrauben des Abschlußdeckels 64 die Bauelemente
befestigen, wobei das Metallgehäuse 51 gegen
ein nicht gezeichnetes Ventilgehäuse
gespannt wird. Da hierbei der Abschlußdeckel 64 unmittelbar am
relativ dickwandigen Ankerrohr 17 angreift, läßt sich
eine günstigere
Krafteinleitung am Druckrohr 11 und somit eine größere Stabilität der Stelleinrichtung 10 erreichen.
Die hierbei ohnedies erforderliche Rohrverlängerung 46 kann nun
zugleich als Abschirmung gegen äußere Störfelder
für die
Meßspulen 44 dienen
und noch zusätzlich
die Funktion einer Verdrehsicherung für den Spulenkörper 42 übernehmen.
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Selbstverständlich sind
an der gezeigten Ausführungsform Änderungen
möglich,
ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Obwohl sich die Stelleinrichtung 10 besonders
als einfach wirkender Proportionalmagnet eignet, bei dem der Hub
des Ankers 48 mit Hilfe des Wegmeßsystems 15 geregelt wird,
kann die Stelleinrichtung 10 auch als Schaltmagnet verwendet
werden, wobei das Wegmeßsystem 15 lediglich
zur Stellungsan zeige verwendet wird. Ferner lassen sich die Vorteile
der Stelleinrichtung 10 auch erreichen, wenn anstelle einer
einfach wirkenden Bauart eine doppeltwirkende Bauart, nämlich ein Doppelhubmagnet,
verwendet wird. Obwohl die gezeigte Bauart des Keramikrohrs besonders
vorteilhaft ist, kann unter Umständen
auch ein Metallrohr verwendet werden, das aus einem magnetisch nicht
leitenden Stahl oder einem anderen geeigneten Material besteht.
Auch läßt sich
das Druckrohr ohne Zentralgewinde ausführen, wobei das Gehäuse der
Stelleinrichtung in geeigneter Weise verschraubt wird. Obwohl die
Kreisringform bei dem Keramikrohr besonders vorteilhaft ist, kann
dessen Querschnittsform bei Bedarf auch davon abweichend ausgeführt werden.