DE3309904A1

DE3309904A1 - Elektromagnet und magnetventil

Info

Publication number: DE3309904A1
Application number: DE19833309904
Authority: DE
Inventors: Reiner 8781 Neuendorf Bartholomäus; Christoph 5908 Neunkirchen Gibas
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE3309904C2; JPS59178709A; US4518938A

Description

Elektromagnet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagneten, und zwar insbesondere auf einen Schaltmagneten sowie einen Proportionalmagneten. Ferner bezieht sich die Erfindung auf Magnetventile unter Verwendung derartiger Magnete. Der erfindungsgemäße Magnet kann sowohl als druckdichter wie auch als im Öl arbeitender Magnet ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Magnet ist für Kupplungs-Getriebe- oder Motorenanwendungen geeignet.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf einen Elektromagneten gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, Beispielsweise zeigt die deutsche Offenlegungsschrift 31 36 174.9 einen Elektromagneten dieser Gattung, wobei zur Lagerung des Magnetankers zum einen ein Stößel und zum anderen ein Führungszapfen angeordnet am Magnetanker herangezogen werden. Stößel und Führungszapfen sind in entsprechenden Lagerbüchsen geführt. Der Magnetanker selbst ist von Büchsen unter Bildung eines Luftspaltes umgeben. Diese Art einer Lagerung ist verhältnismäßig kompliziert und hat ferner die folgenden Nachteile:

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- meist exzentrischer Luftspalt;

- in dem Luftspalt werden magnetische Teilchen (Abrieb) durch Magnetfeld hineingezogen und blockieren den Magnet;

- teuere Herstellung wenn Luftspalt zentrisch sein soll;

- hohe Reibungskräfte durch einseitige Lagerbelastung und dadurch große Hysterese.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Ankerlagerung sieht vor, daß anstelle eines Führungszapfens und der zugehörigen Buchse der Magnetanker selbst an seinem vom Stößel abgewandten Ende mit einer Gleitbronze ummantelt ist. Die Stärke dieser Gleitbronzeschicht stellt dann den konstruktiv gewählten Luftspalt dar. In einem solchen Falle würde man von einer kombinierten.Lagerung sprechen, wobei aber folgende Nachteile auftreten:

- teuere.Herstellung durch Aufspritzen und nachträgliches Bearbeiten; _L,-,...t_?

- Luftspalt vorhanden (Blockieren durch Abrieb);

- exzentrischer Luftspalt nach wie vor möglich.

Eine weitere bereits bekannte Lagermöglichkeit für den Magnetanker sieht vor, daß der Stößel nicht gelagert ist, so daß auch die zugehörige Buchse entfällt. Statt dessen ist der Magnetanker sowohl am einen wie auch am anderen Ende mit einer antimagnetischen Gleitbronze beschichtet. Dabei treten wiederum die folgenden Nachteile auf:

- teuere Herstellung durch Aufspritzen und nachträgliches Bearbeiten;

- exzentrischer Luftspalt kaum zu vermeiden.

COPY

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromagneten der eingangs genannten Art sowie ein durch einen solchen Elektromagneten betriebenes Magnetventil derart vorzusehen, daß die'Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere bezweckt die Erfindung, einen Elektromagneten bzw. ein Magnetventil derart vorzusehen, daß sich eine preiswerte Herstellung und trotzdem eine außerordentlich reibungsarme Lagerung des Magnetankers ergibt.

Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe sind insbesondere die in Ansprüchen genannten Maßnahmen vorgesehen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Magnetventil mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten zugehörigen Elektromagneten, jeweils im Schnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt eines weiteren gemäß der Erfindung ausgebildeten Elektromagneten.

Das in Fig. 1 gezeigte Magnetventil 10 besteht im wesentlichen aus einem Elektromagneten 11 mit daran angebautem Ventil 12. Der Elektromagnet 11 ist vorzugsweise ein Proportionalmagnet.

Der Elektromagnet 11 weist ein Gehäuse 6 in der Form einer Hülse auf, in die ein zylindrischer Wicklungskörper 34 eingesetzt ist, der mit seinem einen Ende an einer Querwand 14 des Gehäuses 6 anliegt. Mit seinem entgegengesetzt liegenden Ende liegt der Wicklungskörper 34 an einem Endstück (Polkern) 13 an, welches mit einem Querabschnitt 17 in das Gehäuse 6 durchmessermäßig nineinpaßt urrtTmit einem Längsabschnitt 18 in den vom Wicklungskörper 34 gebildeten Hohlraum hineinragt. Vorzugsweise ist das Gehäuse 6 um den Querabschnitt 17 herumgebördelt, um so das End-

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stück 13 in einer fixierten Position zu halten. Vom Querabschnitt 17 ragt entgegengesetzt zum Längsabschnitt 18 ein Sitzelement 1 weg, in dem eine Längsbohrung 41 ausgebildet ist und das zur Befestigung an einem weiteren nicht gezeigten Bauteil dienen kann. Im Querabschnitt verlaufen diametral entgegengesetzt zueinander zwei Querbohrungen 39, 40, die sich auch durch das Gehäuse 6 hindurch fortsetzen.

Im verbleibenden Innenraum des Elektromagneten 11 ist benachbart zum Längsabschnitt 18 des Endstücks 13 ein hin- und herbeweglicher Anker 9 vorgesehen, der gleitend gelagert ist. Vom Anker 9 aus erstreckt sich in die Längsbohrung 41 des Endstücks 13 ein Stößel 3 hinein, der an seinem in Fig. 1 unteren Ende einen Ventilkegel 43 aufweist, der mit einem Dichtungssitz zusammenarbeitet, der von der Längsbohrung 41 gebildet ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 befindet sich der Anker 9 in seiner Erregungs- oder Einschaltstellung, die er dann einnimmt, wenn die auf dem Wicklungskörper 34 befindliche Magnetwicklung 33 über Anschlußleiter 35 mit elektrischer Energie versorgt wird. In die in der Fig. 1 gezeigte Position gelangt der Anker 9 nach Durchlaufen der Hubstrecke 44 und kommt am Ende der Hubstrecke an einer nichtmagnetischen Anschlagscheibe 36 zur Anlage, die am inneren Ende des Längsabschnitts 18 des Endstücks 13 angeordnet ist. In seine nicht dargestellte Ruheposition kann der Anker 9 durch ebenfalls nicht dargestellte Federmittel oder dergleichen bewegt werden.

Vorzugsweise ist der Anker 9 mit beispielsweise zwei in Längsrichtung verlaufenden Nuten 31, 32 ausgestattet, die den Durchgang von Strömungsmitteln gestatten, und zwar kann Strömungsmittel von den Querbohrungen 39, 40 aus bei fehlendem Lager 50 und Lagerung in Buchse 5 längs des Stößels 3 fließen, um sodann durch die erwähnten Nuten 31, 32 nach oben zu strömen, von wo aus dann das Strömungsmittel durch eine Bohrung 16 in einem Gehäusedeckel 7 austreten kann. Bei vorhandenem Lager

50 und fehlender Büchse 5, d. h. Ansatz 37 ist Bestandteil von Teil 17, kann kein Öl frei in den Magneträum fließen. Der Magnetraum kann nur mit Luft oder Öl über den Filter 2 befüllt werden, wodurch kein metallischer Schmutz in den Magnet eintreten kann. Der Gehäusedeckel 7 sitzt in einer durch eine Längswand 15 gebildeten Öffnung, wobei die Längswand 15 in Richtung der Längsachse 42 des Elektromagneten von der Querwand 14 wegragt. Die Querwand 14 bildet radial nach innen gegenüber der Längswand 15 gelegen eine Auflagefläche für den Gehäusedeckel 7. Die Mittelbohrung 16 im Gehäusedeckel 7 enthält bei vorhandenem Lager 5 ein Filter 2, das mittels eines Befestigungselements in der Form eines Rings 8 festgelegt ist. Durch das Filter 2 und die Mittelöffnung des Rings 8 kann das Strömungsmittel ein- und austreten. Bei fehlendem Lager 5 entfällt Filter 2.

Erfindungsgemäß ist eine Anker- oder Jochführung in der Form einer Buchse 4 vorgesehen, die eine Gleitlagerung für den Anker 9 vorsieht. Die Buchse 4 ist vorzugsweise eine sogenannte DU-Buchse. Eine DU-Buchse weist vorzugsweise einen verkupferten Stahlrücken auf, auf dem eine poröse Schicht aus Zinnbronzepulver aufgesintert ist, worauf dann die Poren der Bronze vollständig mit einer Mischung aus Polytetrafluorethylen und Bleipulver ausgefüllt sind. Obwohl eine DU-Buchse erfindungsgemäß bevorzugt wird, so könnte doch die Buchse für die Ankerführung 4 auch ganz allgemein aus einem magnetischen Material bestehen und auf der zum Anker 9 hinweisenden Seite mit einem Kunststoff beschichtet sein.

Derartige Buchsen haben eine exakte Beschichtung aus der ein exakter zentrischer Magnetspalt entsteht.

Die Buchse 4 ist - wie in Fig. 1 dargestellt - geschlitzt und sitzt fest innerhalb der von Querwand 14 sowie Wickelkörper 34 gebildeten Bohrung.

Die Buchse 4 ist derart angeordnet, daß sie zugleich als Ankerführung wie auch zur Magnetflußumlenkung verwendet wird. Die auf den magnetisch leitenden Träger oder Stahlrücken aufgebrachte nicht magnetische Beschichtung, vorzugsweise Tetrafluoräthylen, bildet somit den Luftspalt zum Anker 9 hin.

Erfindungsgemäß ist, ausgerichtet mit der Buchse 4 eine weitere Lagerbuchse 5 mit Abstand gegenüber der Buchse 4 angeordnet. Zwischen den beiden Buchsen 4 und 5 befindet sich ein Hohlraum 38 und an dem nach oben weisenden Ende ist die Lagerbuchse 5 mit einer Abschrägung 37 ausgestattet. Auf diese Weise werden die vorzugsweise erwünschten Eigenschaften eines Proportionalmagneten erreicht.

Vorzugsweise ist die Lagerbuchse 5 ebenfalls aus DU-Lagerwerkstoff hergestellt. Nur der obere Bereich der Lagerbuchse 5, der über den Längsabschnitt 18 zum Anker 9 hin hinausragt, kann hier zu Lagerzwecken dienen. Im übrigen sitzt die Lagerbuchse 5 zwischen dem Längsabschnitt 18 des Endstücks 13 und dem Innenumfang des Wicklungskörpers 34.

Obwohl DU-Buchsen, und zwar insbesondere handelsübliche DU-Buchsen, bevorzugt werden, so sieht die Erfindung dennoch ganz allgemein Buchsen 4, 5 aus magnetisierbarem Material vor, die mit einer Gleitschicht beschichtet sind. Wie erwähnt, ist es erfindungsgemäß möglich, die für die Arbeitsweise des Proportionalmagneten erforderliche Steuerkante direkt in die eine Buchse, nämlich die DU-Buchse 5 miteinzuarbeiten. Bei der dargestellten Konstruktion übernimmt die DU-Buchse 5 darüberhinaus auch Führungsaufgaben, da die Längenverhältnisse so abgestimmt sind, daß bei ganz zurückgeschobenem Magnetanker 9 (in der Zeichnung nicht dargestellt) die der Stößelseite zugewandte Kante des Ankers die Bohrung der DU-Buchse 5 nicht verläßt. Somit wirkt die DU-Buchse 5 als zusätzliche Führung für den Magnetanker 9.

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Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, kann die Teflonschicht der Buchse 4 neben der Reibungsverminderung auch die Aufgabe der Magnetflußsteuerung beim erfindungsgemäßen Magneten übernehmen. In der Regel wird diese Aufgabe durch einen "Luftspalt" wahrgenommen, der hier durch die Teflonschicht ersetzt ist.

Die nicht magnetische Beschichtung der DU-Buchse 4 hat die gleiche Funktion. Es sei erneut darauf hingewiesen, daß nicht unbedingt handelsübliche DU-Buchsen verwendet werden müssen, sondern grundsätzlich die Buchsen auch aus einem magnetisierbaren Material bestehen können, welches mit einer entsprechenden Gleitschicht beschichtet ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine weitere Lagerbuchse 50 in den Längsabschnitt 18 des Endstücks 13 eingesetzt, um eine Führung für den Stößel 3 vorzusehen. Bei derLagerbuchse 50 kann es sich, wenn erforderlich, ebenfalls um eine DU-Buchse handeln. Bei Einsatz der Lagerbuchse 50 entfällt Buchse 5 und Ansatz 37 ist Bestandteil von Teil 17.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Elektromagneten 21 dargestellt. Dieser Elektromagnet 21 weist ein in der Form einer Hülse vorgesehenes Gehäuse 56 auf, in das ein Wicklungskörper 54 mit seiner Magnetwicklung 33 eingesetzt ist, und zwar angeordnet zwischen einem Gehäusedeckel 57 und einem Endstück oder Polkern 53. Ein Anker 59 mit seinem Stößel 63 ist in einer Bohrung 69 innerhalb des Deckels 57 sowie innerhalb des Wicklungskörpers 54 gleitend angeordnet. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 befindet sich der Anker in seiner Erregungsposition. Er kann in seine Ruheposition durch nicht gezeigte Federmittel verschoben werden. Der Stößel 63 erstreckt sich durch eine Bohrung 71 im Endstück 53 und ist diesmal nicht geführt. Allerdings

ist am inneren Ende der Bohrung 71 eine nicht magnetische Anschlagscheibe 36 für den Anker 59 vorgesehen. Das Gehäuse 56 ist an seinen beiden Enden umgebördelt, um so Gehäusedeckel 57 bzw. Endstück 53 zu halten. Geeignete Auflageflächen für Deckel und Endstück sind in der Innenwand des Gehäuses 56, wie dargestellt, ausgebildet. Der Anker 59 besitzt ebenfalls nicht gezeigte Nuten 31, 32 oder eine Durchgangsbohrung.

Eine im Querschnitt' rechteckige Buchse 64 sitzt zwischen der zylindrischen Innenwand des Deckels 57 sowie der Innenwand des Wicklungskörpers 54 und dem Außenumfang des Ankers 59. Im einzelnen erweitert sich dabei die Bohrung 69 unter Bildung einer Auflagefläche 68 für die Buchse 64 zu der Bohrung 70 mit größerem Durchmesser hin. Ferner weist der Wicklungskörper 54 eine radial sich erstreckende Verbreiterung 66 auf, die ebenfalls eine Ringauflagefläche 72 für die Buchse 64 bildet. Die Buchse 64 besteht vorzugsweise aus DU-Lagerwerkstoff, ist also eine sogenannte DU-Buchse. Grundsätzlich kann die Buchse 64 aber auch aus einem beliebigen magnetisierbaren Material bestehen, welches mit einer entsprechenden Gleitschicht zum Anker 59 hin versehen ist. In Axialrichtung mit der Buchse 64 ausgerichtet befindet sich unter Zwischenschaltung eines Hohlraums 65 eine weitere Lagerbuchse 55 in der vom Wicklungskörper 54 gebildeten Bohrung, und zwar angeordnet zwischen der Außenwand des Endstücks 53 und dem Wicklungskörper 54. Das obere Ende der Lagerbuchse 55 weist eine Verschmälerung 67 auf, wobei die Verbreiterung 66 des Wicklungskörpers 54 in entsprechender Weise ausgebildet ist. Durch diese Gestaltung ergeben sich die für einen Proportionalmagenten erwünschten Verhältnisse. Die beiden beschriebenen Elektromagnete 11 und 21 sind, wie bereits erwähnt, vorzugsweise Proportionalmagnete, können aber auch als sogenannte Schaltmagnete ausgebildet sein. Beide Magnete 11, 21 und insbesondere das in Figur 1

gezeigte Magnetventil können unter Öl eingesetzt werden. In einem solchen Fall kann das Magnetventil 10 in einem Getriebe oder in einem Öltank eingebaut werden. Vorzugsweise kann der als Proportionalmagnet konzipierte Elektromagnet auch als Schaltmagnet benutzt werden. Dadurch ist es möglich, Volumenströme zu schalten. Mit Proportionalmagnet entsteht ein elektrisch steuerbares Druckbegrenzungsventil.

Obwohl die erfindungsgemäßen Elektromagnete mit DU-Lagerbuchsen 4, 5, 64, 55 besonders auch für den öllosen Betrieb geeignet sind, so ist doch darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Magnetkonzeption auch für trockenen Betrieb (Luft, Gase) besonders geeignet ist, weil ja DU-Buchsen gerade auch für öllosen Betrieb besondere Vorteile haben.

Claims

IN-5517 Patentansprüche

j. Elektromagnet (11, 21) mit einem Gehäuse (6, 56), in dem ein die Magnetwicklung (33) tragender Wickelkörper (34, 54) angeordnet ist,

mit einem innerhalb des Wickelkörpers (34, 54) hin und herbewegbar gelagerten, mindestens einen Stößel (3, 63) tragenden Magnetanker (9, 59)

und mit das Gehäuse (6, 56) abschließenden Endstücken (7, 13; 57, 53), dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Ankers (9, 59) eine aus magnetischem Material bestehende Buchse (4, 5; 64, 55) innerhalb des Wickelkörpers (34, 54) vorgesehen ist, die auf ihrer zum Anker (9, 59) hinweisenden Oberfläche eine, einen Luftspalt (d. h. einen von magnetischem Material freien Raum) definierende Gleitschicht aufweist und neben der Ankerführung sogleich zur Magnetflußumlenkung dient.
2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Schaltmagnet ist.
3. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Proportionalmagnet ist.
4. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse eine DU-Buchse ist.
5. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Buchsen (4, 5; 64, 55) zur Ankerführung vorgesehen sind.
6. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse bzw. die Buchsen in die Innenbohrung des Wicklungskörpers (34, 54) eingesetzt sind..
7. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (4, 5; 64, 55) mit Axialabstand angeordnet sind, und zwar unter Bildung eines Hohlraums (38, 65).
8. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Buchsen (5, 55) derart geformt ist, daß sich ein Proportionalmagnet ergibt.
9. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (4, 5, 64, 55) aus einem magnetisch leitendem Träger besteht, der an seiner Innenoberfläche eine nicht magnetische Beschichtung trägt, die sowohl den Luftspalt zum Magnetanker (9, 59) hin definiert und das reibungsarme Lager für den Magnet'tanker bildet.
10. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht aus . Teflon besteht.
11. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (4, 5, 64, 55) einen verkupferten Stahlrücken aufweist, wobei auf der Innenoberfläche eine poröse Schicht aus Zinn-Bronzepulver aufgesindet ist, deren Poren vollständig mit einer Mischung aus Polyt etrafluoräthylen und Bleipulver ausgefüllt sind.
12. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Buchsen (5; 55) sich nach oben hin verjüngt (37, 67).
13. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (4) in die Bohrung des Wicklungskörpers (34) eingesetzt ist.
14. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (4) in die von Bund (14) und Wickelkörper (34) definierte Bohrung eingesetzt ist.
15. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Lager (50) zur Führung des Stößels (3) vorgesehen ist.
16. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (64) zwischen der zylindrischen Innenwand eines Deckels (57) sowie der Innenwand eines Wicklungskörpers (54) und dem Außenumfang des Ankers (59) sitzt.
17. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Bohrung (69) im Deckel (57) unter Bildung einer Auflagefläche (68) für die Buchse (64) zu einer Bohrung (70) mit größerem Durchmesser erweitert.
18. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungskörper (54) eine sich radial erstreckende Verbreiterung (66) aufweist, die ebenfalls eine Ringauflagefläche (72) für die Buchse (64) bildet.

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19. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Axialrichtung gegenüber der Buchse (64) versetzt eine weitere Lagerbuchse (55) vorgesehen ist.
20. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (55) im Wickelkörper (54) sitzt und an dessen Verbreiterung (66) anliegt.
21. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz des Lagers 50 die Büchse 5 entfällt und der Ansatz 37 Bestandteil des Teils (17;53) ist.
22. Magnetventil, gekennzeichnet durch seine Betätigung mittels eines Elektromagneten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
23. Magnetventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (12) im Endstück (13) ausgebildet ist.