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Die Erfindung betrifft eine Wegsensoreinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Ventilanordnung mit einer derartigen Wegsensoreinheit.
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Eine derartige Wegsensoreinheit ist beispielsweise in der
DE 196 43 976 A1 offenbart. Diese Druckschrift zeigt einen Schaltmagneten für ein Hydroventil, wobei die Schaltposition des über den Schaltmagneten betätigten Hydroventils von einem Wegaufnehmer erfasst wird, der seitlich an ein Schaltmagnetgehäuse angesetzt ist. Bei dieser bekannten Lösung ist ein axial beweglicher Anker des Schaltmagneten mit einer Messstange verbunden, die aus dem Schaltmagnetgehäuse heraus in ein Gehäuse des Wegsensors eintaucht und über ein Druckrohr abgedichtet ist. Die Axialverschiebung der Messstange bewirkt eine Feldänderung in einer Spulenwicklung des Wegsensors, so dass aus dieser Feldänderung auf die Schaltposition des Ankers und damit des Betätigungsmagneten geschlossen werden kann. Bei derartigen Lösungen ist es wesentlich, dass die Position der Messstange mit Bezug der Spulenwicklung und mit Bezug zum Anker justiert wird, um eine exakte Messung vornehmen zu können.
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Bei der bekannten Lösung erfolgt die Justierung über eine Justiermutter, über die die auf dem Druckrohr geführte Spulenwicklung gegen die Kraft einer Justierfeder in Axialrichtung verschoben wird. Die Spulenwicklung wird dann in der gewünschten Relativposition einerseits durch die Justierfeder und andererseits durch die Justiermutter fixiert, die beispielsweise als selbstsichernde Mutter ausgeführt ist.
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Die Befestigung des Wegsensors am Schaltmagnetgehäuse erfolgt bei dieser Lösung über eine das Gehäuse der Wegsensoreinheit umgreifende Aufschubhülse, durch die ein gebördelter Endabschnitt eines Polrohrs kraftschlüssig mit einem Festlegeteil der Wegsensoreinheit verbunden wird.
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Nachteil dieser bekannten Lösung ist zum einen der relativ komplexe Aufbau und zum anderen eine vergleichsweise fehlerbehaftete Justierung, da die Einspannung zwischen der Justierfeder einerseits und der Justiermutter andererseits keine exakte Justierposition – beispielsweise bei Temperaturänderungen gewährleistet, so dass der Wegsensor zum Temperaturdriften neigen kann und somit die Gefahr einer fehlerhaften Wegerfassung besteht.
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In der
DE 35 06 053 A1 ist eine Wegsensoreinheit eines Schaltmagneten offenbart, bei der die Wegsensoreinheit ebenfalls seitlich an ein Schaltmagnetgehäuse angesetzt ist, wobei die Relativpositionierung des mit dem Anker des Schaltmagneten verbundenen Messstabs zur Spulenwicklung der Wegsensoreinheit – ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Lösung – über eine Justiermutter einstellbar ist, wobei die Festlegung in der Justierposition dann über eine Kontermutter erfolgt, die im Übergangsbereich zwischen dem Schaltmagnetgehäuse angeordnet ist. Über diese Kontermutter ist auch die Wegsensoreinheit mit dem Schaltmagneten verbunden. Eine derartige Lösung bedarf erheblicher konstruktiver Anpassungen am Schaltmagnetgehäuse, da daran das Gewinde der Kontermutter ausgebildet werden muss.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wegsensoreinheit und eine damit ausgeführte Ventilanordnung zu schaffen, bei denen die Justierung und Befestigung der Wegsensoreinheit mit geringem Aufwand ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Wegsensoreinheit durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf die Ventilanordnung durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 13 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Wegsensoreinheit ist zum Ansetzen an ein Gehäuse, vorzugsweise ein Ventil- oder Betätigungsmagnetgehäuse vorgesehen und hat eine Spule mit einem relativ dazu bewegbaren Messstab. Diese Bauelemente sind in einem Sensorgehäuse aufgenommen, das zur Justierung der Relativposition mittels einer Justiermutter in Sensorachsrichtung verschiebbar ist. Erfindungsgemäß erfolgt die Lagefixierung des Sensorgehäuses durch eine Kontermutter, die einerseits am Gehäuse abgestützt ist und andererseits das Sensorgehäuse abschnittsweise umgreift und mit diesem in Gewindeeingriff steht.
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Diese Variante erfordert vergleichsweise geringe bauliche Änderungen an dem Gehäuse, beispielsweise einem Ventilgehäuse oder einem Betätigungsmagnetgehäuse, da die Kontermutter lediglich an diesem Gehäuse abgestützt werden muss. Durch den Gewindeeingriff zwischen der Kontermutter und dem Sensorgehäuse kann letzteres auch durch Verdrehen der Kontermutter in Axialrichtung verstellt werden, so dass die Justierung und Lagefixierung äußerst einfach und exakt möglich ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Variante sind das Gehäuse und das Sensorgehäuse mittelbar oder unmittelbar über eine Verdrehsicherung miteinander verbunden, so dass eine Relativverdrehung bei einer Verstellung der Kontermutter nicht möglicht ist.
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Diese Verdrehsicherung wird beispielsweise durch eine Kerbinnenverzahnung ausgebildet, die einerseits an einen Sicherungsbund des Spulengehäuses und andererseits als Außenverzahnung an einem Nabenvorsprung des Gehäuses ausgebildet ist. Insbesondere kann die gehäuseseitige Verzahnung auf einer Hubbegrenzung des Polrohres eines Betätigungsmagnets gebildet sein. Die Verzahnung kann als Kerbverzahnung bzw. als Rändelung ausgeführt sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Kontermutter ein Innengewinde, das mit einem Außengewinde eines den Sicherungsbund umgreifenden Befestigungsflanschs in Eingriff bringbar ist.
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Um die Justierung Weiter zu vereinfachen, kann das Spulengehäuse über die Justiermutter gegen eine am Gehäuse abgestützte Feder vorgespannt werden, so dass die Justierposition auch bei gelöster Kontermutter definiert ist.
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Bei einer besonders kompakt ausgeführten Variante der Wegsensoreinheit ist der sensorseitige Befestigungsflansch auf einer Spulenbefestigungsmutter des Gehäuses geführt.
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Bei einem einfach ausgeführten Ausführungsbeispiel sind die Sensorspule und das Spulengehäuse im Spritzgießverfahren miteinander verbunden. In Weitergestaltung dieser Ausführung können auch die Stromversorgungs- und Signalanschlüsse der Spule eingespritzt werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Gehäuse ein Magnetspulengehäuse eines Betätigungsmagneten, vorzugsweise eines Schaltmagneten, wobei der Messstab von einem Anker des Betätigungsmagneten betätigt ist.
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Der Aufbau der Wegsensoreinheit ist besonders einfach, wenn der oben genannte Nabenvorsprung an einer Hubbegrenzung eines Polrohrs des Betätigungsmagneten ausgebildet ist.
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Bei einer alternativen Variante kann das Gehäuse auch ein Ventilgehäuse sein, an das die Wegsensoreinheit direkt angesetzt ist, um eine Position eines Ventilelementes zu erfassen.
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Der Aufbau der Wegsensoreinheit ist besonders einfach, wenn das Sensorgehäuse auf einem gehäuseseitig verankerten Druckrohr geführt ist, in das der Messstab eintaucht und auf das die Justiermutter aufschraubbar ist.
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Der Betätigungsmagnet kann als Schaltmagnet und/oder als Proportionalmagnet ausgeführt sein. Prinzipiell lässt sich der vorbeschriebene Aufbau auch bei anderen Sensoren anwenden.
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Die Kontermutter kann direkt am Gehäuse (Ventilgehäuse/Betätigungsmagnetgehäuse) oder an der Spulenbefestigungsmutter abgestützt sein, über die beispielsweise eine Magnetspule des Betätigungsmagneten in Axialrichtung festgelegt wird.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Baueinheit mit einem Betätigungsmagneten und einer daran angesetzten Wegsensoreinheit und
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2 eine vergrößerte Teildarstellung der Baueinheit aus 1.
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1 zeigt einen Betätigungsmagneten 1, beispielsweise einen Schaltmagneten eines Ventils zur Steuerung eines Druckmittelvolumenstroms und eine daran angesetzte Wegsensoreinheit 2 zur Erfassung einer Position eines Ventilkörpers dieses Ventils. Der Grundaufbau des Betätigungsmagneten 1 entspricht demjenigen herkömmlicher Lösungen, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente erläutert werden. Der Betätigungsmagnet 1 hat ein Polrohr 4, in dem ein Anker 6 axial verschiebbar geführt ist. Der Stellweg des Ankers 6 ist einerseits durch eine stirnseitig in das Polrohr 4 eingeschraubte Hubbegrenzung 8 und andererseits durch ein Polstück 10 des Polrohrs 4 ausgebildet. Das stirnseitige Polstück 10, ein seitlich daran angesetzter Zwischenring 12 aus nichtmagnetisierbarem Material und ein damit verschweißter Polrohrring 14 sowie die genannte Hubbegrenzung 8 begrenzen einen Ankerraum 16 für den Anker 6. Dieser ist über eine an der Hubbegrenzung 8 abgestützte Feder 18 in Richtung einer nicht dargestellten Grundposition vorgespannt, in der der Anker 6 an einem Antihaftplättchen 20 anliegt, das auf die Innenstirnfläche des Polstücks 10 aufgesetzt sind. In den hierzu benachbarten Endabschnitt des Ankers 6 ist ein Stößel 22 eingesetzt, der in Wirkverbindung mit einem Ventilkörper eines Ventils steht, an das über einen Befestigungsflansch 24 der Betätigungsmagnet 1 angesetzt ist.
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Auf das Polrohr 4 ist ein Spulengehäuse 26 aufgeschoben, das einen Spulenträger 28, eine davon gehaltene Magnetspule 30 sowie eine diese Bauelemente umgreifende Spulenhülse 32 hat. Letztere ist über eine Spulenbefestigungsmutter 34 gegen einen Stützring 36 vorgespannt, der mit dem Polstück 10 verbunden ist. Die Spulenbefestigungsmutter 34 hat ein Innengewinde 38, das mit einem Außengewinde 40 an einem radial vorspringenden Gewindeflansch 42 der Hubbegrenzung 8 in Eingriff steht. Die Bestromung der Magnetspule 30 erfolgt über am Spulengehäuse 26 ausgebildete Anschlüsse 44. Durch Stromlosschalten der Magnetspule 30 kann der Anker 6 aus seiner dargestellten Schaltposition durch die Kraft der Feder 18 nach links bewegt werden, so dass der Stößel 22 einen entsprechenden Hub durchführt, der auf den Ventilkörper des zugeordneten Ventils übertragen wird. In den vom Stößel 22 entfernten Endabschnitt des Ankers 6 ist ein Messstab 46 eingesetzt, der die Feder 18 in Axialrichtung sowie eine Durchgangsbohrung 48 der Hubbegrenzung 8 durchsetzt und in den Wegsensor 1 eintaucht. An einer Radialschulter 50 der Durchgangsbohrung 48 ist ein Druckrohr 52 mit einem Stützflansch 54 abgestützt und in diesem Bereich mittels einer Dichtung 56 abgedichtet. Die Messstange 46 taucht in eine Sacklochbohrung 58 des Druckrohrs 52 ein, wobei deren Axiallänge so gewählt ist, dass der Anker 6 und damit auch die Messstange 46 den vorbestimmten Schalthub durchführen kann.
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Anhand 2 werden weitere Details der Wegsensoreinheit erläutert. Demgemäß ist auf dem Druckrohr 52 ein Sensorgehäuse 60 der Wegsensoreinheit 2 gelagert. Das Sensorgehäuse 60 hat ein Außengehäuse 62, an das einstückig Steckanschlüsse 64 zur Kontaktierung von Signal- und Stromversorgungsanschlüssen angespritzt sind. Das Außengehäuse 62 umgreift ein Sensorspulengehäuse 66, in das eine Sensorspule 68 durch Spritzgießen eingespritzt ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Einheit aus Sensorspulengehäuse 66 und Sensorspule 68 ihrerseits im Spritzgießverfahren mit dem Außengehäuse 62 zu umspritzen, so dass das gesamte Sensorgehäuse 60 eine bauliche Einheit darstellt. Prinzipiell können die einzelnen Bauelemente (Außengehäuse 62, Anschlüsse 64, Sensorspulengehäuse 66 und Sensorspule 68) auch als gesonderte Bauelemente ausgeführt werden, die in der bekannten Weise zusammengefügt werden. Diese die vorbeschriebene spritzgießtechnisch hergestellte bauliche Einheit hat jedoch den Vorteil, dass das vormontierte Sensorgehäuse 60 mit geringem Aufwand und hoher Präzision herstellbar ist.
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Gemäß 2 hat das Sensorspulengehäuse 66 an seinem rechten Endabschnitt eine entlang des Druckrohrs 52 vorspringende Stütznabe 70, die vom Endabschnitt des Druckrohrs 52 durchsetzt ist, so dass dieses aus der Stütznabe 70 hervorsteht. Auf dem dortigen Endabschnitt des Druckrohrs 52 ist ein Außengewinde 72 ausgebildet, auf das eine Justiermutter 74 aufgeschraubt ist, die stirnseitig in Anlage mit der Stütznabe 70 steht. Durch Verstellen dieser Justiermutter 74 kann somit die Relativposition des Sensorgehäuses 60 mit der Sensorspule 68 mit Bezug zum Druckrohr 52 und damit auch zur Messstange 46 eingestellt werden.
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Das Sensorgehäuse 60 wird über eine Justierfeder 76 in Richtung auf die Justiermutter 74 vorgespannt, wobei die Justierfeder 76 an einer Stirnfläche 77 einer Radialerweiterung der Durchgangsbohrung 48 abgestützt ist. D. h. die Verstellung der Justierschraube 74 nach links in 2 erfolgt gegen die Kraft der Justierfeder 76, so dass das Sensorgehäuse 60 durch die Justiermutter 74 einerseits und die Justierfeder 76 andererseits in Abhängigkeit von der Position der Justiermutter 74 vorpositioniert ist. Das Außengehäuse 62 ist mit seinem in 2 linken Endabschnitt mit einem ringförmigen Sicherungsbund 78 ausgeführt, der den benachbarten nabenförmigen Endabschnitt der Hubbegrenzung 8 (rechts vom Gewindeflansch 42) umgreift, so dass dieser Bereich des Sensorgehäuses 60 gleitend auf der Hubbegrenzung 8 geführt ist.
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Zur Verdrehsicherung zwischen dem Polrohr 4 und dem Sensorgehäuse 60 ist der Sicherungsbund 78 mit einer Innenverzahnung 80 und der damit zusammen wirkende Außenumfang der Hubbegrenzung 8 mit einer entsprechenden Außenverzahnung 82 versehen, so dass das Spulengehäuse 60 entlang des Verzahnungseingriffs sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung sowie in Umfangsrichtung (Verdrehung) geführt ist.
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An dem betätigungsmagnetseitigen Endabschnitt des Außengehäuses 62 ist des Weiteren ein den Sicherungsbund 78 umgreifender Befestigungsflansch 84 ausgebildet, der mit einer Innenumfangsfläche 86 auf einer Umfangsstufe 88 der Spulenbefestigungsmutter 34 geführt ist. Dadurch ist der linke Endabschnitt des Sensorgehäuses 60 zum einen entlang der Verzahnung 80, 82 und andererseits entlang der Spulenbefestigungsmutter 34 geführt. Am Außenumfang des Befestigungsflansches 84 ist ein Außengewinde 89 ausgebildet, das mit einem Innengewinde 90 einer hülsenartigen Kontermutter 92 kämmt. Diese umgreift mit ihrem in 2 rechten Endabschnitt den Befestigungsflansch 84, so dass die Kontermutter 92 darauf geführt ist und liegt mit ihrer in 2 linken Stirnfläche 94 an einer benachbarten Anlagefläche 96 des Spulengehäuses 26 oder genauer gesagt der Spulenhülse 32 an. Dabei ist die Kontermutter mit einem Führungsabschnitt 91 auf dem Aussenumfang der Spulenbefestigungsmutter geführt. Am Außenumfang der Kontermutter 92 sind Längsriefen zur Verbesserung der Handhabung ausgebildet Im Anlagebereich zwischen der Spulenhülse 32, der Spulenbefestigungsmutter 34 und dem Polrohrstück 14 sowie der Spulenbefestigungsmutter 34, der Kontermutter 92 und der Spulenhülse 32 sind jeweils Dichtungen 98, 100 angeordnet. Entsprechende Dichtungen befinden sich auch – wie üblich – im Bereich zwischen dem Polrohrstück 14 und der Hubbegrenzung 8 sowie im Anlagebereich zwischen dem Befestigungsflansch 84 und der Spulenbefestigungsmutter 34.
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Zum Ansetzen oder Justieren des Spulengehäuses 60 mit Bezug zur Position des Messstabs 46 wird die Kontermutter 92 nach rechts geschraubt, so dass sie im Abstand zur Spulenhülse 32 gelangt. Anschließend wird über die Justiermutter 74 das gesamte Spulengehäuse 60 gegen die Kraft der Justierfeder 76 verschoben, wobei dieses entlang der Außenumfangsfläche des Druckrohrs 52, der Verzahnung 80, 82 sowie der Gleitführung zwischen dem Befestigungsflansch 84 und der Spulensicherungsmutter 34 geführt ist. Nach Einstellung der vorbestimmten Justierposition wird die Kontermutter 92 wieder angezogen, bis sie in Anlage an die Spulenhülse 32 gelangt und somit das Spulengehäuse 60 verspannt und kontert, so dass die eingestellte Justierposition zuverlässig fixiert ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseteile, vorzugsweise das Außengehäuse 62, die gehäuseseitigen Bereiche der Steckanschlüsse und das Sensorspulengehäuse 66 aus Kunststoff hergestellt.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich die Kontermutter 92 stirnseitig an der Spulenhülse 32 ab. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Kontermutter 92 auch mit ihrem linken, gegenüber der vorbeschriebenen Lösung verkürzten Endabschnitt in die Umfangsstufe 88 eingreifen und sich dann an der in 2 mit dem Bezugszeichen 102 bezeichneten Stützschulter abstützen.
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Offenbart sind eine Wegsensoreinheit und eine damit ausgeführte Ventilanordnung, wobei ein Sensorgehäuse der Wegsensoreinheit über eine Justiermutter und eine Kontermutter mit Bezug zu einem Gehäuse eines Betätigungsmagneten oder eines Ventils lagefixiert ist. Die Kontermutter ist auf dem Sensorgehäuse gelagert und am Gehäuse abgestützt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsmagnet
- 2
- Wegsensoreinheit
- 4
- Polrohr
- 6
- Anker
- 8
- Hubbegrenzung
- 10
- Polstück
- 12
- Zwischenring
- 14
- Polring
- 16
- Ankerraum
- 18
- Feder
- 20
- Antihaftplättchen
- 22
- Stößel
- 24
- Befestigungsflansch
- 26
- Spulengehäuse
- 28
- Spulenträger
- 30
- Magnetspule
- 32
- Spulenhülse
- 34
- Spulenbefestigungsmutter
- 36
- Stützring
- 38
- Innengewinde
- 40
- Außengewinde
- 42
- Gewindeflansch
- 44
- Anschlüsse
- 46
- Messstab
- 48
- Durchgangsbohrung
- 50
- Radialschulter
- 52
- Druckrohr
- 54
- Stützflansch
- 56
- Dichtung
- 58
- Sacklochbohrung
- 60
- Sensorgehäuse
- 62
- Außengehäuse
- 64
- Steckanschlüsse
- 66
- Sensorspulengehäuse
- 68
- Sensorspule
- 70
- Stütznabe
- 72
- Außengewinde
- 74
- Justiermutter
- 76
- Justierfeder
- 77
- Stirnfläche
- 78
- Sicherungsbund
- 80
- Verzahnung
- 82
- Verzahnung
- 84
- Befestigungsflansch
- 86
- Innenumfangsfläche
- 88
- Umfangsstufe
- 89
- Außengewinde
- 90
- Innengewinde
- 91
- Führungsabschnitt
- 92
- Kontermutter
- 94
- Stirnfläche
- 96
- Anlagefläche
- 98
- Dichtungen
- 100
- Dichtungen
- 102
- Stützschulter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19643976 A1 [0002]
- DE 3506053 A1 [0006]
