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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator mit einem Stellglied zum Betätigen eines Ventils, wobei das Stellglied aus einer Mittenposition in eine erste Endposition und in eine gegenüberliegende, zweite Endposition verbringbar ist, wobei ferner zwei Permanentmagnete vorhanden sind, wobei der erste Permanentmagnet zum stromlosen Halten des Stellgliedes in der ersten Endposition und der zweite Permanentmagnet zum stromlosen Halten des Stellgliedes in der zweiten Endposition vorbereitet ist.
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Grundsätzlich wird im Stand der Technik zwischen Drehmagneten einerseits, und den reinen, eine Linearbewegung ausführenden Hubmagneten andererseits unterschieden.
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Rotationsmagnete werden auch als Drehmagnete bezeichnet. Dabei wird diesbezüglich üblicherweise unterschieden zwischen „echten“ Drehmagneten und so genannten Hubrotationsmagneten. Anders als bei den „echten“ Drehmagneten, werden bei Hubrotationsmagneten solche Hubmagnete eingesetzt, die eine kurze Hubbewegung in eine an einer Welle abgreifbare Drehbewegung umwandeln. Selbstverständlich ist, dass diese Welle dann das Stellglied realisiert. Die Hubrotationsmagnete erzeugen also eine Drehbewegung, die über die Welle abgegriffen wird. Diese Bewegung erstreckt sich über einen bestimmten Winkel und erfolgt in zwei Richtungen. Es gibt dabei monostabile und bistabile Ausführungsformen.
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Zur Erklärung für Hubmagnete sei ergänzt, dass diese normalerweise nur lineare Bewegungen ausführen. Linear heißt dabei, dass ein beweglicher Tauchkern in eine Spule hineingezogen oder herausgestoßen wird. Jede Linearbewegung wird dabei ausgenutzt, um eine Drehbewegung zu erzeugen. Meist ist die Welle eine Verlängerung eines Stößels, der bei Stromfluss ein kleines Stück in den Spulenkern hineingezogen wird. Eine Art Deckel auf dem Stößel zwingt den Stößel bei dieser minimalen Vorwärtsbewegung in eine Drehbewegung. Ein solcher Deckel liegt bspw. auf kleinen Kugeln, wobei die Kugeln in kreisförmigen, sich vertiefenden Rinnen laufen. Will der Stößel in die Spule eintauchen, so muss er sich dabei etwas drehen. Neben der Drehbewegung der Welle wird somit auch noch eine kleine axiale Bewegung durchgeführt.
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In der Automobilindustrie, insbesondere dort im Thermo-Management-Bereich, steigt der Bedarf an einfach aufgebauten und kostengünstigen elektromagnetischen Aktuatoren.
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Ziel ist es nämlich in diesem technischen Gebiet effiziente hydraulische Ventileinheiten und Wärme-Management-Module, insbesondere „single smart valves“, zu verbauen. Die bisher üblichen, eher kostenintensiven und komplexen, hydraulischen Ventileinheiten, die üblicherweise auf vollwertige Getriebe, Gleichstrommotoren und Positionssensorik-Aktuatoren setzen, sollen durch kostengünstigere und einfachere Einheiten ersetzt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art zu verbessern. Im vorliegenden Einsatzfall soll das Zusammenwirken mit Drehschiebern, Ventilen oder Drosseln, insbesondere zum Leiten, Regeln oder Steuern von Hydraulikströmen, wie Kühlfluidströmen (bspw. Kühlwasserströmen) optimiert werden. Dabei sollen weniger aufwändige und kostengünstigere Einheiten eingesetzt werden, die jedoch genauso verlässlich sein sollen, wie die bereits bekannten altbewährten Lösungen.
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Bei einem gattungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator wird dies erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Feder so angeordnet ist, dass sie das Stellglied in Richtung der zweiten Endposition zur Mittenposition drängt und eine zweite Feder so angeordnet ist, dass sie das Stellglied in Richtung der ersten Endposition zur Mittenposition drängt. Diese Erfindung lässt sich sowohl bei Drehmagneten, als auch bei Hubmagneten umsetzen. Der elektromagnetische Aktuator ist dann als Antrieb eines einfachen Wärme-Management-Moduls / single smart valves mit einer Drei-Punkt-Schaltlogik einsetzbar und/oder bei einem Hubmagnet zum energielosen Halten in drei vordefinierten Stellungen einsetzbar.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn eine Wicklung, die Federn, die Permanentmagnete und deren Anordnung so ausgelegt ist/sind, dass einerseits bei Durchfluss von Strom durch die Wicklung eine Verlagerung des Stellgliedes in Richtung der ersten Endposition erzwungen wird, wobei das Stellglied von der Magnetkraft des ersten Permanentmagneten zum Verlagern und/oder Halten erfasst wird, und dass andererseits bei gegensinniger Durchflussrichtung des Stromes, eine Verlagerung des Stellgliedes in Richtung der zweiten Endposition erzwungen wird, wobei das Stellglied von der Magnetkraft des zweiten Permanentmagneten zum Verlagern und/oder Halten erfasst wird. So kann ein gezieltes Verlagern des Stellgliedes aus der Mittenposition in Richtung entweder der ersten Endposition oder aber in Richtung der zweiten Endposition, und zwar in Abhängigkeit von der Durchflussrichtung des Stromes, und ferner nur so lange, bis die Magnetkraft entweder des ersten Permanentmagneten oder des zweiten Permanentmagneten das Stellglied erfasst, energieeffizient erreicht werden. Letztlich wird nur kurz ein Stromimpuls benötigt, um das Stellglied aus seiner mittigen dritten Stabilposition, in der es durch die Federn gehalten wird, zu verlagern, und zwar so weit, dass es von der Magnetkraft einer der beiden Permanentmagneten erreicht wird. Sobald das Stellglied von der Magnetkraft eines der beiden Permanentmagneten erreicht wird, zieht dieser Permanentmagnet das Stellglied entweder in die eine Endposition oder eben in die andere Endposition, in der es dann stabil und energielos gehalten wird. Die Mittenposition ist somit die Zwischenposition zwischen den beiden Endpositionen.
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Um dem jeweiligen Anwendungszweck gerecht zu werden, ist es von Vorteil, wenn der Aktuator als tristabiler Drehmagnet mit rotierbarem Stellglied ausgebildet ist oder der Aktuator als tristabiler Hubmagnet mit linear verlagerbarem Stellglied ausgebildet ist. Je nach Bauraum und Anwendung, lässt sich dann eine optimierte Lösung umsetzen.
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Wenn die Federn als Drehfedern oder Bogenfedern, bspw. als gebogene Schrauben-(Druck-)Federn, ausgebildet sind, oder als Linearfedern, bspw. als gerade Schrauben(Druck-)Federn, vorzugsweise mit einer gemeinsamen / konzentrischen Symmetrie- und Längsachse, ausgebildet sind, so lässt sich über die parallel angeordneten Federn / das dadurch aufgebaute Federpaket, ein magnetkraftunabhängiges Bewegen des Stellgliedes in die Mittenposition / stabile Zwischenposition erzwingen, ohne dass dafür extra elektrischer Strom fließen muss bzw. dauerhaft fließen muss. Letztlich muss nur kurzzeitig ein elektrischer Impuls angelegt werden, um das Stellglied aus einer der beiden Endpositionen soweit heraus zu bewegen, dass die Magnetkraft des jeweiligen Permanentmagnets von der Federkraft überlagert wird und damit das Stellglied in die Mittenposition gezwungen wird.
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Die beiden Federn sind dabei vorzugsweise so auszulegen, dass ein Nulldurchgang in der Mittenposition stattfindet bzw. die erste Feder und/oder die zweite Feder eine flache Federkennlinie besitzt, damit der Nulldurchgang in der Mittenposition realisiert ist.
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Für die konstruktive Umsetzung des erfindungsgemäßen Prinzips hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn zum einen ein federfester erster Anschlag vorhanden ist, der zu dem in Kontakt Gelangen mit dem Stellglied und dem in Anschlag Gelangen mit einem gehäusefesten Mittenanschlag von der Seite der ersten Endposition ausgelegt ist und zum anderen ein federfester zweiter Anschlag vorhanden ist, der zum in Kontakt Gelangen mit dem Stellglied und zum in Anschlag Gelangen mit dem Mittenanschlag von der Seite der zweiten Endposition ausgelegt ist. Auf diese Weise wird die Mittenposition exakt und präzise eingenommen. Selbst bei wechselnden hydraulischen Lasten wird ein sonst eventuell auftretendes Schwingen um die Mittenposition vermieden. Ein solch eindeutig spezifizierter Mittenanschlag ist somit einer Ausführungsform ohne geometrisch eindeutig spezifizierten Mittenanschlag überlegen. Ein Mittenanschlag ist somit von Vorteil, um Bauteiltoleranzen und wechselnde hydraulische Kräfte zu kompensieren. Trotzdem ist es auch hier von Vorteil, wenn die resultierende der beiden Federkräfte mit flacher Steigung durch den Nullpunkt geht, sodass dort die elektromagnetische Anziehungskraft vergleichsweise klein sein darf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn am Stellglied, etwa ausgebildet als Magnetrotor oder als Magnetstößel, ein Gegenanschlag ausgebildet oder befestigt ist, der zum in Kontakt Gelangen mit den Anschlägen der Federn vorgesehen und bemessen ist. Die Vorteile des Mittenanschlages lassen sich dann effizient nutzen.
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Die Erfindung betrifft letztlich auch eine hydraulische Ventileinheit mit zumindest einer Fluidleitung, in der ein Ventil zum Verändern oder Regeln / Steuern eines Volumenstroms mit der Fluidleitung angeordnet ist, wobei das Ventil mit dem Stellglied des tristabilen Magnetaktuators der erfindungsgemäßen Art verbunden ist.
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Zur Optimierung des Anfahrens der Mittenposition ist auch eine Stromaufnahme einbeziehbar. Trotzdem sollte eine vollwertige Lagesensorik vermieden werden und lediglich ein Positions-Check durchgeführt werden. Möglicherweise ist eine Ansteuermatrix für die unterschiedlichen Betriebspunkte - berücksichtigend Temperatur, Spannung, Last und Alterungskompensation - zu applizieren. Dabei könnte ein Ansteuersignal über eine Spannungshöhe, Spannungslänge und einen Bremsimpuls aus einer zweiten Spule variiert werden. Die besagte Zwischenposition kann kraftdefiniert und nicht zwingend geometriedefiniert über das Federvorspannungsniveau erreicht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der auf Seiten der ersten Endposition vorhandene Permanentmagnet eine größere (oder kleinere) Kraft ausübt, als die von der ersten Feder gestellte Kraft.
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Letztlich betrifft die Erfindung somit die Ausbildung eines tristabilen elektromagnetischen Drehmagnets einerseits und eines tristabilen Hubmagnets andererseits.
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Man könnte also sagen, dass sich die Erfindung eines tristabilen Drehmagnets die Überlegungen von bistabilen Drehmagneten zunutze macht und jene um zwei rotatorisch wirkende Drehfedern und einen Mittenanschlag erweitert, um das Stellglied / einen Steller oder einen mit dem Steller / Drehschieber verbundenen Teil in einer Mittenlage energielos fixieren zu können. Durch die Erfindung ist es gelungen, neben den beiden Endanschlagslagen des bistabilen Drehmagnets nun auch noch die Mittenlage energielos definiert halten zu können.
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Es gibt demnach einen Magnetrotor, der die Drehbewegung des Magnets aufnimmt und gegebenenfalls auch die Verbindung zum eigentlichen Drehschieberkörper übernimmt. An diesem Magnetrotor hängt ein Magnethebel, welcher in einer Mittenlage flankiert wird von zwei Bogenfedern, welche in dieser Mittenlage durch ihre jeweilige Vorspannung die Position eines Hebels / eines Rotors gegen äußere Momente aus der Hydraulik sichern. Wird die Kräftesituation beleuchtet, so ist festzustellen, dass eine von beiden Seiten wirkende Mittenlagenvorspannung größer ist, als die rund um die Mittenlage existierende Rückstellneigung des Drehmagneten. Unter der Rückstellneigung wird das Verhalten verstanden, dass sich das Stellglied den Endanschlägen nähern will.
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Die Permanentmagnete stellen eine stabilisierende Kraft zum Halten in den jeweiligen Endanschlagslagen dar. Die Vorspannung ist so groß zu wählen, dass auch zusätzlich angreifende Hydrauliklasten in Summe keine ungewollten Verstellungen bedingen. Um die Mittenlage zu verlassen, bedarf es nur eines Aktivierungsimpulses desDrehmagnets. Je nach Vorzeichen der Aktuierung dreht sich der Drehmagnet gemäß seiner Momentenkurve aus der Mittenlage in Richtung des gewünschten Endanschlags.
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Ab einem gewissen Verdrehwinkel ist zu erkennen, dass bei Wegnahme des aktiven Drehmoments das passive Drehmoment des Drehmagnets, hervorgerufen durch die magnetische Wirkung der integrierten Permanentmagneten, ein höheres Momentenniveau erreicht, als die Rückstellkraft der einen beteiligten Bogenfeder. Ab diesem Zeitpunkt bzw. dieser Drehposition kann die aktive Aktuierung des Drehmoments wegfallen und der Magnetrotor und Magnethebel samt angeschlossenem Drehschieber wird allein durch die Wirkung des Permanentmagnets weiter angetrieben, um in den Endanschlag zu gelangen. Das Schalten in eine zweite von drei möglichen Stellungen ist somit ausgeführt.
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Um in die dritte der drei Stellungen zu gelangen, nämlich den gegenüberliegenden Endanschlag anzufahren, kann auf analoge Weise vorgegangen werden, indem der Drehmagnet in die entsprechende entgegengesetzte Richtung aktuiert wird. Auf „halben Weg“ zur Mittenlage übernimmt bereits das Bogenfedermoment die Rückstellung zur Mittenlage komplett.
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Die Einheit aus Bogenfedern und Mitten- / Endanschlägen muss im Übrigen gar nicht außerhalb des hydraulischen Drehschieberbereichs stattfinden, sondern kann auch in dessen Nassbereich ausgeführt werden. Es kann also zwischen einem Wärme-Management-Modul- / single smart valve-Gehäuse und dem Drehschieberkörper die Bogenfeder platziert werden. Entsprechende Anschlagsgeometrien müssen dann nicht im Bereich des eigentlichen Aktuators, bspw. des drehstabilen Drehmagnets untergebracht werden.
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Während einerseits das Umsetzen der Erfindung als tristabiler Drehmagnet möglich ist, ist andererseits das Umsetzen als tristabiler Hubmagnet möglich. Man könnte also sagen, dass zwei Permanentmagnete eingesetzt sind sowie ein zusätzliches Federpaket. Durch das Zusammenspiel der beiden Permanentmagnete und des Federpaketes wird es möglich, ein energieloses Halten des Stellgliedes in den beiden Endpositionen und in der Mittenposition zu realisieren. Über zwei Magnetspulen können beide dieser permanentmagnetisch gehaltenen Endpositionen aktiv verlassen werden. Eine geschickte Auslegung der Permanentmagnete und der Magnetspulen ist dabei sinnvoll.
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Darüber hinaus soll ein Mittenanschlag realisiert werden, welcher die zusätzliche dritte vordefinierte Zwischenposition darstellt. Hierzu werden zwei Druckfedern erfordert, die im Gehäuse so eingebaut werden, dass sie ein gewisses Vorspannungsniveau auf dem Magnetstößel ermöglichen. Diese Federn werden je nach Hubrichtung, ergo aus der Mitte in Richtung der ersten Endposition oder der zweiten Endposition, vom im Magnetstößel integrierten Mitnehmer mitgenommen und entsprechend ihrer Federkennlinie komprimiert. Dabei wird jeweils die nicht-beteiligte Druckfeder im Gehäuse mit ihrer Grundvorspannung „abgelegt“ und über die jeweils auf der Seite des anzufahrenden Endanschlages liegende Feder „aktiviert“. Dadurch ist es möglich, über das Designen der Mittenanschlagsposition im Gehäuse eine dritte vordefinierte Zwischenstellung umzusetzen. Diese Stellung wird wegen der beidseitigen Wirkung der Federvorspannungen energielos gehalten. Gegen dieses Vorspannungsniveau ist diese Mittenanschlagsstellung quasi immun / selbsthaltend gegen äußere Lasten. Im Gegensatz zu den beiden Endanschlagslagen, welche über einen Formschluss eindeutig definiert und blind anfahrbar sind, wird der Mittenanschlag eher „kraftschlüssig“ definiert und sollte mit einer gewissen Intelligenz angefahren werden, um ihn nicht zu überfahren.
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Dabei wird das Stellglied in der ersten Endposition durch die permanentmagnetische Kraft des ersten Permanentmagnets abzüglich der maximalen Federvorspannung der ersten Feder energielos gehalten. Zum Anfahren des Mittenanschlages sollte die im ersten Endanschlag / der ersten Endposition wirkende von der Magnetspule resultierende Kraftüberaktuiert werden. Dabei ist es ohne eine vollwertige Positionssensorik von Vorteil, die Aktuierung / das Erzeugen einer entsprechenden Kraft der ersten Magnetspule rechtzeitig zu beenden, um im Mittenanschlag „zum Liegen zu kommen“ und nicht darüber hinaus geschoben zu werden oder gar ins Anziehungsfeld des zweiten Permanentmagneten zu geraten, was dann ein Einnehmen der zweiten Endposition bedeuten würde, was üblicherweise im Stellvorgang nicht beabsichtigt ist.
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Um dies zu gewährleisten, gibt es jedoch steuerungstechnische Kniffe und Modelle, die dieses „blinde“ Anfahren des Mittenanschlags sicherstellen. Das erfolgreiche Anfahren des Mittenanschlags kann durch eine aus OBD2-Diagnosegründen erforderliche Positionsbestätigung erfolgen. Sinnvoll ist hier auf eine vollwertige Positionssensorik zu verzichten, und lediglich eine geltende Stellungsrückmeldung der drei expliziten Stellungen (erste Endposition, Mittenposition und zweite Endposition) eventuell über elektrische Kontakte, Lichtsignale oder ähnliches, zu realisieren.
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Zum Anfahren der zweiten Endposition sollte die erste Magnetspule mit Strom durchflossen werden, um eine Kraft zu erzeugen, die die Federvorspannung der zweiten Feder überwindet und den Magnetstößel ins Wirkfeld des zweiten Permanentmagneten bringt, dessen Kraft dann ausreichen sollte, um das Stellglied in der zweiten Endposition entgegen der Federvorspannung der zweiten Feder und gegen sonstige Lasten, energielos zu halten.
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Sämtliche Bewegungen aus der zweiten Endposition in Richtung des Mittenanschlages und weiter in Richtung des ersten Anschlages erfolgen analog des vorher Gesagten, außer dass eben eine zweite Magnetspule hierfür genutzt wird anstelle der ersten Magnetspule. Eine intelligente Ansteuerung des Mittenanschlages ist von Vorteil, ohne jedoch auf eine vollwertige Positionssensorik zurückzugreifen. Jedoch sollte die jeweils andere, nicht eingesetzte Magnetspule als Bremse eingesetzt werden, um den Mittenanschlag nicht zu überfahren. Eine Verbesserung lässt sich hier generieren, wenn auf eine Auswertung der Stromsignale in Abhängigkeit der entsprechenden Zustände zurückgegriffen wird, diese Stromsignale ausgewertet werden und genutzt werden, um sicher den Mittenanschlag zu erreichen, aber eben nicht zu überfahren. Auf diese Weise lässt sich somit eine Funktionserweiterung realisieren, die in der Automobilindustrie stark nachgefragt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Wirkprinzip eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators nach Art eines Drehmagneten, wobei das Stellglied in der Mittenposition angeordnet ist,
- 2 den elektromagnetischen Aktuator aus 1, wobei jedoch das Stellglied in der ersten Endposition stromlos gehalten ist,
- 3 den elektromagnetischen Aktuator aus 1, wobei jedoch das Stellglied in der zweiten Endposition stromlos gehalten ist,
- 4 eine erfindungsgemäße hydraulische Ventileinheit einsetzend den elektromagnetischen Aktuator der 1 bis 3,
- 5 eine weitere Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators nach Art eines Hubmagneten,
- 6 die Ausführungsform nach 5, wobei der elektromagnetische Aktuator aus 5 dargestellt ist, bei dem das Stellglied in der ersten Endposition stromlos gehalten ist,
- 7 den elektromagnetischen Aktuator aus 5, bei dem das Stellglied in der zweiten Endposition gehalten ist, und
- 8 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Ventileinheit, bei der der elektromagnetische Aktuator der 5 bis 7 eingesetzt ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsform eines elektromagnetischen Aktuators 1 dargestellt. Der elektromagnetische Aktuator 1 besitzt ein Stellglied 2. Das Stellglied 2 kann einen Magnetrotor 3 und einen Magnethebel 4 aufweisen. Beiderseits einer Mittenposition 5 gibt es eine Endposition 6. Es wird zwischen einer ersten Endposition 7 und einer zweiten Endposition 8 unterschieden. Im Bereich der ersten Endposition 7 gibt es einen ersten Endanschlag 9. Im Bereich der zweiten Endposition 8 gibt es einen zweiten Endanschlag 10. Benachbart zu den beiden Endpositionen 6 sind zwei nicht dargestellte Permanentmagnete angeordnet. Sie sind so angeordnet und ausgelegt, dass sie zum stromlosen Halten des Stellgliedes 2 in der jeweiligen ersten Endposition 7 oder zweiten Endposition 8 geeignet sind.
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Nach Aktivierung, d. h. elektrischem Stromdurchfluss, einer in 1 nicht dargestellten Wicklung, ist ein Verlagern des Stellgliedes 2 in Richtung der ersten Endposition 7 oder der zweiten Endposition 8 selektiv erreichbar. Die Entscheidung, welche der beiden Endpositionen 6 angefahren wird, ist bedingt durch die Richtung des Stromflusses beim Hervorrufen des elektrischen Impulses.
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Die durch den Stromfluss hervorgerufene Kraft wird lediglich dazu benutzt, um das Stellglied 2 aus der Mittenposition 5 heraus in Richtung der Anziehung einer der beiden Permanentmagnete zu bewirken. Dabei wird die Federkraft eines Federpaketes 11, das zwei Federn 12 und 13 einsetzt, überwunden. Eine erste Feder 12 und eine zweite Feder 13 des Federpaketes 11 sind dabei als Bogenfedern ausgelegt.
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Im Bereich der Mittenposition 5 ist auch ein Mittenanschlag 14 vorgesehen. An den Federn 12 und 13 sind an deren, dem Stellglied 2 zugewandten Seiten Anschläge 15 und 16 vorhanden. Die erste Feder 12 besitzt somit einen Anschlag 15 und die zweite Feder 13 besitzt auch einen Anschlag, der jedoch mit dem Bezugszeichen 16 referenziert ist. Die Anschläge 15 und 16 können in der dargestellten Position gemäß 1 in Kontakt gelangen mit dem Mittenanschlag 14 und einem Gegenanschlag 17 am Stellglied 2.
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Die Federn 12 und 13 sind an einem Verankerungsbereich 18 gehäusefest gehalten. In der Stellung, wie sie in 2 dargestellt ist, ist der elektromagnetische Aktuator 1 in seiner ersten stabilen Position. Das Stellglied 2 ist maximal nach links, also in Richtung der ersten Endposition 7 verlagert. Der Gegenanschlag 17 liegt an dem Anschlag 15 an und der Anschlag 15 liegt an dem ersten Anschlag 9 an. Die zweite Feder 13 ist soweit entspannt wie möglich, nämlich durch den Anschlag 16 an dem Mittenanschlag 14 gehalten. Die erste Feder 12 ist deutlich komprimiert.
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Die 3 zeigt den Zustand des elektromagnetischen Aktuators 1, wenn er in seiner zweiten stabilen Position geschalten ist. Dabei ist das Stellglied 2 maximal nach rechts, also in Richtung der zweiten Endposition 8 verlagert. Dabei ist die zweite Feder 13 komprimiert und die erste Feder 12 soweit als möglich entspannt.
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Zurückkommend auf 1 sei erläutert, dass dort die dritte stabile Position eingenommen ist. Diese dritte stabile Position ist eine Zwischenposition, nämlich die Position, in der das Stellglied 2 in der Mittenposition 5 angeordnet ist. Das Verlagern des Stellgliedes 2 zwischen den einzelnen stabilen Positionen wird durch einen Stromimpuls, nämlich einen kurzen Stromfluss durch eine oder mehrere Wicklungen, bedingt. Die Wicklungen sind dabei nach der Art der Spulen ausgeführt und bedarfsgerecht in die eine oder andere Richtung mit elektrischen Strom durchfließbar.
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Das Prinzip des elektromagnetischen Aktuators 1 nach Art eines Drehmagnets gem. den 1 bis 3, ist in einer hydraulischen Ventileinheit 19, das als Wärme-Management-Modul eingesetzt ist, verwendet. Durch einen Eingangsstutzen 20 kann bspw. Wärmeleitfluid, wie Wasser oder Öl oder eine Fluidmischung dieser Bestandteile, in Richtung eines Ausgangsstutzens 21 geleitet werden. Der elektromagnetische Aktuator 1 nach Art eines tristabilen Drehmagnets, wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist an einer Stirnseite 22 eines Gehäuses 23 aufgeflanscht. Das Stellglied 2 ist dabei mit einer Drehschieberwelle 24 verbunden. Ein Drehschieber 25 ist dabei zwischen einer ersten Endposition 7 und einer zweiten Endposition 8 (in 4 nicht dargestellt) hin und her verlagerbar. Eine Dichtung 26 vermeidet einen Flüssigkeitsaustritt in Richtung des elektromagnetischen Aktuators 1. Der elektromagnetische Aktuator 1 weist einen Stecker 27 auf, um mit elektrischen Strom versorgt zu werden. Zwischen dem Stellglied 2 und der Drehschieberwelle 24 gibt es eine Wellensteckverbindung 28. In Abhängigkeit von einer Stromimpulserzeugung kann der Drehschieber 25 somit drei stabile Positionen einnehmen, nämlich eine komplett geöffnete, eine komplett geschlossene und eine halb offene / halb geschlossene Stellung.
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Während das erfindungsgemäße Prinzip unter Einsatz eines tristabilen Drehmagnets in der Ausführungsform der 1 bis 4 umgesetzt ist, kann dies auch mit Hilfe eines tristabilen Hubmagnets bei einer Ausführungsform gemäß der 5 bis 8 umgesetzt werden. Allerdings führt dann das Stellglied 2 keine Drehbewegung, sondern eine Linearbewegung aus. Das Stellglied 2 weist wieder einen Gegenanschlag 17 auf, der zum in Anschlag Gelangen mit einem ersten Anschlag 15 vorgesehen ist. Der Anschlag 15 ist dabei an einer ersten Feder 12 vorgesehen. Der Gegenanschlag 17 kann auch in Kontakt mit einem zweiten Anschlag 16 gelangen, der an einer zweiten Feder 13 angebracht ist. Beide Federn 12 und 13 formen das Federpaket 11 aus.
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Um die Mittenposition 5 zu realisieren, ist auch ein Mittenanschlag 14 vorgesehen. Der Mittenanschlag 14 ist gehäusefest angebracht. Beispielsweise definieren eine Lochplatte oder ein Ventilsitz die Endposition 6, nämlich die erste Endposition 7. Beispielsweise definiert eine Anschlagsplatte eine weitere Endposition 6, nämlich die zweite Endposition 8.
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In der 6 ist das Stellglied 2 in der ersten Endposition 7 angekommen, wohingegen in dem in 7 dargestellten Zustand das Stellglied 2 in seiner zweiten Endposition 8 angelangt ist.
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In diesen beiden ersten und zweiten stabilen Positionen hält jeweils einer von zwei Permanentmagneten, die nicht dargestellt sind, das stößelartige Stellglied 2 stromlos in der dargestellten Position. Die dritte stabile Position ist in 5 aufgrund der von den Federn 12 und 13 gestellten Kräfte eingenommen. Dabei wirken die Magnetkräfte der Permanentmagnete nicht oder zumindest nicht so stark, dass sie die Federkräfte überwinden.
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Ein gezieltes Verlagern zwischen den drei stabilen Positionen, wird, wie erläutert, über einen kurzen Stromimpuls erzwungen.
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Das erfinderische Prinzip des elektromagnetischen Aktuators 1 nach Art eines tristabilen Hubmagnets wird in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer hydraulischen Ventileinheit 19 gemäß 8 umgesetzt. Dabei gibt es erste und zweite Magnetwindungen 29 und 30. Hier sind nun auch zwei Permanentmagnete 31 und 32 dargestellt.
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Gut zu erkennen ist, dass ein Ventilteller 33 in Anschlag mit dem ersten Endanschlag 9 gelangt ist. Dieser Zustand ist mit dem in 6 dargestellten Zustand vergleichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromagnetischer Aktuator
- 2
- Stellglied
- 3
- Magnetrotor
- 4
- Magnethebel
- 5
- Mittenposition
- 6
- Endposition
- 7
- erste Endposition
- 8
- zweite Endposition
- 9
- erster Endanschlag
- 10
- zweiter Endanschlag
- 11
- Federpaket
- 12
- erste Feder
- 13
- zweite Feder
- 14
- Mittenanschlag
- 15
- Anschlag
- 16
- Anschlag
- 17
- Gegenanschlag
- 18
- Verankerungsbereich
- 19
- hydraulische Ventileinheit
- 20
- Eingangsstutzen
- 21
- Ausgangsstutzen
- 22
- Stirnseite
- 23
- Gehäuse
- 24
- Drehschieberwelle
- 25
- Drehschieber
- 26
- Dichtung
- 27
- Stecker
- 28
- Wellensteckverbindung
- 29
- erste Magnetwindung
- 30
- zweite Magnetwindung
- 31
- erster Permanentmagnet
- 32
- zweiter Permanentmagnet
- 33
- Ventilteller
