DE4243837A1 - Proportionalmagnet in Kleinstbauweise, insbesondere für einen Dämpfersteller - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Proportionalmagneten, insbeson­ dere für einen Dämpfersteller zur Fahrwerkregelung, mit einem Magnetgehäuse, einem die Magnetwicklung tragenden, zwischen der zylindrischen Außenwand und einem Ringsteg des Gehäuses angeordneten Spulenkörper, einem das Gehäuse abschließenden Pol und einem innerhalb des Steges axial hin- und herbeweg­ lich gelagerten, einen Stößel tragenden Magnetanker, wobei zwischen Pol und Steg ein Luftspalt vorgesehen ist.

Bei den bisher bekannten Proportionalmagneten ragt der Anker in Axialrichtung stets über den Spulenkörperrand hinweg (sie­ he hierzu z. B. die DE-A1-33 09 904, die DE-A1-40 21 623, die DE-A1-40 22 395 und die EP-A1-0 465 813) oder ist sogar voll­ ständig außerhalb des Spulenkörpers positioniert (siehe DE-A1-40 16 990). Diese Bauweise ist damit zu begründen, daß der Querschnitt des Steges allein für den erforderlichen mag­ netischen Fluß stets zu klein ist. Der Anker wird deshalb min­ destens soweit verlängert, bis er einen Bereich des Gehäuses erreicht, in dem der Querschnitt für den erforderlichen magne­ tischen Flug ausreicht. Diese Maßnahme hat zwangsläufig eine längere Bauweise zur Folge. Für Magneten in Kleinstbauweise, wo es auf jeden Millimeter ankommt, ist dies ein entscheiden­ der Nachteil.

Daß bis jetzt der Steg dennoch nicht anders gestaltet wurde, kommt daher, daß der Steg entweder nur dazu benutzt wird, den Übergangswiderstand zum Anker zu verringern, oder als Teil ei­ nes Druckrohres dient.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist einen Proportionalmag­ neten zu schaffen, der bei minimalem Bauvolumen die erforder­ liche hohe Magnetkraft liefert.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Proportionalmagneten der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der Anker in jeder Stellung innerhalb der axialen Grenzen des Spulenkörpers liegt, und daß das Gehäuse angren­ zend an den Steg einen in Axialrichtung verlaufenden Einstich aufweist, in den der Anker mit einem durch einen gehäuseseiti­ gen Absatz des Ankers gebildeten Vorsprung hineinragt.

Dadurch, daß der Anker innerhalb der axialen Grenzen des Spu­ lenkörpers liegt, ist eine minimale Baulänge des Proportional­ magneten gewährleistet, wobei durch den Einstich im Gehäuse für den magnetischen Fluß auf vorteilhafte Weise ein zusätzli­ cher Querschnitt geschaffen ist und durch den hineinragenden Vorsprung für den Übergang des erforderlichen magnetischen Flusses auf den Anker gesorgt ist, ohne eine breitere Bauwei­ se des Magneten in Kauf nehmen zu müssen.

Unter dem Begriff "die Magnetwicklung tragender Spulenkör­ per" soll nicht nur ein von einem eine Magnetwicklung tragen­ den Trägerteil gebildeter Spulenkörper verstanden werden, son­ dern auch ein einzig und allein aus einer selbsttragenden Mag­ netwicklung bestehender Spulenkörper. Ein solcher kann z. B. durch Herstellen einer Magnetwicklung aus isolierten Drähten und Zusammenbacken derselben durch Druck und/oder Wärme zu ei­ nem festen Körper gebildet werden.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt die axiale Tiefe des Absatzes von der Innenseite des Ankers zum Vorsprung stetig ab.

Zur Erzielung der Druckdichtheit des Ankerraumes kann zwi­ schen dem Spulenkörper und dem Steg und zwischen dem Spulen­ körper und dem Pol jeweils ein O-Ring eingesetzt sein oder, wenn es sich um sehr hohe Drücke handelt, in den Luftspalt zwischen dem Steg und dem Pol ein nichtmagnetischer Ring ein­ gelötet oder eingeschweißt oder eine nichtmagnetische Hülse eingepreßt sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstel­ lung eines Proportionalmagneten, bei dem zwar der Anker inner­ halb der axialen Grenzen des Spulenkörpers liegt, jedoch noch keine Vorkehrungen bezüglich des Problems des zu kleinen Quer­ schnitts des Steges getroffen sind, Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Propor­ tionalmagneten, bei der der Übersichtlichkeit halber der Spu­ lenkörper weggelassen und nur die Magnetwicklung angedeutet ist, die Fig. 3 und 4 die magnetische Induktion B der Propor­ tionalmagneten der Fig. 1 und 2, und die Fig. 5 und 6 die mag­ netischen Feldlinienverläufe bei den Magneten der Fig. 1 und 2.

Der in Fig. 1 gezeigte Proportionalmagnet besteht aus einem Magnetgehäuse 1, einem die Magnetwicklung 2 tragenden Spulen­ körper 3, der zwischen der zylindrischen Außenwand und einem ringförmigen Steg 4 des Gehäuses 1 angeordnet ist, einem Pol 5 und einem Magnetanker 6 aus weichmagnetischem Material, der mit einem vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material beste­ henden Stößel 7 verpreßt ist und über Lagerbuchsen 8 aus DU-Lagerwerkstoff (sogenannte DU-Buchsen) innerhalb des Steges 4 axial hin- und herbeweglich gelagert ist. Das Gehäuse 1 und der Pol 5 sind ebenfalls verpreßt. Bei dem Stößel 7 kann es sich, wie dargestellt, um einen rohrförmigen Stößel oder auch um einen vollen Stößel handeln. Bei 9 ist das Gehäuse eines Dämpferstellers angedeutet.

Wie ersichtlich, liegt der Anker 6 innerhalb der axialen Grenzen des Spulenkörpers 3, was eine minimale Baulänge des Magneten ermöglicht.

Allerdings stellt der Querschnitt des Steges 4 für den magne­ tischen Fluß im Teilbereich 10 eine Engstelle dar, um die zu beheben, der Querschnitt entweder auf Kosten eines verkleiner­ ten Wickelfensters oder auf Kosten einer breiteren oder länge­ ren Bauweise des Magneten vergrößert werden müßte. Eine Ver­ größerung der Stegbreite auf Kosten der Breite des Ankers 6 hätte eine Verringerung der Magnetkraft zur Folge.

Da die Forderung nach Kleinstbauweise bei größtmöglicher Mag­ netkraft besteht, sind die oben angegebenen Maßnahmen nicht akzeptabel.

Gemäß Fig. 2 wird das angesprochene Problem in einfacher Wei­ se dadurch gelöst, daß das Gehäuse 1a angrenzend an den Steg 4a einen Einstich 11 aufweist, in den der Anker 6a mit einem durch einen gehäuseseitigen Absatz 12 des Ankers gebildeten Vorsprung 13 hineinragt. Die Querschnittsfläche des Gehäuses 1a im Bereich 14 hat die gleiche Größe wie die Querschnitts­ fläche des Steges 4 im Teilbereich 10 (Fig. 1). Während in Fig. 1 der gesamte magnetische Fluß über die Querschnittsflä­ che 10 des Steges 4 fließen muß, kann sich in Fig. 2 der mag­ netische Fluß über die Querschnittsflächen 14 und 15 teilen und auf den Anker 6a übergehen. Die Summe der Querschnittsflä­ chen im Bereich 14 und 15 erlauben es, den für das zu erzeu­ gende Kraftniveau erforderlichen magnetischen Fluß durchzu­ bringen.

Daß der Anker 6a, ohne Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, mit dem Absatz 12 ausgebildet werden kann, dessen axiale Tie­ fe, wie bei 16 gezeigt, von der Innenseite des Ankers 6a bis zum Vorsprung 13 stetig abnimmt, zeigt Fig. 3. Im Bereich 17 liegt dort nämlich die Induktion unter 0,4 Tesla, d. h. der Werkstoff ist in diesem Bereich nicht optimal genützt. Dieser Bereich könnte durchaus im Querschnitt noch mehr verkleinert werden, was aber aus fertigungstechnischen Gründen, um weni­ ger Zerspannungsarbeit zu haben, eher zu vermeiden ist. Im Hinblick auf das dynamische Verhalten des Magneten ist demge­ genüber die Ankermasse soweit als möglich zu reduzieren. Die­ se beiden Kriterien sind im Einzelfall abzuwägen.

Eine Kraftberechnung des erfindungsgemäßen Magneten mit glei­ chen Werkstoffen wie in Fig. 1 und der Geometrie nach Fig. 2 ergibt die erforderliche Magnetkraft. Daß die Querschnittsflä­ che 15 zur Krafterzeugung wirksam beiträgt zeigen die Fig. 4 und 6, in denen die magnetische Induktion bzw. der Feldlinien­ verlauf bei dem erfindungsgemäßen Magneten nach Fig. 2 darge­ stellt sind. Der Aufbau und die Messung eines solchen Magne­ ten bestätigten diese Simulationsergebnisse.

Zur Erzielung der Druckdichtheit des Ankerraumes kann beim erfindungsgemäßen Proportionalmagneten, wie es in Fig. 1 ge­ zeigt ist, zwischen Spulenkörper 3 und Steg 4 und zwischen Spulenkörper 3 und Pol 5 jeweils ein O-Ring eingesetzt sein. Zur Aufnahme des einen dieser O-Ringe kann, wie in Fig. 2 ge­ zeigt ist, der Pol 5a spulenkörperseitig eine Nut 18 aufwei­ sen. Bei sehr hohen Drücken empfiehlt es sich, zur magneti­ schen Trennung in den Luftspalt zwischen Steg 4 und Pol 5 ei­ nen nichtmagnetischen Ring einzulöten oder einzuschweißen oder eine nichtmagnetische Hülse einzupressen. Diese Maßnah­ men sind an sich bekannt.

Im übrigen muß das Gehäuse 1a nicht, wie dargestellt, aus ei­ nem einzigen Teil gefertigt sein, sondern kann auch aus mehre­ ren Teilen bestehen, die durch Pressen, Löten oder Schweifen miteinander verbunden sind.

Schließlich sei noch festgehalten, daß bei den dargestellten Proportionalmagneten die magnetische Kraft so gerichtet ist, daß im bestromten Zustand, unabhängig von der Richtung des elektrischen Stromes, der Anker in der Zeichnung immer nach unten betätigt wird.

Um ein magnetisches Kleben des Ankers an dem Gehäuse zu ver­ hindern, ist der Proportionalmagnet stets so gestaltet, daß das weichmagnetische Material des Ankers nicht mit dem weich­ magnetischen Material des Gehäuses direkt in Berührung kommen kann. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Dimensio­ nierung des nichtmagnetischen Stößels erreicht werden oder durch eine an geeigneter Stelle vorgesehene nichtmagnetische Zwischenlage zwischen dem Anker und dem Gehäuse.

Da der Stößel nichts zur magnetischen Krafterzeugung bei­ trägt, kann er, unabhängig von der für ihn verwendeten Mate­ rialart und unabhängig davon, wie der Stößel mit dem Anker verbunden ist, nicht als Bestandteil des Ankers betrachtet werden. Auch wenn der Stößel über den Spulenkörper hinaus­ ragt, so liegt doch das eigentliche, die magnetische Kraft er­ zeugende Bauteil, d. h. der Anker, stets innerhalb der axialen Grenzen des Spulenkörpers.

Claims (6)

1. Proportionalmagnet, insbesondere für einen Dämpfersteller zur Fahrwerkregelung, mit einem Magnetgehäuse, einem die Mag­ netwicklung tragenden, zwischen der zylindrischen Außenwand und einem Ringsteg des Gehäuses angeordneten Spulenkörper, ei­ nem das Gehäuse abschließenden Pol und einem innerhalb des Steges axial hin- und herbeweglich gelagerten, einen Stößel tragenden Magnetanker, wobei zwischen Pol und Steg ein Luft­ spalt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker in jeder Stellung innerhalb der axialen Grenzen des Spulenkör­ pers liegt, und daß das Gehäuse (1a) angrenzend an den Steg (4a) einen in Axialrichtung verlaufenden Einstich (11) auf­ weist, in den der Anker (6a) mit einem durch einen gehäusesei­ tigen Absatz (12) des Ankers gebildeten Vorsprung (13) hinein­ ragt.

2. Proportionalmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Tiefe des Absatzes (12) von der Innensei­ te des Ankers (6a) bis zum Vorsprung (13) stetig abnimmt.

3. Proportionalmagnet nach Anspruch 1 oder 2; dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzielung der Druckdichtheit des Ankerrau­ mes zwischen Spulenkörper (3) und Steg (4) und zwischen Spu­ lenkörper (3) und Pol (5) jeweils ein O-Ring eingesetzt ist.

4. Proportionalmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzielung der Druckdichtheit des Ankerrau­ mes in den Luftspalt zwischen dem Steg (4) und dem Pol (5) ein nichtmagnetischer Ring eingelötet oder eingeschweißt oder eine nichtmagnetische Hülse eingepreßt ist.

5. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pol (5a) spulenkörperseitig ei­ ne Nut (18) zur Aufnahme eines O-Rings aufweist.

6. Proportionalmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1a) aus mehreren Tei­ len besteht, die durch Pressen, Löten oder Schweißen miteinan­ der verbunden sind.