WO2010086058A1 - Proportionalmagnet für ein hydraulisches wegeventil und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Proportionalmagnet für ein hydraulisches wegeventil und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2010086058A1
WO2010086058A1 PCT/EP2009/066602 EP2009066602W WO2010086058A1 WO 2010086058 A1 WO2010086058 A1 WO 2010086058A1 EP 2009066602 W EP2009066602 W EP 2009066602W WO 2010086058 A1 WO2010086058 A1 WO 2010086058A1
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unit
bearing
coil
magnet
armature
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PCT/EP2009/066602
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Jens Hoppe
Stefan Konias
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Definitions

  • the invention relates to a proportional solenoid for a hydraulic directional control valve and a method for its production.
  • Such directional control valves are used, for example, in internal combustion engines for the control of hydraulic camshaft adjusters.
  • the proportional solenoid valve has a valve housing in which a piston is displaceable and which has a plurality of connections, via which a hydraulic oil can be supplied.
  • the proportional solenoid valve further comprises a solenoid part, with which can be adjusted via a plunger of the piston.
  • the plunger is mounted in an axial bore in a housing of the solenoid part, whereby it is axially displaceable.
  • DE 102 11 467 A1 shows a camshaft adjuster with an electromagnet, which is designed as a pushing proportional solenoid.
  • the proportional magnet has a magnet armature which sits firmly on an armature tappet, which is guided through a pole core and rests with a free end face on a control piston or on a fixedly connected to this part.
  • Magnetic housing and magnetic flange are screwed to a control housing cover and sealed by means of a surface sealant.
  • DE 101 53 019 A1 shows an electromagnet, which is particularly suitable as a proportional magnet for actuating a hydraulic valve.
  • the electromagnet comprises a hollow cylindrical bobbin, which is bounded by an upper pole piece and a lower pole piece.
  • the electromagnet is enclosed by a magnet housing.
  • the bobbin magnetically acts on a magnetic armature, which forwards the magnetic force via a push rod for actuating the hydraulic valve.
  • the push rod is mounted in an axial bore in the lower pole piece, whereby it is axially displaceable.
  • DE 10 2004 057 873 A1 relates to a seat valve with a line system for passing an inflowing medium.
  • the seat valve has a seat and an adjustable closing element in the piping system.
  • the adjustable closing element is actuated by means of an electromagnetic setting device.
  • the electromagnetic setting device comprises an armature housing, in which an armature is arranged adjustable in the direction of a coil axis.
  • the armature is connected to an actuating element which actuates the closing element.
  • the actuator is mounted in an axial bore in the housing of the electromagnetic actuator, whereby it is axially displaceable.
  • the electromagnetic actuator comprises an armature which is arranged axially displaceably within an armature space, and a pole core, which is arranged in a receptacle of the housing by means of a press fit and limits the armature space in a direction of movement of the armature.
  • An armature guide sleeve is provided for the axial guidance of the armature.
  • the electromagnetic actuator comprises a coil, which is preferably encapsulated with a non-magnetizable material, so that a bobbin is formed.
  • the anchor is mounted in a sliding sleeve, whereby it is axially displaceable friction.
  • JP 2005-188630 A shows a hydraulic directional valve with an electromagnetic actuator.
  • the electromagnetic actuator comprises a coil for generating a magnetic field, which acts on an axially displaceable armature.
  • the armature comprises an actuating element which actuates the hydraulic directional control valve.
  • the actuator is mounted in an axial bore in the housing of the electromagnetic actuator, whereby it is axially displaceable.
  • Fig. 1 shows a further electromagnetic actuator unit according to the prior art in a longitudinal sectional view.
  • This electromagnetic actuator is designed for the provision of a designed as a central valve hydraulic directional control valve, which is arranged radially within an inner rotor of a device for variably setting the timing of an internal combustion engine.
  • the electromagnetic actuator initially comprises a coil 01, which is electrically powered via a plug contact 02.
  • the coil 01 is disposed within a bobbin 03, which is made by overmolding the coil 01 with a plastic.
  • the magnetic field that can be generated by the coil 01 is transmitted via a soft iron circle, which consists of a yoke 04, a yoke disk 06, a pole core 07 and a housing 08, to an armature 09 mounted in an axially movable manner.
  • the magnetic field exerts a magnetic force on the magnet armature 09 via an air gap between the pole core 07 and the magnet armature 09.
  • This magnetic force is transmitted via a pressure pin 11 of the magnet armature 09 to a piston of the central valve (not shown).
  • the electromagnetic actuator unit is fastened via a flange 12 of the housing 08 to the central valve or to a housing surrounding the central valve.
  • the magnetic field which can be generated by the coil 01 does not act completely in the displacement direction of the magnet armature 09, which is caused by an eccentricity of the magnet armature 09.
  • This eccentricity is due on the one hand by a game of magnet armature 09 and the pressure pin 11 in the storage.
  • the eccentricity is a consequence of a deviation from the coaxiality between an armature bearing 13 and a pole core bearing 14. This deviation may depend on the assembly concept and on the tolerances of the components of the electromagnet. be very large magnetic actuator. Due to the eccentricity of the magnet armature 09, parts of the magnetic field which can be generated by the coil 01 act laterally on the magnet armature 09, whereby forces acting laterally on the armature 09 are produced.
  • the object of the present invention starting from the electromagnetic actuator or proportional solenoid shown in FIG. 1, is to provide an improved proportional magnet which is particularly cost-effective to produce and robust in assembly and application, whereby a simple adaptation to different requirements during manufacture. conditions with respect to magnetic force characteristics, strokes and force levels to be enabled.
  • the object is achieved by a proportional magnet having the features of claim 1 or claim 4 or by a method for producing a proportional magnet according to claim 9.
  • the proportional solenoid according to the invention is used to adjust a hydraulic directional control valve, for example, for variable adjustment of the timing of an internal combustion engine.
  • the proportional magnet initially comprises, in a known manner, a coil with which a magnetic field can be generated, furthermore an armature unit with an armature and a pressure pin.
  • the pressure pin forms an actuator of the proportional magnet.
  • the armature unit is slidably mounted in two bearings along its axis. This axis is usually formed by an axis of symmetry of the armature unit, which in a typical ideal construction of electromagnetic actuators is identical to the axis of symmetry of the armature and / or the coil.
  • the anchor acts on the pressure pin, which dictates the axial displacement movement.
  • the armature and the pressure pin execute the axial displacement movement together.
  • a soft iron circle with yoke and pole core ensures the conduction of the magnetic flux of the coil.
  • the armature is located in the magnetic field of the coil between yoke and pole core, whereby a magnetic force acts on him, which causes the displacement movement.
  • the pressure pin follows the axial displacement movement of the armature.
  • the components of the proportional magnet are divided into two or three independently producible active units, namely a coil unit and a bearing unit and a preferably integrally formed pole disk, which acts as a cover of the coil unit.
  • active units namely a coil unit and a bearing unit and a preferably integrally formed pole disk, which acts as a cover of the coil unit.
  • separately manufacturable storage unit allows a high flexibility with respect to the production of different proportional magnets, because only components of the storage unit must be changed and the coil unit can be used for all variants.
  • the coil unit is substantially cup-shaped and comprises an annular yoke disc, a coil and a magnetic jacket surrounding the coil. Furthermore, the coil unit as a housing on an encapsulation.
  • the parts of the Weicheisennikes in the coil assembly, so the Jochin and the magnetic jacket are preferably realized with simple stampings, making the production is particularly cost.
  • the encapsulation has the advantage that costly coatings of the individual components and the complex production of press fits between the stamped parts of the iron circle omitted. A flange geometry can be injected directly with the encapsulation.
  • the housing may also be manufactured as an injection molded part and the components are used for mounting therein and fixed.
  • the coil unit has a cylindrical opening into which the bearing assembly is easy to use.
  • the same coil unit can be used to produce different proportional magnets.
  • the hysteresis properties of the bearing unit can be tested before complete assembly of the proportional solenoid.
  • the bearing unit comprises a yoke with a first bearing point, a pole core with a second bearing point and an anchor unit arranged therebetween with an armature and a pressure pin.
  • the anchor unit is in the two put axially displaceable stored. A coaxial alignment of the bearings is preferably carried out by inserting the mounted bearing unit in a centering.
  • the centering sleeve is preferably glued or welded to the coil unit. An interference fit of the centering sleeve in the coil unit is also possible.
  • Fig. 1 a longitudinal sectional view of a proportional magnet according to the prior art
  • FIG. 2 shows a proportional magnet according to the invention in an exploded view and in a sectional view
  • FIG. 3 shows a coil unit of the proportional magnet shown in FIG. 2 in an exploded view and in a sectional view;
  • FIG. 4 shows a bearing unit of the proportional magnet shown in FIG. 2 in a sectional view
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a proportional magnet according to the invention in an exploded view and in a sectional view.
  • 1 shows an electromagnetic setting unit (proportional magnet) for a hydraulic directional control valve for variably setting the control times of an internal combustion engine, as is known from the prior art and has already been explained in the introduction to the description.
  • FIG. 2 shows a proportional magnet according to the invention with a coil unit 16, a bearing unit 17 and a pole disk 18.
  • An exploded view is shown in Figure a), while Figure b) is a longitudinal sectional view.
  • the proportional magnet has in principle the same structure and operation as the embodiment described in Fig. 1 according to the prior art. Therefore, like reference numerals are used for the same components.
  • the proportional magnet comprises a coil 01, a plug contact 02, a bobbin 03, a yoke 04, a yoke 06, a pole core 07, a magnetic housing for conducting the magnetic flux, a magnet armature 09 and a pressure pin eleventh
  • the functional relationship of said components is similar to the functional relationship of the components of the electromagnetic actuator shown in Fig. 1 according to the prior art.
  • the armature 09 and push pin 11 form an anchor unit.
  • the magnet armature 09 has a central bore 19, through which the pressure pin 11 is passed.
  • the pressure pin 11 is in a first bearing 21, which is located in the yoke 04 and in a second bearing 22, which is provided in the pole core 07, stored.
  • the armature unit can also be made in one piece or as shown in FIG. 1 in modifications.
  • the bearings 21, 22 are preferably designed as plain bearings. A centering of the components takes place during assembly by a centering sleeve 24, which is made of a non-magnetizable material.
  • the magnet housing is formed by the pole disk 18 and a magnetic jacket 23.
  • the proportional magnet is mounted by inserting the bearing unit 17 into a cylindrical opening 26 of the coil unit 16.
  • the bearing unit 17 may be glued or welded in the opening 26 or have a press fit. This advantageously results in a seal to the oil chamber.
  • the pole plate 18 is placed, thereby come noses 27 of the pole plate 18 and lugs 28 of the coil unit 16 against rotation against each other to the plant.
  • the magnetic circuit via Polkern 07, Polin 18, magnetic sheath 23, yoke 06 and yoke 04 is closed.
  • a fixation can be done by gluing, welding, soldering or interference fit.
  • Fig. 3 shows the coil unit 16 in Figure a) in an exploded view and in Figure b) in a longitudinal sectional view.
  • the coil 01 is wound on the bobbin 03.
  • the cylindrical magnet jacket 23 is pushed over the coil 01 and the yoke disc 06 covers after assembly one of the bases of the magnetic jacket 23 in an annular portion.
  • the coil unit 16 is encapsulated, so that a Gesimouseumsprit- tion 29 is formed.
  • the housing injection 29 also has a fastening flange 31.
  • the bearing unit 17 can be used.
  • Fig. 4 shows the bearing unit 17 in a longitudinal sectional view.
  • the first bearing 21 is designed as a plain bearing in a yoke formed in the yoke 04 32, in which the pressure pin 11 is mounted at one end.
  • the pressure pin 11 is loaded with its other end in the second bearing point 22, which is provided in the pole core 07.
  • the centering sleeve 24 ensures during assembly of the bearing unit 17 for a coaxial alignment of the bearings 21, 22 with the pressure pin 11.
  • the armature 09 has the central bore 19, through which the pressure pin 11 is passed.
  • FIG. 5 shows a further proportional magnet according to the invention with a coil unit 16 and a bearing unit 17.
  • An exploded view is shown in FIG. A), while FIG. B) is a longitudinal sectional illustration.
  • the proportional magnet has in principle the same structure and the func- onweise, as the embodiment described in Figure 1. Therefore, like reference numerals are used for the same components.
  • the proportional magnet comprises the coil 01, the plug contact 02, the bobbin 03, the yoke 04, the yoke 06, the pole core 07, the magnetic housing for guiding the magnetic flux, the armature 09 and a pressure pin 11.
  • the functional relationship of the above Components are similar to the functional relationship of the components of the electromagnetic actuator shown in Fig.2.
  • the magnet armature 09 and the pressure pin 11 form an armature unit.
  • the magnet armature 09 has a central bore 19, through which the pressure pin 11 is passed.
  • the pressure pin 11 is in the first bearing 21, which is located in the yoke 04, and in the second bearing 22, which is provided in the pole core 07, stored.
  • the armature unit can also be designed in one piece or as shown in FIG. 1 in modifications.
  • the bearings 21, 22 are preferably designed as plain bearings.
  • a centering of the components takes place during assembly by the centering sleeve 24, which is made of a non-magnetizable material.
  • the centering sleeve 24 may be glued or welded to the yoke 04 and the pole core 07.
  • the magnet housing which is formed in the embodiment shown in FIG. 2 of magnetic sheath and pole disc, is completely integrated into the coil unit.
  • the magnet housing is formed from a cup-shaped, magnetic sleeve 33 open at the top.
  • the magnetic jacket 33 has at its bottom an opening 34 which has the same size as the opening 26.
  • the bearing unit is modified such that the pole core 07 has an edge 36 which is located on the end face of the bearing unit and extends in the radial direction, whereby the opening 34 in the magnetic jacket 33 of Winding unit 16 is completely closed during assembly of the proportional solenoid.
  • the proportional magnet is mounted by inserting the bearing unit 17 into the cylindrical opening 26.
  • the bearing unit 17 may be adhesively bonded or welded in the opening 26 of the winding unit 16 or have a press fit between the yoke disk 06 and the yoke 04. This advantageously takes place a seal to the oil chamber.
  • the edge 36 on the end face of the pole core 07 the opening 34 in the magnetic jacket 33 is completely closed.
  • the magnetic circuit via Polkern 07, magnetic sheath 23, yoke 06 and yoke 04 is closed.
  • An additional safeguard of the axial fixation between the magnetic sheath 33 and pole core 07 can be done by gluing, welding, soldering or caulking.
  • a radial gap between pole core 07 and magnetic jacket 33 is necessary in order to avoid lateral forces that could occur due to coaxial errors of the individual components.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Proportionalmagneten für ein hydraulisches Wegeventil und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Proportionalmagnet umfasst eine Spuleneinheit (16) mit einer zylindrischen Spule (01), einem die Spule (01) umgebenden zylindrischen Magnetmantel (23), einer an einer Stirnfläche des Magnetmantels (23) angeordneten ringförmigen Jochscheibe (06) und einem Gehäuse. Eine separat herstellbare und prüfbare Lagereinheit (17) umfasst ein Joch (04) mit einer ersten Lagerstelle (21), einen Polkern (07) mit einer zweiten Lagerstelle (22), sowie eine Ankereinheit mit einem Magnetanker (09) und einem Druckstift (11). Die Lagerstellen (21, 22) und die Ankereinheit sind koaxial mittels einer Zentrierhülse (24) ausgerichtet. Die dritte Komponente des Proportionalmagneten ist eine Polscheibe (18). Bei der Montage des Proportionalmagneten wird die Lagereinheit (17) in eine zylindrische Öffnung (26) der Spuleneinheit (16) eingesetzt und die Polscheibe (18) als Deckel auf die Spuleneinheit (16) mit eingesetzter Lagereinheit (17) zur axialen Fixierung der Lagereinheit und zum Schließen des Magnetkreises aufgesetzt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
PROPORTIONALMAGNET FUR EIN HYDRAULISCHES WEGEVENTIL UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Proportionalmagneten für ein hydraulisches Wegeventil und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Derartige Wegeventile werden beispielsweise in Brennkraftmaschinen zur An- Steuerung von hydraulischen Nockenwellenverstellern verwendet.
Aus der DE 103 00 974 A1 ist ein Proportionalmagnetventil einer Nockenwel- lenverstelleinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Das Proportionalmagnetventil weist ein Ventilgehäuse auf, in welchem ein Kolben verschiebbar ist und welches über mehrere Anschlüsse verfügt, über die ein Hydrauliköl zuführbar ist. Das Proportionalmagnetventil umfasst weiterhin einen Elektromagnetteil, mit welchem sich über einen Stößel der Kolben verstellen lässt. Der Stößel wird in einer Axialbohrung in einem Gehäuse des Elektromagnetteiles gelagert, wodurch er axial verschiebbar ist.
Die DE 102 11 467 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Elektromagneten, der als drückender Proportionalmagnet ausgeführt ist. Der Proportionalmagnet weist einen Magnetanker auf, der fest auf einem Ankerstößel sitzt, der durch einen Polkern hindurchgeführt ist und mit einer freien Stirnfläche an einem Steuerkolben oder an einem mit diesem fest verbundenen Teil anliegt. Magnetgehäuse und Magnetflansch sind an einem Steuergehäusedeckel angeschraubt und mittels eines Flächendichtmittels abgedichtet. Die DE 101 53 019 A1 zeigt einen Elektromagneten, der insbesondere als Pro- portionalmagnet zur Betätigung eines hydraulischen Ventils geeignet ist. Der Elektromagnet umfasst einen hohlzylindrischen Spulenkörper, der von einem oberen Polschuh und einem unteren Polschuh begrenzt wird. Der Elektromagnet wird von einem Magnetgehäuse umschlossen. Der Spulenkörper wirkt magnetisch auf einen Magnetanker, der die Magnetkraft über eine Stößelstange zur Betätigung des hydraulischen Ventils weiterleitet. Die Stößelstange wird in einer Axialbohrung im unteren Polschuh gelagert, wodurch sie axial ver- schiebbar ist.
Die DE 10 2004 057 873 A1 betrifft ein Sitzventil mit einem Leitungssystem zum Hindurchleiten eines zufließenden Mediums. Das Sitzventil weist einen Sitz und ein verstellbares Schließelement im Leitungssystem auf. Das verstell- bare Schließelement wird mithilfe einer elektromagnetischen Stelleinrichtung betätigt. Die elektromagnetische Stelleinrichtung umfasst ein Ankergehäuse, in welchem ein Anker in Richtung einer Spulenachse verstellbar angeordnet ist. Der Anker ist mit einem Stellelement verbunden, welches das Schließelement betätigt. Das Stellelement wird in einer axialen Bohrung im Gehäuse der elek- tromagnetischen Stelleinrichtung gelagert, wodurch es axial verschiebbar ist.
Die DE 10 2005 048 732 A1 betrifft eine elektromagnetische Stelleinheit eines hydraulischen Wegeventils. Die elektromagnetische Stelleinheit umfasst einen Anker, der innerhalb eines Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist, und einen Polkern, der in einer Aufnahme des Gehäuses mittels einer Presspassung angeordnet ist und den Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt. Eine Ankerführungshülse ist zur axialen Führung des Ankers vorgesehen. Weiterhin umfasst die elektromagnetische Stelleinheit eine Spule, die bevorzugt mit einem nicht magnetisierbaren Material umspritzt ist, sodass ein Spulenkörper ausgebildet ist. Der Anker wird in einer Gleithülse gelagert, wodurch er reibungsarm axial verschiebbar ist. Die JP 2005-188630 A zeigt ein hydraulisches Wegeventil mit einer elektromagnetischen Stelleinheit. Die elektromagnetische Stelleinheit umfasst eine Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, welches auf einen axial verschiebbaren Anker einwirkt. Der Anker umfasst ein Stellelement, welches das hydraulische Wegeventil betätigt. Das Stellelement wird in einer axialen Bohrung im Gehäuse der elektromagnetischen Stelleinrichtung gelagert, wodurch es axial verschiebbar ist.
Fig. 1 zeigt eine weitere elektromagnetische Stelleinheit gemäß dem Stand der Technik in einer Längsschnittsdarstellung. Diese elektromagnetische Stelleinheit ist für das Stellen eines als Zentralventil ausgebildeten hydraulischen Wegeventils ausgeführt, welches radial innerhalb eines Innenrotors einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die elektromagnetische Stelleinheit umfasst zunächst eine Spule 01 , die über einen Steckkontakt 02 elektrisch gespeist wird. Die Spule 01 ist innerhalb eines Spulenkörpers 03 angeordnet, der durch ein Umspritzen der Spule 01 mit einem Kunststoff gefertigt wird. Das mit der Spule 01 erzeugbare magnetische Feld wird über einen Weicheisenkreis, der aus einem Joch 04, einer Jochscheibe 06, einem Polkern 07 und einem Gehäuse 08 besteht, auf einen axial beweglich gelagerten Magnetanker 09 übertragen. Das magnetische Feld übt über einen Luftspalt zwischen dem Polkern 07 und dem Magnetanker 09 eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 09 aus. Diese magnetische Kraft wird über einen Druckstift 11 des Magnetankers 09 auf einen Kolben des Zentralventils (nicht gezeigt) übertragen. Die elektromagnetische Stellein- heit wird über einen Flansch 12 des Gehäuses 08 am Zentralventil oder an einem das Zentralventil umgebenden Gehäuse befestigt. Das mit der Spule 01 erzeugbare magnetische Feld wirkt nicht vollständig in die Verschieberichtung des Magnetankers 09, was durch eine Exzentrizität des Magnetankers 09 bedingt ist. Diese Exzentrizität ist zum einen durch ein Spiel des Magnetankers 09 und des Druckstiftes 11 in deren Lagerung bedingt. Zum anderen ist die Exzentrizität eine Folge einer Abweichung von der Koaxialität zwischen einem Ankerlager 13 und einem Polkernlager 14. Diese Abweichung kann abhängig vom Montagekonzept und von den Toleranzen der Komponenten der elektro- magnetischen Stelleinheit recht groß sein. Aufgrund der Exzentrizität des Magnetankers 09 wirken Teile des mit der Spule 01 erzeugbaren magnetischen Feldes seitlich auf den Magnetanker 09, wodurch seitlich auf den Magnetanker 09 einwirkende Kräfte erzeugt werden. Diese seitlich wirkenden Kräfte sind proportional zur Exzentrizität des Magnetankers 09 oder sogar proportional zum Quadrat der Exzentrizität des Magnetankers 09. Die aus der Abweichung der Koaxialität zwischen dem Ankerlager 13 und dem Polkernlager 14 resultierenden Fluchtungsfehler führen zu einem Verkippen des Magnetankers 09 in dessen Ankerlager 13. Infolge dieser Verkippung gleitet der Druckstift 11 nicht mehr auf der gesamten Lagerfläche des Polkernlagers 14, insbesondere kann es dazu kommen, dass der Druckstift 11 lediglich auf den Kanten des Polkernlagers 14 gelagert wird. Dies führt zu einer eingeschränkten Funktion der elektromagnetischen Stelleinheit und zu einem erhöhten Verschleiß des Druckstiftes 11 und des Polkernlagers 14. Im Weiteren führt der erhöhte Verschleiß zu einer zunehmenden Exzentrizität des Magnetankers 09, wodurch sich die seitlich auf den Magnetanker 09 einwirkenden Kräfte nochmals erhöhen. In der Folge zeigt der Verschleiß einen progressiven Verlauf. Schließlich kommt es zum Ausfall der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine, insbesondere dadurch, dass die Einstellungen der Steu- erzeiten der Brennkraftmaschine nicht mehr innerhalb der dafür zulässigen Verstellzeiten erfolgen kann.
Für die Herstellung der bekannten Proportionalmagneten sind neue Spritzguss- Werkzeuge immer dann erforderlich, wenn Variationen in Magnetcharakteristik oder Hub gewünscht sind oder wenn andere Eigenschaften auf Kundenwunsch geändert werden sollen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten elektromagnetischen Stelleinheit bzw. Proportionalmagnet darin, einen verbesserten Proportionalmagneten bereitzustellen, der besonders kostengünstig herstellbar und robust bei Montage und Anwendung ist, wobei während der Herstellung eine einfache Anpassung an unterschiedliche Forderun- gen bezüglich Magnetkraftcharakteristiken, Hüben und Kraftniveaus ermöglicht werden soll.
Die Aufgabe wird durch einen Proportionalmagneten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 4 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Proportionalmagneten gemäß Anspruch 9 gelöst.
Der erfindungsgemäße Proportionalmagnet dient der Verstellung eines hydraulischen Wegeventils, beispielsweise zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine.
Der Proportionalmagnet umfasst zunächst in bekannter Weise eine Spule, mit welcher ein magnetisches Feld erzeugt werden kann, weiterhin eine Ankereinheit mit einem Anker und einem Druckstift. Der Druckstift bildet einen Aktuator des Proportionalmagneten. Mit Hilfe des Druckstiftes kann auf das hydraulische Wegeventil eingewirkt werden, um dieses zu verstellen. Hierfür ist die Ankereinheit entlang ihrer Achse verschiebbar in zwei Lagerstellen gelagert. Diese Achse ist üblicherweise durch eine Symmetrieachse der Ankereinheit gebildet, die bei einer typischen idealen Konstruktion von elektromagnetischen Stelleinheiten mit der Symmetrieachse des Ankers und/oder der Spule identisch ist. Um den Druckstift axial zu verschieben, wirkt der Anker auf den Druckstift ein, welcher die axiale Verschiebebewegung vorgibt. Der Anker und der Druckstift führen die axiale Verschiebebewegung gemeinsam aus. Ein Weicheisenkreis mit Joch und Polkern sorgt für die Leitung des magnetischen Flusses der Spule. Der Anker befindet sich im magnetischen Feld der Spule zwischen Joch und Polkern, wodurch eine Magnetkraft auf ihn einwirkt, welche die Verschiebebewegung verursacht. Der Druckstift folgt der axialen Verschiebebewegung des Ankers.
Erfindungsgemäß sind die Komponenten des Proportionalmagneten aufgeteilt in zwei bzw. drei voneinander unabhängig herstellbare Wirkeinheiten, nämlich eine Spuleneinheit und eine Lagereinheit sowie eine vorzugsweise einteilig gebildete Polscheibe, die als Deckel der Spuleneinheit fungiert. Bei der Monta- ge des Proportionalmagnets wird einfach die Lagereinheit in die Spuleneinheit eingesetzt und durch die Polscheibe axial fixiert. Dadurch wird vorteilhafterweise eine kurze Toleranzkette bezüglich der geforderten Koaxialität der Ankereinheit mit den Lagerstellen erreicht.
Außerdem ermöglich die separat herstellbare Lagereinheit eine hohe Flexibilität bezüglich der Produktion unterschiedlicher Proportionalmagneten, weil lediglich Komponenten der Lagereinheit geändert werden müssen und die Spuleneinheit für alle Varianten verwendet werden kann.
Die Spuleneinheit ist im Wesentlichen topfförmig und umfasst eine ringförmige Jochscheibe, eine Spule und einen die Spule umgebenden Magnetmantel. Weiterhin weist die Spuleneinheit als Gehäuse eine Umspritzung auf. Die Teile des Weicheisenkreises in der Spulenbaugruppe, also die Jochscheibe und der Magnetmantel werden vorzugsweise mit einfachen Stanzteilen realisiert, wodurch die Herstellung besonders kostengünstig wird. Die Umspritzung hat den Vorteil, dass aufwändige Beschichtungen der einzelnen Komponenten und die aufwändige Herstellung von Presssitzen zwischen den Stanzteilen des Eisenkreises entfallen. Eine Flanschgeometrie kann bei der Umspritzung direkt mit angespritzt werden.
In einer anderen Variante kann das Gehäuse auch als Spritzgussteil hergestellt sein und die Komponenten werden zu Montage darin eingesetzt und fixiert.
Die Spuleneinheit weist eine zylindrische Öffnung auf, in welche die Lagerbaugruppe einfach einsetzbar ist. Vorteilhafterweise kann die gleiche Spuleneinheit zur Herstellung verschiedener Proportionalmagneten verwendet werden. Außerdem können die Hystereseeigenschaften der Lagereinheit vor der Komplettmontage des Proportionalmagneten geprüft werden.
Die Lagereinheit umfasst ein Joch mit einer ersten Lagerstelle, einen Polkern mit einer zweiten Lagerstelle und eine dazwischen angeordnete Ankereinheit mit einem Anker und einem Druckstift. Die Ankereinheit ist in den beiden La- gerstellen axial verschiebbar gelagert. Eine koaxiale Ausrichtung der Lagerstellen erfolgt vorzugsweise durch das Einsetzen der montierten Lagereinheit in eine Zentrierhülse.
Vorteilhafterweise wird durch das Einsetzen der Lagereinheit in die Spuleneinheit über die Zentrierhülse der Ölraum abgedichtet. Dadurch kann auf eine separat erforderliche Dichtung verzichtet werden. Die Zentrierhülse wird vorzugsweise mit der Spuleneinheit verklebt oder verschweißt. Ein Presssitz der Zentrierhülse in der Spuleneinheit ist ebenso möglich.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine Längsschnittdarstellung eines Proportionalmagneten nach dem Stand der Technik;
Fig. 2: einen erfindungsgemäßen Proportionalmagneten in einer Explosionsdarstellung und in einer Schnittansicht;
Fig. 3: eine Spuleneinheit des in Fig. 2 dargestellten Proportionalmagneten in einer Explosionsdarstellung und in einer Schnittansicht;
Fig. 4: eine Lagereinheit des in Fig. 2 dargestellten Proportionalmagneten in einer Schnittansicht;
Fig. 5: eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Proportionalmagneten in einer Explosionsdarstellung und in einer Schnittansicht. Fig. 1 zeigt eine elektromagnetische Stelleinheit (Proportionalmagnet) für ein hydraulisches Wegeventil zur variablen Einstellung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und be- reits in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Proportionalmagneten mit einer Spuleneinheit 16, einer Lagereinheit 17 und einer Polscheibe 18. Dabei ist in Abbildung a) eine Explosionsdarstellung gezeigt, während Abb. b) eine Längs- Schnittdarstellung ist. Der Proportionalmagnet besitzt prinzipiell den gleichen Aufbau und die Funktionsweise, wie die in Fig. 1 beschriebene Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik. Deshalb werden für die gleichen Komponenten gleiche Bezugsziffern verwendet.
Der Proportionalmagnet umfasst eine Spule 01 , einen Steckkontakt 02, einen Spulenkörper 03, ein Joch 04, eine Jochscheibe 06, einen Polkern 07, ein Magnetgehäuse zur Leitung des magnetischen Flusses, einen Magnetanker 09 und einen Druckstift 11 . Der funktionelle Zusammenhang der genannten Komponenten gleicht dem funktionellen Zusammenhang der Komponenten der in Fig. 1 gezeigten elektromagnetischen Stelleinheit gemäß dem Stand der Technik.
Der Magnetanker 09 und Druckstift 11 bilden eine Ankereinheit. Der Magnetanker 09 weist eine Zentralbohrung 19 auf, durch die der Druckstift 11 hindurchgeführt ist. Der Druckstift 11 ist in einer ersten Lagerstelle 21 , welche sich im Joch 04 befindet und in einer zweiten Lagerstelle 22, welche im Polkern 07 vorgesehen ist, gelagert. Die Ankereinheit kann in Abwandlungen auch einstückig oder wie in Fig. 1 dargestellt, ausgeführt sein. Die Lagerstellen 21 , 22 sind vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt. Eine Zentrierung der Kom- ponenten erfolgt bei der Montage durch eine Zentrierhülse 24, welche aus einem nichtmagnetisierbaren Material gefertigt ist. Das Magnetgehäuse wird durch die Polscheibe 18 und einen Magnetmantel 23 gebildet.
Der Proportionalmagnet wird montiert, indem die Lagereinheit 17 in eine zylind- rische Öffnung 26 der Spuleneinheit 16 eingeschoben wird. Die Lagereinheit 17 kann in der Öffnung 26 verklebt oder verschweißt sein oder einen Presssitz aufweisen. Dadurch erfolgt vorteilhafterweise eine Abdichtung zum Ölraum. Anschließend wird die Polscheibe 18 aufgesetzt, dabei kommen Nasen 27 der Polscheibe 18 und Nasen 28 der Spuleneinheit 16 verdrehsicher aneinander zur Anlage. Dabei wird auch der Magnetkreis über Polkern 07, Polscheibe 18, Magnetmantel 23, Jochscheibe 06 und Joch 04 geschlossen. Eine Fixierung kann durch Kleben, Schweißen, Löten oder einen Presssitz erfolgen. Fig. 3 zeigt die Spuleneinheit 16 in Abbildung a) in einer Explosionsdarstellung und in Abbildung b) in einer Längsschnittdarstellung. Die Spule 01 ist auf den Spulenkörper 03 gewickelt. Der zylindrische Magnetmantel 23 wird über die Spule 01 geschoben und die Jochscheibe 06 bedeckt nach der Montage eine der Grundflächen des Magnetmantels 23 in einem ringförmigen Abschnitt. Anschließend wird die Spuleneinheit 16 umspritzt, so dass eine Gehäuseumsprit- zung 29 gebildet wird. Die Gehäuseumspritzung 29 weist auch einen Befesti- gungsflansch 31 auf. In die Öffnung 26 ist die Lagereinheit 17 einsetzbar.
Fig. 4 zeigt die Lagereinheit 17 in einer Längsschnittdarstellung. Die erste Lagerstelle 21 ist als Gleitlager in einer im Joch 04 geformten Jochbuchse 32 gestaltet, in welcher der Druckstift 11 an seinem einen Ende gelagert ist. Der Druckstift 11 ist mit seinem anderen Ende in der zweiten Lagerstelle 22 gela- gert, welche im Polkern 07 vorgesehen ist. Die Zentrierhülse 24 sorgt bei der Montage der Lagereinheit 17 für eine koaxiale Ausrichtung der Lagerstellen 21 , 22 mit dem Druckstift 11. Der Magnetanker 09 besitzt die Zentralbohrung 19, durch welche der Druckstift 11 hindurchgeführt ist.
Fig. 5 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Proportionalmagneten mit einer Spuleneinheit 16 und einer Lagereinheit 17. Dabei ist in Abbildung a) eine Explosionsdarstellung gezeigt, während Abb. b) eine Längsschnittdarstellung ist. Der Proportionalmagnet besitzt prinzipiell den gleichen Aufbau und die Funkti- onsweise, wie die in Fig.1 beschriebene Ausführungsform. Deshalb werden für die gleichen Komponenten gleiche Bezugsziffern verwendet. Der Proportionalmagnet umfasst die Spule 01 , den Steckkontakt 02, den Spulenkörper 03, das Joch 04, die Jochscheibe 06, den Polkern 07, das Magnet- gehäuse zur Leitung des magnetischen Flusses, den Magnetanker 09 und einen Druckstift 11. Der funktionelle Zusammenhang der genannten Komponenten gleicht dem funktionellen Zusammenhang der Komponenten der in Fig.2 gezeigten elektromagnetischen Stelleinheit.
Der Magnetanker 09 und der Druckstift 11 bilden eine Ankereinheit. Der Magnetanker 09 weist eine Zentralbohrung 19 auf, durch die der Druckstift 11 hindurchgeführt ist. Der Druckstift 11 ist in der ersten Lagerstelle 21 , welche sich im Joch 04 befindet, und in der zweiten Lagerstelle 22, welche im Polkern 07 vorgesehen ist, gelagert. Die Ankereinheit kann in Abwandlungen auch einstü- ckig oder wie in Fig. 1 dargestellt, ausgeführt sein. Die Lagerstellen 21 , 22 sind vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt. Eine Zentrierung der Komponenten erfolgt bei der Montage durch die Zentrierhülse 24, welche aus einem nicht- magnetisierbaren Material gefertigt ist. Die Zentrierhülse 24 kann mit dem Joch 04 und mit dem Polkern 07 verklebt oder verschweißt sein.
Ein wesentlicher Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist, dass das Magnetgehäuse, welches bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform aus Magnetmantel und Polscheibe gebildet ist, komplett in die Spuleneinheit integriert ist. In dem in Fig. 5 gezeigten Fall ist das Magnetgehäuse aus einem topfförmigen, oben offenen Magnetmantel 33 gebildet. Der Magnetmantel 33 weist an seinem Boden eine Öffnung 34 auf, welche die gleiche Größe, wie die Öffnung 26 hat. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass der Proportionalmagnet nur aus zwei Funktionsbaugruppen zusammengesetzt wird, was einen Montageschritt einspart.
Die Lagereinheit ist derart verändert, dass der Polkern 07 einen Rand 36 aufweist, welcher sich auf der Stirnfläche der Lagereinheit befindet und sich in radialer Richtung erstreckt, wodurch die Öffnung 34 im Magnetmantel 33 der Spuleinheit 16 bei der Montage des Proportionalmagneten vollständig geschlossen wird.
Der Proportionalmagnet wird montiert, indem die Lagereinheit 17 in die zylind- rische Öffnung 26 eingeschoben wird. Die Lagereinheit 17 kann in der Öffnung 26 der Spuleinheit 16 verklebt oder verschweißt sein oder zwischen Jochscheibe 06 und Joch 04 einen Presssitz aufweisen. Dadurch erfolgt vorteilhaft eine Abdichtung zum Ölraum. Durch den Rand 36 an der Stirnfläche des Polkerns 07 wird die Öffnung 34 im Magnetmantel 33 komplett geschlossen. Dabei wird auch der Magnetkreis über Polkern 07, Magnetmantel 23, Jochscheibe 06 und Joch 04 geschlossen. Eine zusätzliche Absicherung der axialen Fixierung zwischen Magnetmantel 33 und Polkern 07 kann durch Kleben, Schweißen, Löten oder Verstemmen erfolgen. Ein radialer Spalt zwischen Polkern 07 und Magnetmantel 33 ist notwendig, um Querkräfte zu vermeiden, die durch Koaxialfehler der einzelnen Bauteile auftreten könnten.
Bezugszeichenliste
01 Spule
02 Steckkontakt 03 Spulenkörper
04 Joch
05 -
06 Jochscheibe
07 Pol kern 08 Gehäuse
09 Magnetanker
10 -
11 Druckstift
12 Flansch 13 Ankerlager
14 Polkernlager
15 -
16 Spuleneinheit
17 Lagereinheit 18 Polscheibe
19 Zentralbohrung
20 -
21 Lagerstelle, erste
22 Lagerstelle, zweite 23 Magnetmantel
24 Zentrierhülse
25 -
26 Öffnung
27 Nase 28 Nase
29 Gehäuseumspritzung
30 -
31 Befestigungsflansch Jochbuchse Magnetmantel Öffnung - Rand

Claims

Patentansprüche
1. Proportionalmagnet für ein hydraulisches Wegeventil, folgende Wirkeinheiten umfassend: - eine Spuleneinheit (16) mit einer zylindrischen Spule (01 ), einem die Spule (01 ) umgebenden zylindrischen Magnetmantel (23), einer an einer Stirnfläche des Magnetmantels (23) angeordneten ringförmigen Jochscheibe (06) und einem Gehäuse (29); eine Lagereinheit (17), umfassend ein Joch (04) mit einer ersten Lagerstelle (21 ), einen Polkern (07) mit einer zweiten Lagerstelle
(22), eine Ankereinheit mit einem Magnetanker (09) und einem Druckstift (11 ), wobei die Lagereinheit (17) in eine zylindrische Öffnung (26) der Spuleneinheit (16) eingesetzt ist und die Lagerstellen (21 , 22) und die Ankereinheit koaxial mittels einer Zent- rierhülse (24) ausgerichtet sind; eine ringförmige Polscheibe (18), die als Deckel auf die Spuleneinheit (16) mit eingesetzter Lagereinheit (17) aufgesetzt ist.
2. Proportionalmagnet nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Jochscheibe (06), Magnetmantel (23) und Polscheibe (18) Stanzteile aus Weicheisenmaterial sind.
3. Proportionalmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (24) mit der Spuleneinheit (16) verklebt oder ver- schweißt ist.
4. Proportionalmagnet für ein hydraulisches Wegeventil, folgende Wirkeinheiten umfassend: eine Spuleneinheit (16) mit einer zylindrischen Spule (01 ), einem die Spule (01 ) umgebenden topfförmigen offenen Magnetmantel
(33), der an seinem Topfboden ein Öffnung (34) aufweist, einer an der offenen Stirnfläche des Magnetmantels (33) angeordneten ringförmigen Jochscheibe (06) und einem Gehäuse (29); eine Lagereinheit (17), umfassend ein Joch (04) mit einer ersten Lagerstelle (21 ), einen Polkern (07) mit einer zweiten Lagerstelle (22), eine Ankereinheit mit einem Magnetanker (09) und einem Druckstift (11 ), wobei die Lagereinheit (17) in eine zylindrische Öffnung (26) der Spuleneinheit (16) eingesetzt ist und die Lagerstellen (21 , 22) und die Ankereinheit koaxial mittels einer Zentrierhülse (24) ausgerichtet sind.
5. Proportionalmagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (24) mit dem Polkern (07) und dem Joch (04) verklebt oder verschweißt ist.
6. Proportionalmagnet nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (07) mit dem Magnetmandel (33) der Spuleneinheit (16) verklebt, verschweißt oder verstemmt ist.
7. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als eine Gehäuseumspritzung (29) ausgebildet ist.
8. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (17) in der Öffnung (26) der Spuleneinheit (16) verklebt, verschweißt oder durch Presssitz befestigt ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Proportionalmagneten, folgende Schritte umfassend:
Herstellen einer Spuleneinheit (16) aus einem Gehäuseteil (29), einer Jochscheibe (06), einer elektrischen Spule (01 ) und einem Magnetmantel (23); - Herstellen einer Lagereinheit (17) aus einer Ankereinheit mit einem Magnetanker (09) und einem Druckstift (11 ), einem Joch (04) und einem Polkern (07), wobei die Ankereinheit in einer ersten Lagerstelle (21 ) im Joch (04) und in einer zweiten Lagerstelle (22) im Polkern (07) gelagert ist;
Montieren des Proportionalmagneten durch Einsetzen der Lagereinheit (17) in eine zylindrische Öffnung (26) der Spulenein- heit (16) und Aufsetzen einer Polscheibe (18), wobei der Magnetkreis über den Polkern (07), die Polscheibe (18), den Magnetmantel (23), die Jochscheibe (04) und das Joch (04) geschlossen wird und eine axiale Fixierung der Lagereinheit (17) in der Spuleneinheit (16) erfolgt; Fixieren der Polscheibe (18) durch Presspassung, Klebung,
Schweißen oder Löten.
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