DE3905023A1 - Elektromagnet mit einem tauchanker - Google Patents
Elektromagnet mit einem tauchankerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einem
Tauchanker, im einzelnen mit den im Oberbegriff des Anspruches
angegebenen Merkmalen.
Ein derartiger Elektromagnet ist bekannt
aus der DE-PS 27 20 877 (-GB 15 71 769) und dient vorzugsweise zum
Steuern eines hydraulischen Druckregelventils. Die
Regeleinrichtung des bekannten, wie auch des erfindungsgemäßen
Elektromagneten dient zum selbsttätigen Angleichen der
Magnetkraft an einen Sollwert. Dies soll unabhängig vom Weg,
d.h. von der Stellung des Tauchankers in der Ankerhubstrecke
erfolgen. Hierzu wird der Regeleinrichtung ein Meßwert für die
augenblickliche magnetische Induktion zugeführt, wobei die
Messung durch das im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannte
Geberelement erfolgt. In der Regeleinrichtung werden der Meßwert
und der Sollwert miteinander verglichen; bei Vorhandensein einer
Abweichung zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert löst
die Regeleinrichtung selbsttätig ein Verändern des
Erregerstromes aus, derart, daß sich der Meßwert dem Sollwert
nähert.
Bei dem bekannten Elektromagneten ist das Geberelement im
Arbeitsluftspalt, d. h. zwischen dem beweglichen Tauchanker und
dem feststehenden Polstück angeordnet. Der Vorteil dieser
Anordnung besteht darin, daß die aktive Fläche des Geberelements
(das vorzugsweise als Hallgenerator ausgebildet ist) vom
magnetischen Fluß senkrecht durchsetzt wird. (Die aktive Fläche
des Geberelementes ist die Ebene, in der sich die Ladungsträger
bewegen, und diese Ebene liegt parallel zum Arbeitsluftspalt.
Unter diesen Bedingungen hat die im Arbeitsluftspalt gemessene
Induktion eine optimale Korrelation zur Magnetkraft). Deshalb
bietet diese bekannte Anordnung des Geberelements optimale
Voraussetzungen dafür, daß die genannte Regeleinrichtung den
oben beschriebenen Zweck erfüllen kann. Ein Nachteil der
bekannten Anordnung des Geberelements besteht jedoch darin, daß
es sich an einer Stelle befindet, wo es mechanisch relativ
leicht verletzbar ist und wo es unter bestimmten Umständen einer
aggresiven, aus dem Druckregelventil eindringenden Flüssigkeit
ausgesetzt ist.
Ein Versuch zur Lösung dieses Problems ist bekannt aus der
DE-OS 36 05 216. Dort ist das Geberelement seitlich außerhalb
des von der Magnetspule umhüllten Innenraumes angeordnet, und
zwar im Bereich derjenigen Stirnseite der Magnetspule, von
welcher sich der Tauchanker in das Innere der Magnetspule hinein
erstreckt. Das Geberelement liegt dort in einem Bereich, der
gegen den Zutritt von Flüssigkeit abgedichtet ist. Diese
Anordnung des Geberelements hat aber den Nachteil, daß nicht nur
der für das Einstellen der Magnetkraft relevante Nutz-Magnetfluß
gemessen wird, sondern auch ein sogenannter Streufluß, dessen
Größe von der augenblicklichen Breite des Arbeitsluftspaltes
abhängig ist. Der genannte Streufluß nimmt mit einer
Verringerung des Arbeitsluftspaltes ab. Tritt nun die
Regeleinrichtung in Aktion, so ergibt sich daher eine
unerwünschte Abhängigkeit des magnetischen Flusses (und somit
der Magnetkraft) von der Breite des Arbeitsluftspaltes zwischen
Tauchanker und Polstück.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den aus der
DE-PS 27 20 877 bekannten Elektromagneten dahingehend zu
verbessern, daß das Geberelement an einem sichereren Platz
untergebracht werden kann als bisher, und zwar ohne Verlust des
bisherigen Vorteils, daß der magnetische Fluß (und hierdurch die
Magnetkraft) mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Insbesondere soll vermieden werden, daß ein sogenannter
Streufluß das Meßergebnis verfälscht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst.
Der Anspruch 1 besagt mit anderen Worten, daß ein Ringspalt das
Polstück in zwei, im wesentlichen koaxial ineinander liegende
und magnetisch voneinander isolierte Polstückteile unterteilt.
Hierdurch liegt in dem Ringspalt, der nun das Geberelement
aufnimmt, eine ziemlich genau radiale Richtung des magnetischen
Flusses vor. Das Geberelement wird derart in den Ringspalt
eingesetzt, daß seine aktive Fläche parallel zum Ringspalt
liegt. Dies hat zur Folge, daß die aktive Fläche des
Geberelements wiederum senkrecht vom magnetischen Fluß
durchsetzt wird.
Außerdem liegt das Geberelement (verglichen mit der
DE-OS 36 05 216) nicht mehr im Bereich desjenigen Endes der
Magnetspule, vom welchen sich der Tauchanker in das Innere der
Magnetspule hinein erstreckt. Statt dessen liegt das
Geberelement nun mehr im Bereich des gegenüberliegenden Endes
der Magnetspule, also dort, wo sich das feststehende Polstück in
den Innenraum der Magnetspule hinein erstreckt. Alle diese
Maßnahmen bewirken, daß das (vorzugsweise als Hallgenerator
ausgebildete) Geberelement ausschließlich (oder nahezu
ausschließlich) vom Nutz-Magnetfluß durchsetzt wird, d.h. von
dem durch den Tauchanker hindurchgehenden Magnetfluß. Das
Geberelement ist hierbei zumindest weitgehend frei von störendem
Streufluß. Es ist zugleich - abweichend von DE-PS 27 20 877 - an
einer außerordentlich gut geschützten Stelle angeordnet. Die
Gefahr einer Verletzung des Geberelements ist nunmehr nahezu
gleich Null. Die erfindungsgemäße Anordnung hat darüber hinaus
auch noch den Vorteil, daß der magnetische Widerstand des
Ringspaltes (der das Geberelement aufnimmt) wegen der ziemlich
großen Mantelfläche des Ringspaltes verhältnismäßig klein bleibt.
Außerdem kann man nunmehr das Geberelement gegen Flüssigkeiten,
insbesondere gegen aggresive Flüssigkeiten, schützen. Hierzu
wird man den Ringspalt an der dem Tauchanker zugewandten
Stirnseite des Polstücks mit einem nicht-magnetischen Werkstoff
verschließen (Anspruch 2). Dies ist dann besonders wichtig, wenn
der erfindungsgemäße Elektromagnet zum Steuern eines
hydraulischen Druckregelventils angewandt wird und somit
unmittelbar an dieses angebaut ist.
Der Ringspalt kann unterschiedlich geformt sein, z.B. konisch
und/oder mit einem Absatz. Bevorzugt wird jedoch die
Zylindermantel-Form (Anspruch 3), um die Fertigung zu
vereinfachen. Die lichte Weite des Ringspaltes kann über die
Länge des Elektromagneten variieren, vorzugsweise macht man sie
jedoch konstant.
Die oben beschriebene Wirkung, nämlich daß am Geberelement der
durch den Tauchanker gehende Fluß gemessen wird, kann noch
dadurch verbessert werden, daß man den magnetischen Widerstand
im feststehenden Polstück zu beiden Seiten des Ringspaltes
wenigstens angenähert gleich macht, sofern der Arbeitsluftspalt
(d.h. der Abstand zwischen dem Tauchanker und dem Polstück) den
kleinstmöglichen Wert annimmt. Diese Angleichung des
magnetischen Widerstandes in den beiden Bereichen des Polstückes
läßt sich in besonders einfacher Weise dadurch realisieren, daß
man im Tauchanker auf der dem feststehenden Polstück zugewandten
Stirnseite eine ringförmige Ausnehmung vorsieht (Anspruch 4).
Deren Tiefe kann durch Versuch oder Berechnung ermittelt werden.
Dabei kann man erreichen, daß die Magnetkraft vollkommen
wegunabhängig ist. Oder man kann, falls erwünscht, eine
bestimmte Wegabhängigkeit der Magnetkraft erzielen.
Die genannte Regeleinrichtung und die dazugehörenden
Elektronik-Bautelle werden vorzugsweise - wie aus der
DE-PS 27 20 877 bekannt - zwischen der äußeren Stirnseite des
Polstücks und der zu steuernden Einrichtung. (z. B.
Druckregelventil) in einem sogenannten Elektronikraum
angeordnet. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Ringspalt -
wenigstens dort, wo das Geberelement angeordnet wird - zum
Elektronikraum hin offen ist (Anspruch 5). Dies erleichtert sehr
die Montage des Geberelements und der der dazugehörenden
elektrischen Leitungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt einen Längsschnitt durch
einen Elektromagneten, der ein Druckregelventil steuert.
Das dargestellte elektrisch gesteuerte Druckregelventil dient
zum Umsetzen einer elektrischen Größe, einer Führungsgröße, in
eine analoge hydraulische Größe. Es handelt sich also um einen
elektrohydraulischen Signalumsetzer.
Das Gerät umfaßt ein Ventilgehäuse (10) mit einer zentrischen
Bohrung (11) für einen Ventilkolben (12), ferner mit Eingang
(13) , Ausgang (14), Abfluß (15) und Leckölabfluß (16).
Wie symbolisch dargestellt ist, kann an den Eingang (13) die
Druckleitung (8) einer Pumpe (7) angeschlossen werden und an den
Ausgang (14) eine Leitung (6) , die den geregelten Druck, d.h.
die hydraulische Ausgangsgröße, einem Verbraucher (5) zuführt.
Der Ausgang (14) steht über Bohrungen (17) mit der einen
Stirnseite (18) des Kolbens (12) in Leitungsverbindung. Auf der
gegenüberliegenden Stirnseite (19) liegt eine Stellstange (20)
an, die das Stellglied eines insgesamt mit (9) bezeichneten
Elektromagneten bildet.
Dieser umfaßt im wesentlichen ein Magnetgehäuse (21), eine
Magnetspule (22), einen beweglichen Tauchanker (26) und ein
feststehendes, zweiteiliges Polstück (23, 43). Letzteres besteht
aus einem äußeren Polstückteil (23) und aus einem inneren
Polstückteil (43). Beide Polstückteile (23 und 43) sind
vorzugsweise rotationssymmetrisch geformt und zueinander sowie
zum Tauchanker (26) und zur Magnetspule (22) koaxial angeordnet.
Zwischen den beiden Polstückteilen (23 und 43) befindet sich,
als magnetische Isolierung, ein vorzugsweise
zylindermantelförmiger Ringspalt (44), in dem sich ein als
Hallgenerator ausgebildetes Geberelement (31) befindet. Der
Ringspalt ist weitgehend durch ein magnetisch nicht leitfähiges
Material (45) ausgefüllt. Man verwendet hierzu z. B. Messing,
Silberlot oder dergleichen. Mechanisch bilden die beiden
Polstückteile (23, 43) somit eine Einheit. Nur im Bereich des
Hallgenerators (31) ist der Ringspalt (44) am (in der Zeichnung)
rechten Ende offen.
Man erkennt ferner einen Anschlußstutzen (24) für eine
elektrische Steckverbindung (25), die zum Zuführen einer
elektrischen Führungsgröße und zur Energieversorgung dient. In
den beweglichen Tauchanker (26), ist die genannte
Stellstange (20) eingeschraubt. Am (in der Zeichnung linken)
Ende des Magnetgehäuses (21) gleitet der Tauchanker (26) in
einer Buchse (28).
In dem zwischen Polstück (23, 43) und Ventilgehäuse (10)
befindlichen Zwischenraum ("Elektronikraum" 39) ist eine
Leiterplatte (30) für eine Regeleinrichtung an das
Polstück (23, 43) angesetzt. Die Regeleinrichtung dient zum
Konstanthalten der Magnetkraft auf einen Wert, der durch die
Führungsgröße (Sollwert) vorgegeben werden kann, wobei die
Magnetkraft (oder "Ankeranzugskraft") unabhängig von der
Stellung des Tauchankers (26) in der Ankerhubstrecke ist. Als
Regelgröße (Meßgröße) dient hierbei die magnetische Induktion,
die durch den genannten Hallgenerator (31) gemessen wird. Der im
Ringspalt (44) angeordnete Hallgenerator (31) ist über vier
Leitungen, zwei Meßleitungen und zwei Steuerstromleitungen, mit
der Leiterplatte (30) verbunden. Von diesen vier Leitungen ist
nur eine bei (32) angedeutet. Das Einstellen der
Ankeranzugskraft erfolgt durch Verändern des über die Leitung
(33) durch die Magnetspule (22) fließenden Erregerstromes.
Die auf der Leiterplatte (30) angeordneten Elektronikbauteile
der Regeleinrichtung sind in der Zeichnung bei z.B. 34, 35 und
36 angedeutet. Die von der Steckverbindung (25) zur Leiterplatte
(30) führenden Anschlußleitungen sind mit (37) bezeichnet. Die
Magnetspule (22), das Polstück (23, 43) und die Leiterplatte
(30) sind in Achsrichtung durch einen Sicherungsring (38)
fixiert. Die Leiterplatte (30) ist eine kreisrunde Scheibe.
Durch deren Zentrum erstreckt sich die Stellstange (20) und eine
Hülse (27), die dichtend in das Polstück-Innenteil (43)
hineinragt. Die Hülse (27) ist mit einer Zwischenscheibe (27 a)
verbunden, die zwischen Ventilgehäuse (10) und Magnetgehäuse
(21) ruht. Hierdurch sind der Ringspalt (44) und der
Elektronikraum (39) gegen den Ventil-Innenraum abgedichtet.
Zusätzlich kann der Elektronikraum (39) mit einer
Kunststoffmasse ausgegossen werden.
Der Tauchanker (26) hat auf seiner dem Polstück (23, 43)
zugewandten Stirnseite einen Absatz (46) mit der Tiefe (t) .
Claims (6)
1. Elektromagnet (9) mit einem Tauchanker (26), einer
feststehenden, im wesentlichen ringförmigen Magnetspule
(22) und mit den folgenden Merkmalen:
- a) ein feststehendes Polstück (23) erstreckt sich von der einen Stirnseite der Magnetspule (22) in deren Innenraum hinein;
- b) der in Achsrichtung bewegliche Tauchanker (26) erstreckt sich von der anderen Stirnseite der Magnetspule (22) in deren Innenraum hinein;
- c) eine zum Einstellen der Ankeranzugskraft dienende Regeleinrichtung umfaßt ein Geberelement (31), das den magnetischen Fluß (und somit die magnetische Induktion) mißt;
gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
- d) durch das gesamte Polstück (23, 43) erstreckt sich ein zum Elektromagneten (9) im wesentlichen koaxial angeordneter Ringspalt (44), so daß das Polstück in zwei voneinander magnetisch isolierte Polstückteile unterteilt ist;
- e) das Geberelement (31) ist in dem Ringspalt (44) zwischen den beiden Polstückteilen (23, 43) angeordnet.
2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringspalt (44) an seinem dem Tauchanker (26)
zugewandten Ende durch ein magnetisch nicht leitfähiges
Material (45) verschlossen ist.
3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ringspalt (44) zylindermantelförmig
ist.
4. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tauchanker (26) auf seiner dem
feststehenden Polstück (23/43) zugewandten Stirnseite eine
ringförmige Ausnehmung (in Form eines Absatzes 46)
aufweist, wobei die Tiefe (t) der Ausnehmung so bemessen
ist, daß der magnetische Widerstand im feststehenden
Polstück (23/43) zu beiden Seiten des Ringspaltes (44)
wenigstens angenähert gleich ist, sofern der
Arbeitsluftspalt (d.h. der Abstand zwischen dem Tauchanker
und dem Polstück) den kleinstmöglichen Wert annimmt.
5. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die
genannte Regeleinrichtung zwischen der äußeren Stirnseite
des Polstücks (23, 43) und der zu steuernden Einrichtung
(10 bis 16) in einem Elektronikraum (39) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (44) zumindest im
Bereich des Geberelements (31), zum Elektronikraum (39) hin
offen ist.
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DE102015104010B4 (de) | 2014-03-20 | 2022-05-05 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Elektromagnetisches kraftstoffeinspritzventil mit integriertem flusssensor |
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