DE3309904C2 - - Google Patents

Description

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

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagneten gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Beispielsweise zeigt die deutsche Offenlegungsschrift 31 36 174 einen Elektromagneten dieser Gattung, wobei zur Lagerung des Magnetankers zum einen ein Stößel und zum anderen ein Führungszapfen, angeordnet am Mag­ netanker, herangezogen werden. Stößel und Führungszapfen sind in entsprechenden Lagerbüchsen geführt. Der Magnet­ anker selbst ist von Büchsen unter Bildung eines Luftspaltes umgeben. Diese Art einer Lagerung ist verhältnismäßig kompliziert und hat ferner die folgen­ den Nachteile:

• - meist exzentrischer Luftspalt;
• - in den Luftspalt werden magnetische Teilchen (Abrieb) durch das Magnetfeld hineingezogen und blockieren den Magnet;
• - teuere Herstellung wenn der Luftspalt zentrisch sein soll;
• - hohe Reibungskräfte durch einseitige Lagerbe­ lastung 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 Nach­ teile auftreten:

• - teuere Herstellung durch Aufspritzen und nach­ trägliches Bearbeiten der Gleitbronze;
• - Luftspalt vorhanden (Blockieren durch Abrieb);
• - exzentrischer Luftspalt nach wie vor möglich.

Eine weitere bereits bekannte Lagermöglichkeit für den Ma­ gnetanker 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 der Gleitbronze;
• - exzentrischer Luftspalt kaum zu vermeiden.

Aus der DE-OS 32 00 014 ist ein Elektromagnet gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem allerdings ein ra­ dialer Luftspalt angestrebt wird. Dieser radiale Luftspalt hat beispielsweise eine Größe von 0,1 mm bis 0,22 mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektro­ magneten der eingangs genannten Art sowie ein durch einen solchen Elektromagneten betriebenes Magnetventil derart vorzusehen, daß sich eine preiswerte Herstellung, eine außerordentlich reibungsarme Lagerung des Magnetankers und zugleich eine hohe Leistungsdichte ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vorgesehen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

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

Fig. 2 einen Querschnitt eines weiteren gemäß der Erfin­ dung 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 Hül­ se auf, in die ein zylindrischer Wicklungskörper 34 eingesetzt ist, der mit seinem einen Ende an einer Querwand 14 des Gehäu­ ses 6 anliegt. Mit seinem entgegengesetzt liegenden Ende liegt der Wicklungskörper 34 an einem Endstück (Polkern) 13 an, wel­ ches mit einem Querabschnitt 17 in das Gehäuse 6 durchmessermäßig hineinpaßt und mit einem Längsabschnitt 18 in den vom Wicklungs­ körper 34 gebildeten Hohlraum hineinragt. Vorzugsweise ist das Gehäuse 6 um den Querabschnitt 17 herumgebördelt, um so das End­ 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 Be­ festigung 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 benach­ bart zum Längsabschnitt 18 des Endstücks 13 ein hin- und herbe­ weglicher 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 zu­ sammenarbeitet, 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 Hub­ strecke an einer nichtmagnetischen Anschlagscheibe 36 zur Anla­ ge, 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 Längs­ richtung verlaufenden Nuten 31, 32 ausgestattet, die den Durch­ gang von Strömungsmitteln gestatten, und zwar kann Strömungs­ mittel von den Querbohrungen 39, 40 aus bei fehlendem Lager 50 und Lagerung in Buchse 5 längs des Stößels 3 fließen, um so­ dann 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 Buchse 5, d. h. Ansatz 37 ist Bestand­ teil von Teil 17, kann kein Öl frei in den Magnetraum 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 ge­ legen eine Auflagefläche für den Gehäusedeckel 7. Die Mit­ telbohrung 16 im Gehäusedeckel 7 enthält bei vorhandenem Lager 5 ein Filter 2, das mittels eines Befestigungsele­ ments in der Form eines Rings 8 festgelegt ist. Durch das Filter 2 und die Mittelöffnung des Rings 8 kann das Strö­ mungsmittel ein- und austreten. Bei fehlendem Lager 5 ent­ fällt Filter 2.

Erfindungsgemäß ist eine Anker- oder Jochführung in der Form einer Buchse 4 vorgesehen, die eine Gleitlagerung für den An­ ker 9 vorsieht. Die Buchse 4 ist vorzugsweise eine sogenannte DU-Buchse. Eine DU-Buchse weist vorzugsweise einen verkupfer­ ten Stahlrücken auf, auf dem eine poröse Schicht aus Zinnbron­ zepulver aufgesintert ist, worauf dann die Poren der Bronze vollständig mit einer Mischung aus Polytetrafluoräthylen und Bleipulver ausgefüllt sind. Obwohl eine DU-Buchse erfindungs­ gemäß bevorzugt wird, so könnte doch die Buchse für die Anker­ führung 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 Anker­ führung wie auch zur Magnetflußumlenkung verwendet wird. Die auf den magnetisch leitenden Träger oder Stahlrücken aufge­ brachte nicht magnetische Beschichtung, vorzugsweise Tetra­ fluoräthylen, bildet somit den Luftspalt zum Anker 9 hin.

Erfindungsgemäß ist, ausgerichtet mit der Buchse 4 eine weite­ re Lagerbuchse 5 mit Abstand gegenüber der Buchse 4 angeord­ net. Zwischen den beiden Buchsen 4 und 5 befindet sich ein Hohlraum 38 und an dem nach oben weisenden Ende ist die Lager­ buchse 5 mit einer Abschrägung 37 ausgestattet. Auf diese Wei­ se werden die vorzugsweise erwünschten Eigenschaften eines Pro­ portionalmagneten erreicht.

Vorzugsweise ist die Lagerbuchse 5 ebenfalls aus DU-Lagerwerk­ stoff 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 In­ nenumfang des Wicklungskörpers 34.

Obwohl DU-Buchsen, und zwar insbesondere handelsübliche DU-Buch­ sen, bevorzugt werden, so sieht die Erfindung dennoch ganz all­ gemein Buchsen 4, 5 aus magnetisierbarem Material vor, die mit einer Gleitschicht beschichtet sind. Wie erwähnt, ist es erfin­ dungsgemäß möglich, die für die Arbeitsweise des Proportional­ magneten erforderliche Steuerkante direkt in die eine Buchse, nämlich die DU-Buchse 5 miteinzuarbeiten. Bei der dargestell­ ten 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.

Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, kann die Polytetrafluoräthylenschicht der Buchse 4 neben der Reibungsverminderung auch die Aufgabe der Magnetflußsteuerung beim erfindungsgemäßen Magneten über­ nehmen. In der Regel wird diese Aufgabe durch einen "Luftspalt" wahrgenommen, der hier durch die Polytetrafluoräthylenschicht 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 müs­ sen, sondern grundsätzlich die Buchsen auch aus einem magneti­ sierbaren Material bestehen können, welches mit einer entspre­ chenden Gleitschicht beschichtet ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine weitere Lager­ buchse 50 in den Längsabschnitt 18 des Endstücks 13 eingesetzt, um eine Führung für den Stößel 3 vorzusehen. Bei der Lagerbuch­ se 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 Elektro­ magnet 21 weist ein in der Form einer Hülse vorgesehenes Ge­ häuse 56 auf, in das ein Wicklungskörper 54 mit seiner Magnet­ wicklung 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 befin­ det sich der Anker in seiner Erregungsposition. Er kann in seine Ruheposition durch nicht gezeigte Federmittel verscho­ ben 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 Gehäu­ se 56 ist an seinen beiden Enden umgebördelt, um so Gehäu­ sedeckel 57 bzw. Endstück 53 zu halten. Geeignete Auflage­ flächen 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 Bil­ dung einer Auflagefläche 68 für die Buchse 64 zu der Bohrung 70 mit größerem Durchmesser hin. Ferner weist der Wicklungs­ körper 54 eine radial sich erstreckende Verbreiterung 66 auf, die ebenfalls eine Ringauflagefläche 72 für die Buchse 64 bil­ det. Die Buchse 64 besteht vorzugsweise aus DU-Lagerwerkstoff, ist also eine sogenannte DU-Buchse. Grundsätzlich kann die Buch­ se 64 aber auch aus einem beliebigen magnetisierbaren Material bestehen, welches mit einer entsprechenden Gleitschicht zum An­ ker 59 hin versehen ist. In Axialrichtung mit der Buchse 64 ausgerichtet befindet sich unter Zwischenschaltung eines Hohl­ raums 65 eine weitere Lagerbuchse 55 in der vom Wicklungskör­ per 54 gebildeten Bohrung, und zwar angeordnet zwischen der Außenwand des Endstücks 53 und dem Wicklungskörper 54. Das obe­ re Ende der Lagerbuchse 55 weist eine Verschmälerung 67 auf, wobei die Verbreiterung 66 des Wicklungskörpers 54 in entspre­ chender Weise ausgebildet ist. Durch diese Gestaltung ergeben sich die für einen Proportionalmagenten erwünschten Verhält­ nisse. 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 Fig. 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. Vorzugs­ weise kann der als Proportionalmagnet konzipierte Elektro­ magnet auch als Schaltmagnet benutzt werden. Dadurch ist es möglich, Volumenströme zu schalten. Mit dem Proportional­ magnet entsteht ein elektrisch steuerbares Druckbegren­ zungsventil.

Die erfindungsgemäßen Elektromagnete mit DU-Lager­ buchsen 4, 5, 64, 55 sind besonders auch für den öllosen Betrieb geeignet, das heißt, die er­ findungsgemäße Magnetkonzeption ist auch für trockenen Betrieb (Luft, Gase) besonders geeignet, weil ja DU-Buchsen gerade auch für öllosen Betrieb besondere Vorteile haben.

Claims (20)

1. 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), wobei zur Führung des Ankers (9, 59) eine aus magnetischem Material bestehende zum Magnetanker hin einen Luftspalt bildende, neben der Ankerführung sogleich zur Magnetflußumlenkung dienende Buchse (4; 64) innerhalb des Wickelkörpers (34, 54) vorgesehen ist, die auf ihrer zum Anker (9, 59) hinweisenden Oberfläche eine magnetisch nicht leitende Gleitschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (d. h. ein von magnetischem Material freier Raum) durch die Gleitschicht ersetzt ist.

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 einen Stahl­ rücken aufweist.

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 vohergehenden 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 Proportional­ magnet ergibt.

9. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht aus Polytetrafluoräthylen besteht.

10. Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (4, 5; 64, 55) einen verkupferten Stahlrücken auf­ weist, wobei auf der Innenoberfläche eine poröse Schicht aus Zinn-Bronzepulver aufgesintert ist, deren Poren vollständig mit einer Mischung aus Polytetrafluoräthylen und Bleipulver aus­ gefüllt sind.

11. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Buchsen (5; 55) sich nach oben hin verjüngt (37, 67).

12. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (4) in eine von einer Querwand (14) und Wickelkörper (34) definierte Bohrung eingesetzt ist.

13. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lager (50) zur Führung des Stößels (3) vorgesehen ist.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Elektromagnet nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (55) im Wickelkörper (54) sitzt und an dessen Verbreiterung (66) anliegt.

18. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz des Lagers (50) die Buchse (5) entfällt und der Ansatz (37) Bestandteil des Endstücks (17; 53) ist.

19. Magnetventil, gekennzeichnet durch seine Betätigung mittels eines Elektromagneten nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.

20. Magnetventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (12) im Endstück (13) ausgebildet ist.