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Die Erfindung betrifft einen Linearaktor, beispielsweise für ein automatisiertes Schaltgetriebe, mit einem kreisförmigen Kolben, der in einem Zylindergehäuse angeordnet sowie an einer zylindrischen Innenmantelfläche des Zylindergehäuses axial verschiebbar ist, wobei der Kolben stirnseitig eine Vertiefung aufweist, in die ein erster Endabschnitt einer Kolbenstange formschlüssig eingesetzt ist, wobei die Kolbenstange eine Durchgangsbohrung im Boden des Zylindergehäuses axial verschiebbar durchdringt, wobei ein zweiter Endabschnitt der Kolbenstange außerhalb des Zylindergehäuses mit einem axial zu bewegenden Bauteil verbindbar ist, und bei dem die jeweilige Axialposition des Kolbens in Bezug zum Zylindergehäuse mittels eines magnetfeldsensitiven Sensorelements sowie mittels mindestens eines an dem Kolben befestigten Magneten messbar ist.
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In Kraftfahrzeuge werden zunehmend automatisierte Schaltgetriebe eingebaut. Solche Getriebe ermöglichen bei einer entsprechenden großen Anzahl von Getriebegängen eine feine Anpassung des aktuellen Betriebszustands der Brennkraftmaschine an die jeweilige Fahrsituation des Kraftfahrzeugs. Ein für klassische Automatikgetriebe notwendiger hydraulischer Drehmomentwandler entfällt insbesondere bei automatisierten Doppelkupplungsschaltgetrieben ersatzlos, woraus in Verbindung mit den selbstständig erfolgenden Gangwechseln ein beträchtliches Kraftstoffeinsparungspotential resultiert. Die Aktoren zur Steuerung derartiger automatisierter Schaltgetriebe können beispielsweise elektromechanisch, piezoelektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein. Außerdem sind zum Betrieb eines automatisierten Schaltgetriebes Sensoren notwendig, um die exakten räumlichen Positionen der mit Hilfe der Aktoren betätigten Getriebe- und Kupplungselemente, wie zum Beispiel Schaltmuffen, Schaltklauen etc., zur Auswertung durch eine elektronische Steuer- und/oder Regeleinrichtung zu erfassen.
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Zudem sind Aktoren mit integrierten Weg- oder Positionsmesssensoren zur Erfassung der aktuellen Stellposition des Betätigungsgliedes des Aktors bekannt. Vielfach werden Ringmagnete zur linearen Wegmessung in automatisierten Schaltgetrieben oder Aktoren genutzt, die eine von einer umfangsseitigen Lage eines Kolbens in einem Zylindergehäuse eines linearen Aktors beziehungsweise eine von dessen Verdrehung unabhängige Stellwegmessung erlauben. Ferner ist die Verwendung von materialsparenden Segmentmagneten bekannt, bei denen aus Gründen einer sicheren Signalerzeugung jedoch Vorkehrungen gegen eine etwaige Verdrehung des Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses des Linearaktors getroffen werden müssen. Von Nachteil ist unter anderem, dass sowohl Ringmagnete als auch mechanische Verdrehsicherungen kostenerhöhend wirken.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen neuen Linearaktor, beispielsweise für Getriebeanwendungen vorzustellen, der bei einfachem konstruktivem Aufbau zumindest eine Verdrehsicherung des Kolbens an der Kolbenstange schafft, vorzugsweise jedoch auch eine Verdrehsicherung des Kolbens in Bezug zum Gehäuse des Aktuators.
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Die Lösung dieser Aufgabe wurde mit einem Linearaktor erreicht, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Demnach betrifft die Erfindung einen Linearaktor, beispielsweise für ein automatisiertes Schaltgetriebe, mit einem kreisförmigen Kolben, der in einem Zylindergehäuse angeordnet sowie an einer zylindrischen Innenmantelfläche des Zylindergehäuses axial verschiebbar ist, wobei der Kolben stirnseitig eine Vertiefung aufweist, in die ein erster Endabschnitt einer Kolbenstange formschlüssig eingesetzt ist, wobei die Kolbenstange eine Durchgangsbohrung im Boden des Zylindergehäuses axial verschiebbar durchdringt, wobei ein zweiter Endabschnitt der Kolbenstange außerhalb des Zylindergehäuses mit einem axial zu bewegenden Bauteil verbindbar ist, und bei dem die jeweilige Axialposition des Kolbens in Bezug zum Zylindergehäuse mittels eines magnetfeldsensitiven Sensorelements sowie mittels mindestens eines an dem Kolben befestigten Magneten messbar ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei einem Linearaktor gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher lediglich eine Verdrehsicherung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange realisiert ist sowie die Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse durch ein externes, von dem Linearaktuator zu betätigendes Bauteil erfolgt, vorgesehen, dass axiale Bohrungen im Kolben und in der Kolbenstange zur Aufnahme eines den Kolben und die Kolbenstange verbindenden Schraubbolzens vorhanden sind, wobei diese axialen Bohrungen radial parallel exzentrisch zu den Längsmittelachsen des Kolbens und der Kolbenstange ausgerichtet sind. Hierdurch ist auf vergleichsweise einfache Weise sichergestellt, dass sich die Kolbenstange und der Kolben nicht voneinander lösen oder verdrehen können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Kolben eine im Vergleich zur Vertiefung durchmesserkleinere Durchgangsbohrung aufweist, welche die Vertiefung mit der kolbenstangenfernen Kolbenstirnfläche verbindet, dass die Kolbenstange in deren kolbenseitigen ersten Endabschnitt eine axiale Gewindesacklochbohrung aufweist, und dass ein Schraubbolzen durch die Durchgangsbohrung des Kolbens hindurchgeführt sowie in die Gewindesacklochbohrung der Kolbenstange eingeschraubt ist, wobei die zueinander koaxialen Längsmittelachsen der Durchgangsbohrung im Kolben und der Gewindesacklochbohrung in der Kolbenstange mit einer Exzentrizität radial parallel exzentrisch zu den Längsmittelachsen der Kolbenstange und des Kolbens ausgerichtet sind.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der beschriebene Linearaktuator auch dessen Kolben in Bezug zum Gehäuse drehfest axial führt, ist vorgesehen, dass die Kolbenstange radial parallel exzentrisch zur Längsmittenachse des Kolbens an letzterem befestigt ist, dass die Durchgangsbohrung im Boden des Zylindergehäuses radial parallel exzentrisch zur Längsmittenachse der zylindrischen Innenmantelfläche des Zylindergehäuses angeordnet ist, und dass der Magnet ein Segmentmagnet ist.
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Insbesondere durch diesen konstruktiven Aufbau lassen sich im Vergleich zu Ringmagneten preiswertere Segmentmagnete zur Sensierung der Axialposition des Kolbens nutzen, wobei zugleich eine zusätzliche Verdrehsicherung des Kolbens durch externe Führungsmittel nicht notwendig ist. Die Messung der Axialposition des Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses erfolgt mittels des mit dem Magneten berührungslos zusammenwirkenden magnetsensitiven Sensorelements.
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Unter dem Begriff „Segmentmagnet“ wird im Kontext der vorliegenden Beschreibung ein Sektor beziehungsweise ein sektorförmiger Ausschnitt aus einem Kreisring oder aus einem Hohlzylinderabschnitt verstanden, der eine ausreichend hohe Magnetfeldstärke beziehungsweise magnetische Flussdichte zur Wechselwirkung mit dem magnetfeldsensitiven Sensorelement erzeugt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Segmentmagnet in einen radialen Außenbereich des Kolbens integriert ist. Infolgedessen ist eine geringe räumliche Distanz zu dem vorzugsweise im Bereich des Zylindergehäuses integrierten Sensorelement zur Erfassung der Axialposition des Kolbens gegeben, woraus eine gute Signalstärke resultiert.
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Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Segmentmagnet mit der radial äußeren Kolbenmantelfläche radial bündig abschließt. Hierdurch ist eine weitere Minimierung des räumlichen Abstands zwischen dem Segmentmagneten und dem Sensorelement realisierbar. Darüber hinaus vereinfacht sich die Fertigung des Kolbens, da eine allseitige Einbettung des Segmentmagneten in den Kolben entfällt.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der in den Kolben integrierte Segmentmagnet berührungslos mit dem magnetfeldsensitiven Sensorelement zur Erfassung der Axialposition des Kolbens in Bezug zum Zylindergehäuse zusammenwirkt. Infolgedessen ist eine verschleiß- und wartungsfreie sowie präzise Messung der Axialposition des Kolbens gegeben. Als Sensorelement kommen beispielsweise Hall-Sensoren, Hall-Sensoren-Arrays und PLCD-Sensoren in Betracht.
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Bevorzugt ist der Kolben mittels mindestens eines Befestigungselements an dem ersten Endabschnitt der Kolbenstange befestigt. Hierdurch ist eine einfache Montage des Kolbens an der Kolbenstange des Zylindergehäuses und erforderlichenfalls dessen problemlose Demontage zu Inspektions- und Wartungszwecken möglich.
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Vorzugsweise ist das Befestigungselement wie erwähnt ein Schraubbolzen, der in eine radial parallel exzentrisch zur Längsmittelachse des Kolbens angeordnete axiale, sacklochförmige Gewindebohrung der Kolbenstange eingeschraubt ist. Infolgedessen ist eine mechanisch robuste Gewindeverbindung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange gegeben. Ein Schraubbolzenkopf der Schraubbolzens kann beispielsweise durch einem beliebigen Außen- oder Innenmehrkant realisiert sein. Anstelle einer Schraubverbindung können auch andere Verbindungs- und Fügearten, wie zum Beispiel Einpressen, Verstemmen, thermisches Auf- oder Einschrumpfen, Verkleben, Vernieten, Verlöten oder Verschweißen zur Befestigung des Kolbens an der Kolbenstange zur Anwendung kommen.
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Gemäß einer technisch günstigen Weiterbildung schließt ein Schraubbolzenkopf axial bündig mit einer von der Kolbenstange weggerichteten Kolbenstirnfläche ab. Infolgedessen wird eine Reduzierung des höchstmöglichen axialen Verfahrweges des Kolbens im Zylindergehäuse aufgrund des Schraubbolzenkopfes vermieden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen einer Längsmittenachse der Kolbenstange und einer Längsmittenachse der Innenmantelfläche des Zylindergehäuses eine radial parallele Exzentrizität besteht, wobei das numerische Verhältnis zwischen der Exzentrizität und einem Innendurchmesser des Zylindergehäuses kleiner als 20% ist. Hierdurch ist auf einfache Weise eine zuverlässige Verdrehsicherung des Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses realisiert. Die erfindungsgemäße Exzentrizität besteht zwischen der Längsmittenachse der zylindrischen Kolbenstange und der zylindrischen Durchgangsbohrung im Zylindergehäuse einerseits sowie der Längsmittenachse der zylindrischen Innenmantelfläche des Zylindergehäuses sowie der hiermit identischen Längsmittenachse des Kolbens und eines Befestigungselements beziehungsweise eines Schraubbolzens zur Verbindung des Kolbens mit der Kolbenstange.
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Bevorzugt ist der Schraubbolzen mittels mindestens eines Sicherungsmittels innerhalb der Gewindebohrung der Kolbenstange gesichert. Hierdurch wird ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraubverbindung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange, insbesondere aufgrund von Vibrationen, Erschütterungen und Schaltstößen ausgeschlossen. Bei dem bevorzugt mechanischen Sicherungsmittel kann es sich zum Beispiel um ein Sicherungsblech, einen Splint, einen Sicherungsring, eine Fächerscheibe, einen Sicherungsstift oder einen Hohlstift handeln. Alternativ dazu oder zusätzlich können weitere Sicherungsmittel zwischen dem Schraubbolzen und dem Kolben vorgesehen sein.
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Bei einer weiteren technisch vorteilhaften Ausbildung ist das mindestens eine Sicherungsmittel ein polymeres und zumindest teilweise aushärtbares Schraubensicherungsmittel. Infolgedessen ist eine konstruktiv einfache, platzsparende, zuverlässige sowie im Bedarfsfall leicht wieder aufhebbare Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der bevorzugt als eine Schraubverbindung zwischen dem Kolben und der Kolbenstange ausgeführten mechanischen Verbindung gewährleistet.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit drei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearaktors,
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearaktors, und
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearaktors.
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Der die Merkmale der Erfindung aufweisende Linearaktuator 1 gemäß 1 weist einen zylindrischen Kolben 12 auf, der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen Innenraum 52 eines Zylindergehäuses 16 aufgenommen ist. Die möglichen Bewegungsrichtungen des Kolbens 12 sind durch einen Doppelpfeil 14 angedeutet. Das Zylindergehäuse 16 weist eine hohlzylindrische Innenmantelfläche 18 und an einen axialen Ende einen Boden 19 auf. An seinem zweiten axialen Ende ist das Zylindergehäuse 16 mit einem Verschlussdeckel 50 verschlossen.
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Die jeweilige Axialposition A des Kolbens 12 in dem Zylindergehäuse 16 ist mittels eines gehäusefest angeordneten magnetfeldsensitiven Sensorelements 20 und eines an dem Kolben 14 angeordneten Permanentmagneten 22 berührungslos erfassbar. Der Permanentmagnet 22 ist bevorzugt aus einem Material aus der Gruppe der seltenen Erden gebildet und erzeugt eine hohe magnetische Flussdichte beziehungsweise eine hohe magnetische Feldstärke zur Gewährleistung eines hohen Signalpegels des magnetfeldsensitiven Sensorelements 20.
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Der Kolben 12 ist an seiner bodennahen Seite mit einem ersten Endabschnitt 24 einer zylindrischen Kolbenstange 26 fest verbunden. Diese Verbindung ist derart, dass sich der Kolben 12 und die Kolbenstange 26 in Bezug zueinander nicht verdrehen können. Hierzu ist vorgesehen, dass der Kolben 12 an seiner zur Kolbenstange 26 weisenden Seite eine sacklochförmige Vertiefung 31 größeren Durchmessers aufweist. Zudem weist der Kolben 12 eine im Vergleich dazu durchmesserkleinere Durchgangsbohrung 33 auf, welche die sacklochförmige Vertiefung 31 mit einer kolbenstangenfernen Kolbenstirnfläche 72 verbindet. Zudem ist in dem kolbenseitigen ersten Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 eine axiale Gewindesacklochbohrung 68 ausgebildet. Zur Verbindung von Kolben 12 und Kolbenstange 26 ist als Befestigungselement 60 ein Schraubbolzen 62 vorgesehen, welcher durch die Durchgangsbohrung 33 des Kolbens 12 hindurchgeführt und in die Gewindesacklochbohrung 68 der Kolbenstange 26 eingeschraubt ist. Zur Realisierung einer Verdrehsicherung von Kolben und Kolbenstange gegeneinander ist vorgesehen, dass die zueinander koaxialen Längsmittelachsen 70 der Durchgangsbohrung 33 im Kolben 12 und der Gewindesacklochbohrung 68 in der Kolbenstange 26 mit einer Exzentrizität X radial sowie parallel exzentrisch zu den Längsmittelachsen 34 der Kolbenstange 26 und des Kolbens 12 ausgerichtet sind.
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Eine zweite Ausführungsform eines Linearaktors 10 mit den Merkmalen der Erfindung weist gemäß 2 ebenfalls einen zylindrischen Kolben 12 auf, der axial verschiebbar in einem hohlzylindrischen Innenraum 52 des Zylindergehäuse 16 aufgenommen ist. Die möglichen Bewegungsrichtungen des Kolbens 12 sind auch hier durch einen Doppelpfeil 14 angedeutet. Das Zylindergehäuse 16 weist eine hohlzylindrische Innenmantelfläche 18 und an einem axialen Ende einen Boden 19 auf. An seinem zweiten axialen Ende ist das Zylindergehäuse 16 ebenso wie bei dem Beispiel gemäß 1 mit einem Verschlussdeckel 50 verschlossen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein kolbenseitiger erster Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 in eine Vertiefung 31 im Kolben 12 formschlüssig eingesetzt.
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Die jeweilige Axialposition A des Kolbens 12 in dem Zylindergehäuse 16 ist ebenfalls mittels eines gehäusefest angeordneten magnetfeldsensitiven Sensorelements 20 und eines an dem Kolben 14 angeordneten Permanentmagneten 22 berührungslos erfassbar. Der Permanentmagnet 22 ist bevorzugt aus einem Material aus der Gruppe der seltenen Erden gebildet und erzeugt eine hohe magnetische Flussdichte beziehungsweise eine hohe magnetische Feldstärke zur Gewährleistung eines hohen Signalpegels des magnetfeldsensitiven Sensorelements 20.
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Die Kolbenstange 26 ist in einer zylindrischen Durchgangsbohrung 28 im Boden 19 des Zylindergehäuses 16 aufgenommen und dort axial verschiebbar geführt. Mittels des zweiten Endabschnitts 30 der Kolbenstange 26 ist ein in den Zeichnungen lediglich angedeutetes Getriebeelement 32 betätigbar, bei dem es sich zum Beispiel um eine Schaltgabel eines automatisierten Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs handeln kann.
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Erfindungsgemäß ist der zylindrische Kolben 12 bei dieser Ausführungsform mit einer radial parallelen Exzentrizität E an der Kolbenstange 26 befestigt, wobei diese Exzentrizität E zwischen der Längsmittenachse 34 der Kolbenstange 26 und einer zu dieser radial parallelen Längsmittenachse 36 des Zylindergehäuses 16 beziehungsweise des Kolbens 12 verläuft. Dementsprechend ist die zylindrische Durchgangsbohrung 28 im Boden 19 des Zylindergehäuses 16 ebenfalls um die Exzentrizität E in Bezug zur Längsmittenachse 36 des Zylindergehäuses 16 versetzt beziehungsweise außermittig an dem Zylindergehäuse 16 ausgebildet. Die zylindrische Durchgangsbohrung 28 ist jedoch wiederum koaxial zur Längsmittenachse 34 der Kolbenstange 26 positioniert.
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Die Exzentrizität E ist in Bezug zu dem Innendurchmesser DI des Zylindergehäuses 16 klein bemessen, das heißt, dass das nummerische Verhältnis zwischen der Exzentrizität E und dem Innendurchmesser DI des Zylindergehäuses 16 kleiner als 20% ist. Aufgrund der Exzentrizität E kann sich der Kolben 12 im Betrieb des Linearaktors 10 innerhalb des Zylindergehäuses 16 nicht um seine Längsachse drehen, sodass der Magnet 22 stets in einer definierten umfangsseitigen Position in Bezug zu dem magnetfeldsensitiven Sensorelement 20 ausgerichtet bleibt und dieses ordnungsgemäße Signale zur axialen Position des Kolbens 12 innerhalb des Zylindergehäuses 16 erzeugt.
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Der mindestens eine permanentmagnetische Magnet 22 kann aufgrund des verdrehgesicherten Kolbens 12 als im Vergleich zu Ringmagneten kostengünstigerer Segmentmagnet 38 ausgebildet sein und ist in einem radialen, peripheren Außenbereich 40 des Kolbens 12 in diesen integriert. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel schließt der Segmentmagnet 38 bündig mit der radial äußeren Kolbenmantelfläche 42 ab. Der Einsatz von kostenintensiveren, jedoch von einer etwaigen Verdrehung des Kolbens 12 im Zylindergehäuse 16 vollständig unabhängigen Ringmagneten zur Detektion des Axialabstands A beziehungsweise zur Erfassung der aktuellen linearen Position des Kolbens 12 innerhalb des Zylindergehäuses ist daher nicht notwendig.
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Die fluidische Abdichtung des Kolbens 12 gegenüber dem Zylindergehäuse 16 erfolgt mittels eines ersten Dichtelements 44. Die Abdichtung der Kolbenstange 26 geschieht mittels eines zweiten Dichtelements 46 gegenüber der Durchgangsbohrung 28 im Boden 19 des Zylindergehäuses 16. Das offene Ende 48 des Zylindergehäuses 16 ist wie schon erwähnt mittels eines im Wesentlichen scheibenförmigen Verschlussdeckels 50 druckdicht verschlossen. Somit ist der hohlzylindrische und beidseitig verschlossene Innenraum 52 des Zylindergehäuses 16 durch den Kolben 12 in einen ersten Druckraum 54 sowie einen zweiten Druckraum 56 aufgeteilt. Durch wechselseitiges Beaufschlagen der beiden Druckräume 54, 56 mit einem nicht dargestellten Fluid kann der Kolben 12 somit in axialer Richtung, wie mit dem Doppelpfeil 14 angedeutet, hin und her verschoben werden. Hierbei erfolgt vorzugsweise eine permanente Erfassung der aktuellen Axialposition A mithilfe des Segmentmagneten 38 und dem magnetfeldsensitiven Sensorelement 20.
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Der Kolben 12 ist mittels mindestens eines Befestigungselements 60 an dem ersten Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 befestigt. Erkennbar ist das kolbenseitige Ende 24 der Kolbenstange 26 in eine sacklochförmige Vertiefung 31 im Kolben formschlüssig eingesteckt. Das Befestigungselement 60 ist hier beispielhaft ein Schraubbolzen 62 mit einem Schraubbolzenkopf 64 mit einem Au ßenmehrkant 66, wobei der Schraubbolzen 62 ein der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichnetes Außengewinde aufweist. Der Schraubbolzen 62 ist zur Schaffung der mechanischen Verbindung zwischen dem Kolben 12 und der Kolbenstange 26 in eine exzentrisch angeordnete Gewindesackbohrung 68 innerhalb der Kolbenstange 26 eingeschraubt, die ein mit dem Außengewinde des Schraubbolzens 62 korrespondierendes, gleichfalls nicht bezeichnetes Innengewinde aufweist.
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Die Längsmittenachse 70 der Gewindebohrung 66 beziehungsweise des darin eingeschraubten Schraubbolzens 62 verläuft koaxial zur Längsmittenachse 36 des Zylindergehäuses 16, wobei letztere koaxial zu einer der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten Längsmittenachse des Kolbens 12 ausgerichtet ist.
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Der Schraubbolzenkopf 64 ragt axial über die kolbenstangenferne Kolbenstirnfläche 72 hinaus, wodurch sich ein maximaler axialer Verfahrweg des Kolbens 12 um eine axiale Länge h des Schraubbolzenkopfes 64 verringert. Zwischen dem Schraubbolzen 62 und der Gewindesacklochbohrung 68 in der Kolbenstange 26 besteht eine in axialer Richtung hochbelastbare Formschlussverbindung nach Art eines Gewindes mit geeigneter Steigung und Tiefe.
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Gemäß der 2 weist der Kolben 12 zur Ausbildung der Vertiefung 31 und der durchmesserkleineren Durchgangsbohrung 33 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 eine axial durchgehende Stufenbohrung 74 mit einem durchmesserkleineren zylindrischen Abschnitt 76 und einem sich axial daran anschließenden durchmessergrößeren zylindrischen Abschnitt 78 auf. Dabei ist zwischen diesen Abschnitten 74, 76 eine Schulter 80 beziehungsweise ein umlaufender radialer Absatz ausgebildet. Die Schulter 80 verläuft senkrecht zur Längsmittenachse 70 der Gewindesacklochbohrung 68. Innerhalb des durchmessergrößeren Abschnitts 78 der Stufenbohrung 74 ist der erste Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 vorzugsweise unter Schaffung eines zumindest geringfügigen Pressschlusses wenigstens bereichsweise formschlüssig aufgenommen. Der kolbennahe axiale Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 stützt sich zugleich axial an der Schulter 80 der Stufenbohrung 74 ab. Der durchmesserkleinere Abschnitt 76 der Stufenbohrung 74 dient zur axialen Durchführung des Schraubbolzens 62 unter Beibehaltung eines schmalen Ringspalts 86.
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Um ein unbeabsichtigtes Lösen des Kolbens 12 von der Kolbenstange 26 zu vermeiden, ist ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Sicherungsmittel vorgesehen. Bei diesem Sicherungsmittel kann es sich um ein rein mechanisches Sicherungsmittel, wie zum Beispiel ein Sicherungsblech, einen Splint, einen Sicherungsring, einen Sicherungsstift oder dergleichen handeln.
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Ergänzend oder alternativ kann das Sicherungsmittel auch aus einem polymeren und zumindest teilweise aushärtenden, anfänglich noch fließfähigen Schraubensicherungsmittel bestehen, dass bevorzugt vor dem Einschrauben des Schraubbolzens 62 in die exzentrische Gewindesacklochbohrung 68 der Kolbenstange 26 zumindest bereichsweise in diese einbringbar ist.
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Die 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Linearaktor 100 gemäß einer dritten Ausführungsform, der sehr weitgehend die gleichen konstruktiven Merkmale aufweist wie der Linearaktor 10 gemäß 2. So weist dieser Linearaktor 100 ebenfalls das schon erläuterte Zylindergehäuse 16 auf, in dem der Kolben 12 mit dem ersten, kolbennahen Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 fest verbunden ist, und bei dem die Kolbenstange 26 axial durch die Durchgangsbohrung 28 im Boden 19 des Zylindergehäuses 16 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Längsmittenachsen 36 des Kolbens 12 und des Gehäuses 16 weichen dabei um eine Exzentrizität E von der Längsmittenachse 34 der Kolbenstange 26 ab.
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Aufgrund dieser Exzentrizität E ist jede Rotation des Kolbens 12 und der Kolbenstange 26 innerhalb des Zylindergehäuses 16 verlässlich und insbesondere ohne das Erfordernis aufwendiger zusätzlicher Konstruktionskomponenten oder externer Führungsmittel ausgeschlossen. Insoweit ist auch bei diesem Linearaktor 100 immer eine unveränderliche umfangsseitige Ausrichtung des Segmentmagneten 38 in Bezug zu dem magnetfeldsensitiven Sensorelement 20 sichergestellt. Die Messung des Axialabstands A beziehungsweise der axialen Position des Kolbens 12 in Bezug zum Zylindergehäuse 16 erfolgt entsprechend mit dem magnetfeldsensitiven Sensorelement 22 und dem Permanentmagneten 22 beziehungsweise mit dem Segmentmagneten 38.
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Als Befestigungselement 102 zur Verbindung des Kolbens 12 mit der Kolbenstange 26 ist hier wiederum ein Schraubbolzen 104 mit einem der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten Außengewinde vorgesehen, der jedoch im Unterschied zur Ausführungsform des Linearaktors 10 gemäß 2 über einen versenkbaren, kegelstumpfförmigen Schraubbolzenkopf 106 mit einem hier lediglich exemplarisch gezeigten Innenmehrkant 108 verfügt. Der Schraubbolzen 104 ist koaxial zu der Längsmittenachse 70 der Gewindesacklochbohrung 68 in der Kolbenstange 26 angeordnet. Diese Längsmittenachse 70 ist koaxial zur Längsmittenachse 36 des Zylindergehäuses 16 und der Längsmittenachse des Kolbens 12 ausgerichtet. Der versenkbare Schraubbolzenkopf 106 des Schraubbolzens 104 schließt hier bündig mit der kolbenstangenfernen Kolbenstirnfläche 72 des Kolbens 12 ab.
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Als ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform gemäß 2 weist eine den Kolben 12 zur Aufnahme des Schraubbolzens 102 axial vollständig durchsetzende Stufenbohrung 112 einen konischen ersten Abschnitt 114 und einen sich axial daran anschließenden zylindrischen, kolbenstangennahen zweiten Abschnitt 116 auf, zwischen denen eine radiale Schulter 118 ausgebildet ist. Diese Schulter 118 verfügt aufgrund der Exzentrizität E über eine axial unterschiedliche radiale Höhe B und verläuft wiederum senkrecht zu der Längsmittenachse 70 der Gewindesackbohrung 68 beziehungsweise zu der Längsmittenachse des Schraubbolzens 104. Die Konizität des Schraubbolzenkopfes 106 korrespondiert bevorzugt mit der des ersten Abschnitts 114 der Stufenbohrung 112, so dass der Schraubbolzenkopf 106 im Idealfall vollständig formschlüssig im konischen ersten Abschnitt 114 der Stufenbohrung 112 aufgenommen ist.
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Der erste Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 ist in dem zylindrischen zweiten Abschnitt 116 der Stufenbohrung 112 des Schraubbolzens 102 zumindest bereichsweise formschlüssig aufgenommen und liegt zusätzlich axial an der Schulter 118 an. Zwischen dem in der planen Kolbenstirnfläche 72 versenkten Schraubbolzenkopf 106 mit einer näherungsweisen trapezförmigen Querschnittsgeometrie, dem Kolben 12, dem ersten Endabschnitt 24 der Kolbenstange 26 sowie einem gewindefreien zylindrischen Schaftabschnitt 120 des Schraubbolzens 102 besteht ferner ein schmaler Ringspalt 122, welcher ein sicheres Festschrauben des Schaubbolzens 102 ermöglicht.
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Hinsichtlich der weiteren technischen Details ist die zweite Ausführungsform des Linearaktors 100 konstruktiv identisch mit der zweiten Ausführungsform des Linearaktors gemäß 2, so dass an dieser Stelle auf die dazu gemachten Erläuterungen verweisen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearaktor (erste Ausführungsform)
- 10
- Linearaktor (zweite Ausführungsform)
- 12
- Kolben
- 14
- Doppelpfeil, axialer Verschiebeweg
- 16
- Zylindergehäuse
- 18
- Hohlzylindrische Innenmantelfläche des Zylindergehäuses
- 19
- Boden des Zylindergehäuses
- 20
- Magnetfeldsensitives Sensorelement
- 22
- Magnet
- 24
- Erster Endabschnitt der Kolbenstange
- 26
- Kolbenstange
- 28
- Durchgangsbohrung
- 30
- Zweiter Endabschnitt der Kolbenstange
- 31
- Sacklochförmige Vertiefung im Kolben bzw. Teil einer Stufenbohrung
- 32
- Zu betätigendes Bauteil, Getriebeelement
- 33
- Durchmesserkleinere Durchgangsbohrung bzw. Teil einer Stufenbohrung
- 34
- Längsmittenachse der Kolbenstange
- 36
- Längsmittenachse der zylindrischen Innenmantelfläche des Zylindergehäuses
- 38
- Segmentmagnet
- 40
- Radialer Außenbereich des Kolbens
- 42
- Kolbenmantelfläche
- 44
- Erstes Dichtelement Kolben
- 46
- Zweites Dichtelement der Kolbenstange
- 48
- Offenes Ende des Zylindergehäuses
- 50
- Verschlussdeckel
- 52
- Innenraum des Zylindergehäuses
- 54
- Erster Druckraum
- 56
- Zweiter Druckraum
- 60
- Befestigungselement
- 62
- Schraubbolzen
- 64
- Schraubbolzenkopf
- 66
- Außenmehrkant
- 68
- Gewindesacklochbohrung
- 70
- Längsmittenachse der Gewindebohrung in der Kolbenstange
- 72
- Kolbenstirnfläche
- 74
- Stufenbohrung
- 76
- Durchmesserkleinerer Abschnitt der Stufenbohrung
- 78
- Durchmessergrößerer Abschnitt der Stufenbohrung
- 80
- Schulter
- 86
- Ringspalt
- 100
- Linearaktor (dritte Ausführungsform)
- 102
- Befestigungselement
- 104
- Schraubbolzen
- 106
- Versenkbarer Schraubbolzenkopf des Schraubbolzens
- 108
- Innenmehrkant am Schraubbolzenkopf
- 112
- Stufenbohrung
- 114
- Konischer Abschnitt der Stufenbohrung des Kolbens
- 116
- Zylindrischer Abschnitt der Stufenbohrung 112 des Kolbens
- 118
- Schulter
- 120
- Gewindefreier Schaftabschnitt des Schraubbolzens
- 122
- Ringspalt
- A
- Axialabstand
- B
- Radiale Höhe der Schulter
- DI
- Innendurchmesser des Zylindergehäuses
- E
- Exzentrizität Kolbenstange zu Kolben
- h
- Axiale Länge des Schraubbolzenkopfes
- X
- Exzentrizität Befestigungselement 60 zu Kolben und Kolbenstange
