Betätigungsmagnet
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Betätigungsmagnet für ein Magnetventil mit einem nichtmagnetischen Druckrohr, das mit zumindest einem Polkern verbunden ist und in dem ein Anker beweglich geführt ist.
Aus dem Dokument DE 10125811 C2 ist ein Schnellschaltventil bekannt, bei dem ein einen Ventilschieber betätigender Anker zwischen einem Joch und einem Konus gehalten wird. Ein Ringraum zwischen Konus und Joch wird radial durch einen Spulenträger mit zugeordneter Spule begrenzt, der sich in einem mit dem Konus verbunden Topf befindet. Aufgrund des zwischen Konus und Joch vorhandenen Luftspalts ist eine Abdichtung schwierig und der Zusammenbau kompliziert.
Aus der Offenlegungsschrift DE 4343879 A1 geht ein Elektromagnet für ein Hydraulikventil hervor, bei dem in einem Druckrohr ein Anker und ein Polkern vorgesehen sind. Radial außerhalb des Ankers ist entweder benachbart zur Innenwandung des Druckrohres oder zur Außenwand des Druckrohres ein Rohrstück vorgesehen, das als weiterer Polkern fungiert. Radial außerhalb des Druckrohres ist der die Spule betätigende Anker angeordnet Auch hier ist der komplizierte Zusammenbauprozess von Nachteil.
In der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2005015358 UT ist ein proportionaler Betätigungsmagnet offenbart, bei dem radial außerhalb des Ankers zwischen zwei in Längsrichtungen beabstandeten Polrohren ein Dichtring vorgesehen ist. Der Magnetanker wird außenseitig über einen Zylinderabschnitt des Dichtrings geführt und der proportionale Betätigungsmagnet entsprechend dieser Druckschrift wird durch Zuganker zusammengehalten.
Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die in Axialrichtung des Magnetankers angeordneten Polkerne beispielsweise über eine Schweißverbindung magnetisch entkoppelt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Betätigungsmagneten insbesondere für ein Vorsteuerventil, mit einem einfachen Aufbau zu schaffen, der mit geringem Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Betätigungsmagneten gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es wird ein Betätigungsmagnet für ein magnetisch betätigtes Fluidventil mit einem nicht magnetischen Druckrohr vorgesehen, das mit zumindest einem Polkern einen Innenraum umschließt, in dem ein Anker beweglich geführt ist, und auf das zumindest zwei magnetisierbare Ringhülsen mit einem dazwischen liegenden nicht magnetischen Trennring aufgesetzt sind. Somit lässt sich der Betätigungsmagnet durch das Aufstecken von Ringhülsen und Trennringen auf das Druckrohr in einfacher Weise ausbilden.
Es wird bevorzugt, wenn das Druckrohr durch Tiefziehen hergestellt ist, wodurch ein kostengünstiger Herstellungsprozess realisierbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Trennring und die Ringhülsen unmittelbar auf das Druckrohr aufgezogen, so dass eine geringe Baugröße umgesetzt werden kann.
Es wird bevorzugt, wenn der Trennring und die Ringhülsen das Druckrohr in Radialrichtung abstützen. Dadurch wird das Vorsehen des Eingangsdrucks im Druckrohr bei geringem Materialeinsatz für das Druckrohr ermöglicht. Ferner ermöglicht dieses, dass das Druckrohr mit geringer Wanddicke ausgebildet werden kann und dennoch eine mechanisch stabile Aufnahme des Ankers umgesetzt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Innendurchmesser des Trennrings und . der Ringhülsen dazu bemessen, das Druckrohr radial vorzuspannen, so dass ein entlang der Längsachse weitestgehend konstanter Innendurchmesser des Druckrohrs vorliegt, wodurch der Anker sich gleichmäßig entlang der Längsachse bewegen kann.
Durch das Druckrohr wird bevorzugt eine magnetische Trennung zwischen den Ringhülsen und dem Polkern bewirkt. Auf diese Weise ist eine günstige Kennlinie umsetzbar.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Druckrohr mit dem Polkern fluiddicht verbunden ist, so dass keine Abdichtung zwischen Ventilgehäuse und Ventilschieber nötig ist.
Die Außenkontur des Ankers entspricht vorzugsweise einem Kreiszylinder. Es bestehen somit keine Kammern zwischen Anker und Polstück, aus den Öl verdrängt werden muss.
Radial außerhalb des Trennrings ist in einer besonderen Ausgestaltung ein Spulenträger für eine den Anker auslenkende Magnetspule durch Aufstecken vorgesehen. Dadurch kann mit geringem Montageaufwand ein Zusammenbau des Betätigungsmagneten erfolgen.
Der Betätigungsmagnet kann mit einer zum Spulenträger benachbarten Polscheibe versehen sein, die zusammen mit einer becherartig geformten Außenhülse das Gehäuse des Betätigungsmagneten bildet. Dieses vereinfacht weiter das mechanische Zusammensetzen des Betätigungsmagneten.
In einer weiteren Ausführungsform weist eine der Ringhülsen einen Biegekragen auf, welcher in eine gerundete Aussparung der Polscheibe vorsteht. Dadurch können Längentoleranzen zwischen den Ringhülsen und den das besagte Gehäuse bildenden Bauteilen ausgeglichen werden. Zudem kann eine axiale Verspannung der Ringhülsen und des Trennrings erzielt werden.
Alternativ kann eine der Ringhülsen (40) an einem Endabschnitt in eine Vertiefung der Polscheibe 58 eingepresst sein. Dies bewirkt einen sicheren Halt der Ringhülse an der Polscheibe, eine Längentolerierung sowie eine statische Verspannung der Ringhülsen und des Trennrings ist ebenfalls möglich.
Die Trennfläche zwischen Trennring und Ringhülse ist bevorzugt eine zur Längsachse des Druckrohrs senkrecht ausgerichtete Ringfläche. Die Fertigung gestaltet sich besonders einfach und die so erzielte Polform ergibt in bestimmten Fällen bereits eine weitgehend lineare Kraft-Weg-Kennlinie.
Die Trennfläche zwischen Trennring und Ringhülse kann eine zur Längsachse des Druckrohrs konisch angestellte Ringfläche sein, so dass sich eine gewünschte Polform in einfacher Weise herstellen lässt.
Der Betätigungsmagnet kann als Doppelhubmagnet ausgebildet sein, wobei eine dritte magnetisierbare Ringhülse und ein weiterer diese von den anderen Ringhülsen trennender nicht magnetischer Trennring vorgesehen sind. Daher kann ohne das Vornehmen von Schweißarbeiten ein Betätigungsmagnet für eine sichere Betätigung bei geringen Herstellungskosten vorgesehen werden.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung des .erfindungsgemäßen
Betätigungsmagneten anhand eines ersten Ausführungsbeispiels und
Figur 2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Betätigungsmagneten anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels.
In der einzigen Figur ist ein Betätigungsmagnet 1 gezeigt, der ein Polrohr 2 in einem Gehäuse 4 zur Ansteuerung eines in einem Ventilgehäuse 6 angeordneten Ventilschiebers 8 aufweist. Auf das Ventilgehäuse 6 ist ein zylinderförmig ausgebildetes Druckrohr 12, das Teil des Polrohrs 2 bildet, aufgesetzt und über einen Dichtring 10 abgedichtet.
Das Druckrohr 12 ist aus nichtmagnetischen Material mit einer geringen Wanddicke ausgebildet und ist an seinem zum Ventilgehäuse 6 weisenden Endabschnitt aufgeweitet, damit das Aufbringen des Druckrohrs 12 auf das Ventilgehäuse 6 erleichtert wird. An seiner zum Endabschnitt 14 entgegengesetzt liegenden Stirnfläche ist eine Ausnehmung vorgesehen, in die ein Polkern 18, der im wesentlichen zylinderartig ausgebildet ist, eingeführt ist, so dass dieser mit der Stirnfläche 16 des Druckrohrs 12 bündig abschließen kann. Der Polkern 18 ist im Bezug auf das Druckrohr 12 über einen Dichtring abgedichtet. Die zum Ventilgehäuse 6 weisende Stirnfläche 22 des Polkerns 18 ist ringförmig mit einem Vorsprung 24 ausgebildet, wobei auf die Stirnfläche 22 eine Ringscheibe 26 mit Antiklebefunktion vorgesehen ist.
Der Anker 28 ist zwischen dem Ventilgehäuse 6 und dem Polkern 18 gleitend an der Innenfläche des Druckrohrs 12 geführt und weist eine Durchgangsausnehmung 30 mit einem abgestuften Abschnitt 32 auf, an dem eine auf dem Vorsprung 24 des Polkerns 18 aufgesetzte Feder 34 abgestützt ist, so dass durch die Feder 34 der
Anker 28 zum Ventilgehäuse 6 vorgespannt ist. Auf die zum Ventilgehäuse weisende Stirnfläche des Ankers 28 ist eine Scheibe 36 aufgesetzt, in der mittig der Ventilschieber 8 abgestützt ist. Durch die Feder 34 wird über den Anker 28 und die Scheibe 36 eine Vorspannkraft auf dem Ventilschieber 8 ausgeübt, so dass dieser sich in der Figur nach links bewegt.
Obwohl es in der Figur nicht dargestellt ist, ist der Ventilschieber 8 an seinem zur Anlagefläche mit der Scheibe 36 entgegengesetzt liegenden Endabschnitt in Bezug auf das Ventilgehäuse 6 in entgegengesetzter Richtung, d.h. in der Figur nach rechts, vorgespannt. Im Ergebnis kehrt der Anker nach einer Auslenkung wieder in seine in der Figur dargestellte Mittelstellung zurück.
Der Ventilschieber 8 ist druckausgeglichen, wobei der Systemdruck im Druckrohr, d.h. sowohl zwischen dem Ventilgehäuse 6 und dem Anker 28 als auch zwischen dem Polkern 18 und dem Anker 28, vorliegt. Da die Begrenzungsflächen zwischen der Scheibe 36 und dem Ventilgehäuse 6 sowie zwischen der Scheibe 26 und dem Anker 28 als Ebenen ausgebildet sind, greifen diese nicht ineinander, so dass ein Anhaften verhindert ist. Ferner ist dadurch auch die Betätigung des Betätigungsmagneten auch bei kalten und zähen Öl möglich. Der Durchmesser der Durchgangsausnehmung 30 im Anker ist in einer solchen Weise gewählt, dass ein sicherer Austausch von Hydraulikfluid über diese vorgenommen werden kann. Es existieren insomit keine Kammern zwischen dem Anker 28, dem Polkern 18 und dem Ventilgehäuse 6, aus denen das Hydraulikfluid mit einer großen Zeitverzögerung verdrängt werden kann.
Auf den Außenumfang des Druckrohres 12 sind in Längsrichtung des Ankers 28 beabstandet 3 Ringhülsen 44 aufgebracht, zwischen denen sich 2 Trennringe 46, 48 befinden. Die Trennringe 46, 48 sind nicht ferromagnetisch, während die Ringhülsen aus ferromagntischen Material ausgebildet sind. Der Querschnitt der Trennringe 46, 48 ist rechteckig und die in Radialrichtung verlaufenden Stirnflächen der Trennringe 46, 48 stehen mit Stirnflächen der angrenzenden Ringhülsen 40, 42, 44 in Anlage. Die zum Ventilgehäuse 6 benachbarte Ringhülse 40 weist einen Biegekragen 50 auf, der über einen Flanschabschnitt 52 am Ventilgehäuse 6 anliegt und nach innen einbiegbar ist, so dass die Ringhülse 40 am Ventilgehäuse 6 sicher gehalten werden kann. Der Biegekragen 52 nimmt ferner den Endabschnitt 14 des Druckrohrs 12 auf. Die zur Stirnfläche 16 des Druckrohrs 12 benachbarten Ringhülse 44 weist einen Flanschabschnitt 53 auf, über die die Ringhülse 44 am Gehäuse 4 abstützbar ist.
Die Ringhülsen 40, 42, 44 mit zwischengeordneten Trennringen 46 und 48 sind auf das Druckrohr 12 aufgesteckt, so dass diese das relativ schwach dimensionierte Druckrohr 12 in Radialrichtung stützen. Da das Druckrohr nichtmagnetisch ist, wird die Polform durch die Gestaltung der aneinanderliegenden Stirnflächen der Ringhülsen 40, 42, 44 und der Trennringe 46, 48 bestimmt.
Radial außerhalb der Ringhülsen 40, 42, 44 und der Trennringe 46, 48 sind Spulenträger 54, 56 vorgesehen, die durch eine mittlere Polscheibe 58', die sich in der Figur gezeigten Mittelstellung des Ankers 28 ungefähr mittig in Bezug auf den Anker 28 befindet, getrennt, während der in der Figur links angeordnete Spulenträger 54 an der linken Seite durch einen Teil des Gehäuse 4 bildende Polscheibe 58 begrenzt ist.
Die Polscheibe 58 weist eine gerundete Ringausnehmung 60 zur Aufnahme und Ausbildung des Biegekragens 50 über dem Flanschabschnitt 52 auf. An der Außenumfangsfläche der Polscheibe 58 ist eine Ringaufnahme 62 zur Aufnahme einer topfförmig ausgebildeten Außenhülse 64 auf. Die Außenhülse 64 ist dabei in die Ringaufnahme 62 unter Spannung eingebracht, so dass diese mechanisch stabil verbunden sind. Somit werden der Spulenträger 54, die Polscheibe 58', der Spulenträger 56 und der Flanschabschnitt 53 zwischen einer Bodenfläche 66 der Außenhülse 64 und der Polscheibe 58 gehalten.
Der Biegekragen 50 der Ringhülse 14 steht in die Ringausnehmung 60 der Polscheibe 58 vor. Die Ringhülsen 40, 42, 44 und die Trennringe 46, 48 sind so dimensioniert, dass diese bei auf die Polscheibe 58 aufgebrachter Außenhülse 64 miteinander in Anlage stehen und gleichzeitig das Druckrohr 12 benachbart zum Bodenabschnitt 66 der Außenhülse 64 gehalten wird. Der nach innen biegbare dünne Biegekragen 50 wird dabei zur Axialsicherung verwendet.
Das Druckrohr 12 ist bevorzugt als ein Tiefziehteil ausgebildet, so dass sich fertigungsbedingt die Materialstärke in Längsrichtung ändert. Ein konischer Innendurchmesser des Druckrohrs 12 ist jedoch nicht erwünscht. Die Konizität aufgrund der Ausbildung des Druckrohrs als Tiefziehteil kann durch eine geeignete Wahl der Innendurchmesser der Ringhülsen 40, 42, 44 und der Trennringe 46, 48 ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck werden die Trennringe und Ringhülsen auf das Druckrohr 12 aufgepresst, wobei die Presssitze so gewählt sind, dass das Druckrohr in Richtung eines Zylinders verformt wird. Im Ergebnis wird ein im Wesentlichen zylindrischer Innendurchmesser des Druckrohrs 12 erhalten, der einen stabilen Lauf des Ankers 28 ermöglicht.
Die Trennringe 46, 48 sind in Längsrichtung der Spulenträger 54, 56 in einer solchen Weise ausgebildet, dass im eingebauten Zustand die Ringhülse 40 in Längsrichtung des Betätigungsmagneten über das Ventilgehäuse 6 zum Anker hin vorsteht und dass die Ringhülse 44 über den Polkern 18 hinaus in Längsrichtung zum Anker 28 hin vorsteht. Das zwischenliegende Druckrohr 12 sorgt für eine magnetische Trennung zwischen den Ringhülsen 40, 44 und dem entsprechenden Polkern 18 bzw. dem als Polkern dienenden Abschnitt des Ventilgehäuses 6. Damit wird der Magnetfluss in eine, über den Polkern 18, bzw. den als Polkern wirkenden Teil des Ventilgehäuses 6 verlaufende innere Komponente und eine über die Ringhülsen 40, 44 verlaufende äußere Komponente getrennt. Dadurch wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Linerarisierung der Kraft-Weg-Kennlinie erzielt.
Der Magnetfluss in Bezug auf den Spulenträger 54 verläuft vom Anker 28 über die Ringhülse 42, die mittlere Polscheibe 58', die Außenhülse 64, die Polscheibe 58 und dann aufgeteilt über das Ventilgehäuse 6 und über die Ringhülse 40 mit dem zugehörigen Spalt zum Anker 28 zurück. In gleicher Weise verläuft der Magnetfluss in Bezug auf den Spulenträger 56 vom Anker 28 über die Ringhülse 42, die mittlere Polscheibe 58', die Außenhülse 64 und dann aufgeteilt über die Ringhülse 44 und den Polkern 18 zum Anker zurück.
Bei dem in der Figur gezeigten Betätigungsmagneten ist ein Doppelhubmagnet gezeigt. Bei diesem kann das Steckprinzip besonders vorteilhaft zum Einsatz gelangen. Insbesondere entfällt das Ausbilden von Schweißstellen am Polrohr.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Doppelhubmagneten begrenzt. Alternativ kann auch lediglich ein Spulenträger und zwei Ringhülsen mit zwischengeordnetem Trennring vorgesehen werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn lediglich eine Feder zum Ausüben einer Vorspannung auf den Anker vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung kommt vorzugsweise bei Vorsteuerventilen für die Hubwerksteuerung von Mobilgeräten zum Einsatz.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, das bis auf nachfolgend beschriebene Abwandlungen mit dem anhand Figur 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmt. Die Abwandlungen dienen vorwiegend einer weiteren Vereinfachung der Herstellung und Montage sowie einer Erweiterung des Einsatzbereichs.
Auf dem Ventilgehäuse 6 ist eine Polscheibe 58 mittels Presspassung aufgebracht. Die Polscheibe 58 weißt eine ringförmige innere Ausnehmung 60 sowie einen ringnutartigen Einstich 62' nahe ihres Außenumfangs auf. Auf das Ventügehäuse 6 ist ferner das Druckrohr 12 aufgezogen. Auf dem Druckrohr 12 sind in der bereits beschriebenen Weise die Ringhülsen 40, 42 und 44 und die dazwischen liegenden Trennringe 46 und 48 angeordnet. Die Ringhülse 40 besitzt einen Endabschnitt 50', der mit der Ausnehmung 60 eine Presspassung eingeht.
Radial außerhalb der Ringhülsen 40, 42 und 44 sind die Spulenträger 54, 56 und die mittlere Polscheibe 58' angeordnet. Ein die Anordnung aus Ringhülsen 40, 42 und 44, Druckrohr 12 sowie Spulenträger 54, 56 etc. umgreifende Außenhülse 64 ist in den ringnutartigen Einstich 62' eingesetzt und punktuell darin verstemmt.
Der Anker 28 besitzt die Außenkontur eines Kreiszylinders. Es gibt zwei Durchgangsbohrungen 30', die einen Durchtritt von Druckmittel erlauben.
Die Ausnehmung 60 an der Polscheibe 58 besitzt eine genügend große Tiefe, dass einen Ausgleich von Längentoleranzen der Ringhülsen 40, 42 und 44 und der Trennringe 46 und 48 gegenüber der Innenabmessung des durch die Polscheibe 58 und die Außenhülse 64 gebildeten Gehäuses erzielt wird.
Es wird ein Betätigungsmagnet für ein Magnetventil für ein nichtmagnetisches Druckrohr vorgesehen, dass mit zumindest einem Polkern verbunden ist, in dem ein Anker ausgebildet ist und auf das zumindest zwei Ringhülsen mit einem dazwischen liegenden Ring aufgesetzt sind, deren Bereich eines zwischen dem Anker und dem Polkern ausgebildeten Spaltes angeordnet ist. Dadurch lässt sich der Betätigungsmagnet über das Aufstecken von Ringhülsen und Trennringen auf das Druckrohr in einfacher Weise ausbilden.
Bezuqszeichenliste
1 Betätigungsmagnet
2 Polrohr
4 Gehäuse
6 Ventilgehäuse
8 Ventilschieber
10 Dichtring
12 Druckrohr
14 Endabschnitt
16 Stirnfläche
18 Polkern
20 Dichtring
22 Stirnfläche
24 Vorsprung
26 Ringscheibe
28 Anker
30 Durchgangsausnehmung
32 abgestufter Abschnitt
34 Feder
36 Scheibe
40 Ringhülse
42 Ringhülse
44 Ringhülse
46 Trennring
48 Trennring
50 Biegekragen
50" Endabschnitt
52 Flanschabschnitt
53 Flanschabschnitt
54 Spulenträger
56 Spulenträger
58 Polscheibe
58' Polscheibe
60 Ringausnehmung
62 Ringaufnahme
62" Einstich
64 Außenhülse
66 Boden