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Die Erfindung betrifft ein Polrohr für einen Betätigungsmagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen mit einem derartigen Polrohr ausgeführten Betätigungsmagneten.
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Ein derartiges Polrohr bzw. ein derartiger Betätigungsmagnet sind aus dem Buch „Die Bibliothek der Technik”, Band 118; Linsmeier, Klaus-Dieter; Verlag Moderne Industrie, 1995 bekannt. Demgemäß hat ein Polrohr eines Betätigungsmagneten ein stirnseitiges Polstück, das über einen Zwischenring aus nichtmagnetischem Material mit einem Rohrstück oder Joch verbunden ist. Innerhalb des Polrohrs ist ein Anker verschiebbar gelagert, dessen Endhubposition (Arbeitshub) durch Anlage an eine Stirnfläche des Polstücks bzw. ein dort befestigtes Antiklebplättchen bestimmt ist. Im Übergangsbereich zwischen dem Zwischenring und dem Polstück ist ein so genannter Steuerkonus ausgebildet, der sich in Hubrichtung verbreitert. Die Geometrie dieses Steuerkonus ist so gewählt, dass die Kennlinie des Proportionalmagneten im Wesentlichen linear verläuft. Derartige Elektromagneten werden beispielsweise zur Betätigung von Ventilschiebern oder Kolben hydraulischer Ventile verwendet, wobei der Innenraum des Polrohrs je nach Anwendungsfall und Ansteuerung des Ventils mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt sein kann. Aufgrund des hohen Innendrucks und der daraus resultierenden hohen mechanischen Belastungen kann es zu einem Ausfall des Polrohrs kommen, wobei Beschädigungen, bspw. Rissbildungen insbesondere im Übergangsbereich vom Zwischenring zum Rohrstück auftreten können.
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Die
DE 10 2006 021 927 A1 offenbart ebenfalls das Vorsehen von nichtmagnetischen Ringabschnitten in Polrohren. Diese Ringabschnitte können als Ringe mit rechteckigem Querschnitt oder mit trapezförmigen Querschnitt ausgebildet sein.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Polrohr und einen Betätigungsmagneten zu schaffen, bei denen die Druckfestigkeit gesteigert ist.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Polrohrs durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und hinsichtlich des Betätigungsmagneten durch die Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird der besonders gefährdete Übergangsbereich vom Zwischenring zum Rohrstück nicht wie üblicher Weise mit einer durchgehenden Schrägfläche (siehe eingangs genannter Stand der Technik) sondern mit zwei zueinander angestellten Stirnflächenabschnitten ausgeführt, so dass die Abstützung zwischen diesen beiden Bauelementen in Axial- und Radialrichtung verbessert und entsprechend die Steifigkeit des Polrohrs erhöht wird, wodurch die Betriebssicherheit des Polrohrs gegenüber herkömmlichen Lösungen erheblich verbessert ist.
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Bei einer bevorzugten Lösung wird ein radial außen liegender Flächenabschnitt im Übergangsbereich des Zwischenrings zum Rohrstück schräg zur Polrohrachse angestellt. An diesen radial außen liegenden kegeligen Flächenabschnitt schließt sich dann ein radial innen liegender Zylinderabschnitt oder ein Abschnitt mit einem spitzeren Kegelwinkel an, so dass die Steifigkeit weiter optimiert ist.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn dieser Zwischenring durch Auftragsschweißen hergestellt wird.
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Die Herstellung des Zwischenrings ist besonders einfach, wenn dieser mit Bezug zu einer Radialebene symmetrisch ausgeführt ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Radialerstreckung des innen liegenden Flächenabschnitts wesentlich geringer als die Radialerstreckung des radial außen liegenden konischen Flächenabschnitts oder als die Wandstärke des Polrohrs in diesem Bereich.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen proportional verstellbaren Betätigungsmagneten eines Ventils und
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2 eine Detaildarstellung des Betätigungsmagneten aus 1.
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In 1 ist ein Teil eines Längsschnitts durch ein Polrohr 1 eines proportional verstellbaren Betätigungsmagneten in druckdichter Bauweise dargestellt. Das Polrohr 1 besteht im Wesentlichen aus einem Polstück 2, einem Zwischenring 4 und einem Rohrstück 6. Bei der dargestellten Lösung ist der Zwischenring 4 durch Auftragsschweißen hergestellt. Prinzipiell kann dieser Zwischenring 4 jedoch auch als gesondertes Bauteil vorgefertigt und dann beispielsweise durch thermisches Fügen mit dem Polstück 2 und dem Rohrstück 6 verbunden werden. Diese drei Bauelemente bilden gemeinsam einen Ankerraum 8 aus, in dem ein Anker 10 mit einem Luftspalt axial verschiebbar geführt ist. Am Anker 10 ist ein Stößel 12 befestigt, der das Polstück 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, wenn der Stößel 12 als gesondertes Bauelement ausgeführt ist, so dass der Anker 10 an den Stößel 12 anschlägt.
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Das Polrohr 2 hat an seinem in 1 rechten Endabschnitt ein Zentralgewinde 14, mit dem es in eine Ventilbohrung eines Ventilgehäuses einschraubbar ist, so dass der Stößel 12 in Wirkverbindung mit dem Steuerschieber des Ventils gelangt. Der beim dargestellten Ausführungsbeispiel zur Verdrehsicherung mit einem sechseckigen Querschnitt ausgeführte Stößel 12 durchsetzt eine Durchgangsbohrung 16 des Polstücks 2, die sich einerseits im Bereich des Zentralgewindes stufenförmig erweitert und andererseits in den Ankerraum 8 einmündet. Auf die den Ankerraum 8 nach rechts (Ansicht in 1) begrenzende Stirnfläche des Polstücks 2 ist ein Antiklebeplättchen 18 aufgesetzt, das ein magnetisches Festhaften des Ankers 10 in seinem Endhubbereich verhindert und diesen zur Linearisierung der Kennlinie begrenzt. Das Pohlrohr 2 kann auch ohne Antiklebeplättchen 18 ausgeführt sein. In diesem Fall sollte jedoch die in 2 dargestellte hohlkehlenförmige Ausdrehung im Übergangsbereich zwischen der Umfangswandung und der Stirnwandung des Ankerraums 8 vorgesehen werden.
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Der Zwischenring 4 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise aus austenitischem Stahl, Messing oder Bronze. Das Polstück 2 und das Rohrstück 6 bestehen dagegen aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise herkömmlichen Automatenstahl.
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Der Anker 10 ist mit Längsbohrungen 20 ausgeführt, so dass der Anker 10 stirnseitig druckausgeglichen ist. Im Ankerraum 8 liegt ein vergleichsweise hoher Druck an, der von dem vom Ventil zu schaltenden Systemdruck bestimmt ist.
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Hinsichtlich der Beschreibung weiterer Einzelheiten eines proportional verstellbaren Betätigungsmagneten sei der Einfachheit halber auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen.
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Der Aufbau des Zwischenrings 4 wird anhand der Detaildarstellung aus 2 erläutert. Diese zeigt das Detail Y in 1, wobei der Übersichtlichkeit halber der Anker 10 und der Stößel 12 weggelassen wurden. Aus dieser vergrößerten Darstellung erkennt man, dass an der dem Zwischenring 4 zuweisenden Ringstirnfläche des Polstücks 2 ein Steuerkonus 22 ausgebildet ist, der sich entgegen der Hubrichtung verjüngt. Dieser Steuerkonus 22 ist üblicher Weise als Kegelstumpfring ausgeführt, mit einer Kegelfläche 24 und einer sich daran anschließenden, in einer Radialebene liegenden Radialstirnfläche 26.
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Die Radialerstreckung A der Radialstimfläche 26 ist geringer als die Wandstärke S des den Ankerraum 8 begrenzenden Teil des Polrohrs 1. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis A/S weniger als 2:3.
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An diesen Steuerkonus 22 des Polstücks 2 ist der durch Auftragsschweißen ausgebildete Zwischenring 4 angesetzt, dessen Geometrie an der zum Polstück 2 weisenden Stirnfläche entsprechend der Geometrie des Steuerkonus 22 ausgebildet ist. Insofern unterscheidet sich das erfindungsgemäße Polrohr 1 nicht von dem eingangs beschriebenen Stand der Technik. Üblicherweise wird der Verbindungsbereich oder die Grenzfläche zwischen dem Zwischenring 4 und dem Rohrstück 6 – wie in 2 gestrichelt angedeutet – als Schrägfläche 28 ausgeführt, die sich durchgehend entlang der Wandung des Rohrstücks 6 erstreckt. Erfindungsgemäß wird von dieser herkömmlichen Geometrie abgewichen und der rohrstückseitige Bereich des Zwischenrings 4 mit zwei zueinander angestellten Flächenabschnitten ausgeführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die in 2 linke Stirnfläche des Zwischenrings 4 analog zur Geometrie des Steuerkonus 22 ausgeführt, so dass die beiden Stirnflächen symmetrisch zu einer Radialebene 30 des Zwischenrings 4 sind.
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Demgemäß sind die rohrstückseitige Stirnfläche des Zwischenrings 4 und die entsprechende Fläche des Rohrstücks 6 abschnittsweise als Kegelfläche 32 ausgeführt, die sich in Radialrichtung nach außen erweitert. An diese Kegelfläche 32 schließt sich radial innen liegend eine Radialstirnfläche 34 an, so dass der Zwischenring 4 einen radial innen liegenden zylindermantelförmigen Abschnitt und einen außen liegenden, sich radial nach außen erweitemden Kegelringabschnitt hat. Die benachbarte Stirnfläche des Rohrstücks 6 ist entsprechend ausgebildet. Durch diese Anbindung des Rohrstücks 6 an den Zwischenring 4 und die damit einhergehende Abstützung in Radial- und Axialrichtung wird die Steifigkeit des Polrohrs in Radial- und in Axialrichtung wesentlich verbessert, so dass ein Versagen des Polrohrs bei einer Dauerbelastung gegenüber den herkömmlichen Lösungen erst bei wesentlich höheren Innendrücken zu befürchten ist. Selbstverständlich ist die Geometrie der rohrstückseitigen Stirnfläche des Zwischenrings 4 nicht auf die symmetrische Ausgestaltung gemäß 2 beschränkt – prinzipiell können die Anstellwinkel der Flächen 32 und 34 auch anders als beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel gewählt werden. Es ist auch möglich, mehr als zwei zueinander angestellte Flächenabschnitte vorzusehen, um die Steifigkeit zu erhöhen. D. h. die rohrstückseitige Stirnfläche kann im Hinblick auf die maximale Steifigkeit und Druckbeständigkeit ausgewählt sein, während die polstückseitige Stirnfläche des Zwischenrings 4 im Hinblick auf eine Optimierung der Kraft-Hub-Kennlinie des Betätigungsmagneten ausgelegt ist.
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Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Konstruktion auch bei herkömmlichen Schalt- oder Hubmagneten eingesetzt werden.
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Offenbart sind ein Polrohr und ein Betätigungsmagnet mit einem derartigen Polrohr. Dieses hat einen Zwischenring, der einerseits entlang eines Steuerkonus mit einem Polstück und andererseits entlang einer Rückfläche mit einem Rohrstück verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die rückseitige Grenzfläche zwischen dem Zwischenring und dem Rohrstück mit zwei zueinander angestellten Stirnflächenabschnitten versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Polrohr
- 2
- Polstück
- 4
- Zwischenring
- 6
- Rohrstück
- 8
- Ankerraum
- 10
- Anker
- 12
- Stößel
- 14
- Zentralgewinde
- 16
- Durchgangsbohrung
- 18
- Antiklebeplättchen
- 20
- Durchgangsbohrung
- 22
- Steuerkonus
- 24
- Kegelfläche
- 26
- Radialstirnfläche
- 28
- Schrägfläche
- 30
- Radialebene
- 32
- Kegelfläche
- 34
- Radialstirnfläche
