EP2301047B1 - Hubmagnetanordnung und ventilanordnung - Google Patents

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EP2301047B1
EP2301047B1 EP09776943A EP09776943A EP2301047B1 EP 2301047 B1 EP2301047 B1 EP 2301047B1 EP 09776943 A EP09776943 A EP 09776943A EP 09776943 A EP09776943 A EP 09776943A EP 2301047 B1 EP2301047 B1 EP 2301047B1
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EP
European Patent Office
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section
armature
pole core
collar
pole
Prior art date
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Application number
EP09776943A
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French (fr)
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Inventor
Klemens Strauss
Jürgen Grün
Horst Bartel
Roland Schempp
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2301047B1 publication Critical patent/EP2301047B1/de
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    • H01F7/088—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures provided with means for absorbing shocks

Definitions

  • the invention relates to a solenoid assembly according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a valve assembly.
  • the generic Hubmagnetan angel is widely used as a drive for actuating hydraulic or pneumatic valves in fluid technology.
  • Actuating solenoids for fluid technology are usually modular and have a liquid-tight pole tube, with the exception of a passage opening for the plunger, in which the armature is movably guided.
  • a bobbin On the pole tube, a bobbin is mounted. The bobbin is fastened with a nut.
  • a separator ring of non-magnetic material Between a Polkernab mustard and a pipe section of the pole tube is usually a separator ring of non-magnetic material welded. As a result, the magnetic field lines in the pole tube pass from the pole core section to the armature. Only in this way can a working air gap filled with field lines be formed.
  • German patent application no. 10 2008 030 748 the Applicant a pole tube, which has a reduced material thickness to produce the required between the pole core and pipe section discontinuity in the region of the transition section.
  • a magnetic tributary flow through the transition region is accepted.
  • These pile tubes are also referred to as thin-rolled pile tubes, since the reduction of the material thickness is usually achieved by twisting off. However, this requires a - im Compared to the usable magnetic flux guided through the working air gap - considerable tributary.
  • solenoids with thin-rolled pile tubes often have a very unfavorable for the valve actuation force-stroke characteristic, such as the characteristic curve 42 of a conventional lifting magnet in FIG. 3 shows.
  • the actuation force increases only shortly before the attachment of the armature to the pole core significantly.
  • a fluidic valve needs a sufficient actuation force over a larger stroke range.
  • the US 2006/0043326 A1 shows an ABS valve with a spherical anchor.
  • the armature is movably guided in a pipe section, which passes over a section with a very small cross section in a pole core.
  • the pole core has on its inner bottom a cone-shaped elevation, in which a shell is sunken for receiving the spherical anchor.
  • the anchor also serves as a valve member. Due to this contour of the Polkern convinceds the lifting force in the pole near the area is greatly increased, since the permeated by magnetic field lines volume with the movement of the armature, especially in the pole near the area quickly reduced.
  • the invention is generally based thereon, in a lifting magnet in which a magnetic discontinuity in the pole tube is formed by reducing the effective material thickness - eg a reduction in the thickness, in particular the wall thickness of the magnetically active material -, the Polkernabrough facing the front side of the armature and a in the Interior of the pole tube provided on the pole core portion bottom each having a contour which have a mutual axial overlap.
  • This allows for low production costs an advantageous effect on the force-stroke curve of the solenoid.
  • the said contours are according to the invention collar-shaped and cone-shaped elevations.
  • the respective counter contour has geometrically corresponding depressions.
  • a step is formed at the anchor by means of a projecting collar.
  • the bottom surface at the pole core portion is also stepped by a cylindrical depression.
  • the collar of the anchor is receivable in the recess, in the sense that at least a portion of the collar dips into the depression when the anchor abuts the ground surface.
  • the force-stroke characteristic of the Hubmagnetanssen can be designed so that a sufficient actuation force is available in a larger range of the characteristic.
  • the magnetic field lines focus more on the area between the armature and the bottom surface of the Polkernabitess by the construction according to the invention.
  • On the way of the armature from its polkernab thesis to immersion of the collar in the depression is thus a high operating force available.
  • the actuating force increases significantly shortly before the immersion of the collar in the depression. After immersion, the actuation force drops.
  • On the remaining way of the anchor stroke to concerns on the ground surface is a moderate operating force available. Due to the reduced actuation force on the last stroke section, the mechanical load of the pole tube and a possibly existing between anchor and Polkernabites anti-sling disc is reduced. In addition, better shutdown times are achieved.
  • the solenoid assembly can be valves that usually require high actuation forces already at the beginning of an opening operation of the valve slide, safely control or switch through.
  • a relatively weakly dimensioned coil can be used. The power requirement for the operation is reduced compared to conventional solenoids.
  • it is now possible to provide a lifting magnet arrangement which, even when using thin-rolled pile tubes, has a precisely defined characteristic which is largely independent of production-related tolerances.
  • the term thin-twisted pole tube is used for the sake of simplicity.
  • this term should generally refer to Hubmagnetan extract with a pole tube, which has a reduced wall thickness in the transition section between pole core and pipe section.
  • the reduced wall thickness can be generated not only by turning but also by other processes. Examples include rolling, swaging, stretching a rod-shaped semi-finished or molding a ring of non-magnetic material, as in the aforementioned German patent application 10 2008 030 748 the applicant described. All these methods for reducing the wall thickness in the transition section should be encompassed by the term "thin-twisted pole tube".
  • the object is likewise achieved by a valve arrangement which is equipped with such a lifting magnet arrangement.
  • the said contours can have a wide variety of shapes. Suitable are e.g. collar-shaped, annular and conical elevations. These need not necessarily be concentric with the axis of movement of the armature, but the concentric shape facilitates manufacture.
  • the respective counter contour has according to the invention geometrically corresponding depressions.
  • the pole core portion, the transition portion and the pipe portion of the pole tube are integrally formed of a magnetizable material.
  • This allows a particularly cost-effective production of the pole tube.
  • the production is particularly simple if the transition section has a radial groove in an outer surface of the pole tube.
  • the transitions from the radial groove to the pole core section or from the radial groove to the pipe section may be rounded in order to prevent cracking.
  • the collar can be made slightly shorter than a collar portion of the pole core. As a result, the small force increase caused by the collar section can be utilized in the section of the characteristic that is remote from the pole core.
  • a radial gap between the collar and the recess is dimensioned such that a movement of the armature is fluidically damped in an end position associated with the pole core section.
  • a first position of the armature wherein the end face of the armature facing a polkernkern technologyen end of the transition section, and / or a second position of the armature, wherein an end face of the collar of the armature of the bottom surface of the Polkernabitess facing arranged according to an expected force profile of acting on an opening operation on the valve spool flow forces.
  • the second position of the armature corresponds to a nearly completely open control cross section.
  • the flow-related restoring forces on the valve spool The reduced from the immersion of the collar in the depression actuation forces are still sufficient to turn on the valve full.
  • FIG. 1 shows the typical structure of a solenoid 1, as it is used for the actuation of switching valves of fluid technology.
  • a pole tube 5 of the solenoid 1 is screwed into the valve bore.
  • a magnetic coil 7 is attached on the pole tube 5.
  • the solenoid 7 is secured by means of a nut 9 on the pole tube 5.
  • the pole tube 5 is constricted in terms of its outer radius.
  • a pole tube body 11 is made of a ferromagnetic steel, for example, from a bar stock by machining in the illustrated form.
  • the pole tube body 11 is divided axially into a pole core 12, a transition section 14 and a pipe section 16.
  • the overall bush-like shape of the pole tube body 11 allows the insertion of an armature 20 in a central bore 18.
  • the bore 18 is at its end remote from the pole section 12 at the opening of the pipe section 16 later with a closure piece - also called stroke limitation - (not shown), which simultaneously carries a thread for fixing the nut 9.
  • the armature 20 In the bore 18, the armature 20 is mounted axially displaceable. In the working air gap between the armature 20 and the pole core 12 an anti-stick washer 26 is inserted.
  • the armature 20 is contoured on its end facing the pole core 12 by a step: From the annular end face 28 is a cylindrical collar 30 before.
  • a recess 34 is present which corresponds geometrically with the collar 30. This means that the collar 30 can dip into the recess 34.
  • the axial extent of the collar 30 and its radial extent is chosen with respect to the desired characteristic shape, as will be explained later.
  • the depth of the recess 34 is chosen so that, taking into account the anti-slump disc 26 is still a gap between the bottom of the recess 34 and the end face of the collar 30 when the armature 20 is in its polkern cleanse end position.
  • FIG. 3 shows the force-stroke curve 40 of the solenoid assembly 1 according to the invention in comparison with the force-stroke curve 42 of a conventional Hubmagnetan Aunt, although a thin twisted pole tube, but no contouring of the polkern solution anchor end face or the bottom of the bore 18 on the pole core 12 has ,
  • the characteristic curve 40 shows with respect to the characteristic curve 42
  • an increased increase in the actuating force could be achieved in an early section 40a of the lifting operation.
  • the armature 20 still has a large distance from the pole core 12.
  • the contours of anchor end face and bottom surface of the pole core 12, ie collar 30 and recess 34, are not yet in axial overlap.
  • the characteristic curve 40 increases further as the armature 20 approaches the pole core 12, in order to form a plateau in the section 40b.
  • the portion 40b corresponds to a position of the armature 20, in which the collar 30 is just in front of the bottom surface 32, so not yet immersed in the recess 34.
  • the characteristic curve 40 decreases in section 40c first.
  • the characteristic curve 40 finally increases moderately and ends with the holding force 40d, but does not exceed the plateau reached in section 40b.
  • the influence of the annular cone-shaped collar 22 on the characteristic 40 and also on the characteristic 42 is marginal. In the stroke area 44, at most a minimal bulge in the characteristic 42 can be recognized.
  • the characteristic increase in the characteristic curve 40 achieved by the contouring of the armature 20 and of the bottom on the pole core 12 far exceeds an influence of the annular cone-shaped collar 22.
  • the position of the plateau portion 40b of the characteristic curve 40 can be varied.
  • the radial extent of the collar 30 and the size of the radial gap between collar 30 and recess 34 have an influence on the height of the plateau or on the different degrees of expression of the characteristic curve of the characteristic 40 relative to the Characteristic 42.
  • the air gap remaining at the pole core 12 in the end position of the armature 20 to the bottom of the depression 34 has an influence on the holding force 40d.
  • the characteristic curve 40 is tuned to the operating force characteristic of a fluidic valve, that an area in which high actuation forces are required - eg from the beginning of the opening of a fluid path in the valve up to its complete opening - approximately coincide with the plateau 40b.
  • flow forces which act in the closing direction of the valve can be safely overcome and the valve slide can be switched through from each actuation state.
  • the characteristic line 40 falling in the region 40c is advantageous. It results in there on the position axis very narrow cutting area between the spring characteristic and the force-stroke curve 40. The desired position of the valve spool can thus be controlled very accurately and with little scatter by the energization of the solenoid 1.
  • the invention is generally based thereon, in a lifting magnet in which a magnetic discontinuity in the pole tube is formed by reducing the effective material thickness - eg a reduction in the thickness, in particular the wall thickness of the magnetically active material -, the Polkernabrough facing the front side of the armature and a in the Interior of the pole tube provided on the pole core portion bottom each having a contour which allow a mutual axial overlap.
  • This allows for low production costs an advantageous effect on the force-stroke curve of the solenoid.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Ventilanordnung.
  • Die gattungsgemäße Hubmagnetanordnung wird vielfach als Antrieb zur Betätigung von hydraulischen oder pneumatischen Ventilen in der Fluidtechnik verwendet.
  • Betätigungsmagnete für die Fluidtechnik sind meist modular aufgebaut und besitzen ein mit Ausnahme einer Durchführungsöffnung für den Stößel flüssigkeitsdichtes Polrohr in dem der Anker beweglich geführt ist. Auf das Polrohr ist ein Spulenkörper aufgezogen. Der Spulenkörper wird mit einer Mutter befestigt. Zwischen einem Polkernabschnitt und einem Rohrabschnitt des Polrohrs ist üblicher Weise ein Trennring aus nicht magnetischem Material eingeschweißt. Dadurch treten die Magnetfeldlinien im Polrohr vom Polkernabschnitt auf den Anker über. Nur so kann sich ein mit Feldlinien gefüllter Arbeitsluftspalt ausbilden.
  • Gerade bei Schaltventilen verwendet man möglichst einfach aufgebaute Hubmagnete. So beschreibt z.B. die deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2008 030 748 der Anmelderin ein Polrohr, welches zur Erzeugung der zwischen Polkern und Rohrabschnitt benötigten Diskontinuität im Bereich des Übergangsabschnitts eine verringerte Materialstärke aufweist. Hierbei nimmt man zu Gunsten der einfacheren Herstellung des Polrohrs einen magnetischen Nebenfluss durch den Übergangsbereich in Kauf. Diese Polrohre werden auch als dünngedrehte Polrohre bezeichnet, da die Verringerung der Materialstärke üblicher Weise durch Abdrehen erzielt wird. Dies bedingt jedoch einen - im Vergleich zum nutzbaren durch den Arbeitsluftspalt geführten magnetischen Fluss - beträchtlichen Nebenfluss. Man geht von einem Kraftverlust des Hubmagnets von etwa 10% aus, wenn ein dünngedrehtes Polrohr anstatt eines herkömmlichen Polrohrs verwendet wird, eine identische Spulenleistung vorausgesetzt. Zudem haben Hubmagnete mit dünngedrehten Polrohren oft eine für die Ventilbetätigung sehr ungünstige Kraft-Hub-Kennlinie, wie die Kennlinie 42 eines herkömmlichen Hubmagneten in Figur 3 zeigt. Die Betätigungskraft steigt erst kurz vor Anlage des Ankers am Polkern signifikant an. Ein fluidisches Ventil benötigt jedoch auf einem größeren Hubbereich eine ausreichende Betätigungskraft.
  • Die US 2006/0043326 A1 zeigt ein ABS Ventil mit einem kugelförmigen Anker. Der Anker ist in einem Rohrabschnitt beweglich geführt, welcher über einen Abschnitt mit sehr geringem Querschnitt in einen Polkern übergeht. Der Polkern besitzt auf seinem inneren Boden eine konusförmige Erhebung, in welche eine Schale zur Aufnahme des kugelförmigen Ankers eingesenkt ist. Der Anker dient gleichzeitig als Ventilglied. Durch diese Kontur des Polkernbodens wird die Hubkraft im polkernnahen Bereich stark erhöht, da sich das von Magnetfeldlinien durchsetzte Volumen mit der Bewegung des Ankers vor allem im polkernnahen Bereich schnell verkleinert.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Hubmagnetanordnung anzugeben, welche insbesondere eine für die Ventilbetätigung geeignete Kennlinie besitzt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Hubmagnetanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung beruht allgemein darauf, bei einem Hubmagneten, bei welchem eine magnetische Diskontinuität im Polrohr mittels Verringerung der effektiven Materialstärke gebildet ist - z.B. eine Verringerung der Stärke, insbesondere der Wandstärke des magnetisch wirksamen Materials -, die dem Polkernabschnitt zugewandte Stirnseite des Ankers und einen im Innern des Polrohrs am Polkernabschnitt vorgesehenen Boden jeweils mit einer Kontur zu versehen, welche eine gegenseitige axiale Überlappung aufweisen. Dies ermöglicht bei geringem Fertigungsaufwand eine vorteilhafte Beeinflussung der Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten.
  • Die besagten Konturen sind erfindungsgemäß bundförmige und konusförmige Erhebungen. Die jeweilige Gegenkontur besitzt geometrisch entsprechende Einsenkungen.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 2, bei der der Übergangsabschnitt zwischen Polkernabschnitt und Rohrabschnitt des Polrohrs eine verringerte Wandstärke aufweist. Zusätzlich ist am Anker mittels eines vorstehenden Bunds eine Stufe gebildet. Die Bodenfläche am Polkernabschnitt ist ebenfalls durch eine zylindrische Einsenkung gestuft. Der Bund des Ankers ist in die Einsenkung aufnehmbar, in dem Sinn, dass zumindest ein Abschnitt des Bunds bei Anlage des Ankers an der Bodenfläche in die Einsenkung eintaucht.
  • Auf diese Weise kann die Kraft-Hub-Kennlinie der Hubmagnetanordnung so gestaltet werden, dass in einem größeren Bereich der Kennlinie eine ausreichende Betätigungskraft verfügbar ist. Die magnetischen Feldlinien konzentrieren sich durch die erfindungsgemäße Bauweise stärker auf den Bereich zwischen dem Anker und der Bodenfläche des Polkernabschnitts. Auf dem Weg des Ankers aus seiner polkernabseitigen Endlage bis zum Eintauchen des Bunds in die Einsenkung steht dadurch eine hohe Betätigungskraft zur Verfügung. Die Betätigungskraft steigt dabei kurz vor dem Eintauchen des Bunds in die Einsenkung deutlich an. Nach dem Eintauchen fällt die Betätigungskraft ab. Auf dem restlichen Weg des Ankerhubs bis zum Anliegen an der Bodenfläche steht eine moderate Betätigungskraft zur Verfügung. Durch die verringerte Betätigungskraft auf dem letzten Hubabschnitt verringert sich auch die mechanische Belastung des Polrohrs und einer ggf. zwischen Anker und Polkernabschnitt vorhandenen Antiklebscheibe. Es werden zudem bessere Abschaltzeiten erreicht.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung lassen sich Ventile, die zumeist schon zu Beginn eines Öffnungsvorgangs des Ventilsschiebers hohe Betätigungskräfte benötigen, sicher ansteuern bzw. durchschalten. Durch die schon auf einem polkernfernen Abschnitt des Hubs vorhandene hohe Betätigungskraft kann eine relativ schwach dimensionierte Spule eingesetzt werden. Der Strombedarf für die Betätigung ist gegenüber herkömmlichen Hubmagneten verringert. Zudem lässt sich nun eine Hubmagnetanordnung bereitstellen, die auch unter Verwendung von dünngedrehten Polrohren eine genau definierte, von herstellungsbedingten Toleranzen weitgehend unabhängige Kennlinie aufweist. In dieser Anmeldung wird der Einfachheit halber der Begriff dünngedrehtes Polrohr verwendet. Dieser Begriff soll sich jedoch allgemein auf Hubmagnetanordnungen mit einem Polrohr, welches eine reduzierte Wandstärke im Übergangsabschnitt zwischen Polkern und Rohrabschnitt aufweist, beziehen. Die reduzierte Wandstärke kann nicht nur durch Drehen sondern auch durch andere Prozesse erzeugt werden. Als Beispiele seien Rollieren, Rundkneten, Strecken eines stabförmigen Halbzeugs oder Einformen eines Rings aus nicht magnetischen Material genannt, wie in der bereits genannten deutschen Patentanmeldung 10 2008 030 748 der Anmelderin beschrieben. Alle diese Verfahren zur Reduzierung der Wandstärke im Übergangsabschnitt sollen durch den Begriff "dünngedrehtes Polrohr" umfasst sein.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine Ventilanordnung gelöst, welche mit einer solchen Hubmagnetanordnung ausgestattet ist. Durch Abstimmung der Konturen, insbesondere der Länge des Bunds und ggf. der Länge eines Kragens am Polkernabschnitt kann die Kraft-Hub-Kennlinie der Hubmagnetanordnung optimal auf die Betätigungskraftanforderungen der Ventilanordnung angepasst werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die besagten Konturen können die unterschiedlichsten Formen aufweisen. Geeignet sind z.B. bundförmige, ringförmige und konusförmige Erhebungen. Diese müssen nicht unbedingt konzentrisch zur Bewegungsachse des Ankers ausgebildet sein, die konzentrische Form erleichtert jedoch eine Fertigung. Die jeweilige Gegenkontur besitzt erfindungsgemäß geometrisch entsprechende Einsenkungen.
  • Vorzugsweise sind, wie gesagt, der Polkernabschnitt, der Übergangsabschnitt und der Rohrabschnitt das Polrohrs einstückig aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige Fertigung des Polrohrs. Besonders einfach gestaltet sich die Fertigung, wenn der Übergangsabschnitt eine Radialnut in einer Außenfläche des Polrohrs aufweist. Die Übergänge von der Radialnut zum Polkernabschnitt bzw. von der Radialnut zum Rohrabschnitt können abgerundet sein, um einer Rissbildung vorzubeugen.
  • Der Bund kann etwas kürzer ausgebildet sein, als ein Kragenabschnitt des Polkerns. Dadurch kann die geringe durch den Kragenabschnitt bewirkte Krafterhöhung im polkernfernen Abschnitt der Kennlinie genutzt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Radialspalt zwischen dem Bund und der Einsenkung so bemessen, dass eine Bewegung des Ankers in einer dem Polkernabschnitt zugeordneten Endlage fluidisch bedämpft ist. Dadurch wird die mechanische Belastung des Polrohrs und ggf. einer zwischen Anker und Polkernabschnitt eingelegte Antiklebscheibe verringert.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind eine erste Position des Ankers, bei der die Stirnfläche des Ankers einem polkernabschnittseitigen Ende des Übergangsabschnitts gegenübersteht, und/oder eine zweite Position des Ankers, bei der eine Stirnfläche des Bunds des Ankers der Bodenfläche des Polkernabschnitts gegenübersteht, entsprechend einem erwarteten Kräfteprofil von bei einem Öffnungsvorgang auf den Ventilschieber wirkenden Strömungskräften angeordnet.
  • Vorzugsweise entspricht die zweite Position des Ankers einem nahezu vollständig geöffneten Steuerquerschnitt. An dieser Stelle lassen die strömungsbedingten Rückstellkräfte auf den Ventilschieber nach. Die ab dem Eintauchen des Bunds in die Einsenkung verringerten Betätigungskräfte sind noch ausreichend um das Ventil voll durchzuschalten.
  • Nachfolgend werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile unter Bezugnahme auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt eine Hubmagnetanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem an einen Ventilgehäuse befestigten Polrohr, mit einem auf dem Polrohr aufsitzenden Spulenkörper und mit einem den Spulenkörper umschließendes Gehäuse,
    Figur 2
    zeigt einen Schnitt durch das Polrohr der in Figur 1 dargestellten Hubmagnetanordnung und
    Figur 3
    zeigt eine Kraft-Hub-Kennlinie der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung im Vergleich zu einer Kraft-Hub-Kennlinie eines herkömmlichen Hubmagneten.
  • Die Figur 1 zeigt den typischen Aufbau eines Hubmagnets 1, wie er zur Betätigung von Schaltventilen der Fluidtechnik eingesetzt wird. An einem Ventilgehäuse 3 ist ein Polrohr 5 des Hubmagnets 1 in die Ventilbohrung eingeschraubt. Auf das Polrohr 5 ist eine Magnetspule 7 aufgesteckt. Die Magnetspule 7 wird mittels einer Mutter 9 auf dem Polrohr 5 gesichert. An einem Übergangsabschnitt 14 ist das Polrohr 5 hinsichtlich seines Außenradius eingeschnürt.
  • Den Aufbau des Polrohrs 5 und des darin geführten Ankers gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlicht die Figur 2. Ein Polrohrkörper 11 wird aus einem ferromagnetischem Stahl, z.B. aus einer Stangenware durch spanende Bearbeitung in der dargestellten Form bereitgestellt.
  • Der Polrohrkörper 11 unterteilt sich axial in einen Polkern 12, einen Übergangsabschnitt 14 und einen Rohrabschnitt 16. Die insgesamt büchsenartige Form des Polrohrkörpers 11 erlaubt das Einsetzen eines Ankers 20 in eine zentrale Bohrung 18. Die Bohrung 18 wird an ihrem dem Polabschnitt 12 abgewandten Ende an der Öffnung des Rohrabschnitts 16 später mit einem Verschlussstück - auch Hubbegrenzung genannt - (nicht dargestellt) versehen, welches gleichzeitig ein Gewinde zur Befestigung der Mutter 9 trägt.
  • Vom Polkern 12 steht ein ringkonusförmiger Kragen 22 vor. Dieser geht über eine Rundung 24 in den Übergangsabschnitt 14 über. Im Vergleich zum Polkern 12 und dem Rohrabschnitt 16 ist die Außenumfangsfläche des Polrohrs 5 am Übergangsabschnitt 14 durch eine Radialnut eingeschnürt. Über eine weitere Rundung 24 und eine schräg angestellte Konusaußenfläche geht der Übergangsabschnitt 14 in den Rohrabschnitt 16 über.
  • In der Bohrung 18 ist der Anker 20 axial verschiebbar gelagert. Im Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker 20 und dem Polkern 12 ist eine Antiklebscheibe 26 eingelegt.
  • Der Anker 20 ist an seiner dem Polkern 12 zugewandten Stirnseite durch eine Stufe konturiert: Aus der ringförmig ausgebildeten Stirnfläche 28 steht ein zylinderförmiger Bund 30 vor.
  • In der Bodenfläche 32 der Bohrung 18 ist eine Einsenkung 34 vorhanden welche mit dem Bund 30 geometrisch korrespondiert. Dies bedeutet, dass der Bund 30 in die Einsenkung 34 eintauchen kann. Die axiale Ausdehnung des Bunds 30 sowie dessen radiale Ausdehnung ist in Bezug auf die gewünschte Kennlinienform gewählt, wie später noch erläutert wird. Die Tiefe der Einsenkung 34 ist so gewählt, dass unter Berücksichtigung der Antiklebscheibe 26 noch ein Spalt zwischen dem Boden der Einsenkung 34 und der Stirnfläche des Bunds 30 besteht, wenn sich der Anker 20 in seiner polkernseitigen Endlage befindet.
  • Die Figur 3 zeigt die Kraft-Hub-Kennlinie 40 der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1 im Vergleich mit der Kraft-Hub-Kennlinie 42 einer herkömmlichen Hubmagnetanordnung, welche zwar ein dünn gedrehtes Polrohr, jedoch keine Konturierung der polkernseitigen Ankerstirnseite bzw. des Bodens der Bohrung 18 am Polkern 12 aufweist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 1 konnte, wie die Kennlinie 40 gegenüber der Kennlinie 42 zeigt, ein verstärkter Anstieg der Betätigungskraft in einem frühen Abschnitt 40a des Hubvorgangs erzielt werden. Dabei besitzt der Anker 20 noch einen großen Abstand vom Polkern 12. Die Konturen von Ankerstirnfläche und Bodenfläche des Polkerns 12, also Bund 30 und Einsenkung 34, befinden sich noch nicht in axialer Überlappung.
  • Die Kennlinie 40 steigt bei weiterer Annäherung des Ankers 20 an den Polkern 12 weiter steil an, um im Abschnitt 40b ein Plateau auszubilden. Der Abschnitt 40b entspricht einer Stellung des Ankers 20, bei der der Bund 30 knapp vor der Bodenfläche 32 steht, also noch nicht in die Einsenkung 34 eintaucht.
  • Mit der Ausbildung einer axialen Überlappung, in diesem Beispiel beim Eintauchen des Bunds 30 in die Einsenkung 34 sinkt die Kennlinie 40 im Abschnitt 40c zunächst ab. Bei Anlage des Ankers 20 am Polkern 12 steigt die Kennlinie 40 schließlich mäßig an und schließt mit der Haltekraft 40d ab, sie übersteigt das in Abschnitt 40b erreichte Plateau jedoch nicht mehr.
  • Der Einfluss des ringkonusförmigen Kragens 22 auf die Kennlinie 40 und ebenso auf die Kennlinie 42 ist marginal. Im Hubbereich 44 ist allenfalls eine minimale Aufwölbung in der Kennlinie 42 zu erkennen. Die durch die Konturierung des Ankers 20 und des Bodens am Polkern 12 erzielte Kennlinienanhebung in der Kennlinie 40 übersteigt einen Einfluss des ringkonusförmigen Kragens 22 bei weitem.
  • Durch Anpassen der axialen Ausdehnung des Bunds 30 kann die Lage des Plateauabschnitts 40b der Kennlinie 40 variiert werden. Die radiale Ausdehnung des Bunds 30 und die Größe des Radialspalts zwischen Bund 30 und Einsenkung 34 haben Einfluss auf die Höhe des Plateaus bzw. auf die unterschiedlich starke Ausprägung der Kennlinienanhebung der Kennlinie 40 gegenüber der Kennlinie 42. Der in Endlage des Ankers 20 am Polkern 12 verbleibende Luftspalt zum Boden der Einsenkung 34 hat Einfluss auf die Haltekraft 40d. Durch insbesondere die beschriebenen Anpassungen der Ankerkontur und der Bodenkontur wird die Kennlinie 40 so auf die Betätigungskraftkennlinie eines fluidischen Ventils abgestimmt, dass ein Bereich, in welchem hohe Betätigungskräfte gefordert sind - z.B. vom Beginn der Öffnung eines Fluidpfads im Ventil bis hin zu dessen vollständiger Öffnung - etwa mit dem Plateau 40b übereinstimmen. So können insbesondere Strömungskräfte welche in Schließrichtung des Ventils wirken sicher überwunden werden und der Ventilschieber aus jedem Betätigungszustand durchgeschaltet werden.
  • Insbesondere bei Proportionalventilen, bei denen die Position des Ventilsschiebers durch die gegen eine Feder wirkende vom Hubmagneten 1 bereitgestellte Betätigungskraft gesteuert wird, ist die im Bereich 40c fallende Kennlinie 40 von Vorteil. Es ergibt sich dort ein auf der Positionsachse sehr schmaler Schnittbereich zwischen der Federkennlinie und der Kraft-Hub-Kennlinie 40. Die gewünschte Position des Ventilschiebers kann damit sehr genau und mit wenig Streuung durch die Bestromung des Hubmagneten 1 angesteuert werden.
  • Die Erfindung beruht allgemein darauf, bei einem Hubmagneten, bei welchem eine magnetische Diskontinuität im Polrohr mittels Verringerung der effektiven Materialstärke gebildet ist - z.B. eine Verringerung der Stärke, insbesondere der Wandstärke des magnetisch wirksamen Materials -, die dem Polkernabschnitt zugewandte Stirnseite des Ankers und einen im Innern des Polrohrs am Polkernabschnitt vorgesehenen Boden jeweils mit einer Kontur zu versehen, welche eine gegenseitige axiale Überlappung zulassen. Dies ermöglicht bei geringem Fertigungsaufwand eine vorteilhafte Beeinflussung der Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Hubmagnet
    3
    Ventilgehäuse
    5
    Polrohr
    7
    Magnetspule
    9
    Mutter
    11
    Polrohrkörper
    12
    Polkern
    14
    Übergangsabschnitt
    16
    Rohrabschnitt
    18
    Bohrung
    20
    Anker
    22
    Kragen
    24
    Rundung
    26
    Antiklebscheibe
    28
    Ringstirnfläche
    30
    Bund
    32
    Bodenfläche
    34
    Einsenkung
    40
    Kraft-Hub-Kennlinie
    40a
    Kennlinienabschnitt
    40b
    Kennlinienabschnitt
    40c
    Kennlinienabschnitt
    40d
    Haltekraft
    42
    Kraft-Hub-Kennlinie
    44
    Hubbereich

Claims (10)

  1. Hubmagnetanordnung, umfassend
    ein Polrohr (5), welches sich axial in einen Polkernabschnitt (12), einen Übergangsabschnitt (14) und einen Rohrabschnitt (16) gliedert, wobei der Übergangsabschnitt (14) zur Erzeugung einer magnetischen Diskontinuität im Polrohr eine geringere effektive Materialstärke aufweist als der Rohrabschnitt (16), und
    einen im Polrohr beweglich geführten Anker (20), wobei eine dem Polkernabschnitt (12) zugewandte Stirnseite des Ankers (20) und ein im Innern des Polrohrs (5) am Polkernabschnitt (12) vorgesehener Boden (32, 34) jeweils eine Kontur aufweisen, welche eine gegenseitige axiale Überlappung aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet dass,
    eine der Konturen einen einstufigen oder mehrstufigen Bund (30) oder einen Konus aufweist und dass die jeweils andere Kontur eine dem Bund (30) bzw. dem Konus in der Form entsprechende Einsenkung (34) besitzt.
  2. Hubmagnetanordnung, nach Anspruch 1,
    wobei der Übergangsabschnitt (14) eine geringere Wandstärke aufweist als der Rohrabschnitt (16),
    der Anker (20) an seiner dem Polkernabschnitt (12) zugewandten Stirnseite einen aus einer Stirnfläche (28) axial vorstehenden Bund (30) aufweist,
    in einer dem Anker (20) zugewandten Bodenfläche des Polkernabschnitts (12) eine zylindrische Einsenkung (34) vorhanden ist, und
    der Bund (30) des Ankers (20) in die Einsenkung (34) aufnehmbar ist.
  3. Hubmagnetanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkernabschnitt (12), der Übergangsabschnitt (14) und der Rohrabschnitt (16) einstückig aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet sind.
  4. Hubmagnetanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkernabschnitt (12) von der Bodenfläche ausgehend einen ringförmigen, insbesondere ringkonusförmigen Kragenabschnitt (22) aufweist, an den sich der Übergangsabschnitt (14) mit gleichmäßiger Wandstärke anschließt, und dass eine axiale Abmessung des Kragenabschnitts (22) eine axiale Abmessung des Bunds (30) übersteigt.
  5. Hubmagnetanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (14) eine Radialnut in einer Außenfläche des Polrohrs (5) aufweist.
  6. Hubmagnetanordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge von der Radialnut zum Polkernabschnitt (12) bzw. von der Radialnut zum Rohrabschnitt (16) abgerundet sind.
  7. Hubmagnetanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radialspalt zwischen dem Bund (30) und der Einsenkung (34) so bemessen ist, dass eine Bewegung des Ankers (20) in einer dem Polkernabschnitt (12) zugeordneten Endlage fluidisch bedämpft ist.
  8. Ventilanordnung mit einem Gehäuse (3), mit einem in einer Ventilbohrung innerhalb des Gehäuses (3) beweglich geführten Ventilschieber, durch welchen ein Steuerquerschnitt einer fluidischen Verbindung verstellbar ist, und mit einer Hubmagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche zur Betätigung des Ventilschiebers vorgesehen ist.
  9. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Position des Ankers (20), bei der die Stirnfläche (28) des Ankers (20) einem polkernabschnittseitigen Ende des Übergangsabschnitts (14) gegenübersteht, und/oder dass eine zweite Position des Ankers (20), bei der eine Stirnfläche des Bunds (30) des Ankers (20) der Bodenfläche (32) des Polkernabschnitts (12) gegenübersteht, entsprechend einem erwarteten Kräfteprofil von bei einem Öffnungsvorgang auf den Ventilschieber wirkenden Strömungskräften angeordnet sind.
  10. Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Position des Ankers (20) einem nahezu vollständig geöffneten Steuerquerschnitt entspricht.
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