DE4439422A1 - Druckdichte elektromagnetische Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung, insbesondere für den Einsatz bei hoher Druckbelastung, mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Spulenkörper, in dem ein Schaltteil geführt und der mit einer Leiterwicklung versehen ist, wobei zwischen dem Spulenkörper und dem Schaltteil eine Druckhülse angeordnet ist, die mittig an ihrem Hülsenboden von festen Teilen der Schaltvorrichtung abgestützt ist.

Die derart mittig an ihrem Hülsenboden abgestützte Druckhülse, die in der Fachsprache auch einfach als Röhrchen bezeichnet ist, nimmt bei den dahinge­ hend bekannten Schaltvorrichtungen, wie sie frei auf dem Markt erhältlich sind, versagensfrei den Anschlagdruck des Schaltteiles auf, sofern dieses in seine unbetätigte Ruhestellung zurückverfahren wird. Das Stellglied, das in der Fachsprache auch mit Magnetanker bezeichnet ist, wird insbesondere zum Ansteuern von Ventilen benutzt, die bei elektrisch erregter Spulenwicklung durch Vorwärtsbewegen des Stellgliedes in seine Arbeitsstellung geöffnet werden und bei Nichterregung unter dem Einfluß einer Rückstellfeder das Stellglied in seine unbetätigte Ruhestellung zurückverfahren, wobei es zum Anschlagen des Stellgliedes an den Hülsenboden der Druckhülse kommt.

Mit den dahingehend bekannten Schaltvorrichtungen lassen sich hydraulische Drücke und Druckimpulse von einigen bar aufnehmen, ohne daß es zu einem Versagen der Schaltvorrichtung kommt. Ist die Wandstärke der Druckhülse, ebenso wie die übrige Schaltvorrichtung, entsprechend groß dimensioniert, lassen sich auch höhere Drücke von 10 bis 20 bar sowohl statisch als auch dynamisch aufnehmen, was jedoch zu sehr groß aufbauenden Schaltvorrichtun­ gen führt, die wegen Platzmangels nicht an beliebigen Stellen, beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik, verwendbar sind. Ferner beeinträchtigt eine dahin­ gehend stark dimensionierte Druckhülse gegebenenfalls den zum Betätigen des Stellgliedes notwendigen magnetischen Fluß. Bei noch höheren dynamischen Drücken bis 50 bar und statischen Drücken über 200 bar kommt es jedenfalls bei klein aufbauenden Schaltvorrichtungen mit entsprechend dünnwandig ausgelegter Druckhülse auf jeden Fall zu einem Versagen der Schaltvorrichtung, indem der Hülsenboden randseitig ab- oder durchreißt. Eine weitere Möglich­ keit des Versagens besteht darin, daß bei den bekannten Schaltvorrichtungen, bei denen zum Festlegen der Druckhülse diese mit festen Bauteilen der Schalt­ vorrichtung, wie dem Polkern, durch eine Einbördelung verstemmt ist, es bei hohen Drücken dazu kommt, daß die Druckhülse sich an der Stelle der Ein­ bördelung von den feststehenden Bauteilen der Schaltvorrichtung löst, was gleichfalls zum Versagen der gesamten Schaltvorrichtung führt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die trotz kleiner Baugröße und bei geringen Herstellkosten sowohl statisch als auch dynamisch höhere Drücke versagensfrei aufnehmen kann als die bisher bekannten Schaltvorrichtungen.

Eine dahingehende Aufgabe löst eine Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspru­ ches 1 die Druckhülse zumindest längs des gesamten Hülsenbodens, in dem die hohe Druckbelastung auftritt, von einem Kunststoffmaterial abstandsfrei abgestützt ist, ist auch an den Stellen des Überganges zwischen Hülsenboden und dem zylindrischen Teil der Abstandshülse eine sichere Abstützung gewähr­ leistet, so daß auch bei sehr hohen Drücken und hohen Anschlagkräften beim Rückfahren des Stellteiles in seine Ruhestellung ein Bersten der Druckhülse mit Sicherheit vermieden ist. Aufgrund der vollständigen einseitigen Abstützung des Hülsenbodens kommt es auch im umfangsseitigen Bereich der Druckhülse nicht mehr zu axialen Verschiebungen, so daß eine etwaig vorhandene Stemm­ verbindung der Druckhülse mit feststehenden Teilen der Schaltvorrichtung nicht mehr belastet ist und sich somit auch nicht lösen kann.

Da die Druckhülse vollständig und abstandsfrei entlang ihres Hülsenbodens abgestützt ist, kann sogar völlig auf das Verstemmen der Druckhülse mit den feststehenden Bauteilen, wie dem Polkern der Schaltvorrichtung, verzichtet werden, ohne daß es zu einem ungewollten axialen Verschieben der Druck­ hülse längs des Stellteiles unter Druckeinwirkung kommt. Selbst wenn es im Bereich der ehemaligen Verbindungsstelle durch Temperatureinflüsse zu einem Schrumpfen des Kunststoffes mit schmaler Spaltbildung zwischen der Druck­ hülse und dem Kunststoff kommen sollte, was auch durch andere Effekte bedingt sein kann, ist dies nicht schädlich, da die Druckhülse dann bei Druck­ beaufschlagung durch umfangsseitige Aufweitung die Möglichkeit hat, sich an dem Kunststoffmaterial abzustützen. Da dieser Aufweitvorgang im elastischen Bereich des Materials der Druckhülse liegt, ist der Aufweitvorgang unschädlich und führt nicht zu einem Versagen der Druckhülse und mithin der Schaltvor­ richtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrich­ tung besteht die Druckhülse aus einem dünnwandigen, nichtmagnetischen und metallischen Material, wie beispielsweise Edelstahl oder Messing, wobei sich die Druckhülse umfangsseitig zumindest teilweise an einem metallischen Stützrohr abstützt, das zwischen dem Spulenkörper und der Druckhülse an­ geordnet ist, welches dem Leiten des magnetischen Flusses der Vorrichtung dient.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung stützt sich beim Herstellen derselben die Druckhülse auf einem Dorn nach innen ab und ist nach außen radial abstützend von dem Stützrohr umgeben, wobei das Kunststoffmaterial von außen auf die freigeblie­ benen Stellen der Druckhülse durch einen Spritzvorgang aufgebracht ist. Hierdurch lassen sich die Herstellkosten für die Schaltvorrichtung senken und durch den Spritzvorgang in Form eines Umspritzens der Druckhülse in der Vorrichtung ist gewährleistet, daß sich die Druckhülse nach allen Seiten hin gleichermaßen abstandsfrei am Kunststoffmaterial und an der Spule abstützt.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Schaltvorrichtung erweitert sich die Druckhülse unter Freilassen eines Trennraumes zur Unterbrechung des magnetischen Flusses unter Bildung von Umlenkstellen im Durchmesser, wobei an der Stelle der Erweiterung nach außen die Druckhülse von dem Kunststoffmaterial abstandsfrei umgeben und abgestützt ist. Bei den bisher bekannten Schaltvorrichtungen wurde der ringför­ mige Trennraum von der nach außen sich erweiternden Druckhülse in zwei Teile unterteilt, wobei der nach außen weisende Teil des Trennraumes die Gefahr mit sich brachte, daß die Druckhülse bei hohem Innendruck an der dahingehenden Stelle durch Bersten nachgab, was zum Unbrauchbarwerden der gesamten Schaltvorrichtung führte. Dadurch, daß an der angesprochenen Stelle der Erweiterung nach außen die Druckhülse von dem Kunststoffmaterial abstandsfrei umgeben ist, ist die dahingehende Versagensmöglichkeit ausge­ schlossen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist die Druckhülse auf ihrer dem Hülsenboden abgekehrten Seite zumindest teilweise längs des Innenumfanges des Spulenkörpers ab­ standsfrei geführt und von diesem abgestützt, so daß in diesem Bereich keine freie Verbindung der Druckhülse mit dem Polkern mittels Verstemmung not­ wendig ist. Des weiteren ist vorzugsweise der Hülsenboden der Druckhülse mit einer in Richtung des Schaltteiles vorstehenden Wölbung versehen.

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist anhand der einzigen Figur näher erläutert, die in Prinzipdarstellung einen Längsschnitt durch die Schaltvorrich­ tung wiedergibt.

Die Schaltvorrichtung weist ein Gehäuse 10 und einen darin angeordneten Spulenkörper 12 auf, der mit einer Leiterwicklung 14 versehen ist, wobei der dahingehende Leiter über eine Anschlußmöglichkeit 16 mit üblichen Steck­ kontakten 18 verfügt. Innerhalb des Spulenkörpers 12 ist ein Schaltteil oder Magnetanker 20 angeordnet. Zwischen dem Spulenkörper 12 und dem Schalt­ teil 20 ist eine Druckhülse 22 vorhanden, die einen Hülsenboden 24 aufweist, der auf seiner der Anschlußmöglichkeit 16 zugekehrten Seite vollständig und abstandsfrei von einem Kunststoffmaterial 26 abgestützt ist.

Das Schaltteil 20 ist über einen Großteil seiner Länge, die dem Hülsenboden 24 zugewandt ist, entlang dem Innenumfang der Druckhülse 22 längsverfahrbar geführt. Das Schaltteil 20 nimmt in seiner Darstellung gemäß der Figur seine Arbeitsstellung ein, bei der es mit seiner vorderen Stirnseite 28 dem Polkern 30 der Schaltvorrichtung benachbart gegenüberliegt, der über einen radialen Absatz in das Innere des Spulenkörpers 12 mündet und als Dichtstelle in einer Außenumfangsnut einen relativ großen O-Ring 32 der üblichen Art aufweist. Der Polkern 30 ist von einer Schaltstange 34 durchgriffen, die mit dem Schalt­ teil 20 fest verbunden ist. Über diese Schaltstange 34 betätigt das Schaltteil 20 ein Hydraulikventil, das in der gezeigten Arbeitsstellung des Schaltteiles 20 geöffnet ist. Für den Anschluß an das nicht dargestellte Ventil weist die Schalt­ vorrichtung eine weitere Anschlußmöglichkeit 36 auf, die zu Dichtzwecken an ihrem Außenumfang einen O-Ring 38 aufweist.

Die Druckhülse 22 besteht aus einem dünnwandigen, nichtmagnetischen und metallischen Material, beispielsweise aus Edelstahl oder Messing, und stützt sich umfangsseitig mit ihrem dem Hülsenboden 24 zugekehrten Bereich an einem metallischen Stützrohr 40 ab, das, wie die Figur zeigt, zwischen dem Spulenkörper 12 und der Druckhülse 22 angeordnet ist und der zweckentspre­ chenden Führung des magnetischen Flusses dient. Die Druckhülse 22 ist dort unter Vorspannung auf Teil 30 aufgeschoben. Zusätzlich kann die Druckhülse 22 am Ende noch nach außen gesickt sein, um mehr radiale Widerstandsstabili­ tät zu erhalten. Aufgrund der Druckhülse 22 ist die Schaltvorrichtung in der Lage, über die Anschlußmöglichkeit 36 auftretende, hohe hydraulische Drücke eines Fluids, insbesondere Hydrauliköl, aufzunehmen, das ansonsten aus der Schaltvorrichtung über mögliche Leckagestellen austreten würde. Damit es beim Hin- und Herbewegen des Schaltteiles 20 nicht zu Hemmnissen in sei­ nem Bewegungsablauf kommt, weist es in axialer Längsrichtung durchgehende Ausnehmungen 42, beispielsweise in Form von Bohrungen auf, die einen Fluiddurchtritt erlauben, so daß es in den Kammerbereichen 44, die von den Stirnseiten des Schaltteiles 20 und dem Polkern 30 bzw. dem Hülsenboden 24 begrenzt sind, zu keinerlei Druckbarrieren kommen kann.

Beim Herstellen der Schaltvorrichtung wird die Druckhülse 22 auf einen Dorn (nicht dargestellt) nach innen abgestützt, in eine Spritzform (nicht dargestellt) eingebracht, in der bereits Teile der Schaltvorrichtung, wie Spulenkörper 12 und Stützrohr 40, eingebracht sind. Durch Einspritzen von Kunststoffmaterial wird dann die Druckhülse 22 derart mit Kunststoff umspritzt, daß sie von diesem an ihren freigebliebenen Stellen allseitig und abstandsfrei umfaßt ist. Dabei kann der Spulenkörper 12, wie in der Figur dargestellt, aus demselben Kunststoffmaterial 26 gespritzt werden, das den Hülsenboden 24 abstützt. In einem dahingehenden Fall wird in die Spritzform dann nur die Leiterwicklung 14 eingebracht. Ferner kann auch die elektrische Anschlußmöglichkeit 16 bei dem Spritzvorgang aus demselben Kunststoffmaterial 26, das die Druckhülse 22 abstützt, gebildet sein.

Die Druckhülse 22 erweitert sich nach außen unter Freilassen eines Trennrau­ mes 46 zur Unterbrechung des magnetischen Flusses unter Bildung von zwei Umlenk- oder Knickstellen 48. Hierbei hebt sich die Druckhülse 22, wie dies die Figur zeigt, von dem Außenumfang des zylindrischen Schaltteiles 20 ab und wird in Richtung der mechanischen Anschlußmöglichkeit 36 zwischen Polkern 30 und Innenumfangseite des Spulenkörpers 12 bis zur radialen Er­ weiterung des Polkernes 30 geführt. An der Stelle dieser radialen Erweiterung kann die Druckhülse 22, wie in der Figur dargestellt, an ihrem freien Ende sich geringfügig nach außen trichterförmig erweitern. An der Stelle der Erweiterung 50 zwischen den beiden Umlenkstellen 48 ist nach außen hin die Druckhülse 22 gleichfalls von dem Kunststoffmaterial 26 abstandsfrei umgeben und abge­ stützt, das an dieser Stelle ein Teil des Spulenkörpers 12 bildet, der zu dem Schaltteil 20 weisend an der Stelle 50 eine Vorkragung bildet. Auf diese Art und Weise ist eine weitere mögliche Berststelle bei der Druckhülse 22 druck­ dicht und sicher durch das Kunststoffmaterial 26 abgestützt. Es hat sich für die Druckeinleitung in den Hülsenboden 24 der Druckhülse 22 als günstig erwie­ sen, wenn dieser mit einer in Richtung des Schaltteiles 20 vorstehenden Wölbung 52 versehen ist. Das in Rede stehende Kunststoffmaterial 26 kann auch einstückig von außen her die Leiterwicklung 14 umfassen. Zum Schutz des Kunststoffmaterials 26 vor Beschädigungen und um das Eindringen von Korrosion begünstigenden Medien zu verhindern, läßt sich außenumfangsseitig auf die Schaltvorrichtung ein zylindrischer Gehäusemantel 54 aufsetzen, der vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Metall gebildet ist und der zu seinen beiden Enden hin Dichtmittel in Form von O-Ringen 56 aufweist, die in nutförmige Ausnehmungen in dem Kunststoffmaterial 26 umfangsseitig angeord­ net sind. Die beiden Steckkontakte 18 sind mit einem Aufsetzteil 58 verbun­ den, das ebenfalls aus einem spritzbaren Kunststoffmaterial bestehen kann und das das Stützrohr 40 im Bereich des Hülsenbodens 24 radial umfaßt und an seiner in der Figur dargestellten Unterseite 60 eine Anlagefläche für eine Polplatte 62 bildet, die dem Einleiten des magnetischen Flusses in das Stützrohr 40 dient. Um das Kunststoffmaterial 26 beim Spritzvorgang an die vorgesehe­ nen Stellen der Schaltvorrichtung zu führen, können Durchlässe und Kanäle (nicht dargestellt) in den metallischen Bauteilen der Schaltvorrichtung vorgese­ hen sein.

Mit der in der Figur gezeigten Ausführungsform der Schaltvorrichtung lassen sich an der Anschlußmöglichkeit 36 anstehende dynamische Drücke bis 100 bar und statische Drücke bis ca. 300 bar aufnehmen, ohne daß die Schalt­ vorrichtung in ihrer Baugröße zunimmt. Dies ist zu guter letzt bedingt durch die Bördelkräfte im Gehäusebereich 61. Ferner können aus bekannten Schalt­ vorrichtungen bereits entwickelte Teile übernommen werden, was die Herstell- und Vertriebskosten senkt. Ferner kann trotz des hohen Druckes die Material­ stärke der Druckhülse 22 bei ca. 0,2 bis 0,5 mm verbleiben. Die erfindungs­ gemäße Schaltvorrichtung kann für Schalt- oder Proportionalmagnete Verwen­ dung finden.

Claims (6)

1. Schaltvorrichtung, insbesondere für den Einsatz bei hoher Druckbelastung, mit einem Gehäuse (10) und einem darin angeordneten Spulenkörper (12), in dem ein Schaltteil (20) geführt und der mit einer Leiterwicklung (14) versehen ist, wobei zwischen dem Spulenkörper (12) und dem Schaltteil (20) eine Druckhülse (22) angeordnet ist, die mittig an ihrem Hülsenboden (24) von festen Teilen der Schaltvorrichtung abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhülse (22) zumindest längs des gesamten Hülsenbodens (24), in dem die hohe Druckbelastung auftritt, von einem Kunststoffmaterial (26) abstandsfrei abgestützt ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhülse (22) aus einem dünnwandigen, nichtmagnetischen und metallischen Material besteht und sich umfangsseitig zumindest teilweise an einem metallischen Stützrohr (40) abstützt, das zwischen dem Spulen­ körper (12) und der Druckhülse (22) angeordnet ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen derselben die Druckhülse (22) auf einem Dorn nach innen abgestützt und nach außen radial abstützend von dem Stützrohr (40) um­ geben ist und daß das Kunststoffmaterial (26) von außen auf die freigeblie­ benen Stellen der Druckhülse (22) durch einen Spritzvorgang aufgebracht ist.

4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckhülse (22) unter Freilassen eines Trennraumes (46) zur Unterbrechung des magnetischen Flusses sich unter Bildung von Um­ lenkstellen (48) im Durchmesser erweitert und daß an der Stelle der Erweiterung (50) nach außen die Druckhülse (22) von dem Kunststoffma­ terial (26) abstandsfrei umgeben und abgestützt ist.

5. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckhülse (22) auf ihrer dem Hülsenboden (24) abge­ kehrten Seite zumindest teilweise längs des Innenumfanges des Spulenkör­ pers (12) abstandsfrei geführt und von diesem abgestützt ist.

6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hülsenboden (24) der Druckhülse (22) mit einer in Richtung des Schaltteiles (20) vorstehenden Wölbung (52) versehen ist.