DE4412621A1 - Elektromagnet, insbesondere Proportionalmagnet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, insbesondere einen Proportionalmagneten für einen Dämpfersteller, mit ei­ nem Magnetgehäuse, einem das Magnetgehäuse abschließenden Pol, einer in einem zwischen der zylindrischen Außenwand des Magnetgehäuses und zentralen Ringstegen des Magnetgehäuses und des Pols gelegenen Spulenraum angeordneten Magnetspule und einem innerhalb des von den Ringstegen des Magnetgehäuses und des Pols begrenzten Ankerraumes axial hin- und herbeweg­ lich gelagerten Magnetanker, wobei zwischen den Ringstegen des Magnetgehäuses und des Pols ein Luftspalt vorgesehen ist.

Derartige Elektromagneten sind insbesondere als Proportional­ magneten für Dämpfersteller zur semiaktiven Fahrwerkregulie­ rung bekannt. Für die Funktion solcher Magneten, insbesondere für eine reibungsarme Lagerung des Ankers, ist vor allem die zentrische Lage des Ankers in bezug auf die beiden Ringstege wichtig. Das heißt, daß die radialen Luftspalte zwischen dem Anker und den Ringstegen überall gleich groß sein müssen, da sonst Querkräfte entstehen, die zu einer erhöhten Reibung füh­ ren. Auch sollte der Anker möglichst nahe den Stellen des Feldlinienübertritts zwischen Magnetgehäuse, Anker und Pol ge­ lagert sein. Bei den bekannten Elektromagneten sind zur Füh­ rung des Magnetankers stets zwei Lagerstellen, meist in Form von Lagerbuchsen aus DU-Lagerwerkstoff, vorgesehen, u.zw. ei­ ne im Magnetgehäuse und eine im Pol. Die Lagerbuchse im Mag­ netgehäuse kann hiebei entweder den Magnetanker selbst oder einen von diesem getragenen Stößel lagern, während die Lager­ buchse im Pol in aller Regel den Stößel lagert. Diese beiden Lagerstellen erfordern bei der Herstellung des Magneten inso­ fern einen bedeutenden Arbeitsaufwand, als es notwendig ist, die Aufnahmebohrungen für die Lagerbuchsen im Magnetgehäuse und Pol, die zusammen mit dem Anker den erforderlichen radia­ len Luftspalt bildenden Innendurchmesser der Ringstege des Magnetgehäuses und des Pols sowie einen Durchmesser, über den das Magnetgehäuse und der Pol zueinander zentriert werden, in engen Toleranzen und mit geringen Laufabweichungen zu ferti­ gen. Dadurch, daß die eine Lagerstelle im Pol vorgesehen ist, ist im Pol eine zusätzliche Bohrung zur hydraulischen Entla­ stung des Ankerraumes erforderlich. Schließlich ist es noch erforderlich, eine Abdichtung zwischen Ankerraum und Spulen­ raum vorzusehen, was in der Regel durch Einsetzen von O-Rin­ gen zwischen die Ringstege des Magnetgehäuses und des Pols ei­ nerseits und des Spulenkörpers andererseits erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die obigen Nachteile zu beheben und einen Elektromagnet zu schaffen, der äußerst kostengünstig herstellbar ist und auch sämtliche Voraussetzun­ gen für eine Ausführung in Kleinstbauweise erfüllt, wie sie bei Proportionalmagneten für in Stoßdämpfern integrierte Däm­ pfersteller wegen des dort sehr begrenzten Einbauraums erfor­ derlich ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Elektromagnet der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringstege des Magnetgehäuses und des Pols von einer nicht­ magnetischen Hülse dicht umgeben sind, innerhalb der im Be­ reich des Luftspalts eine oder mehrere nichtmagnetische Lager­ buchsen für den Magnetanker festgelegt sind und/oder die im Bereich des Luftspalts einteilig als Lager für den Magnetan­ ker ausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung müssen sowohl im Mag­ netgehäuse als auch im Pol nur noch jeweils zwei Durchmesser, nämlich der Innen- und Außendurchmesser der beiden Ringstege zueinander zentriert sein. Die nichtmagnetische Hülse zen­ triert automatisch das bzw. die Lager und sorgt zugleich für eine Abdichtung zwischen Ankerraum und Spulenraum, so daß die bisher verwendeten O-Ringe entfallen können.

Die nichtmagnetische Hülse ist zweckmäßig auf die Ringstege aufgepreßt, während die Lagerbuchse(n) zweckmäßig in die nichtmagnetische Hülse eingepreßt ist (sind).

Die nichtmagnetische Hülse besteht vorzugsweise aus Kunst­ stoff, Bronze, Messing oder nichtmagnetischem Stahl.

Die Lagerbuchse kann vorteilhaft, wie an sich bekannt, von einer gezogenen Hülse aus nichtmagnetischem Stahl oder einer Kunststoff-, Bronze-, oder Messinghülse gebildet oder eine Buchse aus DU-Lagerwerkstoff mit Bronzerücken sein.

Weiters kann in vorteilhafter Weise der Magnetanker mit ei­ nem Stößel einstückig ausgebildet sein, womit der sonst für das Zusammensetzen von Magnetanker und Stößel erforderliche Arbeitsaufwand entfällt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Magnetgehäuse aus einem dem Pol gegenüberliegenden Joch und einer das Joch und den Pol verbindenden äußeren zylindri­ schen Hülse. Damit wird der für die Herstellung des Magnetge­ häuses erforderliche Zerspanungsaufwand beträchtlich verrin­ gert.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Ringsteg des Magnet­ gehäuses an seiner Außenseite eine Verbreiterung besitzt, die in dem Spulenraum einen Absatz bildet. Dadurch kann bei mini­ maler Baulänge des Elektromagneten eine maximale Magnetkraft erreicht werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen die Fig. 1 bis 5 fünf Ausführungs­ beispiele eines erfindungsgemäß ausgebildeten Proportionalmag­ neten, jeweils im Axialschnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Proportionalmagnet besteht aus einem Magnetgehäuse 1, einem das Magnetgehäuse abschließenden Pol 2, einer aus einer Magnetwicklung 3 und einem die Magnetwick­ lung tragenden Spulenkörper 4 gebildeten Magnetspule, die in einem zwischen der zylindrischen Außenwand des Magnetgehäuses 1 und zentralen Ringstegen 5 und 6 des Magnetgehäuses 1 bzw. des Pols 2 gelegenen Spulenraum 7 angeordnet ist, und einem Magnetanker 8 aus weichmagnetischem Material, der mit einem Stößel 9 einstückig ausgebildet ist und innerhalb des von den Ringstegen 5 und 6 begrenzten Ankerraumes 10 axial hin- und herbeweglich gelagert ist. Der Stößel 9 durchsetzt den Pol 2 durch eine zentrale Bohrung 11.

Zwischen dem Ringsteg 5 des Magnetgehäuses 1 und dem Ring­ steg 6 des Pols 2 ist ein Luftspalt 12 (magnetische Trennung zwischen Magnetgehäuse und Pol) gebildet. Dieser Luftspalt 12 weist im Vergleich zu den bekannten Proportionalmagneten eine verhältnismäßig große Höhe auf, u.zw. dadurch, daß der Ring­ steg 5 des Magnetgehäuses 1 kürzer als üblich ausgebildet ist. Der Ringsteg 6 des Pols 2, der die sogenannte Tauchstufe bildet, die im wesentlichen die Kennlinie des Magneten be­ stimmt, ist hingegen unverändert.

Die Lagerung des Magnetankers 8 ist hier mit Hilfe einer ein­ zigen nichtmagnetischen Lagerbuchse 13 im Bereich des Luft­ spalts 12 bewerkstelligt. Diese Lagerbuchse 13 ist innerhalb einer nichtmagnetischen Hülse 14, insbesondere durch Einpres­ sen, festgelegt, die ihrerseits auf die Ringstege 5 und 6 auf­ gepreßt ist. Die nichtmagnetische Hülse 14 besteht zweckmäßig aus Kunststoff, Bronze, Messing oder nichtmagnetischem Stahl. Die Lagerbuchse 13, die sich über nahezu die gesamte Höhe des Arbeitsluftspalts 12 erstreckt, besitzt einen Innendurchmes­ ser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Ring­ stege 5 und 6, so daß die erforderlichen radialen Luftspalte 15 und 16 zwischen dem Magnetanker 8 und den Ringstegen 5 und 6 gebildet werden. Die Lagerbuchse 13 ist im dargestellten Fall eine Lagerbuchse aus DU-Lagerwerkstoff mit Bronzerücken, könnte jedoch auch von einer gezogenen Hülse aus nichtmagneti­ schem Stahl oder einer Kunststoff-, Bronze- oder Messinghülse gebildet sein. Wie an sich bekannt, besitzt der Magnetanker 8 an seiner Außenseite eine achsparallele Nut 17 für den Durch­ tritt eines Druckmediums.

Der Ringsteg 5 des Magnetgehäuses 1 ist an seiner Außenseite mit einer Verbreiterung 18 ausgebildet, die in dem Spulenraum 7 einen entsprechenden Absatz 19 bildet. Durch die von dieser Verbreitung 18 gebildete Anhäufung mit magnetischem Material wird der engste Querschnitt für den magnetischen Fluß von ei­ ner Stelle, die etwa der Stelle 20 des engsten Querschnitts für den magnetischen Fluß im Pol 2 entspricht, weiter nach außen an eine Stelle 21 verlegt, wodurch die Wandstärke d des Magnetgehäuses 1 geringer gehalten werden kann. Dadurch, daß der Magnetanker 8 in den Bereich der Materialanhäufung hinein­ ragt, treten die Feldlinien größtenteils direkt in den Magnet­ anker über, so daß bei minimaler Baulänge des Elektromagneten eine maximale Magnetkraft erreicht wird, ohne daß auf andere Hilfsmaßnahmen, wie abgesetzter Anker und an seiner Innensei­ te abgesetzter Ringsteg oder Verwendung eines Werkstoffs mit höherer Sättigungsinduktion in den Bereichen des Feldlinien­ übertritts zwischen Magnetgehäuse und Magnetanker, zurückge­ griffen werden muß.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Beispiel nach Fig. 1 vor allem dadurch, daß das Magnetgehäuse aus zwei Teilen besteht, nämlich einem Joch 1′a und einer die zylindrische Wand des Magnetgehäuses bildenden äußeren Hülse 1′b. Die Hülse 1′b ist am Pol 2′ durch Pressung (bzw. Übergangspassung) gehalten bzw. zentriert, während sie an dem Joch 1′a lediglich aufliegt. Der Vorteil eines solchen zweiteiligen Magnetgehäuses 1′a, 1′b ist, daß seine Herstel­ lung im Vergleich mit dem einteiligen Magnetgehäuse 1 der Fig. 1 einen bedeutend geringeren Zerspanungsaufwand erfor­ dert.

In weiterer Abweichung vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind in Fig. 2 der Magnetanker 8′ und der Stößel 9′ als sepa­ rate Teile gezeigt. In bekannter Weise besteht in einem sol­ chen Fall der Stößel 9′ aus nichtmagnetischem Material.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 lediglich dadurch, daß die Hülse 14 anstelle der einzigen langen Lagerbuchse 13 im Abstand zueinander zwei kurze Lagerbuchsen 13′ und 13′a trägt, wobei die obere Lagerbuchse 13′ zweckmäßig möglichst nahe dem Ringsteg 5 des Magnetgehäuses 1 und die untere Lagerbuchse 13′a möglichst na­ he dem Ringsteg 6 des Pols 2 angeordnet ist. Es ist natürlich auch möglich, zwischen den beiden Lagerbuchsen 13′ und 13′a eine dritte, mittige Lagerbuchse vorzusehen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Hülse 14′ im Be­ reich des Luftspalts 12 selbst als Lager 13′′ für den Magnet­ anker 8 ausgebildet, d. h. Lager und Hülse sind aus einem ein­ zigen Teil gebildet. Als Werkstoff hiefür kommt wiederum ins­ besondere Kunststoff, Bronze, Messing oder nichtmagnetischer Stahl in Frage.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 schließlich stellt eine Kombination der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 und 4 dar. Hier ist die Hülse 14′′ im Bereich des Luftspalts 12 wie­ derum als Lager 13′′′ ausgebildet, jedoch nicht über die gan­ ze Länge wie in Fig. 4. Dafür trägt die Hülse 14′′ eine der unteren Lagerbuchse der Fig. 3 entsprechende Lagerbuchse 13′a. Es versteht sich, daß hier entweder anstelle der unte­ ren Lagerbuchse 13′a auch die obere Lagerbuchse 13′ der Fig. 3 zum Einsatz kommen kann oder sowohl die untere als auch die obere Lagerbuchse vorgesehen sein können, in welchem Fall dann das von der Hülse 14′′ selbst gebildete Lager 13′′′ zwi­ schen den beiden Lagerbuchsen liegt.

Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Elektromagneten der Mag­ netanker 8; 8′ nur auf dem Durchmesser geführt ist, der mit dem Ringsteg 5 des Magnetgehäuses 1; 1′a, 1′b und dem Ring­ steg 6 des Pols 2; 2′ die radialen Luftspalte 15, 16 bildet, und die Lagerstelle für den Stößel im Pol entfällt, muß der Stößel 9; 9′ nicht mehr exakt zentrisch sitzen und kann auch wie in den Fig. 1 und 3 bis 5, mit dem Magnetanker 8 ein­ stückig ausgebildet sein, wobei allerdings im Hinblick auf das in diesem Fall weichmagnetische Material des Stößels 9 die zentrale Bohrung 11 im Pol 2 größer ausgeführt werden muß als die zentrale Bohrung 11′ in Fig. 2, um ein Schließen des Magnetkreises über den Stößel 9 zu vermeiden. Bisher war es notwendig, eine ganz exakt zentrisch sitzende Bohrung im Mag­ netanker vorzusehen und den Stößel auf Maß einzupressen, wozu eine aufgrund der erforderlichen Kraft/Weg-Überwachung kost­ spielige Vorrichtung erforderlich war.

Durch den Wegfall des Lagers für den Stößel 9; 9′ im Pol 2; 2′ wird in diesem die zusätzliche Bohrung zur hydraulischen Ent­ lastung des Ankerraumes 10 überflüssig, da die Entlastung über die Bohrung 11; 11′ stattfinden kann, durch die der Stößel 9; 9′ den Pol 2; 2′ durchsetzt.

Die die Lagerbuchse(n) 13; 13′, 13′a tragende bzw. das Lager 13′′; 13′′′ bildende nichtmagnetische Hülse 14; 14′; 14′′ sorgt zugleich auch für die magnetische Trennung zwischen Magnetge­ häuse 1; 1′a, 1′b und Pol 2; 2′ im Bereich der Ringstege 5, 6, für eine Abdichtung zwischen Ankerraum 10 und Spulenraum 7 und für eine Zentrierung des Magnetgehäuses 1; 1′a, 1′b und des Pols 2; 2′ zueinander unter gleichzeitiger Verbindung dersel­ ben durch Pressung.

Bei den bisher bekannten Elektromagneten mußten drei Durch­ messer des Pols zueinander zentriert sein, u.zw. der Innen­ durchmesser des die Tauchstufe bildenden Ringsteges, der Durchmesser der Bohrung für die eine Lagerbuchse und der Außendurchmesser, an dem das Magnetgehäuse zentriert wurde. Beim erfindungsgemäßen Elektromagneten sind es nur noch zwei Durchmesser, nämlich der Innendurchmesser des die Tauchstufe bildenden Ringsteges 6 und der Durchmesser, an dem die Hülse 14; 14′; 14′′ aufgenommen wird, nämlich der Außendurchmesser des Ringsteges 6.

Beim Magnetgehäuse mußten bisher ebenfalls drei Durchmesser zueinander zentriert sein, nämlich der Innendurchmesser des Ringsteges, der Durchmesser der Bohrung für die zweite Lager­ buchse und der Durchmesser, an dem der Pol aufgenommen wurde. Auch hier sind es beim erfindungsgemäßen Elektromagneten nur noch zwei Durchmesser, u.zw. der Innendurchmesser des Ringste­ ges 5 und der Durchmesser, an dem die Hülse 14; 14′; 14′′ aufge­ nommen wird, also der Außendurchmesser des Ringsteges 5.

Überdies ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Elektromagneten auch eine Reduktion der erforderlichen Bauteilezahl. Es sind nicht unbedingt zwei Lagerstellen (La­ gerbuchsen) erforderlich, sondern es kann mit einer einzigen Lagerstelle (Lagerbuchse 13; Lager 13′′) das Auslangen gefun­ den werden (Fig. 1, 2 und 4). Die sonst üblichen O-Ringe zur Abdichtung des Spulenraums gegenüber dem Ankerraum entfallen, da die Abdichtung von der Hülse 14; 14′; 14′′ übernommen wird, und der Magnetanker kann mit dem Stößel einstückig ausgebil­ det sein (Fig. 1 und 3 bis 5).

Schließlich kann auch der Zerspanungsaufwand erheblich ge­ senkt werden, indem gemäß Fig. 2 das Magnetgehäuse aus zwei Teilen hergestellt wird, nämlich dem Joch 1′a und der äußeren Hülse 1′b.

Es versteht sich, daß an den dargestellten Ausführungsbei­ spielen zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden können, oh­ ne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten. So können selbst­ verständlich auch andere als die angegebenen Werkstoffe für die Lagerbuchsen 13; 13′, 13′a und die nichtmagnetische Hülse 14, 14′, 14′′ zur Anwendung kommen. Auch könnte z. B. der Stößel nach Fig. 2 den Magnetanker vollständig durchsetzen und im Hinblick auf den Durchtritt eines Druckmediums hohl ausgebil­ det sein. In einem solchen Fall könnte die achsparallele Nut 17 des Magnetankers 8′ entfallen.

Auch versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf Propor­ tionalmagneten anwendbar ist, sondern durchaus auch auf Schaltmagneten, bei denen eine reibungsarme Lagerung erforder­ lich ist.

Claims (8)

1. Elektromagnet, insbesondere Proportionalmagnet für einen Dämpfersteller, mit einem Magnetgehäuse, einem das Magnetge­ häuse abschließenden Pol, einer in einem zwischen der zylind­ rischen Außenwand des Magnetgehäuses und zentralen Ringstegen des Magnetgehäuses und des Pols gelegenen Spulenraum angeord­ neten Magnetspule und einem innerhalb des von den Ringstegen des Magnetgehäuses und des Pols begrenzten Ankerraumes axial hin- und herbeweglich gelagerten Magnetanker, wobei zwischen den Ringstegen des Magnetgehäuses und des Pols ein Luftspalt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringstege (5, 6) des Magnetgehäuses (1; 1′a, 1′b) und des Pols (2; 2′) von einer nichtmagnetischen Hülse (14; 14′; 14′′) dicht umgeben sind, innerhalb der im Bereich des Luftspalts (12) eine (13; 13′a) oder mehrere nichtmagnetische Lagerbuchsen (13′, 13′a) für den Magnetanker (8; 8′) festgelegt sind und/oder die im Bereich des Luftspalts (12) einteilig als La­ ger (13′′; 13′′′) für den Magnetanker (8) ausgebildet ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Hülse (14; 14′; 14′′) auf die Ringste­ ge (5, 6) aufgepreßt ist.

3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerbuchse(n) (13; 13′, 13′a) in die nichtmagneti­ sche Hülse (14; 14′; 14′′) eingepreßt ist (sind).

4. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Hülse (14; 14′, 14′′) aus Kunststoff, Bronze, Messing oder nichtmagnetischem Stahl besteht.

5. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse(n) (13; 13′, 13′a), wie an sich bekannt, von einer gezogenen Hülse aus nichtmagnetischen Stahl oder einer Kunststoff-, Bronze- oder Messinghülse gebil­ det oder eine Buchse aus DU-Lagerwerkstoff mit Bronzerücken ist (sind).

6. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem vom Magnetanker getragenen Stößel, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (8) mit dem Stößel (9) einstückig ausge­ bildet ist (Fig. 1 und 3 bis 5).

7. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetgehäuse aus einem dem Pol (2′) gegenüberliegenden Joch (1′a) und einer das Joch (1′a) und den Pol (2′) verbindenden äußeren zylindrischen Hülse (2′a) besteht (Fig. 2).

8. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringsteg (5) des Magnetgehäuses (1; 1′a, 1′b) an seiner Außenseite eine Verbreiterung (18) be­ setzt, die in dem Spulenraum (7) einen Absatz (19) bildet.