DE102014010001A1

DE102014010001A1 - Elektrisch betätigbare Funktionseinheit, insbesondere Magnetventil, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE102014010001A1
Application number: DE102014010001.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Lenz; Jürgen Gerhartz; Tamás Szili; Sebastian Müller
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2014-07-05
Filing date: 2014-07-05
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-07-06
Also published as: DE102014010001B4

Abstract

Es wird eine bevorzugt als ein Magnetventil ausgebildete Funktionseinheit vorgeschlagen, die über eine Linearantriebseinrichtung (2) mit zwei in Achsrichtung einer Hauptachse (11) relativ zueinander linear bewegbaren Antriebskomponenten verfügt. Eine erste (15) dieser Antriebskomponenten verfügt über eine Spuleneinheit (23) mit einem hülsenförmigen Spulenträger (25) und einer koaxial auf dem Spulenträger (25) angeordneten elektrischen Spule (27). Die elektrische Spule (27) hat einen Spulendraht (28) mit zwei an einer ersten Axialseite (34) angeordneten Drahtenden (32, 33). Ausgehend von dem ersten Drahtende (32) verläuft ein Rückführ-Drahtabschnitt (65) entlang der peripheren Außenfläche (26) des Spulenträgers (25) bis zu einer zweiten Axialseite (35), von wo aus er unter Ausbildung mindestens eines Wicklungsabschnittes (55) zur ersten Axialseite (34) zurückgeführt ist. Auf diese Wiese verläuft der Rückführ-Drahtabschnitt (65) radial zwischen dem Wicklungsabschnitt (55) und dem Spulenträger (25), was eine kompakte Ausbildung des Wicklungsabschnittes (55) begünstigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigbare Funktionseinheit, mit einer Linearantriebseinrichtung mit zwei in Achsrichtung einer Hauptachse relativ zueinander linear bewegbaren ersten und zweiten Antriebskomponenten, von denen die erste Antriebskomponente eine radial außen von der zweiten Antriebskomponente umschlossene Spuleneinheit aufweist, die über einen Spulenträger und eine koaxial außen auf dem Spulenträger angeordnete, eine erste Axialseite und eine diesbezüglich entgegengesetzte zweite Axialseite aufweisende elektrische Spule verfügt, wobei die elektrische Spule mindestens einen ringförmigen Wicklungsabschnitt aufweist, der sich aus einer Vielzahl von koaxial auf den Spulenträger aufgewickelten Drahtwindungen eines ein erstes und ein zweites Drahtende aufweisenden Spulendrahtes der Spule zusammensetzt und eine dem Spulenträger radial zugewandte Innenumfangsfläche aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrisch betätigbaren Funktionseinheit.
Aus der DE 40 12 832 C2 ist eine Funktionseinheit der vorgenannten Art bekannt, die als ein Magnetventil ausgebildet ist, das zur Steuerung der Strömung eines Fluides verwendet wird. Das bekannte Magnetventil verfügt über eine Linearantriebseinrichtung, mit deren Hilfe ein Ventilglied relativ zu einem Ventilgehäuse bewegbar ist, um unterschiedliche Betriebszustände des Magnetventils vorzugeben. Die Linearantriebseinrichtung ist vom elektrodynamischen Typ und enthält zwei auf Grund der Lorentzkraft relativ zueinander in Achsrichtung einer Hauptachse bewegbare Antriebskomponenten, von denen die eine am Ventilgehäuse und die andere an dem Ventilglied angeordnet ist. Bei der einen Antriebskomponente handelt es sich um eine Spuleneinheit, die über eine elektrisch bestrombare Spule verfügt und die mit einer Permanentmagneteinheit der anderen Antriebskomponente antriebsmäßig zusammenwirkt, wenn eine Ansteuerspannung an sie angelegt wird.
Aus der DE 103 60 713 A1 ist eine Funktionseinheit in Gestalt eines elektromagnetischen Linearaktuators bekannt, der nach einem vergleichbaren Prinzip arbeitet.
Bisher sind die zur Erzeugung einer linearen Relativbewegung zwischen zwei Antriebskomponenten verwendeten Spuleneinheiten in der Regel mit einem länglichen Spulenträger versehen, auf den der Spulendraht aufgewickelt ist. Dabei bildet der Spulendraht einen oder mehrere axial zueinander beabstandete Wicklungsabschnitte, die sich jeweils aus einer Mehrzahl von Drahtwindungen zusammensetzen. Um den Spulendraht leicht anschließen zu können, befinden sich die beiden Drahtenden des Spulendrahtes im Bereich ein und derselben Axialseite der Spule. Erzeugt wird die Spule dadurch, dass der Spulendraht ausgehend von der ersten Axialseite unter Bildung der gewünschten Anzahl von Wicklungsabschnitten auf den Spulenträger aufgewickelt und anschließend ausgehend von der zweiten Axialseite der Spule radial außerhalb der zuvor hergestellten Wicklungsabschnitte wieder zur ersten Axialseite der Spule zurückgeführt wird. Mit einem solchen Spulenaufbau sind allerdings gewisse Nachteile verbunden, weil der radial zwischen der Spuleneinheit und einem die Spuleneinheit umschließenden Bestandteil der anderen Antriebskomponente befindlicher radialer Zwischenraum nur unzureichend mit dem Spulendraht aufgefüllt werden kann. Dies begrenzt die realisierbaren Antriebskräfte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen zu treffen, mit denen sich bei mit einer Spuleneinheit ausgestatteten Funktionseinheiten die Energiedichte kostengünstig verbessern lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Funktionseinheit der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die beiden Drahtenden des Spulendrahtes der ersten Axialseite der Spule zugeordnet sind, wobei das erste Drahtende zu einem Rückführ-Drahtabschnitt des Spulendrahtes gehört, der ausgehend von der ersten Axialseite der Spule radial zwischen der Innenumfangsfläche jedes Wicklungsabschnittes und dem Spulenträger hindurch zur zweiten Axialseite der Spule verläuft und an dem sich im Bereich der zweiten Axialseite der Spule ein zur ersten Axialseite zurückverlaufender Arbeits-Drahtabschnitt des Spulendrahtes anschließt, der die den Rückführ-Drahtabschnitt überlagernden Drahtwindungen des mindestens einen Wicklungsabschnittes und das zweite Drahtende bildet.
In Verbindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Bestückung des Spulenträgers mit der Spule, vor dem Wickeln des mindestens einen Wickelungsabschnittes, zuerst der Rückführ-Drahtabschnitt des Spulendrahtes auf den Spulenträger aufgebracht wird, sodass er sich von der ersten Axialseite bis zur zweiten Axialseite der Spule erstreckt, worauf anschließend ausgehend von der zweiten Axialseite der Spule der den mindestens einen Wicklungsabschnitt bildende Arbeits-Drahtabschnitt unter Wickeln des mindestens einen Wicklungsabschnittes auf den Spulenträger aufgebracht wird.
Auf diese Weise kann eine Funktionseinheit realisiert werden, bei der die beiden Drahtenden des zur Spuleneinheit der Linearantriebseinrichtung gehörenden Spulendrahtes ein und derselben ersten Axialseite der Spule zugeordnet sind, sodass sie beim Zusammenbau der Funktionseinheit bequem und einfach kontaktiert werden können. Der Spulendraht hat einen Arbeits-Drahtabschnitt, der sich zwischen den beiden Axialseiten der Spule erstreckt und der mindestens einen Wicklungsabschnitt ausbildet, der sich aus einer Vielzahl von Drahtwindungen zusammensetzt. Bevorzugt ist der Arbeits-Drahtabschnitt zur Bildung mehrerer mit axialem Abstand aufeinanderfolgend angeordneter Wicklungsabschnitte gewickelt. Der Spulendraht verfügt ferner über einen Rückführ-Drahtabschnitt, der sich auch zwischen den beiden Axialseiten der Spule erstreckt und dessen Funktion lediglich darin besteht, das zweite Drahtende des Spulendrahtes auch im Bereich der ersten Axialseite der Spule und mithin in der Nähe des ersten Drahtendes zu platzieren. Dieser Rückführ-Drahtabschnitt verläuft erfindungsgemäß nicht in dem radial außerhalb des mindestens eines Wicklungsabschnittes liegenden Bereich, sondern tritt durch den von dem ringförmigen Wicklungsabschnitt umrahmten Ringraum hindurch, indem er radial zwischen dem Spulenträger und der Innenumfangsfläche jedes Wicklungsabschnittes verläuft. Mit anderen Worten wird der Rückführ-Drahtabschnitt von den Drahtwindungen jedes Wicklungsabschnittes radial außen überlagert. Ein damit verbundener wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der Rückführ-Drahtabschnitt ohne Beeinträchtigung der pro Wicklungsabschnitt realisierbaren Anzahl von Drahtwindungen unterhalb beziehungsweise innerhalb der Drahtwindungen der Wicklungsabschnitte verlegt werden kann. Ist die Linearantriebseinrichtung beispielsweise so ausgebildet, dass sie über eine die Spuleneinheit radial außen gleitverschieblich umschließende Antriebskomponente verfügt, kann der radiale Zwischenraum zwischen dem Spulenträger und der zweiten Antriebskomponente optimal mit Spulendraht befüllt werden, sodass sich eine sehr hohe Energiedichte ergibt.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung bei einer elektrodynamisch arbeitenden Linearantriebseinrichtung, bei der die mit der Spuleneinheit kooperierende Antriebskomponente eine im Spulenträger angeordnete Permanentmagneteinrichtung und eine peripher am Spulenträger angeordnete ferromagnetische Rückschlusshülse aufweist. Bedingt durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Spule kann hier der radiale Abstand zwischen der Permanentmagneteinrichtung und der Rückschlusshülse sehr klein gewählt werden, sodass sich ein sehr geringer Luftspalt ergibt, womit die Generierung eines sehr starken Permanentmagnetfeldes verbunden ist, das in Verbindung mit der Spuleneinheit die Erzeugung hoher Linearantriebskräfte gestattet.
In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, dass für die Ausbildung derartiger Antriebskräfte, die auf der Ausnutzung der Lorentzkraft basieren, von entscheidender Bedeutung ist, dass in dem von der Permanentmagneteinrichtung bestimmten magnetischen Kreis der Spulendraht der Spulenanordnung derart angeordnet wird, dass ein Stromfluss senkrecht zum magnetischen Fluss der Permanentmagneteinrichtung gerichtet ist. Dadurch ist dann die aus der Wechselwirkung von magnetischem Fluss und Stromfluss resultierende Lorentzkraft längs der mit der Bewegungsrichtung zusammenfallenden Achsrichtung der Hauptachse ausgerichtet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zweckmäßig ist es, wenn der Rückführ-Drahtabschnitt des Spulendrahtes in dem radial zwischen jedem Wicklungsabschnitt und dem Spulenträger befindlichen Bereich in einer peripheren Drahtaufnahmeaussparung des Spulenträgers verläuft, die vom zugeordneten Wicklungsabschnitt überdeckt ist. Beim Bestücken des Spulenträgers mit der Spule kann der Rückführ-Drahtabschnitt in die mindestens eine Drahtaufnahmeaussparung des Spulenträgers eingelegt werden, bevor anschließend der Spulenträger einschließlich des Rückführ-Drahtabschnittes unter Bildung mindestens eines Wicklungsabschnittes mit dem Arbeits-Drahtabschnittes des Spulendrahtes umwickelt wird.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Tiefe der den Rückführ-Drahtabschnitt aufnehmenden Drahtaufnahmeaussparung mindestens der Dicke des Rückführ-Drahtabschnittes entspricht. Dann besteht insbesondere die Möglichkeit, den Wicklungsabschnitt mit ungestörter kreisförmiger Kontur und ohne lokale Ausbeulung auf den Spulenträger aufzuwickeln.
Der Spulenträger ist an seiner peripheren Außenumfangsfläche zweckmäßigerweise pro Wicklungsabschnitt mit einer peripheren Wicklungsträgerfläche ausgestattet, auf die der Arbeits-Drahtabschnitt des Spulendrahtes zur Bildung des Wicklungsabschnittes aufgewickelt wird. Die Drahtaufnahmeaussparung ist zweckmäßigerweise als Vertiefung in diese periphere Wicklungsträgerfläche eingebracht.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Drahtaufnahmeaussparung nutartig ausgebildet ist. Sie kann dabei relativ schmal sein, sodass die Festigkeit des Spulenträgers nicht beeinträchtigt wird. Die nutartige Drahtaufnahmeaussparung kann auch als Klemmnut realisiert sein, in die sich der Rückführ-Drahtabschnitt hineindrücken lässt, sodass er darin klemmend fixiert ist, was die anschließende Handhabung bei der Fertigstellung der Spule vereinfacht.
Die Drahtaufnahmeaussparung kann auch von einer Abflachung der peripheren Außenumfangsfläche des Spulenträgers gebildet sein. Damit ist eine besonders einfache Herstellung verbunden.
Vorzugsweise verfügt die Spule über mehrere mit axialem Abstand zueinander angeordnete Wicklungsabschnitte, die jeweils aus einer Vielzahl von Drahtwindungen des Arbeits-Drahtabschnittes gebildet sind. Der Rückführ-Drahtabschnitt erstreckt sich dabei radial zwischen dem Spulenträger und den Wicklungsabschnitten durch sämtliche ringförmigen Wicklungsabschnitte hindurch.
Zur Realisierung mehrerer Drahtaufnahmeaussparungen ist zweckmäßigerweise in der peripheren Außenumfangsfläche des Spulenträgers eine längs zwischen den beiden Axialseiten der Spule durchgehende Aufnahmevertiefung ausgebildet, wobei mit axialem Abstand zueinander angeordnete Längenabschnitte dieser Aufnahmevertiefung jeweils eine der Drahtaufnahmeaussparungen bilden.
Zweckmäßigerweise ist der Spulendraht zur Bildung der Wicklungsabschnitte derart auf den Spulenträger aufgewickelt, dass der Wicklungssinn bei axial unmittelbar aufeinanderfolgenden Wicklungsabschnitten einander entgegengesetzt ist. Daraus resultieren beim Betrieb der Linearantriebseinrichtung einander entgegengesetzte Stromflussrichtungen bei der Bestromung der Spule, was zur Erzeugung axial gleich orientierter Antriebskräfte beiträgt, wenn die Spuleneinheit mit einer zweiten Antriebskomponente kooperiert, die über eine Permanentmagneteinrichtung verfügt, die eine Mehrzahl von axial aufeinanderfolgend angeordneten Permanentmagneten aufweist. Diese mehreren Permanentmagnete sind bevorzugt axial magnetisiert, wobei axial unmittelbar benachbarte Permanentmagnete gegensinnig polarisiert sind.
Vorzugsweise verfügt der Spulenträger an seinem Außenumfang über eine der Anzahl der Wicklungsabschnitte entsprechende Anzahl von radial außen offenen ringförmigen Wicklungskammern, die axial beidseits jeweils durch eine Seitenwand begrenzt sind. Jede Wicklungskammer nimmt einen ringförmigen Wicklungsabschnitt auf, wobei jede Seitenwand zweckmäßigerweise mindestens eine Wanddurchbrechung besitzt, durch die der Rückführ-Drahtabschnitt hindurchgeführt ist. Vorzugsweise ist auch der Arbeits-Drahtabschnitt beim Übertritt zwischen axial benachbarten Wicklungsabschnitten durch eine Durchbrechung der zugeordneten Seitenwand hindurchgeführt. Dabei kann es sich um die gleiche Durchbrechung handeln wie eine sowieso vorhandene, zur Aufnahme des Rückführ-Drahtabschnittes dienende Wanddurchbrechung, wenn dafür gesorgt ist, dass sich zwischen den einzelnen Drahtabschnitten keine Kurzschlussverbindung ausbilden kann.
Der Rückführ-Drahtabschnitt ist insbesondere so ausgebildet, dass er sich zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Spulenträgers erstreckt. Auf diese Weise ist der Materialverbrauch besonders gering.
Die zweite Antriebskomponente der Linearantriebseinrichtung ist zweckmäßigerweise mit Antriebs-Kooperationsmitteln ausgestattet, die bei Bestromung der zur ersten Antriebskomponente gehörenden Spule antriebsmäßig mit der Spule kooperieren. Aus dieser antriebsmäßigen Kooperation resultiert eine in Achsrichtung der Hauptachse wirksame Antriebskraft, um eine in der gleichen Richtung orientierte Relativbewegung zwischen den beiden Antriebskomponenten hervorzurufen.
Wie eingangs bereits angedeutet, ist es vorteilhaft, wenn die Antriebs-Kooperationsmittel eine Permanentmagneteinrichtung aufweisen, die unter Ausnutzung der sogenannten Lorentzkraft mit dem in der Spule erzeugten Stromfluss kooperiert. Die Permanentmagneteinheit ist von der Spuleneinheit zweckmäßigerweise koaxial umschlossen und enthält vorzugsweise mehrere axial beabstandet zueinander angeordnete Permanentmagnete.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Antriebs-Kooperationsmittel eine ferromagnetische Rückschlusshülse aufweisen, die die Spuleneinheit koaxial umschließt. Eine solche Rückschlusshülse begünstigt die Ausbildung eines oder mehrerer geschlossener Magnetfeldkreise der Permanentmagneteinrichtung, die die Spule durchsetzen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Funktionseinheit als ein Magnetventil. Ein solches Magnetventil kann mit der Spule kooperierende Antriebs-Kooperationsmittel aufweisen, bei denen es sich um rein ferromagnetische Mittel handelt, wobei die durch Bestromung der Spule erzeugbare Antriebskraft insbesondere auf einer Reluktanzkraft basiert. Insbesondere in Verbindung mit Magnetventilen, die als Proportionalventile eingesetzt werden ist es jedoch vorteilhaft, die Linearantriebseinrichtung nach elektrodynamischem Wirkprinzip aufzubauen und dabei insbesondere nach einem Tauchankerprinzip oder einem Tauchspulenprinzip. Als besonders vorteilhaft wird ein Tauchspulenprinzip angesehen, bei dem die Spuleneinheit die sich im Betrieb der Linearantriebseinrichtung bewegende Komponente ist, da sie über ein relativ geringes Gewicht verfügt. Somit lässt sich ein äußerst dynamisches Bewegungsverhalten realisieren.
Nachfolgend wird die Erfindung an der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 in einem Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Funktionseinheit, die hier in Form eines elektro-dynamischen Magnetventils realisiert ist,
2 einen Querschnitt, durch die Funktionseinheit aus 1 gemäß Schnittlinie II-II, wobei ein strichpunktiert umrahmter Bereich zusätzlich separat vergrößert abgebildet ist,
3 die bei der Funktionseinheit der 1 und 2 vorhandene Spuleneinheit in einer Seitenansicht, und
4 die Anordnung aus 3 in einer perspektivischen Seitenansicht.
Aus der Zeichnung ist eine insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete, elektrisch betätigbare Funktionseinheit ersichtlich, die als Kernbestandteil eine elektrisch betätigbare Linearantriebseinrichtung 2 enthält. Bei der Funktionseinheit 1 könnte es sich beispielsweise um eine elektrische Antriebseinrichtung handeln, die für beliebige Antriebszwecke einsetzbar ist. Besonders vorteilhaft ist allerdings eine Ausgestaltung als Ventil und dabei insbesondere als Magnetventil 3, wobei letzteres auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Die weitere Beschreibung soll sich an einer Ausgestaltung als Magnetventil 3 orientieren, ohne dass damit allerdings eine Beschränkung auf einen speziellen Typ von Funktionseinheit 1 verbunden sein soll.
Das Magnetventil 3 umfasst ein Ventilgehäuse 4, das von einem ersten Fluidkanal 5 und einem zweiten Fluidkanal 6 durchsetzt ist, von denen der eine als Einlasskanal und der andere als Auslasskanal nutzbar ist. Beide Fluidkanäle 5, 6 münden in eine Ventilkammer 7, in der sich ein Ventilglied 8 befindet, das unter Ausführung einer mit einem Doppelpfeil gekennzeichneten Umschaltbewegung 12 relativ zum Ventilgehäuse 4 bewegbar ist. Im Rahmen der Umschaltbewegung 12 kann das Ventilglied 8 in verschiedenen Relativpositionen bezüglich des Ventilgehäuses 4 positioniert werden, um die Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidkanälen 5, 6 zu steuern. Exemplarisch kann das Ventilglied 8 auf diese Weise wahlweise in einer aus 1 ersichtlichen Schließstellung oder in mindestens einer und bevorzugt in mehreren Offenstellungen positioniert werden. In der Schließstellung ist die Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidkanälen 5, 6 unterbrochen, in jeder Offenstellung ist sie mehr oder weniger stark freigegeben.
Das illustrierte Magnetventil 3 ist als Sitzventil konzipiert, wobei sein Ventilglied 8 einem Ventilsitz 13 gegenüberliegt, der eine in die Ventilkammer 7 ausmündende Kanalöffnung des ersten Fluidkanals 5 umrahmt. In der Schließstellung liegt das Ventilglied 8 unter Abdichtung an dem Ventilsitz 13 an und deckt die Kanalöffnung fluiddicht ab. In seiner Offenstellung ist das Ventilglied 8 von dem Ventilsitz 13 abgehoben.
Vorzugsweise ist das Ventilglied 8 in eine Grundstellung vorgespannt, bei der es sich exemplarisch um die Schließstellung handelt. Die Vorspannkraft liefert eine Feder 14, die sich zwischen dem Ventilglied 8 und dem Ventilgehäuse 4 abstützt.
Vorzugsweise stützt sie sich zur Abstützung am Ventilgehäuse 4 an der daran befestigten zweiten Antriebskomponente 16 ab.
Die Umschaltbewegung 12 folgt der Achsrichtung einer Hauptachse 11 der Linearantriebseinrichtung 2. Die Linearantriebseinrichtung 2 hat zwei Antriebskomponenten 15, 16, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als erste Antriebskomponente 15 und als zweite Antriebskomponente 16 bezeichnet werden und die unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebsbewegung 17 relativ zueinander linear bewegbar sind.
Die Bewegungsrichtung der Antriebsbewegung 17 fällt mit der Achsrichtung der Hauptachse 15 zusammen. Es ist eine hin und her gehenden Relativbewegung zwischen den beiden Antriebskomponenten 15, 16 möglich.
Bei einer Ausgestaltung als Magnetventil 3 ist die erste Antriebskomponente 15 zweckmäßigerweise an dem Ventilglied 8 und die zweite Antriebskomponente 16 an dem Ventilgehäuse 4 angeordnet. Wird die Linearantriebseinrichtung 2 elektrisch betätigt, führt die erste Antriebskomponente 15 relativ zu der zweiten Antriebskomponente 16 die Antriebsbewegung 17 aus, was gleichzeitig die Umschaltbewegung 12 des mit der ersten Antriebskomponente 15 bewegungsgekoppelten Ventilgliedes 8 relativ zu dem bevorzugt fest mit der zweiten Antriebskomponente 16 verbundenen Ventilgehäuse 4 zur Folge hat.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste und zweite Antriebskomponente 15, 16 in Bezug auf das Ventilglied 8 und das Ventilgehäuse 4 vertauscht.
Die Linearantriebseinrichtung 2 ist vorzugsweise in eine Gehäusekammer 18 des Ventilgehäuses 4 eingesetzt, die in die Ventilkammer 7 übergeht. Eine zu einer Außenfläche des Ventilgehäuses 4 ausmündende Montageöffnung 22 ermöglicht einen leichten Einbau der Linearantriebseinrichtung 2 in das Ventilgehäuse 4.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann das Magnetventil 3 auch ein Schieberventil sein, bei dem als Ventilglied 8 ein Ventilschieber vorhanden ist, der eine radiale Abdichtfunktion übernimmt.
Die erste Antriebskomponente 15 enthält eine Spuleneinheit 23, bei der es sich vorzugsweise um ein hohles, bevorzugt hülsenartiges Gebilde handelt. Die Spuleneinheit 23 hat eine mit der Hauptachse 11 zusammenfassende Längsachse 24 und ist vorzugsweise in ihrer Gesamtheit in der Gehäusekammer 18 untergebracht.
Die Spuleneinheit 23 verfügt über einen länglichen, bevorzugt hülsenförmig ausgebildeten Spulenträger 25, der zweckmäßigerweise aus einem Kunststoffmaterial besteht. Er hat vorzugsweise eine kreisrunde Außenkontur und verfügt über eine radial nach außen orientierte periphere Außenumfangsfläche 26. Die Spuleneinheit 23 enthält außerdem eine elektrische, das heißt elektrisch bestrombare Spule 27, die auf der peripheren Außenumfangsfläche 26 des Spulenträgers 15 diesbezüglich ortsfest angeordnet ist.
Die Spule 27 enthält einen elektrisch leitenden Spulendraht 28, der zwei Drahtenden aufweist, die als erstes Drahtende 32 und als zweites Drahtende 33 bezeichnet seien. Bevorzugt ist der Spulendraht 28 mit einer Isolierschicht versehen.
Die Spule 27 hat zwei einander axial entgegengesetzt orientierte Axialseiten 34, 35, die im Folgenden als erste Axialseite 34 und als zweite Axialseite 35 bezeichnet seien. Die axiale Richtung der Spule 27 fällt mit der Längsrichtung des Spulenträgers 25 zusammen. Die beiden Drahtenden 32, 33 sind ein und derselben Axialseite, exemplarisch der ersten Axialseite 34 zugeordnet. Vorzugsweise schließen die beiden Drahtenden 32, 33 die Spule 27 an der ersten Axialseite 34 ab.
Jedes Drahtende 32, 33 ist ausgebildet, um eine Ansteuerspannung anlegen zu können, die einen Stromfluss durch die Spule 27 zur Folge hat. Exemplarisch sind die Drahtenden 32, 33 mit Anschlussmitteln 36 des Spulenträgers 25 elektrisch kontaktiert, die ihrerseits mit schematisch angedeuteten elektrischen Anschlussleitern 37 kontaktiert sind, welche Ausgebildet sind, um eine die Ansteuerspannung liefernde Spannungsquelle anzuschließen. Exemplarisch sind die elektrischen Anschlussleiter 37 aus dem Ventilgehäuse 4 herausgeführt, wobei sie in einer Steckvorrichtung am Ventilgehäuse 4 enden können, die eine Steckverbindung mit der nicht weiter abgebildeten externen Spannungsquelle ermöglichen.
Die zweite Antriebskomponente 16 verfügt über Antriebs-Kooperationsmittel 38, die mit dem Stromfluss in der Spule 27 interagieren. Wird die Spule 27 bestromt, bilden sich zwischen der Spule 27 und den Antriebs-Kooperationsmitteln 38 in der Achsrichtung der Hauptachse 11 wirkende Antriebskräfte aus, aus denen die Antriebsbewegung 17 resultiert.
Bei einem nach dem Reluktanzprinzip arbeitenden, nicht näher abgebildeten Magnetventil 1 bestehen die Antriebs-Kooperationsmittel 38 überwiegend aus einem ferromagnetischen Anker, wobei eine Bestromung der Spule 27 ein den Anker durchsetzendes Magnetfeld hervorruft, das eine das Ventilglied 8 bewegende Reluktanzkraft hervorruft.
Als besonders vorteilhaft wird die Erfindung in Verbindung mit einem Magnetventil 3 angesehen, bei dem die für die Antriebsbewegung 17 verantwortliche Antriebskraft aus der Lorentzkraft resultiert. Ein solches elektrodynamisches Antriebsprinzip ist beim Ausführungsbeispiel verwirklicht. Voraussetzung dafür ist, dass die Antriebs-Kooperationsmittel 38 über eine Permanentmagneteinrichtung 42 verfügen.
Eine solche Permanentmagneteinrichtung 42 befindet sich beim Ausführungsbeispiel im Innern des hohlen Spulenträgers 25. Sie hat eine Längsachse 43, die mit der Hauptachse 11 zusammenfällt. Bevorzugt ist sie koaxial von der Spuleneinheit 23 umschlossen.
Die Permanentmagneteinrichtung 42 enthält mehrere axial polarisierte Permanentmagnete 44, die bevorzugt scheibenförmig oder plattenförmig ausgebildet sind und die beim Ausführungsbeispiel als Ringmagnete konzipiert sind. Exemplarisch enthält die Permanentmagneteinrichtung 42 insgesamt drei Permanentmagnete 44. In Achsrichtung der Längsachse 43 zueinander benachbarte Permanentmagnete 44 sind gegensinnig polarisiert und mit axialem Abstand zueinander angeordnet. Es liegen sich also jeweils gleichnamige Polflächen der Permanentmagnete 44 in Achsrichtung der Längsachse 43 gegenüber.
Jeder Permanentmagnet 44 ist axial beidseits von einer bevorzugt scheibenförmigen Polplatte 45 flankiert. Jede Polplatte 45 besteht aus einem ferromagnetischen oder einem sonstigen, sehr gut magnetisch leitenden Material. Zwischen axial unmittelbar benachbarten Permanentmagneten 44 befindet sich jeweils nur eine Polplatte 45, die gleichzeitig beiden benachbarten Permanentmagnetmagneten 44 zugeordnet ist.
Die Mehrfachanordnung aus Permanentmagneten 44 und Polplatten 45 wird beim Ausführungsbeispiel durch einen Zuganker 46 zusammengehalten, der sowohl die Permanentmagnete 44 als auch die Polplatte 45 durchsetzt und diese Komponenten axial zusammenspannt. Der der Montageöffnung 22 zugewandte Endbereich des Zugankers 46 sitzt an einer Montageplatte 47, die am Ventilgehäuse 4 befestigt ist, sodass sich die bezüglich des Ventilgehäuses 4 ortsfeste Fixierung der Permanentmagneteinrichtung 42 ergibt.
Exemplarisch fungiert die Montageplatte 47 zugleich als Verschlussdeckel für die Montageöffnung 22.
Zwischen der Permanentmagneteinrichtung 42 und dem Spulenträger 25 befindet sich ringsum ein nur minimaler radialer Zwischenraum. Insbesondere die radial nach außen weisenden Polplatten-Außenumfangsflächen 48 ragen sehr nahe an die Innenumfangsfläche des Spulenträgers 25 heran. Der vorhandene Spielraum gewährleistet eine freie lineare Beweglichkeit der Spuleneinheit 23 relativ zur Permanentmagneteinrichtung 42, was beim Ausführungsbeispiel eine leichtgängige Beweglichkeit des Ventilgliedes 8 gewährleistet. Letzteres ist vorzugsweise an dem Spulenträger 25 angeordnet. Es kann auch in den Spulenträger 25 integriert sein.
Für eine angestrebte Linearführung des Ventilgliedes 8 bei der Umschaltbewegung 12 sorgt beim Ausführungsbeispiel ein an dem Spulenträger 25 ausgebildeter Führungskragen 52, der gleitverschieblich in die Ventilkammer 7 eintaucht.
Das Ventilglied 8 ist der Permanentmagneteinrichtung 42 zweckmäßigerweise axial vorgelagert.
Aus jedem Permanentmagnet 44 resultiert ein Magnetfeld, das die beiden ihn flankierenden Polplatten 45 durchsetzt und dabei in Richtung zu den Polplatten-Außenflächen 48 umgelenkt wird. Die Magnetfelder treten an den Polplatten-Außenflächen 48 radial aus und durchsetzen auch die Spuleneinheit 23. Besonders bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang, dass die Magnetfeldlinien den Spulendraht 28 der Spule 27 senkrecht durchsetzen. Wird die Spule 27 bestromt, ergibt sich folglich ein zum magnetischen Fluss senkrechter Stromfluss, was zur Folge hat, dass die aus der Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Fluss und dem Stromfluss resultierende Lorentzkraft in der Achsrichtung der Hauptachse 11 ausgerichtet ist und die gewünschte Antriebskraft zur Bewegung der an dem Ventilglied 8 angreifenden Spuleneinheit 23 liefert.
Damit sich möglichst starke Magnetfelder ausbilden, enthalten die Antriebs-Kooperationsmittel 28 beim Ausführungsbeispiel außer der Permanentmagneteinrichtung 42 auch noch eine die Spuleneinheit 23 an der der Permanentmagneteinrichtung 42 radial entgegengesetzten Seite flankierende Rückschlusshülse 53. Selbige besteht aus einem ferromagnetischen oder vergleichbar gut magnetisch leitenden Material. Exemplarisch ist die Spuleneinheit 23 radial außen von der Rückschlusshülse 53 koaxial umschlossen.
Die Rückschlusshülse 53 und die Permanentmagneteinrichtung 42 sind in axialer Richtung unbeweglich zueinander angeordnet. Exemplarisch ist die Rückschlusshülse 53 in der Gehäusekammer 18 axial unbeweglich fixiert, wobei sie sich beispielsweise einerseits an einer Stufe der Gehäusekammer 18 und andererseits an der Montageplatte 47 abstützt.
Die von den Permanentmagneten 44 erzeugten Magnetfelder durchsetzen die Spuleneinheit 23 und sind über die Rückschlusshülse 53 in sich geschlossen. Dabei definiert der bezüglich der Hauptachse 11 radial gemessene Abstand zwischen den Polplatte-Außenflächen 48 und der bevorzugt zylindrischen Innenumfangsfläche 54 der Rückschlusshülse 53 einen sich schwächend auf die Magnetfelder auswirkenden Luftspalt. Es ist daher das Bestreben, diesen radialen Luftspalt so klein wie möglich zu halten.
Auf Grund der im Betrieb zwischen der Spuleneinheit 23 und der Rückschlusshülse 53 auftretenden linearen Relativbewegung ist ein gewisser, jedoch möglichst kleiner radialer Abstand zwischen der Spule 27 und der Innenumfangsfläche 54 der Rückschlusshülse 53 vorhanden. Auch zwischen dem Spulenträger 25 und der Rückschlusshülse 53 ist zweckmäßigerweise ein kleiner radialer Spalt vorhanden, wenngleich es möglich ist, eine Berührung zwischen dem Spulenträger 25 und der Innenumfangsfläche 54 der Rückschlusshülse 53 vorzusehen, um eine Linearführung bei der Antriebsbewegung 17 zu erhalten.
Der radiale Abstand zwischen der Permanentmagneteinrichtung 42 und der Rückschlusshülse 53 kann zur Minimierung des Luftspaltes nicht beliebig verkleinert werden, da ansonsten nicht mehr genug Raum für ein ausreichend großes Volumen der Spule 27 zu Verfügung steht. Eine vorteilhafte Maßnahme der Erfindung ermöglicht jedoch eine sehr gute Raumausnutzung und folglich die Einhaltung eines geringen radialen Luftspaltes in Verbindung mit der Gewährleistung relativ hoher Antriebskräfte. Darauf wird im Folgenden eingegangen.
Der Spulendraht 28 ist zur Bildung der Spule 27 derart auf die periphere Außenumfangsfläche 26 des Spulenträgers 25 aufgewickelt, dass sich mehrere in der Achsrichtung der Längsachse 24 mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnete ringförmige Wicklungsabschnitte 25 der Spule 27 ergeben. Jeder dieser Wicklungsabschnitte 55 besteht aus einer Vielzahl von koaxial auf den Spulenträger 25 aufgewickelten Drahtwindungen des Spulendrahtes 28. Mit Abstand axial zueinander benachbarte Wicklungsabschnitte 55 sind durch Verbindungsabschnitte des Spulendrahtes 28 miteinander verbunden, sodass sämtliche Wicklungsabschnitte 55 aus ein und demselben Spulendraht 28 bestehen, der im Bereich der ersten Axialseite 34 mit den beiden Drahtenden 32, 33 endet.
Der Spulenträger 25 ist bevorzugt so geformt, dass er an seiner peripheren Außenumfangsfläche 26 mehrere mit axialem Abstand koaxial zueinander angeordnete ringförmige Wicklungskammern 56 ausbildet. Jede dieser Wicklungskammern 56 nimmt einen der Wicklungsabschnitte 55 auf.
Jede Wicklungskammer 56 ist axial beidseits von einer Seitenwand 57 begrenzt, die ein einstückiger Bestandteil des Spulenträgers 25 ist. Bevorzugt hat der Spulenträger 25 einen hülsenförmigen Basisabschnitt 58, von dem die Seitenwände 57 radial abstehen, wobei jede Seitenwand stegartig gestaltet sein kann. Die radial nach außen orientierte Grundfläche 62 jeder Wicklungskammer 56 bildet eine Wicklungsträgerfläche 63, auf der sich der zugeordnete Wicklungsabschnitt 55 radial abstützt. Seitlich sind die Wicklungsabschnitte 55 von den Seitenwänden 57 abgestützt.
Die Wicklungsträgerfläche 63 ist vorzugsweise von der Außenfläche des hülsenförmigen Basisabschnittes 58 gebildet.
Der hülsenförmige Spulenträger 55 hat eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Umfangsrichtung 64, bei der es sich um die Richtung rings um die Längsachse 24 der Spuleneinheit 23 handelt. Jede Seitenwand 57 kann in der Umfangsrichtung 64 in sich geschlossen oder aber, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft, segmentiert sein.
Der Spulendraht 28 ist in einer besonderen Weise auf den Spulenträger 25 aufgebracht. Ausgehend von dem ersten Drahtende 32 erstreckt sich ein als Rückführ-Drahtabschnitt 65 bezeichneter Längenabschnitt des Spulendrahtes 28 im Bereich der peripheren Außenumfangsfläche 26 in der Längsrichtung des Spulenträgers 25, und zwar bis hin zur entgegengesetzten zweiten Axialseite 35. Dieser Rückführ-Drahtabschnitt 65 erstreckt sich, wie dies insbesondere auch aus dem vergrößerten Ausschnitt der 2 hervorgeht, in dem Bereich radial zwischen der peripheren Außenumfangsfläche 26 des Spulenträgers und den Wicklungsabschnitten 55. Wenn man jeden Wicklungsabschnitt 55 als eine Einheit betrachtet und vernachlässigt, dass er sich natürlich aus einer Vielzahl von Drahtwindungen 28a zusammensetzt, bedeutet dies, dass sich der Rückführ-Drahtabschnitt 65 zwischen der peripheren Außenumfangsfläche 26 des Spulenträgers 25 und der radial nach innen orientierten Innenumfangsfläche 66 eines jeweiligen Wicklungsabschnittes 55 erstreckt.
Ein solcher Spulenaufbau wird dadurch realisiert, dass der Rückführ-Drahtabschnitt im Bereich der peripheren Außenumfangsfläche 26 des Spulenträgers 25 platziert wird, bevor die Wicklungsabschnitte 55 auf dem Spulenträger 25 erzeugt werden. Man verlegt also den Rückführ-Drahtabschnitt 65 entlang der gewünschten axialen Länge der Spule 27, worauf man den Spulendraht 28 ausgehend von der zweiten Axialseite 35 wieder zurückführt in Richtung zu der ersten Axialseite 34, und zwar unter Ausbildung der einzelnen Wicklungsabschnitte 55. Dabei wird ein sich an den Rückführ-Drahtabschnitt 65 anschließender zur besseren Unterscheidung im Folgenden als Arbeits-Drahtabschnitt 67 bezeichneter Längenabschnitt des Spulendrahtes 28 nacheinander auf die vorhandenen Wicklungsträgerflächen 63 aufgewickelt, bis letztlich das zweite Drahtende 33 im Bereich der ersten Axialseite 34 der Spule 27 angelangt ist.
Der auf der peripheren Außenumfangsfläche 26 verlegte Rückführ-Drahtabschnitt 65 überquert jede der Wicklungsträgerflächen 63. Dort wird er von den aufgewickelten Wicklungsabschnitten 55 radial außen überlagert und bedeckt.
In den 3 und 4 ist bei 68 ein Übergangsabschnitt zwischen dem Rückführ-Drahtabschnitt 65 und dem Arbeits-Drahtabschnitt 67 bezeichnet, an dem der Spulendraht 28 umgebogen ist und an den sich der darauffolgende Wicklungsabschnitt 55 anschließt.
In den 3 und 4 ist durch Pfeile der Verlege- und Wicklungsablauf bei der Bestückung des Spulenträgers 25 mit dem Spulendraht 28 erkenntlich gemacht. Die Pfeile 69 verdeutlichen das anfängliche Aufbringen des Rückführ-Drahtabschnittes 65 auf den noch unumwickelten Spulenträger 25. Hieran schließt sich an dem Übergangsabschnitt 68 ein Umbiegevorgang oder Rückbiegevorgang des Spulendrahtes 28 an, wobei der Spulendraht 28 mit dem Übergangsabschnitt 68 um ein Haltemittel 70 herumgeschlungen wird, sodass anschließend ein Wicklungsvorgang zur Erzeugung eines ersten Wicklungsabschnittes 55, 55a angeschlossen werden kann, bei dem die Wicklungsrichtung gemäß Pfeil 71 mit der Umfangsrichtung 64 zusammenfällt und folglich quer zur Ausrichtung des Rückführ-Drahtabschnittes 65 verläuft. Mit dem Pfeil 72 ist illustriert, wie der Arbeits-Drahtabschnitt 67 nach dem herumschlingen um das Haltemittel 70 in der Umfangsrichtung 64 (2) weitergewickelt wird.
Nachdem der der zweiten Axialseite 35 am nächsten liegende erste Wicklungsabschnitt 55, 55a erzeugt wurde, wird der Arbeits-Drahtabschnitt 67 gemäß Pfeil 73 unter Überbrückung des axialen Abstandes in den Bereich der nächsten Wicklungskammer 56 geführt und dort in der Umfangsrichtung 64 gemäß Pfeil 74 um den Spulenträger 25 herumgewickelt, bis auch der hier gewünschte zweite Wicklungsabschnitt 55, 55b erzeugt wurde.
Der gleiche Vorgang schließt sich dann gemäß Pfeilen 75, 76, 77, 78 noch zweimal an, um auch noch einen dritten Wicklungsabschnitt 55, 55c und einen vierten Wicklungsabschnitt 55, 55d zu erzeugen.
Nach Fertigstellung des letzten – hier vierten Wicklungsabschnittes 55d wird der Arbeits-Drahtabschnitt 67 gemäß Pfeil 79 aus der letzten Wicklungskammer 56 zur ersten Axialseite 43 herausgeführt, wo er mit dem zweiten Drahtende 33 endet, indem er dort abgelängt wird.
Axial unmittelbar zueinander benachbarte Wicklungsabschnitte 55 sind auf diese Weise jeweils durch einen als Verbindungs-Drahtabschnitt 82 bezeichneten Längenabschnitt des Arbeits-Drahtabschnittes 67 miteinander verbunden.
Die Wicklungsrichtung des Spulendrahtes 28 in den Wicklungsabschnitten 55 ist bevorzugt so gewählt, dass axial jeweils benachbarte Wicklungsabschnitte 55 einen einander entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen. Dies hat zur Folge, dass bei der Bestromung die Stromflussrichtung in jeweils axial benachbarten Wicklungsabschnitten 55 einander entgegengesetzt ist.
Mit Bezugsziffer 83 sind Verbindungs-Drahtabschnitte des Rückführ-Drahtabschnittes 65 bezeichnet, die zwischen axial unmittelbar benachbarten Wicklungskammern 56 verlaufen und die jeweils durch einen Längenabschnitt des Rückführ-Drahtabschnittes 65 miteinander verbunden sind, der von einem der Wicklungsabschnitte 55 radial außen überlagert ist.
Quer und insbesondere rechtwinkelig zu der Umfangsrichtung 64 erstreckt sich über jede Wicklungsträgerfläche 63 hinweg eine vertieft in die Wicklungsträgerfläche 63 eingelassene Drahtaufnahmeaussparung 87. In dieser Drahtaufnahmeaussparung 87 liegt der die Wicklungsträgerfläche 63 überquerende, vom zugeordneten Wicklungsabschnitt 85 überdeckte Längenabschnitt des Rückführ-Drahtabschnittes 65. Die radial bezüglich der Längsachse 24 der Spuleneinheit 23 gemessene Tiefe jeder Drahtaufnahmeaussparung 87 entspricht mindestens der Dicke des darin verlaufenden Längenabschnittes des Rückführ-Drahtabschnitte 65. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Rückführ-Drahtabschnitt 65 im Bereich der Wicklungsabschnitte 55 nicht über die periphere Außenumfangsfläche 26 beziehungsweise die Wicklungsträgerfläche 63 vorsteht.
Aus dem vorgenannten Umstand resultiert der große Vorteil, dass die Drahtwindungen 28a zur Bildung der Wicklungsabschnitte 55 mit kontinuierlichem Krümmungsverlauf auf die zugeordnete Wicklungsträgerfläche 63 aufwickelbar beziehungsweise aufgewickelt sind und in dem den Rückführ-Drahtabschnitt 65 überquerenden Bereich keine Ausbeulung nach radial außen erfahren. Mithin stellt sich eine zumindest annähernd kreiszylindrische radiale Außenfläche 89 jedes Wicklungsabschnittes 55 ein, was es ermöglicht, die zur Verfügung stehende radiale Höhe der Wicklungskammer 56 vollständig zur Bewicklung mit dem Spulendraht 28 auszunutzen.
Die radiale Wanddicke der insgesamt hülsenförmigen Spuleneinheit 23 wird somit also nur bestimmt durch die Dicke des Hülsenförmigen Basisabschnitts 58 und die radiale Dicke der Wicklungsabschnitte 55. Die Dicke des Rückführ-Drahtabschnittes 65 hingegen wirkt sich auf die radiale Wanddicke der Spuleneinheit 23 nicht aus. Es entfällt insbesondere ein bei konventionellen Spuleneinheiten 23 die Wicklungsabschnitte 55 radial außen überquerender Rückführ-Drahtabschnitt, der eine vollständige Bewicklung der Wicklungskammern 56 verhindert und letztlich dazu führt, dass sich zwischen der radialen Außenfläche 89 des Wicklungsabschnittes 55 und der Innenumfangsfläche 54 der Rückschlusshülse 53 ein Ringspalt ergibt, dessen Breite wenigstens der doppelten Dicke des Rückführ-Drahtabschnittes 65 entspricht. Beim Ausführungsbeispiel ist dies nicht der Fall, hier kann die radiale Außenfläche 89 der Wicklungsabschnitte 55 unter Belassung eines lediglich äußerst geringen radialen Abstandes bis in die unmittelbare Nähe der Innenumfangsfläche 54 der Rückschlusshülse 53 heranreichen.
Daraus wiederum resultiert der Vorteil, dass bei im Vergleich zu konventionellen Anordnungen gleicher Windungsanzahl ein geringerer radialer Abstand zwischen den Polplatten 45 und der Rückschlusshülse 53 realisierbar ist, was einen kleineren Luftspalt zur Folge hat und mithin die Ausbildung stärkerer Permanentmagnetfelder begünstigt. Folglich kann bereits mit im Vergleich zur konventionellen Technik geringerer Windungsanzahl und/oder geringerer Stromstärke eine ausreichend hohe Antriebskraft zur Erzeugung der Antriebsbewegung 17 zur Verfügung gestellt werden.
Die Drahtaufnahmeaussparungen 87 sind beim Ausführungsbeispiel nutartig ausgebildet. Sie lassen sich allerdings jeweils auch, wie dies in 2 strichpunktiert angedeutet ist, durch eine Abflachung 92 der peripheren Außenumfangsfläche 26 realisieren.
Vorzugsweise erstreckt sich über die gesamte axiale Länge der Spule 27 hinweg eine in der peripheren Außenumfangsfläche 26 ausgebildete Aufnahmevertiefung 84, in der der Rückführ-Drahtabschnitt 65 liegt. Die im Bereich der Wicklungsabschnitte 55 vorhandenen Drahtaufnahmeaussparungen 87 sind von Längenabschnitten dieser Aufnahmevertiefung 84 gebildet. Zwischen aufeinanderfolgenden Drahtaufnahmeaussparungen 87 befindliche Längenabschnitte der Aufnahmevertiefung 84 erstrecken sich zwischen axial benachbarten Wicklungskammern 56. Die durchgehende Aufnahmevertiefung 84 hat den Vorteil, dass der Rückführ-Drahtabschnitt 65 geradlinig und zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse 29 des Spulenträgers 25 verläuft.
Die Aufnahmevertiefung 84 durchsetzt die Seitenwände 57 der Wicklungskammern 56, was zur Folge haben kann, dass die Seitenwände 57 in der Umfangsrichtung 64 unterbrochen und/oder segmentiert sind.
Die jeweils zwei axial benachbarte Wicklungsabschnitte 55 verbindenden Verbindungs-Drahtabschnitte 82 können auch in der Aufnahmevertiefung 84 verlegt sein. Beim Ausführungsbeispiel verläuft ein die zwei axial inneren Wicklungsabschnitte 55 verbindender Verbindungs-Drahtabschnitt 82 in der Aufnahmevertiefung 84, während die beiden axial weiter außen liegenden Verbindungs-Drahtabschnitte 82 an in der Umfangsrichtung 64 versetzten Stellen durch die Seitenwände 57 hindurch zwischen den benachbarten Wicklungskammern 56 übertreten.
Wenn die Drahtaufnahmeaussparung 87 und insbesondere die Gesamte Aufnahmevertiefung 84 in der Umfangsrichtung 64 breiter ist als die Dicke des Spulendrahtes 28, kann der verbleibende Freiraum genutzt werden, um andere elektrische Leiter darin zu verlegen, beispielsweise zur Übertragung von Sensorsignalen dienende Signaldrähte. Dies trifft insbesondere auf eine Ausgestaltung zu, bei der die Drahtaufnahmeaussparung 87 in Form einer Abflachung 92 realisiert wird.
Bei dem weiter oben erwähnten Haltemittel 70 handelt es sich vorzugsweise um einen Radialvorsprung des Spulenträgers 25. Es kann sich bei ihm um einen Wandabschnitt einer äußersten Seitenwand 57, 57a handeln, die den ersten Wicklungsabschnitt 55a im Bereich der zweiten Axialseite 35 begrenzt. Das Haltemittel 70 teilt zwei in der Umfangsrichtung 64 nebeneinander angeordnete Drahtdurchgangsöffnungen 93a, 93b voneinander ab. Der Spulendraht 28 ist mit seinem Übergangsabschnitt 68 durch die eine Drahtdurchgangsöffnung 93a zu der zweiten Axialseite 35 hin aus der den ersten Wicklungsabschnitt 55, 55a aufnehmenden Wicklungskammer 56 herausgeführt, anschließend um das Haltemittel 70 um etwa 180 Grad herumgeschlungen und dann durch die zweite Drahtdurchgangsöffnung 93b hindurch wieder in die vorgenannte Wicklungskammer 56 eingeführt, wo sich die Drahtwindungen 28a des ersten Wicklungsabschnittes 55a anschließen.
Während das Ausführungsbeispiel eine Ausführungsform der Linearantriebseinrichtung 2 zeigt, deren Spule 27 über eine Mehrzahl von Wicklungsabschnitten 55 verfügt, sei darauf hingewiesen, dass die Spule 27 auch über lediglich einen einzigen Wicklungsabschnitt 55 verfügen kann, wobei sich ebenfalls die erwähnten Vorteile einstellen.
Ein wesentlicher Aspekt des besonderen Aufbaus der Spuleneinheit 23 besteht darin, dass der Rückführ-Drahtabschnitt 65 des Spulendrahtes 28 unter den Wicklungsabschnitten 55 zwischen einem der ersten Axialseite 34 der Spule 27 zugeordneten ersten Spulenträgerabschnitt 85 und einem der zweiten Axialseite 35 der Spule 27 zugeordneten zweiten Spulenträgerabschnitt 86 verlegt ist, wobei es sich bei den beiden vorgenannten Spulenträgerabschnitten 85, 86 zweckmäßigerweise um axiale Endabschnitte des Spulenträgers 25 handelt. Auf diese Weise kann der effektive Wicklungsdurchmesser im Vergleich zu konventionellen Lösungen, bei denen der Rückführ-Drahtabschnitt 65 radial außen über die Wicklungsabschnitte 55 hinweg geführt ist, um die doppelte Drahtstärke reduziert werden. Beim Aufbringen der Spule 27 wird also zunächst der Rückführ-Drahtabschnitt 65 verlegt und erst anschließend werden mittels des Arbeits-Drahtabschnittes 67 die Wicklungsabschnitte 55 gewickelt, wobei auch der Rückführ-Drahtabschnitt 65 umwickelt wird.
Prinzipiell kann der Rückführ-Drahtabschnitt 65 auch von einem elektrischen Leiter gebildet sein, der abweichend vom Ausführungsbeispiel kein einstückiger Bestandteil des Spulendrahtes 28 ist, sondern der diesbezüglich separat ausgebildet, jedoch durch geeignete Mittel elektrisch leitend mit dem die Wicklungsabschnitte 55 bildenden Arbeits-Drahtabschnitt 67 kontaktiert ist. Der Rückführ-Drahtabschnitt 65 kann beispielsweise ein vor dem Wicklungsvorgang am Spulenträger 25 befestigter Leiter sein, wobei auch eine Realisierung als Leiterbahn und/oder in sogenannter MID-Technologie (MID = Moulded Interconnect Device) in Frage kommt. Die Verbindung zwischen dem als gesonderter Leiter ausgebildeten Rückführ-Drahtabschnitt 65 und dem Arbeits-Drahtabschnitt 67 erfolgt dabei beispielsweise durch Löten oder Schweißen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4012832 C2 [0002]
DE 10360713 A1 [0003]

Claims

Elektrisch betätigbare Funktionseinheit, mit einer Linearantriebseinrichtung (2) mit zwei in Achsrichtung einer Hauptachse (11) relativ zueinander linear bewegbaren ersten und zweiten Antriebskomponenten (15, 16), von denen die erste Antriebskomponente (15) eine radial außen von der zweiten Antriebskomponente (16) umschlossene Spuleneinheit (23) aufweist, die über einen Spulenträger (25) und eine koaxial außen auf dem Spulenträger (25) angeordnete, eine erste Axialseite (34) und eine diesbezüglich entgegengesetzte zweite Axialseite (35) aufweisende elektrische Spule (27) verfügt, wobei die elektrische Spule (27) mindestens einen ringförmigen Wicklungsabschnitt (55) aufweist, der sich aus einer Vielzahl von koaxial auf den Spulenträger (25) aufgewickelten Drahtwindungen (28a) eines ein erstes und ein zweites Drahtende (32, 33) aufweisenden Spulendrahtes (28) der Spule (27) zusammensetzt und eine dem Spulenträger (25) radial zugewandte Innenumfangsfläche (66) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Drahtenden (32, 33) des Spulendrahtes (28) der ersten Axialseite (34) der Spule (27) zugeordnet sind, wobei das erste Drahtende (32) zu einem Rückführ-Drahtabschnitt (65) des Spulendrahtes (28) gehört, der ausgehend von der ersten Axialseite (34) der Spule (27) radial zwischen der Innenumfangsfläche (66) jedes Wicklungsabschnittes (55) und dem Spulenträger (25) hindurch zur zweiten Axialseite (35) der Spule (27) verläuft und an den sich im Bereich der zweiten Axialseite (35) der Spule (27) ein zur ersten Axialseite (34) zurückverlaufender Arbeits-Drahtabschnitt (67) des Spulendrahtes (28) anschließt, der die den Rückführ-Drahtabschnitt (65) überlagernden Drahtwindungen (28a) des mindestens einen Wicklungsabschnittes (55) und das zweite Drahtende (33) bildet.
Funktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführ-Drahtabschnitt (65) zwischen jedem Wicklungsabschnitt (55) und dem Spulenträger (25) in einer peripheren Drahtaufnahmeaussparung (87) des Spulenträgers (25) verläuft, die vom zugeordneten Wicklungsabschnitt (55) überdeckt ist und deren Tiefe zweckmäßigerweise mindestens der Dicke des Rückführ-Drahtabschnittes (65) entspricht.
Funktionseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wicklungsabschnitt (55) des Spulendrahtes (28) auf eine periphere Wicklungsträgerfläche (63) des Spulenträgers (25) aufgewickelt ist, in der die zugeordnete Drahtaufnahmeaussparung (87) ausgebildet ist.
Funktionseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtaufnahmeaussparung (87) nutartig ausgebildet oder von einer Abflachung (92) der peripheren Außenumfangsfläche (26) des Spulenträger (25) gebildet ist.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (27) mehrere mit axialem Abstand zueinander angeordnete Wicklungsabschnitte (55) aufweist, die jeweils von dem Arbeits-Drahtabschnitt (67) gebildet sind und die jeweils den Rückführ-Drahtabschnitt (65) umschließen.
Funktionseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rückführ-Drahtabschnitt (65) aufnehmenden Drahtaufnahmeaussparungen (87) von Längenabschnitten einer sich durchgängig zwischen den beiden Axialseiten (34, 35) der Spule (27) erstreckenden Aufnahmevertiefung (84) des Spulenträgers (25) gebildet sind.
Funktionseinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (28) in den zueinander jeweils axial benachbarten Wicklungsabschnitten (55) einen einander entgegengesetzten Wicklungssinn aufweist.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wicklungsabschnitt (55) in einer radial außen offenen, axial beidseits durch eine Seitenwand (57) begrenzten ringförmigen Wicklungskammer (56) des Spulenträger (25) aufgenommen ist, wobei jede Seitenwand (57) zur Hindurchführung des Rückführ-Drahtabschnittes (65) lokal durchbrochen ist.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (25) im Bereich der zweiten Axialseite (35) der Spule (27) ein Haltemittel (70) aufweist, um das ein den Rückführ-Drahtabschnitt (65) mit dem Arbeits-Drahtabschnitt (67) verbindender Übergangsabschnitt (68) des Spulendrahtes (28) zu seiner Fixierung herumgeschlungen ist, wobei das Haltemittel (70) zweckmäßigerweise ein an dem Spulenträger (25) ausgebildeter Radialvorsprung ist.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rückführ-Drahtabschnitt (65) zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse (29) des Spulenträgers (25) erstreckt.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebskomponente (16) über bei Bestromung der Spule (27) derart antriebsmäßig mit der Spule (27) kooperierende Antriebs-Kooperationsmittel (38) verfügt, dass zwischen den beiden Antriebskomponenten (15, 16) eine in der Achsrichtung der Hauptachse (11) wirksame Antriebskraft hervorgerufen wird.
Funktionseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-Kooperationsmittel (38) eine Permanentmagneteinrichtung (42) aufweisen, die zweckmäßigerweise von der Spuleneinheit (23) koaxial umschlossen ist und die vorzugsweise mehrere axial beabstandet zueinander angeordnete Permanentmagnete (44) enthält.
Funktionseinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-Kooperationsmittel (38) eine die Spuleneinheit (23) koaxial umschließende, von den Magnetfeldlinien der Permanentmagneteinrichtung (42) durchsetzte ferromagnetische Rückschlusshülse (53) aufweisen.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ein Magnetventil (3) ausgebildet ist, das über ein Ventilgehäuse (4) und ein diesbezüglich bewegliches Ventilglied (8) verfügt, wobei die eine der Antriebskomponenten (16) am Ventilgehäuse (4) und die andere der Antriebskomponenten (15) an dem Ventilglied (8) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch betätigbaren Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestückung des Spulenträgers (25) mit der Spule (27), vor dem Wickeln des mindestens einen Wicklungsabschnittes (55), zuerst der Rückführ-Drahtabschnitt (65) des Spulendrahtes (28) auf den Spulenträger (25) aufgebracht wird, sodass er sich von der ersten Axialseite (34) bis zur zweiten Axialseite (35) der Spule (27) erstreckt, worauf anschließend ausgehend von der zweiten Axialseite (35) der Spule (27) der den mindestens einen Wicklungsabschnitt (55) bildende Arbeits-Drahtabschnitt (67) unter Wickeln des mindestens einen Wicklungsabschnittes (55) auf den Spulenträger (25) aufgebracht wird.