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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Führungselement zur Lagerung eines relativ zu zumindest einem Gehäuseelement eines Aktuators bewegbaren Stellelements des Aktuators, wobei das Führungselement im Bereich einer Öffnung des Gehäuseelementes anordbar ist; sowie einen Aktuator umfassend ein solches Führungselement als auch ein Verfahren zur Befestigung eines Führungselements.
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Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Aktuatoren, insbesondere für den Einsatz in der Steuerung vielfältiger Funktionen innerhalb eines Kraftfahrzeugs, bekannt. So sind beispielsweise Aktuatoren zur Steuerung verschiedener Klappen bzw. Öffnungen an einem Turbolader bekannt, beispielweise Aktuatoren für sogenannte Wastegate-Klappen, für Bypassleitungen oder für Schubumluftventile. Auch werden Aktuatoren zur Verstellung einer Geometrie von Luft- oder Abgasleitschaufeln eines Abgasturboladers mit variabler Turboladergeometrie eingesetzt. Auch werden Aktuatoren zur Betätigung von Umschaltelementen an mehrstufigen Aufladesystemen eingesetzt.
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Darüber hinaus werden auch Aktuatoren zur Steuerung von Ventilen, beispielsweise eines Heizungssystems, einer Klimaanlage oder eines Wasserversorgungssystems, wie es beispielsweise in der
DE 100 84 851 B3 beschrieben ist, eingesetzt.
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Derartige Aktuatoren haben gemeinsam, dass innerhalb eines Gehäuseelements ein Stellglied angeordnet ist, welches mit einem Stellelement, insbesondere mechanisch, verbunden ist. Als Stellglieder kommen je nach Funktionsprinzip des Aktuators, insbesondere ob es sich um ein pneumatischen, hydraulischen, elektrischen oder magnetischen Aktuator handelt, verschiedene Elemente, wie beispielsweise ein mit einer Membran in Verbindung stehender Membranteller in Betracht. Mittels des Stellgliedes wird das Stellelement, beispielsweise in Form einer Stellstange, bewegt. Diese Bewegung wird dann aus dem Bereich des Inneren des Gehäuseelements, in welchem das Stellglied angeordnet ist, beispielsweise einer Steuerkammer, über das Stellelement, welches durch eine Öffnung in dem Gehäuseelement geführt ist, übertragen. Das hydraulische, pneumatische, magnetische bzw. elektrische Signal wird also in eine mechanische Bewegung des Stellelements, insbesondere der Stellstange bzw. Aktuatorstange, umgewandelt.
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Um die Betriebssicherheit des Aktuators unter verschiedensten Umgebungsbedingungen sicherzustellen, wird zur Lagerung des Stellelements im Bereich der Öffnung des Gehäuseelements ein Führungselement, insbesondere in Form einer Führungsbuchse, eingesetzt. Diese Buchse dient einerseits zur vorbestimmten Führung des Stellelements. Insbesondere soll eine Führung des Stellelements in eine radiale Richtung der Öffnung erfolgen. Im Sinne der Erfindung wird unter der axialen Richtung einer Öffnung eine Parallele zu der Normalenrichtung der Öffnungsfläche verstanden. Parallel zu der Öffnungsfläche bzw. senkrecht zu dieser axialen Richtung verläuft dann die radiale Richtung der Öffnung. Diese Führung dient zur Ermöglichung einer verlässlichen Übertragung der Bewegung an ein mittels des Aktuators zu betätigendes Element. Andererseits wird durch dieses Führungselement ein Eindringen von Fremdkörpern durch die Öffnung von dem Äußeren des Aktuators, insbesondere dem Äußeren des Gehäuseelements, in das im Inneren des Aktuators bzw. des Gehäuseelements, beispielsweise eine Steuerkammer, in der das Steuerglied angeordnet ist, vermieden. Derartige Führungsbuchsen werden auch in Öffnungen von Gehäuseelementen eingesetzt, die das Innere des Aktuators unterteilen, beispielsweise in eine Steuerkammer, in der das Stellglied angeordnet ist und eine Aktuatorkammer, in welcher das mittels des Stellelements zu bewegende Element angeordnet ist. Hierbei übernimmt das Führungselement die Führung des Stellelements.
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Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Führungselement zumindest bereichsweise elastisch auszubilden, so dass eine Dämpfung der Baugruppe des Stellelements, insbesondere einer Stangenbaugruppe, in eine radiale Richtung der Öffnung bzw. eine radiale Richtung bezüglich einer (translatorischen) Bewegung des Stellelements erreicht wird.
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Zu diesem Zweck wird zumeist im Bereich einer nahe der Öffnung ausgebildeten Vertiefung des Gehäuseelements eine Führungsbuchse aus einem Kunststoff eingesetzt, wobei diese durch ein Elastomermaterial, insbesondere einen die Führungsbuchse umgebenden elastomeren O-Ring zur radialen Dämpfung umgeben ist. Meist wird die Führungsbuchse durch Verspannung in der Vertiefung festgelegt.
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Obwohl durch ein entsprechendes Führungselement eine ausreichende Abdichtung der Öffnung im Gehäuseelement für die meisten Anwendungsfälle, insbesondere Umgebungsbedingungen, erreicht wird, kann es in besonderen Umgebungsbedingungen wünschenswert sein, eine zusätzliche Abdichtung zu erzielen. Zu diesem Zweck ist es im Stand der Technik bekannt, dass eine weitere Schutzvorrichtung eingesetzt wird, beispielsweise in Form eines Faltenbalgs. Diese Schutzvorrichtung wird einerseits an dem Gehäuseelement befestigt und andererseits an einem gegenüberliegenden Ende mitnahmesicher mit dem Stellelement, insbesondere der Stellstange, befestigt. Aufgrund der Tatsache, dass an dem Gehäuseelement eine getrennte Befestigungseinrichtung für das Schutzelement vorgesehen sein muss, ist der Aufbau verkompliziert und ein Montageaufwand erhöht.
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Darüber hinaus ist es in vielen Fällen erwünscht, dass zur Vermeidung von einer Geräuschemission, aber auch zur Reduzierung von Beanspruchungen der Einzelkomponenten des Aktuators, insbesondere des Stellelements, des Stellglieds und des Gehäuseelements, ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem Gehäuseelement einerseits und dem Stellelement und/oder Stellglied andererseits in einer Endposition des Aktuators vermieden wird. Zumeist sind in dem Aktuator mechanische Endpositionen durch einen Kontakt des Gehäuseelements mit dem Stellglied bzw. Stellelement festgelegt. Ein direkter Kontakt des Stellglieds oder Stellelements mit dem Gehäuseelement führt jedoch neben der Entstehung von Geräuschemissionen auch zu einer Abnutzung des Gehäuseelements bzw. des Stellglieds und Stellelements, welches zu einem frühzeitigen Ausfall des Aktuators führen kann. Um derartige Effekte zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass eine Anschlagdämpfung für das Stellglied bzw. Stellelement an einem Gehäuseelement vorgesehen wird. Zumeist wird hierzu im Bereich der Öffnung des Gehäuseelements auf der dem Stellglied zugewandten Seite ein zusätzlicher Anschlagdämpfer, beispielsweise in Form einer Elastomerscheibe, angeordnet.
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Dieser Aufbau verkompliziert jedoch ebenfalls den Zusammenbau und damit den Montageaufwand für den Aktuator.
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Zusammenfassend ist somit festzuhalten, dass bei aus dem Stand der Technik bekannten Aktuatoren zur Realisierung der Funktion einer Stellelementführung, insbesondere einer Stangenführung, einer Dämpfung der Stelleelementbaugruppe in eine radiale Richtung, insbesondere der Stangenbaugruppe in eine radiale Richtung, der Anschlagdämpfung der Stellelementbaugruppe in eine axiale Richtung, insbesondere der Stangenbaugruppe in eine axiale Richtung, als auch einer ergänzenden Abdichtung des Führungsbereichs eine große Anzahl von Einzelkomponenten eingesetzt werden muss, was zu einem komplexen Aufbau und erhöhtem Montageaufwand führt. Außerdem führt die erhöhte Anzahl von Einzelkomponenten zu einer geringen Prozesssicherheit, d. h. einer hohen Ausfallrate der Aktuatoren und damit zu einer geringen Robustheit des Aktuators.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Führungselement als auch den Aktuator derartig weiter zu entwickeln, dass die Nachteile Stands der Technik überwunden werden, insbesondere ein einfach aufgebauter und damit mit geringem Aufwand zu montierender Aktuator bereitgestellt wird, welcher für eine hohe Prozesssicherung und eine hohe Robustheit führt.
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Die das Führungselement betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Führungselement als Anschlag für eine Bewegung des Stellelements und/oder eines das Stellelement antreibenden Stellglieds in eine axiale Richtung der Öffnung dient.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Führungselement einen ersten, mit dem Stellelement, insbesondere während einer Bewegung des Stellelements gleitend, in Kontakt stehenden Bereich und einen zweiten, den ersten Bereich mit dem Gehäuseelement zumindest indirekt verbindenden Bereich umfasst, wobei vorzugsweise der erste Bereich einer größer Härte und/oder Abriebsfestigkeit als der zweite Bereich aufweist und/oder das Führungselement mittels zumindest einer Fixiereinrichtung relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere in eine axiale Richtung der Öffnung, festgelegt ist.
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Weiterhin wird bei der vorgenannten Ausführungsform vorgeschlagen, dass der Anschlag zumindest bereichsweise durch den, vorzugsweise in eine axiale Richtung der Öffnung zumindest bereichsweise aus der Öffnung und/oder der Fixiereinrichtung herausragenden und/oder den zweiten Bereich zumindest teilweise überragenden, ersten Bereich und/oder den, vorzugsweise in eine axiale Richtung der Öffnung zumindest bereichsweise aus der Öffnung und/oder der Fixiereinrichtung herausragenden und/oder den ersten Bereich zumindest teilweise überragenden, zweiten Bereich gebildet ist.
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Insbesondere ist bevorzugt, dass der erste Bereich zumindest teilweise durch ein erstes Bauteil gebildet ist und der zweite Bereich zumindest teilweise durch ein zweites Bauteil gebildet ist, vorzugsweise das zweite Bauteil das erste Bauteil zumindest bereichsweise, insbesondere radial, vorzugsweise in radialer Richtung der Öffnung, umgibt und/oder das zweite Bauteil durch zumindest bereichsweises Umspritzen des ersten Bauteils gebildet ist, das erste Bauteil und das zweite Bauteil zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, einstückig ausgebildet sind und/oder das erste Bauteil und das zweite Bauteil durch formschlüssiges Fügen, insbesondere mittels einer (externen) Montagevorrichtung verbunden werden.
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Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist es besonders bevorzugt, dass der erste Bereich, insbesondere das erste Bauteil, zumindest bereichsweise ein thermoplastisches und/oder duroplastisches Kunststoffmaterial und/oder ein Teflonmaterial, und/oder der zweite Bereich, insbesondere das zweite Bauteil, zumindest bereichsweise ein elastomeres Material, insbesondere elastomeres Kunststoffmaterial, umfasst.
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Weiterhin schlägt die Erfindung vor, dass ein erfindungsgemäßes Führungselement gekennzeichnet ist, durch zumindest einen dritten, den ersten Bereich und/oder zweiten Bereich vorzugsweise radial zumindest bereichsweise umgebenden und/oder zumindest bereichsweise durch zumindest ein drittes Bauteil gebildeten, Bereich, wobei der dritte Bereich insbesondere zumindest ein thermoplastisches und/oder duroplastisches Kunststoffmaterial und/oder ein mittels Ultraschallschweißen, Verkleben und/oder Vulkanisieren zusammenfügbares Material umfasst.
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Bei dieser vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass der dritte Bereich, insbesondere das dritte Bauteil, eine Mehrzahl, vorzugsweise zwei, Elemente umfasst, wobei vorzugsweise durch Fixierung der Elemente aneinander die Fixiereinrichtung bildbar ist und/oder eine Festlegung des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs, insbesondere in eine axiale Richtung der Öffnung relativ zu der Öffnung, vorzugsweise innerhalb der Öffnung, erreichbar ist.
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Weiterhin schlägt die Erfindung vor, dass das Führungselement, insbesondere der erste Bereich, der zweite Bereich, der dritte Bereich, das erste Bauteil, das zweite Bauteil und/oder das dritte Bauteil, insbesondere ein Element des dritten Bauteils zumindest eine Befestigungsvorrichtung, wie eine Vertiefung und/oder eine Wulst, für zumindest eine Schutzvorrichtung, wie einen Faltenbalg, des Stellelements umfasst.
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Ein erfindungsgemäßes Führungselement kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass das Führungselement als in die Öffnung und/oder in eine im Bereich der Öffnung, insbesondere in dem Gehäuseelement, angeordnete Vertiefung einsetzbare Buchse und/oder Hülse ausgebildet ist.
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Schließlich wird für das Führungselement vorgeschlagen, dass der Anschlag nur in einem Teilbereich der Öffnung, insbesondere die Öffnung nur bereichsweise umgebend, angeordnet ist, vorzugsweise in eine Vielzahl von Segmente, wie 2 Segmente, 3 Segmente und/oder 4 Segmente, unterteilt ausgebildet ist.
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Die den Aktuator betreffende Aufgabe wird gelöst durch einen Aktuator umfassend zumindest ein Gehäuseelement mit zumindest einer Öffnung, zumindest ein innerhalb der Öffnung bewegbares Stellelement und zumindest ein erfindungsgemäßes Führungselement zur Führung des Stellelements in der Öffnung.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Aktuator eine elektrischer, elektromagnetischer, elektromechanischer, pneumatischer und/oder hydraulischer Aktuator ist.
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Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Gehäuseelement einerseits zumindest eine Innenkammer und andererseits das Äußere des Aktuators zumindest bereichsweise voneinander trennt und/oder das Gehäuseelement zumindest zwei Innenkammern des Aktuators, vorzugsweise einerseits zumindest eine Steuerkammer und andererseits zumindest eine Aktuatorkammer, zumindest bereichsweise voneinander trennt.
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Weiterhin schlägt die Erfindung vor, dass das Stellelement zumindest eine Stellstange, zumindest eine Spindel, zumindest einen Zug, zumindest einen Bowdenzug und/oder zumindest eine Kette umfasst.
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Ein erfindungsgemäßer Aktuator kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass die Öffnung im Bereich einer Vertiefung ausgebildet ist und das Führungselement zumindest bereichsweise in der Vertiefung anordbar und/oder vorzugsweise mittels einer Fixiereinrichtung und/oder mittels eines dritten Bauteils des Führungselements fixierbar ist.
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Weiterhin liefert die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung eines Führungselements, insbesondere eines erfindungsgemäßen Führungselements, in zumindest einer Öffnung eines Gehäuseelements eines Aktuators, umfassend Bereitstellung eines Führungselementes mit zumindest einem ersten Bereich; Bereitstellen zumindest eines ersten Elements und zumindest eines zweiten Elements zumindest eines dritten Bereichs des Führungselementes; Anordnen des ersten Bereichs im Bereich, insbesondere innerhalb, der Öffnung; und Fixieren des ersten Bereichs relativ zu der Öffnung mittels Verbinden des ersten Elements mit dem zweiten Element.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Bereitstellen des Führungselements das Bereitstellen eines zweiten Bereichs zusätzlich zu dem ersten Bereich umfasst, vorzugsweise das Umspritzen des ersten Bereichs mit dem zweiten Bereich und/oder das formschlüssige Fügen des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs, insbesondere mittels einer Montagevorrichtung, umfasst.
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Schließlich wird für das Verfahren vorgeschlagen, dass das Verbinden des ersten Elements und des zweiten Elements das Verschweißen mittels Laser und/oder Ultraschallschweißen, das Verkleben, das Verklipsen, das Vulkanisieren, das Verrasten und/oder Verschrauben des ersten Elementes mit dem zweiten Element umfasst.
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Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass verschiedene in einem Aktuator gewünschte Funktionen in einem Bauteil in Form des Führungselements vereint werden können und so eine Reduzierung eines Montageaufwands, eine Vereinfachung des Aufbaus des Aktuators, aber auch eine Vereinfachung der bisher im Stand der Technik eingesetzten Einzelkomponenten erreicht wird, wodurch sich insgesamt eine Erhöhung der Prozesssicherheit und eine Erhöhung der Robustheit des Aktuators ergibt. So kann insbesondere das Führungselement, welches beispielsweise in Form einer Führungshülse bzw. Führungsbuchse ausgestaltet ist, geometrisch derartig ausgestaltet werden, dass es selbst als Anschlagelement für eine mechanische Endposition des Stellelements bzw. des Stellgliedes dient. Dadurch wird wirksam ein direkter Kontakt zwischen dem Stellelement bzw. Stellglied einerseits und dem Gehäuseelement andererseits verhindert. Ansonsten könnte es zu unerwünschten Geräuschemissionen und zu einer Abnutzung des Stellglieds bzw. Stellelements bzw. des Gehäuseelements kommen, was zu einem frühzeitigen Ausfall des Aktuators führen könnte. Im Vergleich zu dem Einsatz eines getrennten Anschlagelements wird bei Integration dieser Funktion in das Führungselement darüber hinaus die Komplexheit des Aufbaus des Aktuators verringert und so eine Vereinfachung der Montage des Aktuators erreicht.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Führungselement selber aus zumindest zwei Bereichen aufgebaut ist, insbesondere zwei Bauteile, die die jeweiligen Bereiche darstellen, umfasst. So ist insbesondere bevorzugt, dass ein Bereich der Führungsbuchse aus einem vergleichsweise harten und abriebsfestem Material, wie einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff, oder Teflon umfassend die Funktion einer Führung des Stellelements übernimmt und dieser Bereich von einem Elastomer zumindest teilweise umspritzt ist. Auch kann hier eine Montagelösung vorgesehen werden, bei der dieser Bereich und das Elastomer in einer Montagevorrichtung gefügt werden und durch entsprechende Geometrieausbildung formschlüssig verbunden werden. Dieses Elastomermaterial, welches einen zweiten Bereich bzw. ein zweites Bauteil darstellt, kann dann geometrisch so ausgebildet werden, dass es ebenfalls als Anschlagelement in eine axiale Richtung für das Stellglied bzw. Stellelement dient, ohne dass ein zusätzliches Bauteil von dem Führungselement getrenntes zur Realisierung dieser Anschlagdämpfung in eine axiale Richtung des Stellelements notwendig ist. Dabei kann das Anschlagelement die gesamte Öffnung radial umgeben. Es ist aber auch vorstellbar, dass das Führungselement nur in ausgewählten Bereichen als Anschlagelement dient, insbesondere drei bzw. vier Segmente im radialen Umfang der Öffnung gebildet werden. Dies ermöglicht die Fixierung mittels einer Fixiereinrichtung, die die nicht als Anschlagselemente dienenden Teile des zweiten Bereichs überdecken kann. In bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das als Führung für das Stellelement dienende erste Bauteil als einwertiges Lager ausgebildet ist, insbesondere also eine Führung des Stellelements, beispielsweise einer Stellstange, in eine radiale Richtung der Bewegungsrichtung des Stellelements bewirkt, wohingegen eine Bewegung des Stellelements in weitere Richtungen, insbesondere eine Verkippung in vorgegebenen Grenzen, ermöglicht wird.
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Darüber hinaus kann dieser Teil des Führungselements, also der erste Bereich, selber auch die Funktion eines Befestigungspunktes für eine zusätzliche Schutzvorrichtung des Stellelements, insbesondere eines Faltenbalgs, erfüllen. Durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung des ersten Bauteils, insbesondere derartig, dass das erste Bauteil über das zweite Bauteil hinausragt bzw. auf der dem Stellglied gegenüberliegenden Seite des Gehäuseelements über die Öffnung in dem Gehäuseelement hinausragt, kann eine entsprechende Befestigungsvorrichtung für die Schutzvorrichtung, beispielsweise eine Vertiefung zur Anknüpfung eines Faltenbalgs, ausgebildet werden. Hierbei sind alle Arten von Befestigungsvorrichtungen vorstellbar. So kann die Schutzvorrichtung auch an der Führungsbuchse verpresst werden, angeschraubt werden, angeklebt werden, anvulkanisiert werden und/oder mit dieser verrastet werden.
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Dadurch wird insbesondere erreicht, dass das Gehäuseelement selber nicht an diese zusätzliche Schutzvorrichtung angepasst werden muss. So kann ein und dasselbe Gehäuseelement für Aktuatoren eingesetzt werden, bei denen die Schutzvorrichtung vorgesehen ist, aber auch bei solchen, bei denen diese Schutzvorrichtung nicht vorgesehen ist, also insbesondere kein Anknüpfungspunkt für eine derartige Schutzvorrichtung vorgesehen werden muss.
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Lediglich durch entsprechende Auswahl eines angepassten Führungselements kann der Aktuator dann an die Schutzvorrichtung angepasst werden oder eben nicht. Insgesamt wird also ein modularer Aufbau des Aktuators erzielt.
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Darüber hinaus bietet die Ausbildung der Befestigungsvorrichtung an dem Führungselement den Vorteil, dass die Materialien der Schutzvorrichtung und der Befestigungsvorrichtung an dem Führungselement kompatibler zueinander sind als bei Ausbildung einer Befestigungsvorrichtung an einem Gehäuseelement, welches zumeist aus einem Metallwerkstoff besteht. Die Führungsbuchse ist zumeist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, so dass ein üblicherweise ebenfalls zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigter Faltenbalg eine geringere Abnutzung aufweist als bei Befestigung an dem Gehäuseelement.
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Bei Verwendung eines zweiteiligen Führungselements ist vorgesehen, dass das Führungselement vorzugsweise in einer Vertiefung, die im Bereich der Öffnung des Gehäuseelements ausgebildet ist, angeordnet wird. Über eine Verspannung in der Vertiefung und/oder eine entsprechende Fixiereinrichtung wird das Führungselement dann in der Vertiefung in einer axialen Richtung festgelegt. Durch entsprechende geometrische Ausbildung der Fixiereinrichtung wird dann erreicht, dass Teile des Führungselements durch die Fixiereinrichtung hindurchreichen können, um so als Anschlagelemente für das Stelleelement bzw. Stellglied zu dienen. Die anderen Bereiche des Führungselements können dann durch die Fixiereinrichtung in axialer Richtung gehalten werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung des Führungselements kann auch vorgesehen sein, dass das Führungselement ein weiteres, durch zwei Einzelelemente gebildetes Bauteil umfasst. Mittels dieses mehrteiligen Aufbaus dieses weiteren Bauteils, insbesondere dritten Bauteils, wird es möglich, ohne ein zusätzliches Fixierelement oder eine die Dämpfungseigenschaften des Führungselements negativ beeinflussende Verspannung, das Führungselement im Bereich der Öffnung des Gehäuseelements in axialer Richtung festzulegen. So kann der Rest des Führungselements zunächst innerhalb der Öffnung des Gehäuseelements angeordnet werden und auf einer ersten Seite der Öffnung ein erstes Element des weiteren bzw. dritten Bauteils angeordnet werden, während auf der gegenüberliegenden Seite der Öffnung das zweite Element des weiteren bzw. dritten Bauteils angeordnet wird. Durch geeignete Verbindungsverfahren werden dann die Einzelelemente des dritten Bauteils miteinander verbunden, beispielweise mittels Ultraschallschweißen.
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Bevorzugt übernimmt dieses weitere Bauteil auch eine Funktion der Führungshülse, sei es als zusätzlicher Anschlag für das Stellelement und/oder das Stellglied bzw. eines zwischen dem Stellglied um der Führungshülse angeordneten und/oder mit dem Stellglied mechanisch verbundenen Elements, wie eine Bundscheibe in eine axiale Richtung oder zur Bereitstellung einer Befestigungsvorrichtung für die zusätzliche Schutzvorrichtung.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand von schematischen Figuren erläutert sind.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsansicht eines Aktuators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2a eine Detailansicht des Aktuators der 1 gemäß dem Ausschnitt A;
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2b eine Detailansicht des Aktuators der 1 aus Richtung B;
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3 eine schematische Querschnittsansicht eines Aktuators gemäß einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
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4 eine Detailansicht des Aktuators der 3 gemäß dem Ausschnitt C.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 1 dargestellt. Bei dem Aktuator 1 handelt es sich um einen pneumatischen Aktuator, welcher ein Gehäuse 3 mit Gehäuseelementen 5a und 5b aufweist. Zwischen den Gehäuseelementen 5a und 5b ist ein Randbereich einer Membran 7 fixiert. Die Membran 7 ist mechanisch mit einem ein Stellglied bildenden Membranteller 9 verbunden. Über einen Steueranschluss 11 wird ein Druck innerhalb eines Raums 13 verändert und so eine Bewegung der Membran 7 und damit des Membrantellers 9 mit oder gegen die Kraft einer Feder 15 ermöglicht. Die Membran 7 bzw. der Membranteller 9 sind mechanisch mit einer ein Stellelement bildenden Stange 17 verbunden. Dies bewirkt, dass eine Bewegung der Membran 7 bzw. des Membrantellers 9 aufgrund der Veränderung des Drucks im Raum 13 eine Bewegung der Stange 17 entlang einer Achse D bewirkt wird.
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Die Achse D stellt darüber hinaus die Mittelachse einer Öffnung 19, die in dem Gehäuselement 5b ausgebildet ist, dar. Im Bereich der Öffnung 19 ist eine Vertiefung 21 ausgebildet, in die ein erfindungsgemäßes Führungselement in Form einer Führungsbuchse 23 eingesetzt ist. Diese Führungsbuchse 23 bewirkt eine Führung der Stange 17 in eine radiale Richtung der Achse D. Darüber hinaus wird mittels der Führungsbuchse 23 eine Abdichtung des Inneren des Aktuators 1, insbesondere des Raums 25 unterhalb des Membrantellers 9, gegenüber der Umgebung des Gehäuses 3 erreicht. Vorzugsweise erfolgt die Abdichtung nur gegen Fremdkörper einer bestimmten Mindestgröße und nicht gegen Atmosphärendruck.
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In 2a ist eine Detailansicht der Führungsbuchse 23 gemäß dem Ausschnitt A der 1 dargestellt. Wie 2a insbesondere zu entnehmen ist, ist die Führungsbuchse 23 aus zwei Bauteilen gebildet. Ein erstes Bauteil 27 bildet einen ersten Bereich der Führungsbuchse 23 aus. Dabei besteht das Bauteil 27 aus einem Kunststoffmaterial. Ein zweiter Bereich der Führungsbuchse 23 wird durch ein zweites Bauteil 29 gebildet. Dieses zweite Bauteil 29 ist insbesondere aus einem Elastomerwerkstoff gebildet und durch Umspritzung des ersten Bauteils 27 mit dem ersten Bauteil 27 verbunden. Auch kann eine Verbindung des ersten Bauteils 27 und des zweiten Bauteils 29 durch eine Montagelösung, bei der die Bauteile in einer Montagevorrichtung gefügt werden und durch entsprechende Geometrieausbildung formschlüssig verbunden werden, erfolgen. Das erste Bauteil 27 weist eine größere Härte und Abriebsfestigkeit als das zweite Bauteil 29 auf und führt gleitend die Bewegung der Stange 27 in axiale Richtung der Achse D. Wie insbesondere 2a zu entnehmen ist, umgibt das zweite Bauteil 29 das erste Bauteil 27 radial bezüglich der Achse D und bewirkt so eine Dämpfung von durch die Stange D an das erste Bauteil 27 weitergegebene radiale Bewegungen.
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Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Führungsbuchsen weist die Führungsbuchse 23 neben dieser Führung für die Stange 17 in einer axialen Richtung und der Dämpfung in eine radiale Richtung weitere Funktionen auf. So ist insbesondere 2a zu entnehmen, dass das Bauteil 29 einen Anschlag 31 für den Membranteller 9 ausbildet. Damit erfüllt die Führungsbuchse 23 die zusätzliche Funktion einer Anschlagdämpfung in einer axialen Richtung bezüglich der Achse D. Zu diesem Zweck ist die Führungsbuchse 23, insbesondere das zweite Bauteil 29 so ausgebildet, dass es über eine Fixiereinrichtung 33, mittels der die Führungsbuchse 23 in der Vertiefung 21 in axiale Richtung fixiert wird, hinausragt.
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Dies ist insbesondere auch der 2b, die eine schematische Aufsicht auf einzelne Komponenten des Aktuators 1 aus Richtung B in 1 dargestellt, zu entnehmen. In 2b sind zur Vereinfachung der Darstellung einzelne Elemente des Aktuators 1, insbesondere die Membran 7, der Membranteller 9 als auch die Stange 17, nicht dargestellt.
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Wie 2b zu entnehmen ist, ist die Fixiereinrichtung 33 in Form einer Scheibe ausgebildet, die innerhalb des Gehäuseelements 5b angeordnet ist. Wie insbesondere 1 zu entnehmen ist, ist die Fixiereinrichtung 33 über Befestigungsbolzen 35, die insbesondere als Nieten ausgebildet sind und darüber hinaus eine Befestigung des Aktuators 1 an einer Tragstruktur ermöglichen, an dem Gehäuseelement 5b fixiert. Alternativ oder ergänzend erfolgt die Fixierung der Führungsbuchse 23 über das Bauteil 33 derart, dass dies geometrisch so gestaltet ist, dass es über vorzugsweise drei Klemmsegmente eine Preßpassung mit dem Innendurchmesser des Bauteils 5b bildet.
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Die Fixiereinrichtung 33 weist im Bereich der Öffnung 19 Aussparungen 37 auf, durch die das zweite Bauteil 29, insbesondere die Anschläge 31, aus der Fixiereinrichtung 33 hinausragen. Dadurch wird erreicht, dass das Stellglied in Form des Membrantellers 9 bzw. einer Bundscheibe 36, die unterhalb der Membran 7 bzw. des Membrantellers 9 angeordnet und mechanisch mit dem Membranteller 9 verbunden ist und das Bauteil ist, welches auf den Anschlag 31 fährt, nicht in direkten Kontakt mit dem Gehäuseelement 5b bzw. der Fixiereinrichtung 33 in einer Endposition gelangt, sondern in dieser Endposition in Kontakt mit den Anschlägen 31 kommt.
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Neben der Bereitstellung eines axialen Anschlags weist die Führungsbuchse 23 darüber hinaus die zusätzliche Funktion der Bereitstellung einer Befestigungsvorrichtung für eine zusätzliche Schutzvorrichtung der Stange 17 in Form eines Faltenbalges auf. Die Befestigungsvorrichtung ist in Form einer Aufnahme bzw. Vertiefung 39 und einer Anknüpfungswulst 41 für einen Faltenbalg ausgebildet. Dabei ist die Vertiefung 39 bzw. die Anknüpfwulst 41 durch das erste Bauteil 27 ausgebildet.
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In Abhängigkeit von dem Einsatzbereich des Aktuators 1 kann somit der Aktuator 1 durch Einsatz einer geeigneten Führungsbuchse 23 dazu ausgelegt werden unter widrigen Umgebungsbedingungen in Bereichen in denen eine zusätzliche Abdichtung mittels eines Faltenbalgs notwendig ist, eingesetzt zu werden.
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Sollte dies nicht notwendig sein, kann jedoch im Wesentlichen der gleiche Aktuator 1 verwendet werden, wobei eine entsprechende andere Führungsbuchse, die insbesondere ein anders geformtes erstes Bauteil aufweist, eingesetzt werden kann um die Vertiefung 39 bzw. den Wulst 41 nicht bereitzustellen. Hieraus ergibt sich ein modularer Aufbau des Aktuators 1, so dass dieser kostengünstig und mit einem geringen Montageaufwand an die entsprechenden Anforderung angepasst werden kann.
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Bei dem Aktuator 1 bzw. der Führungsbuchse 23 ist vorgesehen, dass der erste und zweite Bereich durch getrennte Bauteile bereitgestellt werden. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann aber auch vorgesehen sein, dass dieser erste und zweite Bereich durch ein einziges Bauteil bereitgestellt wird.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators 101 dargestellt. Diejenigen Elemente des Aktuators 101, die denjenigen des Aktuators 1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings um den Faktor 100 erhöht. Der Aktuator 101 unterscheidet sich im Wesentlichen von dem Aktuator 1 dadurch, dass eine modifizierte Führungsbuchse 123 im Vergleich zu der Führungsbuchse 23 eingesetzt wird. Dies ist insbesondere darin begründet, dass die Geometrie des Gehäuseelements 105b im Bereich der Öffnung 119 unterschiedlich zu dem Gehäuseelement 5b bzw. der Öffnung 19 ausgebildet ist. So ist insbesondere im Bereich der Öffnung 119 keine Vertiefung ausgebildet.
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Die Führungsbuchse 123 weist wiederum ein erstes Bauteil 127 und ein zweites Bauteil 129 auf. Das zweite Bauteil 129 ist erneut so ausgebildet, dass durch dasselbe eine radiale Dämpfung auch ein axialer Anschlag 131 bereitgestellt wird. Wie bereits zuvor erläutert, kann das erste Bauteil 127, welches einen ersten Bereich bereitstellt, und das zweite Bauteil 129, welches einen zweiten Bereich darstellt, auch in einem Bauteil ausgebildet sein.
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Im Gegensatz zu dem Aktuator 1 ist jedoch die Führungsbuchse 123 derartig ausgebildet, dass auf eine getrennte Fixiereinrichtung zur axialen Befestigung Führungsbuchse 123 verzichtet werden kann. Dazu weist die Führungsbuchse 123 ein drittes Bauteil 143 auf. Das dritte Bauteil 143 ist durch zwei Einzelelemente 145a und 145b gebildet. In 3 bzw. in 4, die eine Detailansicht des Ausschnitts C in 3 darstellt, ist ein Zustand der Führungsbuchse 123 dargestellt, in welcher die Führungsbuchse 123 bereits im Bereich der Öffnung 119 fixiert ist. Zur Erreichung dieser Fixierung wird zunächst die Führungsbuchse 123 teilweise im Bereich der Öffnung 119 angeordnet und zwar das erste Bauteil 127 und das zweite Bauteil 129. Anschließend wird in dem Raum 125 das erste Element 145a angeordnet während auf der den Raum 125 abgewandten Seite der Öffnung 119 das zweite Element 145b angeordnet wird. Durch entsprechende korrespondierende Ausgestaltung der Innenkontur der Elemente 145a und 145b relativ zu der Außenkontur der Bauteile 127, 129 werden diese relativ zu dem dritten Bauteil 143 festgelegt. Durch entsprechende Ausgestaltungen von Befestigungselementen 147 an eine Außenkontur des dritten Bauteils 143 wird das dritte Bauteil relativ zu dem Gehäuseelement 105b festgelegt. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 bis 2b, also dem Aktuator 1, kann bei dem Aktuator 101 die Fixiereinrichtung 133 geometrisch einfacher gestaltet werden. Durch die Verbindung der Bauteile 145a und 145b werden auch die Bauteile 105b und 133 fixiert. Die Fixiereinrichtung 133 kann dadurch geometrisch entsprechend einfacher gestaltet werden. Bei der Ausführung nach 1 erfolgt die Fixierung des Führungselements hingegen über die Fixiereinrichtung 33. Diese muss geometrisch so gestaltet werden, dass sie über Klemmsegmente eine Presspassung mit dem Innendurchmesser des Bauteils 5b bildet. Durch eine Verbindung der Elemente 145a und 145b beispielsweise mittels Ultraschallschweißen, wobei in 4 eine Schweißnaht 149 angedeutet ist, wird so eine Festlegung des dritten Bauteils 143 relativ zu dem Gehäuseelement 105b erreicht und damit eine Festlegung der Führungsbuchse 123 in eine axiale Richtung der Stange 117 bzw. der Achse D. Bei der Führungsbuchse 123 ist darüber hinaus die zusätzliche Funktionalität der Bereitstellung einer Befestigungsvorrichtung für eine Schutzvorrichtung in Form der Vertiefung 139 und der Wulst 141 dadurch erreicht, dass die Vertiefung 139 bzw. die Wulst 141 an dem dritten Bauteil 143 ausgebildet ist.
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Somit bietet diese dreiteilige Ausbildung der Führungsbuchse 123 den zusätzlichen Vorteil einer noch einfacheren Montage des Aktuators 101, da auf eine zusätzliche Fixiereinrichtung verzichtet werden kann, diese insbesondere in die Führungsbuchse 123 integriert ist. Hierbei ist zu beachten, dass, wie zuvor erläutert, das erste und zweite Bauteil auch einteilig ausgebildet sein kann, so dass die Führungsbuchse lediglich durch ein den ersten und zweiten Bereich bildendes Kernelement gebildet sein kann, welches dann durch das zweiteilig ausgebildete dritte Bauteil innerhalb des Aktuators fixiert werden kann.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen als auch in den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- Aktuator
- 3, 103
- Gehäuse
- 5a, 5b, 105a, 105b
- Gehäuseelement
- 7, 107
- Membran
- 9, 109
- Membranteller
- 11, 111
- Steueranschluss
- 13, 113
- Raum
- 15, 115
- Feder
- 17, 117
- Stange
- 19, 119
- Öffnung
- 21
- Vertiefung
- 23, 123
- Führungsbuchse
- 25, 125
- Raum
- 27, 127
- Bauteil
- 29, 129
- Bauteil
- 31, 131
- Anschlag
- 33, 133
- Fixiereinrichtung
- 35, 135
- Befestigungsbolzen
- 36, 136
- Bundscheibe
- 37
- Aussparung
- 39, 139
- Vertiefung
- 41, 141
- Anknüpfwulst
- 143
- Bauteil
- 145a, 145b
- Element
- 147
- Befestigungselement
- 149
- Schweißnaht
- A, C
- Ausschnitt
- B
- Richtung
- D
- Achse
