DE102013226860A1

DE102013226860A1 - Hubmagnetanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Hubmagnetanordnung

Info

Publication number: DE102013226860A1
Application number: DE102013226860.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Stitz; Juergen Gruen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Offenbart ist eine Hubmagnetanordnung mit einem Polrohr, welches sich axial in einen Polkernabschnitt, einen Übergangsabschnitt und einen Rohrabschnitt gliedert, wobei der Übergangsabschnitt eine höhere magnetische Reluktanz aufweist als der Polkernabschnitt und der Rohrabschnitt und einen im Polrohr beweglich geführten Anker, wobei der Übergangsabschnitt, abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings um eine Rohrmittelachse des Polrohrs, Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist.
Offenbart ist außerdem ein Herstellverfahren für eine solche Hubmagnetanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetanordnung bei der ein Anker beweglich in einem Polrohr gelagert ist, welches einen hochreluktanten Übergangsabschnitt zwischen Polkernabschnitt und Rohrabschnitt aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hubmagnetanordnung mit einem Polrohr und einem derartigem Übergangsabschnitt.
1. Stand der Technik
Eine mehrteilige Hubmagnetanordnung mit einem Polrohr, welches einen Polkernabschnitt, einen Übergangsabschnitt mit relativ höherer Reluktanz R_m und einen Rohrabschnitt aufweist, ist z.B. aus DE 197 07 587 A1 bekannt. Da der Polkernabschnitt und der Rohrabschnitt des Polrohrs auf diese Weise magnetisch getrennt sind, verläuft der magnetische Kreis bei eingeschalteter Spule über den Anker, den Luftspalt zwischen dem Anker und dem Polkernabschnitt, und den Polkernabschnitt. Der Anker bewegt sich aufgrund der resultierenden magnetischen Kräfte in Richtung Polkernabschnitt.
Die Reluktanz ist der Wiederstand eines Materials gegen den magnetischen Fluss,
mit

R_m: = Reluktanz bzw. magnetischer Widerstand,
l: = Länge des magnetisch durchflossenen Materials,
μ₀: = magnetische Feldkonstante bzw. Permeabilitätskonstante,
μ_r: = relative Permeabilität des Materials,
A: = Querschnittsfläche des Materials.

Es sind mehrere Verfahren bekannt, wie ein Polrohr mit einem hochreluktanten Übergangsabschnitt versehen werden kann:

a) Fertigung des Übergangsabschnitts aus einem Material mit geringerer relativer Permeabilität μ_r. Durch fügetechnische Verfahren oder Montage lässt sich der Übergangsabschnitt zwischen dem Polkernabschnitt und dem Rohrabschnitt ausbilden. Hierfür sind insbesondere Auftragschweißverfahren bekannt.
b) Einstückige Ausführung von Polkernabschnitt, Übergangsabschnitt und Rohrabschnitt, wobei die Materialstärke im Bereich des Übergangsabschnitts der Länge l deutlich geringer ist als bei Polkern- oder Rohrabschnitt. Dies wird durch spanende Bearbeitung erreicht, beispielsweise durch Dünndrehen des Übergangsabschnitts. Aufgrund der somit geringen Querschnittsfläche A ergibt sich für den Übergangsabschnitt eine hohe Reluktanz R_m, siehe DE 10 2008 032 727 A1 und DE 10 2008 030 748 A1 .
c) Einstückige Fertigung eines Polrohrs aus einer speziellen Legierung, daraufhin Glühen in einem niedrigen Temperaturbereich zum Ausbilden eines ferromagnetischen Gefüges mit hoher relativer Permeabilität μ_r, gefolgt von lokalem Glühen in einem hohen Temperaturbereich zum Ausbilden eines paramagnetischen Übergangsabschnitts mit geringer relativer Permeabilität μ_r und folglich hoher Reluktanz R_m siehe deutsche Patentanmeldung der Anmelderin DE 10 2012 023 394 .

Bei den herkömmlichen Verfahren ein Polrohr mit einem hochreluktanten Übergangsabschnitt zu fertigen ist der Übergangsabschnitt stets in rotationssymmetrischer Ringform ausgestaltet.
Der Effekt, dass magnetische Flusslinien bei angeschalteter Spule aus dem Rohrabschnitt aufgrund des Übergangsabschnitts nach innen auf den Anker übertreten um diesen nach vorn zu bewegen und so den magnetischen Kreis zu schließen, bedingt eine Abhängigkeit der resultierenden Magnetkräfte von der axialen Position des Ankers im Polrohr bzw. der Größe des Luftspalts zwischen dem Anker und dem Polkern.
Dies hat zur Folge, dass die Magnetkraft nur in einem begrenzten, polkernnahen Hubbereich ausreicht, um den Anker gegen eine Last, beispielsweise einen Volumenstrom, zu bewegen.
In einigen Anwendungsfällen von Hubmagneten kann eine derartige Magnetkraft-Hub-Kennlinie unerwünscht sein. So sind beispielsweise zur Betätigung von hydraulischen Schalt-/ oder Proportionalventilen bereits bei geringen bis mittleren Hüben des Steuerkolbens hohe, der Magnetkraft entgegen gerichtete Strömungskräfte zu überwinden, welche im weiteren Verlauf des Hubes nur noch wenig zunehmen und oft nur auf einem eng begrenzten Abschnitt des Hubs wirksam sind. Weiterhin ist bei den bekannten Ausführungsformen häufig ein den Ventilschieber rückstellender Federmechanismus vorhanden, dessen Kraft ebenfalls überwunden werden muss.
Es sind weiterhin Ausführungsformen bekannt, die am Polkernabschnitt eine spezielle Polform aufweisen, beispielsweise in Form einer oder mehrerer gerader oder konischer Stufen oder Krägen, in den oder die der teilweise ebenfalls polkernseitig abgestufte Anker eintauchen kann, siehe DE 10 2008 035 332 A1 . Durch diese konstruktive Maßnahme steigt die resultierende Magnetkraft in den polkernfernen Hubbereichen. Insbesondere ein Kragen am Polkernabschnitt ist üblich.
Eine übliche, rotationssymmetrische Ausgestaltung des Übergangsabschnitts bedingt regelmäßig eine schulterförmige Kante in der Magnetkraft-Hub-Kennlinie an dem Punkt, an dem die dem Polkernabschnitt zugewandte Seite des Ankers den Übergangsabschnitt verlässt und in einen Kragen des Polkernabschnitts eintaucht. Ab diesem Punkt steigt die Magnetkraft weniger stark an, je geringer der Hub wird, also je näher der Anker dem Polkernabschnitt kommt. Der Zusammenhang zwischen Magnetkraft und Hub in Abhängigkeit vom Eintauchen des Ankers in einen Kragen am Polkernabschnitt ist bereits bekannt aus dem DE 10 2008 035 332 A1 .
Diese Konstruktionsmaßnahmen zur Manipulation des effektiven Hubbereichs eines Ankers im Polrohr einer Hubmagnetanordnung haben den Nachteil, dass sie jeweils mindestens einen weiteren und teuren zerspanenden Arbeitsschritt in der Herstellung notwendig machen und in der geometrischen Gestaltungsfreiheit eingeschränkt sind.
2. Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Hubmagnetanordnung mit optimiertem, insbesondere vergrößertem Arbeitshubbereich, in welchem die Magnetkräfte ausreichend hoch sind um den Anker zu bewegen, zu schaffen. Eine gewünschte Magnetkraft-Hub-Kennlinie der Hubmagnetanordnung soll in der Fertigung mit geringem Aufwand erzielt werden können.
3. Lösung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine gewünschte Magnetkraft-Hub-Kennlinie erreicht durch eine Hubmagnetanordnung mit einem verbesserten Polrohr, welches sich axial in einen Polkernabschnitt, einen Übergangsabschnitt und einen Rohrabschnitt gliedert, wobei der Übergangsabschnitt eine, insbesondere deutlich, höhere magnetische Reluktanz aufweist als der Polkernabschnitt und der Rohrabschnitt, wobei der Übergangsabschnitt, abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings um eine Rohrmittelachse des Polrohrs, Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist. Der Begriff Ausnehmungen ist insbesondere so zu verstehen, dass der Übergangsabschnitt an einer oder mehreren Stellen in Umlaufsrichtung eine axiale Einbuchtung aufweist, die jeweils vom Polkernabschnitt oder vom Rohrabschnitt ausgefüllt wird.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen. Dieses Verfahren dient zum Herstellen einer Hubmagnetanordnung mit einem Polrohr, welches sich axial in einen Polkernabschnitt, einen Übergangsabschnitt und einen Rohrabschnitt gliedert, wobei der Übergangsabschnitt eine höhere magnetische Reluktanz aufweist als der Polkernabschnitt und der Rohrabschnitt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a. Bereitstellen eines Halbzeugs des Polrohrs mit kreiszylindrischer Außenfläche.
b. Bearbeiten des Halbzeugs mit einem Werkzeug zum Erzeugen des Übergangsabschnitts, gekennzeichnet durch das Ausführen einer Relativbewegung zwischen Werkzeug und Halbzeug, so dass der Übergangsabschnitt aufgrund der Bearbeitung abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings um die Rohrmittelachse Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist.

4. Vorteile der Erfindung
Durch die neuartige Gestaltung des Polrohrs mit einem Übergangsabschnitt, der abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings um eine Rohrmittelachse des Polrohrs Vorsprünge und/oder Ausnehmungen aufweist, lässt sich der Punkt des Eintauchens des Ankers in den Kragen des Polkernabschnitts zu einem Bereich des Eintauchens des Ankers in den Kragen des Polkernabschnitts, bzw. in eine kragenartige axial in den Übergangsabschnitt umlaufend auf Teilstrecken eintauchende Struktur des Polkernabschnitts, dehnen. Die Abflachung der Magnetkraft-Hub-Kennlinie kann damit insgesamt gleichmäßiger ausgestaltet werden und die Magnetkraft ist über einen größeren Hubbereich ausreichend hoch, um den Anker ggf. auch gegen eine Last zu bewegen. Je nach Form der Vorsprünge und Ausnehmungen ist es andererseits ebenfalls möglich, gezielt Sprünge und Maxima in der Magnetkraft-Hub-Kennlinie vorzusehen, so dass je nach Anwendungsfall eine gewünschte Hubmagnetanordnung hergestellt werden kann, die in Hubbereichen hoher notwendiger Betätigungskraft auch eine hohe resultierende Magnetkraft bereitstellt, ohne dass der Stromfluss durch die Spule und damit der Verbrauch erhöht werden muss.
Vorteilhaft für die Vorsprünge und Ausnehmungen des Übergangsabschnitts sind einfache, insbesondere umlaufende Muster, so wie etwa Wellen, Zacken, Wendeln, Kämme oder Zähne. Diese lassen sich einfach fertigen und gewährleisten trotz Verzicht auf die rotationssymmetrische Ringform eine radial umlaufend gleichmäßig auf den Anker wirkende Magnetkraft, so dass ein Verklemmen oder Verkanten des Ankers im Polrohr unterbunden wird.
Während Wellen und Zacken durch ihre Form bedingt eine beim Eintauchen nahezu linear steigende Überdeckungsfläche von Kragen und Anker bewirken, steigt die Überdeckungsfläche bei Kämmen und Zähnen schrittweise an, nämlich dann wenn die polkernseitige Ankerseite aus dem Übergangsabschnitt in die Kamm- oder Zahnreihe überläuft und wenn die polkernseitige Ankerseite aus der Kamm- oder Zahnreihe in den Polkernkragen überläuft.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Polrohr mit einem Übergangsabschnitt, der abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings um eine Rohrmittelachse des Polrohrs Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist, lässt sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung prinzipiell mit dem bekannten, oben genannten Auftragschweißverfahren herstellen, indem ein solcher Übergangsabschnitt, der aus einem paramagnetischen Material besteht, zwischen den Rohrabschnitt und den Polkernabschnitt geschweißt wird. Sowohl Rohrabschnitt als auch Polkernabschnitt sind hierzu vorher derart zu bearbeiten, dass sie jeweils die negative Form zu den Vorsprüngen und Ausnehmungen des Übergangsabschnitts aufweisen. Diese Vorbearbeitung ist kostenintensiv.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung durch erfindungsgemäße Modifikation der aus DE 10 2008 032 727 A1 bekannten spanenden Bearbeitung hergestellt. Hierbei oszilliert ein spanendes Werkzeug translatorisch in axialer Richtung, während das Halbzeug des Polrohrs sich um seine Kreiszylindermittelachse dreht. Für diese Bearbeitung ist ein Fräskopf einem Drehmeißel als Werkzeug vorzuziehen. Die höhere Reluktanz des Übergangsabschnitts wrid durch die geringe Wandstärke im Vergleich zum Polkernabschnitt und zum Rohrabschnitt erzielt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Halbzeugs aus einer eisenbasierten Legierung, die
≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff,
≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan und
≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer umfasst, insbesondere wenn in diesem Halbzeug durch vorheriges ein- oder mehrfaches Glühen im Temperaturbereich von 350 °C bis 550 °C ein ferromagnetisches Gefüge ausgebildet ist. Dies ermöglicht auf einfachste Weise die Herstellung eines erfindungsgemäßen Polrohrs. Dazu geschieht das Bearbeiten des Halbzeugs in Schritt b. mit einem Laserstrahl als Werkzeug. Die Vorsprünge und oder Ausnehmungen in Axialrichtung werden durch Drehen des Halbzeugs oder des Lasers um die Kreiszylindermittelachse des Halbzeugs und gleichzeitige, oszillierende, translatorische Bewegung des Laserstrahls in Axialrichtung geschaffen. Um im Übergangsabschnitt ein paramagnetisches Gefüge zu erhalten ohne das ferromagnetische Gefüge des Polkernabschnitts und des Rohrabschnitts zu verändern, ist es vorteilhaft, lokal im Temperaturbereich von 1000 °C bis 1200 °C zu glühen, insbesondere durch Laserbehandlung.
Besonders vorteilhaft an dieser Variante der Erfindung sind die geringen Kosten, der geringe Verschleiß und die verbleibende volle Materialstärke des Polrohrs im Übergangsabschnitt. Überdies ist durch lokales Glühen mit einem Laserstrahl eine sehr genaue Ausgestaltung der Vorsprünge und Ausnehmungen bei großer Gestaltungsfreiheit möglich.
5. Zu den Figuren
Nachfolgend werden die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Hubmagnetanordnung nach dem Stand der Technik.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführung einer Hubmagnetanordnung zu sehen.
In 3a) bis d) sind beispielhaft einige mögliche Ausgestaltungen des Übergangsabschnitts abgebildet.
4 ist ein Diagramm, welches die Magnetkraft-Hub-Kennlinien verschiedener Ausführungsformen von Hubmagnetanordnungen mit Polrohr qualitativ gegenüberstellt.
Eine Hubmagnetanordnung in 1 umfasst eine Spule 17, einen Rückstellstößel, einen polkernseitig abgestuften Anker 2 mit einer Ausgleichsbohrung 3, sowie ein Polrohr 11. Das Polrohr 11 gliedert sich in einen Polkernabschnitt 12 mit einer der Stufe im Anker 2 entsprechenden Stufe 20, einem hochreluktanten Übergangsabschnitt 21 und einem Rohrabschnitt 13. Zwischen Polkernabschnitt 12 und Anker 2 befindet sich ein Luftspalt 8. Bei derartigen Hubmagnetanordnungen nach dem Stand der Technik ist der Übergangsabschnitt 21 in rotationssymmetrischer Ringform um eine Rohrmittelachse 14 ausgestaltet, siehe auch 3a. Die Grenzen 5 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Polkernabschnitt 12 und die Grenzen 6 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Rohrabschnitt 13 sind gekennzeichnet. Der Polkernabschnitt 12 ist mit einem Kragen 7 versehen. Der Anker 2 ist in Richtung der Rohrmittelachse 14 beweglich geführt. In der gezeigten Lage befindet sich seine dem Polkernabschnitt 12 zugewandte Stirnseite inmitten des Übergangsabschnitts. Bei eingeschalteter Spule 17 verläuft ein magnetischer Kreis zunächst über den Rohrabschnitt 13. Da der Übergangsabschnitt 21 hochreluktant ist, tritt ein magnetischer Fluss in den Anker 2 über. Der Luftspalt 8 leitet den magnetischen Fluss schlechter als der aus ferromagnetischem Material gefertigte Anker 2. Vom Anker 2 verläuft der magnetische Fluss durch den Luftspalt 8 zum Polkernabschnitt 12, so dass der Luftspalt 8 von magnetischen Feldlinien durchsetzt ist. Deshalb wirkt auf den Anker 2 eine resultierende Magnetkraft in Richtung Polkernabschnitt 12. Bewegt sich der Anker 2 entsprechend, so wird der Luftspalt 8 kleiner.
2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Übergangsabschnitt 21 ist nicht in rotationssymmetrischer Ringform um die Rohrmittelachse 14 ausgestaltet. Stattdessen weist er Vorsprünge und Ausnehmungen in Axialrichtung auf. Die in 2 unterhalb der Rohrmittelachse 14 nicht geschnittene Außenansicht des Polrohrs zeigt beispielhaft die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Grenze zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Polkernabschnitt 5 in Form mehrerer aneinandergereihter, rundlicher Bögen 22. Der Anker 3 ist mit seiner dem Polkernabschnitt 12 zugewandten Stirnseite komplett in den Kragen 7 des Polkernabschnitts 12 eingetaucht. Weiterhin sind Laufringe 26 angedeutet, die den Anker axial im Polrohr führen.
Die Magnetkraft-Hub-Kennlinie der mit diesem Polrohr versehenen Hubmagnetanordnung wird im Wesentlichen durch die zwischen die rundlichen Bögen 22 vorspringenden spitzenartigen Fortsetzungen 18 des Polkernabschnitts 12 bestimmt. Der Punkt, an dem der Anker auf seinem Weg von einer pokernfernen Position zu einer polkernnahen Position mit dem Polkernabschnitt in axiale Überdeckung kommt, wird durch die Spitzen 27 weit in den Übergangsabschnitt 21 hinein verlagert. An dieser Stell ergibt sich bereits eine signifikante Erhöhung der Magnetkraft, vgl. Abschnitt B4 bis B6 der Kennlinie 4 in 4. Die Zunahme der Überdeckungsfläche bei der weiteren Annäherung des Ankers an den Polkern bestimmt die Kennlinie im weiteren Verlauf.
3a) bis d) zeigen denkbare Ausführungsbeispiele des Übergangsabschnitts. Neben der in 3a) abgebildeten herkömmlichen rotationssymmetrischen Ringform 15 ist in 3b) ein Übergangsabschnitt in Wellenform 23 zu sehen. Hier sind sowohl die Grenzen 5 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Polkernabschnitt 12 als auch die Grenzen 6 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Rohrabschnitt 13 in Wellenform 23 ausgeprägt. 3c) zeigt einen Übergangsabschnitt in Zackenform 24. Hier sind sowohl die Grenzen 5 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Polkernabschnitt 12 als auch die Grenzen 6 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Rohrabschnitt 13 in Zackenform 24 ausgeprägt. 3d) zeigt schließlich einen Übergangsabschnitt, bei dem die Grenzen 5 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Polkernabschnitt 12 in Zahnform 25 ausgeprägt sind. Alternativ können auch die Grenzen 6 zwischen dem Übergangsabschnitt 21 und dem Rohrabschnitt 13 in Zahnform 25 ausgeprägt sein. Kombinationen der genannten Formen können vorteilhaft sein.
In 4 sind nun Magnetkraft-Hub-Kennlinien verschiedener Hubmagnetanordnungen dargestellt. Die Hub-Achse im Diagramm ist in sechs Bereiche, B1 bis B6, unterteilt, wobei der Luftspalt zwischen Anker und Polkernabschnitt im Bereich B1 am kleinsten ist. Das Diagramm zeigt eine Magnetkraft-Hub-Kennlinie einer herkömmlichen Hubmagnetanordnung 9, bei der das Polrohr einen Kragen am Polkernabschnitt hat, sowie eine Magnetkraft-Hub-Kennlinie einer Hubmagnetanordnung mit spezieller Polform 10 wie nach DE 10 2008 035 332 A1 . Schließlich ist die beispielhafte Magnetkraft-Hub-Kennlinie einer erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung 4 zu sehen.
Im Bereich B6 ist der Anker noch weit vom Polkernabschnitt entfernt, der Luftspalt ist groß und die resultierende Magnetkraft ist in allen drei abgebildeten Magnetkraft-Hub-Kennlinien klein. Bewegt sich der Anker näher an den Polkernabschnitt heran, so steigt die resultierende Magnetkraft an. An jenem Punkt, an dem der Anker mit seiner Stirnseite in den Polkernabschnitt eintaucht, ist eine schulterförmige Kante 16 in der Magnetkraft-Hub-Kennlinie zusehen. Dies lässt sich sowohl bei herkömmlichen Hubmagnetanordnungen 9 zwischen B4 und B5 als auch bei Hubmagnetanordnungen mit spezieller Polform 10 im Bereich B3 beobachten. Ab diesem Punkt flacht der Anstieg der resultierenden Magnetkraft deutlich ab 1. Bei einer erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung kann die Magnetkraft-Hub-Kennlinie anders aussehen. Indem beispielsweise die Grenze zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Polkernabschnitt 5 in Form mehrerer aneinandergereihter, rundlicher Bögen ausgestaltet werden, taucht der Anker nicht plötzlich und ruckartig, sondern in fließendem Übergang mehr und mehr in den Kragen des Polkernabschnitts, insbesondere in die spitzenartigen Fortsetzugnen 18, ein, so dass die schulterförmige Kante 16 verschwindet. Aufgrund der hohen Gestaltungsfreiheit bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Polrohrs ist es auch denkbar, absichtlich mehrere schulterförmige Kanten in der Magnetkraft-Hub-Kennlinie vorzusehen, beispielsweise durch eine Ausführung des Übergangsabschnitts in Zahnform nach 3d).
Bezugszeichenliste

1: Abflachung
2: Anker
3: Ausgleichsbohrung
4: Beispielhafte Magnetkraft-Hub-Kennlinie einer erfindungsgemäßen Hubmagnetanordnung
5: Grenzen zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Polkernabschnitt
6: Grenzen zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Rohrabschnitt
7: Kragen
8: Luftspalt
9: Magnetkraft-Hub-Kennlinie einer herkömmlichen Hubmagnetanordnung mit Kragen am Polkernabschnitt
10: Magnetkraft-Hub-Kennlinie einer herkömmlichen Hubmagnetanordnung mit spezieller Polform und polkernseitig abgestuftem Anker nach DE 10 2008 035 332 A1
11: Polrohr
12: Polkernabschnitt
13: Rohrabschnitt
14: Rohrmittelachse / Kreiszylindermittelachse
15: rotationssymmetrischer Ring
16: schulterförmige Kante
17: Spule
18: Spitzenartige Fortsetzungen
19: Stößel
20: Stufe
21: Übergangsabschnitt
22: Übergangsabschnitt in Form von aneinandergereihten, rundlichen Bögen
23: Übergangsabschnitt in Wellenform
24: Übergangsabschnitt in Zackenform
25: Übergangsabschnitt in Zahnform
26: Vorsprünge, insbesondere Laufringe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19707587 A1 [0002]
DE 102008032727 A1 [0004, 0020]
DE 102008030748 A1 [0004]
DE 102012023394 [0004]
DE 102008035332 A1 [0009, 0010, 0032, 0033]

Claims

Eine Hubmagnetanordnung, mit einem Polrohr (11), welches sich axial in einen Polkernabschnitt (12), einen Übergangsabschnitt (21) und einen Rohrabschnitt (13) gliedert, wobei der Übergangsabschnitt (21) eine höhere magnetische Reluktanz aufweist als der Polkernabschnitt (12) und der Rohrabschnitt (13) dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25), abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings (15) um eine Rohrmittelachse (14) des Polrohrs (11), Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist.
Hubmagnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) sich in Material, Wandstärke und/oder Materialeigenschaften von dem Polkernabschnitt (12) und von dem Rohrabschnitt (13) unterscheidet.
Hubmagnetanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Polkernabschnitt (5) und/oder die Grenzen zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Rohrabschnitt (6) wellig (23), zackig (24), in Wendelform, in Kammform, in Zahnform (25), in Form mehrerer aneinandergereihter rundlicher Bögen (22) oder in Kombinationen dieser Formen ausgestaltet sind.
Hubmagnetanordnung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkernabschnitt (12) eine Stufe und/oder einen Kragen aufweist, an welche oder an welchen sich der Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) anschließt.
Hubmagnetanordnung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrohr (11) aus einer eisenbasierten Legierung besteht.
Hubmagnetanordnung Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eisenbasierte Legierung ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer umfasst.
Hubmagnetanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) durch thermische Behandlung eines einstückigen Halbzeugs des Polrohrs (11) erhalten wird, insbesondere durch Laserbehandlung eines Halbzeugs aus einem austenitischem Ausgangsmaterial.
Hubmagnetanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrohr (11) innenseitig den Anker (2) führende Vorsprünge (26) in Radialrichtung aufweist, insbesondere einen Laufring oder ein Laufschienenprofil im Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) und/oder im Rohrabschnitt (13).
Verfahren zum Herstellen einer Hubmagnetanordnung mit einem Polrohr (11), welches sich axial in einen Polkernabschnitt (12), einen Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) und einen Rohrabschnitt (13) gliedert, wobei der Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) eine höhere magnetische Reluktanz aufweist als der Polkernabschnitt und der Rohrabschnitt (13) mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen eines Halbzeugs des Polrohrs (11) mit kreiszylindrischer Außenfläche. b. Bearbeiten des Halbzeugs mit einem Werkzeug zum Erzeugen des Übergangsabschnitts (21), gekennzeichnet durch das Ausführen einer Relativbewegung zwischen Werkzeug und Halbzeug, so dass der Übergangsabschnitt (21) aufgrund der Bearbeitung abweichend von der Gestalt eines rotationssymmetrischen Rings um die Rohrmittelachse (14) Vorsprünge und/oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung durch Drehen des Halbzeugs oder des Werkzeugs um eine Kreiszylindermittelachse (14) des Halbzeugs sowie durch oszillierende, translatorische Bewegung des Werkzeugs in Axialrichtung ausführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeiten des Halbzeugs in Schritt b. mit einem Laserstrahl geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bearbeiten des Halbzeugs in Schritt b. ein um die Kreiszylindermittelachse umlaufendes Muster erzeugt wird, insbesondere ein Muster, welches in Axialrichtung wellig (23), zackig (24), in Wendelform, in Kammform, in Zahnform (25), in Form mehrerer aneinandergereihter rundlicher Bögen (22) oder in Kombinationen dieser Formen ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte Halbzeug in Schritt a. aus einer eisenbasierten Legierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eisenbasierte Legierung ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im bereitgestellten Halbzeug in Schritt a. bereits durch ein- oder mehrfaches Glühen im Temperaturbereich von 350 °C bis 550 °C ein ferromagnetisches Gefüge ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Halbzeugs in Schritt b. ein lokales Glühen im Temperaturbereich von 1000 °C bis 1200 °C umfasst, insbesondere durch Laserbehandlung, um den Übergangsabschnitt (21, 22, 23, 24, 25) paramagnetisch auszubilden.