DE102017205735A1

DE102017205735A1 - Elektromagneteinrichtung und Ventilanordnung sowie Verfahren zur jeweiligen Herstellung

Info

Publication number: DE102017205735A1
Application number: DE102017205735.1A
Authority: DE
Inventors: Lars Blassmann; Jürgen Gerhartz; Markus Lenz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: DE102017205735B4

Abstract

Es werden eine Elektromagneteinrichtung (2) und eine damit ausgestattete Ventilanordnung (1) vorgeschlagen, wobei die Elektromagneteinrichtung (2) mehrere aneinandergereihte Elektromagneteinheiten (3) aufweist, die jeweils eine U-förmige Jocheinheit (13) mit zwei sich gegenüberliegenden Jochschenkeln (14, 15) und einem die Jochschenkel (14, 15) verbindenden Jochverbinder (17) enthält. Die Elektromagneteinheiten (3) sind zu einer Elektromagnetbaugruppe (4) zusammengefasst, indem ihre Jochverbinder (17) von integralen Längenabschnitten eines Jochverbinderstranges (33) gebildet sind, wobei die Jochschenkel (14, 15) benachbarter Elektromagneteinheiten (3) durch Trennspalte (35) zueinander beabstandet sind. Vorgeschlagen werden ferner Verfahren zur Herstellung der Elektromagneteinrichtung (2) und der Ventilanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromagneteinrichtung, mit mindestens einer Elektromagneteinheit, die eine U-förmige Jocheinheit mit zwei sich in einer Jochlängsrichtung gegenüberliegenden plattenförmigen Jochschenkeln und einem die beiden Jochschenkel verbindenden plattenförmigen Jochverbinder aufweist, wobei die beiden Jochschenkel und der Jochverbinder gemeinsam einen Spulenaufnahmeraum begrenzen, der mit einer bestrombaren Spule bestückt ist, die einen sich zwischen den beiden Jochschenkeln erstreckenden Eisenkern umschließt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Ventilanordnung, die mit einer in dem vorgenannten Sinne ausgebildeten Elektromagneteinrichtung ausgestattet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem je ein Verfahren zur Herstellung einer Elektromagneteinrichtung und einer Ventilanordnung der vorgenannten Art.
Aus der EP 3 018 392 B1 ist eine Ventilanordnung bekannt, die zu ihrer Betätigung mit einer Elektromagneteinrichtung ausgestattet ist. Die bekannte Ventilanordnung verfügt über mindestens eine Ventileinheit mit einem beweglichen Ventilglied, der zur Betätigung des Ventilgliedes eine Elektromagneteinheit der Elektromagneteinrichtung zugeordnet ist. Jede Elektromagneteinheit verfügt über eine U-förmige Jocheinheit mit zwei sich gegenüberliegenden Jochschenkeln, zwischen denen sich ein Eisenkern erstreckt, auf dem eine Spule sitzt. Eine Mehrzahl von Elektromagneteinheiten kann dadurch realisiert werden, dass mehrere Jocheinheiten in der Jochlängsrichtung aneinandergereiht werden, wobei die zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln liegenden Jochschenkel jeweils funktionell zu zwei benachbarten Jocheinheiten gehören.
Aus der DE 10 2005 057 786 B4 ist eine Ventilanordnung bekannt, die über mehrere in einer Reihenanordnung auf einem Fluidverteiler sitzende Ventileinheiten verfügt, die zu ihrer Betätigung jeweils mit einer Elektromagneteinheit ausgestattet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu schaffen, die eine einfache und kostengünstige Herstellung von Elektromagneteinrichtungen und/oder von Ventilanordnungen ermöglichen, die mit einer Mehrzahl von Elektromagneteinheiten ausgestattet sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Elektromagneteinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass sie über mehrere in einer zu der Jochlängsrichtung rechtwinkeligen Längsrichtung der Elektromagneteinrichtung aneinandergereihte Elektromagneteinheiten verfügt, die zu einer selbsttragenden Elektromagnetbaugruppe zusammengefasst sind.
Die Aufgabe wird ferner bei einer Ventilanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sie über eine in dem vorgenannten Sinne ausgebildete Elektromagneteinrichtung verfügt, wobei jeder Elektromagneteinheit eine Ventileinheit zugeordnet ist, die zu einer sich parallel zu der Elektromagnetbaugruppe erstreckenden Ventilbaugruppe gehört und ein durch elektrische Ansteuerung der Spule der zugeordneten Elektromagneteinheit positionierbares, bewegliches Ventilglied aufweist.
Die Aufgabe wird ferner mittels eines Verfahrens zur Herstellung einer in dem vorgenannten Sinne ausgebildeten Elektromagneteinrichtung gelöst, das sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:

- Bereitstellung einer streifenförmig gestalteten Joch-Ausgangsplatte,
- Ausbilden von Trennspalten zur Individualisierung der Jochschenkel und gleichzeitiges oder anschließendes Umbiegen der Jochschenkel zur Bildung der U-förmigen Jocheinheiten,
- gemeinsame Platzierung des Eisenkerns und der darauf sitzenden Spule zwischen den beiden Jochschenkeln jeder Jocheinheit unter Ausbildung der Elektromagneteinheiten.

Ferner wird die zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, dass eine durch ein Verfahren mit den vorgenannten Verfahrensschritten hergestellte Elektromagneteinrichtung durch Ausführung weiterer Verfahrensschritte um die Komponenten der Ventilbaugruppe ergänzt wird.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann eine Elektromagneteinrichtung realisiert werden, die über eine Mehrzahl von Elektromagneteinheiten verfügt, deren Anzahl prinzipiell beliebig ist. Die vorhandenen Elektromagneteinheiten sind zu einer selbsttragenden Elektromagnetbaugruppe zusammengefasst, deren Zusammenhalt durch ihre Jocheinheiten realisiert ist. Jede Jocheinheit hat zwei sich in einer Jochlängsrichtung gegenüberliegende plattenförmige Jochschenkel, die durch einen als Jochverbinder bezeichneten Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Die Elektromagneteinrichtung kann bei Bedarf zum größten Teil in einem vollautomatisch ablaufenden fließenden Prozess hergestellt werden. Während des Herstellungsprozesses können die in der Längsrichtung der Elektromagneteinrichtung gemessenen Baubreiten der Jocheinheiten variiert werden, sodass in ein und demselben Herstellungsverfahren Elektromagneteinheiten mit unterschiedlicher Baugröße und unterschiedlichem Leistungsvermögen verwirklicht werden können. Auf dieser Basis kann auch eine Ventilanordnung realisiert werden, die zusätzlich zu der Elektromagneteinrichtung mit ihrer Elektromagnetbaugruppe über eine sich parallel zu der Elektromagnetbaugruppe erstreckende Ventilbaugruppe verfügt, in die eine Mehrzahl von Ventileinheiten integriert ist, die jeweils einer der Elektromagneteinheiten zugeordnet sind. Jede Ventileinheit hat ein bewegliches Ventilglied, das bei der Nutzung der Ventilanordnung durch elektrische Ansteuerung der Spule der zugeordneten Elektromagneteinheit nach Bedarf positionierbar ist. Zahlreiche Komponenten der Elektromagneteinrichtung und/oder der Ventilanordnung können unter Verwendung von Endlosmaterial gefertigt werden, beispielsweise Bandstahl, Strangpressprofile, Federstahl oder flexible Leiterplatten, zum Beispiel Flexleiter. Derartiges Endlosmaterial kann beispielsweise auf Coils zur Verfügung gestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zweckmäßigerweise sind die Elektromagneteinheiten dadurch zu der selbsttragenden Elektromagnetbaugruppe zusammengefasst dass ihre Jochverbinder von integralen Längenabschnitten eines sich in der Längsrichtung der Elektromagneteinrichtung erstreckenden zusammenhängenden Jochverbinderstranges gebildet sind. Die Jochverbinder sämtlicher Jocheinheiten sind somit in einen zusammenhängenden Jochverbinderstrang integriert. Dieser Jochverbinderstrang kann zur Realisierung von Elektromagneteinrichtungen unterschiedlicher Baugröße und unterschiedlicher Anzahl prinzipiell beliebig lang ausgebildet werden.
Die Jochschenkel der Jocheinheiten benachbarter Elektromagneteinheiten sind zweckmäßigerweise durch Trennspalte zueinander beabstandet bzw. voneinander getrennt, um eine gegenseitige magnetische Beeinflussung auszuschließen.Bei einer vorteilhaft ausgebildeten Elektromagneteinrichtung sind die Jocheinheiten benachbarter Elektromagneteinheiten nur jeweils durch einen zwischen zwei Trennspalten angeordneten Stegabschnitt des Jochverbinderstranges einstückig miteinander verbunden. Dieser Stegabschnitt ist - in der Jochlängsrichtung gemessen - bevorzugt schmäler als die Jochverbinder der beiden jeweils miteinander verbundenen Jocheinheiten. Der Verbindungsbereich zwischen benachbarten Jocheinheiten kann dadurch auf ein Minimum von Material mit entsprechender Materialersparnis beschränkt sein.
Jeder Jochverbinder besteht vorzugsweise aus zwei jeweils einstückig mit einem der beiden Jochschenkel der Jocheinheit ausgebildeten plattenförmigen Polschuhen und einem die beiden Polschuhe fest verbindenden Zwischenstück. Während die beiden Polschuhe wie die bevorzugt einstückig mit den Polschuhen ausgebildeten Jochschenkel aus einem magnetisch leitenden Material bestehen, beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material, ist das Zwischenstück als magnetisch schlecht oder nicht leitender Trennkörper konzipiert, der für magnetische Feldlinien nicht oder nur sehr geringfügig leitend ist. Das Zwischenstück kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehen oder aus einem magnetisch nicht leitfähigen Metall, insbesondere aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Titan, Messing, Bronze und austenitischer Stahl. Das Zwischenstück kann auch ein aus diesen Materialien zusammengesetzter Verbundkörper sein. Der Jochverbinderstrang kann beispielsweise durch Walzen mit den Polplatten verbunden sein, aber zum Beispiel auch durch Schweißen, Löten oder Kleben.
Die Stegabschnitte des Jochverbinderstranges sind zweckmäßigerweise einstückig mit dem magnetisch trennend wirkenden Zwischenstück des jeweils benachbarten Jochverbinders ausgebildet. Die gegenseitige mechanische Verbindung der jeweils benachbarten Jocheinheiten erfolgt somit ausschließlich durch das magnetisch nicht leitende Zwischenstück und ohne Beteiligung der magnetisch leitenden Polschuhe.
Das Zwischenstück hat bevorzugt einen T-förmigen Querschnitt, kann aber auch einen davon abweichenden Querschnitt haben, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt.
Ihre Form, beispielsweise eine U-Form, haben die Jocheinheiten insbesondere durch einen Biegevorgang erhalten, sodass man sie als Biegeteile bezeichnen kann.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung haben die beiden Jochschenkel jeder Jocheinheit an der dem Jochverbinder abgewandten Oberseite einen zu dieser Oberseite hin offenen Befestigungsschlitz, in den der die Spule tragende Eisenkern eingesetzt ist. Der Eisenkern kann insbesondere bei der Herstellung der Elektromagneteinrichtung in die Befestigungsschlitze eingepresst werden, was sich prozesstechnisch kostengünstig und zuverlässig verwirklichen lässt.
Die beiden Jochschenkel jeder Jocheinheit können alternativ auch durchbrechungslos und insbesondere ohne einen Befestigungsschlitz ausgebildet sein, wobei sich der Eisenkern, ohne in die Jochschenkel einzugreifen, zwischen den beiden Jochschenkeln erstreckt und mit beiden Jochschenkeln magnetisch leitend verbunden ist.
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform sind die Eisenkerne bezüglich der Jocheinheiten nicht separat ausgebildet, sondern jeweils einstückig mit einem der beiden Jochschenkel der zugeordneten Jocheinheit ausgebildet. Bei der Herstellung der Elektromagneteinheiten werden die Jochschenkel nach vorherigem Aufstecken der Spule umgebogen und magnetisch leitend mit dem gegenüberliegenden Jochschenkel verbunden.
Bevorzugt ist jede Spule Bestandteil einer Spuleneinheit, die auch noch einen elektrisch und magnetisch isolierenden, bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Spulenträger aufweist, auf den die Spule aufgewickelt ist. Mit einer zentralen Öffnung ist der Spulenträger auf den Eisenkern beispielsweise aufgesteckt. Der Spulenträger kann aber auch auf andere Weise auf dem Eisenkern angeordnet sein, beispielsweise durch Anspritzen bei seiner Urformung.
Die Elektromagneteinrichtung enthält zur elektrischen Kontaktierung der Spulen der einzelnen Elektromagneteinheiten bevorzugt eine Leiterplatte, die sich in der Längsrichtung der Elektromagneteinrichtung über die Elektromagnetbaugruppe hinweg erstreckt. Diese Leiterplatte kann eine starre Leiterplatte sein, ist vorzugsweise aber von einer flexiblen, biegbaren Leiterplatte gebildet, die häufig auch als Flexleiter bezeichnet wird. Eine flexible Leiterplatte lässt sich sehr einfach als Coil aufgewickelt bereitstellen und in der gewünschten Länge von dem Coil abwickeln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Elektromagneteinrichtung verfügt jede Elektromagneteinheit über eine den Jochverbinder an der der Spule entgegengesetzten Unterseite flankierende Ankerplatte, die aus einem magnetisch leitenden Material wie beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material besteht und durch elektrische Ansteuerung der zugeordneten Spule relativ zur Jocheinheit beweglich ist. Mit einer derart beweglichen Ankerplatte lässt sich eine Antriebsfunktion beliebiger Art verwirklichen. Besonders vorteilhaft ist die Nutzung der Ankerplatte im Zusammenhang mit einer Ventilanordnung für die Betätigung eines Ventilgliedes.
Eine besonders rationell fertigbare Elektromagneteinrichtung verfügt über einen eine Längserstreckung aufweisenden Rahmenkörper, der leiterartig strukturiert ist und dadurch in eine Vielzahl von in seiner Längsrichtung aufeinanderfolgende Fächer unterteilt ist. Dieser im Folgenden zur besseren Unterscheidung als erster Rahmenkörper bezeichnete Rahmenkörper ist im Bereich der den Spulen entgegengesetzten Unterseiten der Jochverbinder entlang der Elektromagnetbaugruppe angeordnet, sodass im Bereich jeder Elektromagneteinheit eines der vorgenannten Fächer zu liegen kommt, das als Ankerplatten-Aufnahmefach genutzt wird, in dem eine der Ankerplatten untergebracht ist. Der erste Rahmenkörper lässt sich in beliebiger Länge bereitstellen, beispielsweise auch als coilartig aufgewickeltes Ausgangsmaterial, das mit beliebiger Länge verarbeitet werden kann.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn sich im Bereich der den Spulen entgegengesetzten Unterseiten der Jochverbinder eine Federplatte erstreckt, die im Bereich jeder Elektromagneteinrichtung eine der dort befindlichen Ankerplatte zugeordnete Federstruktur definiert. Jede Federstruktur kann derart mit einer Ankerplatte zusammenwirken, dass selbige in eine Grundstellung vorgespannt ist, aus der sie durch Bestromung der zugeordneten Spule auslenkbar ist.
Die Jocheinheiten sind zweckmäßigerweise als zu einer Seite offene Jocheinheiten ausgebildet. Bevorzugt sind die Jocheinheiten U-förmig ausgebildet.
Die Elektromagneteinheiten können untereinander gleiche oder verschiedene Baubreiten und/oder Baugrößen haben.
Die Elektromagneteinrichtung ist vielfältig für elektromagnetische Anwendungen nutzbar, beispielsweise zur Realisierung von Ventilen oder Relais.
Eine mit der Elektromagneteinrichtung ausgestattete Ventilanordnung ist insbesondere so gestaltet, dass jede in der Ventilbaugruppe integrierte Ventileinheit eine Ventilkammer enthält, die das bewegliche Ventilglied der Ventileinheit aufnimmt und in die mehrere Ventilkanäle einmünden, von denen wenigstens einer durch entsprechende Positionierung des Ventilgliedes hinsichtlich seiner Fluiddurchlässigkeit steuerbar ist. Beispielsweise münden in die Ventilkammer zwei Ventilkanäle ein, von denen einer durch das bewegliche Ventilglied steuerbar ist, sodass sich eine 2/2-Ventilfunktion ergibt. Dies insbesondere im Zusammenhang mit einem linear beweglichen Ventilglied.
Es können auch mehr als zwei Ventilkanäle in jede Ventilkammer einmünden, was beispielsweise die Möglichkeit eröffnet, in Verbindung mit ein und demselben beweglichen Ventilglied eine 3/2-Ventilfunktionalität zu verwirklichen. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, das Ventilglied so auszubilden, dass es verschwenkbar ist.
Ohne weiteres können mehrere Ventileinheiten durch zusätzliche Verschaltungsmaßnahmen derart fluidisch verschaltet werden, dass sie sich zu höherwertigen Ventilfunktionen ergänzen, beispielsweise zu einer 3/3- Ventilfunktion oder zu einer 5/2-Ventilfunktion oder zu einer 5/3-Ventilfunktion.
Zur Steuerung der Fluiddurchlässigkeit eines Ventilkanals arbeitet das bewegliche Ventilglied zweckmäßigerweise mit einem eine Mündung des Ventilkanals umrahmenden Ventilsitz zusammen, auf dem es entweder aufliegen kann oder von dem es abgehoben sein kann.
Verfügt die Elektromagneteinrichtung über den weiter oben erwähnten ersten Rahmenkörper, ist es vorteilhaft, wenn die Ventilbaugruppe über einen sich parallel dazu erstreckenden zweiten Rahmenkörper verfügt, der ebenfalls eine leiterartige Struktur hat und eine Mehrzahl von aneinandergereihten Fächern umrahmt. Im Bereich jeder Ventileinheit befindet sich ein solches zur besseren Unterscheidung als Ventilglied-Aufnahmefach bezeichnetes Fach und bildet eine der mit einem Ventilglied bestückten Ventilkammern. Dadurch lässt sich sehr kostensparend ein kompakter Schichtaufbau der Ventilbaugruppe verwirklichen.
An der der Elektromagneteinheit abgewandten Seite ist jedes Ventilglied-Aufnahmefach zweckmäßigerweise durch eine Bodenwand der zugeordneten Ventileinheit verschlossen, die von mindestens einem der Ventilkanäle der Ventileinheit durchsetzt ist. Die Bodenwände der Ventileinheiten können individuelle Komponenten sein, sind jedoch vorzugsweise als integrale Bestandteile einer bevorzugt streifenförmigen Bodenplatte ausgebildet, die sich in der Längsrichtung der Elektromagneteinrichtung erstreckt und die einheitlich montierbar ist, um mit ein und demselben Montagevorgang alle Ventileinheiten mit ihrer Bodenplatte zu versehen. Die streifenförmige Bodenplatte kann wiederum als quasi Endlosmaterial mittels Coils bereitgestellt sein
Um die Elektromagneteinrichtung besonders einfach und zeitsparend zu fertigen, greift man zweckmäßigerweise als Ausgangspunkt auf eine streifenförmig gestaltete Joch-Ausgangsplatte zurück, die insbesondere rechteckig konturiert ist und bevorzugt über eine längliche Gestalt verfügt. Die Joch-Ausgangsplatte ist bevorzugt bandförmig strukturiert und kann beispielsweise ein Stahlband sein. Aus dieser Joch-Ausgangsplatte werden zur Individualisierung der Jochschenkel der einzelnen Jocheinheiten zweckmäßigerweise Trennspalte ausgestanzt oder auf andere Weise ausgebildet, die innerhalb der Elektromagnetbaugruppe unter Bildung von Luftspalten für eine magnetische Entkopplung zwischen den Jochschenkeln benachbarter Jocheinheiten sorgen. Zur Bildung der seitlich offenen und bevorzugt U-förmigen Jocheinheiten werden die den Jochschenkeln entsprechenden Abschnitte der Joch-Ausgangsplatte mittels eines geeigneten Umformwerkzeuges einfach umgebogen. Das Umbiegen kann in einem kombinierten Stanz-Biege-Prozess gemeinsam mit dem Ausstanzen oder sonstigen Herausschneiden der Trennspalte geschehen oder aber in einem gesonderten Biegevorgang nach dem vorherigen Einbringen der Trennspalte. Anschließend werden gemeinsam der Eisenkern und die darauf sitzende Spule zwischen den beiden Jochschenkeln platziert, um die einzelnen Elektromagneteinheiten zu vervollständigen. Soll eine Ventilanordnung hergestellt werden, werden nach der Herstellung der Elektromagneteinrichtung durch weitere Verfahrensschritte die vorstehend erläuterten, ansonsten noch benötigten Komponenten der Ventilbaugruppe ergänzt.
Bevorzugt wird das Verfahren als vollautomatischer spanloser Fließprozess unter Verwendung von Endlosmaterial ausgeführt, wobei die Elektromagneteinrichtungen in beliebiger Baulänge herstellbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 in perspektivischer Darstellung eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung, die mit einer bevorzugten Bauform der erfindungsgemäßen Elektromagneteinrichtung ausgestattet ist, wobei die Herstellung jeweils durch eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgt ist, wobei ein optionales Gehäuse nur partiell und strichpunktiert angedeutet ist,
2 einen Querschnitt durch die Ventilanordnung aus 1 gemäß Schnittlinie II-II, wobei in einem separaten, strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IIa eine alternative Möglichkeit zur Herstellung und Ausbildung einer Elektromagneteinheit schematisch illustriert ist und in einem separaten, strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IIb eine alternative Möglichkeit zur Realisierung einer Elektromagneteinheit abgebildet ist,
3 die Ventilanordnung aus Figuren 1 und 2 während des Herstellungsprozesses, wobei einzelne Komponenten vor dem Zusammenfügen gezeigt sind und wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt einer Federplatte der besseren Übersichtlichkeit wegen vergrößert abgebildet ist,
4 die Anordnung aus 3 in einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV aus 3,
5 die Anordnung aus 3 in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie V-V aus 3, und
6 die Anordnung aus 3 bis 5 in einer abgewandelten Explosionsdarstellung, wobei unterschiedliche Phasen eines Verfahrens zur Herstellung der Ventilanordnung und der der Ventilanordnung zugeordneten Elektromagneteinrichtung ersichtlich sind.

Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventilanordnung verfügt über eine Elektromagneteinrichtung 2 mit einer sich aus mehreren Elektromagneteinheiten 3 zusammensetzenden selbsttragenden Elektromagnetbaugruppe 4 und eine Ventilbaugruppe 5 mit einer Mehrzahl von Ventileinheiten 6.
Die Elektromagneteinrichtung 2 hat eine Längserstreckung mit einer Längsachse 7, die gleichzeitig die Längsachse der gesamten Ventilanordnung 1 repräsentiert.
Ventilanordnung 1 und Elektromagneteinrichtung 2 haben außerdem eine zu der Längsachse 7 rechtwinkelige Hochachse 8 und eine zu der Längsachse 7 und der Hochachse 8 rechtwinkelige Querachse 12. Die Elektromagneteinheiten 3 sind in der Achsrichtung der Längsachse 7 aneinandergereiht. Sie haben untereinander die gleiche Ausrichtung.
Jede Elektromagneteinheit 3 enthält eine U-förmige Jocheinheit 13. Jede dieser U-förmigen Jocheinheiten 13 hat zwei plattenförmige Jochschenkel 14, 15, die sich mit zueinander paralleler Ausrichtung ihrer Plattenebenen in der Achsrichtung einer Jochlängsachse 16 mit Abstand gegenüberliegen, wobei diese Achsrichtung im Folgenden auch als Jochlängsrichtung 16 bezeichnet sei.
Die beiden Jochschenkel 14, 15 erstrecken sich in der im Folgenden auch als Höhenrichtung 8 bezeichneten Achsrichtung der Hochachse 8. Sie haben einen unteren Endabschnitt, an dem sie jeweils durch einen Verbindungsabschnitt der Jocheinheit 13 fest miteinander verbunden sind, der im Folgenden als Jochverbinder 17 bezeichnet sei.
Jede Jocheinheit 13 begrenzt mit den beiden Jochschenkeln 14, 15 und dem Jochverbinder 17 einen als Spulenaufnahmeraum 18 bezeichneten Zwischenraum, der sowohl an der dem Jochverbinder 17 entgegengesetzten Oberseite der Jocheinheit 13 offen ist als auch an den beiden einander entgegengesetzten, in der im Folgenden auch als Längsrichtung 7 bezeichneten Achsrichtung der Längsachse 7 orientierten Seiten einer jeden Jocheinheit 13.
Alle Jochverbinder 17 liegen in einer gemeinsamen, zu der Hochachse 8 rechtwinkeligen Ebene.
In jedem Spulenaufnahmeraum 18 sitzt mit zumindest einem Teil ihres Volumens eine elektrisch bestrombare Spule 22. Jede Spule 22 ist koaxial von einem Eisenkern 23 der Elektromagnetbaugruppe 4 durchsetzt, der sich in der Jochlängsrichtung 16 zwischen den beiden Jochschenkeln 14, 15 erstreckt und mit beiden Jochschenkeln 14, 15 magnetisch leitend verbunden ist. Der Eisenkern 23 besteht wie die beiden Jochschenkel 14, 15 vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material.
Die Spule 22 kann direkt auf dem Eisenkern 23 sitzen, wenn die Spulenträger entsprechend isoliert sind und/oder wenn der Eisenkern 23 über eine elektrisch isolierende Beschichtung verfügt. Bevorzugt und entsprechend dem Ausführungsbeispiel ist die Spule 22 auf einen elektrisch und magnetisch isolierenden Spulenträger 24 gewickelt, mit dem zusammen sie eine im Folgenden als Spuleneinheit 25 bezeichnete Baueinheit bildet. Der Spulenträger 24 hat einen rohrförmigen Zentralabschnitt 24a, der sich zwischen zwei scheibenförmigen Wandabschnitten 24b erstreckt, die gemeinsam von einer kanalförmigen Durchbrechung 26 durchsetzt sind, durch die sich der Eisenkern 23 hindurch erstreckt. Die Spule 22 ist auf den Zentralabschnitt 24a aufgewickelt und wird axial von den beiden Wandabschnitten 24b gehalten. Die Spuleneinheit 25 ragt mit zumindest einem Teil ihres Querschnittes in den Spulenaufnahmeraum 18 hinein.
Der Spulenträger 24 besteht zweckmäßigerweise aus einem Kunststoffmaterial.
Der Eisenkern 23 hat bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt, kann aber auch eine davon abweichende Querschnittsform haben.
Bevorzugt ist in jedem Jochschenkel 14, 15 jedes Jochverbinders 17 ein Befestigungsschlitz 27 ausgebildet, der dem Jochschenkel 14, 15 eine gabelartige Struktur verleiht. Der Befestigungsschlitz 27 ist in der Jochlängsrichtung 16 durchgehend ausgebildet und zu der dem Jochverbinder 17 entgegengesetzten Oberseite des Jochschenkels 14, 15 hin offen.
Der Eisenkern 23 ist zusammen mit der auf ihm sitzenden Spuleneinheit 25 von der dem Jochverbinder 17 entgegengesetzten Oberseite her gemäß Pfeil 28 in 6 in die Jocheinheit 13 eingesteckt. Dabei greift er mit seinen beiden einander entgegengesetzten axialen Endabschnitten 23a, 23b, die über den Spulenträger 24 hinausragen, in jeweils einen der Befestigungsschlitze 27 ein. Dieses Einsetzen erfolgt bei der Herstellung der Elektromagneteinrichtung 2. Der Eisenkern 23 ist in die Befestigungsschlitze 27 bevorzugt eingepresst, kann aber alternativ oder zusätzlich auch durch andere Befestigungsmaßnahmen fixiert sein, beispielsweise durch eine Schweißverbindung.
Bei einer im Ausschnitt IIb der 2 illustrierten alternativen Ausführungsform sind die beiden Jochschenkel 14, 15 der Jocheinheit 13 durchbrechungslos ausgebildet, wobei der Eisenkern 23 ein Kurzkern ist, der ohne in die Jochschenkel 14, 15 einzugreifen zwischen die beiden Jochschenkel 14, 15 eingefügt und über seine an den Jochschenkeln 14, 15 anliegenden Stirnflächen magnetisch leitend mit den beiden Jochschenkeln 14, 15 verbunden ist.
Alle Elektromagneteinheiten 3 der Elektromagneteinrichtung 2 sind in der Längsrichtung 7 aneinandergereiht und zu der in sich selbst stabilen Elektromagnetbaugruppe 4 zusammengefasst. Innerhalb der Elektromagnetbaugruppe 4 sind in der Längsrichtung 7 zueinander benachbarte Elektromagneteinheiten 3 fest und starr miteinander verbunden. Diese feste Verbindung ist unter Mitwirkung der Jochverbinder 17 der einzelnen Jocheinheiten 13 realisiert.
Alle Jocheinheiten 13 sind zu einer integralen Joch-Baueinheit 32 zusammengefasst. Selbige ist im oberen Bereich der 6 illustriert. Die Joch-Baueinheit 32 hat einen sich in der Aneinanderreihungsrichtung der Jocheinheiten 13 erstreckenden, zusammenhängenden plattenförmigen Jochverbinderstrang 33, der in einzelne, integral miteinander verbundene Längenabschnitte unterteilt ist, die jeweils einen der Jochverbinder 17 definieren.
In der mit der Längsrichtung 7 der Elektromagneteinrichtung 2 zusammenfallenden Längsrichtung der Joch-Baueinheit 32 aufeinanderfolgende Jochverbinder 17 sind jeweils durch einen als integraler Bestandteil des Jochverbinderstranges 33 ausgebildeten Stegabschnitt 34 fest miteinander verbunden. Abgesehen von diesem Stegabschnitt 34 liegt zwischen in der Längsrichtung 7 benachbarten Jocheinheiten 13 keine Verbindung vor. Der Stegabschnitt 34 ist gemessen in der Jochlängsrichtung 16 schmäler als die durch ihn verbundenen Jochverbinder 17, wobei jeder Stegabschnitt 34 zwei Trennspalte 35 begrenzt, die sich zwischen den Jochschenkeln 14, 15 jeweils benachbarter Jocheinheiten 13 erstrecken und die auch jeweils noch einen sich daran anschließenden Bereich des Querschnittes des Jochverbinderstranges 33 durchsetzen. Die Trennspalte 35 haben dadurch jeweils eine L-förmige Gestalt. Bei den Trennspalten 35 handelt es sich um Luftspalte, die eine magnetische Isolierung benachbarter Jocheinheiten 13 bewirken.
Die Herstellung der Joch-Baueinheit 32 erfolgt zweckmäßigerweise in der in 6 illustrierten Weise. Ausgangspunkt ist dabei eine streifenförmig gestaltete Joch-Ausgangsplatte 36 mit bevorzugt rechteckigem Umriss, die beispielsweise in Form eines Coils 37 in beliebiger Länge abwickelbar zur Verfügung gestellt wird. Aus dieser noch eine ebene Gestalt aufweisenden Joch-Ausgangsplatte 36 werden anschließend gemäß der Abbildung oben rechts in 6 die Trennspalte 35 mittels eines geeigneten Stanzwerkzeuges ausgestanzt oder auf andere Weise herausgearbeitet, wodurch später die Jocheinheiten 13 bildende Abschnitte der Joch-Ausgangsplatte 36 individualisiert sind und nur noch durch die nicht ausgestanzten Stegabschnitte 34 miteinander verbunden sind. Anschließend werden durch einen mittels eines Pfeils 42 angedeuteten Verfahrensschritt die durch die Trennspalte 35 individualisierten Jochschenkel 14, 15 zur Bildung der exemplarisch U-förmigen Struktur der Jocheinheiten 13 umgebogen. Somit liegen die einzelnen Jocheinheiten 13 als Biegeteile vor, die aus einer ebenen Konfiguration in ihre U-Form gebogen wurden. Die Vorgänge des Stanzens und Biegens können auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, sodass man von einer Stanz-Biege-Formgebung oder auch von einem Laser-Schneid-Biege-Prozess sprechen kann.
Im Anschluss daran werden die Eisenkerne 23 zusammen mit der darauf sitzenden Spule 22 oder Spuleneinheit 25 zur Ausbildung der einzelnen Elektromagneteinheiten 3 zwischen den beiden Jochschenkeln 14, 15 der einzelnen Jocheinheiten 13 platziert, was durch den schon erwähnten Pfeil 28 illustriert ist.
Bei dieser Verfahrensweise werden die Eisenkerne 23 gemäß beispielsweise der Abbildung links oben in 6 als bezüglich der Jocheinheiten 13 separate Komponenten bereitgestellt, insbesondere durch Ablängen von einem Eisenkern-Ausgangsstrang 43 beliebiger Länge. Das Abtrennen des Eisenkern-Ausgangsstranges 43 ist in 3 oben links durch strichpunktierte Linien 41 angedeutet. Die Eisenkerne 23 werden anschließend gemäß Pfeil 42 in die zugeordnete Spule 22 oder Spuleneinheit 25 eingesteckt, worauf diese Baugruppe in eine Jocheinheit 13 eingesetzt wird.
Eine alternative Ausprägung der Struktur der Jocheinheiten 13 und des Herstellungsverfahrens ist in dem strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IIa der 2 illustriert. Hier ist der Eisenkern 23 jeder Jocheinheit 13 an seinem einen Endabschnitt 23a einstückig mit dem einen Jochschenkel 14 der beiden Jochschenkel 14, 15 verbunden und ausgehend von einer in axialer Verlängerung des einstückig verbundenen Jochschenkels 14 orientierten Ausgangslage 49 gemäß Pfeil 45 in eine zu dem Jochverbinder 17 parallele Endlage umgebogen, wobei der freie Endabschnitt 23b des umgebogenen Eisenkerns 23 mit dem diesbezüglich separaten anderen Jochschenkel 15 gleichzeitig oder anschließend in magnetisch leitender Weise fest verbunden wird. Zur magnetisch leitenden Befestigung kann beispielsweise eine Schweißverbindung oder eine durch plastische Verformung realisierte Fügeverbindung, insbesondere eine Crimpverbindung, vorgesehen sein.
Die Spule 22 und gegebenenfalls die gesamte Spuleneinheit 25 wird vor dem Umbiegen gemäß Pfeil 45 auf den Eisenkern 23 aufgesteckt und somit durch den Umbiegevorgang zusammen mit dem Eisenkern 23 zwischen den beiden Jochschenkeln 14, 15 platziert.
Innerhalb jeder Jocheinheit 13 sind die beiden Jochschenkel 14, 15 im Bereich des Jochverbinders 17 zweckmäßigerweise magnetisch voneinander isoliert. Dies wird bevorzugt durch eine besondere Gestaltung des Jochverbinders 17 gewährleistet.
Jeder Jochverbinder 17 besteht zweckmäßigerweise aus zwei jeweils einstückig mit einem der beiden Jochschenkel 14, 15 der Jocheinheit 13 ausgebildeten plattenförmigen Polschuhen 46, die bezüglich des jeweils zugeordneten Jochschenkels 14, 15 abgewinkelt sind, sodass sich zwei jeweils L-förmig gestaltete Jochabschnitte bestehend aus einem Jochschenkel 14, 15 und einem Polschuh 46 ergeben. Die Polschuhe 46 bestehen wie die Jochschenkel 14, 15 aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere aus einem ferromagnetischen Metall.
Die beiden Polschuhe 46 sind innerhalb des Jochverbinders 17 zwar fest und starr miteinander verbunden, allerdings in einer magnetisch nicht oder sehr gering leitfähigen Weise. Konkret sind die beiden Polschuhe 46 in der Jochlängsrichtung 16 mit stirnseitigem Abstand zueinander angeordnet und durch ein separates Zwischenstück 47 des Jochverbinders 17, bei dem es sich um einen magnetisch schlecht oder nicht leitender Trennkörper handelt, fest miteinander verbunden.
Gemäß dem in 2 rechts abgebildeten Ausführungsbeispiel haben die Polschuhe 46 in einer zu der Längsachse 7 rechtwinkeligen Schnittebene betrachtet bevorzugt eine abgestufte Profilierung und das Zwischenstück 47 ist in der gleichen Schnittebene betrachtet bevorzugt T-förmig profiliert. Es hat einen zwischen die beiden Polschuhe 46 eingreifenden Zwischenabschnitt 48 und zwei ausgehend von dem Zwischenabschnitt 48 in entgegengesetzte Richtungen der Jochlängsrichtung 16 wegragende Flanschabschnitte 52, die sich mit jeweils einem der abgestuften Polschuhe 46 überlappen. Durch eine geeignete Fügeverbindung, beispielsweise durch Walzen, Schweißen oder Löten, ist das Zwischenstück 47 mit beiden Polschuhen 46 verbunden, sodass sich ein fester Zusammenhalt ergibt.
Gemäß dem in 2 im Ausschnitt IIb abgebildeten Ausführungsbeispiel kann das Zwischenstück 47 auch einen rechteckigen Querschnitt haben. Es kann zwischen die einander zugewandten Stirnflächen der in diesem Fall insbesondere nicht abgestuften Polschuhe 46 zwischengefügt sein.
Die beiden Trennspalte 35 sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie die gesamten L-förmigen Jochabschnitte voneinander trennen und vorzugsweise auch die Flanschabschnitte 52. Zweckmäßigerweise sind die die benachbarten Jocheinheiten 13 miteinander verbindenden Stegabschnitte 34 abhängig von der Profilierung des Zwischenstückes 47 ausschließlich von dem Zwischenstück 47 (zum Beispiel Figur 2, IIb) oder vom Zwischenabschnitt 48 des Zwischenstückes 47 (zum Beispiel 2, rechts) gebildet, sodass zwischen benachbarten Jocheinheiten 13 keinerlei magnetisch leitende Kopplung stattfindet.
An der den Jochverbindern 17 entgegengesetzten Oberseite erstreckt sich über die Elektromagnetbaugruppe 4 in der Längsrichtung 7 zweckmäßigerweise eine Leiterplatte 53 hinweg, die der Einfachheit halber ohne die darauf befindlichen Leiterbahnen und elektronischen Komponenten abgebildet ist. Die Leiterplatte 53 ist so ausgerichtet, dass ihre Plattenebene rechtwinkelig zu der Hochachse 8 verläuft und somit in einer zu dem Jochverbinderstrang 33 parallelen Ebene. Die Leiterplatte 53 ist in nicht weiter illustrierten Bereichen mit den Spulen 52 sämtlicher Elektromagneteinheiten 3 elektrisch kontaktiert und hat eine elektromechanische Schnittstelle 54 zur elektrischen Verbindung mit einer nicht weiter abgebildeten elektronischen Steuereinrichtung.
Über die elektronische Steuereinrichtung können die Spulen 22 einzeln und/oder gruppenweise und bevorzugt individuell angesteuert werden, um sie nach Bedarf durch Bestromung zu aktivieren oder zu deaktivieren und dementsprechend nach Wahl ein Magnetfeld hervorzurufen oder nicht.
Zweckmäßigerweise ist die Leiterplatte 53 an einigen oder sämtlichen Jocheinheiten 13 befestigt.
Bei der Leiterplatte 53 handelt es sich zweckmäßigerweise um eine auch als Flexleiter bezeichenbare flexible Leiterplatte. Sie kann insbesondere als Strangmaterial in Coilform bereitgestellt werden, um sie mit einer individuell gewünschten Länge in die Elektromagneteinrichtung 2 zu integrieren.
Die Elektromagneteinrichtung 2 kann für beliebige elektromagnetische Anwendungen genutzt werden. Bevorzugt wird sie allerdings als eine elektromagnetische Antriebseinrichtung eingesetzt, wobei jede Elektromagneteinheit 3 über eine relativ zur zugeordneten Jocheinheit 13 bewegliche Ankerplatte 55 verfügt, die durch die schon erwähnte elektrische Ansteuerung der zugeordneten Spule 22 zu einer in der 2 durch einen Doppelpfeil illustrierten Antriebsbewegung 56 antreibbar ist. Mit dieser Antriebsbewegung 56 kann eine anwendungsspezifische Funktion ausgelöst werden, die beim Ausführungsbeispiel die Betätigung eines Ventilgliedes 57 einer der schon erwähnten Ventileinheiten 6 ist.
Exemplarisch verfügt jede Elektromagneteinheit 3 über eine Ankerplatte 55, die an der dem Spulenaufnahmeraum 18 abgewandten Unterseite der Jocheinheit 13 der betreffenden Elektromagneteinheit 3 angeordnet ist. Die Ankerplatte 55 besteht aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere aus einem ferromagnetischen Metall. Sie ist bevorzugt so ausgerichtet, dass sich ihre Plattenebene parallel zum benachbarten Jochverbinder 17 erstreckt, kann aber auch diesbezüglich geneigt sein, insbesondere, wenn durch die Ankerplatte 55 ein Klappanker realisiert werden soll.
Im deaktivierten Zustand einer Spule 22 nimmt die Ankerplatte 55 der gleichen Elektromagneteinheit 3 bezüglich des benachbarten Jochverbinders 17 einen Abstand ein, der in 2 durch einen Luftspalt 58 identifiziert ist. Bei Aktivierung der Spule 22 bildet sich ein Magnetfeld aus, das sich durch den Eisenkern 23, die beiden Jochschenkel 14, 15, die beiden Polschuhe 46 und die Ankerplatte 55 hindurch erstreckt und eine Magnetkraft hervorruft, die die Ankerplatte 55 unter Ausführung der Antriebsbewegung 56 an den benachbarten Jochverbinder 17 heranzieht.
Zweckmäßigerweise ist jede Ankerplatte 55 in einer unterhalb des Jochverbinders 17 liegenden, peripher abgeschlossenen Antriebskammer 62 aufgenommen. Dadurch sind die Ankerplatten 55 zur Umgebung hin abgeschirmt.
Zur Realisierung der Antriebskammern 62 ist bevorzugt ein erster Rahmenkörper 63 vorgesehen, der eine Längserstreckung hat und nach Art einer Leiter strukturiert ist. Dieser erste Rahmenkörper 63 hat eine Längsachse 63a und definiert mehrere in der Achsrichtung dieser Längsachse 63a aufeinanderfolgend angeordnete und durch Trennwände voneinander abgeteilte Fächer, die zur besseren Unterscheidung jeweils als Ankerplatten-Aufnahmefach 64 bezeichnet werden und die jeweils eine der Antriebskammern 62 definieren.
Der erste Rahmenkörper 63 erstreckt sich in einer Ebene, die parallel zum Jochverbinderstrang 33 verläuft. Jede Ankerplatte 55 ist innerhalb der Antriebskammer 62 beziehungsweise des Ankerplatten-Aufnahmefaches 64 in der Höhenrichtung 8 beweglich, um die Antriebsbewegung 56 ausführen zu können.
Zur Bildung der Ventilanordnung 1 ist in der Höhenrichtung 8 unterhalb jeder Elektromagneteinheit 3 eine der schon erwähnten Ventileinheiten 6 angeordnet, die zu einer sich parallel zu der Elektromagnetbaugruppe 4 erstreckenden Ventilbaugruppe 5 gehört. Jede dieser Ventileinheiten 6 verfügt über eines der weiter oben schon angesprochenen Ventilglieder 57. Jedes Ventilglied 57 ist in der Höhenrichtung 8 unterhalb einer Ankerplatte 55 angeordnet und antriebsmäßig mit dieser Ankerplatte 55 gekoppelt. Dadurch besteht die Möglichkeit, durch Ausführung der Antriebsbewegung 56 der Ankerplatte 55 eine ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutete, hin und her gehende Arbeitsbewegung 65 des Ventilgliedes 57 hervorzurufen, die insbesondere in der Höhenrichtung 8 orientiert ist.
Bevorzugt ist jedes Ventilglied 57 in einer Ventilkammer 66 der betreffenden Ventileinheit 6 aufgenommen. Bevorzugt sind sämtliche Ventilkammern 66 unter Mitwirkung eines wiederum eine leiterartige Struktur aufweisenden zweiten Rahmenkörpers 67 definiert, der unterhalb des ersten Rahmenkörpers 63 diesbezüglich parallel ausgerichtet angeordnet ist und der in einzelne Fächer unterteilt ist, die zur besseren Unterscheidung jeweils als Ventilglied-Aufnahmefach 68 bezeichnet werden und jeweils eine der Ventilkammern 66 definieren.
Die Ventilglieder 57 sind beispielsweise blockförmig oder zylindrisch ausgebildet, können aber grundsätzlich jede geeignete Formgebung haben. Sie können beispielsweise als Dichtpads realisiert sein.
Bei der Herstellung der Ventilanordnung 1 kann der zweite Rahmenkörper 67 wie der erste Rahmenkörper 63 in prinzipiell endloser Länge zugeführt werden, um anschließend auf das für die individuell herzustellende Ventilanordnung 1 gewünschte Längenmaß abgelängt zu werden. Die Ankerplatten 55 und Ventilglieder 57 werden bei der Herstellung der Elektromagneteinrichtung 2 beziehungsweise der Ventilanordnung 1 in der gewünschten Anzahl in den dafür vorgesehenen Ankerplatten-Aufnahmefächern 64 und Ventilglied-Aufnahmefächern 68 platziert.
Jede Ventilkammer 66 ist an der der zugeordneten Elektromagneteinheit 3 abgewandten Unterseite zweckmäßigerweise durch eine Bodenwand 72 verschlossen, die von mindestens einem Ventilkanal 73, 74 durchsetzt ist. Exemplarisch ist die Bodenwand 72 pro Ventileinheit 6 von zwei Ventilkanälen 73, 74 durchsetzt, die zur besseren Unterscheidung auch als erster Ventilkanal 73 und zweiter Ventilkanal 74 bezeichnet seien.
Wenigstens einer der Ventilkanäle 73, 74 ist durch im Rahmen der Arbeitsbewegung 65 erfolgende Positionierung des zugeordneten Ventilgliedes 57 hinsichtlich seiner Fluiddurchlässigkeit steuerbar. Beispielhaft mündet zu diesem Zweck der erste Ventilkanal 73 in der Höhenrichtung 8 fluchtend in die Ventilkammer 66 ein, wobei er im Innern der Ventilkammer 66 von einem an der Bodenwand 72 ausgebildeten Ventilsitz 75 umrahmt ist, an dem das Ventilglied 57 unter Einnahme einer den Fluiddurchtritt durch den ersten Ventilkanal 73 verhindernden Schließstellung anliegen kann. Der zweite Ventilkanal 74 mündet abseits des Ventilgliedes 57 in ständig offener Weise in die Ventilkammer 66 ein.
Im Gebrauch der Ventilanordnung 1 sind außen an die Ventilkanäle 73, 74 in der Zeichnung nicht weiter illustrierte weiterführende Fluidkanäle angeschlossen, die beispielsweise in einem ebenfalls nicht abgebildeten Fluidverteilerkörper ausgebildet sein können oder die mittels individueller Fluidleitungen realisierbar sind. Auf diese Weise kann beispielsweise jeder erste Ventilkanal 73 mit einer insbesondere von einer Druckluftquelle gebildeten Druckquelle und jeder zweite Ventilkanal 74 mit einem Verbraucher verbunden sein. Abhängig vom Betriebszustand einer Ventileinheit 6 kann somit ein Verbraucher in der Schließstellung des Ventilgliedes 57 von der Druckquelle abgetrennt sein, oder aber mit der Druckquelle verbunden sein, wenn das Ventilglied 57 eine von dem Ventilsitz 75 abgehobene Offenstellung einnimmt.
Die Ventilanordnung 1 des Ausführungsbeispiels ist so konzipiert, dass die Ventilglieder 57 durch den am ersten Ventilkanal 73 anstehenden Fluiddruck in Richtung einer Offenstellung beaufschlagt sind, wobei sie allerdings im deaktivierten Zustand der zugeordneten Elektromagneteinheit 3 durch eine Federstruktur 76 in der Schließstellung gehalten werden, deren Federkraft größer ist als die im Öffnungssinne wirkende Fluidkraft.
Jede Federstruktur 76 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels einer Drückplatte 77 realisiert, die durch beispielsweise mäanderförmig strukturierte Federmittel 78 an einem Tragrahmen 79 federelastisch auslenkbar aufgehängt ist. Diese Komponenten sind integrale Bestandteile einer leistenförmig ausgebildeten Federplatte 83, die eine Längserstreckung mit Längsachse 83a hat und die in der Ventilbaugruppe 5 zwischen die beiden Rahmenkörper 63, 67 mit diesbezüglich paralleler Plattenebene eingegliedert ist. Aufeinanderfolgende Längenabschnitte der einstückigen Rahmenstruktur 84 bilden die Tragrahmen 79 der einzelnen Federstrukturen 76, wobei an dieser Rahmenstruktur 84 über die Federmittel 78 die einzelnen Drückplatten 77 aufgehängt sind. Über die Rahmenstruktur 84 ist die Federplatte 83 zwischen den beiden Rahmenkörpern 63, 67 eingespannt.
In jeder Ventileinheit 6 erstreckt sich die Drückplatte 77 zwischen der Ankerplatte 55 und dem Ventilglied 57. Die Ankerplatte 55 ist durch geeignete Befestigungsmaßnahmen, beispielsweise durch eine Klebe- oder Schweißverbindung, an der Drückplatte 77 befestigt, die durch die Federmittel 78 nach unten in Richtung zum Ventilglied 57 vorgespannt ist und selbiges bei deaktivierter Spule 22 in der Schließstellung hält. Bei Aktivierung der Spule 22 wird die Ankerplatte 55 an die Jocheinheit 13 herangezogen, wobei sie die Drückplatte 77 mitnimmt und dadurch dem Ventilglied 57 die Möglichkeit bietet, sich in die Offenstellung zu verlagern.
Die Realisierung der Federplatte 83 ermöglicht eine Realisierung der Ventilanordnung 1 mit sehr geringer Bauhöhe.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Federstrukturen 76 zwischen den Jocheinheiten 13 und der Ankerplatte 55 angeordnet, sodass die Ankerplatten 55 ständig federnd in Richtung zum Ventilglied 57 vorgespannt sind. Insbesondere in diesem Fall könnten die Federstrukturen 76 auch auf andere Weise realisiert sein, beispielsweise durch individuell eingelegte, drückend wirkende Schraubenfedern.
Die Federplatte 83 kann bei der Herstellung der Elektromagneteinrichtung 2 und/oder der Ventilanordnung 1 in beliebiger Länge als Strangmaterial zugeführt werden, das beispielsweise auf einem Coil bereitgestellt wird. Durch ein geeignetes Trennwerkzeug erfolgt dann ein Ablängen auf die für die Ventilanordnung 1 gewünschte Baulänge.
Die Bodenwände 72 können voneinander getrennte Bauteile sein, die bei der Herstellung der Ventilanordnung 1 individuell montiert werden. Als vorteilhafter wird es jedoch angesehen, wenn alle zu der Ventilbaugruppe 5 gehörenden Bodenwände 72 von aufeinanderfolgenden Längenabschnitten einer sich in der Längsrichtung 7 der Elektromagneteinrichtung 2 erstreckenden, bevorzugt leistenförmigen zusammenhängenden Bodenplatte 85 gebildet sind, die insbesondere einen einstückigen Aufbau hat. Die Bodenplatte 85 hat eine Längsachse 85a, die parallel zur Längsachse 7 orientiert ist. Außerdem ist die Plattenebene der Bodenplatte 85 parallel zu den plattenförmigen Jochverbindern 17 ausgerichtet.
Die Bodenplatte 85 kann wiederum in beliebiger Länge als Strangmaterial bereitgestellt und zugeführt werden, das beispielsweise auf einem Coil gespeichert ist.
Die Ventilbaugruppe 5 zeichnet sich exemplarisch durch einen Schichtaufbau in der Höhenrichtung 8 aus. Die Rahmenkörper 63, 67, die Federplatte 83 und die Bodenplatte 85 sind kompakt in der Höhenrichtung 8 aufeinandergeschichtet und durch geeignete Verbindungsmaßnahmen aneinander befestigt, beispielsweise durch stoffschlüssige Verbindungen wie Schweißen und/oder Kleben. Grundsätzlich sind aber auch andere Befestigungsmaßnahmen möglich.
Jede Bodenwand 72 kann bei Bedarf mit einer Dichtungsstruktur 86 ausgestattet sein oder werden, die an der der Ventilkammer 66 abgewandten Außenseite platziert und beispielsweise zur Abdichtung gegenüber einem nicht weiter illustrierten Fluidverteilerkörper dient.
Zumindest die Elektromagneteinrichtung 2 und vorzugsweise die gesamte Ventilanordnung 1 wird zweckmäßigerweise durch ein Gehäuse 87 vervollständigt, das die bisher geschilderten Komponenten außen umhüllt und vor Umgebungseinflüssen abschirmt. Dieses in der Zeichnung nur mit einem kurzen Längenabschnitt illustrierte Gehäuse 87 lässt sich bevorzugt als Strangpressprodukt bereitstellen, was die einfache Möglichkeit bietet, variabel unterschiedliche Baulängen bereitzustellen. Das Gehäuse 87 wird beim Herstellungsprozess im Wesentlichen als letzter Verfahrensschritt gemäß Pfeil 88 in 3 montiert.
Die vorstehend geschilderte Ventilanordnung hat die Besonderheit, dass sie im Wesentlichen in einem fließenden Prozess hergestellt werden kann. Somit ist eine vollautomatische, spanlose und kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Ventilanordnungen mit prinzipiell beliebiger Baulänge beziehungsweise beliebiger Anzahl von Ventileinheiten gegeben. Ferner sind Ventileinheiten verschiedener Baubreite auf einem Strang realisierbar. Die elektrische Anbindung der einzelnen Spulen erfolgt zweckmäßigerweise über eine auf einer Rolle beziehungsweise einem Coil bereitgestellte flexible Leiterplatte, die mit der notwendigen Elektronik vorbestückt ist, beispielsweise mit dem Spulenmanagement, mit LEDs, Controllern und den notwendigen Schnittstellen für beispielsweise eine Busanbindung. Kosteneinsparungen resultieren weiterhin daraus, dass sich erforderliche Dichtungen durch Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen ersetzen lassen und sich die Ventilsitze 75 durch entsprechende Vorformung der Bodenplatte 85 mit der gewünschten Kontur bereitstellen lassen. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, Ventilsitze bildende Düsenkörper in die bevorzugt aus Metall bestehende Bodenplatte 85 einzuprägen. Die Federplatte 83 lässt sich beispielsweise kostengünstig durch eine Stanztechnik realisieren, was in gleicher Weise für unter anderem die beiden Rahmenkörper 63, 67 gilt. Da überwiegend Endlosmaterial verwendet wird, ist eine zeitsparende und kostengünstige Fertigung möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3018392 B1 [0004]
DE 102005057786 B4 [0005]

Claims

Elektromagneteinrichtung, mit mindestens einer Elektromagneteinheit (3), die eine Jocheinheit (13) mit zwei sich in einer Jochlängsrichtung (16) gegenüberliegenden plattenförmigen Jochschenkeln (14, 15) und einem die beiden Jochschenkel (14, 15) verbindenden plattenförmigen Jochverbinder (17) aufweist, wobei die beiden Jochschenkel (14, 15) und der Jochverbinder (17) gemeinsam einen Spulenaufnahmeraum (18) zumindest teilweise begrenzen, der mit einer bestrombaren Spule (22) bestückt ist, die einen sich zwischen den beiden Jochschenkeln (14, 15) erstreckenden Eisenkern (23) umschließt, gekennzeichnet durch mehrere, in einer zu der Jochlängsrichtung (16) rechtwinkeligen Längsrichtung (7) der Elektromagneteinrichtung (2) aneinandergereihte Elektromagneteinheiten (3), die zu einer selbsttragenden Elektromagnetbaugruppe (4) zusammengefasst sind.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Jochverbinder (17) der Elektromagneteinheiten (3) von integralen Längenabschnitten eines sich in der Längsrichtung (7) der Elektromagneteinrichtung (2) erstreckenden zusammenhängenden Jochverbinderstranges (33) gebildet sind.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Jochschenkel (14, 15) der Jocheinheiten (13) benachbarter Elektromagneteinheiten (3) durch Trennspalte (35) zueinander beabstandet sind.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Jocheinheiten (13) benachbarter Elektromagneteinheiten (3) nur jeweils durch einen zwischen zwei Trennspalten (35) angeordneten Stegabschnitt (34) des Jochverbinderstranges (33) einstückig miteinander verbunden sind.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stegabschnitt (34) gemessen in der Jochlängsrichtung (16) schmäler ist als die Jochverbinder (17) der beiden miteinander verbundenen Jocheinheiten (13).
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Jochverbinder (17) aus zwei jeweils einstückig mit einem der beiden Jochschenkel (14, 15) der Jocheinheit (13) ausgebildeten plattenförmigen Polschuhen (46) und einem die beiden Polschuhe (46) fest verbindenden Zwischenstück (47) besteht, wobei die beiden Jochschenkel (14, 15) und die beiden Polschuhe (46) aus einem magnetisch leitenden Material bestehen und das Zwischenstück (47) ein magnetisch schlecht oder nicht leitender Trennkörper ist.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegabschnitte (34) des Jochverbinderstranges (33) einstückig mit dem magnetisch trennenden Zwischenstück (47) des jeweils benachbarten Jochverbinders (17) ausgebildet sind.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (47) einen T-förmigen oder rechteckigen Querschnitt hat.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Jocheinheiten (13) als aus einer ebenen Konfiguration in ihre Form, insbesondere in eine U-Form gebogene Biegeteile ausgebildet sind.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Jochschenkel (14, 15) jeder Jocheinheit (13) einen zu der dem Jochverbinder (17) abgewandten Oberseite offenen Befestigungsschlitz (27) für den zugeordneten Eisenkern (23) aufweisen, wobei der Eisenkern (23) mit seinen beiden Endabschnitten (23a, 23b) in die Befestigungsschlitze (27) der beiden Jochschenkel (14, 15) eingesetzt und insbesondere fest eingepresst ist.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Jochschenkel (14, 15) jeder Jocheinheit (13) durchbrechungslos ausgebildet sind und der Eisenkern (23), ohne in die Jochschenkel (14, 15) einzugreifen, magnetisch leitend mit den beiden Jochschenkeln (14, 15) verbunden ist.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (23) jeder Jocheinheit (13) einstückig mit einem der beiden Jochschenkel (14, 15) ausgebildet und bezüglich des mit ihm einstückigen Jochschenkels (14, 15) umgebogen ist, wobei er an dem anderen Jochschenkel (15, 14) magnetisch leitend befestigt ist.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (22) unter Bildung einer Spuleneinheit (25) auf einen elektrisch und magnetisch isolierenden, zweckmäßigerweise aus Kunststoffmaterial bestehenden Spulenträger (24) gewickelt ist, der auf dem Eisenkern (23) angeordnet ist, wobei der Spulenträger (24) auf den Eisenkern (23) beispielsweise aufgesteckt oder durch Spritzgießen an den Eisenkern (23) angeformt ist.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich über die Elektromagnetbaugruppe (4) in der Längsrichtung (7) der Elektromagneteinrichtung (2) eine Leiterplatte (53) hinweg erstreckt, die mit den Spulen (22) sämtlicher Elektromagneteinheiten (3) elektrisch kontaktiert ist und die zweckmäßigerweise als eine flexible, biegbare Leiterplatte (53) ausgebildet ist.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektromagneteinheit (3) eine den Jochverbinder (17) an der dem Spulenaufnahmeraum (18) abgewandten Unterseite flankierende und durch elektrische Ansteuerung der Spule (22) relativ zur Jocheinheit (13) bewegliche Ankerplatte (55) aus magnetisch leitendem Material aufweist.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich der den Spulenaufnahmeräumen (18) entgegengesetzten Unterseiten der Jochverbinder (17) in der Längsrichtung (7) der Elektromagneteinrichtung (2) entlang der Elektromagnetbaugruppe (4) ein eine leiterartige Struktur aufweisender erster Rahmenkörper (63) erstreckt, der im Bereich jeder Elektromagneteinheit (3) ein eine der Ankerplatten (55) aufnehmendes Ankerplatten-Aufnahmefach (64) umrahmt.
Elektromagneteinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich der den Spulenaufnahmeräumen (18) entgegengesetzten Unterseiten der Jochverbinder (17) in der Längsrichtung (7) der Elektromagneteinrichtung (2) entlang der Elektromagnetbaugruppe (4) eine Federplatte (83) erstreckt, die im Bereich jeder Elektromagneteinheit (3) eine der dort befindlichen Ankerplatte (55) zugeordnete Federstruktur (76) definiert.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Jocheinheiten (13) zu einer Seite offen und zweckmäßigerweise U-förmig ausgebildet sind.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinheiten (3) verschiedene Baubreiten und/oder verschiedene Baugrößen haben.
Elektromagneteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie für beliebige elektromagnetische Anwendungen verwendbar ist, beispielsweise für Ventile oder Relais.
Verfahren zur Herstellung einer Elektromagneteinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellung einer streifenförmig gestalteten Joch-Ausgangsplatte (36), - Ausbilden von Trennspalten (35) zur Individualisierung der Jochschenkel (14, 15) und gleichzeitiges oder anschließendes Umbiegen der Jochschenkel (14, 15) zur Bildung der U-förmigen Jocheinheiten (13), - gemeinsame Platzierung des Eisenkerns (23) und der darauf sitzenden Spule (22) zwischen den beiden Jochschenkeln (14, 15) jeder Jocheinheit (13) unter Ausbildung der Elektromagneteinheiten (3).
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennspalte (35) durch Ausstanzen oder Ausschneiden oder Erodieren in der Joch-Ausgangsplatte (36) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenkerne (23) als bezüglich der Jocheinheiten (13) separate Komponenten bereitgestellt und nach dem Aufbringen der Spule (22) an den einzelnen Jocheinheiten (13) montiert werden oder dass die Eisenkerne (23) als mit jeweils einem der Jochschenkel (14, 15) einstückige und diesbezüglich nach dem Aufbringen der Spule (22) umgebogene Bestandteile der Joch-Ausgangsplatte (36) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Elektromagneteinheiten (3) eine sich über alle Elektromagneteinheiten (3) hinweg erstreckende Leiterplatte (53) aufgesetzt und elektrisch leitend mit den Spulen (22) aller Elektromagneteinheiten (3) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es als vollautomatischer spanloser Fließprozess unter Verwendung von Endlosmaterial ausgeführt wird, insbesondere derart, dass Elektromagneteinrichtungen (2) in beliebiger Baulänge herstellbar sind.
Ventilanordnung, ausgestattet mit einer nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildeten und/oder nach einem der Ansprüche 21 bis 25 hergestellten Elektromagneteinrichtung (2), wobei jeder Elektromagneteinheit (3) eine Ventileinheit (6) zugeordnet ist, die zu einer sich parallel zu der Elektromagnetbaugruppe (4) erstreckenden Ventilbaugruppe (5) gehört und ein durch elektrische Ansteuerung der Spule (22) der zugeordneten Elektromagneteinheit (3) positionierbares, bewegliches Ventilglied (57) und zweckmäßigerweise auch eine Ankerplatte (55) und eine Federstruktur (76) aufweist.
Ventilanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ventileinheit (6) der Ventilbaugruppe (5) eine das Ventilglied (57) aufnehmende Ventilkammer (66) enthält, in die mehrere Ventilkanäle (73, 74) einmünden, von denen wenigstens einer durch Positionierung des zugeordneten Ventilgliedes (57) hinsichtlich seiner Fluiddurchlässigkeit steuerbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 27, wobei die Elektromagneteinrichtung (2) nach Anspruch 11 ausgebildet ist und die Ventilbaugruppe (5) einen sich parallel zu dem ersten Rahmenkörper (63) erstreckenden, eine leiterartige Struktur aufweisenden zweiten Rahmenkörper (67) aufweist, der im Bereich jeder Ventileinheit (6) ein eine der Ventilkammern (66) bildendes Ventilglied-Aufnahmefach (68) umrahmt.
Ventilanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ventilglied-Aufnahmefach (68) an der der Elektromagneteinheit (3) abgewandten Seite durch eine Bodenwand (72) der zugeordneten Ventileinheit (6) verschlossen ist, die von mindestens einem der Ventilkanäle (73, 74) durchsetzt ist, wobei alle Bodenwände (72) der Ventilbaugruppe (5) zweckmäßigerweise von aufeinanderfolgenden Längenabschnitten einer sich in der Längsrichtung (7) der Elektromagneteinrichtung (2) erstreckenden Bodenplatte (85) gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25 hergestellte Elektromagneteinrichtung (2) durch Ausführung weiterer Verfahrensschritte um die Komponenten der Ventilbaugruppe (5) ergänzt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Ventilanordnung (1) mehrere Ventileinheiten (6) jeweils gruppenweise zu einer höheren Ventilfunktionalität miteinander verschaltet werden, beispielsweise zu einer 3/3-Ventilfunktion oder zu einer 5/3-Ventilfunktion.