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Dokumentenidentifikation DE202007004754U1 16.08.2007
Titel Elektromagnetische Stellvorrichtung
Anmelder ETO MAGNETIC KG, 78333 Stockach, DE
Vertreter Hiebsch und Kollegen, 78224 Singen
DE-Aktenzeichen 202007004754
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 16.08.2007
Registration date 12.07.2007
Application date from patent application 29.03.2007
IPC-Hauptklasse H01F 7/08(2006.01)A, F, I, 20070329, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine elektromagnetische Stellvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 202 18 782 U1 der Anmelderin bekannt und zeigt eine geeignet zur Ventilsteuerung einsetzbare elektromagnetische Stellvorrichtung, bei welcher ein (zur Ventilbetätigung ausgebildeter) Anker in einem Gehäuse geführt ist und magnetisch mit einer stationär am Gehäuse vorgesehenen Spuleneinrichtung zusammenwirkt. Zur Ausbildung des magnetischen Kreises weist das Gehäuse einends einen Jochabschnitt, anderenends einen Kernabschnitt auf.

Derartige, als gattungsbildend herangezogene Vorrichtungen sind im Hinblick auf ihre Gehäuse-, Kern-, Joch- und Ankergeometrie an die jeweilige Stellaufgabe angepasst und optimiert, so dass, etwa im Zusammenhang mit Kraftfahrzeug-Hydrauliksystemen, diese Vorrichtungen eine weite Verbreitung gefunden haben. Nicht zuletzt aus diesem Grunde spielt jedoch auch die Großserientauglichkeit und damit die einfache, automatisierbare Fertigbarkeit eine große Rolle.

Die 5 verdeutlicht eine derartige Stellvorrichtung. Ein becherförmiges Gehäuse 10 ist an seinen Stirnseiten einends von einer Kombination aus innenliegender Jochbuchse 12 und dieser umgebender Jochscheibe 13, anderenends von einem Kernelement 14 verschlossen, die jeweils aus geeignet magnetisch leitendem Material realisiert sind. Sowohl die Jochbuchse 12, als auch das Kernelement 14 dienen der Lagerung bzw. Führung eines Ankers, welcher im Innenbereich einen verbreiterten Ankerabschnitt 16 und einen daran ansitzenden Stößelabschnitt 18 aufweist (wobei der Stößelabschnitt 18 dann geeignet die Ventilbetätigung, nicht gezeigt, vornehmen kann). Genauer gesagt erfolgt die Lagerung so, dass der Stößelabschnitt 18 durch einen Durchbruch im Kernelement hindurchgreift, während der Abschnitt 16 innerhalb der einen Hohlzylinder ausbildenden Jochbuchse 12 geführt ist und, im Hinblick auf den Luftspalt, geeignet relativ zur Jochbuchse dimensioniert ist. Die Anordnung aus Jochbuchse, Kernelement und Anker ist im Gehäuse 10 umgeben von einer Spulenanordnung (Wicklung) 20.

Während diese, als bekannt vorausgesetzte Vorrichtung im Hinblick auf ihre elektromagnetischen und mechanischen Eigenschaften optimiert ist, besteht jedoch im Hinblick auf die mechanische Realisierung, insbesondere betreffend eine automatisierte Fertigbarkeit, Verbesserungsbedarf: Ersichtlich bedarf es nämlich zur Montage der Komponenten 12, 13, 14, 16, 18 im Gehäuse 10 einer durchaus aufwendigen Zentrierung, vor allem betreffend die axiale Relativpositionierung der Jochbuchse 12 und des Kernelements 14. Entsprechend gestaltet sich gerade die Montage der in 5 exemplarisch gezeigten Vorrichtung aufwendig, es besteht Feineinstellungs- und Justierungsbedarf, so dass die Automatisierbarkeit der Fertigung und Montage (mithin die Großserientauglichkeit) begrenzt ist.

Unveröffentlichtem hausinternem Stand der Technik entspricht es daher, in Weiterbildung der in 5 gezeigten zweiteiligen Anordnung aus Jochbuchse 12 und Kernelement 14 ein gemeinsames Jochkernelement einstückig so auszubilden, dass insbesondere eine Relativ-Justage beider Elemente zueinander überflüssig wird. Gleichzeitig ergibt sich jedoch der Bedarf nach einer weitergebildeten elektromagnetischen Stellvorrichtung auf der Basis eines solchen einstückigen Jochkern-Prinzips, welche im Hinblick auf die Ankerführung, insbesondere Leichtgängigkeit, Verschleiß und Reibung, auch bei – notwendigerweise toleranzbehafteter – automatisierter Großserienfertigung optimiert ist, darüber hinaus eine verbesserte Dichtigkeit (etwa gegenüber Fremdstoffen von außen sowie inneren Medien wie Öl) nach außen verbessert ist und generell eine Eignung für höhere Drücke und Temperaturen besitzt.

Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist ein zumindest seitlich des Ankers einstückig gebildetes, gemeinsames Jochkernelement vorgesehen, welches (in Hubrichtung) einends die Funktionalität des Kerns, anderenends die Funktionalität des Jochs realisiert. Dadurch, dass die traditionell (und aus magnetischen Gründen) getrennt vorgesehenen Elemente nunmehr als ein. gemeinsames Element einstückig vorgesehen sind, entfällt das aufwendige axiale Zentrieren relativ zueinander; vielmehr ist, insbesondere wenn einer der Abschnitte eine Führung oder Lagerung für den Anker realisiert, eine äußerst einfache mechanische Struktur, die aus den beschriebenen Gründen in ihrer Fertigbarkeit deutlich vereinfacht ist, realisiert.

Lösungsgemäß ist ferner zunächst vorgesehen, dass im Joch- oder Kernabschnitt entlang einer vorbestimmten Erstreckung (welche bevorzugt mindestens der wirksamen Länge des Hubs entspricht) eine Lager- und/oder Führungsbüchse mit innen ausgebildeter hohlzylindrischer Kontaktfläche für den Anker eingesetzt ist, so dass eine derartige, geeignet aus Kunststoffmaterial (etwa Teflon) realisierte Büchse die Lagerung und Führung des Ankers verbessern kann; zusätzlich ermöglicht das Einbetten einer solchen nicht-magnetischen Büchse in den Joch- und/oder Kernabschnitt eine vorbestimmte Ausgestaltung und/oder Steuerung des magnetischen Flusses durch das Jochkernelement (und um die Büchse herum).

Weiter lösungsgemäß, wobei für diesen Lösungsaspekt einerseits unabhängig von, andererseits aber auch kumulativ mit der vorbeschriebenen nicht-magnetischen Lager- und/oder Führungsbüchse Schutz beansprucht wird, ist vorgesehen, in den Außenmantel des topf- und/oder büchsenförmig ausgebildeten Jochkernelements zumindest eine, bevorzugt eine Mehrzahl von invers-noppenförmigen Ausnehmungen durch Einprägungen od.dgl. auszubilden und entsprechend (synchron) Noppen auf dem Innenmantel hervorspringen zu lassen, so dass auch auf diesem Wege eine reibungsverringrte Ankerführung ermöglich ist und material- bzw. magnetflussmäßige Optimierungen des Jochkernelements vorgenommen werden können.

Weiter lösungsgemäß, wobei auch hier kumulativ mit zumindest einem der vorbeschriebenen Lösungsaspekte „Lager- und/oder Führungsbüchse" oder „Noppen" Schutz beansprucht wird, alternativ jedoch isoliert Schutz beansprucht wird, ist vorgesehen, im Bodenbereich des topfförmigen Jochkernelements eine hohlzylindrische Führungsbüchse so auszubilden, dass mit dieser der Anker (genauer: ein geeignet zylindrischer Abschnitt, welcher endseitig den Stellabschnitt trägt) über eine Länge geführt werden kann, welche zumindest dem Hub, bevorzugt aber dem 1,5- bis 3-fachen des Hubs, typischerweise des Doppelten des Hubs, entspricht. Auf diese Weise kann mit geringem konstruktivem Aufwand eine äußerst wirksame Führung des Ankers erreicht werden, wobei, wie auch die vorbeschriebenen weiteren Erfindungsaspekte, eine optimierte Tauglichkeit für automatisierte Fertigungsverfahren erreicht wird.

Insbesondere zusammen mit der weiterbildungsgemäß vorgesehenen Maßnahme, dass der mit einer solchen bodenseitigen Führungsbüchse zusammenwirkende Ankerabschnitt mantelseitig abschnittsweise in seinem kontaktflächenwirksamen Außendurchmesser reduziert ist, etwa durch das Vorsehen geeigneter Ausdrehungen, lässt sich die Reibung zwischen Anker und Führungsbüchse weiter verringern, so dass auch in dynamischer Hinsicht sowie im Hinblick auf Verschleiß weitere Optimierungen bestehen.

Im Hinblick auf die magnetische Feldverteilung bzw. die Steuerung des Magnetflusses ist es zudem bevorzugt, generell die axiale Erstreckung (vorteilhaft einen topfförmigen Abschnitt aufweisenden) des Ankers in axialer Richtung seines Topfmantels so auszugestalten, dass die wirksame Länge den Hub übersteigt, bevorzugt gar den Kernabschnitt selbst überragt (d.h. im kernseitigen Anschlagzustand des Ankers bis in den Übergang Jochabschnitt und Kernabschnitt, bevorzugt über diesen hinaus, ragt).

Bewusst nimmt die vorliegende Erfindung im durch die Einstückigkeit bedingten Übergangsbereich zwischen Kern und Joch einen magnetischen Kurzschluss in Kauf, durch im Rahmen der Erfindung weiterbildungsgemäß vorgesehene Maßnahmen, insbesondere eine Geometrie, die in diesem Übergangsbereich bereits bei geringen Spulenströmen eine magnetische Sättigung erreichen lässt, halten sich die dadurch bedingten negativen Auswirkungen auf Effizienz bzw. Wirkungsgrad in Grenzen, was weiter dadurch abgemindert wird, dass gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die elektromagnetische Stellvorrichtung die Wirkung eines gegen eine Federwirkung arbeitenden Proportionalmagneten erhält, so dass die Kurzschluss-bedingten Verluste außerhalb der Betriebskennlinie im Kraft-/Hubdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen und sich damit nicht signifikant auswirken.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zudem das Jochkernelement buchsen-(büchsen-)förmig zur Ankerführung ausgebildet, wobei die Ankerführung dann besonders wirksam ist, wenn der Anker in diesem Bereich selbst eine geeignet mit der Büchse zusammenwirkende Topfform aufweist.

Im Hinblick auf die magnetflussoptimierte Gestaltung des Übergangsbereichs zwischen Jochabschnitt und Kernabschnitt im Jochkernelement hat es sich zudem als bevorzugt herausgestellt, durch geeignete Einstellung (d.h. Verringerung) der Materialstärke in diesem Bereich die gewünschte frühe Sättigung zu erreichen; so ist es besonders bevorzugt, diesen Übergang symmetrisch so zu gestalten, dass er im Längsschnitt eine (weiter bevorzugt beidseitige) Verjüngung, weiter bevorzugt eine jeweilige Konusform vom Joch- bzw. Kernabschnitt, sich in Richtung auf den Übergangsabschnitt verjüngend, erhält.

Im Ergebnis entsteht so in mechanisch eleganter und im Ergebnis, bezogen auf die elektromagnetischen Stelleigenschaften, überraschender Weise eine Stellvorrichtung, welche drastisch vereinfachte, vollständig automatisierbare Fertigbarkeit mit universeller Einsetzbarkeit kombiniert. Während es nämlich im Rahmen der Erfindung bevorzugt ist, die erfindungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung zur Betätigung von Ventilen od.dgl. Aggregaten, insbesondere für Pneumatik- oder Hydraulikventilen im Kraftfahrzeugbereich, einzusetzen, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Vielmehr eignet sich die Erfindung für nahezu beliebige Stellaufgaben, wobei Anwendungsfelder etwa im Bereich der Fahrzeugtechnik und dort im besonderen für Stellaufgaben an Motoranwendungen, Getrieben, Fahrwerksanwendungen, im Intérieur, etwa bei Cabrioverdecken od.dgl. bestehen. Wie sich aus der vorstehenden Würdigung der Erfindung ergibt, ermöglicht die erfindungsgemäß erreichte gute Zentrierbarkeit, in Verbindung mit hoher Schwingungsfestigkeit, überragender Dichtigkeit gegen Fremdstoffe von außen (und das Austreten von Öl od.dgl. Medien von innen nach außen) nicht nur den Einsatz in diesen exemplarisch beschriebenen Gebieten, letztendlich machen die durch die erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahmen erreichten verbesserten Dichtigkeitseigenschaften (in Verbindung mit verbesserter Druckbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit sowie Temperaturbeständigkeit) die erfindungsgemäße Stellvorrichtung universell geeignet.

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

1: einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zur Erläuterung des nicht-vorveröffentlichten internen Standes;

2, 3: schematische Darstellungen eines magnetischen Flussverlaufes in der Darstellung gemäß 1 am Hubanfang (2) bzw. kurz vor dem Hubende (3);

4: verschiedene Kraft-/Hubkennlinien der Vorrichtung gemäß 1 bei verschiedenen Spulenströmen sowie, zusätzlich dargestellt, gegen die Rückstellkraft einer Feder; und

5: eine Schemadarstellung als Längsschnitt analog 1 einer aus dem Stand der Technik bekannten elektromagnetischen Hubvorrichtung;

6: einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

7: eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B in 6;

8: einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

9: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B in 8;

10: einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

11: einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie B-B in 10.

Ein gemäß der ersten Ausführungsform in 1 dreiteilig bestehend aus einem Stößelabschnitt 30, einem daran endseitig ansitzenden Eingriffsabschnitt 32 (für z.B. eine Ventilbetätigung) sowie einem topfförmigen Ankerabschnitt 34 gebildeter Anker ist in einem einen Hohlzylinder ausbildenden Jochkernelement 36 so geführt, dass der Stößelabschnitt durch einen geeignet angepassten Durchbruch 38 im Bodenbereich des Jochkernabschnitts 36 herausragt. Der Außendurchmesser des topfförmigen Ankerabschnitts 34 ist so an die lichte Innenweite des Jochkernelements 36 angepasst, dass mit optimiertem Luftspalt die hohle zylindrische Innenfläche des Jochkernelements 36 den Ankerabschnitt 34 umschließt.

Die 1 verdeutlicht zusätzlich im Längsschnitt die geometrische Gestaltung dieses hohlzylindrischen Büchsenabschnitts: Einends, ansitzend an der Bodenfläche, ist ein Jochabschnitt 40 gebildet, anderenends ein Kernabschnitt 42, wobei im Längsschnitt der 1 beide Abschnitte von außen konisch auf einen in der Dicke minimierten Übergangsabschnitt 44 zulaufen (bei einer Realisierung des einen Hub von 7 mm ausbildenden Stellelements der 1 weist die im Übergangsbereich 44 minimale Wandstärke des Jochkernelements 36 beispielsweise eine Dicke von 0,2 mm auf).

Verschlossen wird die Büchse 36 von einer (in der 1 obenliegend gezeigten) Lagerscheibe 46, welche, zum innenseitigen Zusammenwirken mit dem topfförmigen Ankerabschnitt 34 bzw. dem Ankerstößel 30, einen sich abwärts erstreckenden Ringvorsprung 48 ausbildet.

Im seitlichen Außenbereich wird die in 1 gezeigte Vorrichtung von einem Gehäuse 50 umschlossen, welches, zum bodenseitigen Halten des Jochkernelements 36, eine Jochkernscheibe 52 trägt und innenliegend einen Spulenhalter 54 für eine (ansonsten bekannte und in der herkömmlichen Weise ausgebildete) Wicklung 56 aufnimmt.

Die Vorrichtung der 1 arbeitet gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder, wobei diese Federkraft, in der 1 nicht gezeigt, über das an den Abschnitt 32 angreifende Pneumatikventil anliegt.

Die 2 und 3 zeigen den Verlauf der magnetischen Feldlinien bei der Anordnung der 1; die 4 verdeutlicht die zugehörigen Kraft-/Hubkennlinien. So zeigt die 2 zum Hubanfang (d.h. entsprechend der Geometrie der 1 bei obenstehendem Anker), wie der durch den einstückigen Übergang 44 erzeugte magnetische Kurzschluss bereits bei geringem Spulenstrom in die Sättigung gerät; ein großer Anteil des magnetischen Flusses, gezeigt durch den Feldlinienverlauf, verläuft durch den Ankerabschnitt 34, so dass bereits eine relativ große Stellkraft auf den Anker ausgeübt wird. Die 3 zeigt den magnetischen Flussverlauf im Bereich des Hubendes (d.h. fast untenstehender Anker bezogen auf die Darstellung der 1). Es findet, insbesondere bezogen auf den Abschnitt 48 der Lagerscheibe 46, nur noch eine geringe Überdeckung mit entsprechender Auswirkung auf die Flussleitung statt, so dass auch insoweit die Vorrichtung magnetisch optimiert ist.

Die 4 zeigt in den Kraft-/Hubkennlinien bei verschiedenen (Spulen-) Stromstärken das Verhalten der Vorrichtung gemäß 1 bis 3; die diagonal verlaufende Kennlinie dient tatsächlich dem beabsichtigten Proportionalbetrieb gegen eine Rückstellfeder. Es zeigt sich, dass die Effizienz- bzw. Wirkungsgradprobleme, die durch den magnetischen Kurzschluss im Übergangsbereich 44 bedingt sind, vor allem bei höheren Stromstärken im Hubanfang und bei geringeren Stromstärken am Hubende auftreten, wobei die Diagonale, gegen die Feder wirkende Kennlinie außerhalb dieser Kennlinienbereiche verläuft, mit anderen Worten, die bewusst durch die geometrische und mechanische Konstruktion eines einstückigen Jochkernelements in Kauf genommenen, potentiellen magnetischen Nachteile sich nicht signifikant auf das elektromagnetische Stellverhalten der Vorrichtung auswirken.

Die weiteren konstruktiven Ausgestaltungen der 1, insbesondere die Becherform des Ankerabschnitts 34 bzw. der Ringvorsprung 48, ermöglichen einen wirksamen Magnetfluss zusätzlich am Innendurchmesser, wobei sich das Stellverhalten weiter verbessert; die in der in 1 gezeigten Weise geschachtelte Lagerung des Ankers ermöglicht eine kompakte Bauweise sowohl in Hubrichtung, als auch im Hinblick auf den Durchmesser, und die Führung des Ankerstößels 30 sowohl am Boden des Lochkernelements als auch innerhalb des Bereiches 48 der Lagerscheibe 46 ist konstruktiv einfach und elegant und erleichtert die Montage bei optimierten elektromagnetischen Stelleigenschaften.

Aufbauend auf den allgemeinen Erläuterungen zur Erfindung gemäß 1 bis 4 werden im weiteren anhand der 6 bis 11 drei weitere, konkretisierte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei, sofern keine anderen Bezugszeichen verwendet werden, die zur Erläuterung des Prinzips der 1 herangezogenen Bezugszeichen analog für die Ausführungsbeispiele der 6 bis 11 gelten, darüber hinaus, mit Ausnahme der veränderten Anker- und/oder Jochkernkonfigurationen, auch die weitergehenden Details zu Gehäuse, Gehäusedeckel, Spulenträger, Spulenkörper sowie Ankerstößel samt Eingriffsabschnitt.

So verdeutlicht das Ausführungsbeispiel der 6, 7 eine Variante der Erfindung, bei welcher auf einem einen Absatz 60 ausbildenden zylindrischen Stößelabschnitt 30 mit endseitigem Eingriffsabschnitt 32 ein umgekehrt-topfförmiger Ankerabschnitt 62 (mittels Presspassung) aufsitzt, welcher, an dem in 1 am oberen, kernseitigen Anschlag sitzend, sich entlang der axialen (Hub-) Richtung über den Übergangsbereich 44 zwischen dem Jochabschnitt und dem Kernabschnitt hinaus erstreckt.

Kernseitig auf seiner Innenfläche weist das Jochkernelement 36 zudem, wie in der 6 zu erkennen ist, eine eingesetzte Lagerbüchse 64 aus Teflonmaterial so auf, dass sich eine durchgehende, absatzlos hohlzylindrische Innenfläche des Jochkernelements ausbildet, in welcher der Anker (genauer: der Ankertopf 62) geführt ist die mittels eines Teflonrings (s. Querschnittsansicht der 7) realisierte Lagerbüchse 64 ermöglicht dabei durch ihre Materialwahl nicht nur ein verbessertes Gleit- (und minimiertes Reib-) Verhalten, auch lässt sich durch geeignete Dimensionierung des umgebenden Kernabschnitts des Jochkernelements die magnetische Flussführung geeignet beeinflussen.

Die 8 und 9 verdeutlichen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Konstruktiv entspricht dabei die Realisierung des Ankers der im Zusammenhang mit den. 6, 7 beschriebenen Ausführungsform. Als Variante und zur Material- und/oder Magnetfeldoptimierung ist hier allerdings vorgesehen, dass das Jochkernelement 36 (im Kernabschnitt 42) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung (s. Querschnittsdarstellung der 9) um den Außenmantel herum verteilt angeordneten, invers-noppenförmigen Einbuchtungen (Ausnehmungen) in Form von Einprägungen 66 aufweist, die entsprechende innenseitige noppenförmige Vorsprünge ausbilden. Diese führen den Anker in einem Abstand zur inneren Mantelfläche und vermindern Reibungsverluste.

Die 10 und 11 verdeutlichen eine weitere Ausführungsform, bei welcher, im Gegensatz zwischen den Ausführungsbeispielen der 6, 8, die Topfform des Ankerabschnitts modifiziert und die bodenseitige Ankerführung hülsenförmig erhöht ist: Während, parallel in den Ausführungsformen der 6 bzw. 8, der Ankerstößel 30 mit endseitig ansitzendem Eingriffsabschnitt durch den Durchbruch 38 im bodenseitigen (topf-) Abschnitt des Jochkernelements geführt ist und zusätzlich ein Kragen 68 (in der Art einer hülsenförmigen Führung, einstückig ansitzend am Boden bzw. Durchbruch 38) den zylindrischen Außenmantel des Stößelabschnitts 30 umgibt, wobei, im Zusammenwirken mit dem Ringabsatz 60, ein maximaler Hub des Ankers vorgegeben ist, variiert das Ausführungsbeispiel der 10 dieses Prinzips dergestalt, dass bodenseitig ein (in Axial- bzw. Hubrichtung) deutlich längerer Führungsbüchsenabschnitt 70 des Jochkernelements 36 (einstückig ansitzend) gebildet ist, welcher sich nicht nur im gezeigten oberen Kernanschlag der 10 in den Bereich des topfförmigen Ankerabschnitts 72 hineinbewegt (welcher zu diesem Zweck einen gegenüber dem Topfausschnitt 74 der 6, 8 höher angesetzten Ausschnitt 76 aufweist), mit einem entsprechend axial kürzeren Ringabsatz 78 des Stößelabschnitts 30 zusammenwirkt und, im Hinblick auf seine axiale Erstreckung, so bemessen ist, dass die Führung signifikant länger als die Hublänge ist, im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa das Doppelte.

Auf diese Weise lässt sich dann nicht nur eine verbesserte Stabilität der Ankerführung erreichen, auch ermöglicht die Ausführungsform der 10 wiederum andere Varianten in der magnetischen Flussführung, je nach gewünschtem magnetischem Stellverhalten.

Exemplarisch ist am Beispiel der 10 zudem angedeutet, wie (besonders nützlich im Hinblick auf die axial langgestreckte Kontaktfläche zwischen Führung und Ankerstößel) durch geeignetes randseitiges Abdrehen (Materialabtrag) entlang der Mantelfläche des Stößels, bezeichnet durch das Bezugszeichen 80, eine Minimierung der (Verschleiß- sowie Reibverluste bewirkenden) Kontaktfläche erfolgen kann, ohne dass das Führungsverhalten negativ beeinträchtigt ist.

Aus der obigen Beschreibung von günstigen Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere anhand der 6 bis 11, ergibt sich in für den Fachmann offensichtlicher Weise zunächst, dass nicht nur – bereits bedingt durch die Einstückigkeit der Jochkernvorrichtung – eine deutlich verbesserte Dichtigkeit erreicht werden kann, wobei diese Eigenschaft sowohl für Einflüsse von außen, als auch für das Austreten von Öl od.dgl. Medien nach außen gilt, auch sind die besonders in der (automatisierten) Fertigung sowie im Gebrauch auftretenden Vorteile einer verbesserten Zentrier- und damit Montierbarkeit, Führungspräzision, Verschleißfestigkeit, Druck- und Temperaturbeständigkeit evident, so dass die vorliegende Erfindung, mit primärem Einsatzspektrum in verschiedenen Kraftfahrzeug-Technologien, prinzipiell unbeschränkt anwendbar und dabei herausragend kostengünstig und effizient fertigbar ist.


Anspruch[de]
Elektromagnetische Stellvorrichtung mit

einem bewegbar in einem Gehäuse (50) geführten, einen Stellabschnitt (30, 32) ausbildenden Anker (30, 32, 34),

einer stationär im Gehäuse vorgesehenen, zum Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Spuleneinrichtung (56)

und einem bezogen auf eine Hubrichtung des Ankers einends im Gehäuse befestigten, zum magnetischen Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Jochabschnitt (40) sowie einem im Gehäuse bezogen auf die Hubrichtung anderenends befestigten, zum magnetischen Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Kernabschnitt (42), wobei entlang des gesamten Hubs seitlich des Ankers der Jochabschnitt (40) und der Kernabschnitt (42) als einstückig gefertigtes Jochkernelement realisiert (36) sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Jochabschnitt und/oder der Kernabschnitt entlang einer vorbestimmten Erstreckung in der Hubrichtung eine eine bevorzugt hohlzylindrische Kontaktfläche für den Anker ausbildende Lager- und/oder Führungsbüchse (64) aus einem nichtmagnetischen und/oder Kunststoffmaterial, insbesondere Teflon, aufweisen.
Elektromagnetische Stellvorrichtung mit

einem bewegbar in einem Gehäuse (50) geführten, einen Stellabschnitt (30, 32) ausbildenden Anker (30, 32, 34),

einer stationär im Gehäuse vorgesehenen, zum Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Spuleneinrichtung (56)

und einem bezogen auf eine Hubrichtung des Ankers einends im Gehäuse befestigten, zum magnetischen Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Jochabschnitt (40) sowie einem im Gehäuse bezogen auf die Hubrichtung anderenends befestigten, zum magnetischen Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Kernabschnitt (42), wobei entlang des gesamten Hubs seitlich des Ankers der Jochabschnitt (40) und der Kernabschnitt (42) als einstückig gefertigtes Jochkernelement realisiert (36) sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

das topf- und/oder büchsenförmige Jochkernelement in seinem auf den Anker gerichteten Innenmantelbereich mindestens einen noppenförmigen Vorsprung, bevorzugt eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Vorsprüngen, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Jochkernelement (36) an mindestens einem Ende bezogen auf die Hubrichtung eine Führung und/oder Lagerung (38) für den Anker ausbildet. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit

einem bewegbar in einem Gehäuse (50) geführten, einen Stellabschnitt (30, 32) ausbildenden Anker (30, 32, 34),

einer stationär im Gehäuse vorgesehenen, zum Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Spuleneinrichtung (56)

und einem bezogen auf eine Hubrichtung des Ankers einends im Gehäuse befestigten, zum magnetischen Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Jochabschnitt (40) sowie einem im Gehäuse bezogen auf die Hubrichtung anderenends befestigten, zum magnetischen Zusammenwirken mit dem Anker ausgebildeten Kernabschnitt (42), wobei entlang des gesamten Hubs seitlich des Ankers der Jochabschnitt (40) und der Kernabschnitt (42) als einstückig gefertigtes Jochkernelement realisiert (36) sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

das topfförmige Jochkernelement in seinem Bodenbereich eine hohlzylindrische Führungsbüchse (70) für den Anker ausbildet, die sich in der Hubrichtung über mindestens eine dem Hub entsprechende Länge, bevorzugt über das 1,5- bis 3-fache des Hubs, erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Jochkernelement büchsenförmig mit einer im Bodenbereich der Büchse zur Ankerführung, insbesondere Führung des Stellabschnitts, eingerichteten Bohrung (38) ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Büchse zusammenwirkender Ankerabschnitt mantelseitig eine eine Kontaktfläche verringernde Ausnehmung, insbesondere Ausdrehung, aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bodenbereich, bezogen auf die Hubrichtung, gegenüberliegend eine Lagerscheibe (46) vorgesehen ist, die Mittel (48) zur Führung und/oder Lagerung des Ankers aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker abschnittsweise (34) topf- und/oder büchsenförmig ausgebildet ist und magnetisch mit dem Jochkernelement und/oder den Mitteln zur Führung und/oder Lagerung (48) zusammenwirkt. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der topfförmige Abschnitt (62, 72) des Ankers sich in der Hubrichtung über eine den Hub übersteigende Länge und/oder über eine den Kernabschnitt (42) axial überragende Länge erstreckt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein längsschnittlicher Übergangsbereich (44) zwischen dem Jochabschnitt und dem Kernabschnitt des Jochkernelements in seiner Dicke reduziert, insbesondere sich verjüngend ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochabschnitt (40) und/oder der Kernabschnitt (42) sich längsschnittlich in ihrer Dicke in Richtung auf den Übergangsbereich konusförmig verjüngen und bevorzugt so eingerichtet sind, dass eine Kraft-Weg-Kennlinie der Stellvorrichtung einen linearen Verlauf über den Hub bei konstantem Spulenstrom zeigt. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke des Übergangsbereichs, bezogen auf einen Steuerstrom für die Spuleneinrichtung, so eingerichtet ist, dass bei einer Ansteuerung der Spuleneinrichtung mit dem Steuerstrom eine Sättigung des magnetischen Flusses durch den Übergangsbereich auftritt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder od.dgl. Kraftspeicher bewegbar ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker zum Ausführen eines einem Steuerstrom für die Spulenvorrichtung proportionalen Hubes ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung zum Steuern eines Ventils, insbesondere Hydraulik- oder Pneumatikventils, sowie für Anwendungen in der Fahrzeug-Motoren-, -Getriebe-, -Fahrwerks- und -Verdecksteuerung ausgebildet ist.






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