DE102015006263B4

DE102015006263B4 - Aktuator

Info

Publication number: DE102015006263B4
Application number: DE102015006263.8A
Authority: DE
Inventors: Holger Menges; Daniel Saxer; Friedhelm Engels; Johannes Fruntzek
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-16
Also published as: KR20160134556A; DE102015006263A1

Abstract

Aktuator eines Ventils mit einer Spule (1) und einem Anker sowie einer integrierten Elektronikeinheit mit einer Schalteinrichtung, die mittels einfachem Steuersignal und ohne hohe Ströme ansteuerbar ist, wobei die Elektronikeinheit zwischen einem Ventilgehäuse (4) und der Spule (1) angeordnet ist und eine Leiterplatte (7) der Elektronikeinheit den Anker und/oder einen daran angebrachten Ventilstößel (5) umgibt.

Description

In der Industrie-, Automobil- und Verfahrenstechnik sind Solenoid-Aktuatoren weit verbreitet. Sie werden beispielsweise für Positionieraufgaben oder in Ventilen eingesetzt.
Hauptbestandteil eines solchen Aktuators ist ein Elektromagnet mit Anker, welcher zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung eingesetzt wird.
An weiteren elektronischen Bauteilen sind üblicherweise nur Entstörkomponenten wie z. B. Freilaufdioden, Rectifier- oder Flyback-Dioden verbaut.
Zur Ansteuerung ist deswegen eine externe Schalteinrichtung zur Betätigung des Aktuators notwendig, über die der gesamte Spulenstrom fließt. Dies erhöht auch den Schaltungsaufwand im Steuergerät.
Die KR 10 2013 0026 935 A betrifft ein Solenoidventil mit einer in einer Abdeckung integrierten Leiterplatte. Eine ähnliche Anordnung ist in der US 2014/0239210 A1 gezeigt. Gemäß der US 8 587 168 B2 befindet sich eine Leiterplatte seitlich an einer Spule. Gleiches gilt für die DE 199 47 958 C1 . Weiteren technischen Hintergrund bilden die DE 10 2009 041 061 A1 , US 2014/0054991 A1 und DE 10 2014 105 898 A1 .
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Schaltung direkt in den Aktuator integriert und vereinfacht so die Ansteuerung desselben. Ferner ist die Schalteinrichtung zwischen einem an dem Anker angebrachten Ventilteller und dem Elektromagneten angeordnet. Die Ansteuerung kann so beispielsweise mittels einfachem Steuersignal, und somit ohne hohe Ströme erfolgen.
Des Weiteren ist es möglich, weitere Funktionen in den Aktuator zu integrieren.
Dies können beispielsweise Konstantstromquellen, erweiterte EMV-Schutzbeschaltungen, Diagnosefunktionen oder Positionsrückmeldungen sein.
Es erfolgt mit anderen Worten eine Integration der Ansteuerelektronik direkt in einen Solenoid-Aktuator, wodurch eine externe Ansteuerungselektronik entfallen kann. Zudem bietet sich so die Möglichkeit, weitere Funktionen in den Aktuator zu integrieren.
Entgegen dem bisherigen Stand der Technik werden nicht nur einzelne Bauteile, wie z. B. eine Freilaufdiode, in den Solenoid-Aktuator integriert, sondern eine umfangreichere Elektronik inklusive der Schalteinrichtung. Dabei werden an dem Aktuator nicht die beiden Spulenanschlüsse nach Außen geführt, sondern mindestens Leitungen für die Spannungsversorgung und einen Schalteingang. Durch die Integration der Ansteuerungselektronik in den Aktuator vereinfacht sich die Ansteuerung desselben, wodurch z. B. Leistungsstufen im Steuergerät eingespart werden können. Durch die Möglichkeit, weitere Funktionen in den Aktuator zu integrieren, können ohne Änderung des Steuergerätes Aktuatoren mit verschieden Funktionen/Ansteuervarianten im Hinblick auf die Hard- und/oder Software daran angeschlossen werden. Ferner kann das Ansteuersignal selbst der Architektur des Steuergeräts folgen, mit anderen Worten daran angepasst sein. Mittels zusätzlicher Positionsrückmeldung und/oder zusätzlicher Diagnosefunktionen kann der Aktuator besser überwacht werden. Da sich die Ansteuerungselektronik sehr nahe an der Spule befindet ergibt sich ein besseres EMV-Verhalten.
Die Elektronikeinheit soll so nahe wie möglich an der Spule untergebracht werden, bei einem Solenoid-Ventil erfindungsgemäß zwischen Spule und Ventilgehäuse. Die elektrische Anbindung der Ansteuerelektronik an den Aktuator soll vorzugsweise über Stanzgitter, sogenannte ”lead frames”, und nicht über Kabel/Steckverbinder ausgeführt werden.
Für den Kunden ergeben sich Kosteneinsparungen dank flexibleren und kleineren Steuergeräten. Zusätzliche Aktuatorfunktionen lassen sich, z. B. im Rahmen der Modellpflege, ohne kostspielige Änderungen am Steuergerät, nachrüsten. Dank besserem EMV-Verhalten vereinfacht sich die Applikation von Solenoid-Aktuatoren.
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Aktuator in einer Schnittdarstellung.
Darin ist mit ”1” eine Spule, und mit ”2” eine ”bracket” bezeichnet, mit der der erfindungsgemäße Aktuator beispielsweise befestigt werden kann. ”3” bezeichnet eine Abdeckung, und ”4” den Ventilkörper, der in dem gezeigten Fall im Wesentlichen Z-förmig gestaltet ist, wobei sich in dem gezeigten Fall der mittlere, kurze Schenkel im Wesentlichen senkrecht zu den beiden anderen Schenkeln, welche der Zu- und Ableitung entsprechen, erstreckt. Ferner ist bei dem gezeigten Beispiel in dem mittleren Schenkel des ”Z” ein Ventilstößel 5 vorhanden, um den Fluiddurchgang zu öffnen oder zu versperren. Bei dem gezeigten Beispiel bewegt sich der Ventilstößel ferner im Wesentlichen senkrecht zu der Zu- und Ableitung, und die Ebene des Ventilsitzes, mit dem der Ventilstößel, insbesondere dessen in dem gezeigten Fall mit einer Dichtung versehener Teller zusammenwirkt, ist im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung in der Zu- und Ableitung.
Wie in der Figur zu erkennen ist, ist in den Aktuator ein Elektronik-Gehäuse 6 integriert, das beispielsweise eine Leiterplatte 7 mit elektronischen Bauteilen aufweist. In dem gezeigten Fall befindet sich das Elektronikgehäuse 6 zwischen einer Basisplatte 8 der Spule und dem Ventilkörper 4. Wie im rechten Bereich der Figur zu erkennen ist, sind von der Leiterplatte 7 zu einer Steckbuchse, die auch als Stecker ausgeführt sein kann, Leitungen für die Spannungsversorgung und einen Schalteingang geführt. Wie in der Figur zu erkennen ist, befindet sich das Elektronikgehäuse 6 zwischen der Spule 1 und dem Ventilkörper 4 oder -gehäuse.
Wie in der Figur gezeigt ist, umgibt die Leiterplatte erfindungsgemäß den Ventilstößel und/oder eine hierfür vorgesehene Führung und sie kann im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Ventilstößels ausgerichtet sein. Die sich von der Leiterplatte 6 erstreckenden Leitungen können zunächst von der Spule 1 weggerichtet sein, dann im Wesentlichen um 90° abgewinkelt verlaufen und sich gewissermaßen seitlich neben der Spule mit einem Winkel von 70° bis 90° in Richtung der Spule erstrecken.

Claims

Aktuator eines Ventils mit einer Spule (1) und einem Anker sowie einer integrierten Elektronikeinheit mit einer Schalteinrichtung, die mittels einfachem Steuersignal und ohne hohe Ströme ansteuerbar ist, wobei die Elektronikeinheit zwischen einem Ventilgehäuse (4) und der Spule (1) angeordnet ist und eine Leiterplatte (7) der Elektronikeinheit den Anker und/oder einen daran angebrachten Ventilstößel (5) umgibt.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit ein eigenes Gehäuse (6) aufweist.
Aktuator nach dem vorangehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit ferner zumindest eine Konstantstromquelle, und/oder eine EMV-Schutzbeschaltung und/oder eine Diagnoseeinrichtung und/oder eine Positionsrückmeldeeinrichtung aufweist.