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Dokumentenidentifikation DE102006046582A1 26.04.2007
Titel Elektromagnetische Stellvorrichtung und Spulenkörper für eine elektromagnetische Stellvorrichtung
Anmelder ETO MAGNETIC KG, 78333 Stockach, DE
Erfinder Petersen, Jens, 78253 Eigeltingen, DE
Vertreter Hiebsch und Kollegen, 78224 Singen
DE-Anmeldedatum 30.09.2006
DE-Aktenzeichen 102006046582
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H01F 7/08(2006.01)A, F, I, 20060930, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer in einer Spulenvorrichtung axial geführten, durch eine Bestromung der Spulenvorrichtung bewegbaren Ankereinheit, wobei die Spulenvorrichtung einen zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in einem Fluidführungsabschnitt ausgebildeten Spulenkörper aufweist, dem Mittel zur Druckmessung des Fluids zugeordnet sind, wobei der aus einem Kunststoffmaterial gebildete Spulenkörper einen einstückig ansitzenden Befestigungsabschnitt zum Aufnehmen einer Drucksensoreinheit aufweist, der so ausgebildet ist, dass bei auf dem Befestigungsabschnitt befestigter Drucksensoreinheit diese einen Fluiddruck erfassen kann.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches sowie einen Spulenkörper für eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 7.

Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, etwa im Zusammenhang mit Pneumatikventilen, welche durch eine gattungsbildende elektromagnetische Stellvorrichtung realisiert bzw. betätigt werden. Genauer gesagt leitet in aus dem Stand der Technik bekannter Weise ein Spulenkörper Druckluft als Fluid, und durch Wirkung eines im Spulenkörper axial beweglich geführten, typischerweise zylindrischen Ankers (durch Bestromung einer auf dem Spulenkörper sitzenden Wicklung) erfolgt dann die gewünschte Betätigungs- bzw. Ventilwirkung.

Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen ist es dabei notwendig, den Fluiddruck zu überwachen, etwa um Fehlfunktionen oder Unfällen vorzubeugen. In aus dem Stand bekannter Weise werden dabei Drucksensoreinheiten in Druckverbindung mit dem Fluid gebracht, und von einer solchen Drucksensoreinheit erzeugte elektrische Signale werden dann geeigneter Überwachungsstruktur zugeführt. Zur Vermeidung unnötiger parasitärer Effekte ist es dabei insbesondere auch üblich, derartige, aus dem Stand der Technik bekannte Drucksensoreinheiten in unmittelbarer Nähe des Spulenkörpers (und damit der darin gebildeten Fluidführung) vorzusehen.

Die 4 verdeutlicht eine derartige, bekannte Drucksensoreinheit samt Halterung: So ist ein ansonsten bekannter, in der 4 doppelt schraffiert gezeigter Drucksensor 10 auf einer Halteeinheit 12, typischerweise einem Kunststoffspritzteil, montiert, welche für das zu messende Fluid einen horizontalen sowie einen sich daran anschließenden, zu einer Druckangriffsfläche des Sensors 10 führenden Druckkanal 14, 16 ausbildet. Über einen Stutzen- bzw. Flanschabschnitt 18 ist die in 4 gezeigte, bekannte Drucksensoreinheit mit gattungsgemäß bekannten Spulenkörpern verbindbar, und zwar so, dass die Fluidführung zur Herstellung der Druckverbindung mit den Kanälen 14, 16 verbunden ist.

Wie sich unmittelbar aus dieser Diskussion ergibt, ist jedoch eine derartige, bekannte Vorgehensweise zur Druckmessung bzw. -kontrolle bei etwa mittels elektromagnetischer Stellvorrichtungen realisierten Pneumatikventilen konstruktiv aufwendig, verlangt nach zusätzlichen Montageschritten und ist, bedingt durch die Modularisierung und die dadurch notwendige, komplexere Fluidführung, fehleranfällig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetische Stellvorrichtung zu schaffen, welche in konstruktiv deutlich vereinfacher Weise eine Druckmessung des im Fluidführungsabschnitt der Spulenvorrichtung geführten Fluids ermöglicht, dabei Herstellungs- und Montageaufwand verringert und die Betriebssicherheit erhöht.

Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch den Spulenkörper mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist zunächst an den Spulenkörper aus Kunststoffmaterial, welcher typischerweise als Spritzteil gefertigt wird, ein einstückiger Aufnahmeabschnitt für die Drucksensoreinheit angeformt. Dies ermöglicht mehrere Vorteile: Zum einen ist weder eine separate konstruktive Realisierung eines Drucksensorträgers notwendig, noch braucht es Montageschritte zum Herstellen der Gesamtanordnung. Vielmehr wird durch diese erfindungsgemäße Vorgehensweise in kontrollierbarer und reproduzierbarer Weise die Sensorhalterung und der Fluidfluss zum Drucksensor zum Zweck der Druckmessung vorgegeben, so dass, neben der Aufwandsverminderung, auch die Fehleranfälligkeit verringert wird.

Besonders bevorzugt ist es dabei, einen Strömungskanal so in den Spulenkörper einzubetten, dass dieser, als integrierter Bestandteil der Anordnung, den Fluidfluss zwischen Drucksensoreinheit (welche weiter bevorzugt zur festen, unlösbaren Befestigung vorgesehen ist) und Fluidführungsabschnitt ermöglicht.

In der industriellen Anwendung oder etwa für Anwendungszwecke im Kfz-Bereich ist es üblich, mittels erfindungsgemäßer elektromagnetischer Stellvorrichtungen realisierte Pneumatikventile od.dgl. in geeignete Gehäuse einzusetzen bzw. zu umspritzen oder zu umgießen. Neben dem dadurch erreichten Schutz vor Betriebs- bzw. Umgebungseinflüssen ermöglicht es die Erfindung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung, ohnehin zur Ansteuerung der Wicklung auf den Spulenkörper benötigte Steckereinheiten zusätzlich für die Herausführung des (elektrischen) Drucksensorsignals zu nutzen und insoweit lediglich etwa eine gemeinsame Steckereinheit vorzusehen, weiterbildungsgemäß ist es gar sinnvoll, weitestmöglich Stecker gemeinsam zu belegen, etwa durch einen gemeinsamen Masseanschluss für das Drucksensorsignal und Wicklungs-Ansteuersignal.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere auch für die automatisierte Großserienfertigung: Nicht nur wird, wie beschrieben, durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Integration des Drucksensors in den Spulenkörper eine drastische Verringerung von Fertigungsschritten erreicht, auch ermöglichen es etwa automatentaugliche Verbindungstechniken (z.B. mittels Leadframes), kostengünstig und automatisiert elektrische Kontakte und Leitungen zu erzeugen und zur Kontaktierung herauszuführen.

In der typischer Realisierung ist der zylindrische Anker in einem entsprechend hohen zylindrischen, außen mit der Wicklung versehenen Spulenkörper geführt, wobei durch die Ankerbewegung dann etwa die gewünschte Steuerwirkung erzeugt werden kann. Günstig ist es dabei, weiterbildungsgemäß den Fluidführungsabschnitt geeignet in der Ankerlauffläche vorzusehen, z.B. durch kanalförmige Vertiefungen in dieser.

In der weiteren Optimierung, insbesondere auch unter herstellungstechnischer Sicht, bietet es sich zudem an, an bzw. in den Spulenkörper zusätzlich magnetisch wirksame Jochelemente od.dgl. an- bzw. einzuformen, alternativ oder zusätzlich, je nach Konfiguration, den Spulenkörper unmittelbar mit einem Düsenabschnitt für das Fluid zu versehen.

Im Ergebnis lässt sich durch die vorliegende Erfindung in überraschend einfacher Weise die zunehmend notwendige Druckmessung bzw. -Überwachung von elektromagnetisch gesteuerten Pneumatikventilen od.dgl. Anwendungen elektromagnetischer Stellvorrichtungen optimieren, indem durch die erfindungsgemäße unmittelbare Verbindung zwischen Drucksensoreinheit und Spulenkörper wesentliche konstruktive Vorteile mit verbesserten Montage- und Betriebseigenschaften verbunden werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

1: eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Spulenkörpers im Längsschnitt gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform mit aufsitzender Drucksensoreinheit;

2: eine Schnittansicht der Anordnung gemäß 1;

3: eine Variante der Ausführungsform gemäß 1, 2, wobei die als Pneumatikventil realisierte elektromagnetische Stellvorrichtung von einem Gehäuse umschlossen ist und einen zur Kontaktierung der Wicklung sowie des Drucksensors vorgesehenen gemeinsamen Steckerabschnitt ausbildet, und

4: eine Schnittansicht durch eine konventionelle Drucksensoreinheit, welche als separate Einheit mit einem Spulenträger aus dem Stand der Technik verbunden wurde.

Wie die 1 und 2 verdeutlichen, besteht der erfindungsgemäße Spulenkörper 20 der gezeigten Ausführungsform aus einem langgestreckten hohlzylindrischen Ankerführungsabschnitt 22, an den sich einends (in den 1 und 2 unten) ein zur Aufnahme eines Jochelements 24 ausgebildeter Ringabsatz 26 anschließt. Anderenends weist der Abschnitt 22 einen einstückig ansitzenden Befestigungsabschnitt 28 auf, auf welchem (bevorzugt unlösbar) eine schematisch gezeigte Drucksensoreinheit 30 befestigt ist.

Wie zudem die Schnittansichten der 1 und 2 erkennen lassen, ist zwischen dem Aufnahmeabschnitt 28 und der hohlzylindrischen Ankerführung im Kunststoffmaterial des Spulenkörpers ein Strömungskanal 32 gebildet, welcher dazu dient, Fluiddruck im hohlzylindrischen Ankerführungsbereich (der Anker dient insoweit als Schalt- bzw. Stellelement) zum Drucksensor zu übertragen; im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies mittels einer nach oben hin zum Aufnahmebereich 28 geöffneten Bohrung, welche dann jedoch druckdicht durch die Drucksensoreinheit 30 an einer Druckaufnahmeseite verschlossen wird.

Die 3 verdeutlicht eine konkrete Realisierung eines Pneumatikventils mittels der in den 1 und 2 gezeigten Einheit: Gezeigt ist zusätzlich ein im Spulenkörper 20 (der von einer Wicklung 34 umgeben ist) geführter zylindrischer Anker 36, welcher in ansonsten bekannter Weise zur Betätigung der so realisierten Pneumatikanordnung dient. Zusätzlich gezeigt sind Zu- bzw. Ableitungen für das Fluid.

Die Anordnung der 3 ist von einer Gehäuseschale 40 umgeben, welche dann in ansonsten bekannter Weise mit einer Vergussmasse 42 vergossen wird. Zusätzlich zeigt die Anordnung der 3 eine am Gehäuse 40 außen ansitzende Kontaktsteckereinheit 44, welche in nicht näher gezeigter Weise Kontaktanschlüsse 46 der Drucksensoreinheit 30 kontaktiert und zusätzlich eine Kontaktierung der Spulenwicklung 34 ermöglicht, so dass die gesamte elektrische Ansteuerung der Einheit der 3 mittels der gemeinsamen Steckereinheit 44 erfolgen kann.


Anspruch[de]
Elektromagnetische Stellvorrichtung mit

einer in einer Spulenvorrichtung axial geführten, durch eine Bestromung der Spulenvorrichtung (20, 34) bewegbaren Ankereinheit (36),

wobei die Spulenvorrichtung einen zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids in einem Fluidführungsabschnitt ausgebildeten Spulenkörper (20) aufweist, dem Mittel (30) zur Druckmessung des Fluids zugeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

der aus einem Kunststoffmaterial gebildete Spulenkörper (20) einen einstückig ansitzenden Befestigungsabschnitt (28) zum Aufnehmen einer Drucksensoreinheit (30) aufweist, der so ausgebildet ist, dass bei auf dem Befestigungsabschnitt befestigter Drucksensoreinheit diese einen Fluiddruck erfassen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensoreinheit unlösbar auf dem Befestigungsabschnitt befestigt ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Befestigungsabschnitt (28) und dem Fluidführungsabschnitt (22) im Spulenkörper gebildeten Strömungskanal (32), der zur Fluiddruckübertragung an die Drucksensoreinheit (30) ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenvorrichtung mit der daran befestigten Drucksensoreinheit von einer Gehäuseeinheit (40) umgeben und/oder mit einem Füll- oder Vergussmaterial (42) umspritzt, umpresst und/oder vergossen ist, wobei eine bevorzugt gemeinsame Steckeranordnung (44) zur elektrischen Kontaktierung für die Spulenvorrichtung und die Drucksensoreinheit vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Spulenkörper zur elektrischen Kontaktierung von darauf aufgebrachten Wicklungen sowie zur elektrischen Kontaktierung der Drucksensoreinheit gestanzte und/oder maschinell bestückbare Kontaktelemente, insbesondere Leadframes, zugeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrischer Kontaktanschluss für die Drucksensoreinheit sowie eine Wicklung der Spulenvorrichtung gemeinsam belegt ist. Spulenkörper für eine elektromagnetische Stellvorrichtung, der zum Führen einer als Reaktion auf eine Bestromung von einer auf dem Spulenkörper aufbringbaren Wicklung bewegbaren Ankereinheit ausgebildet ist und zum Leiten eines unter Druck stehenden Fluids einen Fluidführungsabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem Kunststoffmaterial gebildete Spulenkörper einen einstückig ansitzenden Befestigungsabschnitt zur Aufnahme einer Drucksensoreinheit aufweist und der Befestigungsabschnitt und der Fluidführungsabschnitt durch einen eine Druckleitung realisierenden Strömungskanal für das Fluid verbunden sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper eine hohlzylindrische Ankerlauffläche ausbildet, die von die Fluidführungsabschnitte realisierenden Vertiefungen unterbrochen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spulenkörper (20) ein Jochelement (24), insbesondere durch Umspritzen, zumindest teilweise eingebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper einen insbesondere einstückig ansitzenden Düsenabschnitt für das Fluid aufweist.






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