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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinheit, wie z.B. einen Druckregler
zur Anwendung im Automobilbereich.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Darstellung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Direktlagerung
eines Ankers einer elektromagnetisch betätigbaren Stelleinheit bereitzustellen,
welche kostengünstig
herstellbar ist.
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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.
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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.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend naher beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 einen
elektromagnetisch betätigbaren Druckregler,
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2 eine
Prinzipskizze der direkten Ankerlagerung in einem Polstück oder
Polkern,
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3 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Polkerns oder Polstück
mit darin eingebrachtem ersten und zweiten Lagerring und
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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.
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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.
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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.
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Die
in 1 dargestellte Stelleinheit 10 verfügt über einen
Steckeranschluss 30, über
welchen der Elektromagnet 14 bestromt wird.
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2 zeigt
eine schematisch wiedergegebene Prinzipskizze der Direktlagerung
des Ankers eines elektromagnetischen Stellers.
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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.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Direktlagerung eines Ankers in einem Polstück oder Polkern zu entnehmen.
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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.
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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 Unterbre chungen 74, 76 und 78 werden
bevorzugt schlitzförmig
ausgeführt;
die beiden in 3 dargestellten Lagerringe 60, 62 können durchaus
auch gleiche Schlitzformen aufweisen.
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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.
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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.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Direktlagerung des Ankers dargestellt.
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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.
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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.
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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.