DE102013212157A1 - Magnetic actuating arrangement, in particular for a hydraulic valve - Google Patents

Magnetic actuating arrangement, in particular for a hydraulic valve Download PDF

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Abstract

Eine magnetische Betätigungsanordnung, insbesondere zur Betätigung eines hydraulischen Ventils besitzt ein Polrohr, eine Spule, die das Polrohr zumindest abschnittsweise umgibt, und einen in dem Polrohr beweglich entlang einer Längsachse des Polrohrs geführten Anker, wobei das Polrohr, der Anker und die Spule so angeordnet und beschaffen sind, dass sich bei Bestromung der Spule eine Kraftwirkung auf den Anker in Richtung der Längsachse ergibt. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Bereich der Außenmantelfläche des Ankers und/oder wenigstens ein Bereich einer Innenumfangsfläche des Polrohrs mit einer Gleitlackschicht versehen.A magnetic actuation arrangement, in particular for actuating a hydraulic valve, has a pole tube, a coil which surrounds the pole tube at least in sections, and an armature guided in the pole tube movably along a longitudinal axis of the pole tube, the pole tube, the armature and the coil being arranged and are such that when the coil is energized, a force is exerted on the armature in the direction of the longitudinal axis. According to the invention, at least one area of the outer circumferential surface of the armature and / or at least one area of an inner circumferential surface of the pole tube is provided with a layer of anti-friction paint.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Betätigungsanordnung insbesondere für ein hydraulisches Ventil und ein Herstellungsverfahren für eine solche magnetische Betätigungsanordnung.The invention relates to a magnetic actuator assembly, in particular for a hydraulic valve and a manufacturing method for such a magnetic actuator assembly.

Eine herkömmliche magnetische Betätigungsanordnung zur Betätigung eines hydraulischen Ventils besitzt ein Polrohr, eine Spule, die das Polrohr zumindest abschnittsweise umgibt, und einen in dem Polrohr beweglich entlang einer Längsachse des Polrohrs geführten Anker, wobei das Polrohr, der Anker und die Spule so angeordnet und beschaffen sind, dass sich bei Bestromung der Spule eine Kraftwirkung auf den Anker in Richtung der Längsachse ergibt.A conventional magnetic actuator assembly for actuating a hydraulic valve has a pole tube, a coil surrounding the pole tube at least in sections, and an armature movably guided in the pole tube along a longitudinal axis of the pole tube, wherein the pole tube, the armature and the coil arranged and procured are that when energizing the coil results in a force on the armature in the direction of the longitudinal axis.

Derartige magnetische Betätigungsanordnungen sind aus der Patentliteratur bekannt. Beispielhaft sei auf die DE 10 2006 014 020 A1 verwiesen.Such magnetic actuator assemblies are known from the patent literature. Exemplary is on the DE 10 2006 014 020 A1 directed.

Oft wird in solchen Betätigungsanordnungen oder Betätigungsmagneten zwischen den Anker und das Polrohr eine Folie aus einem PTFE haltigen Gewebe eingelegt, um einen zuverlässigen reibungsarmen Lauf des Ankers im Polrohr zu gewährleisten. Insbesondere Proportionalmagneten, die gegen eine Regelfeder arbeiten und bei denen die Stellposition eine Funktion des an die Spule angelegten Stroms ist, werden so ausgerüstet u.a. um Stick-Slip Effekte bei der Betätigung zu vermeiden. Bekannt ist es auch, reibungsmindernde Schichten aus chemisch abgeschiedenem Nickel auf dem Anker herzustellen.Often, a film made of a PTFE-containing fabric is inserted in such actuation arrangements or actuating magnet between the armature and the pole tube in order to ensure reliable low-friction running of the armature in the pole tube. In particular, proportional solenoids which operate against a control spring and in which the positioning position is a function of the current applied to the coil are thus equipped i.a. to prevent stick-slip effects during operation. It is also known to produce friction-reducing layers of chemically deposited nickel on the armature.

Die Folie aus PTFE haltigen Gewebe lässt sich nur sehr schwer in den Spalt zwischen Anker und Polrohr einzubringen oder auf dem Anker fixieren. Nickelschichten sind in der Herstellung aufwendig und teuer.The foil made of PTFE-containing tissue is very difficult to bring into the gap between the anchor and pole tube or fix on the anchor. Nickel layers are expensive to manufacture and expensive.

Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, eine magnetische Betätigungsanordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiter zu entwickeln, dass zuverlässig und auf einfache Weise gute Gleiteigenschaften des Ankers im Polrohr erzielt werden.The invention is based on the objective to develop a magnetic actuator assembly with the features of the preamble of claim 1 so that reliable and easily good sliding properties of the armature can be achieved in the pole tube.

Dieses Ziel wird mit einer magnetische Betätigungsanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder mit einem Herstellungsverfahren für eine magnetische Betätigungsanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht. This object is achieved with a magnetic actuator assembly according to the features of claim 1 or with a manufacturing method for a magnetic actuator assembly according to the features of claim 9.

Gemäß der Erfindung wird der Anker oder das Innere des Polrohrs mit einer Gleitlackschicht versehen. Die Fertigung gestaltet sich dadurch einfacher und kostengünstiger als bei den herkömmlichen Betätigungsanordnungen.According to the invention, the armature or the interior of the pole tube is provided with a Gleitlackschicht. As a result, the production is simpler and less expensive than with the conventional actuating arrangements.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Teil der Unteransprüche.Further preferred embodiments of the invention are part of the dependent claims.

Ein besonders gutes Anhaften der Gleitlackschicht auf der Oberfläche kann durch eine Haftvermittlerschicht erzielt werden. Eine solche Schicht kann z.B. durch Phosphatieren erhalten werden.A particularly good adhesion of the bonded coating layer on the surface can be achieved by a bonding agent layer. Such a layer may e.g. be obtained by phosphating.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die Gleitlackschicht ein anorganisches oder ein organisches Bindemittel und in das Bindemittel eingebundene Festschmierstoffpartikel.According to a preferred development of the invention, the anti-friction coating contains an inorganic or an organic binder and solid lubricant particles incorporated in the binder.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Festschmierstoffpartikel Molybdändisulfid und/oder Polytetrafluorethylen auf. Beide Stoffe haben gute Gleiteigenschaften und insbesondere Molybdändisulfid hält auch Bedingungen mit geringen Gleitgeschwindigkeiten und hohen Drücken gut stand.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the solid lubricant particles molybdenum disulfide and / or polytetrafluoroethylene. Both materials have good sliding properties and in particular molybdenum disulfide also withstands conditions with low sliding speeds and high pressures well.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisst die Gleitlackschicht Nanopartikel insbesondere aus Siliziumdioxid auf. Durch den Zusatz von Nanopartikeln kann die Lackmatrix derart versteift werden, dass sie hohen Beanspruchungen genügt. Beispielsweise werden hier funktionalisierte Nanopartikel auf z.B. SiO2-Basis eingesetzt.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the anti-friction coating nanoparticles in particular of silicon dioxide. By adding nanoparticles, the paint matrix can be stiffened so that it meets high demands. For example, here functionalized nanoparticles are deposited on e.g. SiO2-based used.

Bevorzugter Weise hat die die Gleitlackschicht eine Dicke von 2–100 µm, insbesondere eine Dicke von 5–70 µm, insbesondere eine Dicke von 5–30 µm, insbesondere 15 µm oder 30 µm. Bei diesen Stärken erzielt man eine ausreichende Standzeit der Beschichtung aufgrund der Menge an darin enthaltenen Festschmierstoffpartikeln und eine gleichmäßig homogene glatte Schicht. Gerade wenn eine dünne Gleitlackschicht gewählt wird, d.h. dünner als die übliche Dicke einer Folie aus PTFE haltigen Gewebe von ca. 100 µm, steigt die Kraftausbeute der magnetischen Betätigungsanordnung weil die radialen Spalte zwischen Anker und Polrohr geringer ausfallen.The lubricating lacquer layer preferably has a thickness of 2-100 μm, in particular a thickness of 5-70 μm, in particular a thickness of 5-30 μm, in particular 15 μm or 30 μm. With these starches, one obtains a sufficient service life of the coating due to the amount of solid lubricant particles contained therein and a uniformly homogeneous smooth layer. Even if a thin lubricating varnish layer is chosen, i. E. Thinner than the usual thickness of a film of PTFE-containing tissue of about 100 microns, the force output of the magnetic actuator assembly increases because the radial gaps between the armature and pole tube turn out smaller.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.

Die einzige Figur zeigt ein Polrohr einer magnetischen Betätigungsanordnung.The single figure shows a pole tube of a magnetic actuator assembly.

In der Figur ist ein Polrohr 3 einer magnetischen Betätigungsanordnung 1 dargestellt. Auf das Polrohr 3 ist eine elektromagnetische Spule 16 aufgesteckt, die das Polrohr 3 im montierten Zustand radial umgibt. Das Polrohr gliedert sich in ein Polstück 5, welches mit einem stirnseitigen Gewinde in ein Ventilgehäuse eingeschraubt wird, ein Rohrstück 7, in welchem ein magnetischer Anker 9 beweglich geführt ist, und eine Hubbegrenzung 11, welche das Polrohr 3 am anderen Ende abschließt. In the figure is a pole tube 3 a magnetic actuator assembly 1 shown. On the pole tube 3 is an electromagnetic coil 16 put on the pole tube 3 Radially surrounds in the assembled state. The pole tube is divided into a pole piece 5 , which is screwed with a frontal thread in a valve housing, a piece of pipe 7 in which a magnetic anchor 9 is movably guided, and a stroke limit 11 which the pole tube 3 completes at the other end.

Erfindungsgemäß sind auf der Außenmantelfläche des Ankers 9 oder an der Innenumfangsfläche des Rohrabschnitts 7 des Polrohrs 3 oder an beiden genannten Stellen Gleitlackschichten 12, 14 aufgebracht. According to the invention are on the outer circumferential surface of the armature 9 or on the inner peripheral surface of the pipe section 7 of the pole tube 3 or at both locations Gleitlackschichten 12 . 14 applied.

Gleitlacke bestehen aus anorganischen oder organischen Bindemitteln mit dispergierten Festschmierstoffpartikeln. Für den Einsatz in Polrohren sind bevorzugt Systeme mit Polytetrafluorethylen oder Molybdändisulfid oder beiden Stoffen geeignet. Durch den Zusatz von Nanopartikeln kann die Lackmatrix derart versteift werden, dass sie den hohen Beanspruchungen genügt. Üblicherweise werden hier funktionalisierte Nanopartikel auf z.B. SiO2-Basis eingesetzt.Bonded coatings consist of inorganic or organic binders with dispersed solid lubricant particles. For use in pile pipes systems are preferably suitable with polytetrafluoroethylene or molybdenum disulfide or both substances. By adding nanoparticles, the paint matrix can be stiffened so that it meets the high demands. Usually here functionalized nanoparticles are deposited on e.g. SiO2-based used.

Der Gleitlack wird dann mit Schichtdicken von 2–100 µm, insbesondere von 5–70 µm, insbesondere von 5–30 µm, insbesondere 15 µm oder 30 µm, aufgetragen. Bei diesen Stärken erzielt man eine ausreichende Standzeit der Beschichtung aufgrund der Dicke der Schicht, der Menge an darin enthaltenen Festschmierstoffpartikeln und man erhält eine gleichmäßig homogene glatte Schicht. Gerade wenn eine dünne Gleitlackschicht 12 bzw. 14 gewählt wird, d.h. dünner als die übliche Dicke einer Folie aus PTFE haltigen Gewebe von ca. 100 µm, steigt die Kraftausbeute der magnetischen Betätigungsanordnung weil die radialen Spalte zwischen Anker und Polrohr geringer ausfallen als bei herkömmlichen magnetischen Betätigungsanordnungen. Außerdem ist ein umlaufend gleichmäßiger Radialabstand des Ankers 9 zur Wand des Rohrabschnitts 7 gewährleistet, so dass ein Verkanten oder magnetisches Kleben des Ankers 9 an der Wand vermieden wird.The bonded coating is then applied with layer thicknesses of 2-100 μm, in particular 5-70 μm, in particular 5-30 μm, in particular 15 μm or 30 μm. With these starches, one obtains a sufficient service life of the coating due to the thickness of the layer, the amount of solid lubricant particles contained therein, and a uniform, homogeneous, smooth layer is obtained. Especially if a thin Gleitlackschicht 12 respectively. 14 is selected, ie thinner than the usual thickness of a film of PTFE-containing tissue of about 100 microns, the force output of the magnetic actuator assembly increases because the radial gaps between the armature and pole tube are smaller than in conventional magnetic actuator assemblies. In addition, a circumferentially uniform radial distance of the armature 9 to the wall of the pipe section 7 ensured, so that tilting or magnetic sticking of the anchor 9 is avoided on the wall.

Der Auftrag des Gleitlacks 12, 14 kann direkt auf die Metalloberfläche erfolgen oder mit einer zusätzlichen Haftvermittlerschicht (beispielsweise einer Phosphatierungsschicht).The order of the lubricating varnish 12 . 14 can be done directly on the metal surface or with an additional primer layer (for example, a phosphating layer).

Verwendet man ein Polymer, das z.B. bei 200°C ausgehärtet, so kann man zumindest für die Gleitlackschicht 12, 14 einen weiten Einsatztemperaturbereich von z.B. bis zu 140°C spezifizieren.If one uses a polymer, for example, cured at 200 ° C, so you can at least for the Gleitlackschicht 12 . 14 specify a wide operating temperature range of eg up to 140 ° C.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006014020 A1 [0003] DE 102006014020 A1 [0003]

Claims (10)

Magnetische Betätigungsanordnung, insbesondere zur Betätigung eines hydraulischen Ventils, mit einem Polrohr (3), mit einer Spule (16), die das Polrohr (3) zumindest abschnittsweise umgibt, und mit einem in dem Polrohr (3) beweglich entlang einer Längsachse des Polrohrs 3 geführten Anker (9), wobei das Polrohr (3), der Anker (9) und die Spule (16) so angeordnet und beschaffen sind, dass sich bei Bestromung der Spule (16) eine Kraftwirkung auf den Anker (9) in Richtung der Längsachse ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bereich der Außenmantelfläche des Ankers (9) und/oder wenigstens ein Bereich einer Innenumfangsfläche des Polrohrs (3) mit einer Gleitlackschicht (12, 14) versehen ist.Magnetic actuating arrangement, in particular for actuating a hydraulic valve, having a pole tube ( 3 ), with a coil ( 16 ), the pole tube ( 3 ) surrounds at least in sections, and with a in the pole tube ( 3 ) movable along a longitudinal axis of the pole tube 3 guided anchor ( 9 ), wherein the pole tube ( 3 ), the anchor ( 9 ) and the coil ( 16 ) are arranged and arranged such that when the coil is energized ( 16 ) a force acting on the armature ( 9 ) in the direction of the longitudinal axis, characterized in that at least a portion of the outer circumferential surface of the armature ( 9 ) and / or at least a portion of an inner circumferential surface of the pole tube ( 3 ) with a Gleitlackschicht ( 12 . 14 ) is provided. Magnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche des Ankers (9) vollständig mit der Gleitlackschicht (12) versehen ist.Magnetic actuating arrangement according to claim 1, characterized in that the outer circumferential surface of the armature ( 9 ) completely with the Gleitlackschicht ( 12 ) is provided. Magnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangsfläche des Polrohrs (3) entlang einer vorgegebenen Hubstrecke des Ankers (9) mit der Gleitlackschicht (14) versehen ist.Magnetic actuator assembly of claim 1 or 2, characterized in that the inner circumferential surface of the pole tube ( 3 ) along a predetermined stroke of the anchor ( 9 ) with the Gleitlackschicht ( 14 ) is provided. Magnetische Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) aus einem magnetischem Stahl besteht und dass zwischen der Stahloberfläche des Ankers (9) und der Gleitlackschicht (12) eine Haftvermittlerschicht, insbesondere eine durch Phoshatierung erhaltene Schicht, gebildet ist.Magnetic actuator arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the armature ( 9 ) consists of a magnetic steel and that between the steel surface of the armature ( 9 ) and the Gleitlackschicht ( 12 ) an adhesion promoter layer, in particular a layer obtained by phosphating, is formed. Magnetische Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlackschicht (12, 14) ein anorganisches oder ein organisches Bindemittel aufweist und in das Bindemittel eingebundene Festschmierstoffpartikel.Magnetic actuating arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the anti-friction varnish layer ( 12 . 14 ) has an inorganic or an organic binder and bound in the binder solid lubricant particles. Magnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Festschmierstoffpartikel Molybdändisulfid und/oder Polytetrafluorethylen aufweisen. Magnetic actuating arrangement according to claim 5, characterized in that the solid lubricant particles molybdenum disulfide and / or polytetrafluoroethylene. Magnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlackschicht (12, 14) Nanopartikel, insbesondere Nanopartikel aus Siliziumdioxid, insbesondere Nanopartikel mit einer Stärke von etwa 10nm aufweist.Magnetic actuating arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the anti-friction varnish layer ( 12 . 14 ) Nanoparticles, in particular nanoparticles of silicon dioxide, in particular nanoparticles having a thickness of about 10 nm. Magnetische Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlackschicht (12, 14) eine Dicke von 2–100 µm, insbesondere eine Dicke von 5–70 µm, insbesondere eine Dicke von 5–30 µm, insbesondere 15 µm oder 30 µm aufweist.Magnetic actuating arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the anti-friction varnish layer ( 12 . 14 ) has a thickness of 2-100 microns, in particular a thickness of 5-70 microns, in particular a thickness of 5-30 .mu.m, in particular 15 microns or 30 microns. Herstellungsverfahren für eine Magnetische Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt Bereitstellen eines Ankers (9) und/oder eines Polrohrs (3), gekennzeichnet durch den Schritt des Auftragen eines Gleitlacks auf eine Außenmantelfläche des Ankers (9) und/oder eine Innenumfangsfläche des Polrohrs (3).Manufacturing method for a magnetic actuator assembly according to any one of the preceding claims, comprising the step of providing an armature ( 9 ) and / or a pole tube ( 3 characterized by the step of applying a lubricating varnish on an outer circumferential surface of the armature ( 9 ) and / or an inner peripheral surface of the pole tube ( 3 ). Herstellungsverfahren für eine Magnetische Betätigungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlack ausgehärtet wird, insbesondere thermisch bei etwa 200°C oder insbesondere mit einer UV Bestrahlung, um die feste Gleitlackschicht (12, 14) zu erhalten.Manufacturing method for a magnetic actuator assembly according to claim 9, characterized in that the lubricating varnish is cured, in particular thermally at about 200 ° C or in particular with a UV irradiation to the solid lubricating varnish layer ( 12 . 14 ) to obtain.
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