DE102015121707A1

DE102015121707A1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung sowie Stellsystem

Info

Publication number: DE102015121707A1
Application number: DE102015121707.4A
Authority: DE
Inventors: Harald Eckhardt; Stefan Bender
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2017-06-14
Also published as: US10607758B2; WO2017102271A1; EP3391392B1; US20180366249A1; CN108369848B; JP2019507577A; EP3391392A1; JP6676185B2; CN108369848A

Abstract

Die Erfindung betrifft Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), insbesondere Zugvorrichtung, mit einer stationär angeordneten Spuleneinrichtung (9), mit einem bewegbar geführten, einen Stellabschnitt (14) ausbildenden Anker (2), insbesondere Zuganker, der als Reaktion auf ein Bestromen der Spuleneinrichtung (9) axial entlang einer Verstellachse (V) verstellbar ist, sowie mit einem einstückigen, den Anker (2) aufnehmenden, topfförmigen, einen Kernabschnitt (5) sowie einen Jochabschnitt (6) aufweisendes Jochkernelement (3) mit einem sich senkrecht zur Verstellachse (V) erstreckenden Jochkernboden (4) und einem sich senkrecht zum Jochkernboden (4) entlang der Verstellachse (V) erstreckenden Jochkernmantel, in dem ein längsschnittlicher, dickenreduzierter Übergangsbereich (8) zwischen dem Kernabschnitt (5) und dem Jochabschnitt (6) realisiert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einer, bevorzug zentrischen, Führungsstiftaussparung (18) im Jochkernboden (4) ein Führungsstift (17) für den Anker (2) fixiert, insbesondere eingepresst, ist, der axial in eine, bevorzugt zentrische, Führungsöffnung (13) des Ankers (2) hineinragt und relativ zu dem der Anker (2) bei seiner Verstellbewegung verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung, insbesondere eine Zugvorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einer stationär angeordneten Spuleneinrichtung, mit einem bewegbar geführten, einen Stellabschnitt ausbildenden Anker, insbesondere Zuganker, der als Reaktion auf ein Bestromen der Spuleneinrichtung axial entlang einer Verstellachse verstellbar ist, sowie mit einem einstückigen, den Anker aufnehmenden, topfförmigen, einen Kernabschnitt sowie einen Jochabschnitt aufweisenden Jochkernelement mit einem sich senkrecht zur Verstellachse erstreckenden Jochkernboden und einem sich senkrecht zum Jochkernboden entlang der Verstellachse erstreckenden Jochkernmantel, in dem ein längsschnittlicher, dickenreduzierter Übergangsbereich zwischen dem Kernabschnitt und dem Jochabschnitt realisiert.
Derartige, beispielsweise in der DE 10 2006 015 233 B4 der Anmelderin beschriebene Stellvorrichtungen sind im Hinblick auf Gehäuse-, Kern-, Joch- und Ankergeometrie an die jeweilige Stellaufgabe angepasst und optimiert. Die in der vorgenannten Druckschrift beschriebene Stellvorrichtung ist aufgrund des Vorsehens eines einteiligen Jochkernelementes großserientauglich und automatisiert fertigbar, im Gegensatz zu den beispielsweise in der DE 198 82 903 T1 oder der DE 202 18 782 U1 beschriebenen Stellvorrichtung, bei denen separate Kern- und Jochelemente vorgesehen sind.
Trotz der grundsätzlich guten Serienfertigbarkeit der gattungsgemäßen, ein einteiliges Jochkernelement aufweisenden Stellvorrichtung, bestehen Bestrebungen, die Großserientauglichkeit weiter zu verbessern, insbesondere bei elektromagnetischen Stellvorrichtungen, die im Gegensatz zu der in der DE 10 2006 015 233 B4 beschriebenen Stellvorrichtung nicht als Druckstellvorrichtungen ausgebildet sind sondern als einen Zuganker aufweisende Zugvorrichtungen.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine großserientaugliche elektromagnetische Stellvorrichtung anzugeben, die sich durch eine gute automatisierbare Fertigbarkeit bei gleichzeitig minimiertem Bauraum auszeichnet. Dabei soll die elektromagnetische Stellvorrichtung in einer bevorzugten Variante als Zugvorrichtung ausgebildet sein, bei der der dann einen Zuganker bildende Anker bei Bestromung der Spuleneinrichtung in Richtung Jochkernboden verstellt wird. Noch weiter bevorzugt soll die elektromagnetische Stellvorrichtung im Rahmen eines Stellsystems auch einsetzbar sein für Anwendungen, bei denen der Anker, insbesondere durch den Stellpartner mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, welches bestrebt ist den Anker um seine Verstellachse, insbesondere mit hoher Drehzahl zu verdrehen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der elektromagnetischen Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. bei einer gattungsgemäßen Stellvorrichtung dadurch, dass in einer, bevorzugt zentrischen, Führungsstiftaussparung im Jochkernboden ein Führungsstift für den Anker, insbesondere durch Einpressen fixiert ist, der axial in eine, bevorzugt zentrische, Führungsöffnung des Ankers hineinragt und relativ zu dem der Anker bei seiner axialen Verstellbewegung verstellbar ist.
Bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung als Zugvorrichtung kann der Anker auch auf unterschiedliche Arten in eine Richtung von dem Jochkernboden weg bewegt werden, beispielsweise durch eine Umpolung der Bestromung der Spuleneinrichtung und/oder durch Federkraftbelastung einer fakultativ vorsehbaren Rückschlagfeder und/oder durch eine vom Stellpartner aufgebrachte Zugkraft.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise werden eine Vielzahl von Funktionalitäten der Stellvorrichtung in einer multifunktionalen Baugruppe realisiert, deren Dreh- und Angelpunkt das einteilige Jochkernelement ist. So ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass dem Jochkernelement neben einer magnetischen Flussleitfunktion und einer Flusseinkoppelfunktion des Kernabschnittes zum Einkoppeln des magnetischen Flusses in den Anker auch eine Trägerfunktion bzw. Haltefunktion zum Halten eines Führungsstiftes für den Anker zukommt, indem nämlich der sich senkrecht zur Verstellachse erstreckende und vorzugsweise gleichzeitig einen Anschlag zur Begrenzung der axialen Verstellbewegung des Ankers bildende Jochkernboden eine, insbesondere zentrische Führungsstiftaussparung aufweist, innerhalb welcher ein Führungsstift, vorzugsweise durch Einpressen fixiert ist, der bei seiner axialen Verstellbewegung, insbesondere über die gesamte maximale Verstellstrecke in eine korrespondierende, bevorzugt zentrische Führungsöffnung des Ankers hineinragt und sich parallel zur Längserstreckung des hülsenförmigen Jochabschnitts erstreckt.
Als zusätzliche Funktionalität des einteiligen Jochkernelementes ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass dieses, insbesondere an seinem Innenumfang, weiter bevorzugt am Innenumfang des axial benachbart zum Kernabschnitt angeordneten Jochabschnitts eine Träger- bzw. Haltefläche für ein Gleitlager anbietet, welches beispielsweise durch Einpressen und/oder Verkleben und/oder Verschweißen und/oder auf sonstige Weise an dem Jochkernelement fixiert ist und welches den Anker bei seiner axialen Verstellbewegung an seinem Außenumfang führt.
Zusammengefasst ist also weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass wesentliche Führungsfunktionen für den, bevorzugt als Zuganker ausgeführten bzw. angesteuerten Anker an dem Jochkernelement konzentriert sind, welches unmittelbarer Träger ist für einen Führungsstift zum Führen des Ankers an seinem Innenumfang sowie Träger ist für ein Gleitlager zum Führen des Ankers an seinem Außenumfang.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des einteiligen Jochkernelementes kommt es im Übergangsbereich zwischen Kern und Joch zu einem magnetischen Kurzschluss, der in diesem Übergangsbereich bevorzugt bereits bei geringen Spulenströmen eine magnetische Sättigung erreichen lässt, wodurch sich negative Auswirkungen auf Effizienz und Wirkungsgrad, auf der einteiligen Ausbildung von Joch und Kern in Grenzen halten. Dieser Effekt kann weiter dadurch abgemindert werden, dass gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die elektromagnetische Stellvorrichtung die Wirkung eines gegen eine Federwirkung arbeitenden Proportionalmagneten erhält, so dass kurzschlussbedingte Verluste außerhalb der Betriebskernlinie im Kraft-/Hubdiagramm der Vorrichtung liegen und sich damit nicht signifikant auswirken.
Insgesamt ist es von besonderem Vorteil, wenn sich der Kernabschnitt und/oder der Jochabschnitt längsschnittlich in ihrer/seiner Dicke in Richtung auf den Übergangsbereich konusförmig verjüngen/verjüngt und so eingerichtet sind/ist, dass eine Kraft-Weg-Kennlinie der Stellvorrichtung einen linearen Verlauf über den Hub bei konstantem Spulenstrom zeigt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei herausgestellt, wenn die Führungsstiftaussparung im Jochkernboden als axiale Durchgangsöffnung, insbesondere Durchgangsbohrung ausgeführt ist, die noch weiter bevorzugt endseitig, d.h. auf der von dem Anker abgewandten Axialseite, von dem Führungsstift verschlossen ist. Wie später noch erläutert werden wird, kann sich in axialer Richtung, insbesondere am Boden, in dieser verschlossenen Öffnung oder bei einer alternativen Ausführungsform am Boden einer Sacklochöffnung ein zusammen mit dem Anker verstellbares, bevorzugt elastomeres Anschlagdämpfungselement abstützen, mit welchem sich der Anker in einer in Richtung Kernabschnitt verstellten Anschlagposition, insbesondere stirnseitig am Führungsstift abstützt.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Führungsöffnung im Anker ebenfalls als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, zum einen wegen einer vereinfachten Fertigbarkeit und zum anderen zum weiterbildungsgemäßen Fixieren eines Stößels bzw. Stößelabschnitts des Ankers an einem die Führungsöffnung aufweisenden, bevorzugt hülsenförmigen, Führungsabschnitt, welcher dann an seinem Außenumfang an dem Gleitlager (Gleitlagerbuchse) geführt ist.
Durch die Zusammenführung der vorgenannten, mindestens zwei Lagerfunktionalitäten im Jochkernelement und der vorzugsweisen mittelbaren oder unmittelbaren Endanschlagfunktion des Jochkernbodens können aufwendige Geometrien, die bei einer voneinander unabhängigen Realisierung der Funktionalitäten fertigungstechnisch notwendig wären verzichtet werden und zudem kann Bauraum eingespart werden.
Besonders zweckmäßig ist es nun, wenn das Jochkernelement neben den zwei Lagerfunktionalitäten eine weitere Funktionalität übernimmt und als Halterung für einen Verdrehsicherungsstift dient, der benachbart zu einer Längsmittelachse des Ankers angeordnet ist und der sich parallel zum Führungsstift in eine Verdrehsicherungsstiftaussparung hineinerstreckt. Dieser Verdrehsicherungsstift ist in Weiterbildung der Erfindung (benachbart zum Führungsstift, bevorzugt beabstandet zu diesem) im Jochkernboden fixiert, insbesondere in einer Verdrehsicherungsstiftaussparung, wobei es besonders bevorzugt ist den Verdrehsicherungsstift in diese einzupressen, wobei zusätzlich oder alternativ auch ein Schweißen und/oder Verkleben realisierbar ist. Besonders zweckmäßig ist es die Verdrehsicherungsstiftaussparung als Durchgangsbohrung auszubilden, die endseitig auf der vom Anker abgewandten Seite von dem Verdrehsicherungsstift verschlossen ist. Bevorzugt ist auch die Verdrehsicherungsstiftöffnung im Anker, in die der Verdrehsicherungsstift bei der Verstellbewegung des Ankers, insbesondere über seinen gesamten axialen Verstellweg eingreift aus fertigungstechnischen Gründen als Durchgangsöffnung realisiert. Das weiterbildungsgemäße Vorsehen eines Verdrehsicherungsstiftes ermöglicht den Einsatz der elektromagnetischen Stellvorrichtung im Rahmen von Stellsystemen, bei denen der Anker mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, welches bestrebt ist den Anker um seine vorzugsweise mit seiner Längsmittelachse zusammenfallenden Verstellachse zu verdrehen. Insbesondere wenn es sich hierbei um sehr hohe Drehzahlen handelt, wie diese beispielsweise beim Einsatz der elektromagnetischen Stellvorrichtung im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren von Kraftfahrzeugen auftreten, würde der Verzicht auf eine Verdrehsicherung zu starken Belastungen und zu einem großen Verschleiß der Stellvorrichtung führen. Die Realisierung der Verdrehsicherung als Verdrehsicherungsstift und die Verankerung des Verdrehsicherungsstiftes im einteiligen Jochkernelement, genauer im Jochkernboden führt zu einer praktischen, großserientauglichen und einfach fertigbaren Ausführungsform.
Wie erwähnt ist es besonders zweckmäßig, wenn der Jochkernboden einen Axialanschlag (Endanschlag) für den Anker bildet. Alternativ kann der Jochkernabschnitt eine Abstützfläche für ein Anschlagdämpfungselement bilden, welches in Weiterbildung der Erfindung in dem von dem Jochkernelement begrenzten Innenraum zwischen Ankerstirnseite und Jochkernboden fakultativ angeordnet werden kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform bildet der Jochkernboden keinen Axialanschlag (Endanschlag) für den Anker, sondern diese Axialanschlagfunktion wird bei dieser alternativen Ausführungsform von dem Führungsstift übernommen, der dann entsprechend so lang in axialer Richtung dimensioniert ist, dass sich der Anker in einer Endanschlagsposition unmittelbar oder bevorzugt mittelbar über ein, bevorzugt elastomeres, Anschlagdämpfungselement an dem Führungsstift abstützen kann. Dieses Anschlagdämpfungselement ist bevorzugt zusammen mit dem Anker hin und her verstellbar und hierzu bevorzugt am Anker festgelegt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Anschlagdämpfungselement in die Führungsöffnung zur Aufnahme des Führungsstiftes eingepresst ist. Die Führungsöffnung kann dabei als Sacklochbohrung ausgeführt werden, wobei es dann vorteilhaft ist, wenn sich das Anschlagdämpfungselement axial am Sacklochboden abstützt. Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der die Führungsöffnung nicht als Sacklochbohrung ausgeführt ist, sondern als endseitig von einem Stößelabschnitt verschlossene Durchgangsöffnung bei einer mehrteiligen, später noch zu erläuternden Ankerausführung, stützt sich das Anschlagdämpfungselement bevorzugt axial an einer Stirnseite des in der Durchgangsöffnung aufgenommenen Stößelabschnittes axial ab. Grundsätzlich ist es unabhängig von der Realisierung der Führungsöffnung als, insbesondere mittels eines Stößelabschnittes verschlossene Durchgangsöffnung oder als endseitig geschlossene Sacklochöffnung möglich, zusätzlich oder alternativ das Anschlagdämpfungselement axial an einer Ringschulter oder dergleichen Abstützfläche der Führungsöffnung abzustützen.
Zusätzlich oder alternativ zu einem wie zuvor beschrieben in der Führungsöffnung angeordneten Anschlagdämpfungselement kann mindestens ein Anschlagdämpfungselement auf der von der Führungsstiftaussparung im Jochkernboden abgewandten Stirnseite des Ankers vorgesehen werden, wobei bevorzugt ein solches Anschlagdämpfungselement am Anker festgelegt, insbesondere in einer stirnseitigen Öffnung eingepresst ist, damit sich der Anker über dieses Anschlagdämpfungselement in einer Endanschlagsposition auf der vom Jochkernboden abgewandten Axialseite, insbesondere gehäuseseitig, abstützen kann. Das Vorsehen von Anschlagdämpfungselementen auf beiden Axialseiten des Ankers führt zu einer optimierten Geräuschsminimierung.
Auch ist es möglich, insbesondere an Stelle des Vorsehens eines Anschlagdämpfungselementes in der Führungsöffnung ein Anschlagdämpfungselement benachbart zur Führungsöffnung, insbesondere am Anker festgelegt, anzuordnen, um den Anker in einer jochkernbodenseitigen Endanschlagposition über das Anschlagdämpfungselement am Jochkernboden abzustützen. Auch ist eine lose Anordnung eines Anschlagdämpfungselementes zwischen Anker und einer feststehenden Komponente der Stellvorrichtung möglich. Ebenso ist es realisierbar, ein Anschlagdämpfungselement nicht am Anker, sondern an einem feststehenden Bauteil, insbesondere eingepresst in eine Bauteilöffnung, insbesondere im Jochkernboden festzulegen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das einteilige Jochkernelement noch eine zusätzliche Funktionalität erhält, nämlich in dem es als Halterung bzw. Axialsicherung für ein Ringscheibenelement dient, welches in Weiterbildung der Erfindung in einer Innenumfangsnut des Jochkernelementes fixiert ist und welches von dem Anker durchsetzt ist.
Das Ringscheibenelement kann gemäß einer ersten Alternative unmittelbar selbst als ein dem Jochkernboden axial gegenüberliegendes (unmittelbares) Endanschlagselement dienen oder alternativ als Träger (unmittelbares Endanschlagelement) für ein fakultatives Dämpfungselement zum Dämpfen des Axialanschlages. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Ringscheibenelement in der vorerwähnten Innenumfangsnut des Jochkernelementes durch axiales Verspannen festgelegt, d.h. axial gesichert ist, was dadurch realisiert ist, dass das Ringscheibenelement zum Einsetzen elastisch in radialer Richtung spannbar und dann in radialer Richtung nach außen entspannbar ist, um in die Innenumfangsnut des Jochkernelementes von radial innen nach radial außen einzuschnappen. Diese Funktionalität ist insbesondere dadurch realisierbar, dass das Ringscheibenelement in Weiterbildung der Erfindung als Sprengringscheibe ausgebildet ist, und zwar aus einem, bevorzugt den magnetischen Fluss nicht oder schlecht leitenden Material, ganz besonders bevorzugt aus Bronze. In der fixierten Position kann gemäß einer ersten Alternative das Ringscheibenelement entspannt in der Ringnut aufgenommen sein oder alternativ unter einer Rastfederspannung in radialer Richtung stehend.
Insbesondere bei einer bevorzugten Ausführungsform der Stellvorrichtung, bei der neben dem axialen Führungsstift ein axialer Verdrehsicherungsstift vorgesehen ist ist es zweckmäßig, wenn der Anker in seinem, vorzugsweise stößelförmigen Stellabschnitt ein, bevorzugt als Kugellager ausgebildetes, Wälzlager trägt (auf dem sich eine Komponente des Stellpartners relativ zu dem drehfest angeordneten Anker, bevorzugt mit hoher Drehzahl, beispielsweise von über 1000U/min abwälzt).
Wie bereits eingangs angedeutet ist es neben einer grundsätzlich denkbaren einteiligen Ausbildung des Ankers möglich und bevorzugt, den Anker mehrteilig auszubilden, wobei dieser dann bevorzugt einen die, vorzugsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Führungsöffnung aufweisenden, bevorzugt hülsenförmigen, Führungsabschnitt aufweist, an dem ein den Stellabschnitt aufweisender bzw. bildender, ein- oder mehrteiliger, vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als der Führungsabschnitt aufweisende, Stößelabschnitt festgelegt ist, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn der Stößelabschnitt, beispielsweise durch Einpressen, abschnittsweise in der Führungsöffnung fixierend aufgenommen ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Jochkernelement und die Spuleneinrichtung, die das Jochkernelement zumindest abschnittsweise radial außen umschließt, in einem gemeinsamen, flussleitenden Gehäuse angeordnet sind, welches für die Flussrückführung dient. Bevorzugt ist das Gehäuse auf der dem Kernabschnitt axial gegenüberliegenden Seite über ein Jochscheibe mit dem Jochabschnitt des Jochkernelementes verbunden, wobei die Jochscheibe bevorzugt das Jochkernelement axial im Gehäuse sichert.
Weiter optimiert werden kann die Lagerung des Ankers gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher sich der Anker über ein Gleitlager am Führungsstift abstützt, wobei dieses (innere) Gleitlager hierzu bevorzugt in der Führungsöffnung des Ankers angeordnet, insbesondere in diese eingepresst ist. Bevorzugt ist dieses innere Gleitlager axial beabstandet von dem fakultativen, jedoch bevorzugt vorgesehenen Gleitlager (äußeres Gleitlager) zur Führung des Ankers an seinem Außenumfang, wobei dieses äußere Gleitlager bevorzugt, wie erwähnt, an dem Jochkernelement, insbesondere am Innenumfang des Jochkernelementes festgelegt, insbesondere eingepresst ist.
Die Erfindung führt auch auf ein Stellsystem, umfassend eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete elektromagnetische Stellvorrichtung sowie einen Stellpartner, der vorzugsweise in den Anker ein Drehmoment um die Verstellachse einleitend ausgebildet ist, insbesondere über ein am Anker festgelegtes Wälzlager.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 eine perspektivische Längsschnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten elektromagnetischen Stellvorrichtung,
2 eine alternative bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung mit axialem, in einer Führungsöffnung mit einem festgelegten Anschlagdämpfungselement sowie mit einem inneren Gleitlager, und
3 eine weitere alternative, bevorzugte Ausführungsvariante mit auf beiden Axialseiten des Ankers vorgesehenen Anschlagdämpfungselementen.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete elektromagnetische Stellvorrichtung 1 gezeigt; diese umfasst einen zweiteiligen Anker 2, der innerhalb eines einteiligen Jochkernelementes 3, welches generell bevorzugt als rotationssymmetrisches Drehteil ausgebildet ist, axial verstellbar entlang einer Verstellachse V angeordnet ist.
Das Jochkernelement 3 umfasst einen einen Jochkernboden 4 aufweisenden Kernabschnitt 5 zum Einkoppeln des magnetischen Flusses in den Anker sowie einen im Wesentlichen hülsenförmigen Jochabschnitt 6, welcher sich parallel zur Verstellachse V erstreckt und den Anker 2 radial außen Außenumfang umschließt.
Neben dem Jochkernboden 4 umfasst der Kernabschnitt 5 einen hülsenförmigen Konusabschnitt 7, der einen Axialabschnitt eines dickenreduzierten längsschnittlichen Übergangsbereichs 8 zwischen Kernabschnitt 5 und Jochabschnitt 6 bildet. Zu erkennen ist, dass sich eine Spuleneinrichtung 9 radial außen um den Übergangsbereich 8 herum erstreckt.
Im konkreten Ausführungsbeispiel ist die Stellvorrichtung 1 als Zugvorrichtung ausgebildet und der Anker 2 hat die Funktion eines Zugankers, so dass bei Bestromung der Spuleneinrichtung 9 der Anker 2 entlang der Verstellachse V in Richtung Jochkernboden verstellt wird. Dieser bildet bei dem konkreten Ausführungsbeispiel einen unmittelbaren axialen Endanschlag zur Begrenzung der axialen Verstellbewegung.
Bevorzugt ist zum Verstellen des Ankers 2 in die entgegengesetzte Axialrichtung (Stellrichtung) eine nicht gezeigte Rückstellfeder vorgesehen, die sich stirnseitig am Anker 2 abstützen kann.
Das Jochkernelement 3 ist mit der Spuleneinrichtung 9 in einem flussleitenden, vorzugsweise topfförmigen Gehäuse 10 aufgenommen und in diesem axial gesichert über eine Jochscheibe 11, die sich radial außen an den Jochabschnitt 6 anschmiegt, diesen gleichzeitig axial sichert und für eine magnetische Flussführung zwischen Jochabschnitt und Gehäuse 10 Sorge trägt.
Wie eingangs erwähnt ist der Anker 2 zweiteilig ausgebildet und umfasst einen durchmessergrößeren, hülsenförmigen Führungsabschnitt 12, der eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Führungsöffnung 13 aufweist, in welcher ein endseitiger, als Stößelabschnitt des Ankers 2 ausgebildeter Stellabschnitt 14 eingepresst ist. Dieser trägt in seinem axialen Endbereich ein nur teilweise gezeigtes Wälzlager 15, auf welchem sich ein Stellpartner in Umfangsrichtung um die Verstellachse V abwälzen kann. Um zu verhindern, dass ein hierdurch verursachtes Schleppmoment den Anker 2 in Umfangsrichtung um die Verstellachse V verdreht ist ein später noch zu erläuternder Verdrehsicherungsstift 16 vorgesehen.
Auf der von dem Stellabschnitt 14 abgewandten Seite ragt in die Führungsöffnung 13 ein axialer Führungsstift 17 hinein, der in einer zentrischen, als Durchgangsöffnung ausgebildeten Führungsstiftaussparung 18 im Jochkernboden 4 festgelegt ist und zentrisch von der Verstellachse V durchsetzt ist, ebenso wie die zentrische Führungsöffnung 13. Der Führungsstift 17 ist aus einem magnetisch nicht leitenden Material ausgebildet und dient zur Führung des Ankers 2 am Innenumfang der Führungsöffnung 13.
Mit Radialabstand zu dem Führungsstift 17 ist der vorerwähnte Verdrehsicherungsstift 16 angeordnet, welcher in einer exzentrisch angeordneten, ebenfalls als Durchgangsöffnung ausgebildeten Verdrehsicherungsstiftaussparung 19 im Jochkernboden 4 durch Einpressen gehalten ist. Der Verdrehsicherungsstift 16 greift in eine ebenfalls als Durchgangsöffnung ausgebildete und sich parallel zur zentrischen Führungsöffnung 13 erstreckende Verdrehsicherungsstiftöffnung 20 im Führungsabschnitt des Ankers 2 ein und verhindert somit ein Verdrehen des Ankers 2 in Umfangsrichtung.
Parallel zur Verdrehsicherungsstiftöffnung ist eine, hier beispielhaft gleichgroß bemessene Ausgleichsöffnung (Durchgangsöffnung) im Führungsabschnitt 12 des Ankers 2 vorgesehen, um für einen Druckausgleich bei einer Verstellbewegung zwischen den von den Stirnseiten des Führungsabschnittes 12 begrenzten Zylinderräumen innerhalb des Jochkernelementes 3 Sorge zu tragen.
Zur Führung des Ankers 2, genauer des Führungsabschnittes 12 an seinem Außenumfang ist ein als Gleitlagerbuchse ausgebildetes Gleitlager 21 vorgesehen, welches am Innenumfang des Jochabschnittes 6 des Jochkernelementes 3 angeordnet ist. Axial gesichert ist das Gleitlager 21 durch eine am Innenumfang des Jochkernelementes 3 ausgebildete Stufe 23, die an eine umfängliche Auflagefläche 24 für das Gleitlager 21 anschließt.
Axial gesichert ist der Führungsabschnitt 12 des Ankers 2 im Jochkernelement 3 durch ein nicht magnetisch leitendes Ringscheibenelement 25, das nach radial außen federnd in eine Innenumfangsnut 26 im Jochabschnitt 6 eingreift. Eine zentrische Öffnung 26 in dem Ringscheibenelement 25 ist von dem stößelförmigen Stellabschnitt 14 des Ankers 2 durchsetzt – axial anschlagen an die nach dem Prinzip eines Sprengrings funktionierende Ringscheibe 25 kann der Führungsabschnitt 12 des Ankers 2 mit seiner vom Jochkernboden 4 abgewandten Stirnseite.
Das Jochkernelement 3 der gezeigten Stellvorrichtung 1 ist Basis einer multifunktionalen Baugruppe, die den im Jochkernboden 4 fixierten Führungsstift 17 und den ebenfalls im Jochkernboden 4 fixierten Verdrehsicherungsstift 16 trägt sowie das Gleitlager 21 zum Führen des Ankers 2 an seinem Außenumfang. Darüber hinaus dient das Jochkernelement 3 zur klemmenden Halterung der von dem Anker 2 durchsetzten Ringscheibe, welche die Axialbewegung des Ankers 2 auf der dem Jochkernboden 4 abgewandten Axialseite begrenzt.
Die erfindungsgemäße, sehr kompakte Bauform ermöglicht den zur Verfügung stehenden Bauraum zur magnettechnischen Leistungssteigerung zu nutzen.
Im Folgenden werden alternative, ebenfalls nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Ausgestaltungsvarianten beschrieben, wobei im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen wird. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Hinblick auf Gemeinsamkeiten auf die vorstehende Figurenbeschreibung verwiesen.
Der Anker 2 der elektromagnetischen Stellvorrichtung 1 gemäß 2 kann beispielsweise einteilig ausgestaltet sein. In diesem Fall ist die Führungsöffnung 13 zur Aufnahme des Führungsstiftes 17, bevorzugt wie gezeigt als Sacklochbohrung ausgeführt. In diese ist ein Anschlagdämpfungselement 29 eingepresst, über welches sich der Anker 2 in einer in der Zeichnungsebene unteren Endanschlagposition stirnseitig am Führungsstift 17 abstützen kann. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet bei der gezeigten Ausführungsvariante der Jochkernboden 4 keinen Endanschlag. Diese Endanschlagfunktionalität wird unmittelbar vom Führungsstift 17 übernommen.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß 2 besteht in dem Vorsehen eines inneren Gleitlagers 30 (welches auch bei der Variante gemäß 1 vorgesehen werden kann), hier beispielhaft zusätzlich zu dem (äußeren) Gleitlager 21. Das innere Gleitlager 30 ist in die lediglich beispielhaft als Sacklochöffnung ausgebildete Führungsöffnung 13 eingepresst und bewegt sich somit axial zusammen mit dem Anker 2 und führt diesen bei dieser Axialbewegung am Außenumfang des zentrisch angeordneten Führungsstiftes 17.
Bei der alternativen Ausführungsvariante gemäß 3 ist zusätzlich zu dem in der ebenfalls beispielhaft als Sacklochöffnung ausgeführten Führungsöffnung 13 angeordneten Anschlagdämpfungselement 29 auf der davon abgewandten Axialseite des Ankers 2 oder anders ausgedrückt auf einer von dem Jochkernboden 4 abgewandten Axialseite des Ankers 2 ein weiteres, hier beispielhaft ringförmiges Anschlagdämpfungselement 31 angeordnet. Dieses ist in eine beispielhaft ringnutförmige Öffnung in einer Ringschulter des Ankers 2 eingepresst und dient zur Dämpfung des Ankeranschlags in seiner in der Zeichnungsebene oberen Anschlagsposition, in der sich der Anker 2 über das ringförmige Anschlagdämpfungselement 31 axial an dem Ringscheibenelement 25 abstützt. Ebenfalls bei der Ausführungsvariante gemäß 3 ist das innere Gleitlager 30 vorgesehen, um den Anker am Außenumfang des Führungsstiftes 17 zu führen.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die in den 2 und 3 hinzugekommenen Merkmale bzw. Funktionalitäten auch einzeln und in beliebiger Kombination mit Merkmalen der jeweils anderen Ausführungsbeispiele kombiniert werden können.
So kann beispielsweise auch die Ausführungsvariante gemäß 3 mit Verdrehsicherungsstift ausgeführt werden, um eine Verdrehung des Ankers 2, insbesondere für den Fall der Anordnung eines Wälzlagers am Anker, ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: elektromagnetische Stellvorrichtung
2: Anker
3: Jochkernelement
4: Jochkernboden
5: Kernabschnitt
6: Jochabschnitt
7: Konusabschnitt
8: Übergangsbereich
9: Spuleneinrichtung
10: Gehäuse
11: Jochscheibe
12: Führungsabschnitt
13: Führungsöffnung
14: Stellabschnitt
15: Wälzlager
16: Verdrehsicherungsstift
17: Führungsstift
18: Führungsstiftaussparung
19: Verdrehsicherungsstiftaussparung
20: Verdrehsicherungsstiftöffnung
21: Gleitlager
23: Stufe
24: Auflagefläche
25: Ringscheibenelement
26: Innenumfangsnut
27: Öffnung
28: Ausgleichsbohrung
29: Anschlagdämfpungselement
30: Gleitlager
31: ringförmiges Anschlagdämpfungselement
V: Verstellachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006015233 B4 [0002, 0003]
DE 19882903 T1 [0002]
DE 20218782 U1 [0002]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), insbesondere Zugvorrichtung, mit einer stationär angeordneten Spuleneinrichtung (9), mit einem bewegbar geführten, einen Stellabschnitt (14) ausbildenden Anker (2), insbesondere Zuganker, der als Reaktion auf ein Bestromen der Spuleneinrichtung (9) axial entlang einer Verstellachse (V) verstellbar ist, sowie mit einem einstückigen, den Anker (2) aufnehmenden, topfförmigen, einen Kernabschnitt (5) sowie einen Jochabschnitt (6) aufweisendes Jochkernelement (3) mit einem sich senkrecht zur Verstellachse (V) erstreckenden Jochkernboden (4) und einem sich senkrecht zum Jochkernboden (4) entlang der Verstellachse (V) erstreckenden Jochkernmantel, in dem ein längsschnittlicher, dickenreduzierter Übergangsbereich (8) zwischen dem Kernabschnitt (5) und dem Jochabschnitt (6) realisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer, bevorzug zentrischen, Führungsstiftaussparung (18) im Jochkernboden (4) ein Führungsstift (17) für den Anker (2) fixiert, insbesondere eingepresst, ist, der axial in eine, bevorzugt zentrische, Führungsöffnung (13) des Ankers (2) hineinragt und relativ zu dem der Anker (2) bei seiner Verstellbewegung verstellbar ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Jochkernelement (3), insbesondere am Innenumfang des Jochabschnitts (6), ein Gleitlager (21) zum Führen des Ankers (2) an seinem Außenumfang festgelegt, insbesondere eingepresst, ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu dem Führungsstift (17) ein sich parallel zu dem Führungsstift (17) erstreckender Verdrehsicherungsstift (16) angeordnet und in einer Verdrehsicherungsstiftaussparung (19) im Jochkernboden (4) fixiert, insbesondere eingepresst, ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Jochkernboden (4) einen mittelbaren oder unmittelbaren axialen Endanschlag für den Anker (2) oder eine Abstützfläche für ein Anschlagsdämpfungselement bildet.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) axial zwischen dem Jochkernboden (4) und einem von dem Anker (2) durchsetzen Ringscheibenelement (25) angeordnet ist, welches in einer Innenumfangsnut (26) des Jochkernelementes (3) fixiert, insbesondere verspannt ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringscheibenelement (25) als Sprengringscheibe, bevorzugt aus einem den magnetischen Fluss nicht leitenden Material, weiter bevorzugt aus Bronze, ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anker (2) ein Anschlagdämpfungselement festgelegt, insbesondere eingepresst ist, über das sich der Anker (2) in mindestens einer Endanschlagsposition an einem feststehenden Bauteil, insbesondere dem Führungsstift (17), abstützt.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) in seinem Stellabschnitt (14) ein bevorzugt als Kugellager ausgebildetes Wälzlager (15) trägt.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) mehrteilig ausgebildet ist und einen die, bevorzugt als Durchgangsöffnung ausgebildete Führungsöffnung (13) aufweisenden Führungsabschnitt (12) umfasst, an dem ein den Stellabschnitt (14) aufweisender, ein- oder mehrteiliger, vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als der Führungsabschnitt (12) aufweisende, Stößelabschnitt festgelegt ist, insbesondere in der Führungsöffnung (13).
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (9) über eine Steuerung derart bestromt oder bestrombar ist, dass sich der Anker (2) bei Bestromung axial entlang der Verstellachse in Richtung Jochkernboden (4) bewegt.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Jochkernelement (3) und die Spuleneinrichtung (9) in einem flussleitenden Gehäuse (10) angeordnet sind.
Stellsystem, umfassend eine elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einen Stellpartner, der vorzugsweise in den Anker (2) ein Drehmoment um die Verstellachse (V) einleitend ausgebildet ist, insbesondere über ein am Anker (2) festgelegtes Wälzlager (15).
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anker (2), insbesondere an der Führungsöffnung (13) ein inneres Gleitlager angeordnet, insbesondere eingepresst ist, um den Anker (2) am Außenumfang des Führungsstiftes (17) axial zu führen.