DE19839884A1

DE19839884A1 - Elektromagnet, insbesondere Proportionalmagnet zur Betätigung eines hydraulischen Ventils

Info

Publication number: DE19839884A1
Application number: DE19839884A
Authority: DE
Inventors: Eduard Golovatai-Schmidt; Martin Steigerwald; Jens Schaefer
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: DE19839884B4; US6313726B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten (1), insbesondere Proportionalmagneten zur Betätigung eines hydraulischen Ventils, bestehend aus einer von einem hohlzylindrischen Spulenkörper (2) getragenen Spulenwicklung (3), deren Spulenkörper (2) umfangsseitig von einem hohlzylindrischen Magnetgehäuse (4) umschlossen sowie stirnseitig von zwei axial zueinander beabstandeten Polschuhen (5, 6) begrenzt wird, und aus einem in dem als Ankerraum (7) ausgebildeten Hohlzylinder des Spulenkörpers (2) angeordneten sowie axial beweglichen, zylindrischen Magnetanker (8), welcher in drehlängsbeweglichen Axialführungen reibungsarm gelagert ist und dessen elektromagnetisch erzeugte Axialbewegungen über ein in axialer Verlängerung mit diesen verbundene Stößelstange (10) auf einen hydraulischen Ventilkolben übertragbar sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind als drehlängsbewegliche Axialführungen des Magnetankers (8) mindestens ein zugleich als Antiklebemittel des Magnetankers (8) ausgebildeter, laufhülsenloser Linearkugelkäfig mit einer Anzahl umfangsverteilter Kugeln vorgesehen. Dabei ist die Außenmantelfläche (9) des Magnetankers (8) und/oder die Mantelfläche (11) der Stößelstange (10) als innere Lauffläche der Kugeln und die Innenmantelfläche eines oder mehrerer der den Ankerraum (7) des Spulenkörpers (2) begrenzenden Bauteile als äußere Lauffläche der Kugeln ausgebildet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 11 und sie ist insbesondere vorteilhaft für Propor tionalmagneten zur Betätigung eines innerhalb eines Hydrauliksystems einer Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine angeordneten hydraulischen Ventils geeignet.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Proportional- oder auch Stellmagnet ist gattungsbildend aus der DE-OS 22 55 272 vorbekannt. Dieser Stellmagnet besteht im wesentli chen aus einem hohlzylindrischen Spulenkörper und einer von diesem ge tragenen Spulenwicklung, die zusammen umfangsseitig von einem hohlzy lindrischen Magnetgehäuse umschlossen werden. Stirnseitig wird der Spu lenkörper von zwei axial zueinander beabstandeten Polschuhen begrenzt, wobei der eine Polschuh einteilig mit dem Magnetgehäuse ausgebildet ist. Darüber hinaus weist der Stellmagnet einen axial beweglichen zylindrischen Magnetanker auf, der in dem als Ankerraum ausgebildeten Hohlzylinder des Spulenkörpers angeordnet ist und dessen elektromagnetisch erzeugte Axialbewegungen über eine mit dem Magnetanker verbundene Stößelstange entgegen der Kraft einer Druckfeder auf einen hydraulischen Ventilkolben übertragbar sind. Dieser Magnetanker ist in drehlängsbeweglichen Axialfüh rungen reibungsarm gelagert, damit dieser einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen seiner Mantelfläche und dem Spulenkörper aufweist und somit die mit zunehmender Exzentrizität des Magnetankers erheblich zunehmenden Radialkräfte auf den Magnetanker auf ein Minimum reduziert werden. Die drehlängsbeweglichen Axialführungen sind dabei als zwei in die Polschuhe des Stellmagneten eingepreßte Axialkugellager ausgebildet, in denen die Enden der einerseits verlängert ausgebildeten und den Magnetanker axial durchdringenden Stößelstange gelagert sind. Diese Axialkugellager weisen jeweils einen in ihrem Inneren axial beweglichen Kugelkäfig mit einer Anzahl gleichmäßig umfangsverteilter Kugeln auf, deren innere Lauffläche durch die Mantelfläche der Stößelstange und deren äußere Lauffläche durch die In nenmantelfläche der jeweiligen Lagerlaufhülse gebildet werden. In diesen Axialkugellagern gelagert ist der Magnetanker zwischen den Polschuhen des Stellmagneten axial beweglich, wobei zur Vermeidung des Aufsetzens des Magnetankers auf die Polschuhe bzw. zur Vermeidung des damit ver bundenen plötzlichen Anstieges der Axialkraft auf den Magnetanker dieser stirnseitig mit sogenannten Antiklebescheiben aus einem nichtferromagneti schen Material ausgebildet ist.

Nachteilig bei diesem bekannten Stellmagneten ist es, daß die an sich ein sehr gutes Reibverhalten aufweisenden Axialkugellager zur drehlängsbe weglichen Axialführung des Magnetankers durch ihre aufwendige Konstruk tion, bestehend aus Laufhülse, Kugelkäfig und Kugelsatz, relativ kostenauf wendig sind und durch deren ebenfalls relativ aufwendige Montage somit die Gesamtherstellungskosten eines derart ausgebildeten Stellmagneten unver hältnismäßig erhöhen. Darüber hinaus weisen die zumeist als Tiefziehteile ausgebildeten Laufhülsen derartiger Axialkugellager grundsätzlich eine aus verfahrensbedingten Differenzen ihrer Materialstärke resultierende Konzen trizität ihrer Innenmantelflächen auf, so daß die beabsichtigte zentrische Lagerung des Magnetankers nur selten exakt erreichbar ist und nach wie vor unerwünschte Radialkräfte auf den Magnetanker wirken können.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten, insbesondere Proportionalmagneten zur Betätigung eines hydraulischen Ventils, zu konzipieren, dessen Magnetanker eine reibungsarme drehlängs bewegliche Axialführung aufweist, welche kostengünstig und einfach ausge bildet ist und in jedem Fall eine exakt zentrische Lagerung des Magnetan kers gewährleistet.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Elektromagneten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß als drehlängsbewegliche Axialführung des Magnetankers mindestens ein zugleich als Antiklebemittel des Magnetankers ausgebildeter, laufhülsenloser Linearkugelkäfig mit einer Anzahl umfangsverteilter Kugeln vorgesehen ist, wobei die Außenmantelflä che des Magnetankers und/oder die Mantelfläche der Stößelstange als inne re Lauffläche der Kugeln und die Innenmantelfläche eines oder mehrerer der den Ankerraum des Spulenkörpers begrenzenden Bauteile als äußere Lauf fläche der Kugeln ausgebildet ist.

In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten werden die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetankers dabei bevorzugt durch zwei voneinander beabstandete Linearkugelkäfige gebildet, die aus einem Kunststoff oder aus einem nichtferromagnetischen Material bestehen und mit zumindest zwei umlaufenden Kugelreihen mit gleichmäßig umfangsverteilten Kugeln ausgebildet sind. Diese Linearkugelkäfige sind gegenüber den Stirnseiten des Magnetankers direkt auf der bevorzugt ver längert ausgebildeten und den Magnetanker axial durchdringenden Stößel stange angeordnet, so daß die Mantelfläche der im übrigen auch aus zwei Teilen herstellbaren Stößelstange jeweils als innere Lauffläche der Kugeln der Linearkugelkäfige ausgebildet ist. Die mit den äußeren Laufflächen der Kugeln der Linearkugelkäfige ausgebildeten und den Ankerraum des Spu lenkörpers begrenzenden Bauteile werden bei dieser Ausführungsform durch die Polschuhe des Proportionalmagneten gebildet, die bevorzugt aus jeweils einer Polplatte und jeweils einem sich axial von dieser weg in den Ankerraum des Spulenkörpers erstreckenden hohlzylindrischen Polkern be stehen, wobei die Polkerne jeweils einen größeren Hohlzylinder und einen kleineren Hohlzylinder aufweisen und die Innenmantelflächen der kleineren Hohlzylinder der Polkerne jeweils als äußere Laufflächen der Linearkugelkä fige ausgebildet sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die den Magnetanker wenigstens in seinen Endbereichen aufnehmenden größeren Hohlzylinder der Polkerne beider Polschuhe bevorzugt mit einem stufenförmigen Übergang zu den kleineren Hohlzylindern der Polkerne bei der Polschuhe auszubilden und die Übergänge als axiale Hubbegrenzungen des Magnetankers zu nutzen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten wird es noch vorgeschlagen, in den Hubendstellungen des Magnetankers zwischen dessen Stirnseiten und den Übergängen zu den kleineren Hohlzylindern der Polkerne einen jeweils an kerseitig an die Linearkugelkäfige angeformten Ringbund anzuordnen. Die ser aus dem gleichen Material wie die Linearkugelkäfige bestehende Ring bund ist als Antiklebemittel des Magnetankers ausgebildet und integriert somit die in der Vermeidung des direkten Aufsetzens des Magnetankers auf die Übergänge in den Polschuhen bestehende Funktion einer ansonsten gesondert anzuordnenden Antiklebescheibe in kostengünstiger Weise in die beiden Linearkugelkäfige.

Hinsichtlich der verwendeten Materialien hat es sich gezeigt, daß eine be vorzugt aus einem nichtferromagnetischen Material bestehende Stößelstan ge eine ausreichende Festigkeit hat, um der bei Verwendung der vorge schlagenen Linearkugelkäfige auftretenden Kugelkontaktpressung auf deren als innere Lauffläche der Kugeln ausgebildete Mantelfläche verformungsfrei zu widerstehen. Die Kugelkontaktpressung auf die als äußere Lauffläche der Kugeln ausgebildete Mantelfläche der kleineren Hohlzylinder der Polschuhe ist dabei durch günstigere Schmiegungsverhältnisse geringer als bei der Stößelstange, so daß auch die Härte der aus einem Weicheisen oder aus einem niedriglegierten Stahl bestehenden Polschuhe ausreichend ist, um auftretende Axialkräfte aufzunehmen. Um jedoch eine kostenminimierte Her stellung der Polschuhe des erfindungsgemäßen Elektromagneten zu ermög lichen, wird es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Polschuhe bevorzugt als Weicheisen-Fließpreßteile auszubilden, deren durch das Umformen herabgesetzte ferromagnetische Eigenschaften durch Rekristallisationsglühen wieder hergestellt werden. Fakultativ ist es darüber hinaus noch möglich, eine eventuell nachlassende Materialfestigkeit zumin dest an den Innenmantelflächen der kleineren Hohlzylinder der Polschuhe durch eine zusätzliche Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch Nitrie ren oder durch eine GX-Beschichtung, derart auszugleichen, daß diese eine für Kugellaufflächen geeignete erhöhte Festigkeit aufweisen. Die Beein trächtigung des Magnetfeldes durch eine derartige Beschichtung ist dabei nachgewiesenermaßen vernachlässigbar.

In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten werden die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetankers dage gen bevorzugt nur aus einem wenigstens zwei axial zueinander beabstan dete Kugelreihen aufweisenden und aus einem Kunststoff oder aus einem nichtferromagnetischen Material bestehenden Linearkugelkäfig gebildet, der auf einem als innere Lauffläche der Kugeln des Linearkugelkäfigs ausgebil deten sowie durchmesserverringerten Abschnitt der Mantelfläche des Ma gnetankers angeordnet ist. Der Abstand der Kugelreihen ist dabei bevorzugt derart gewählt, daß sich ein optimaler Abstützeffekt sowohl bei axialer Ver schiebung als auch bei Verkippung des Magnetankers ergibt. Als kostenmi nimierte Variante ist es hierbei auch möglich, einen gleichartig angeordneten Linearkugelkäfig mit nur einer Kugelreihe sowie einem axial zu dieser beab standeten Gleitlagerabschnitt auszubilden, so daß der durchmesserverrin gerte Abschnitt des Magnetankers nicht nur als innere Lauffläche der Kugeln sondern auch als innere Gleitfläche des Gleitlagerabschnittes des Linearku gelkäfigs ausgebildet ist.

In zweckmäßiger Weiterbildung dieser zweiten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Elektromagnet im Vergleich zur ersten Ausführungsform einen geringfügig geänderten Aufbau dahingehend auf, daß der eine Pol schuh des Proportionalmagneten wieder bevorzugt aus einer Polplatte und einem sich von dieser weg in den Ankerraum des Spulenkörpers erstrecken den hohlzylindrischen Polkern besteht, während der andere Polschuh ledig lich durch eine ringförmige Polplatte gebildet wird. Diese ringförmige Pol platte wird dann von einem den gesamten Ankerraum auskleidenden Druck rohr durchdrungen, welches in diesem Fall das den Ankerraum des Spulen körpers begrenzende Bauteil bildet, dessen Innenmantelfläche als äußere Lauffläche der Kugeln des Linearkugelkäfigs sowie gegebenenfalls als äu ßere Gleitfläche des Gleitlagerabschnittes ausgebildet ist. Das Druckrohr ist dabei zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses aus einem nicht ferromagnetischen Material ausgebildet und weist bevorzugt ebenso wie der durchmesserverringerte Abschnitt der Mantelfläche des Magnetankers zur Gewährleistung der Dauerfestigkeit bezüglich der Flächenpressung der Ku geln auf deren innere und äußere Laufflächen eine durch zusätzliche Ober flächenbehandlung, wie beispielsweise durch Nitrieren oder durch eine GX- Beschichtung, erhöhte bzw. für Kugellaufflächen geeignete Festigkeit auf.

Die gleichzeitige Funktion des Linearkugelkäfigs als Antiklebemittel des Ma gnetankers wird bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten dadurch erzielt, daß der durchmesserverringerte Abschnitt der Mantelfläche des Magnetankers, der zur übrigen Mantelfläche des Ma gnetankers bevorzugt einen stufenförmigen Absatz bildet, eine größere axiale Erstreckung als der Linearkugelkäfig aufweist und in einer der End stellungen des Magnetankers mit seiner mit der Stößelstange verbundenen Stirnseite in eine Aufsenkung eintaucht, die am ankerseitigen Ende einer zur Durchführung der Stößelstange durch den einen Polschuh des Elektromag neten vorgesehenen Durchgangsbohrung angeordnet ist. Der Linearkugel käfig auf dem Magnetanker stützt sich dabei in der einen, bevorzugt be stromten Endstellung des Magnetankers einerseits gegen den stufenförmi gen Absatz am Magnetanker und andererseits gegen die ankerseitige Stirn fläche des Polkerns des einen Polschuhs ab, so daß er als Antiklebe- Distanzhalter wirkt, mit dem ein Aufsetzen des Magnetankers in der Aufsen kung der Durchgangsbohrung für die Stößelstange in dem einen Polschuh vermieden wird. In der anderen, bevorzugt unbestromten Endstellung des Magnetankers, in welche der Magnetanker durch die Hilfsenergie einer Druck- oder Zugfeder geschoben wird, liegt der Magnetanker an der Innen- Stirnseite des den Ankerraum auskleidenden nichtferromagnetischen Druck rohres an.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung bei einem Elektromagneten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in einer abgewandelten Ausfüh rungsform auch derart gelöst werden, daß als drehlängsbewegliche Axialfüh rungen des Magnetankers mindestens zwei aus einem Kunststoff oder aus einem nichtferromagnetischen Material bestehende und wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Kugeln aufweisende, laufhülsenlose Kugel käfigleisten vorgesehen sind, die innerhalb von radial einander gegenüber liegenden Axialnuten in der Außenmantelfläche des Magnetankers angeord net sind, wobei die Grundfläche jeder Axialnut als innere Lauffläche der Ku geln und die Innenmantelfläche eines der den Ankerraum des Spulenkörpers begrenzenden Bauteile als äußere Lauffläche der Kugeln der Kugelkäfiglei sten ausgebildet ist.

Ebenso wie bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform besteht auch bei dieser Ausführungsform der eine Polschuh des Elektromagneten bevorzugt aus einer Polplatte und einem sich axial von dieser weg in den Ankerraum des Spulenkörpers erstreckenden hohlzylindrischen Polkern, während der andere Polschuh durch eine ringförmige Polplatte gebildet wird, die wieder um von einem den gesamten Ankerraum auskleidenden und mit seiner In nenmantelfläche die äußere Lauffläche der Kugeln der Kugelkäfigleisten bildenden Druckrohr durchdrungen wird. Dieses Druckrohr besteht dabei wieder zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses aus einem nichtferromagnetischen Material und weist bevorzugt ebenso wie die Axial nuten in der Mantelfläche des Magnetankers zur Gewährleistung der Dau erfestigkeit bezüglich der Flächenpressung der Kugeln eine durch zusätzli che Oberflächenbehandlung erhöhte bzw. für Kugellaufflächen geeignete Festigkeit auf.

In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagneten weist der Magnetanker an seiner mit der Stößelstange verbundenen einen Stirnseite zusätzlich einen durchmesserverringerten Abschnitt auf, mit dem er, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausfüh rungsform, in der einen, bevorzugt bestromten Endstellung des Magnetan kers in eine Aufsenkung eintaucht, die am ankerseitigen Ende einer zur Durchführung der Stößelstange durch den einen Polschuh des Elektromag neten vorgesehenen Durchgangsbohrung angeordnet ist. Eine an den durchmesserverringerten Abschnitt des Magnetankers angesetzte Antikle bescheibe verhindert dabei in an sich bekannter Weise ein direktes Aufset zen des Magnetankers in der Aufsenkung der Stößelstangen-Durchgangs bohrung und den damit verbundenen plötzlichen Anstieg der Axialkraft des Magnetankers.

Als zweckmäßige Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung wird es schließlich noch vorgeschlagen, die einzelnen Kugelkäfigleisten bevor zugt als Leistenpaket auszubilden, indem diese durch einen Haltebügel mit einander verbunden sind. Dieser Haltebügel ist in der anderen, bevorzugt unbestromten Endstellung des Magnetankers in einer Quernut in dessen anderer Stirnseite versenkt angeordnet, um die Hublänge des Magnetankers nicht nachteilig einzuschränken.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Elektromagnet, insbesondere Proportio nalmagnet zur Betätigung eines hydraulischen Ventils, weist somit in allen beschriebenen Ausführungsformen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Elektromagneten mit drehlängsbeweglich geführten Ma gnetankern den Vorteil auf, daß dessen drehlängsbewegliche Axialführun gen durch die Verwendung bloßer Linearkugelkäfige bzw. Kugelkäfigleisten ohne Laufhülsen konstruktiv sehr einfach ausgebildet und somit sowie durch die mögliche Herstellung dieser Linearkugelkäfige bzw. Kugelkäfigleisten aus einem Kunststoff vor allem sehr kostengünstig herstellbar sind. Dadurch und durch die ebenfalls sehr einfache Montierbarkeit dieser Linearkugelkäfi ge bzw. Kugelkäfigleisten erhöhen sich die Gesamtherstellungskosten eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten gegenüber solchen ohne drehlängsbeweglich geführten Magnetankern nur unwesentlich. Gleichzeitig hat das "Weglassen" der Laufhülsen der Linearkugelkäfige bzw. der Kugel käfigleisten den positiven technischen Effekt, daß die, wie eingangs des beschreibenden Teils dargelegt, aus der Konzentrizität der Innenmantelflä chen von Lagerlaufhülsen resultierenden Radialkräfte auf den Magnetanker nicht mehr auftreten können und somit in jedem Fall eine exakt zentrische Lagerung des Magnetankers gewährleistet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele nä her erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten in unbestrom ter Stellung des Magnetankers;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten in bestromter Stellung des Magnetankers;

Fig. 3 die drehlängsbeweglichen Axialführungen der ersten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektroma gneten in vergrößerter Einzeldarstellung;

Fig. 4 die Polschuhe der ersten Ausführungsform eines erfindungs gemäß ausgebildeten Elektromagneten in quergeschnittener Einzeldarstellung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten in unbe stromter Stellung des Magnetankers;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten in bestrom ter Stellung des Magnetankers;

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Variante der zweiten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromag neten in bestromter Stellung des Magnetankers;

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten in unbestrom ter Stellung des Magnetankers;

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines er findungsgemäß ausgebildeten Elektromagneten in bestromter Stellung des Magnetankers;

Fig. 10 die drehlängsbeweglichen Axialführungen der dritten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektromag neten in Einzeldarstellung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Fig. 1, 5 und 8 geht deutlich ein Elektromagnet 1 hervor, mit dem ein nicht näher dargestelltes hydraulisches Ventil innerhalb eines Hy drauliksystems einer Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine betätigt werden kann. Dieser Elektromagnet 1 besteht in bekannter Weise aus einem hohlzylindrischen Spulenkörper 2 und einer von diesem getragenen Spulenwicklung 3, die zusammen umfangsseitig von einem hohlzylindrischen Magnetgehäuse 4 umschlossen werden. Stirnseitig wird der Spulenkörper jeweils von zwei axial zueinander beabstandeten Pol schuhen 5, 6 begrenzt, über welche das bei Bestromung der Spulenwicklung 3 erzeugte Magnetfeld in den als Ankerraum 7 ausgebildeten Hohlzylinder des Spulenkörpers 2 geleitet wird. In diesem Ankerraum 7 ist ein axial be weglicher, zylindrischer Magnetanker 8 angeordnet, welcher in drehlängs beweglichen Axialführungen reibungsarm gelagert ist und dessen elektro magnetisch erzeugte Axialbewegungen über eine in axialer Verlängerung mit diesen verbundene, nichtferromagnetische Stößelstange 10 entgegen der Kraft einer ebenfalls nicht dargestellten Druckfeder auf einen hydrauli schen Ventilkolben übertragbar sind.

Bei den in den Fig. 1 und 2 sowie 5 bis 7 gezeigten Elektromagneten 1 ist darüber hinaus erkennbar, daß die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetankers 8 erfindungsgemäß durch mindestens einen laufhülsen losen Linearkugelkäfig mit einer Anzahl gleichmäßig umfangsverteilter Ku geln gebildet werden, der zugleich als Antiklebemittel des Magnetankers 8 zur Vermeidung des direkten Kontaktes des Magnetankers 8 mit den Pol schuhen 5, 6 ausgebildet ist.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform ist dabei ent nehmbar, daß die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetankers 8 im konkreten Fall durch zwei voneinander beabstandete Linearkugelkäfige 12, 13 gebildet werden, die aus einem Kunststoff bestehen und, wie in Fig. 3 angedeutet, jeweils zwei umlaufende Kugelreihen 14, 15 aufweisen. Diese Linearkugelkäfige 12, 13 sind gegenüber den Stirnseiten 16, 17 des Ma gnetankers 8 direkt auf der den Magnetanker 8 axial durchdringenden, ver längerten Stößelstange 10 angeordnet, so daß die Mantelfläche 11 der Stö ßelstange 10 jeweils als innere Lauffläche der Kugeln 18 der Linearkugelkä fige 12, 13 ausgebildet ist.

Die in Fig. 4 abgebildeten Polschuhe 5, 6 der ersten Ausführungsform des Elektromagneten 1 bestehen darüber hinaus aus jeweils einer Polplatte 19, 20 und jeweils einem hohlzylindrischen Polkern 21, 22, der sich jeweils axial von der Polplatte 19, 20 weg erstreckt und in den Ankerraum 7 des Spulen körpers 2 hineinragt. Diese Polkerne 21, 22 weisen dabei jeweils einen grö ßeren Hohlzylinder 25, 26, der die Endbereiche des Magnetankers 8 auf nimmt, und einen kleineren Hohlzylinder 29, 30, deren Innenmantelflächen 23, 24 jeweils als äußere Laufflächen der Kugeln 18 der Linearkugelkäfige 12, 13 ausgebildet sind, auf. Außerdem weisen die größeren Hohlzylinder 25, 26 der Polkerne 21, 22 jeweils stufenförmige Übergänge 27, 28 zu den kleineren Hohlzylindern 29, 30 der Polkerne 21, 22 auf, die als axiale Hub begrenzungen des Magnetankers 8 ausgebildet sind. In den Hubendstellun gen des Magnetankers 8 ist dann zwischen den Stirnseiten 16, 17 des Ma gnetankers 8 und den Übergängen 27, 28 zu den kleineren Hohlzylindern 29, 30 der Polkerne 21, 22 ein jeweils ankerseitig an die Linearkugelkäfige 12, 13 angeformter und als Antiklebemittel des Magnetankers 8 ausgebildeter Ringbund 31, 32 der in Fig. 3 dargestellten Art angeordnet, mit dem ein Aufsetzen des Magnetankers 8 auf die Übergänge 27, 28 in den Polschuhen 5, 6 vermeidbar ist. Vorteilhafterweise sind die Polschuhe 5, 6 zudem als kostengünstige Weicheisen-Fließpreßteile ausgebildet, wobei die Festigkeit der als Kugellaufflächen ausgebildeten Innenmantelflächen 23, 24 der klei neren Hohlzylinder 29, 30 ihrer Polkerne 21, 22 zusätzlich durch Nitrieren erhöht wird.

Aus der in den Fig. 5 und 6 gezeigten zweiten Ausführungsform des im wesentlichen den gleichen Grundaufbau aufweisenden Elektromagneten 1 geht hervor, daß die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetan kers 8 im Unterschied zur ersten Ausführungsform nur durch einen, eben falls aus einem Kunststoff bestehenden Linearkugelkäfig 33 gebildet wer den, der zwei axial zueinander beabstandete Kugelreihen 34, 35 aufweist und auf einem als innere Lauffläche seiner Kugeln 36 ausgebildeten sowie durchmesserverringerten Abschnitt 37 der Außenmantelfläche 9 des Ma gnetankers 8 angeordnet ist. Als kostenminimierte Variante zu dieser zwei ten Ausführungsform ist zusätzlich in Fig. 7 dargestellt, daß die drehlängs beweglichen Axialführungen des Magnetankers 8 auch durch einen aus Kunststoff bestehenden Linearkugelkäfig 38 ausgebildet sein können, der nur eine Kugelreihe 34 und einen axial zu dieser beabstandeten Gleitlager abschnitt 39 aufweist sowie in gleicher Weise auf einem durchmesserverrin gerten Abschnitt 37 des Magnetankers 8, welcher in diesem Fall zugleich die innere Lauffläche der Kugeln 36 und die innere Gleitfläche des Gleitlagerab schnittes 39 des Linearkugelkäfigs 38 bildet, angeordnet ist.

Als weiterer Unterschied der zweiten Ausführungsform zur ersten Ausfüh rungsform ist in den Fig. 5 bis 7 zu sehen, daß der eine Polschuh 5 des Elektromagneten 1 aus einer Polplatte 19 und einem sich axial von dieser Polplatte 19 weg in den Ankerraum 7 des Spulenkörpers 2 erstreckenden, hohlzylindrischen Polkern 21 besteht, während der andere Polschuh 6 ledig lich durch eine ringförmige Polplatte 20 gebildet wird. Diese Polplatte 20 wird dabei durch ein den gesamten Ankerraum 7 des Spulenkörpers 2 aus kleidendes, nichtferromagnetisches Druckrohr 40 durchdrungen, dessen durch zusätzliches Oberflächennitrieren festigkeitserhöhte Innenmantelflä che 41 als äußere Lauffläche der Kugeln 36 des Linearkugelkäfigs 33 sowie gegebenenfalls als äußere Gleitfläche des Gleitlagerabschnittes 39 des Li nearkugelkäfigs 38 ausgebildet ist.

Weiterhin ist aus den Fig. 5 bis 7 erkennbar, daß der einen umlaufenden Absatz 42 bildende durchmesserverringerte Abschnitt 37 des Magnetankers 8 eine größere axiale Erstreckung als der Linearkugelkäfig 33 oder 38 auf weist und in der in den Fig. 6 und 7 gezeigten bestromten Endstellung des Magnetankers 8 mit seiner mit der Stößelstange 10 verbundenen Stirn seite 16 in eine Aufsenkung 43 eintaucht, die am ankerseitigen Ende einer zur Durchführung der Stößelstange 10 durch den einen Polschuh 5 des Elektromagneten 1 vorgesehenen Durchgangsbohrung 44 angeordnet ist. In dieser bestromten Endstellung des Magnetankers 8 stützt sich der Linearku gelkäfig 33 oder 38 einerseits gegen den Absatz 42 am Magnetanker 8 und andererseits gegen die ankerseitige Stirnfläche 45 des Polkerns 21 des ei nen Polschuhs 5 ab, so daß er als ein als Antiklebemittel des Magnetankers 8 ausgebildeter Distanzhalter wirkt, mit welchem ein Aufsetzen des Magne tankers 8 in der Aufsenkung 43 der Stößelstangen-Durchgangsbohrung 44 des einen Polschuhs 5 vermeidbar ist.

Die in den Fig. 8 bis 10 dargestellte dritte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Elektromagneten 1 weist im wesentlichen den gleichen Grundaufbau wie die beschriebene zweite Ausführungsform auf, unterschei det sich aber dadurch, daß als drehlängsbewegliche Axialführungen des Magnetankers 8 zwei aus einem Kunststoff bestehende, laufhülsenlose Ku gelkäfigleisten 46, 47 vorgesehen sind, die jeweils zwei voneinander beab standete Kugeln 48, 49 aufweisen und nicht mit der Doppelfunktion des An tiklebemittels des Magnetankers 8 ausgebildet sind. Diese Kugelkäfigleisten 46, 47 sind, wie in Fig. 10 deutlich zu sehen ist, innerhalb von radial einan der gegenüberliegenden Axialnuten 50, 51 in der Außenmantelfläche 52 des Magnetankers 8 angeordnet, wobei die Grundfläche 53, 54 jeder Axialnut 50, 51 als innere Lauffläche der Kugeln 48, 49 ausgebildet ist. Die äußere Lauffläche der Kugeln 48, 49 der Kugelkäfigleisten 46, 47 wird wieder durch die oberflächenbehandelte Innenmantelfläche 59 eines den gesamten An kerraum 7 des Spulenkörpers 2 ausgleitenden Druckrohres 58 gebildet, wo bei die Polschuhe 5, 6 des Elektromagneten 1, deckungsgleich zur zweiten Ausführungsform, aus einer Polplatte 55 und einem sich axial von dieser Polplatte 5 weg in den Ankerraum 7 des Spulenkörpers 2 erstreckenden hohlzylindrischen Polkern 56 bzw. aus einer von dem Druckrohr 58 durch drungenen Polplatte 57 bestehen.

Der Magnetanker 8 des Elektromagneten 1 weist bei dieser dritten Ausfüh rungsform an seiner mit der Stößelstange 10 verbundenen Stirnseite 60 nur einen relativ kurzen durchmesserverringerten Abschnitt 61 auf, der in der in Fig. 9 gezeigten bestromten Endstellung des Magnetankers 8 in eine am deutlichsten in Fig. 8 erkennbare Aufsenkung 62 eintaucht, die wieder am ankerseitigen Ende einer zur Durchführung der Stößelstange 10 durch den einen Polschuh 5 vorgesehenen Durchgangsbohrung 63 angeordnet ist. Eine an den durchmesserverringerten Abschnitt 61 des Magnetankers 8 angesetzte Antiklebescheibe 64 verhindert dabei ein direktes Aufsetzen des Magnetankers 8 in der Aufsenkung 62 der Stößelstangen-Durchgangs bohrung 63.

In Fig. 10 ist schließlich noch zu sehen, daß die Kugelkäfigleisten 46, 47 durch einen Haltebügel 65 zu einem kostengünstig herstellbaren Leistenpa ket miteinander verbunden sind. Dieser Haltebügel 65 ist in der in Fig. 8 dargestellten unbestromten Endstellung des Magnetankers 8 in einer Quer nut 66 in dessen anderer Stirnseite 67 versenkt angeordnet, um die Hublän ge des Magnetankers 8 nicht zu verkürzen.

Bezugszeichenliste

1

Elektromagnet

2

Spulenkörper

3

Spulenwicklung

4

Magnetgehäuse

5

der eine Polschuh

6

der andere Polschuh

7

Ankerraum

8

Magnetanker

9

Außenmantelfläche

10

Stößelstange

11

Mantelfläche

12

Linearkugelkäfig

13

Linearkugelkäfig

14

Kugelreihe

15

Kugelreihe

16

Stirnseite

17

Stirnseite

18

Kugeln

19

Polplatte

20

Polplatte

21

Polkern

22

Polkern

23

Innenmantelfläche

24

Innenmantelfläche

25

Hohlzylinder

26

Hohlzylinder

27

Übergang

28

Übergang

29

kleiner Hohlzylinder

30

kleiner Hohlzylinder

31

Ringbund

32

Ringbund

33

Linearkugelkäfig

34

Kugelreihe

35

Kugelreihe

36

Kugeln

37

durchmesserverringerter Abschnitt

38

Linearkugelkäfig

39

Gleitlagerabschnitt

40

Druckrohr

41

Innenmantelfläche

42

Absatz

43

Aufsenkung

44

Durchgangsbohrung

45

Stirnflache

46

Kugelkäfigleiste

47

Kugelkäfigleiste

48

Kugel

49

Kugel

50

Axialnut

51

Axialnut

52

Außenmantelfläche

53

Grundfläche

54

Grundfläche

55

Polplatte

56

Polkern

57

Polplatte

58

Druckrohr

59

Innenmantelfläche

60

Stirnseite

61

durchmesserverringerter Abschnitt

62

Aufsenkung

63

Durchgangsbohrung

64

Antiklebescheibe

65

Haltebügel

66

Quernut

67

Stirnseite

Claims

1. Elektromagnet, insbesondere Proportionalmagnet zur Betätigung eines hydraulischen Ventils, welches innerhalb eines Hydrauliksystems einer Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftma schine angeordnet ist, bestehend aus zumindest einer von einem hohlzylindrischen Spulenkörper (2) getragenen Spulenwicklung (3), de ren Spulenkörper (2) umfangsseitig von einem hohlzylindrischen Ma gnetgehäuse (4) umschlossen sowie stirnseitig von zwei axial zueinan der beabstandeten Polschuhen (5, 6) begrenzt wird, und aus einem in dem als Ankerraum (7) ausgebildeten Hohlzylinder des Spulenkörpers (2) angeordneten sowie axial beweglichen, zylindrischen Magnetanker (8), welcher in drehlängsbeweglichen Axialführungen reibungsarm gela gert ist und dessen elektromagnetisch erzeugte Axialbewegungen über eine in axialer Verlängerung mit diesem verbundene Stößelstange (10) entgegen der Kraft einer Feder auf einen hydraulischen Ventilkolben übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß als drehlängsbewegli che Axialführungen des Magnetankers (8) mindestens ein zugleich als Antiklebemittel des Magnetankers (8) ausgebildeter, laufhülsenloser Li nearkugelkäfig mit einer Anzahl umfangsverteilter Kugeln vorgesehen ist, wobei die Außenmantelfläche (9) des Magnetankers (8) und/oder die Mantelfläche (11) der Stößelstange (10) als innere Lauffläche der Ku geln und die Innenmantelfläche eines oder mehrerer der den Ankerraum (7) des Spulenkörpers (2) begrenzenden Bauteile als äußere Lauffläche der Kugeln ausgebildet ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetankers (8) bevorzugt durch zwei voneinander beabstandete Linearkugelkäfige (12, 13) gebil det werden, die aus einem Kunststoff oder aus einem nichtferromagneti schen Material bestehen und zumindest jeweils zwei umlaufende Kugel reihen (14, 15) mit einer Anzahl gleichmäßig umfangsverteilter Kugeln (18) aufweisen.

3. Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearkugelkäfige (12, 13) gegenüber den Stirnseiten (16, 17) des Ma gnetankers (8) direkt auf der bevorzugt verlängert ausgebildeten und den Magnetanker (8) axial durchdringenden Stößelstange (10) angeord net sind, wobei die Mantelfläche (11) der Stößelstange (10) jeweils als innere Lauffläche der Kugeln (18) der Linearkugelkäfige (12, 13) ausge bildet ist.

4. Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (5, 6) des Elektromagneten (1) bevorzugt aus jeweils einer Polplatte (19, 20) und jeweils einem sich axial von dieser weg in den An kerraum (7) des Spulenkörpers (2) erstreckenden hohlzylindrischen Pol kern (21, 22) bestehen, wobei die Polkerne (21, 22) jeweils einen größe ren Hohlzylinder (25, 26) und einen kleineren Hohlzylinder (29, 30) auf weisen und die Innenmantelflächen (23, 24) der kleineren Hohlzylinder (29, 30) jeweils als äußere Laufflächen der Kugeln (18) der Linearkugel käfige (12, 13) ausgebildet sind.

5. Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Magnetanker (8) wenigstens in seinen Endbereichen aufnehmenden größeren Hohlzylinder (25, 26) der Polkerne (21, 22) beider Polschuhe (5, 6) bevorzugt jeweils einen stufenförmigen Übergang (27, 28) zu den kleineren Hohlzylindern (29, 30) der Polkerne (21, 22) beider Polschuhe (5, 6) aufweisen und die Übergänge (27, 28) als axiale Hubbegrenzun gen des Magnetankers (8) ausgebildet sind.

6. Elektromagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hubendstellungen des Magnetankers (8) zwischen den Stirnseiten (16, 17) des Magnetankers (8) und den Übergängen (27, 28) zu den kleine ren Hohlzylindern (29, 30) der Polkerne (21, 22) ein jeweils ankerseitig an die Linearkugelkäfige (12, 13) angeformter und als Antiklebemittel des Magnetankers (8) ausgebildeter Ringbund (31, 32) angeordnet ist, mit dem ein Aufsetzen des Magnetankers (8) auf die Übergänge (27, 28) in den Polschuhen (5, 6) vermeidbar ist.

7. Elektromagnet nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (5, 6) bevorzugt als Weicheisen-Fließpreßteile ausgebildet sind, deren ferromagnetische Eigenschaften durch Rekristallisationglü hen wiederherstellbar sind, wobei zumindest die Innenmantelflächen (23, 24) der kleineren Hohlzylinder (29, 30) ihrer Polkerne (21, 22) durch eine zusätzliche Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch Nitrieren oder durch eine GX-Beschichtung, eine für Kugellaufflächen geeignete erhöhte Festigkeit aufweisen.

8. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehlängsbeweglichen Axialführungen des Magnetankers (8) bevorzugt nur durch einen wahlweise wenigstens zwei axial zueinander beabstan dete Kugelreihen (34, 35) oder wenigstens eine Kugelreihe (34) und ei nen axial zu dieser beabstandeten Gleitlagerabschnitt (39) aufweisen den sowie aus einem Kunststoff oder aus einem nichtferromagnetischen Material bestehenden Linearkugelkäfig (33 oder 38) gebildet werden, der auf einem als innere Lauffläche der Kugeln (36) des Linearkugelkä figs (33) bzw. auf einem zugleich als innere Lauffläche der Kugeln (36) und als innere Gleitfläche des Gleitlagerabschnittes (39) des Linearku gelkäfigs (38) ausgebildeten sowie durchmesserverringerten Abschnitt (37) der Außenmantelfläche (9) des Magnetankers (8) angeordnet ist.

9. Elektromagnet nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Polschuh (5) des Elektromagneten (1) bevorzugt aus einer Pol platte (19) und einem sich axial von dieser weg in den Ankerraum (7) des Spulenkörpers (2) erstreckenden hohlzylindrischen Polkern (21) be steht und der andere Polschuh (6) lediglich durch eine ringförmige Pol platte (20) gebildet wird, wobei der Ankerraum (7) durch ein nichtferro magnetisches Druckrohr (40) ausgekleidet ist, dessen Innenmantelflä che (41) als äußere Lauffläche der Kugeln (36) des Linearkugelkäfigs (33) bzw. als äußere Lauffläche der Kugeln (36) und als äußere Gleitflä che des Gleitlagerabschnittes (39) des Linearkugelkäfigs (38) ausgebil det ist.

10. Elektromagnet nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugt einen umlaufenden Absatz (42) bildende durchmesserverrin gerte Abschnitt (37) des Magnetankers (8) eine größere axiale Erstrec kung als der Linearkugelkäfig (33 oder 38) aufweist und in einer der Endstellungen des Magnetankers (8) mit seiner mit der Stößelstange (10) verbundenen Stirnseite (16) in eine Aufsenkung (43) einer axialen Stößelstangen-Durchgangsbohrung (44) des einen Polschuhs (5) des Elektromagneten (1) eintauchend angeordnet ist.

11. Elektromagnet nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in der einen Endstellung des Magnetankers (8) sich einerseits gegen den Absatz (42) am Magnetanker (8) und andererseits gegen die anker seitige Stirnfläche (45) des Polkerns (21) des einen Polschuhs (5) ab stützend angeordnete Linearkugelkäfig (33 oder 38) zugleich als Antik lebe-Distanzhalter des Magnetankers (8) ausgebildet ist, mit welchem ein Aufsetzen des Magnetankers (8) in der Aufsenkung (43) der Stößel stangen-Durchgangsbohrung (44) des einen Polschuhs (5) vermeidbar ist.

12. Elektromagnet nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als drehlängsbewegliche Axialführungen des Ma gnetankers (8) mindestens zwei aus einem Kunststoff oder aus einem nichtferromagnetischen Material bestehende und wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Kugeln (48, 49) aufweisende, laufhülsenlose Kugelkäfigleisten (46, 47) vorgesehen sind, die innerhalb von radial ein ander gegenüberliegenden Axialnuten (50, 51) in der Außenmantelflä che (52) des Magnetankers (8) angeordnet sind, wobei die Grundfläche (53, 54) jeder Axialnut (50, 51) als innere Lauffläche der Kugeln (48, 49) und die Innenmantelfläche eines der den Ankerraum (7) des Spulenkör pers (2) begrenzenden Bauteile als äußere Lauffläche der Kugeln (48, 49) der Kugelkäfigleisten (46, 47) ausgebildet ist.

13. Elektromagnet nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Polschuh (5) des Elektromagneten (1) bevorzugt aus einer Pol platte (55) und einem sich axial von dieser weg in den Ankerraum (7) des Spulenkörpers (2) erstreckenden hohlzylindrischen Polkern (56) be steht und der andere Polschuh (6) lediglich durch eine ringförmige Pol platte (57) gebildet wird, wobei der Ankerraum (7) durch ein nichtferro magnetisches Druckrohr (58) ausgekleidet ist, dessen Innenmantelflä che (59) als äußere Lauffläche der Kugeln (48, 49) der Kugelkäfigleisten (46, 47) ausgebildet ist.

14. Elektromagnet nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (8) an seiner mit der Stößelstange (10) verbundenen einen Stirnseite (60) bevorzugt einen durchmesserverringerten Abschnitt (61) aufweist, der in der einen Endstellung des Magnetankers (8) in eine Auf senkung (62) einer axialen Stößelstangen-Durchgangsbohrung (63) des einen Polschuhs (5) des Elektromagneten (1) eintauchend angeordnet ist, wobei durch eine an den durchmesserverringerten Abschnitt (61) an gesetzte Antiklebescheibe (64) ein direktes Aufsetzen des Magnetan kers (8) in der Aufsenkung (62) der Stößelstangen-Durchgangsbohrung (63) vermeidbar ist.

15. Elektromagnet nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkäfigleisten (46, 47) bevorzugt durch einen Haltebügel (65), der in der anderen Endstellung des Magnetankers (8) in einer Quernut (66) in dessen anderer Stirnseite (67) versenkt angeordnet ist, zu einem Lei stenpaket miteinander verbunden sind.