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Dokumentenidentifikation DE102005051178A1 26.04.2007
Titel Stelleinheit mit direkter Ankerlagerung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Krehl, Guenther, 71679 Asperg, DE
DE-Anmeldedatum 24.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005051178
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H01F 7/18(2006.01)A, F, I, 20051024, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16K 31/06(2006.01)A, L, I, 20051024, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Stelleinheit (10), insbesondere ein Druckregelventil zum Einsatz im Automobilbereich. Die Stelleinheit (10) umfasst einen Elektromagneten (14), der in einem Gehäuse (12) aufgenommen ist, und einen Anker (18), der in der Ankerführung (16, 40) verschieblich geführt ist. Der Anker (18) betätigt ein Stellglied (22) und ist in mindestens einem eine Umfangsunterbrechung (74) aufweisenden Lagerring (60, 62) gelagert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinheit, wie z.B. einen Druckregler zur Anwendung im Automobilbereich.

Aus WO 99/08169 A1 ist ein elektromagnetisches Druckregelventil bekannt. Dieses kombiniert die Funktionseigenschaften eines Druckregelventils mit den Funktionseigenschaften eines Schaltventils. Das Druckregelventil lässt sich insbesondere zur Ansteuerung von Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen einsetzen und zeichnet sich durch geringe Herstellkosten, durch eine geringe Leckage und einen zu geringen Betriebsdrücken hin erweiterten Betriebsbereich mit stetig verlaufender Kennlinie aus. Das Ventilteil des Druckregelventils weist ein erstes Sitzventil mit einem Schließelement auf. Dieses Schließelement wirkt mit einem Betätigungsglied zusammen, das zur Ausbildung eines zweiten Sitzventils eine Steuerkante aufweist.

Das aus WO 99/08169 A1 bekannte Druckregelventil umfasst einen Elektromagneten, der als Elektromagnetspule ausgebildet ist. Innerhalb der Magnetspule ist ein Anker angeordnet, der einen Stellkolben aufweist. Der Stellkolben wirkt auf einen Schaft, an den sich ein Stößel anschließt.

Der Anker des aus WO 99/08169 A1 hervorgehenden elektromagnetisch betätigbaren Druckregelventils ist in einer die Magnetspule umgebenden Hülse geführt. Dies bedingt relativ hohe Oberflächengüten, in denen einerseits die Mantelfläche des Ankers und andererseits eine die Magnetspule des Elektromagneten umgebende Hülse ausgebildet sein müssen, um ein möglichst reibungsarmes Verschieben des Ankers zu ermöglichen.

Neben der aus WO 99/08169 A1 bekannten direkten Lagerung des Ankers in einem Polstück bzw. einem Polkern, besteht die Möglichkeit, z.B. bei elektromagnetisch betätigten Druckreglern für die Ankerlagerung eine Achse mit zwei Gleitlagern vorzusehen.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Direktlagerung eines Ankers einer elektromagnetisch betätigbaren Stelleinheit bereitzustellen, welche kostengünstig herstellbar ist.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird dazu der Anker eines Elektromagneten im Nebenluftspalt vorgeschlagen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Direktlagerung des Ankers bestimmt gleichzeitig den Nebenluftspalt, welcher zwischen einem Polstück oder einem Polkern und der Außenumfangsfläche des Ankers besteht. Zur Herabsetzung der Reibung zwischen dem Polstück oder dem Polkern und dem relativ zu diesem beweglichen Anker wird der Anker an mindestens einem geschlitzt ausgebildeten, in eine Nut eingebrachten Lagerring geführt. Der mindestens eine Lagerring weist einen Ringüberstand auf, so dass der mindestens eine Lagerring über die Ringnut hinaus hervorsteht und somit den notwendigen Nebenluftspalt definiert.

Der mindestens eine Lagerring kann aus verschiedenen Werkstoffen wie z.B. Kunststoff hergestellt werden. Der mindestens eine Lagerring weist eine radiale Vorspannung auf, welche die Montage des mindestens einen Lagerrings im Polstück oder Polkern oder auch unmittelbar am Anker erleichtert. Aufgrund der radialen Vorspannung des mindestens einen Lagerrings weist dieser im montierten Zustand einen sicheren Sitz in einer Aufnahmenut auf, sei diese an der Außenumfangsfläche des Ankers, sei diese an einer Innenumfangsfläche eines Polstücks oder eines Polkerns ausgebildet. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, bei der bevorzugt mindestens ein mit einer Umfangsunterbrechung versehener Lagering eingesetzt wird, werden Radialkräfte an einer Gleitfläche vermieden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist sehr kostengünstig, da der Einsatz von Kunststoffspritzgussbauteilen möglich ist. Die geschlitzte Ausführung des mindestens einen die Direktlagerung des Ankers im Nebenluftspalt darstellenden Lagerrings bewirkt eine geringe radial verlaufende Wärmeausdehnung des Lagerrings, so dass kleine Laufspiele zwischen dem mindestens einen Lagerring und der Außenumfangsfläche des direkt gelagerten Ankers erzielt werden. Damit ist eine weitestgehend konzentrische Lagerung des relativ zum Polstück oder Polkern bewegbaren Ankers möglich. Wird als Kunststoffmaterial z.B. PA, PPS, PI oder PEEK, jeweils mit oder ohne Zusätze, eingesetzt, lässt sich eine geringe Reibung zwischen der Lauffläche des mindestens einen Lagerrings und beispielsweise der Innenumfangsfläche eines Polstücks oder Polkerns erreichen. In dem mindestens einen, den Anker direkt im Polstück oder Polkern lagernden Lagerringes können z.B. die Funktionen Entlüftung und Drosselung durch eine geeignete Ringkontur integriert werden. Zur Belüftung können z.B. den mindestens einen Lagerring durchsetzende Nuten oder Schlitze im Lagerringmaterial ausgeführt werden. Ein erheblicher Herstellkostenvorteil liegt darin, dass aufgrund der gewählten Lösung ein Anker im Polstück oder im Polkern derart gelagert ist, dass die Gleitflächen im Vergleich zur Mantelflächenerstreckung des Ankers in axialer Richtung gesehen, klein sind. Dadurch können die Umfangsflächen des den mindestens einen Lagerring aufnehmenden Polstücks oder des Polkerns oder des Ankers kostengünstig hergestellt werden, d.h. eine erhöhte Rauhigkeit aufweisen, da sie mit geringerer Oberflächengüte im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung hergestellt werden können. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Prinzip der Direktlagerung eines Ankers einem mit mindestens einem geschlitzt ausgebildeten Lagerring kann auch auf solche Ankerlagerungen von elektromagnetischen Stelleinheiten übertragen werden, die nicht in einem Nebenluftspalt angeordnet sind.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend naher beschrieben.

Es zeigt:

1 einen elektromagnetisch betätigbaren Druckregler,

2 eine Prinzipskizze der direkten Ankerlagerung in einem Polstück oder Polkern,

3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Polkerns oder Polstück mit darin eingebrachtem ersten und zweiten Lagerring und

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines direkt gelagerten Ankers, bei welchem der erste Lagerring und der zweite Lagerring an der Außenumfangsfläche des Ankers in Umfangsnuten aufgenommen sind.

Der Darstellung gemäß 1 ist eine Stelleinheit 10 zu entnehmen, bei der es sich z.B. um ein elektromagnetisch betätigbaren Druckregler zur Anwendung im KFZ-Bereich handeln kann. Die in 1 dargstellte Stelleinheit 10 umfasst ein Gehäuse 12, in welchem ein Elektromagnet 14 in Spulenform untergebracht ist. Der Elektromagnet 14 in Spulenform gemäß der Darstellung in 1 umschließt eine Ankerführung 16, die ihrerseits einen Anker 18 umgibt. Der Anker 18 umfasst ein Übertragungselement 32, welches z.B. als ein Stellkolben mit abgerundeten Endbereichen ausgebildet sein kann. Der Anker 18 gemäß der Darstellung in 1 ist mit einem Federelement 20 beaufschlagt. Der Anker 18 ist in der Ankerführung 16 flächig geführt, wobei sich über einen sich in axialer Richtung erstreckenden großflächigen Bereich die Mantelfläche des Ankers 18 und die Innenumfangsfläche der Ankerführung 16 berühren.

Das Übertragungselement 32 des relativ zur Ankerführung bewegbaren Ankers 18 wirkt auf ein Stellglied 22, dessen Stirnseite 24 eben ausgebildet ist. Das Stellglied 22 ist in einer Stellgliedführung 26 aufgenommen, welche ihrerseits in einem Ventilkörper 34 gelagert ist. Der Ventilkörper 34 ist über eine Aufnahme 28 an der Stelleinheit 10 gelagert.

Die in 1 dargestellte Stelleinheit 10 verfügt über einen Steckeranschluss 30, über welchen der Elektromagnet 14 bestromt wird.

2 zeigt eine schematisch wiedergegebene Prinzipskizze der Direktlagerung des Ankers eines elektromagnetischen Stellers.

Aus der Darstellung gemäß 2 geht ein Polstück oder Polkern 40 im Schnitt hervor. Das Polstück oder der Polkern 40 umfasst eine Außenumfangsfläche 42 sowie eine Innenumfangsfläche 44. Das Polstück oder der Polkern 40 ist symmetrisch zur Symmetrieachse 46 aufgebaut. An der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 ist in einer Umfangsnut 50 ein Lagerring 52 aufgenommen. Der Lagerring 52 umschließt eine Außenumfangsfläche 56 des Ankers 18. Der in 2 dargestellte Lagerring 52 weist eine in seiner Umfangsfläche ausgebildete Unterbrechung auf, welche die Längendehnung des Lagerrings 52 kompensiert. Die Unterbrechung kann beispielsweise schlitzförmig ausgebildet werden. Ein Ringüberstand des Lagerrings 52, mit welchem dieser über die Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 übersteht, bestimmt einen Nebenluftspalt 48, der sich zwischen der Ankerumfangsfläche 56 und der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder Polkerns 40 ausbildet. Der Lagerring 52 gemäß der Darstellung in 2 ist so dimensioniert, dass sich in radialer Richtung zwischen der Ankerumfangsfläche 56 des Ankers 18 und der Innenseite des Lagerrings 52 ein Laufspiel 54 einstellt. Aufgrund der geschlitzten Ausbildung des Lagerrings 52 lässt sich eine geringe radiale Wärmedehnung des Lagerrings 52 erreichen, so dass kleine Laufspiele 54 entstehen. Kleine Laufspiele 54 wiederum ermöglichen eine konzentrische Lagerung des Ankers 18 in dem diesen umgebenden Polstück oder Polkern 40.

Der Darstellung gemäß 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Direktlagerung eines Ankers in einem Polstück oder Polkern zu entnehmen.

3 zeigt in Schnittdarstellung das Polstück oder den Polkern 40 gemäß 2. Im in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 ein erster Lagerring 60 und ein zweiter Lagerring 62 angeordnet. Der erste Lagerring 60 ist in eine erste Nut 64, der zweite Lagerring 62 in eine zweite Nut 66 an der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder Polkerns 40 eingelassen. Entsprechend der axialen Erstreckung und des Hubwegs des Ankers 18 (vgl. Darstellung gemäß 2) sind der erste Lagerring 60 und der zweite Lagerring 62 voneinander beabstandet. Die erste Nut 64 und die zweite Nut 66 in der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 sind so dimensioniert, dass der erste Lagerring 60 und der zweite Lagerring 62 jeweils um einen Ringüberstand 68 über die Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 hervorstehen. Das in 3 als Ringträger für die Lagerringe 60, 62 dienende Polstück 40 kann aufgrund des Ringüberstands 68 an der Innenumfangsfläche 44 in einer geringeren Oberflächengüte hergestellt werden, da die Ankerumfangsfläche 56 des Ankers 18 lediglich die Innenseiten des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 62 unter Berücksichtigung des Laufspiels 54 kontaktiert. Damit ist die durch die Innenseite des ersten Lagerrings 60 und die durch die Innenseite des zweiten Lagerrings 62 gegebene Gleitfläche erheblich reduziert. Der Ringüberstand 68 definiert den in 2 dargestellten Nebenluftspalt 48.

Dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist zu entnehmen, dass sowohl der erste Lagerring 60 als auch der zweite Lagerring 62 jeweils mit einer Umfangsunterbrechung 74 versehen sind. Der erste Lagerring 60 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 weist eine Parallelunterbrechung 76 auf, die parallel zur Symmetrieachse 46 des Polstücks oder Polkerns 40 verläuft. Der zweite Lagerring 62, der in der zweiten Nut 66 an der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 aufgenommen ist, weist eine schräg verlaufende Unterbrechung 78 auf, die in Bezug auf die Symmetrieachse 46 des Polstücks oder des Polkerns 40 um einen Winkel 80 schräg gestellt ist. Die Unterbrechungen 74, 76 und 78 werden bevorzugt schlitzförmig ausgeführt; die beiden in 3 dargestellten Lagerringe 60, 62 können durchaus auch gleiche Schlitzformen aufweisen.

Mit Bezugszeichen 70 ist die Ausdehnung des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 66 in radialer Richtung (Werkstoffdicke des Rings) bezeichnet, während durch den mit Bezugszeichen 72 gekennzeichneten Pfeil die Ausdehnung des ersten Lagerrings 60 und in analoger Weise des zweiten Lagerrings 62 in Umfangsrichtung dargestellt ist. Durch die Umfangsunterbrechungen 74 des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 62 wird einerseits die Montage der Lagerringe 60, 62 in die korrespondierenden Nuten 64, 66 ermöglicht, andererseits die radiale temperaturbedingte Materialausdehnung minimiert. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist im Gegensatz zu einem geschlossenen Lager, bei dem die gesamte Volumenzunahme bei Erwärmung das Lagerspiel verkleinert, bei der im Ausführungsbeispiel gemäß 3 gezeigten Umfangsunterbrechung 74 des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 62 nur die Ausdehnung in die erste Ausdehnungsrichtung 70, d.h. in radialer Richtung zu berücksichtigen. Die Längendehnung, d.h. die Ausdehnung des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 62 in Umfangsrichtung, d.h. die zweite Ausdehnungsrichtung 72 wird aufgrund der Schlitzbreite der Umfangsunterbrechungen 74 kompensiert.

Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass einerseits die Gleitfläche zwischen dem in 3 nicht dargestellten Anker 18 und dem diesen umgebenden Polstück bzw. Polkern 40 im Vergleich zu der Lösung aus dem Stand der Technik erheblich reduziert ist und andererseits in die Herstellungskosten begünstigender Weise die Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder des Polkerns 40 mit erheblich höheren Toleranzen behaftet gefertigt werden kann, da zwischen dem in 3 dargestellten ersten Lagerring 60 und dem zweiten Lagerring 62, in welchen der Anker 18 geführt ist, kein Gleitkontakt besteht.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Direktlagerung des Ankers dargestellt.

In der Darstellung gemäß 4 sind der erste Lagerring 60 und der zweite Lagerring 62 an der Ankerumfangsfläche 56 in Nuten aufgenommen. Die Nuten werden in der Darstellung gemäß 4 jeweils durch den ersten Lagerring 60 und den zweiten Lagerring 62 ausgefüllt und sind daher nicht dargestellt. Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass analog zur Darstellung gemäß 3 sowohl der erste Lagerring 60 als auch der zweite Lagerring 62 jeweils mit einer Umfangsunterbrechung 74 versehen sind. Die Umfangsunterbrechung 74 im ersten Lagerring 60 ist als Parallelunterbrechung 76, d.h. parallel zur Symmetrieachse 46 des Ankers 18 ausgeführt, während die Umfangsunterbrechung 74 des zweiten Lagerrings 62 als schräg verlaufende Unterbrechung 78 ausgebildet ist, die im Bezug auf die Symmetrieachse 46 um einen Winkel 80 schräg gestellt ist. Aufgrund des Ringüberstandes 68, um den der erste Lagerring 60 und der zweite Lagerring 62 über die Ankerumfangsfläche 56 des Ankers 18 hervorstehen, ergibt sich ebenfalls in die Herstellungskosten günstig beeinflussender Weise die Möglichkeit, die zwischen dem ersten Lagerring 60 und dem zweiten Lagerring 62 bzw. die sich zu den Stirnseiten 82 des Ankers 18 jeweils erstreckenden Bereiche der Ankerumfangsfläche 56 in geringerer Oberflächengüte auszubilden. Die in 4 dargestellten, an der Ankerumfangsfläche 56 aufgenommenen Lagerringe 60, 62 können auch gleiche Schlitzformen aufweisen.

Auch durch das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel wird die Gleitfläche, d.h. die Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem diesen umgebenden Polstück oder Polkern 40 auf die Kontaktbereiche des ersten Lagerrings 60 bzw. des zweiten Lagerrings 62 mit der Innenumfangsfläche 44 reduziert. Als Kunststoffmaterial können PA, PPS, PI sowie PEEK, jeweils mit oder ohne Zusätze, wie z. B. Glas- oder Kohlefasern, eingesetzt werden.

Durch die in 3 und in 4 dargestellten Ausführungsbeispiele zur erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können die Herstellkosten einer Direktlagerung eines Ankers 18 einer elektromagnetischen Stelleinheit 10 erheblich reduziert werden. Dies findet seine Ursache darin, dass der Flächenbereich, in welchem sich der Anker 18 und das Polstück oder der Polkern 40 berühren, auf die Lagerringe 60, 62 reduziert ist. Ferner bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Direktlagerung des Ankers 18 die Möglichkeit einer einfachen Montage, da die Lagerringe 60, 62 selbsttätig sowohl in die an der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder Polkerns 40 ausgebildete Nuten 64, 66 als auch in die korrespondierenden Nuten, die an der Ankerumfangsfläche 56 des Ankers 18 ausgebildet sein können, einrastet. Aufgrund der Vorspannung der Lagerringe 60, 62 ist deren sicherer Sitz sowohl an der Ankerumfangsfläche 56 des Ankers 18 als auch an der Innenumfangsfläche 44 des Polstücks oder Polkerns 40 gewährleistet. Die Ausführung des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 62 mit der Umfangsunterbrechung 74, sei es eine Parallelunterbrechung 76, eine schräg verlaufende Unterbrechung 78 oder eine eine andere Geometrie aufweisende Umfangsunterbrechung 74, ermöglicht aufgrund der geringen radialen Wärmeausdehnung des ersten Lagerrings 60 und des zweiten Lagerrings 62 kleine Laufspiele 54, so dass der Anker 18 bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Direktlagerung konzentrisch gelagert ist, was einerseits dessen Betätigungskräfte reduziert und andererseits die Standzeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Direktlagerung verlängert, so dass eine Vielzahl von Lastspielen störungsfrei durchgeführt werden können.


Anspruch[de]
Elektromagnetische Stelleinheit (10), insbesondere ein Druckregelventil mit einem Elektromagneten (14), der in einem Gehäuse (12) aufgenommen ist und einem Anker (18), der in einer Ankerführung (16, 40) verschieblich geführt ist und ein Stellglied (22) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (18) in mindestens einem eine Umfangsunterbrechung (74) aufweisenden Lagerring (60, 62) gelagert ist. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsunterbrechung (74) in dem mindestens einen Lagerring (60, 62) als Parallelunterbrechung (76) in Bezug auf die Symmetrieachse (46) des Ankers (18) ausgeführt ist. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsunterbrechung (74) in dem mindestens einen Lagerring (60, 62) als schräg verlaufende Unterbrechung (78) in Bezug auf die Symmetrieachse (46) des Ankers (18) ausgeführt ist. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schräg verlaufende Unterbrechung (78) in einem Winkel (80) in Bezug auf die Symmetrieachse (46) des Ankers (18) verläuft. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den mindestens einen Lagerring (60, 62) aufnehmende nutförmige Vertiefungen (64, 66) in der Ankerumfangsfläche (56) des Ankers (18) ausgeführt sind. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den mindestens einen Lagerring (60, 62) aufnehmende nutförmige Vertiefungen (64, 66) in einer Innenumfangsfläche (44) der Ankerführung (16, 40) ausgeführt sind. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung als Polstück oder Polkern (40) ausgebildet ist. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerring (60, 62) ein Kunststoffspritzgießbauteil ist, das in Radialrichtung eine Vorspannung aufweist. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerring (60, 62) um einen Ringüberstand (68) über die Ankerumfangsfläche (56) des Ankers (18) oder die Innenumfangsfläche (44) der Ankerführung (16, 40) hervorsteht. Elektromagnetische Stelleinheit (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringüberstand (68) einen Nebenluftspalt (48) definiert.






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