Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Hubmagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE 201 00 950 IM ist ein derartiger Hubmagnet zur Betätigung eines hydraulischen Magnetventils offenbart. Der Hubmagnet weist ein Polrohr auf, in dem ein Magnetanker verschiebbar geführt ist. Das Polrohr wird von einer Magnetspule umgriffen, die mit einem Gehäusemantel umschlossen ist. Aufgrund von Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile des Hubmagneten und Permeabilitätsschwankungen im Eisenmaterial ist es notwendig, dass die Magnetkraft nach der Herstellung des Hubmagneten einstellbar ist. Hierfür ist stirnseitig in das Polrohr eine Vertiefung eingebracht, in die ein axial verschiebbarer Kern eingeschraubt ist. Durch die Einschraubtiefe des Kerns ist die Magnetkraft des Hubmagneten veränderbar. Für die Einstellung der Einschraubtiefe des Kerns ist ein außen am Hubmagneten angreifendes Werkzeug notwendig. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass ein derartiger Hubmagnet vorrichtungstechnisch sehr aufwändig aufgebaut ist.

Die DE 10 2004035 501 A1 offenbart einen Hubmagneten, bei dem zum Verändern der Magnetkraft ein das Polrohr umgreifender und axial verschiebbarer Ring vorgesehen ist, der einen Überdeckungsbereich mit einem Gehäusemantel definiert. Die Nachteile entsprechen den vorstehend genannten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hubmagneten mit veränderlicher Magnetkraft zu schaffen, der einfach und kostengünstig aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hubmagneten mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 und mit einem Magnetventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.

Erfindungsgemäß hat ein Hubmagnet, insbesondere zur Ventilbetätigung, ein von einer Magnetspule umgriffenes Polrohr, wobei in dem Polrohr ein axial verschiebbarer Magnetanker aufgenommen ist. Zum Einstellen einer Magnetkraft ist zumindest eine auswechselbare Anpassscheibe vorgesehen, über die Magnetfeldlinien bzw. Teile des Magnetflusses zwischen Polrohr und Spule verlaufen.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine derartige Anpassscheibe mit äußerst geringem Aufwand in den Hubmagneten integrierbar und kostengünstig herstellbar ist. Somit kann zum Einstellen der Magnetkraft einfach eine entsprechende Anpassscheibe in dem Hubmagneten angeordnet werden. In der DE 195 42 642 A1 ist dagegen ein Hubmagnet gezeigt, der mit einer aus einem Ring und einem Deckel auf- gebauten Abdeckplatte verschlossen ist. Der Ring ist im Gegensatz zur Anpassscheibe der vorliegenden Erfindung im Bereich der Magnetfeldlinien zwischen Polrohr und Spule in seinen Abmessungen nicht veränderbar, da hierbei beispielsweise die Position des Deckels verschoben werden würde. Außerdem ist der Ring in den Hubmagneten eingepasst, wofür geringe Fertigungstoleranzen des Rings nötig sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anpassscheibe über eine Spulenmutter an einem die Magnetspule abschnittsweise umschließenden Gehäusemantel vorgespannt, wodurch die Anpassscheibe äußerst einfach fixierbar ist.

Um beispielsweise Anpassscheiben mit unterschiedlicher Höhe in den Hubmagneten zu integrieren, kann diese über eine an der Spulenmutter abgestützten Tellerfeder vorgespannt sein.

Zweckmäßig ist es, wenn der Gehäusemantel die Magnetspule an einer ven- tilabgewandten Stirnseite mit einem Gehäusemantelboden umgreift und die Anpassscheibe an dem Gehäusemantelboden in etwa anliegt. Der Einfluss der Anpassscheibe auf die Magnetkraft kann erhöht werden, wenn der Gehäusemantelboden eine Drosselvertiefung hat, in die die Anpassscheibe eintaucht und die Drossel Vertiefung beispielsweise zwischen 10 und 80 % der Dicke des Gehäusemantelbodens beträgt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erhöhung der

Magnetkraft ein das Polrohr umgreifender hohlzylindrischer Gehäusevorsprung am Gehäusemantelboden hin zur Magnetspule ausgebildet sein.

Der Durchmesser der Anpassscheibe kann beispielsweise in etwa 110 bis 180 % des Polrohrdurchmessers, und das Verhältnis der Scheibendicke (d) der Anpassscheibe zur Dicke (g) des Gehäusemantelbodens (30) kann in etwa zwischen 5 und 100 % betragen.

Vorteilhafterweise steigt die auf den Magnetanker wirkende Magnetkraft mit wachsender Scheibenhöhe bzw. Scheibendicke der magnetisch leitfähigen Anpassscheibe.

Vorzugsweise weist ein Magnetventil einen oder zwei derartige Hubmagneten auf.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Hubmagneten mit einer Anpassscheibe in einer stark vereinfachten Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 2 den Hubmagneten in einer Längsschnitt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; Figur 3 den Hubmagneten in einer Längsschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Figur 4 den Hubmagneten in einer Längsschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

Figur 5 eine Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 6 eine Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten gemäß dem zweiten Aus- führungsbeispiel, und

Figur 7 eine Kraft-Hub-Kennlinie des Hubmagneten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

Figur 1 zeigt einen Hubmagneten 2 mit einer Anpassscheibe 4 zur Ventilbetätigung in einer stark vereinfachten Längsschnittansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Hubmagnet 2 ist an ein in Figur 1 angedeutetes Ventilgehäuse 6 angeschlossen. Derartige Ventilgehäuse 6 haben meist einen vorgespannten Ventilkörper über den bei einer axialen Verschiebung Druckmittelverbindungen auf- oder zugesteuert werden können.

Ein Polrohr 8 des Hubmagneten ist von einer in einem Gehäusemantel 10 aufgenommenen Magnetspule 12 umgriffen. An einem dem Ventilgehäuse 6 abgewandten Ende des Polrohrs 8 ist eine in etwa zylinderförmige Spulenmutter 14 ange- schraubt, die an den Gehäusemantel 10 im verschraubten Zustand im Wesentlichen anliegt. Die Spulenmutter 14 ist in etwa hohlzylindrisch aufgebaut und über ein Gewinde 16 mit dem Polrohr 8 verschraubt. Die Spulenmutter 14 weist gehäusemantel- seitig zwei Senkungen 20, 22 auf, wobei an einer Senkungsgrundfläche 24 der Senke 20 mit dem größeren Durchmesser sich eine Tellerfeder 26 abstützt und die An- passscheibe 4 zum Gehäusemantel 10 vorspannt. Die Anpassscheibe 4 liegt dabei mit einer ersten Stirnseite 28 an einem Gehäusemantelboden 30 des Gehäusemantels 10 in etwa an. An der zweiten Stirnseite 32 der Anpassscheibe 4 greift dabei die Tellerfeder 26 an. Die Gehäusemantelboden 30 des Ventilgehäuses 6 umgreift im Wesentlichen die Magnetspule 12 bis zum Polrohr 8. Auf der dem Gehäuseboden 30 abgewandten Seite der Magnetspule 12 ist eine ringförmige Polscheibe 34 angeordnet.

Es hat sich gezeigt, dass die Magnetkraft des Hubmagneten 2 mit zunehmender Höhe der Anpassscheibe 4 steigt. Die Magnetkraft des Hubmagneten 2 ist somit über die Höhe bzw. Scheibendicke der Anpassscheibe 4 einstellbar und die Magnetkraftabweichungen von dem Hubmagneten 2 auf Grund von Fertigungstoleranzen durch unterschiedliche Anpassscheiben 4 ausgleichbar. Zur Anordnung der Anpass- scheibe 4 in den Hubmagneten 2 ist ein Öffnen bzw. Demontieren des Ventilgehäuses 6 oder ein demontieren des Polrohrs 8 bzw. ein Eingriff in den hydraulischen Kreis nicht notwendig. Es ist höchstens erforderlich die Spulenmutter 14 mit der Tellerfeder 26 zu montieren, um die Anpassscheibe 4 im Hubmagneten 2 anzuordnen oder auszutauschen. Eine genauere Darstellung des Hubmagneten 2 aus Figur 1 ist in der folgenden Figur 2 offenbart.

Figur 2 zeigt den Hubmagneten 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt. Hierbei ist unter anderem der Aufbau des Polrohrs 8 genauer dargestellt. In dem Polrohr 8 ist ein durch die Magnetkraft axial verschiebbarer in et- wa zylinderförmiger Magnetanker 36 geführt. Dieser schlägt in Richtung zum Ventilgehäuse 6 an einer nicht dargestellten Anschlagscheibe an, die zwischen einem Polkern 38 und dem Magnetanker 36 angeordnet ist. Ein dem Magnetanker 36 abschnittsweise umschließender Rohrkörper 40 ist von dem Polkern 38 durch einen antimagnetischen Konusring 42 getrennt. Der Rohrkörper 40 ist an dem den Ventil- gehäuse 6 abgewandten Endbereich mit einem Verschlussdeckel 44 geschlossen.

Die Scheibendicke d der Anpassscheibe 4 ist in der Figur 2 etwas geringer als die Dicke g des Gehäusemantelbodens 30. Mit zunehmender Scheibendicke d der Anpassscheibe 4 kann der Anstieg der Magnetkraft des Hubmagneten 2 geringer werden. Es hat sich als sinnvoll gezeigt, wenn der Außenradius a der Anpassscheibe 4 in etwa 110 bis 180 % des Polrohrradius b und das Verhältnis zwischen Scheiben- dicke d und Dicke g des Gehäusemantelbodens 30 in etwa zwischen 5 und 100 % beträgt.

In Figur 3 ist der Hubmagnet 2 in einem Längsschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel in Fi- gur 2 weist der Gehäusemantelboden 30 des Gehäusemantels 10 einen magnetische Drosselbereich 46 auf. Die Gehäusemantelboden 30 ist hierbei auf der der Anpassscheibe 4 zugewandten Seite mit einer Drosselstufe 48 radial vom Polrohr 8 her zurückgestuft. Der Außenradius der Drosselstufe 48 entspricht zumindest dem Außenradius a der Anpassscheibe 4, damit diese in die Drosselstufe 48 eintauchbar ist und beträgt in etwa 110 bis 180 % des Polrohrradius b. Durch die Drosselstufe 48 ist die Veränderung der Magnetkraft des Hubmagneten 2 aufgrund der Anpassscheibe 4 höher. Es ist denkbar eine Dicke h der Drosselstelle 48 um 50 % der ursprünglichen Dicke g, siehe Figur 2, zu reduzieren.

Figur 4 zeigt den Hubmagneten 2 in einem Längsschnitt gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel. Der Gehäusemantelboden 30 des Gehäusemantels 10 weist hierbei einen ringförmigen Gehäusevorsprung 50 auf. Dieser erstreckt sich von einer der Anpassscheibe 4 abgewandten Gehäusebodeninnenfläche 52 axial entlang des Polrohrs 8 in Richtung zum Ventilgehäuse 6. Die Innenmantelfläche 54 des Gehäu- sevorsprungs 50 ist dabei bündig mit der Innenmantelfläche 56 des Gehäusemantelbodens 30. Die Höhe i des Gehäusevorsprungs 50 entspricht in Figur 4 etwa der halben Dicke g des Gehäusemantelbodens 50 und der Außenradius j des Gehäusevorsprungs 50 liegt in etwa zwischen dem Außenradius b und a des Polrohrs 8 und der Anpassscheibe 4.

Die folgenden Figuren 5 bis 7 zeigen die Kraft-Hub-Kennlinien des Hubmagneten 2 der vorhergehenden drei Ausführungsbeispiele aus den Figuren 1 bis 4 bei einer vorgegebenen Stärke eines durch eine Spulenwicklung der Magnetspule 12 (siehe Figur 1 ) fließenden Stroms. Die Kennlinien veranschaulichen die durch unter- schiedliche Scheibenhöhe d (siehe Figur 2) der Anpassscheibe 4 veränderte magnetische Wirkung der Spulenwicklung auf den Magnetanker 36 (siehe Figur 2) und die dadurch ausgeübte Kraft, die auf einen in den Figuren nicht dargestellten Ankerstößel übertragen wird.

Die Ordinate zeigt die Kraft bzw. Verstellkraft in N und die Abszisse den Hub in mm des Ankerstößels bei Nennströmen von 40 und 100 % und unterschiedlicher Scheibendicke d = 0,25; 0,5; 1 ,0; 1 ,5 und 2,0 mm der Anpassscheibe 4 (siehe Figur 2).

Die Figur 5 bezieht sich auf den Hubmagneten 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 und 2. Bei einem Nennstrom von 100 % und 40 % ist je- weils als Referenz eine Kennlinie 60 des Hubmagneten 2 ohne Anpassscheibe 4 dargestellt. Fünf weitere Kennlinien beziehen sich auf den Hubmagneten 2 mit jeweils einer eine andere Scheibendicke d aufweisenden Anpassscheibe 4. Ohne Anpassscheibe 4 ist die Kraft an der Ordinate am geringsten. Mit steigender Scheibendicke d von 0,25 bis 2 mm steigen auch die dazugehörigen Kennlinien nach oben in dem Kennlinienfeld. Eine oberste Kennlinie 62 bezieht sich dabei, jeweils bei einem Nennstrom von 100 % und 40 %, auf eine Scheibendicke d von 2 mm. Im Vergleich beispielsweise der Kennlinien 60 und 62 zeigt sich die Veränderung der Magnetkraft des Hubmagneten 2 aufgrund der Anpassscheibe 4 sehr deutlich. So steigt die Magnetkraft bei einem Hub von etwa 2,0 mm von ca. 72 N (ohne Anpassscheibe) auf ca. 74 N (mit Anpassscheibe). Der Verlauf der Kennlinie bleibt mit einer Anpassscheibe 4 weitestgehend erhalten. Der Kraftanstieg der Magnetkraft wird mit zunehmender Scheibendicke d der Anpassscheibe 4 geringer, was in der Figur 5 dadurch ersichtlich ist, dass der Kennlinienabstand (bezüglich der Ordinate) einer Kennlinie für eine Scheibendicke d1 zu einer Kennlinie für eine Scheibendicke d2<d1 größer ist, als zu einer Kennlinie für eine Scheibendicke d3>d1.

Figur 6 zeigt die Kraft-Hub-Kennlinien des Hubmagneten 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus Figur 3. Hierbei sind die Abstände der Kennlinien zu der Kennlinie 60 bei jeweils einem Nennstrom von 100 % und 40 % größer als in Figur 5. Dies zeigt, dass mit einer Drosselstufe 48 aus Figur 3 der Einfluss der Anpassscheibe 4 auf die Magnetkraft erhöht ist. Die oberste Kennlinie 62 bezieht sich dabei wie in Figur 5 auf eine Scheibendicke von 2 mm. In Figur 7 sind die Kraft-Hub-Kennlinien des Hubmagneten 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aus Figur 4 offenbart. Im Unterschied zu den vorhergehenden Kennlinien, aus Figur 5 und 6, sind die Abstände der Kennlinien, die sich auf eine Anpassscheibe 4 (siehe Figur 4) beziehen, zu der Kennlinie 60 geringer, was den geringeren Einfluss der Scheibendicke d auf die Magnetkraft des Hubmagneten 2 widerspiegelt.

Es ist denkbar mehrere Anpassscheiben 4 in den Figuren 1 bis 4 im Hubmagneten 2 anzuordnen. So können statt einer Anpassscheibe 4 mit einer Scheibeπdicke d von 1 mm vier Anpassscheiben 4 mit einer Scheibendicke d von 0,25 mm verwendet werden.

Offenbart ist ein Hubmagnet, insbesondere zur Ventilbetätigung, mit einem von einer Magnetspule umgriffenen Polrohr. In dem Polrohr ist ein verschiebbarer Magnetanker aufgenommen. Zum Einstellen einer Magnetkraft ist zumindest eine auswechselbare Anpassscheibe vorgesehen, über die Teile des Magnetflusses zwischen Polrohr und Spule verlaufen.

Bezugszeichenliste

2 Hubmagneten

4 Anpassscheibe

6 Ventilgehäuse

8 Polrohr

10 Gehäusemantel

12 Magnetspule

14 Spulenmutter

16 Gewinde

18 Freistich

20 Senkung

22 Senkung

24 Senkungsgrundfläche

26 Tellerfeder

28 Stirnseite

30 Gehäusemantelboden

32 Stirnseite

34 Polscheibe

36 Magnetanker

38 Polkern

40 Rohrkörper

42 Konusring

44 Verschlussdeckel

46 Drosselbereich

48 Drosselstufe

50 Gehäusevorsprung

52 Gehäusebodeninnenfläche

54 Innenmantelfläche

56 Polfläche

60 Kennlinie

62 Kennlinie a Außenradius b Polrohrradius d Scheibendicke g Dicke i Höhe j Außenradius