DE102008029979A1

DE102008029979A1 - Betätigungsmagnet und Antiklebescheibe

Info

Publication number: DE102008029979A1
Application number: DE102008029979A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Beck; Matthias Kissner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: CN101614298B; CN101614298A; US20090314977A1; IT1398628B1; US8413950B2; DE102008029979B4; ITMI20091052A1

Abstract

Offenbart sind ein Betätigungsmagnet und eine Antiklebescheibe, über die ein Anhaften eines Ankers des Betätigungsmagneten an einem Polkern verhindert werden kann. Erfindungsgemäß ist die Antiklebescheibe mit zumindest einem Ölkanal ausgeführt, durch den hindurch Öl in den Anlagebereich zwischen der Antiklebescheibe und dem Anker bzw. dem Polkern geführt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungsmagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Antiklebescheibe für einen derartigen Betätigungsmagneten.
Ein gattungsgemäßer Betätigungsmagnet wird beispielsweise als Hub- oder Proportionalmagnet für Wegeventile verwendet, um deren Ventilschieber zu verstellen. Der Grundaufbau eines derartigen Betätigungsmagneten ist beispielsweise in der WO 99/62084 erläutert. Demgemäß hat ein Betätigungsmagnet ein Polrohr, in dem ein Anker axial verschiebbar geführt ist, über den der Ventilschieber mittelbar oder unmittelbar verstellbar ist. Das Polrohr ist von einer Spule umgriffen, so dass bei Bestromung der Spule der Anker aus seiner federvorgespannten Grundposition herausbewegbar ist.
Die Funktion und der Aufbau eines Polrohr ist aus dem Buch „Die Bibliothek der Technik", Band 118; Linsmeier, Klaus-Dieter; Verlag Moderne Industrie, 1995 bekannt. Demgemäß hat ein Polrohr eines Betätigungsmagneten einen stirnseitigen Polkern, das über einen Zwischenring aus nichtmagnetischem Material mit einem Rohrstück oder Joch verbunden ist. Innerhalb des Polrohrs ist ein Anker verschiebbar geführt, dessen Endhubposition (Arbeitshub) durch Anlage an eine Stirnfläche des Polkerns bzw. an einer eingelegten Antiklebescheibe bestimmt ist. Im Obergangsbereich zwischen dem Zwischenring und dem Polkern ist ein sogenannter Steuerkonus ausgebildet, der sich in Hubrichtung verbreitert. Die Geometrie dieses Steuerkonus ist so gewählt, dass die Kennlinie des Magneten im Wesentlichen linear verläuft. üblicherweise ist der Innen raum des Polrohrs mit einem hohen Druck beaufschlagt, der beispielsweise dem vom zugeordneten ventilgesteuerten Systemdruck entspricht.
Bei Stromlosschalten der Spule wird der Anker durch die Federvorspannung aus seiner Anlageposition am Polkern in Richtung seiner Grundposition verschoben. Die zwischen dem Polkern und der Stirnfläche des Ankers angeordnete Antiklebescheibe soll dabei ein Anhaften des Ankers am Polkern verhindern. Während dieser Rückbewegung des Ankers muss das im Polrohr aufgenommene Öl aus dem sich verkleinernden Teil des Ankerraums in den sich vergrößernden, von der genannten Stirnfläche des Ankers aus begrenzten Teil des Ankerraums überströmen. Die Abschaltzeit, d. h., diejenige Zeit die der Anker braucht, um sich aus seiner Hubposition in Richtung seiner Grundposition zu bewegen sollte möglichst kurz sein, so dass das Ventil ein hinreichendes Ansprechverhalten zeigt. Eine Voraussetzung für eine kurze Abschaltzeit ist, dass der vorbeschriebene Ölausgleich zwischen den Ankerräumen möglichst schnell erfolgt. Im praktischen Einsatz zeigte es sich, dass dieser Ölausgleich bei den eingangs beschriebenen Lösungen nicht mit der erforderlichen Schnelligkeit durchgeführt werden kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Betätigungsmagneten sowie eine für einen derartigen Betätigungsmagneten geeignete Antiklebescheibe zu schaffen, mit denen die Abschaltzeiten minimierbar sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Betätigungsmagneten durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Antiklebescheibe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 12 gelöst.
Erfindungsgemäß hat der Betätigungsmagnet ein Polrohr, in dem ein in Öl laufender Anker axialverschiebbar geführt ist. Der maximale Arbeitshub des Ankers ist durch Anlage einer Stirnfläche an einen Polkern begrenzt, wobei im Anlagebereich zwischen Polkern und Stirnfläche eine Antiklebescheibe angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist diese Antiklebescheibe mit zumindest einem Ölkanal ausgeführt, durch den hindurch Öl bei einer Verschiebung des Ankers weg oder zum Polkern in den Anlagebereich strö men kann, so dass die Abhebebewegung des Ankers unterstützt wird und somit der Ölausgleich während der folgenden Verschiebung des Ankers sehr schnell erfolgt. Dementsprechend können mit der erfindungsgemäßen Lösung bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand sehr kurze Abschaltzeiten erzielt werden.
Prinzipiell kann die Antiklebescheibe am Anker oder am Polkern lose anliegen. Dementsprechend wird dann der zumindest eine Ölkanal in der dem Anker zuweisenden Stirnfläche bzw. der dem Polkern zuweisenden Stirnfläche der Klebescheibe ausgeführt.
Diese Antiklebescheibe ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Dabei wird es bevorzugt, wenn diese zumindest einen Radialkanal hat, der sich entlang einer Stirnfläche von einer Innenlinienumfangskante zu einer außen liegenden Umfangskante erstreckt.
Die Herstellung der Antiklebescheibe ist besonders einfach, wenn der Radialkanal durch Prägen ausgebildet wird.
Der Ölausgleich kann besonders schnell erfolgen, wenn mehrere Ölkanäle versetzt zueinander vorgesehen sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an jeweils einer Stirnfläche der Antiklebescheibe zwei vorzugsweise koaxial verlaufende Ölkanäle ausgebildet, so dass unabhängig von der Einbaulage stets zwei Kanäle wirksam sind und somit Montagefehler zuverlässig ausgeschlossen werden können.
Prinzipiell können die Kanäle auch anstelle durch Prägen durch ein spanabhebendes Verfahren ausgebildet werden.
Bei einer weiteren Alternativlösung werden anstelle der Radialkanäle Ausklinkungen vorgesehen, die sich gleichmäßig weg von der Innenumfangskante in Richtung zur Außenumfangskante erstrecken, jedoch bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Abstand zur Außenumfangskante enden.
Die Herstellung dieser Ausklinkungen ist besonders einfach, wenn diese vorzugsweise durch Stanzen mit einem runden Scheitel gefertigt werden.
Da sich diese Ausklinkungen nicht über die gesamte radiale Breite der Antiklebescheibe erstrecken, kann zur Unterstützung des Ölausgleichs im Anlagebereich am Polkern oder am Anker ein durch eine Eindrehung oder Anfasung begrenzter Ölraum ausgebildet werden, in dem der durch die Ausklinkungen gebildete Ölkanal einmündet, so dass das Öl von radial Innen zunächst über die Ausklinkungen der Antiklebescheibe in die genannten Ölräume eintritt.
Die erfindungsgemäße Antiklebescheibe ist aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt, beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, Messing oder Kunststoff.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Halbschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Betätigungsmagneten;
2a, 2b Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels einer Antiklebescheibe des Betätigungsmagneten aus 1 und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antiklebescheibe für einen Betätigungsmagneten gemäß 1.
In 1 ist ein Teil eines Längsschnitts durch ein Polrohr 1 eines in druckdichter Bauweise ausgeführten Betätigungsmagneten dargestellt. Das Polrohr 1 besteht im Wesentlichen aus einem Polkern 2, einem Trennring 4 und einem Rohrstück 6, das mittels eines Verschlussstücks 8 verschlossen ist. Dieses ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch Umformen, genauer gesagt durch Rollen oder Crimpen mit dem Rohrstück 6 verbunden und bildet eine Hubbegrenzung für einen Anker 10, der in einem vom Polkern 2, vom Rohrstück 6 und vom Verschlussstück 8 begrenzten Ankerraum 11 mit einem Luftspalt 12 axialverschiebbar geführt ist. Am Anker 10 ist ein Stößel 14 befestigt, der den Polkern 2 in Axialrichtung durchsetzt und der unmittelbar oder mittelbar mit einem Steuerschieber eines Ventils verbunden ist, um dieses zu betätigen. Prinzipiell ist es auch möglich, den Stößel 14 als gesondertes Bauelement auszuführen, so dass der Anker 10 dann an den Stößel 14 anschlägt.
Das Polrohr 1 hat an seinem in 1 linken Endabschnitt ein Gewinde 16, mit dem es in eine Ventilbohrung eines Ventilgehäuses einschraubbar ist, so dass der Stößel 14 in Wirkverbindung mit dem Steuerschieber des Ventils gelangt. Der beim dargestellten Ausführungsbeispiel zum Ölausgleich nach außen mit einem Vierkant-Querschnitt ausgeführte Stößel 14 durchsetzt eine Durchgangsbohrung 18 des Polkerns 2, die sich einerseits im Bereich des Gewindes 16 stufenförmig erweitert und andererseits in den Ankerraum 11 einmündet. Zwischen einer Ankerstirnfläche 26 und einer axial etwas vorspringenden Ringstirnfläche 22 des Polkerns 2 ist eine Antiklebescheibe 20 vorgesehen, die ein magnetisches und hydraulisches Haften des Ankers 10 in seinem Endhubbereich verhindert und diesen zur Linearisierung der Kennlinie begrenzt.
Der links vom Anker 10 angeordnete, durch den Polkern 2 und die Ankerstirnfläche 26 begrenzte Teil des Ankerraums 11 ist über eine Durchgangsbohrung 30 mit dem in 1 rechtsgelegenen Teil des Ankerraums 11 verbunden, der durch die rückseitige Stirnfläche 32 des Ankers 10 und die benachbarte Fläche 34 des Verschlussstücks 8 begrenzt ist. In diesem ist ein Handnotbolzen 36 geführt, über den das Ventil beispielsweise bei einem Stromausfall manuell betätigbar ist. Ein radial erweiterter Kopf 38 des Handnotbolzens 36 ragt in einer Grundposition des Ankers 10 in eine Ausdrehung 40 des Ankers 10 ein.
Das Polrohr 1 ist von einer nicht dargestellten Spule umgriffen, wobei bei Bestromung dieser Spule der Anker aus seiner vorbeschriebenen Grundposition gegen die Kraft der Zentrierfederanordnung in Richtung der in 1 dargestellten Endhublage bewegbar ist.
Der Trennring 4 besteht aus einem nichtmagnetisierbaren Material, beispielsweise aus austenitischem Stahl, Messing oder Bronze. Der Polkern 2, das Rohrstück 6 und der Anker 10 bestehen dagegen aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise aus herkömmlichen Automatenstahl. Im Ankerraum 11 liegt ein vergleichsweise hoher Druck an, der von dem vom Ventil zu schaltenden Systemdruck bestimmt ist.
Hinsichtlich weiterer Details des Aufbaus eines verstellbaren Betätigungsmagneten sei im Übrigen der Einfachheit halber auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen.
Der Aufbau der Antiklebescheibe 20 wird im Folgenden anhand der 2a, 2b und 3 erläutert.
2a zeigt eine Draufsicht auf eine Antiklebescheibe 20, wie sie bei einem Betätigungsmagneten gemäß 1 einsetzbar ist. 2b zeigt die Antiklebescheibe 20 in einer Unteransicht, d. h., eine Ansicht auf die Darstellung gemäß 2a von unten her.
Die Antiklebescheibe 20 ist kreisringförmig mit einer Innen- und einer Außenumfangskante 42, 44 ausgeführt und wird durch die Innenumfangswandung des Rohrstücks 6, des Zwischenrings 4 und der Ringschulter 24 geführt.
Gemäß der Darstellung in 2 sind an der zum Betrachter weisenden Stirnfläche 46 der Antiklebescheibe 20 zwei diametral angeordnete Ölkanäle 48, 50 angeordnet. Zwei entsprechende Ölkanäle 52, 54 sind an der vom Betrachter weg weisenden rückseitigen Stirnfläche 56 ausgebildet. Die beiden letztgenannten Ölkanäle 52, 54 sind mit ihrer Achse um 90° versetzt zu den beiden erstgenannten Ölkanälen 48, 50 ange ordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Ölkanäle 48, 50, 52, 54 durch einen Prägevorgang an der Antiklebescheibe ausgebildet. Prinzipiell können diese Ölkanäle jedoch auch in herkömmlicher Weise durch Fräsen oder dergleichen ausgebildet werden.
Die wechselseitige Anordnung der Kanäle 48, 50 und 52, 54 hat den Vorteil, dass bei der Montage der Klebescheibe nicht auf die Orientierung geachtet werden muss, so dass stets zwei dieser Kanäle 48, 50; 52, 54 zum Anker 10 hin weisen.
In der Endhublage des Betätigungsmagneten liegt – wie oben erwähnt – der Anker 10 mit seiner Ankerstirnfläche 26 an der Stirnfläche 22 des Polkerns 2 an, wobei im Anlagebereich die Antiklebescheibe 20 ausgebildet ist. Bei herkömmlichen Lösungen ist die Antiklebescheibe 20 als ebene Scheibe ausgeführt, so dass in der Anlageposition praktisch kein Öl zwischen dem Anker 10 und der Antiklebescheibe bzw. dem Polkern 2 verbleibt. Es sind zwar Lösungen bekannt, bei denen Kanäle im Polkern 2 vorgesehen werden – dies erfordert jedoch einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann das Öl durch die Durchgangsbohrung 18 hindurch und den verbleibenden stirnseitigen Luftspalt 58 zwischen dem mittigen Vorsprung des Ankers 10 und der entsprechenden Ausnehmung des Polkerns 2 hin zur Antiklebescheibe 20 gelangen und von dort durch deren Ölkanäle 48, 50 (52, 54) hindurch in Pfeilrichtung radial nach außen zum umfangsseitigen Luftspalt 12 gelangen. D. h., durch diese über die Ölkanäle 48, 50; 52, 54 der Antiklebescheibe 20 ermöglichte Ölzufuhr kann ein mechanisches und hydraulisches Anhaften des Ankers 10 am Polkern 2 bzw. an der Antiklebescheibe 20 zuverlässig verhindert werden, so dass der Anker 10 bei Stromlosschalten der Spule ohne nennenswerte Verzögerung über die Zentrierfederanordnung in seine Grundposition zurückverschoben wird und dann an dem Verschlussstück 8 anliegt.
Ein Nachteil des in den 2a, 2b dargestellten Ausführungsbeispiels könnte im Prägevorgang liegen, da selbst bei sorgfältigster Ausführung nicht ausgeschlossen werden kann, dass Prägeaufwürfe entstehen, die die Anlage am Anker 10 oder am Polkern 2 beeinträchtigen.
Um diesen Nachteil auszuräumen kann eine Antiklebescheibe gemäß 3 eingesetzt werden, bei der eine ebene Anlage gewährleistet ist. Diese Antiklebescheibe 20 ist ebenfalls wieder kreisringförmig ausgeführt, wobei ausgehend von der Innenumfangskante 42 eine Vielzahl von Ausklinkungen 58 ausgebildet sind, die sich hin zur Außenumfangskante 44 erstrecken, jedoch im Radialabstand zu dieser enden. Die Scheitel 60 der Ausklinkungen 58 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel kreisbogenförmig ausgeführt, wobei der Durchmesser der lichten Breite b der Ausklinkungen 58 entspricht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Ausklinkungen 58 gleichmäßig am Umfang der Antiklebescheibe 20 verteilt. Selbstverständlich können die Ausklinkungen 58 auch in Teilung und Anzahl sowie Geometrie geändert werden.
Diese Ausklinkungen 58 bilden ebenfalls einen Teil eines Strömungspfades, entlang dem das Öl in den Anlagebereich zwischen Antiklebescheibe 20 und Anker 10 eintreten kann, so dass ein hydraulisches und mechanisches Anhaften des Ankers 10 zuverlässig verhindert werden kann. Diese Ölzufuhr zum Anlagebereich kann beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 weiter verbessert werden, wenn in dem zwischen den Scheiteln 60 und der Außenumfangskante der Antiklebescheibe 20 begrenzten Bereich durch entsprechende Ausgestaltung des Ankers 10 oder dergleichen ein Raum ausgebildet wird, in den das Öl von den Ausklinkungen 58 her eintreten kann, so dass das Öl in Radialrichtung abschnittsweise über die gesamte Breite der Antiklebescheibe 20 wirksam ist.
Offenbart sind ein Betätigungsmagnet und eine Antiklebescheibe, über die ein Anhaften eines Ankers des Betätigungsmagneten an einem Polkern verhindert werden kann. Erfindungsgemäß ist die Antiklebescheibe mit zumindest einem Ölkanal ausgeführt, durch den hindurch Öl in den Anlagebereich zwischen der Antiklebescheibe und dem Anker bzw. dem Polkern geführt werden kann.

1: Polrohr
2: Polkern
4: Trennring
6: Rohrstück
8: Verschlussstück
10: Anker
11: Ankerraum
12: Luftspalt
14: Stößel
16: Zentralgewinde
18: Durchgangsbohrung
20: Antiklebescheibe
22: Stirnfläche
26: Ankerstirnfläche
30: Durchgangsbohrung
32: rückseitige Stirnfläche
34: Fläche
36: Handnotbolzen
38: Kopf
40: Ausdrehung
42: Innenumfangskante
44: Außenumfangskante
46: Stirnfläche
48: Ölkanal
50: Ölkanal
52: Ölkanal
54: Ölkanal
56: Stirnfläche
58: Ausklinkung
60: Scheitel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 99/62084 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Die Bibliothek der Technik”, Band 118; Linsmeier, Klaus-Dieter; Verlag Moderne Industrie, 1995 [0003]

Claims

Betätigungsmagnet für ein Magnetventil, mit einem Polrohr (1), in dem ein in Öl laufender Anker (10) verschiebbar geführt ist, wobei zwischen einem Polkern (2) und einer Ankerstirnfläche (26) des Ankers (10) eine Antiklebescheibe (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antiklebescheibe (20) mit zumindest einem Ölkanal (48, 50, 52, 54; 58) ausgeführt ist, durch den hindurch Öl in einen Anlagebereich zwischen Antiklebescheibe (20) und Polkern (2) oder Ankerstirnfläche (26) einströmen kann.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 1, wobei die Antiklebescheibe (20) kreisringförmig ausgeführt ist.
Betätigungsmagnet nach einem der vorherigen Patentansprüche, wobei die Antiklebescheibe (20) zumindest einen Radialkanal (48, 50, 52, 54) hat, der sich von einer Innenumfangskante (42) zu einer Außenumfangskante (44) der Antiklebescheibe (20) erstreckt.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 3, wobei der Radialkanal (48, 50, 52, 54) durch Prägen ausgeformt ist.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei vier um jeweils 90° zueinander versetzte Ölkanäle (48, 50, 52, 54) vorgesehen sind.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 4 und 5, wobei zwei koaxiale Ölkanäle (48, 50) auf einer Stirnfläche (46) und die beiden anderen koaxialen Ölkanäle (52, 54) auf der anderen Stirnfläche (56) angeordnet sind.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Antiklebescheibe (20) zumindest eine den Ölkanal bildende Ausklinkung (58) hat.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 7, mit einer Vielzahl von sich weg von der Innenumfangskante (52) erstreckenden, gleichmäßig am Umfang verteilten Ausklinkungen (58).
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 8, wobei die Ausklinkungen (58) etwa in Radialrichtung verlaufen und im Abstand zu einer Außenumfangskante (44) der Antiklebescheibe (20) enden.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 9, wobei die Ausklinkungen (58) einen runden Scheitel (60) haben.
Betätigungsmagnet nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei im Polkern (2) oder am Anker (10) ein durch eine Eindrehung oder Anfasung begrenzter Ölraum gebildet ist, in den der Ölkanal (58) einmündet.
Antiklebescheibe mit einer Innenumfangskante (42) und einer Außenumfangskante (44), zwischen denen sich zumindest ein Ölkanal (48, 58) erstreckt.
Antiklebescheibe nach Patentanspruch 12, wobei der Ölkanal durch zumindest eine Ausklinkung (58) oder durch zumindest eine Einprägung (48, 50, 52, 54) gebildet ist.
Antiklebescheibe nach Patentanspruch 12 oder 13, wobei diese aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, Messing oder Kunststoff hergestellt ist.