WO2000051145A1

WO2000051145A1 - Elektromagnet und hydraulisches ventil mit einem solchen elektromagneten

Info

Publication number: WO2000051145A1
Application number: PCT/EP2000/001217
Authority: WO
Inventors: Rudolf SCHÄFFER
Original assignee: Mannesmann Rexroth Ag
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2000-08-31
Also published as: EP1155421A1; US6484998B1

Abstract

Ein Magnetventil (50) weist ein Ventilgehäuse (51) mit einem Ventilschieber (53) auf, in das zwei Magneten mit je einem Pol (1) eingesetzt sind. Die Pole (1) haben je einen sich entlang einer Längsachse (10) erstreckenden Spulenkern (8, 9), in denen je ein Ankerstössel (17) vorgesehen ist, der mit einem Betätigungsende (27) ein Ende des Ventilschiebers (53) betätigt. Auf jedem Ankerstössel (17) ist ein Magnetanker (23) angeordnet, der zwei bezüglich der Längsachse (10) schräg verlaufende Ankerseitenflächen (24, 25) aufweist. Der Spulenkern (8, 9) hat zwei Kernseitenflächen (12, 19), die parallel zu je einer Ankerseitenfläche (24, 25) verlaufen.

Description

Beschreibung

Elektromagnet und hydraulisches Ventil mit einem solchen Elektromagneten

Die Erfindung betrifft einen Pol für einen Magneten, der insbesondere in einem hydraulischen Magnetventil verwendbar ist, Die Erfindung betrifft weiterhin einen Magneten sowie ein hydraulisches Magnetventil.

Bei den im Stand der Technik bekannten Polen ist von Nachteil, daß diese eine hohe Trägheit aufweisen. Gerade hydraulische Magnetventile sind daher kompliziert zu betätigen. Darüber hinaus weisen die im Stand der Technik bekannten Pole eine hohe Reibung auf. Außerdem muß bei der Montage darauf geachtet werden, daß sich keine Luftblasen im Inneren des Ankerraums befinden, denn je nach dem Luftanteil im Ankerraum weisen die im Stand der Technik bekannten Pole eine veränderte Dynamik auf.

Weiterhin ist bei den im Stand der Technik bekannten Polen von Nachteil, daß diese einem merklichen Verschleiß unterliegen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Pol bereitzustellen, der einen geringen Verschleiß und eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufweist. Der bereitzustellende Pol soll für Luftanteile im Ankerraum unempfindlich sein und einfach aufgebaut sein. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen insofern verbesserten Magneten sowie ein insofern verbessertes hydraulisches Magnetventil bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Der erfindungsgemäße Pol hat einen aus magnetisierbarem Material hergestellten Spulenkern mit einer Längsachse, auf dem eine elektrische Spule vorsehbar ist. Dann verläuft die Längsachse im wesentlichen parallel zu den im Inneren des Spulenkerns verlaufenden magnetischen Feldlinien, die sich aufgrund eines Stromflusses durch die elektrische Spule ergeben. Dabei ist in einer im Inneren des Spulenkerns verlaufenden Stößelöffnung ein im wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufender Ankerstößel vorgesehen. Auf dem Ankerstößel ist wenigstens ein Magnetanker angebracht, der zumindest eine Ankerseitenfläche aufweist, die von der Längsachse mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten wird. Weiterhin ist der Spulenkern im Bereich des Magnetankers unterbrochen ausgeführt.

Bei einer solchen Ausgestaltung tritt eine Bewegung des Magnetankers quer zur Längsachse auf, wenn die elektrische Spule von Strom durchflössen wird. Wegen der besonderen, unterbrochenen Ausbildung des Spulenkerns im Bereich des Magnetan- kers treten die magnetischen Feldlinien nämlich aus einem ersten Spulenkernabschnitt aus, in den Magnetanker ein und wieder aus und dann in einen zweiten Spulenkernabschnitt ein. Aufgrund der bezüglich der Längsachse "schräg" ausgebildeten Ankerseitenflächen ergibt sich eine quer zu der Längsachse verlaufende, auf den Magnetanker einwirkende Kraftkomponente, die den Magnetanker und damit den mit dem Magnetanker verbundenen Ankerstößel quer zur Längsachse verlagert. Diese Querbewegung wird gemäß der Erfindung zur Betätigung insbesondere eines Ventilschiebers eines hydraulischen Magnetventils ver- wendet.

Gemäß der Erfindung kann der Magnetanker auch zwei Ankerseitenflächen aufweisen, die von der Längsachse mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten werden, wobei die beiden Ankerseitenflächen in einer bevorzugten Ausgestaltung zu einer bezüglich der Längsachse senkrecht verlaufenden Ebene symmetrisch ausgebildet sind. Gerade bei dieser Ausbildung der beiden Ankerseitenflächen heben sich die aufgrund des magnetischen Flusses erzeugten, in Richtung der Längsachse verlaufenden Komponenten der auf den Magnetanker einwirkenden Kraft auf, so daß sich in Längsrichtung des Ankerstößels kei- ne zusätzliche Belastung ergibt. Dadurch wird die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Pols erhöht. Weitherhin wirkt gegenüber einer einzigen schräg angeordneten Ankerseitenfläche eine vom Betrag her verdoppelte Querkraftkomponente auf den Magnetanker ein. Dadurch wird der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Pols verbessert.

Gemäß der Erfindung kann der Spulenkern wenigstens eine oder auch zwei Kernseitenflächen aufweisen, die von der Längsachse mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten werden, wobei die beiden Kernseitenflachen zu einer bezüglich der

Längsachse senkrecht verlaufenden Ebene symmetrisch ausgebildet sein können. Bei einer solchen Ausbildung des Spulenkerns ergibt sich eine verbesserte Führung der magnetischen Feldlinien im Inneren des erfindungsgemäßen Pols, wodurch dessen Wirkungsgrad erhöht wird. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn je eine Ankerseitenfläche im wesentlichen parallel zu einer dazu gegenüberliegenden Kernseitenfläche verläuft, weil dann der Verlauf der magnetischen Feldlinien im erfindungsgemäßen Pol besonders gut gestaltet werden kann. Dar- überhinaus läßt sich das Verhalten eines derart ausgestalteten Pols besonders gut modellieren und vorhersagen, so daß insbesondere auch lineare Betätigungsvorgänge und genaue Regelungen ermöglicht werden.

Bei den vorstehenden geschilderten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Pols ist im Hinblick auf die Lage von Ankerseitenflächen und Kernseitenflächen mit der Bezeichnung "im wesentlichen parallel" gemeint, daß je eine Kernseitenfläche in zumindest einem Betätigungszustand des Magnetankers parallel zu einer Ankerseitenfläche verläuft. Dabei ist nicht ausgeschlossen, daß je eine Ankerseitenfläche bei einer Verlagerung des Magnetankers eine Lage zu einer Kernseitenfläche einnimmt, in der diese nicht mehr parallel zueinander verlaufen. Gerade bei großen Verlagerungen eines nur einseitig gelagerten Ankerstößel können solche Zustände auftreten.

Weiterhin kann in dem unterbrochenen Bereich des Spulenkerns ein Verbindungsbereich aus antimagnetischem Material vorgesehen sein, der Abschnitte des Spulenkerns miteinander verbindet. Dadurch ergibt sich eine kompakte und stabile Bauweise des Spulenkerns, der darüber hinaus gegen den Austritt von Hydraulikflüssigkeit abgedichtet ist.

In dem unterbrochenen Bereich des Spulenkerns kann auch ein Verbinduήgsbereich vorgesehen sein, der magnetisierbares Material aufweist. Dadurch kann ein zusätzlicher Luftspalt ge- schaffen werden, der vor dem eigentlichen Schalten des Magneten durch eine elektrische Spule im Bereich des Magnetankers durch eine elektrische Spule im Bereich des Magnetankers in Sättigung bringbar ist. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Beaufschlagung des Ankers im Verlauf seiner Bewegungsrich- tung, die schon vor dem eigentlichen Schalten des erfindungsgemäßen Magnetankers vorhanden ist. In einem solchen Zustand wird der erfindungsgemäße Magnetanker in einer Anfangsposition gehalten, aus der er durch Erhöhen des Stroms in seine Sc altposition gebracht werden kann. Dabei steigt die durch den zusätzlichen Luftspalt erzeugte Kraft nicht weiter an, weil sich dieser vorzugsweise in Sättigung befindet. Jedoch nimmt die durch einen Arbeitsluftspalt zwischen dem Pol und dem Magnetanker erzeugte Kraft mit der Erhöhung der magnetischen Felddichte im Bereich des Pols zu. Sobald die Kraft im Arbeitsluftspalt größer ist als die Kraft im zusätzlichen

Luftspalt bewegt sich der Magnetanker in der Richtung der im Arbeitsluftspalt erzeugten Kraft. Die im zusätzlichen Luftspalt erzeugte Kraft nimmt mit einer sehr steilen Kennlinie ab, weil sich der zugehörige Luftspalt vergrößert und weil sich gleichzeitig der Arbeitsluftspalt verkleinert. Im Ergebnis steht die im Arbeitsluftspalt erzeugte Kraft zum Schalten eines mit dem erfindungsgemäßen Pol versehenen Ma- gneten sofort und in voller Höhe zur Verfügung. Darüberhinaus treten kaum Verzögerungen durch Wirbelströme auf, wenn der Hauptteil des Magnetfelds im Arbeitsluftspalt schon durch einen Vorstrom aufgebaut worden ist.

Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung ergeben sich zahlreiche Vorteile. So müssen zum Schalten des erfindungsgemäßen Magneten nur kleine Stromerhöhungen bewirkt werden. Dabei ergeben sich beim Schalten kaum Wirbelstromverzögerungen, wobei schon kurz nach dem Hubbeginn des Magnetankers eine hohe

Schaltkraft zur Verfügung steht. In Verbindung mit den besonderen Vorteilen eines sich so ergebenden Schwenkankermagneten, nämlich einer geringen Ankermasse, einer vernachläßigba- ren Reibung des Ankers innerhalb des Pols sowie unter Aus- Schaltung einer Massenerhöhung durch zu verdrängendes Öl durch enge Bohrungen läßt sich der erfindungsgemäße Anker besonders vorteilhaft einsetzen.

Der erfindungsgemäße Pol läßt sich einfach herstellen, wenn der Spulenkern und/oder der Magnetanker jeweils als im wesentlichen zylindrischer Rohrabschnitt abgebildet sind. Dabei ist der Magnetanker vorzugsweise so ausgebildet, daß er auf einem stabförmigen Ankerstößel fest anbringbar ist, während der Spulenkern eine Durchgangsöffnung aufweist, die so ausge- bildet ist, daß der Ankerstößel auch bei großen Verlagerungen des Magnetankers nicht an der Innenseite des Spulenkerns anliegt.

Wenn ein erstes Ende des Ankerstößel mit einem ersten Ende des Spulenkerns fest verbunden ist, dann bewegt sich der Magnetanker bei einer Verlagerung auf einer Kreisbahn um den Befestigungspunkt des Ankerstößels am Spulenkern. Eine dabei entstehende Querbewegung des Magnetankers kann dann besonders einfach beispielsweise auf einen Ventilschieber eines hydrau- lischen Magnetventils übertragen werden. Dabei ist weiterhin vorgesehen, daß ein zweites Ende des Ankerstößels über ein zweites Ende des Spulenkerns hinausragt. Zur Betätigung bei- spielsweise eines Ventilschiebers genügt es dann, den Spulenkern in einem Ventilgehäuse zu befestigen und das zweite Ende des Ankerstößels mit dem Ventilschieber in Kontakt zu bringen.

Die Erfindung ist weiterhin in einem Magnet insbesondere für ein hydraulisches Magnetventil verwirklicht, der einen wie vorstehend geschildert erfindungsgemäß ausgestalteten Pol aufweist, wobei ferner in Bereich des Spulenkerns wenigstens eine elektrische Spule vorgesehen ist.

Die Erfindung ist auch in einem Magneten verwirklicht, der zwei vorzugsweise zueinander koaxial angeordnete elektrische Spulen aufweist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Magnetpol zum Einsatz kommt, bei dem in dem unterbrochenen Bereich des Spulenkerns ein Verbindungsbereich mit magneti- sierbarem Material vorgesehen ist. Mit zwei solchen Spulen läßt sich auf besonders einfache Weise eine Vormagnetisierung erreichen, die einen verbesserten Betrieb mit einem zweiten Luftspalt ermöglicht.

Abweichend davon oder zusätzlich kann die elektrische Spule bzw. können die elektrischen Spulen nicht nur mit zwei unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagbar sein, sondern auch mit drei unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagbar sein. Dabei kann ausgehend von einem Ruhepotential, das die erste Betriebsspannung darstellt, über die zweite Betriebsspannung in die dritte Betriebsspannung geschaltet werden. Die zweite Betriebsspannung erzeugt dabei die Vormagne- tisierung, während die dritte Betriebsspannung den eigentlichen Schaltstrom des Magneten darstellt.

Gemäß der Erfindung kann die Vormagnetisierung des Magnetankers aber auch durch einen Dauermagneten erreicht werden.

Außerdem betrifft die Erfindung auch ein hydraulisches Magnetventil mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Magneten, wobei das Magnetventil einen durch den Ankerstößel betätigbaren Ventilschieber aufweist.

Der vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Schwenkarm- magnet ist besonders vorteilhaft, da er reibungsarm arbeitet und dadurch nur einen geringen oder keinen Verschleiß aufweist. Darüber hinaus weist er eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf, da zu seiner Betätigung keine Haftreibung überwunden werden muß. Gerade bei der Ausbildung mit zwei schräg verlaufenden, zueinander symmetrischen Arbeitsspalten ergibt sich der besondere Vorteil, daß keine resultierende Kraft in Achsenrichtung des zu verbiegenden Ankerstößels auftritt. Außerdem läßt sich der Magnetanker besonders klein ausführen, wodurch sich die Ansteuerbarkeit des erfindungsgemäßen Ma- gnets verbessert. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Magnet keine reduzierte Ölmasse auf, so daß sich unabhängig davon, ob sich Öl oder Luft im Ankerraum befindet, keine wesentlichen Dynamikunterschiede ergeben. Schließlich ist der erfindungsgemäße Magnet besonders einfach aufgebaut.

Die Erfindung ist auch bei einem Pol verwirklicht, der einen Magnetanker aufweist, bei dem die Ankerseitenflächen die Längsachse mit rechtem Winkel schneiden, wenn gleichzeitig der Spulenkern im Bereich des Magnetankers wenigstens eine Kernseitenfläche aufweist, die von der Längsachse mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten wird. Auch bei einer solchen gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen umgekehrten Ausbildung verlaufen die Feldlinien im Luftspalt zwischen Magnetanker und Spulenkern so, daß eine senkrecht zur Längsachse verlaufende Kraftkomponente entsteht, die den Magnetanker auslenkt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungs- beispiels veranschaulicht.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pol, Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung des Pols aus Figur 1,

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes hydraulisches Propor- tionale-Wegeventil, Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Pol,

Figur 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung des Pols aus Figur 4,

Figur 6 zeigt einen Schaltplan für den Betrieb des Pols aus Figur 4,

Figur 7 zeigt einen weiteren Schaltplan für den Betrieb des Pols aus Figur 4,

Figur 8 zeigt einen Schaltplan für den Betrieb eines weiteren erfindungsgemäßen Pols, Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Pols und

Figur 10 zeigt einen Schaltplan für den Betrieb des Pols aus Figur 9.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Pol 1. Der Pol 1 hat einen Kern 2 mit im wesentlichen zylindrischer Außenform, auf dessen Außenseite eine elektrische Spule 3 vorgesehen ist.

Die Spule 3 weist ein im wesentlichen topfförmiges Spulengehäuse 4 auf, das an seiner in Figur 1 rechtsseitig gelegenen Bodenseite mit einer Kernöffnung 5 versehen ist, die mit der Außenseite des Kerns 2 abschließt. Auf der der Kernöffnung 5 gegenüberliegenden Seite ist die Spule 3 mit einer Ringschei- be 6 verschlossen, die mit ihrem inneren Umfang mit dem Kern 2 und mit ihrem äußeren Umfang mit dem Spulengehäuse 4 abschließt. In dem von der Außenseite des Kerns 2 und von den Innenseiten des Spulengehäuses 4 sowie von der Ringscheibe 6 gebildeten Raum ist eine Spulenwicklung 7 eingesetzt, die über zwei in dieser Ansicht nicht gezeigte Anschlüsse mit elektrischer Energie versorgbar ist. Der Kern 2 gliedert sich in einen ersten Kernabschnitt 8, der in Figur 1 linksseitig gelegen ist, und in einen zweiten Kernabschnitt 9, der in Figur 1 rechtsseitig gelegen ist. Der erste Kernabschnitt 8 und der zweite Kernabschnitt 9 sind aus magnetisierbarem Material hergestellt und sie weisen eine gemeinsame Längsachse 10 auf.

Dabei hat der erste Kernabschnitt 8 eine in Figur 1 linksseitig gelegene erste Stirnfläche 11, die sich als Schnittebene einer zu der Längsachse 10 senkrecht verlaufenden Ebene mit dem ersten Kernabschnitt 8 ergibt. An dem der ersten Stirnfläche 11 gegenüberliegenden Ende weist der erste Kernabschnitt 8 eine ersten Kernseitenfläche 12 auf, die sich als Schnittebene einer schräg zu der Längsachse 10 verlaufenden Ebene mit dem ersten Kernabschnitt 8 ergibt. Der erste Kernabschnitt 8 ist auf seinem auf der Außenseite gelegenen Mantel mit einem ersten Druckrohrabsatz 13 versehen, auf dem ein Druckrohr 14 aus antimagnetischem Material angebracht ist.

Der erste Kernabschnitt 8 ist weiterhin im Bereich der ersten Stirnfläche 11 mit einer Stößelaufnahmebohrung 15 versehen, die im Bereich der Längsachse 10 verläuft. Die Stößelaufnahmebohrung 15 erweitert sich dabei in Richtung auf die erste Kernseitenfläche 12 zu einem ersten Stößelbohrungsabschnitt 16. Dabei ist ein im wesentlichen stabförmiger Ankerstößel 17 in die Stößelaufnahmebohrung 15 eingesetzt und dort befestigt.

Der zweite Kernabschnitt 9 weist an seinem in Figur 1 rechts- seitig gelegenen Ende eine zweite Stirnfläche 18 auf, die sich als Schnittebene einer zu der Längsachse 10 senkrecht verlaufenden Ebene mit dem zweiten Kernabschnitt 9 ergibt. An dem der zweiten Stirnfläche 18 gegenüberliegenden Ende des zweiten Kernabschnitts 9 ist eine zweite Kernseitenfläche 19 ausgebildet, die sich als Schnittfläche einer schräg zur der Längsachse 10 verlaufenden Ebene mit dem zweiten Kernabschnitt 9 ergibt. Die zweite Kernseitenfläche 19 und die er- ste Kernseitenfläche 12 sind bezüglich einer senkrecht zur Längsachse 10 verlaufenden Symmetrieebene 20 zueinander symmetrisch angeordnet.

Im Inneren des zweiten Kernabschnitts 9 ist entlang der

Längsachse 10 weiterhin ein zweiter Stößelbohrungsabschnitt 26 ausgebildet, dessen Durchmesser mit dem des ersten Stößelbohrungsabschnitts 16 übereinstimmt. Dabei durchtritt der Ankerstößel 17 den zweiten Stößelbohrungsabschnitt 26 und tritt auf der zweiten Stirnfläche 18 aus. Auf dem aus dem zweiten Kernabschnitt 9 austretenden Abschnitt des Ankerstößels 17 ist dieser zu einem Betätigungskugelabschnitt 27 verdickt ausgebildet .

Auf seiner Außenseite ist der zweite Kernabschnitt 9 mit einem umlaufenden zweiten Druckrohrabsatz 21 versehen, auf dem das Druckrohr 14 angeordnet ist. Dadurch ist der zweite Kernabschnitt 9 über das Druckrohr 14 mit dem ersten Kernabschnitt 8 verbunden, wobei durch die erste Kernseitenfläche 12, durch die zweite Kernseitenfläche 19 und durch die Innenseite des Druckrohrs 14 ein Ankerraum 22 ausgebildet wird, der im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Trapezes aufweist.

Im Ankerraum 22 ist ein Magnetanker 23 angeordnet, der aus magnetisierbarem Material hergestellt ist. Der Magnetanker 23 hat im wesentlichen die Form eines Zylinders, dessen Symmetrieachse parallel zur Längsachse 10 verläuft. Die beiden Stirnflächen des Magnetankers 23 verlaufen schräg zur Längs- achse 10, wobei eine Stirnfläche als erste Ankerseitenfläche 24 ausgebildet ist, die im wesentlichen parallel zu der ersten Kernseitenfläche 12 verläuft. Die andere Stirnfläche des Magnetankers 23 ist als zweite Ankerseitenfläche 25 ausgeformt, die im wesentlichen parallel zur zweiten Kernseiten- fläche 19 verläuft. Entlang der Längsachse 10 ist der Magnetanker 23 mit einer Magnetankerbohrung 26 versehen, durch die der Ankerstößel 17 verläuft. Der Magnetanker 23 ist fest auf dem Ankerstößel 17 befestigt und so im Ankerraum 22 angeordnet, daß im Ruhezustand des Magnetankers 23 zwischen seiner äußeren Oberfläche und der inneren Oberfläche des Ankerraums 22 allseitig ein Luftspalt ausgebildet ist.

Aufgrund der Anordnung des Magnetankers 23 auf dem im ersten Kernabschnitt 8 befestigten Ankerstößel 17 verlagert sich der Betätigungskugelabschnitt 27 des Ankerstößel 17 bei einer Bewegung des Magnetankers 23 im Ankerraum 22 in einer Bewe- gungsrichtung, die Figur 1 durch zwei Bewegungspfeile 28 angedeutet ist.

Zur Veranschaulichung der Funktion des Pols 1 wird in Figur 2 ein vergrößerter Ausschnitt der Darstellung aus Figur 1 ver- wendet, wobei der vergrößerte Ausschnitt in Figur 2 durch eine auch in Figur 1 eingezeichnete Umrißlinie 29 begrenzt wird. Weiterhin wird zur Veranschaulichung eine in Figur 1 beispielhaft eingezeichnete magnetische Feldlinie 30 herangezogen, die den magnetischen Fluß durch den Pol 1 veranschau- licht, wenn die Spulenwicklung 7 mit elektrischer Energie versorgt wird. Wie man in Figur 2 sieht, weist die magnetische Feldlinie 30 einen ersten Feldlinienabschnitt 31 auf, der innerhalb des ersten Kernabschnitts 8 verläuft, und zwar im wesentlichen parallel zur Längsachse 10. Weiterhin weist die Feldlinie 30 einen zweiten Feldlinienabschnitt 32 auf, der innerhalb des Magnetankers 23 verläuft, und zwar ebenfalls im wesentlichen parallel zur Längsachse 10. Schließlich weist die magnetische Feldlinie 30 einen dritten Feldlinienabschnitt 33 auf, der im wesentlichen parallel zur Längsachse 10 innerhalb des zweiten Kernabschnitt 9 verläuft.

In den Luftspalten zwischen dem Magnetanker 23 und der ersten Kernseitenfläche 12 bzw. der zweiten Kernseitenfläche 19 weist die Feldlinie 30 einen ersten Ubergangsfeldlinienab- schnitt 34 bzw. einen zweiten Übergangsfeldlinienabschnitt 35 auf. Der erste Übergangsfeldlinienabschnitt 34 verläuft dabei senkrecht zu der ersten Kernseitenfläche 12 und zur ersten Ankerseitenfläche 24, während der zweite Übergangsfeldlinien- abschnitt 35 senkrecht zur Kernseitenfläche 19 und zur zweiten Ankerseitenfläche 25 verläuft.

Durch den magnetischen Fluß durch den Kern 2 wirken im

Luftspalt zwischen dem ersten Kernabschnitt 8 und dem Magnetanker 23 Kräfte F_{Ξ /} die parallel zu dem ersten Übergangs- feldlinienabschnitt 34 verlaufen. Außerdem wirken zwischen dem Magnetanker 23 und der zweiten Kernseitenfläche Kräfte F_SR, die parallel zum zweiten Übergangsfeldlinienabschnitt 35 verlaufen. Diese Kräfte F_SL und F_SR können in Komponenten zerlegt werden, die parallel zur Längsachse 10 bzw. senkrecht zur Längsachse 10 verlaufen. Dabei ergibt sich ein linkes Kräftedreieck 36 und ein rechtes Kräftedreieck 37, die zusa - men mit einem Koordinatensystem 38 in Figur 2 beispielhaft dargestellt sind. Die beiden Kräfte F_ΞL und F_SR sind betragsmäßig identisch. Sie unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer jeweiligen Richtung. Wie man in Figur 2 sieht, heben sich deren beiden in x-Richtung verlaufenden Komponenten -F_x und F_x gegenseitig auf, so daß der Magnetanker 23 in x-

Richtung von keiner Kraft beaufschlagt wird. Die beiden verbleibenden Komponenten -F_y der beiden Kräfte F_ΞL und F_SR addieren sich zu einer Gesamtkraft -2F_y auf, die den Magnetanker 23 in einer Richtung entgegengesetzt zur y-Richtung verlagert.

Wie man in Figur 2 besonders gut sieht, besteht ein Zusammenhang zwischen dem Winkel, der zwischen der ersten Kernseitenfläche 12, der zweiten Kernseitenfläche 19, der ersten Anker- Seitenfläche 24 bzw. der zweiten Ankerseitenfläche 25 und der Längsachse 10 eingeschlossen wird und den Beträgen der in Richtung der y-Achse wirkenden Kraftkomponenten der beiden Kräfte F_SL und F_SR. Durch Variation der vorstehend genannten Winkel und der Größe des Luftspalts im Ankerraum 22 kann auf unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der geforderten Auslenkung des Betätigungskugelabschnitts 27 am Ankerstößel 17 reagiert werden. Je kleiner der Schnittwinkel zwischen der Längsachse 10 und der ersten Kernseitenfläche 12, der zweiten Kernseitenfläche 19, der ersten Ankerseitenfläche 24 bzw. der zweiten Ankerseitenfläche 25 gewählt wird, um so größer ist der Anteil der jeweiligen Kraftkomponenten in Richtung der y- Achse.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetventil 50 im Querschnitt.

Das Magnetventil 50 weist ein Ventilgehäuse 51 auf, in dem eine Ventilkolbenbohrung 52 mit einem darin eingesetzten Ventilkolben 53 vorgesehen ist. Von der Ventilkolbenbohrung 52 aus führen Hydraulikkanäle 54 zu der Außenseite des Ventilge- häuses 51.

Im Bereich je eines Endes des Ventilkolbens 53 ist eine Polbohrung 55 ausgebildet, die im wesentlichen senkrecht zur Ventilkolbenbohrung 52 verläuft. Im Austrittsbereich der Polbohrungen 55 sind diese zu Polaufnahmeöffnungen 56 erweitert, in die jeweils ein Pol 1 aus Figur 1 eingesetzt sind. Dabei ist jeweils der zweite Kernabschnitt 9 so weit in die Polaufnahmeöffnung eingeschoben, bis die Unterseite des Spulengehäuses 4 an Ventilgehäuse 4 anliegt. In diesem Zusrand berühren jeweils die Betätigungskugelabschnitte 27 der Ankerstößel 17 die Enden des Ventilkolbens 53. Ein jeweils auf den ersten Kernabschnitt 8 aufgesetzter Haltering 57 sichert die Spule 3 auf dem Kern 2 gegen Herunterrutschen.

Im Betrieb verhält sich das Magnetventil 50 wie folgt. Soll der Ventilkolben 53 in der in Figur 3 gezeigten Darstellung nach links verschoben werden, dann wird die Spule 7 des in Figur 3 rechts gelegenen Pols 1 mit elektrischer Energie versorgt. Daraufhin bewegt sich der Magentanker 23 des in Figur 3 rechtsgelegenen Pols 1 nach links und verschiebt dadurch den Stößel 17 und den Betätigungskugelabschnitt 27 nach links. Dabei wird der Betätigungskugelabschnitt 27 des in Figur 3 links gelegenen Pols 1 ebenfalls nach links verschoben, bis dieser aufgrund der Verbiegung des Ankerstößels 17 eine entgegengerichtete Kraft auf den Ventilkolben 53 ausübt, die so groß ist, daß ein Kräftegleichgewicht herrscht. Falls dies beispielsweise im Zuge einer Regelung gewünscht ist, kann zu- gleich auch der in Figur 3 links gelegene Pol 1 betätigt werden, indem seine Spulenwicklung 7 mit elektrischer Energie versorgt wird.

Nach der Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Energie zu den Spulenwicklungen 7 kehren die Ankerstößel 17 und der Ventilkolben 53 wieder in die Figur 3 gezeigte Ausgangslage zurück.

Figur 4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Pol 60, der in wesentlichen Teilen mit dem erfindungsgemäßen Pol 1 aus Figur 1 übereinstimmt. Gleiche Teile sind daher mit den selben Bezugsziffern versehen.

Der Pol 60 weist ein Druckrohr 61 auf, das im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders hat. Das Druckrohr 61 gliedert sich dabei in einen ersten Druckrohrabschnitt 62 aus magnetisierbarem Material, in einen zweiten Druckrohrabschnitt 63 aus anti-magnetischem Material sowie in einen dritten Druckrohrabschnitt 64 aus magnetisierbarem Material.

Der erste Druckrohrabschnitt 62 und der dritte Druckrohrabschnitt 64 sind so lang ausgeführt, daß sich die breitere Seite des Magnetankers 23 gerade noch unter dem ersten Druckrohrabschnitt 62 bzw. unter dem dritten Druckrohrabschnitt 64 befindet.

In Figur 4 ist neben der Feldlinie 30 eine Teilfeldlinie 65 eingezeichnet, die ausgehend vom ersten Kernabschnitt 8 in den ersten Druckrohrabschnitt 62 hinein verläuft und von dort in die Mantelfläche des Magnetankers 23 eintritt. Im Inneren des Magnetankers 23 verläuft die Teilfeldlinie 65 parallel zum zweiten Feldlinienabschnitt 32 am zweiten Druckrohrab- schnitt 63 vorbei, bis sie im Bereich des dritten Druckrohrabschnitts 64 aus dem Magnetanker 23 austritt. Dort tritt die Teilfeldlinie 65 in den dritten Druckrohrabschnitt 64 ein, von wo aus sie in den zweiten Kernabschnitt 9 hinein läuft und den magnetischen Kreis über das Spulengehäuse 4 und die Ringscheibe 6 wieder schließt. Der Verlauf der Teilfeldlinie 65 ist in Figur 5 näher veranschaulicht.

Figur 6 zeigt eine elektrische Schaltung 66 zum Betrieb des Pols 60 aus Figur 4. Von dem Pol 60 ist in Figur 6 lediglich die Spule 3 gezeigt. Die Spule 3 ist über einen ersten Schalter 67 mit einer Spannung Üb beaufschlagbar . In dem durch den ersten Schalter 67 geschlossenen Stromkreis ist weiterhin eine Diode 68 angeordnet.

Die elektrische Schaltung 66 weist weiterhin einen zweiten Schalter 68 auf, über den die Anschlüsse der Spule 3 mit einer zweiten Betriebsspannung Ua beaufschlagbar sind. Dabei ist die zweite Betriebsspannung Ua größer als die erste Be- triebsspannung Üb.

Im Betrieb verhält sich der gemäß Figur 6 verschaltete Magnetpol 60 wie folgt. In einem Zustand vor dem Schalten befindet sich der erste Schalter 67 in geschlossenem Zustand. In diesem Zustand liegt eine Sättigung im Bereich der

Luftspalte zwischen dem ersten Druckrohrabschnitt 62 und dem Magnetanker 23 bzw. zwischen dem dritten Druckrohrabschnitt 64 und dem Magnetanker 23 vor. Zum Schalten des Pols 60 wird der zweite Schalter 69 betätigt, so daß die Spule 3 auch von der Betriebsspannung Ua versorgt wird. In diesem Zustand ist die im Arbeitsspalt zwischen dem ersten Kernabschnitt 8, dem Magnetanker 23 und dem zweiten Kernabschnitt 9 erzeugte Kraft so groß, daß der Magnetanker 23 in der in Figur 4 gezeigten Ansicht nach unten gezogen wird. Dadurch vergrößert sich je- weils der Luftspalt zwischen dem Magnetanker 23 und dem ersten Druckrohrabschnitt 62 bzw. dem zweiten Druckrohrabschnitt 63, so daß sich der größere Teil des Flusses des Ma- gnetfelds in den Teil des Arbeitsluftspalts verlagert. Dadurch ergibt sich ein schneller Schaltvorgang des erfindungsgemäßen Pols 60.

Figur 7 zeigt ein weiteres schematisches Schaltbild zum Betrieb des erfindungsgemäßen Pols 60. Gemäß Figur 7 reicht hierzu eine einzige Spannungsquelle Üb aus, wobei die Spule 3 über den ersten Schalter 67 sowie über einen Vorwiderstand 70 mit einer durch den Vorwiderstand 70 verminderten Spannung beaufschlagbar ist. Parallel zum Vorwiderstand 70 ist der zweite Schalter 69 geschaltet, wobei der zweite Schalter 69 bei Betätigung den Vorwiderstand 70 überbrückt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Spule 3 je nach Stellung des ersten Schalters 67 und des zweiten Schalters 69 mit ins- gesamt drei verschiedenen Betriebsspannungen beaufschlagbar ist.

Figur 8 zeigt ein Schaltbild zum Betrieb eines in dieser Ansicht nicht gezeigten Pols, der eine erste Spule 71 sowie ei- ne zweite Spule 72 aufweist. Dabei dient die erste Spule 71 zur erfindungsgemäßen Vormagnetisierung des Pols, während die zweite Spule 72 zum Durchschalten des Pols verwendet wird. Die erste Spule 71 ist über den ersten Schalter 67 mit der Betriebsspannung Üb beaufschlagt. Die zweite Spule 72 wird mit dem zweiten Schalter 69 mit der Betriebsspannung Üb beaufschlagt .

Figur 9 und Figur 10 zeigen einen weiteren erfindungsgemäßen Pol 73, von dem in dieser Ansicht nur ein Magnetanker 74, ein Druckrohr 75, ein Spulengehäuse 76, eine Spule 77 sowie ein im Bereich der Spule 77 angeordneter Permanentmagnet 78 zu sehen ist.

Im Betrieb des Pols 73 wird die Vormagnetisierung des Magne- tankers 74 durch den Permanentmagneten 78 bewirkt. Zur Betätigung des Pols 73 kann die Spule 77 mit einer ersten Betriebsspannung Ua und mit einer zweiten Betriebsspannung Üb beaufschlagt werden, was in Figur 9 besonders gut zu sehen ist. Die Spannungen Ua und Üb haben jeweils eine umgekehrte Polarität, so daß die Spule 77 über Schalter 79 zum Einschalten bzw. zum Ausschalten des Permanentmagneten 78 umpolbar ist.

Claims

Patentansprüche

1. Pol (1) für einen Magneten insbesondere zur Verwendung in einem hydraulischen Magnetventil (50), mit einem aus ma- gnetisierbarem Material hergestellten, sich entlang einer Längsachse (10) erstreckenden Spulenkern (8, 9), wobei der Pol (1) weiterhin die folgenden Merkmale aufweist: in einer im Inneren des Spulenkerns (8, 9) verlaufenden Stößelöffnung (16) ist ein im wesentlichen paral- lel zur Längsachse (10) verlaufender Ankerstößel (17) vorgesehen, auf dem Ankerstößel (17) ist wenigstens ein Magnetanker (23) vorgesehen, der wenigstens eine Ankerseitenfläche (19, 24) aufweist, die von der Längsachse (10) mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten wird, der Spulenkern (8, 9) ist im Bereich des Magnetankers (23) unterbrochen ausgeführt.

2. Pol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker zwei Ankerseitenflächen (24, 25) aufweist, die von der Längsachse (10) mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten werden.

3. Pol nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ankerseitenflächen (24, 25) zu einer bezüglich der Längsachse (10) senkrecht verlaufenden Ebene (20) symmetrisch ausgebildet sind.

4. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (8, 9) wenigstens eine Kernseitenfläche (12, 19) aufweist, die von der Längsachse (10) mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten wird.

5. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (8, 9) zwei Kernseitenflächen (12, 19) aufweist, die von der Längsachse (10) mit einem von 90° verschiedenen Winkel geschnitten werden.

6. Pol nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kernseitenflächen (12, 19) zu einer bezüglich der Längsachse (10) senkrecht verlaufenden Ebene (20) symmetrisch ausgebildet sind.

7. Pol nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Ankerseitenfläche (24, 25) im wesentlichen parallel zu je einer Kernseitenfläche (12, 19) verläuft.

8. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unterbrochenen Bereich des Spulenkerns (8, 9) ein Verbindungsbereich (14) vorgesehen ist, der antimagnetisches Material aufweist.

9. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unterbrochenen Bereich des Spulenkerns (8, 9) ein Verbindungsbereich vorgesehen ist, der magnetisierbares Material (62, 64) aufweist.

10. Pol nach Anspruch 8 und/oder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich (14) eine rohrförmige Gestalt aufweist und unterbrochene Abschnitte des Spulenkerns it- einander verbindet.

11. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (8, 9) als im wesentlichen zylindrischer

Rohrabschnitt ausgebildet ist.

12. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Magnetanker (23) als im wesentlichen zylindrischer Rohrabschnitt ausgebildet ist.

13. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ende des Ankerstößels (17) mit einem ersten Ende ^"(11) des Spulenkerns (8, 9) fest verbunden ist.

14. Pol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ende des Ankerstößels (17) über ein zweites Ende (18) des Spulenkerns (8, 9) hinausragt.

15. Magnet insbesondere für ein hydraulisches Magnetventil, mit einem Pol (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner im Bereich des Spulenkerns (8, 9) wenigstens eine elektrische Spule (3) vorgesehen ist.

16. Magnet nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei insbesondere zueinander koaxial angeordnete elektrische Spulen vorgesehen sind.

17. Magnet nach Anspruch 15 oder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spule (3) bzw. die elektrischen Spulen mit wenigstens drei unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagbar ist bzw. sind.

18. Magnet nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Spulenkerns ein Dauermagnet (78) angeordnet ist.

19. Hydraulisches Magnetventil (50) mit wenigstens einem Magneten nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Magnetventil (50) einen durch den Ankerstößel (17) betätigbaren Ventilschieber (53) aufweist.