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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, insbesondere zum Betätigen von außenseitig anschließbaren Ventilen, mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Betätigungsvorrichtungen, die man in der Fachsprache auch als „Betätigungs- oder Schaltmagnete” bezeichnet, sind, wie beispielhaft in dem Dokument
WO 2009/156 053 A1 beschrieben, Stand der Technik und auf dem Markt in einer Vielzahl von Ausführungsformen frei erhältlich. Der Magnetanker, der ein Betätigungsglied aufweist, das mit einer zu betätigenden Gerätschaft, wie einem Ventil, mechanisch gekuppelt ist, legt bei elektrischer Erregung der Spulenwicklung eine vorgegebene Wegstrecke zurück und löst hierbei einen Schalt- oder Betätigungsvorgang aus, beispielsweise bei einem von außen angeschlossenen Ventil zum Absperren und Führen von Fluidströmen oder einer Ventilanordnung für pneumatische Anwendung. Entfällt die Bestromung, ist der Schaltmagnet also stromlos, wird regelmäßig der Magnetanker über eine Feder für einen erneuten Betätigungsvorgang rückgestellt, der bei der nächsten Bestromung der Spulenwicklung erfolgt.
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Die Betätigungsvorrichtungen dieser Art kommen auf den verschiedensten technischen Gebieten für eine große Vielzahl von Betätigungsfunktionen zum Einsatz, bei einem von außen angeschlossenen Ventil beispielsweise zum Absperren und Führen von Fluidströmen oder für pneumatische Anwendungen. Angesichts der großen Stückzahlen, wie sie sich beispielsweise bereits bei Anwendungen in der Antriebstechnik, etwa für mobile Arbeitsgerätschaften oder Fahrzeuge unterschiedlicher Art ergeben, stellen die Herstellungskosten für die Betätigungsvorrichtungen einen bedeutenden wirtschaftlichen Faktor dar.
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Die
EP 2 525 373 A2 beschreibt eine gattungsgemäße Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Betätigen von außenseitig anschließbaren Ventilen, mit einer Umhausung, die aus einer Kunststoffmasse durch Spritzen gebildete Gehäuseteile aufweist und einen Spulenkörper mit Spulenwicklung enthält, der zumindest teilweise einen Polkern und einen Ankerraum umgibt, innerhalb dessen ein Magnetanker längsverschiebbar geführt ist, der durch Magnetkraftwirkung entgegen einer Rückstellkraft bewegbar ist, die durch eine auf einer Federführung angeordnete Feder erzeugt ist, wobei die Umhausung aus Kunststoffmasse einteilig zusammen mit einer ein integrales Bestandteil der Umhausung bildenden, als Federführung dienenden Führungsstange gebildet ist, und wobei der Magnetanker eine koaxiale, zum Polkern offene Bohrung aufweist.
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Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Betätigungsvorrichtung der erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, die mit geringen Fertigungskosten einfach und rationell herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Betätigungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Bohrung am dem offenen Ende der Umhausung zugekehrten Bohrungsende bis auf einen Druckausgleichskanal geschlossen ist, der an einem Betätigungsglied ausmündet, mit dem der Magnetanker mit dem zu betätigenden Ventil oder dergleichen kuppelbar ist.
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Es ist ferner vorgesehen, dass die Umhausung, die Funktionselemente der Betätigungsvorrichtung umgibt, aus Kunststoffmasse einteilig zusammen mit einer ein integrales Bestandteil der Umhausung bildenden, als Federführung dienenden Führungsstange gebildet ist. Die einteilige Ausbildung der gesamten Umhausung durch Umspritzen von Funktionselementen mit Kunststoffmasse bedeutet eine wesentliche Vereinfachung, verglichen mit der bekannten Bauweise, wie sie in dem erwähnten Dokument aufgezeigt ist und wobei lediglich Gehäuseteile der Umhausung, wie der Anschlusskörper einer Steckereinrichtung und angrenzende Bereiche des Spulenkörpers, durch die Kunststoffmasse umspritzt sind. Dadurch, dass bei dem die Umhausung formenden Umspritzvorgang eine die Federführung bildende Führungsstange aus der Kunststoffmasse mit angespritzt wird, erübrigt sich zudem die Herstellung eines gesonderten Bauteils für eine Federführung und entfällt ein entsprechender Montageaufwand. Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung zeichnet sich daher insgesamt durch geringe Herstellungskosten aus und ist dementsprechend in hohen Stückzahlen besonders rationell herstellbar.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Umhausung ein geschlossenes Ende mit einer Wand auf, an die der Polkern mit seinem vom Ankerraum abgekehrten Ende angrenzt und von der ausgehend sich die Führungsstange durch einen im Polkern gebildeten Durchgang in Richtung auf den dem entgegengesetzten Ende der Umhausung zugeordneten Ankerraum erstreckt. Bei dieser Ausbildung gestaltet sich der Vorgang des Anspritzens der Führungsstange besonders einfach, weil der Durchgang im Polkern zumindest teilweise die Formwand für den Spritzvorgang der Führungsstange bildet.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Umhausung an dem dem Ankerraum benachbarten Ende für den Zugang zum im Ankerraum befindlichen Magnetanker offen, an dem ein Betätigungsglied vorgesehen ist, das zur Betätigung eines zugeordneten Ventils mit diesem koppelbar ist. Bei dieser Bauweise der Umhausung ist ein zu betätigendes Ventil unmittelbar am offenen Ende der Umhausung anschließbar, an dem das Betätigungsglied des Magnetankers für die unmittelbare mechanische Kopplung mit dem Ventil zur Verfügung steht.
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Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Magnetanker eine axiale, zum Polkern offene Bohrung für eine auf der Führungsstange geführte Schraubenfeder aufweist, die sich am Grund der Bohrung und an einem im Durchmesser erweiterten Bund der Führungsstange abstützt.
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Bei solchen Ausführungsbeispielen kann der im Polkern für die Führungsstange gebildete Durchgang durch eine Bohrung gebildet sein, die an dem von der Wand der Umhausung ausgehenden Ende und an dem dem Ankerraum zugewandten Ende jeweils einen Abschnitt mit dem Durchmesser des erweiterten Bundes der Führungsstange und dazwischen einen Abschnitt verringerten Durchmessers aufweist. Bei dieser Gestaltung der Bohrung im Polkern mit einem verjüngten inneren Bohrungsabschnitt bildet der innere, verjüngte Bohrungsabschnitt beim Spritzen der Führungsstange eine axiale Sicherung gegen Relativbewegungen zwischen Führungsstange und Polkern. Andere Geometrien der Bohrung, die zu einem derartigen „Verkrallen” der Kunststoffmasse führen, sind möglich.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der die Anlagefläche der Schraubenfeder bildende, erweiterte Bund der Führungsstange gegenüber dem axial vorderen Ende des Polkerns nach hinten versetzt. Dadurch bildet der axiale vordere Endabschnitt der Bohrung des Polkerns einen Federeinbauraum, an den sich der Federeinbauraum anschließt, der im Magnetanker durch dessen axiale, zum Polkern offene Bohrung gebildet ist.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen sind an von der Kunststoffmasse der Umhausung umspritzten Funktionsteilen, insbesondere am Spulenkörper, Ausnehmungen, wie Kerben, für die Aufnahme von Teilen der die Umhausung bildenden Kunststoffmasse ausgebildet. In gleicher Weise, wie dies durch die Einschnürung der Bohrung im Polkern für die Führungsstange der Fall ist, führen derartige Ausbildungen, beispielsweise am Spulenkörper, zu einem „Verkrallen” mit der Kunststoffmasse beim Umspritzvorgang.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt einen näherungsweise in natürlicher Größe einer praktischen Ausführungsform dargestellten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung in Form eines sog. „ziehenden Magneten” weist eine Umhausung 2 auf, die, bezogen auf eine Verfahr- oder Betätigungsachse 4 ein geschlossenes hinteres, axiales Ende 6 und ein gegenüberliegendes vorderes, offenes axiales Ende 8 aufweist. Die Umhausung 2 ist durch ein einstückiges Bauteil aus einer Kunststoffmasse gebildet, das innenliegende Funktionsteile, vom geschlossenen Ende 6 ausgehend, über einen Anschlusskörper 10 und eine Flachsteckereinrichtung 12 sowie eine Gehäuseseitenwand 14 bis zum offenen Ende 8 hin vollständig umschließt. Am Rand des offenen Endes 8 ist ein Flansch 16 für den Anschluss eines zu betätigenden Geräts, beispielsweise eines Ventils, vorgesehen. Die Umhausung 2 ist durch einen Umpress- oder Umspritzvorgang mit einer als Gehäusewerkstoff geeigneten Kunststoffmasse gebildet, wobei die zu umspritzenden Funktionsteile in ein Formwerkzeug einer in der Spritzformtechnik bekannten Bauweise eingelegt sind. Dabei sind ein kreiszylindrischer Polkern 18 des Magnetsystems und eine ihn umgebende Polplatte 20 derart in das Formwerkzeug eingelegt, dass sie an der beim Spritzvorgang gebildeten, das geschlossene Ende 6 bildenden Wand 22 anliegen. Auf dem Polkern 18 sitzend schließt sich der Spulenkörper 24 an die Polplatte 20 an. Die Spulenwicklung 26 des Spulenkörpers 24 teilweise umgebend, sind magnetisch leitende Magnetgehäuseteile 28 eingelegt. Der Innenraum des Spulenkörpers 24 weist eine Zylinderfläche 30 auf, die dem Durchmesser des Polkerns 18 angepasst ist und mit der der Spulenkörper 24 auf dem Polkern 18 sitzt. Zum offenen Ende 8 hin schließt sich an die Zylinderfläche 30 eine im Innendurchmesser verkleinerte Zylinderfläche 32 an, an die sich wiederum eine Zylinderfläche 34 mit einem dem Durchmesser der Zylinderfläche 30 entsprechenden Durchmesser anschließt. An dieser Zylinderfläche 34 anliegend ist eine Lagerhülse 36 eingelegt, die für einen Magnetanker 38 ein ihn bei Axialbewegungen führendes Gleitlager bildet. Die Lagerhülse 36, die von einer vorderen Polplatte 40 umgeben ist, kann aus einem magnetisch leitenden Werkstoff bestehen und umgibt zusammen mit der sich anschließenden Zylinderfläche 32 des Spulenkörpers 24 den Ankerraum 42 für den Magnetanker 38.
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Bei dem Vorgang des Umspritzens der genannten Funktionsteile, wobei auch eine dem elektrischen Trägersystem zugehörige Diode 44 mit eingespritzt wird, wird an der Wand 22 des geschlossenen Endes 6 eine Führungsstange 46 mit angespritzt, die eine Federführung bildet. Hierfür weist der Polkern 18 einen zur Achse 4 koaxialen Durchgang in Form einer Bohrung mit Bohrungsabschnitten unterschiedlicher Durchmesser auf. Dabei besitzt ein an die Wand 22 angrenzender Bohrungsabschnitt 48 den gleichen Durchmesser wie ein Bohrungsabschnitt 50 an dem dem Ankerraum 42 zugewandten vorderen Ende des Polkerns 18. Ein dazwischenliegender Bohrungsabschnitt 52 besitzt einen demgegenüber verringerten Durchmesser. In dem Bereich des Bohrungsabschnittes 50 hat der Polkern 18 die Form eines Konus 54, der sich zu einer vorderen, ebenen Endfläche 56 verjüngt, die in einer Radialebene, bezogen auf die Achse 4, verläuft. Der Magnetanker 38 besitzt an seinem dem Polkern 18 zugewandten Ende eine komplementäre Form, so dass Konus 54 und Endfläche 56 bei der in der Figur gezeigten Endposition des Magnetankers 38 vollflächig an diesem anliegen.
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Beim Umspritzvorgang ist der Magnetanker 38 nicht in den Ankerraum 42 eingelegt. Vielmehr erstreckt sich ein Formteil des (nicht gezeigten) Formwerkzeuges in den Ankerraum 42 sowie in einen Anfangsteil des Bohrungsabschnittes 50 im Polkern 18 hinein. Dieses Formwerkzeugteil formt den die Federführung bildenden vorderen Stangenabschnitt 58 der Führungsstange 46, dessen Durchmesser geringer ist als der Durchmesser des endseitigen Bohrungsabschnittes 50 des Polkerns 18. Gleichzeitig erstreckt sich dieses Formwerkzeugteil in einen Teilbereich des Bohrungsabschnittes 50 des Polkerns 18 hinein, so dass innerhalb dieses Bohrungsabschnittes 50 an der Führungsstange 46 ein Bund 60 gebildet wird, dessen Durchmesser gegenüber dem vorderen Stangenabschnitt 58 erweitert ist, so dass eine Anlagefläche 62 für eine auf dem vorderen Stangenabschnitt 58 geführte Schraubenfeder 64 gebildet ist.
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Bei derart ausgebildetem vorderem Stangenabschnitt 58 mit Anlagefläche 62 an der Führungsstange 46 ist der Magnetanker 38 in den Ankerraum 42 einsetzbar. Der Magnetanker 38 weist eine koaxiale, zum Polkern 18 offene Bohrung 66 auf, die am dem offenen Ende 8 der Umhausung 2 zugekehrten Bohrungsende bis auf einen Druckausgleichskanal 68 geschlossen ist, der an einem Betätigungsglied 70 ausmündet, mit dem der Magnetanker 38 mit dem zu betätigenden Ventil oder dergleichen kuppelbar ist. Das an den Kanal 68 angrenzende Bohrungsende bildet die Abstützung für die Schraubenfeder 64, die sich andererseits an der Anlagefläche 62 am Bund 60 der Führungsstange 46 abstützt. Der Bohrungsabschnitt 50 und die Bohrung 66 im Magnetanker 38 bilden derart gemeinsam den Federeinbauraum. Bei einem Durchmesser des Bohrungsabschnittes 50 des Federeinbauraums im Polkern 18, der dem Außendurchmesser der Schraubenfeder 64 angepasst ist, ist diese im Federeinbauraum des Polkerns 18 sowohl axial als auch radial geführt, während sie im Federeinbauraum des Magnetankers 38 mit der mit größerem Durchmesser ausgebildeten Bohrung 66 frei beweglich ist.
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Da der zwischen den Bohrungsabschnitten 48 und 50 gelegene Bohrungsabschnitt 52 eine Einschnürung im Durchgang des Polkerns 18 bildet, ist beim Spritzvorgang der Führungsstange 46 durch eine Art „Verkrallung” der Kunststoffmasse eine axiale Fixierung gebildet. Für eine weitere „Verkrallung” sind am Spulenkörper 24 Kerben 74 ausgebildet, die eine Art Hinterschneidung bilden, durch die es zu einer Verzahnung mit der umspritzenden Kunststoffmasse kommt.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Betätigungsvorrichtung ist, wie erwähnt, als sog. ziehender Magnet ausgebildet. Bei Bestromung der Spulenwicklung 26 ist der Magnetanker 38 daher gegen die Federkraft der rückstellenden Schraubenfeder 64 in Richtung auf den Polkern 18 bewegt. Die Darstellung der Figur, bei der der Magnetanker 38 in am Polkern 18 anliegender Endposition gezeigt ist, entspricht daher dem bestromten Zustand der Spulenwicklung 26. Bei fehlender Bestromung erfolgt eine Rückbewegung des Magnetankers 38 aufgrund der Rückstellkraft der Schraubenfeder 64. Ein Endanschlag für eine entsprechende, rückgestellte Position ist in der Figur nicht dargestellt. Eine derartige Wegbegrenzung kann beispielsweise an der über das Betätigungsglied 70 zu betätigenden Gerätschaft, wie einem Ventil, vorgesehen sein.
