-
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zum Betätigen eines Ventils.
-
Ein elektromagnetischer Aktuator umfasst üblicherweise eine Spule und einen beweglichen Anker. Die Spule und der Anker stellen wesentliche Komponenten einer Elektromagnetkomponente des elektromagnetischen Aktuators dar. Zum Bewegen des Ankers wird die Spule mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird, in dem der Anker eine beschleunigende magnetische Kraft erfährt.
-
Im Einzelnen umfasst der elektromagnetische Aktuator mindestens ein Gehäuse mit einer Deckwand und einem der Deckwand gegenüberliegenden Joch mit einem Durchlass, einen Spulenkörper, der in dem Gehäuse zwischen der Deckwand und dem Joch angeordnet ist und einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, eine Spulenwicklung, die an einer Außenseite des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist, und einen Anker, der in dem rohrförmigen Abschnitt entlang einer Bewegungsrichtung beweglich angeordnet ist. Der Anker erstreckt sich durch den Durchlass des Jochs und steht von diesem nach außen vor. Der Anker ist in dem rohrförmigen Abschnitt des Spulenkörpers in einer Bewegungsrichtung verschiebbar gelagert. Der Anker und das Joch bilden Komponenten eines magnetischen Kreises des elektromagnetischen Aktuators.
-
Zum Betätigen eines Ventils werden der elektromagnetische Aktuator und das Ventil relativ zueinander gewöhnlich derart angeordnet, dass der Anker des elektromagnetischen Aktuators mit einem Stößel in Eingriff ist, der wiederum mit einer Ventilkomponente, etwa einem Nippel des Ventils, in einer festen Positionsbeziehung steht. Auf diese Weise kann der Anker des Aktuators die Ventilkomponente mittels des Stößel in der Bewegungsrichtung verschieben, wodurch das Ventil betätigt, d.h. wahlweise geöffnet oder geschlossen wird.
-
Bei elektromagnetischen Aktuatoren, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist zwischen dem Anker und einer Innenfläche des Durchlasses ein sogenannter Sekundärluftspalt gebildet. Eine Spaltbreite des Sekundärluftspalts muss einerseits so groß gewählt sein, dass der Anker keinesfalls mit dem Joch in Anlage kommt, wodurch der Anker und somit der elektromagnetische Aktuator beschädigt oder zerstört werden würde. Durch den erforderlichen Sekundärluftspalt wird aber andererseits ein magnetischer Fluss in dem magnetischen Kreis gestört, wodurch ein Wirkungsgrad des elektromagnetischen Aktuators verringert ist.
-
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, welcher hinsichtlich der erwähnten Nachteile verbessert ist und eine lange Lebensdauer aufweist.
-
Dies wird erfindungsgemäß durch einen elektromagnetischen Aktuator gemäß Hauptanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zum Betätigen eines Ventils, mindestens umfassend ein Gehäuse mit einer Deckwand und einem der Deckwand gegenüberliegenden Joch, einen in dem Gehäuse zwischen der Deckwand und dem Joch angeordneten Spulenkörper mit einem rohrförmigen Abschnitt, an dessen Außenseite eine Spulenwicklung angeordnet ist, und einen Anker, der in dem rohrförmigen Abschnitt entlang einer Bewegungsrichtung beweglich angeordnet ist. Die genannten Komponenten und ihre relative Anordnung sind bei einer Vielzahl von elektromagnetischen Aktuatoren gegeben. Entsprechend finden sich für die Erfindung zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.
-
Erfindungsgemäß ist ein in das Joch eingesetztes Lagerelement mit einem Durchlass vorgesehen, in dem der Anker in der Bewegungsrichtung verschiebbar gelagert ist. Das Lagerelement erlaubt ein präzises Führen des Ankers im Bereich des Jochs und verhindert zuverlässig, dass der Anker mit dem Joch in Anlage kommt. Dadurch ist die Lebensdauer des elektromagnetischen Aktuators verlängert. Zudem kann dank der präzisen Führung die Spaltbreite des Sekundärluftspalts verringert und optimiert sein, wodurch der magnetische Fluss in dem magnetischen Kreis des elektromagnetischen Aktuators vergrößert ist. Der vergrößerte magnetische Fluss geht mit einem stärkeren Magnetfeld einher und erhöht entsprechend den Wirkungsgrad des elektromagnetischen Aktuators.
-
Der Vorschlag kombiniert daher geschickterweise eine erhebliche Erhöhung der Lebenszeit des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators mit einem besseren Wirkungsgrad desselben.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Lagerelement als eine Scheibe oder als eine Hülse ausgebildet ist. Unter einer Scheibe wird ein flaches Lagerelement verstanden, dessen Haupterstreckungsrichtung quer, insbesondere senkrecht zu der Bewegungsrichtung ist. Dagegen ist eine Hülse zylinderförmig und weist eine in der Bewegungsrichtung genommene Querschnittsfläche auf, die sich hauptsächlich in der Bewegungsrichtung erstreckt. Entsprechend beanspruchen Scheiben bezogen auf die Bewegungsrichtung geringen Bauraum. Hülsen stellen hingegen eine größere Führungslänge für den Anker bereit. Scheiben oder Hülsen sind einfach und kostengünstig herstellbar.
-
Bevorzugt weist das Joch an einer Außenseite des Gehäuses eine Ausnehmung auf, in die das Lagerelement eingesetzt ist, insbesondere angespritzt oder eingespritzt ist. Die Ausnehmung erleichtert ein Positionieren des Lagerelements. Zudem kann das Lagerelement in der Ausnehmung beispielsweise mittels einer Presspassung gehalten sein.
-
Idealerweise umfasst das Lagerelement einen Kunststoff, ein Gleitmaterial, PTFE, einen Kompositwerkstoff oder ein Metall oder besteht daraus. Diese Werkstoffe sind einfach zu verarbeiten und können Verluste infolge von Reibung zwischen dem Anker und dem Lagerelement verringern. Entsprechend ist der Wirkungsgrad des elektromagnetischen Aktuators erhöht.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform fluchtet eine Außenfläche des Lagerelements mit einer Außenfläche des Jochs oder steht das Lagerelement aus dem Joch in der Bewegungsrichtung vor. Lagerelemente in Form einer Scheibe können innerhalb einer Ausnehmung geringer Tiefe vollständig angeordnet sein, während Lagerelemente in Form einer Hülse bei einer üblichen Dicke des Jochs zumeist teilweise außerhalb der Ausnehmung angeordnet sind. Selbstverständlich umfasst der Vorschlag aber auch eine Lösung, bei welchem die Außenfläche des Lagerelementes gegenüber der Außenfläche des Jochs zurücksteht.
-
Des Weiteren ist günstiger Weise vorgesehen, dass der Anker einen sich in der Bewegungsrichtung erstreckenden stabförmigen Abschnitt und an einem freien Ende des stabförmigen Abschnitts einen plattenförmigen Abschnitt aufweist, der sich rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung erstreckt und eine erste Stirnfläche des Ankers aufweist. Anders gesagt weist der Anker eine Gestalt einer Niete oder eines Pilzes auf, wobei der plattenförmige Abschnitt dem Pilzkopf und der stabförmige Abschnitt dem Pilzfuß entspricht. Anker dieser Gestalt lassen sich einfach und kostengünstig herstellen.
-
Geschickter Weise ist vorgesehen, dass in einer an der Deckwand anliegenden Anlagefläche des Spulenkörpers eine Ausnehmung ausgebildet ist, in welcher der plattenförmige Abschnitt des Ankers angeordnet ist. Die Ausnehmung bewirkt, dass das Gehäuse des elektromagnetischen Aktuators und damit seine Ausdehnung in der Bewegungsrichtung des Ankers nicht vergrößert werden muss, um den nieten- oder pilzförmigen Anker in dem Gehäuse anzuordnen.
-
In weiteren Ausführungsformen ist eine in der Bewegungsrichtung gemessene Tiefe der Ausnehmung größer als eine Dicke des plattenförmigen Abschnitts. Dies bedeutet, dass bei der gegebenen Dicke des plattenförmigen Abschnitts die Tiefe der Ausnehmung einen Hub des Ankers definiert.
-
Bevorzugt weist der elektromagnetische Aktuator eine erste Endposition des Ankers, in welcher der Anker an einer Innenfläche der Deckwand anliegt, und eine in der Bewegungsrichtung beabstandete zweite Endposition des Ankers auf, in welcher der Anker von der Innenfläche der Deckwand beabstandet ist und zwischen der Innenfläche der Deckwand und der ersten Stirnfläche des Ankers ein Arbeitsspalt gebildet ist. Die beiden Endpositionen definieren einen Hub des Ankers.
-
Geschickter Weise umfasst der elektromagnetische Aktuator ein Rückstellelement, das den Anker in die zweite Endposition vorspannt. Wenn der Aktuator in die zweite Endposition vorgespannt ist, wird der Anker mittels des von der Spulenwicklung erzeugten Magnetfelds in die erste Endposition beschleunigt. Aufgrund der Vorspannung kehrt er in die zweite Endposition zurück, wenn die Spule kein Magnetfeld erzeugt. Auf diese Weise kann ein Umpolen des durch die Spulenwicklung fließenden Stroms unterbleiben, wodurch die elektrische Beschaltung des elektromagnetischen Aktuators vereinfacht ist. Zudem ist keine elektrische Energie erforderlich, um den Anker in der zweiten Endposition zu halten. Dies wirkt sich günstig auf den Energieverbrauch des elektromagnetischen Aktuators aus. Selbstverständlich ist es gleichwirkend möglich, den Anker mittels des Rückstellelements in die erste Endposition vorzuspannen.
-
Vorteilhaft ist das in das Joch eingesetzte Lagerelement von dem Rückstellelement gehalten. Mit anderen Worten stellt das Rückstellelement sicher, dass das Lagerelement in der Ausnehmung fixiert ist.
-
Das Rückstellelement stützt sich bevorzugt an dem Lagerelement ab. Damit erfüllt das Rückstellelement eine doppelte Funktion, nämlich das Vorspannen des Ankers und das Fixieren des Rückstellelements, wodurch die Herstellung des elektromagnetischen Aktuators vereinfacht ist.
-
Das Lagerelement kann an einer Außenseite eine Ausnehmung aufweisen, in der das Rückstellelement angeordnet und zentriert ist. Dank der Ausnehmung ist das darin angeordnete Rückstellelement zuverlässig positioniert.
-
Des Weiteren ist bevorzugt, dass an einem aus dem Joch vorstehenden Ende des Ankers eine Ringschulter vorgesehen ist und sich das Rückstellelement zwischen dem Lagerelement, insbesondere einem Boden der Ausnehmung, und der Ringschulter abstützt. Das Rückstellelement kann in diesen Ausführungsformen komprimiert zwischen dem Joch und der Ringschulter eingespannt sein und sich entspannen, indem es den Anker von dem Joch weg in die zweite Endposition drückt.
-
In einer weiteren Ausgestaltungen umfasst der elektromagnetische Aktuator eine auf den Anker im Bereich einer der ersten Stirnfläche gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche aufgeschobene und mit dem Anker insbesondere kraftschlüssig verbundene Ankerkappe, welche die Ringschulter aufweist. Entsprechend ist die Ringschulter nicht einteilig mit dem Anker ausgebildet. Die Ankerkappe ist mittels einer Presspassung an dem Anker gehalten, um ein Verschieben der Ankerkappe relativ zu dem Anker in der Bewegungsrichtung auszuschließen. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Ankerkappe auch auf andere Weise mit dem Anker verbunden sein kann, um denselben Zweck zu erreichen. Ebenso erkennt der Fachmann, dass anstelle einer Ankerkappe auch eine Komponente abweichender Gestalt vorgesehen sein kann, welche die Ringschulter aufweist.
-
Bevorzugt ist das Rückstellelement elastisch ausgebildet und als eine Feder vorgesehen, insbesondere als eine Spiralfeder oder eine Kegeldruckfeder. Spiral- oder Kegeldruckfedern sind besonders einfach und kostengünstig herstellbare und montierbare Rückstellelemente.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Anker einen Einstich auf, in dem sich das Rückstellelement abstützt. Unter einem Einstich wird eine ringförmige Ausnehmung, d.h. eine Ringnut, verstanden, welche in einer seitlichen Umfangsfläche des Ankers ausgebildet ist und sich in einer Umfangsrichtung des Ankers erstreckt. Der Einstich kann im Bereich der zweiten Stirnfläche des Ankers vorgesehen sein.
-
Günstigerweise umfassen das Gehäuse, der Anker und/oder das Joch ein weichmagnetisches Material oder bestehen daraus. Die genannten Komponenten bilden gemeinsam den magnetischen Kreis des elektromagnetischen Aktuators. Weichmagnetische Materialien ermöglichen einen starken magnetischen Fluss, wodurch ein Wirkungsgrad des elektromagnetischen Aktuators erhöht ist.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Anker an einer Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts des Spulenkörpers in der Bewegungsrichtung verschiebbar gelagert ist. Auf diese Weise erfüllt der Spulenkörper eine doppelte Funktion. Zum einen hält er die Spulenwicklung, zum anderen lagert er den Spulenkörper beweglich. Damit bildet der Spulenkörper ein zweites Lager für den Anker.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens die Länge der Spulenwicklung, vorzugsweise die gesamte Länge des rohrförmigen Abschnitts als Lager für den Anker dient. Dies wirkt einem Verkippen des Ankers relativ zu der Bewegungsrichtung wirksam entgegen.
-
Alternativ können ein in das Joch eingesetztes Lagerelement und (nur) ein von dem Lagerelement abgewandter Endbereich des rohrförmigen Abschnittes als Lager für den den Anker dienen und ein dem Lagerelement zugewandter Bereich des rohrförmigen Abschnittes nicht als Lager für den Anker dienen. Bei dieser Variante ist der Anker lediglich an zwei in der Bewegungsrichtung beabstandeten Punkten gelagert. Dadurch ist eine Reibung zwischen dem Anker und dem Lager verringert, was mit einem erhöhten Wirkungsgrad des elektromagnetischen Aktuators einhergeht.
-
Der Spulenkörper kann einen Kunststoff umfassen oder daraus bestehen. Kunststoffe ermöglichen eine kostengünstige und einfache Herstellung von Formteilen wie Spulenkörpern. Zudem beeinflussen sie nicht den magnetischen Fluss, so dass dessen Stärke und Richtung ausschließlich durch Komponenten aus weichmagnetischen Materialien bestimmt ist.
-
Des weiteren ist vorgesehen, dass eine zu der ersten Stirnfläche parallele Querschnittsfläche des Ankers eine kreisrunde, ovale, vieleckige, rechteckige oder quadratische Außenkontur aufweist. Selbstverständlich kann die Außenkontur der Querschnittsfläche auch beliebig abweichend von den genannten Formen ausgebildet sein. Vorteile bei der Herstellung und Montage können Anker bieten, bei welchen die erste Stirnfläche und die zu dieser parallele Querschnittsfläche kongruent ausgebildet sind.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Innenkontur des rohrförmigen Abschnittes der Außenkontur des stabförmigen Abschnitts angepasst ist. Auf diese Weise ist der Anker durch den rohrförmigen Abschnitt des Spulenkörpers quer zu der Bewegungsrichtung zentriert.
-
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene elektromagnetische Aktuator wird vorzugsweise zum Beispiel bei einem Elektromagnetventil, einem Elektromagneten oder einem elektromagnetisch betätigten Haltemagneten eingesetzt. Diese Beispiele beschränken nicht den Einsatzbereich der Erfindung.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine seitliche Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine seitliche Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine seitliche Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine seitliche Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Aktuators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
-
Die 1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der zum Betätigen eines Ventils beispielsweise über einen Stößel mit einer Ventilkomponente des Ventils verbunden ist. Der Aktuator 1 umfasst ein Gehäuse 10 aus einem weichmagnetischen Material mit einer Deckwand 11 und ein Joch 20 aus einem weichmagnetischen Material. Das Joch 20 ist gegenüber der Deckwand 11 des Gehäuses 10 angeordnet und plattenförmig ausgebildet, kann aber auch eine abweichende Gestalt haben. Ferner weist das Joch 20 einen zentralen Durchlass 22 auf und einen Durchzug 21, welcher ausgehend von einem Rand des Durchlasses 22 in Richtung der Deckwand 11 vorsteht und einen magnetischen Fluss zwischen dem Joch 20 und dem Anker 40 vergrößert. An einer Außenseite des Gehäuses 10 ist eine Ausnehmung 23 ausgebildet, welche an dem Rand des Durchlasses 22 angeordnet ist und eine den Durchlass 22 umlaufende Stufe bildet.
-
Überdies umfasst der elektromagnetische Aktuator ein Lagerelement 60 aus einem Gleitmaterial, das als eine Scheibe ausgebildet ist. Das Lagerelement weist einen Durchlass 61 auf und ist in die Ausnehmung 23 des Jochs 20 eingesetzt. Alternativ kann das Lagerelement 20 eine Kunststoff, PTFE, einen Kompositwerkstoff oder ein Metall umfassen oder daraus bestehen. Eine Außenfläche 63 des Lagerelements 60 fluchtet mit einer Außenfläche 24 des Jochs 20. Das Lagerelement 60 weist zudem an einer Außenseite eine Ausnehmung 62 auf.
-
Ferner umfasst der elektromagnetische Aktuator 1 einen Spulenkörper 30 aus einem Kunststoff. Der Spulenkörper 30 weist einen rohrförmigen Abschnitt 31 auf, der sich in einer Bewegungsrichtung 2 erstreckt. Der Spulenkörper 30 ist zwischen der Deckwand 11 und dem Joch 20 angeordnet und weist ferner eine Anlagefläche auf, welche mit einer Innenfläche des Jochs 20 in Anlage ist. Zudem umfasst der elektromagnetische Aktuator 1 eine Spulenwicklung 32, die an der Außenseite des rohrförmigen Abschnittes 31 angeordnet ist.
-
Der elektromagnetische Aktuator 1 umfasst weiterhin einen Anker 40 aus einem weichmagnetischen Material, der in dem rohrförmigen Abschnitt 31 entlang der Bewegungsrichtung 2 beweglich angeordnet ist. Der Anker 40 erstreckt sich durch den Durchlass 22 und das Lagerelement 60 und steht aus dem Joch 20 in der Bewegungsrichtung 2 nach außen vor. Der Anker 40 weist einen sich in der Bewegungsrichtung 2 erstreckenden stabförmigen Abschnitt 41 und einen plattenförmigen Abschnitt 42 auf, der an einem freien Ende des stabförmigen Abschnitts 41 ausgebildet ist und sich rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung 2 erstreckt.
-
Der plattenförmige Abschnitt 42 bildet eine erste Stirnfläche 43 des Ankers 40. Die erste Stirnfläche 43 ist größer als eine zu der ersten Stirnfläche 43 parallele Querschnittsfläche des stabförmigen Abschnittes 41 und als eine der ersten Stirnfläche 43 gegenüberliegende zweite Stirnfläche 44 des Ankers 40. Eine in der Bewegungsrichtung 2 genommene Querschnittsfläche des Ankers 40 weist entsprechend eine T-Form auf. Die erste Stirnfläche 43 ist vorliegend etwa viermal so groß wie, d.h. 300% größer als die parallele Querschnittsfläche des stabförmigen Abschnitts 41 oder die zweite Stirnfläche 44. Die erste Stirnfläche 43 hat eine rechteckige Außenkontur, deren Ecken abgerundet sind, und die zweite Stirnfläche 44 sowie die parallele Querschnittsfläche des stabförmigen Abschnitts 41 haben eine ovale Außenkontur. In weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Stirnfläche mindestens 70%, 80%, 120%, 150%, 170%, 200%, 250% oder 300 % größer ist als die Querschnittsfläche des rohrförmigen Abschnittes. Selbstverständlich ist es möglich, dass die erste Stirnfläche 43 auch eine kreisrunde oder auch ovale, aber auch eckige Außenkontur besitzt.
-
In einer an der Deckwand 11 anliegenden Anlagefläche 33 des Spulenkörpers 30 ist eine Ausnehmung 34 ausgebildet, in welcher der plattenförmige Abschnitt 42 des Ankers 40 angeordnet ist. Die Ausnehmung 34 hat eine Innenkontur, die zur der Außenkontur des plattenförmigen Abschnitts 42 korrespondiert. Eine in der Bewegungsrichtung 2 gemessene Tiefe der Ausnehmung 34 ist dabei größer als eine Dicke des plattenförmigen Abschnitts 42. Auf diese Weise ist ein Arbeitsspalt 3 zwischen der ersten Stirnfläche 43 des Ankers 40 und der Innenfläche der Deckwand 11 vorgesehen.
-
Der elektromagnetische Aktuator definiert eine erste Endposition des Ankers 40, in welcher der Anker 40 an einer Innenfläche der Deckwand 11 anliegt, und eine in der Bewegungsrichtung 2 beabstandete zweite Endposition des Ankers 40, in welcher der Anker 40 von der Innenfläche der Deckwand 11 beabstandet ist und zwischen der Innenfläche der Deckwand 11 und der ersten Stirnfläche 43 des Ankers 40 der Arbeitsspalt 3 gebildet ist. Eine in der Bewegungsrichtung 2 gemessene Breite des Arbeitsspalts 3 bestimmt einen Hub des Ankers 40.
-
Ebenso ist eine Innenkontur des rohrförmigen Abschnittes 31 der Außenkontur des stabförmigen Abschnitts 41 angepasst, so dass der Anker 40 an einer Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts 31 des Spulenkörpers 30 in der Bewegungsrichtung 2 verschiebbar gelagert ist. Dabei dient die gesamte Länge des rohrförmigen Abschnitts 31 als Lager für den Anker 40.
-
Der elektromagnetische Aktuator 1 umfasst eine Ankerkappe 48, die auf das aus dem Joch vorstehende Ende des Ankers 40 aufgeschoben und mit dem Anker 40 kraftschlüssig verbunden ist. Die Ankerkappe 48 weist eine Ringschulter 49 auf, die entsprechend im Bereich der zweiten Stirnfläche 44 des Ankers 40 vorgesehen ist.
-
Ferner umfasst der elektromagnetische Aktuator 1 ein Rückstellelement 50, das den Anker 40 in die zweite Endposition vorspannt. Das Rückstellelement 50 ist elastisch ausgebildet und als eine Spiralfeder vorgesehen. Es ist in der Ausnehmung 62 angeordnet und darin zentriert und stützt sich zwischen dem in das Joch 20 eingesetzten Lagerelement 60, genauer gesagt zwischen dem Boden der Ausnehmung 62, und der Ringschulter 49 ab. Alternativ kann der Anker 40 einen Einstich aufweisen, in dem sich das Rückstellelement 50 abstützt. Auf diese Weise ist das in das Joch 20 eingesetzte Lagerelement 60 von dem Rückstellelement 50 gehalten. Stattdessen kann das Lagerelement 60 auch in die Ausnehmung 23 des Jochs 20 eingespritzt oder an das Joch 20 angespritzt sein.
-
Während des Betriebs des elektromagnetischen Aktuators 1 wird der Anker 40 von dem Rückstellelement 50 in der zweiten Endposition gehalten, in welcher der plattenförmige Abschnitt 42 mit dem Boden der Ausnehmung 34 in Anlage ist. Die zweite Endposition stellt den Ruhezustand des elektromagnetischen Aktuators 1 dar. Wenn die Spulenwicklung 32 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird, wird der Anker 40 in Richtung der ersten Endposition, in welcher der Abschnitt 42 mit der Innenfläche der Deckwand 11 in Anlage ist, beschleunigt und verbleibt in dieser, solange der elektrische Strom durch die Spulenwicklung 32 fließt. Nach einem Abschalten des elektrischen Stroms wird der Anker 40 von dem Rückstellelement 50 zurück in die zweite Endposition beschleunigt.
-
Die 2 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der elektromagnetische Aktuator 1 besitzt denselben Grundaufbau wie der in 1 gezeigte elektromagnetische Aktuator. Im Unterschied zu diesem weist das Joch 20 keinen Durchzug 21 auf.
-
Die 3 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Der elektromagnetische Aktuator 1 besitzt denselben Grundaufbau wie der in 2 gezeigte elektromagnetische Aktuator. Im Unterschied zu diesem ist das Lagerelement 60 als eine Hülse ausgebildet und steht aus dem Joch 20 in der Bewegungsrichtung 2 nach außen vor.
-
Die 4 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Der elektromagnetische Aktuator 1 besitzt denselben Grundaufbau wie der in 3 gezeigte Aktuator. Im Unterschied zu diesem dienen das Lagerelement 60 und ein von dem Lagerelement 60 abgewandter Endbereich des rohrförmigen Abschnittes 31 als Lager für den Anker 40, während ein dem Lagerelement 60 zugewandter Bereich des rohrförmigen Abschnittes 31 nicht als Lager für den Anker 40 dient. Mit anderen Worten bilden das Lagerelement 60 und der von diesem abgewandte Endbereich des rohrförmigen Abschnittes 31 ein Zweipunktlager für den Anker 40.
-
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1 besteht darin, dass dank des Lagerelements 60 der Anker 40 im Bereich des Jochs 20 präzise geführt ist. Infolgedessen ist zuverlässig ausgeschlossen, dass Anker 40 mit dem Joch 20 in Anlage kommt. Zudem ist der Sekundärluftspalt zwischen dem Joch 20 und dem Anker 40 verringert, weshalb der magnetische Fluss zwischen dem Joch 20 und dem Anker 40 vergrößert ist. Dadurch sind die Lebensdauer sowie der Wirkungsgrad des elektromagnetischen Aktuators 1 erhöht.
-
Nachfolgend werden mögliche Merkmale des Vorschlages strukturiert wiedergegeben. Die nachfolgenden strukturiert wiedergegebenen Merkmale können beliebig untereinander kombiniert werden und können in beliebiger Kombination in die Ansprüche der Anmeldung aufgenommen werden. Dem Fachmann ist klar, daß sich die Erfindung bereits aus dem Gegenstand mit den wenigsten Merkmalen ergibt. Insbesondere sind nachfolgend vorteilhafte oder mögliche Ausgestaltungen, nicht jedoch die einzig möglichen Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
-
Die Erfindung umfasst:
- Einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zum Betätigen eines Ventils, mindestens umfassend ein Gehäuse mit einer Deckwand und einem der Deckwand gegenüberliegenden Joch, einen in dem Gehäuse zwischen der Deckwand und dem Joch angeordneten Spulenkörper mit einem rohrförmigen Abschnitt, an dessen Außenseite eine Spulenwicklung angeordnet ist, und einen Anker, der in dem rohrförmigen Abschnitt entlang einer Bewegungsrichtung beweglich angeordnet ist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei das Lagerelement als eine Scheibe oder als eine Hülse ausgebildet ist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei das Joch an einer Außenseite des Gehäuses eine Ausnehmung aufweist, in die das Lagerelement eingesetzt ist, insbesondere angespritzt oder eingespritzt ist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei das Lagerelement einen Kunststoff, ein Gleitmaterial, PTFE, einen Kompositwerkstoff oder ein Metall umfasst oder daraus besteht.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei eine Außenfläche des Lagerelements mit einer Außenfläche des Jochs fluchtet oder das Lagerelement aus dem Joch in der Bewegungsrichtung vorsteht.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei der Anker einen sich in der Bewegungsrichtung erstreckenden stabförmigen Abschnitt und an einem freien Ende des stabförmigen Abschnitts einen plattenförmigen Abschnitt aufweist, der sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung erstreckt und die erste Stirnfläche des Ankers aufweist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei in einer an der Deckwand anliegenden Anlagefläche des Spulenkörpers eine Ausnehmung ausgebildet ist, in welcher der plattenförmige Abschnitt des Ankers in der Bewegungsrichtung verschiebbar angeordnet ist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei eine in der Bewegungsrichtung gemessene Tiefe der Ausnehmung größer ist als eine Dicke des plattenförmigen Abschnitts.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator mit einer ersten Endposition des Ankers, in welcher der Anker an einer Innenfläche der Deckwand anliegt, und einer in der Bewegungsrichtung beabstandeten zweiten Endposition des Ankers, in welcher der Anker von der Innenfläche der Deckwand beabstandet ist und zwischen der Innenfläche der Deckwand und der ersten Stirnfläche des Ankers ein Arbeitsspalt gebildet ist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator mit einem Rückstellelement, das den Anker in die zweite Endposition vorspannt.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei sich das Rückstellelement an dem Lagerelement abstützt.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei an einem aus dem Joch vorstehenden Ende des Ankers eine Ringschulter vorgesehen ist und sich das Rückstellelement zwischen dem Lagerelement, insbesondere einem Boden der Ausnehmung, und der Ringschulter abstützt.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator mit einer auf das aus dem Joch vorstehende Ende des Ankers aufgeschobenen und mit dem Anker insbesondere kraftschlüssig verbundenen Ankerkappe, welche die Ringschulter aufweist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei das Rückstellelement elastisch ausgebildet und als eine Feder vorgesehen ist, insbesondere als eine Spiralfeder oder eine Kegeldruckfeder.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei der Anker einen Einstich aufweist, in dem sich das Rückstellelement abstützt.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei das Gehäuse, der Anker und/oder das Joch ein weichmagnetisches Material umfassen oder daraus bestehen.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei der Anker an einer Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts des Spulenkörpers in der Bewegungsrichtung verschiebbar gelagert ist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei mindestens die Länge der Spulenwicklung vorzugsweise die gesamte Länge des rohrförmigen Abschnitt als Lager für den Anker dient.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei das Lagerelement und der von dem Lagerelement abgewandte Endbereich des rohrförmigen Abschnittes als Lager für den Anker dienen und ein dem Lagerelement zugewandter Bereich des rohrförmigen Abschnittes nicht als Lager für den Anker dient.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei der Spulenkörper einen Kunststoff umfasst oder daraus besteht.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei eine zu der ersten Stirnfläche parallele Querschnittsfläche des Ankers eine kreisrunde, ovale, vieleckige, rechteckige oder quadratische Außenkontur aufweist.
-
Einen wie zuvor ausgeführten elektromagnetischen Aktuator, wobei die Innenkontur des rohrförmigen Abschnittes der Außenkontur des Ankers angepasst ist.
-
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
-
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
-
Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
-
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
-
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.
