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Verfahren und Vorrichtung zur Kennlimenjustierung von Elektro-Stellmagneten
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des ersten Sachanspruchs. Es ist bekannt,
Magnetsysteme, üblicherweise bestehend aus einer elektrischen Erregerwicklung und
einem sich unter derem Einfluß bewegenden Anker, zu Stellzwecken beliebiger Art
zu verwenden, beispielsweise auch um hydraulische Mehrstellungsventlle zu schalten.
Dabei kann der Hydraulikteil des Ventils mit seinen verschiedenen Ventilöffnungen
in Baueinheit mit dem Elektromagneten so ausgebildet sein, daß der sich unter dem
Einfluß des elektromagnetischen Feldes bewiegende Magnetanker entsprechende Bewegungsabläufe
im Hydraulikventil derart bewirkt, daß, gegebenenfalls sogar je nach der Größe des
Erregungszustandes des NIagneten, auch
eine größere Anzahl von Schaltvorgängen
vorgenommen werden kann. Dies führt zu sogenannten Mehrstellungsventilen, deren
Wirkung darin besteht, daß eine vorgegebene Anzahl von Ventilöffnungen jeweils untereinander
selektiv verbunden oder gegeneinander abgesperrt werden können, je nach dem erwünschten
Funktionsablauf. Voraussetzung für die Durchführung solcher Schaltvorgänge ist allerdings,
daß die verwendeten Magnete ihre dem jeweiligen Anwena,,-,bszweck entsprechenden
Sollkennlinien einhalten. Diese Einhaltung der gewünschten Magne tcharakte ristik
ist allerdings bei kennlinienbeeinflußten Magneten nicht sicher gewährleistet, da
sich erhebliche Kennlinienstreuungen ergeben können aufgrund von Toleranzen in der
Stoffzusammensetzung, der Windungszahl, der Dichte (bei Sinterteilen) sowie aufgrund
von Toleranzen in der Geometrie des Magneten, bei Tauchankermagneten insbesondere
aufgrund von Fertigungstoleranzen der Tauchstufe.
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Es ist bekannt, eine erforderliche Anpassung solcher divergierender
Kennlinien dadurch vorzunehmen, daß man eine Justierung auf der Seite des vom Magneten
betätigten oder geschalteten Geräts vornimmt; bei Anwendung eines elektromagnetischen
Stellmagneten auf ein hydraulisches Magnetventil beispielsweise dadurch, daß man
die Vorspannung der Gegenfeder anpaßt, also beispielsweise eine oder mehrere der
auf den Schieber des Magnetventils einwirkenden Vorspannungsfedern justiert. Solche
Justierarbeiten setzen aber jedenfalls voraus, daß man an die Gegenfedern im Hydraulikteil
herankommt, dieses also während der Justage noch zerlegt bzw. teilzerlegt ist; ferner
sind solche
Arbeiten am geschalteten Gerät aufwendig und führen
letzten Endes dazu, daß eine Streuung, also eine Abweichung des jeweiligen Magneten
von seiner Sollkennlinie durch eine entsprechende, durch die Justierung herbeigeführte
Abweichung von Teilen in dem von diesem Magneten geschalteten Gerät kompensiert
wird, was im Endeffekt in einer Abweichung von gewünschten Sollwerten bei beiden
Teilen resultiert.
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Es besteht daher Bedarf nach einer Justagemöglichkeit zur Anpassung
der Kraftcharakteristik eines Elektromagneten, insbesondere eines auf dem Tauchankeuprinzip
basierenden Elektromagneten, an seine Sollkennlinie, die einfach und unkompliziert
ist und insbesondere im Rahmen der Gesamtmontage vorgenommen werden kann, ohne zerlegende
Eingriffe in den Elektromagneten oder in das von diesem geschaltete Gerät.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihren kennzeichnenden
Merkmalen haben den Vorteil, daß Eingriffe etwa am Hydraulikteil eines Magnetventils
nicht mehr erforderlich sind; dennoch ist eine stufenlose Anpassung der Kraftcharakteristik
im Magnetteil an die Funktionserfordernisse bzw. an dessen Sollkennlinie möglich.
Vorteilhaft ist ferner, daß die Justierung sich im Rahmen der Montage kostengünstig
durchführen
laßt; sie ist einfach und unkompliziert und erlaubt auch eine vollständige oder
teilweise Automatisierung der Justierung.
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Die Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise für eine Vielzahl von
mögilchen Ausführungsformen elektromagnetischer Stellmagnete anwenden, beispielsweise
für Rund- und Rechteckmagnete, für Flach- oder Tauchankersysteme, sowie gegebenenfalls
für Hub, Zug- oder Drehmagnete; im besonderen eignet sich die vorliegende Erfindung
zur Anwendung bei hydraulischen WIehrstellungsventilen, deren Antrie bsmagne te
so ausgelegt sind, daß sie abhängig von der jeweiligen magnetischen Durchflutung
ihren die Stellbewegung durchführenden Anker in mehr als zwei definierte Endpositionen
verschieben können.
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Eine besonders günstige Anwendungsmöglichkeit vorliegender Erfindung
ergibt sich bei Tauchankermagneten bzw. bei solchen Flachankerma gneten, deren Anker
einer Zweiteilung zugänglich ist; da die Justierung durch vorliegende Erfindung
an der bei Tauchankersystemen entscheidenden Arbeitskante eingreift, ergibt sich
ein breites Anpassungsband zur Beeinflussung beispielsweise des Kraftniveaus, der
Kennliniensteigung, der Anfangskraft, des nutzbaren Hubs u. dgl. Ferner ist es möglich,
bei Flachankermagneten einen üblicherweise stark progressiven Kennlinienverlauf
abzuflachen, wodurch sich günstigere Schaltzeiten, eine geringere Geräuschentwicklung
und eine höhere Lebensdauer ergibt.
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Ein weiterer Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß das
Anwendungsspektrum von Standardmagneten beträchtlich erweitert wird; so können einerseits
Standardmagneten in hoher Stückzahl hergestellt und dann durch den Einsatz vorliegender
Erfindung an jeweils geänderte Betriebsbedingungen entsprechend angepaßt werden.
Solche geänderten Betriebsbedingungen können beispielsweise unterschiedliche Nennspannun
gen bei gewünschter gleicher Anzugskraft des Magneten sein, Druckänderungen oder
Hubände runge n.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich; bei Unterteilung des Magnetankers
in einen Ankeraußenteil und einen Ankerinnenteil können beide über ein Gewinde miteinander
verbunden werden, so daß sich problemlos durch eine entsprechende Relativverdrehung
der Ankerteile gegeneinander eine stufenlose Verstellung ergibt.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. la im Längsschnitt die Teildarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines
Tauchankermagneten in Form eines Rechteckankers und Fig. lb die Ausführungsform
der Fig. la in einer Schnittdarstellung von oben längs der Linie Ib-Ib der Fig.
@@ Fig. 2a und Fig. 2 die gleichen Darstellungen
wie in den Fig.
la und lb bei Ausbildung des Ankers als Rundanker und die Fig. 3a und 3b jeweils
Kennlinienverläufe einmal bei Polstufe Null und einmal bei maximaler Polstufe, wobei
die kleinen Darstellungen unterhalb der Kennlinien die jeweiligen Ankerformen bei
den unterschiedlishen Polstufen zeigen.
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Bes^hreibung der Ausführungsbeispiele Der Grundgedanke vorliegender
Erfindung beruht auf einer Zweiteilung des Ankers derart, daß sich durch eine Relativverschiebung
zwischen den beiden Ankerteilen unterschiedliche Eintauchtiefen (Polstufen) aür
das verwendete Magnetankersystem ergeben, wodurch die Magnetcharakteristiken entsprechend
beeinflußbar sind. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die Magnetcharakteristiken
von Tauchankersystemen (Topfmagneten) in starkem Maße von der Eintauchtiefe, also
der Polstufe des Ankerteils geprägt werden, so daß es durch einen zweigeteilten
Anker möglich ist, eine Eingriffsmöglichkeit in die Kraftcharakteristik zu gewinnen,
indem die Trennung der Ankerteile so gelegt wird, daß mit einer Relativbewegung
der Teile zueinander die Polstufe verändert wird Dabei ist es interessant, daß sich
bei Anwendung vorliegender Erfindung auch eine Definitionsänderung des jeweiligen
Magnet -systems (Topfmagneten) in der Weise ergibt, daß innerhalb des erfindungsgemäßen
Justierbereichs eine Kennlinienverschiebung von einer ausgeprägten Flachankerkennlinie
zu einer
Tauchankerkennlinie bei maximaler Polstufe erfolgt, was
einer strukturellen Änderung des verwendeten Topfmagnetsystems von einem Flachankermagneten
zu einem Tauchankermagneten entspricht.
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Im folgenden werden die als Aus.'ührungsbeispiel in den Fig. la und
lb sowie 2a und 2b dargestellten Elektromagneten als Tauchankermagnete oder als
Topfmagnete bezeichnet; diese Bezeichnung umfaßt den Begriff des Flachankermagneten
und beschränkt, wie es sich versteht, die Erfindung nicht auf die Anwendung auch
auf andere Magnetformen, die einer Zweiteilung ihres Ankers in entsprechender Weise
unter Änderung ihres Kennlinienverlaufs zugänglich sind.
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Bei dem in den Fig. la und lb gezeigten Tauchankermagneten ist das
die Spule 2 und die in diesem Fall rechteckförmige Ankerplatte 3 mit Ankerstößel
3a aufnehmende und gleichzeitig den geschlossenen -Eisenkreis für die magnetische
Durchflutung bildende Gehäuse mit 4 bezeichnet; die Spule 2 ist in einer Spulenhalterung
5 gelagert, die in einer rechteckförmigen Ausnehmung 6 des Gehäuses 4 sitzt; das
Gehäuse bildet zentral in der Ausnehmung 6 einen Magnetpol 7, so daß sich ein magnetischer
Kraftlinienverlauf durch das Gehäuse und die Anker platte 3 ergibt, wie er durch
eine einzige gestrichelte Mittenlinie jeweils angegeben ist. Die magnetische Durchflutung
hat die Tendenz, die im Kreis noch vorhandenen L,uitspalte zu @@@@@@@@ @@@ @@@@@
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das nicht weiter dargestellte,
vom Anker betåtig.e Gerät über tragen wird, im bevorzugten Anwendungsfall also auf
ein hydraulisches Nlehrstellungs- Magnetventil. Bevorzugt handelt es sich im übrigen
bei dem in der Zeichnung dargestellten Tauchankermagneten um einen 3-Stellungsmagneten
in Anwendung für ein Antiblockiersystem.
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Die Ankerplatte 3 ist gelagert von einer Flachfeder 8, die in geeigneter
Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Schraube 9 mit Unterlegscheibe 10 am Gehäuse
4 befestigt ist. Die federnde Aufhängung des Ankers ermöglicht so dessen Einzugsbewegung.
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Die Ankerplatte ist zweigeteilt und bildet einen Ankeraußenteil 11
und einen Ankerinnenteil 12, die zueinander eine Relativbewegung zur Änderung der
Polstufe durchführen können. Die Polstufe ist als die Eintauchtiefe des Ankerteis
definiert und bestimmt insoweit auch den Hub des Ankers sowie dessen Kraftverlauf,
wie dies in Fig. 3a für eine Flachankerkennlinie I angegeben ist, die die jeweilige,
vom Anker vermittelte Kraft über dem Ankerhub zeigt. Die Ausbildung des Flachankers
ist dabei so getroffen, wie unterhalb des Kennlinienverlaufes dargestellt; mit anderen
Worten, der Ankeraußenteil 11 sc£iert rn.ir seiner Unterkante bündig mit der Unterkante
des Ankerinnentehls 12' ab; der Gesamtanker kann also in diesem sinne nicht unter
Bildung einer Arbeitskante 13 (siehe Fig. la), den Magnetpol 7 sozusagen umgebend
eintauchen, sondern kommt flach zur
Anlage auf den Magnetpol. Die
Polstufe kann in diesem Falle als zu Null definiert werden.
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Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei dem Kennlinienverlauf II der Fig.
3b und dem unter dem Diagramm dargestellten Funktionsschema die maximale Polstufe,
da der Ankerinnenteil 12" gegenüber dem Ankeraußenteil 11" so weit nach oben verschoben
ist, daß die Ankerplatte insgesamt in den vom Gehäuse 4' gebildeten Magnetpol 7'
eintauchen kann.
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Angewandt auf das Ausführungsbeispiel der Fig. la und lb bedeutet
dies, daß die gewünschte Polstufe bzw. die erforderliche bIagnetcharakteristik durch
Verschieben der beiden Ankerteile (Ankeraußenteil 11 und Ankerinnenteil 12) der
Ankerplatte 3 ineinander realisiert wird, wodurch sich die Arbeitskante 1 3 bildet;
die Verschiebung kann von der Polstufe Null zur maximalen Polstufe, wie in den Fig.
3a und 3b gezeigt, erfolgen.
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Nachdem die beiden Ankerteile 11 und 12 zur Erzielung des gewünschten
Sollkennlinienve rlaufs bzw. der gewünschten Magnetcharakteristiken eingestellt
sind, erfolgt die Fixierung der Relativposition zueinander, was durch Kleben, Laserschweißen,
Verstemmen, durch eine Årretierschraube, wie bei 14 in Fig. lb gezeigt, oder durch
ähnliche Mittel erfolgen kann. Zur Vermeidung von zusätzlichen, den Eisenkreis schwächenden
Luftspalten ist es zweckmäßig, wenn die beiden Ankerteile zueinander exakt eingepaßt
sind, wobei beispielsweise geeignete Übergangspassungen oder auch Schwalbenschwanzführungen
verwendet werden können.
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Die Wirkung auf die @enn@@@@ @@@ dann so, daß mit gr@ßer werdender
Polstufe die Magnetkraft abnimmt (die radiale Verlustkraf nimmt zu) und die Kennlinie
über dem Hub insgesamt flacher verläuft. Der nutzbare Hub nimmt erkennbar zu, da
die vom Anker vermittelbare Kraft erst bei vollständigem Austauchen der Polstufe
stark abnimmt.
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Das in den Fig. 2a und 2b gezeigte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel der Fig. la und lb lediglich darin, daß die Ankerplatte
3' als Rundanker ausgebildet ist, mit einem Ankeraußenteil 15 und einem konzentrischen
Ankerinnenteil 16, wobei auch das die Ankerplatte in diesem Fall vollständig umgebende
Gehäuse 17 eine entsprechende Rundform an dieser Stelle aufweist. Die durch den
Abstand der Innenanker-Unterkante zur Oberkante des Magnetpols 7 jeweils gebildete
Polstufe ist in den Fig. la und 2a mit A bezeichnet, wobei die in den Fig. 3a und
3b dargestellten beiden Extrempositionen für die Ankereinstellung-Polstufe = 0 und
maximale Polstufe-die Bandbreite für die Kennlinientrimmung zwischen den beiden
Kennlinienverläufen I und II angeben; es versteht sich, daß die Kennlinienverläufe
in dem Diagramm lediglich qualitativ angegeben sind.
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In vorteilhafter Ausgestaltung vorliegender Erfindung erfolgt die
Einstellung zwischen dem Ankeraußenteil 15 und dem Ankerinnenteil 16 beim Rundankersystem
der Fig. 2a> 2b dadurch, daß zwischen beiden Ankern ein Verbindungsgewinde 18
vorgesehen
ist, so daß die Einstellung der Relativposition der Ankerteile zueinander zur Erzielung
der gewünschten Magnetcharakteristik durch Verdrehen teispielsweise des Außenankers
relativ zum Innenanker möglich ist. Auch hier nimmt mit größer werdender Polstufe
die Magnetkraft ab und die Kennlinie wird flacher. Die Arretierung der beiden Ankerteile
zueinander mit Verbindungsgewinde kann beispielsweise durch in das Schrauben-oder
Muttergewinde eingebrachte Kunststoffeinsätze erfolgen (sogenannte long-lok-Schraubensicherung).