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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei PKW-Automatikgetrieben werden hydraulisch betätigte Kupplungen zum Gangwechsel eingesetzt, wobei der hydraulische Druck an den Kupplungen durch hydraulische Schieberventile eingestellt wird. Schieberventile können über ein Pilotventil (Vorsteuerung) oder direkt über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung betätigt werden. Bei derartigen Betätigungseinrichtungen haben sich in der Praxis Ausführungen mit Polrohr bewährt, d.h. der Magnetanker wird in einem Polrohr geführt. Wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt ist es, ein möglichst hohes Magnetkraftniveau (große Hubarbeit) zu erzielen, d.h. der magnetische Wirkungsgrad muss auf ein hohes Niveau gebracht werden. Eine solche Betätigungseinrichtung mit einem Polrohr ist aus
DE 10 2012 223 430 A1 bekannt, bei der das Polrohr eine „magnetische Trennung“ aufweist, die als Dünndrehstelle ausgebildet ist. Die dünngedrehte Stelle geht schon bei einem geringen Magnetflussniveau in Sättigung und wirkt dann als magnetische Sperre. Die Ausgestaltung der magnetischen Trennung ist jedoch bei der Herstellung mit einem gewissen Aufwand verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen genannt.
Erfindungsgemäß wird eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung vorgeschlagen, welche ein im Wesentlichen zylindrisches Polrohr, einen radial innerhalb des Polrohrs angeordneten Anker (Magnetanker) und eine radial außerhalb des Polrohrs angeordnete elektromagnetische Spule aufweist. Es versteht sich, dass „im Wesentlichen zylindrisch“ beinhaltet, dass das Polrohr Krägen, Absätze, Nuten, Wanddicken-Veränderungen, etc. umfassen kann, aber insgesamt zylinderartig bzw. rohrartig ausgebildet ist. Der Anker kann unmittelbar oder mittelbar innerhalb des Polrohrs geführt sein, bspw. durch einen Gleitsitz. Durch Aktivierung der elektromagnetischen Spule kann der Anker entlang seiner Längsrichtung in der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung verlagert werden. Dies entspricht der klassischen Anordnung einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung.
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Das Polrohr weist ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf. Das Polrohr ist als gestanzte und durch Umformen in ihre Form (im Wesentlichen zylindrisch) gebrachte Hülse ausgebildet (Magnethülse), wobei die Hülse nahe des ersten axialen Endes (im ersten Endbereich) sich in Umfangsrichtung erstreckende Durchbrüche aufweist.
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Durch die gestanzte und durch Umformen in ihre (Zylinder-)Form gebrachte Hülse (Magnethülse) kann die Hülse aus einem vergleichsweise dünnen Blech hergestellt werden. Somit lässt sich für die magnetische Trennung ein besonders kleiner Querschnitt mit vergleichsweise geringer Wandstärke realisieren als bspw. bei zerspanungstechnisch hergestellten Hülsen (Magnethülsen), bei denen herstellungsbedingt deutlich größere Wandstärken erforderlich sind. Vor dem Umformen der Hülse können im ebenen Zustand auf einfache Weise Durchbrüche ausgebildet werden, bspw. durch Laserschneiden oder durch Stanzen (Ausstanzungen). Die Ausstanzungen können direkt beim Stanzen der Hülse bspw. aus Blech ausgebildet werden (Hülsenausschnitt, bspw. Abwicklung, und Ausstanzungen können in einem Arbeitsgang ausgebildet werden). Der Querschnitt in der magnetischen Trennung lässt sich damit weiter reduzieren, ohne dass dafür kostenintensive Zusatzprozesse benötigt werden.
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Somit lässt sich auf kostengünstige Weise ein Polrohrmagnet mit verbessertem magnetischem Wirkungsgrad darstellen. Aufwändige Fertigungsprozesse können vermieden werden und es können kostengünstige Komponenten zum Einsatz kommen. Der magnetische Wirkungsgrad kann durch besonders günstige Gestaltung der magnetischen Trennung optimiert werden.
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Der Anker, die Hülse (Magnethülse) und die elektromagnetische Spule sind in (axialer) Überlappung zueinander angeordnet. Bei der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kann es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Stellglied bzw. einen elektromagnetischen Aktor („Elektromagnet“) handeln. Die Hülse (Magnethülse) kann eine oder mehrere der folgenden Aufgaben übernehmen: Ankerführung, Leiten des Magnetflusses in den Anker, magnetische Trennung und/oder Darstellung des polrohrseitigen Magnetpols.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Hülse aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet sein, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Masseprozent (<0,15% Kohlenstoffgehalt). Hiermit kann eine Ausgestaltung der Hülse aus magnetisch gut leitfähigem Material erreicht werden. Dies trägt zu günstigen magnetischen Eigenschaften bei.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Hülse eine Materialstärke (Blechdicke) von weniger als 0,8 Millimeter (< 0,8mm) aufweisen, insbesondere eine Materialstärke (Blechdicke) von 0,2 bis 0,5 Millimeter (Materialstärke der umgeformten bspw. zylindrischen Hülse). Durch eine solche Wandstärke wird ein optimaler Kompromiss zwischen Herstellbarkeit der Hülse und einem Restquerschnitt für die magnetische Trennung erreicht.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Hülse gerollt oder tiefgezogen sein. Mit anderen Worten kann die Hülse durch Rollen oder Tiefziehen umgeformt sein, d.h. durch Rollen oder Tiefziehen in ihre im Wesentliche zylindrische Form gebracht sein. Beim Tiefziehen kann die Hülse in ihre im Wesentlichen zylindrische Form tiefgezogen werden (stoßfreie Hülse). Die Durchbrüche (magnetische Trennung) können optional nach dem Tiefziehen eingebracht werden, bspw. durch Laserschneiden oder Stanzen. Beim Rollen kann die Hülse durch Stanzen und Rollen hergestellt werden, wobei die Hülse einen Stoß in ihrer Mantelfläche aufweist (Stoß zwischen den freien Enden; stoßbehaftete Hülse). Die Durchbrüche (magnetische Trennung) können optional direkt beim Stanzen des Ausgangsmaterials der Hülse , bspw. aus Blech) mit ausgebildet werden. Dies trägt zu einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Herstellung der Hülse bei. Der Hülsenstoß kann sich entlang der Längsrichtung der Hülse erstrecken (axial ausgerichteter Stoß).
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Gemäß einer Weiterbildung kann die gerollte Hülse am Stoß verklinkt sein. Dies erhöht die Stabilität bzw. Formstabilität der Hülse. Das Risiko scharfkantiger Vorsprünge auf der Innenseite der Hülse (Ankerführung) ist damit reduziert. Die Verklinkung kann ebenfalls direkt beim Stanzen des Grundmaterials der Hülse, bspw. aus Blech, mit ausgebildet werden. Die Verklinkung kann an einem Stoßende der Hülse einen Vorsprung und am anderen Stoßende der Hülse eine mit dem Vorsprung korrespondierende, insbesondere komplementäre, Ausnehmung aufweisen. Vorsprung und Ausnehmung können ähnlich wie bei einem Puzzle ineinander greifen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die (gerollte) Hülse am ersten axialen Ende eine zum ersten Ende hin offene und sich zum ersten Ende hin insbesondere konisch erweiternde Aussparung aufweisen. Hierbei kann es sich um eine in Draufsicht V-förmige Aussparung handeln. Die Aussparung kann als offener Stoß im Bereich der Überlappung zum Polkern ausgebildet sein. Optional kann die Aussparung von einem Durchbruch bzw. einer Ausstanzung ausgehen. Eine solche Aussparung erleichtert den Fügevorgang mit anderen Komponenten, bspw. zu einem Polkern. Zudem ist somit eine Strömungsverbindung (Ölkanal) zwischen den Ankerstirnseiten für eine zur Dämpfung der Ankerbewegung dienenenden Ölaustausch begünstigt.
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Gemäß einer Weiterbildung können die Durchbrüche in Umfangsrichtung in mindestens einer Reihe angeordnet sein, insbesondere wobei bei mehreren Reihen von Durchbrüchen die Durchbrüche benachbarter Reihen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Durch die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordneten Durchbrüche ist in einem axialen Bereich eine magnetische Trennung geschaffen. Durch die in Umfangsrichtung versetzte Anordnung der Durchbrüche in mehreren Reihen entstehen mehrere in Reihe geschaltete magnetische Engstellen. Bei den Durchbrüchen kann es sich um Ausstanzungen handeln, wie oben beschrieben.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Länge der Durchbrüche in Umfangsrichtung mindestens 50 Prozent der Länge des zwischen zwei in einer Reihe aufeinander folgenden Durchbrüchen verbleibenden Steges betragen. Dadurch ist eine hinreichende Reduzierung des Hülsenquerschnitts für die magnetische Trennung geschaffen. Bei den Durchbrüchen kann es sich um Ausstanzungen handeln.
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Gemäß einer Weiterbildung können die dem ersten Ende axial am nächsten liegenden Durchbrüche am dem ersten Ende zugewandten Rand der Durchbrüche eine nach axial innen (vom ersten Ende der Hülse weg) zulaufende, insbesondere konische, Fase aufweisen, insbesondere mit einer Restwanddicke von weniger als 0,3mm an der Fasenspitze. Mit anderen Worten kann es sich um eine angeprägte Fase oder eine Anprägung am Hülsendurchbruch handeln. Die Durchbrüche können als Ausstanzungen ausgebildet sein, wobei die Anprägung bzw. Fase beim Stanzen ebenfalls mit ausgebildet werden können. Durch die Fase bzw. die Anprägung am Hülsendurchbruch kann eine „spitze“ Kontur dargestellt werden. Diese ist zur Beeinflussung des Magnetkraftverlaufs von Vorteil. Zudem kann die nutzbare Hubarbeit des Elektromagneten weiter gesteigert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Hülse an ihrem Innenumfang zur Führung des Ankers zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine mittels PTFE (Polytetrafluorethylen) beschichtete Glasgewebefolie aufweisen. Die beschichtete Glasgewebefolie ist insbesondere am Innenumfang der Hülse befestigt, bspw. durch Kleben. Durch die beschichtete Glasgewebefolie als Lagerelement für den Anker lassen sich positive Gleiteigenschaften erzielen.
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Alternativ hierzu kann die Hülse an ihrem Innenumfang und/oder der Anker an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht. Auch hiermit lassen sich positive Gleiteigenschaften erzielen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein Polkern vorgesehen sein, wobei die Hülse und/oder der Anker den Polkern axial überlappen. Neben einer axial platzsparenden Bauweise kann somit auch eine Führung von Hülse und/oder Anker durch den Polkern erfolgen. Der Polkern kann eine (axiale) Aussparung aufweisen, in die Hülse und/oder Anker eingreifen, bspw. mit einem ersten axialen Endbereich. Der Polkern kann einteilig ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann eine separate Polhülse vorgesehen sein, die radial außerhalb des Polkerns angeordnet ist und diesen über einen axialen Abschnitt hinweg nach radial außen umgibt, insbesondere wobei sich die Hülse (Magnethülse) in den axialen Abschnitt hinein erstreckt und radial zwischen Polkern und Polhülse angeordnet ist. Dies trägt zu einer kostengünstigen Herstellung von Polkern und Polhülse bei, da diese bspw. als Stanzteile ausgebildet werden können.
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Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung kann weitere Komponenten aufweisen. So kann die elektromagnetische Betätigungseinrichtung über ein Gehäuse (Magnetgehäuse) verfügen, in dem die Komponenten der Betätigungseinrichtung untergebracht sind. An einer Stirnseite, insbesondere an der dem Polkern zugewandten Stirnseite, kann die Betätigungseinrichtung durch ein Abschlussstück verschlossen sein, bei dem es sich um eine Flusscheibe handeln kann. An der gegenüberliegenden Stirnseite, insbesondere an der vom Polkern abgewandten Stirnseite, kann die Betätigungseinrichtung durch einen Deckel verschlossen sein, der einstückig mit einem Magnetkern ausgebildet sein kann. Der Magnetkern kann einen sich ins Innere des Gehäuses erstreckenden Abschnitt aufweisen. Zum Anschluss der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kann eine elektrische Kontaktierung vorgesehen sein, die elektrisch mit der elektromagnetischen Spule verbunden ist, bspw. ein am Gehäuse angebrachter Buchsenabschnitt oder ein Steckerabschnitt. In den Polkern kann ein Betätigungselement, bspw. einen Betätigungsstift, eingesetzt sein, der durch einen konzentrisch im Polkern ausgebildeten Durchgang geführt ist. Das Betätigungselement kann einen Schaftabschnitt und einen radial erweiterten Kopfabschnitt aufweisen, mit dem es an der Innenseite des Durchgangs am Polkern anliegt. Der Anker kann einen zentrischen axialen Durchgang aufweisen, in den ein Ankerbolzen eingepresst ist. Der Ankerbolzen kann mit dem Betätigungsstift zusammenwirken, insbesondere mit dem Kopfabschnitt des Betätigungsstifts. Von radial innen nach radial außen können die Komponenten wie folgt angeordnet sein: Anker, Polrohr, Magnetkernabschnitt, Spule, Magnetgehäuse.
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Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugsnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Schnitt durch eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung;
- 2a,b die Hülse der Betätigungseinrichtung aus 1 in einer perspektivischen Draufsicht (2a) und einer perspektivischen Rückansicht (2b);
- 3 eine vergrößerte Ansicht der perspektivischen Draufsicht der Hülse aus 2a; und
- 4 einen schematischen Schnitt durch eine Ausgestaltungsmöglichkeit der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung.
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Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Eine solche elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 kommt bspw. in der Getriebetechnik bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz, insbesondere zur Steuerung einer Kupplung eines Automatikgetriebes. Hierzu wird bspw. ein Hydraulikventil, welches in 1 lediglich schematisch durch einen mit dem Bezugszeichen 12 versehenen Kasten angedeutet ist, durch die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 betätigt.
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Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem die Komponenten der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 10 angeordnet sind. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 weist eine elektromagnetische Spule 16 auf, die über einen Spulenkörper 18 und eine Wicklung 20 verfügt. An einer ersten Stirnseite 22 ist das Gehäuse 14 mittels eines Abschlussstücks 24 verschlossen, bei dem es sich um eine Flussscheibe handeln kann. An einer zweiten Stirnseite 26 ist das Gehäuse 14 mittels eines Deckels 28 verschlossen, bei dem es sich um einen Magnetkern 28 mit einem sich ins Innere des Gehäuses 14 erstreckenden Abschnitt handeln kann. Am Gehäuse 14 ist zudem eine elektrische Kontaktierung 30 vorgesehen, die mit der elektromagnetischen Spule 16 elektrisch verbunden ist.
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Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 weist zudem einen Anker 32 (Magnetanker), ein Polrohr 34 (Magnethülse) und einen Polkern 35 auf. Der Polkern 35 weist einen zentrischen Durchgang 38 auf, durch den ein Betätigungselement 40 geführt ist (Betätigungsstift), der auf das Hydraulikventil 12 wirkt. Das Betätigungselement 40 kann einen Schaftabschnitt 42 sowie einen radial erweiterten Kopfabschnitt 44 aufweisen.
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Der Anker 32 ist radial innerhalb des Polrohrs 34 angeordnet. Radial außerhalb des Polrohrs 34 ist die elektromagnetische Spule 16 angeordnet. Die Spule 16, der Anker 32 und das Polrohr 34 überlappen einander entlang der Axialrichtung 46 zumindest teilweise. Das Polrohr 34 weist ein erstes axiales Ende 48 (dem Polkern 35 zugewandt) und ein zweites axiales Ende 50 auf (vom Polkern 35 abgewandt). Der Anker 32 weist einen zentrischen axialen Durchgang 31 und einen darin angeordneten Ankerbolzen 33 auf, der das Betätigungselement 40 betätigt.
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Das Polrohr 34 ist als gestanzte und durch Umformen in ihre Form gebrachte Hülse 36 ausgebildet, wobei die Hülse 36 nahe des ersten axialen Endes 48 sich in Umfangsrichtung erstreckende Durchbrüche 52 aufweist. Die Durchbruche 52 sind vorzugsweise als gestanzte Durchbrüche 52 (Ausstanzungen) ausgestaltet, die beim Ausstanzen des Grundmaterials der Hülse 36 direkt in einem Arbeitsgang mit ausgebildet werden. Das Polrohr 34 bzw. die Hülse 36 ist in 2 in Alleindarstellung gezeigt.
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Die Hülse 36 ist aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Masseprozent. Die Hülse 36 weist eine Materialstärke (Blechdicke) von weniger als 0,8 Millimeter auf, insbesondere eine Materialstärke von 0,2 bis 0,5 Millimeter (Materialstärke nach Umformung).
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Die Hülse 36 ist gerollt, ist also durch Rollen in ihre im Wesentlichen zylindrische bzw. rohrförmige Form gebracht, mithin also durch Stanzen und Rollen hergestellt, wobei sich zwischen den gerollten freien Enden 54, 56 der Hülse (Stoßenden) ein Stoß 58 ergibt. Bei nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Hülse auch durch Tiefziehen umgeformt sein, wie oben erläutert.
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Die (gerollte) Hülse 36 kann am (axial ausgerichteten) Stoß 58 optional verklinkt sein, kann also eine oder mehrere Verklinkungen 60 aufweisen. Die Verklinkung 60 kann an einem Stoßende 56 der Hülse 36 einen Vorsprung 62 und am anderen Stoßende 54 der Hülse 36 eine mit dem Vorsprung 62 korrespondierende, insbesondere komplementäre, Ausnehmung 64 aufweisen.
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Die Hülse 36 weist am ersten axialen Ende 48 eine zum ersten Ende 48 hin offene und sich zum ersten Ende 48 hin konisch erweiternde Aussparung 66 auf. Die Aussparung 66 geht von einem der Durchbrüche bzw. Ausstanzungen 52 aus.
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Die Durchbrüche bzw. Ausstanzungen 52 sind in Umfangsrichtung in mindestens einer, vorzugsweise in mehreren Reihen angeordnet (vgl. 2 und 3). Bei mehreren Reihen von Durchbrüchen 52 sind die Durchbrüche 52 benachbarter Reihen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Dadurch entstehen mehrere in Reihe geschaltete magnetische Engstellen 68 (vgl. 3). Der sich hieraus ergebende Magnetfluss ist durch die Pfeile 70 veranschaulicht.
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Die Länge der Durchbrüche 52 in Umfangsrichtung betragen mindestens 50 % der Länge des zwischen zwei in einer Reihe aufeinanderfolgenden Durchbrüchen 52 verbleibenden Steges 72 (vgl. 3). Die dem ersten Ende 48 axial am nächsten liegenden Durchbrüche 52 weisen an dem dem ersten Ende 48 zugewandten Rand 74 der Durchbrüche 52 eine angeprägte, d.h. vom ersten Ende 48 weg konische nach axial innen zulaufende Fase 76 auf. Die Fase 76 weist eine Restwanddicke von weniger als 0,3mm an der Fasenspitze auf.
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Die Hülse 36 weist an ihrem Innenumfang zur Führung des Ankers 32 zumindest abschnittsweise, vorzugweise vollständig, eine mittels PTFE beschichtete Glasgewebefolie 80 auf (vgl. 1). Alternativ hierzu kann die Hülse 36 an ihrem Innenumfang oder der Anker 32 an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht.
Der Polkern 35 und die Hülse 36 und der Anker 32 überlappen einander axial. Der Polkern 35 weist eine Aussparung 82 auf, in die die Hülse 36 und der Anker 32 axial zumindest teilweise eingreifen und daran geführt sind (Führung am ersten axialen Ende 48). Der Polkern 35 kann einteilig ausgebildet sein, bspw. als ein Drehteil.
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4 zeigt eine Ausgestaltung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 10, die weitgehend der voranstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht (gleiche oder funktional gleiche Elemente tragen gleiche Bezugszeichen). Bei der Ausgestaltung gemäß 4 ist ein Polkern 35 vorgesehen, der eine separate Polhülse 84 aufweist, die radial außerhalb des Polkerns 35 angeordnet ist und den Polkern 35 über einen axialen Abschnitt 86 hinweg zumindest abschnittsweise nach radial außen umgibt (mehrteilige Ausgestaltung; vgl. 4). Die Hülse 36 erstreckt sich in den axialen Abschnitt 86 hinen und ist radial zwischen Polkern 35 und Polhülse 84 angeordnet. Dadurch kann eine stabile Führung von Hülse 36 und Anker 32 am ersten axialen Ende 48 erreicht werden. Polkern 35 und Polhülse 84 können als separate Elemente einfach hergestellt werden, bspw. als Stanzteile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223430 A1 [0002]
