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Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere für ein Magnetventil, einen Ventilblock mit mindestens einem Aktuator, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators.
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Aktuatoren, insbesondere bei Magnetventilen, sind im Stand der Technik hinreichend bekannt.
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Aus
DE 102015102066 A1 ist beispielsweise ein Zentralaktuator, insbesondere für ein Magnetventil eines Schwenkmotornockenwellenverstellers, bekannt, welcher ein Gehäuse umfasst, das den Zentralaktuator umschließt. Der Zentralaktuator umfasst zudem einen Betätigungsstößel, der an einem Anker angeordnet ist, welcher in einem Ankerraum in axialer Richtung verschiebbar ausgeführt ist.
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Derartige Aktuatoren sind bekanntlich von einem Gehäuse umschlossen bzw. von einem geschlossenen Gehäuse umgeben. Die Komponenten innerhalb des Gehäuses müssen also individuell angepasst ausgebildet und angeordnet sein, bevor der Aktuator, beispielsweise in einem Ventilblock verbaut werden kann. Dies setzt eine aufwendige, individuelle und somit kostenintensive Planung voraus.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen eingangs genannten Aktuator baulich und funktional zu verbessern.
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Gemäß einem Aspekt wird die Aufgabe durch einen Aktuator, insbesondere für ein Magnetventil gelöst. Der Aktuator umfasst ein Gehäuse mit einer eine Öffnung aufweisenden Abschlusswand, und einen Anker, welcher in dem Gehäuse angeordnet und linear zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbar ausgebildet ist.
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Dabei ist die Öffnung der Abschlusswand mittels eines Abschlussdeckels verschlossen ausgebildet, wobei der Abschlussdeckel mindestens eine in Richtung des Ankers abstehende Kontur aufweist, welche zumindest einen ersten Abschnitt aufweist, der die zweite Endstellung des Ankers definiert.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und nebengeordneten Ansprüchen angegeben.
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Der verbesserte Aktuator mit dem Abschlussdeckel bringt den Vorteil mit sich, dass mittels des Abschussdeckels und erst mit Anbringen desselben definiert wird, wo die zweite Endstellung des Ankers angeordnet ist. Dabei hat nur der Abschlussdeckel eine individuell für den Anwendungsfall, zum Beispiel für eine bestimmte Kraftwirkung in dem Aktuator, angepasste Kontur, während ansonsten gleiche bzw. standardisierte Komponenten verwendet werden können. Dies führt zu Kosteneinsparungen. Ein damit verbundener weiterer Vorteil ist, dass eine bauliche Anpassung bezüglich der zweiten Endstellung des Ankers noch in einem sehr späten Fertigungsstadium vornehmbar ist, zum Beispiel selbst dann noch, wenn der Aktuator bereits an einen Ventilblock angeschlossen bzw. in diesem verbaut ist. Auf sich ändernde Anforderungen an ein Produkt wie den Ventilblock kann somit einfach und schnell reagiert werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Aktuators ist, dass mittels der abstehenden Kontur, insbesondere des ersten Abschnitts der Kontur, im Bereich eines Anker-Anschlagbereiches die Anschlagfläche minimiert und somit ein hydraulisches Kleben des Ankers in einer Grundposition, konkret in der zweiten Endstellung, verhindert wird
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Abschnitt mittels einer auf der dem Anker abgewandten Seite des Abschlussdeckels eingebrachten ersten Sicke gebildet. Die erste Sicke ist vorzugswiese ringförmig ausgebildet. Mittels Einbringen der ersten Sicke, vorzugsweise einer Ringsicke, kann auf einfache Weise eine in Richtung des Ankers abstehende Kontur bzw. Teilkontur in dem ersten Abschnitt erzeugt werden. Gleichzeitig hat die erste Sicke eine stabilisierende Wirkung auf den Abschlussdeckel.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Abschlussdeckel anstelle oder zusätzlich zu der ersten Sicke mindestens eine Prägung auf, welche den ersten Abschnitt bildet oder mitbildet. Somit wirkt die Prägung ebenfalls gegen ein hydraulisches Kleben des Ankers an dem Abschlussdeckel.
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Zudem ist der erste Abschnitt bevorzugt steif ausgebildet. Dadurch sind ein fester Anschlag für den Anker an dem Abschlussdeckel gewährleistet und eine eindeutig definierte zweite Endstellung des Ankers sichergestellt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ragt der erste Abschnitt in einer vorbestimmten Tiefe und in axialer Richtung in das Gehäuse hinein. Die Tiefe des ersten Abschnitts bestimmt also die Anschlagposition des Ankers innerhalb des Gehäuses. Mittels Auswahl eines Abschlussdeckels mit einer vorbestimmten Tiefe kann die zweite Endstellung des Ankers somit individuell angepasst werden.
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Für die bisherigen Ausführungsformen kann zusammenfassend gesagt werden, dass hier eine Sicherstellung einer definierten Anschlagposition des Ankers, vorzugsweise eines Magnet-Ankers, in der Grundposition bzw. zweiten Endstellung erfolgt. In einem Baukastenkonzept können verschiedene Grundpositionen des Ankers durch unterschiedliche Tiefen der zuvor genannten Rillen und/oder Prägungen einfach realisiert werden, zum Beispiel mittels Wechseleinsätzen in einem zum Erzeugen der Rillen und/oder Prägungen verwendeten Tiefziehwerkzeug. Zur einfachen Variantenunterscheidung können Anschlagvarianten des Abschlussdeckels durch entsprechende konstruktive Ausführung bzw. Konturen einer Prägung im Sinne des Poka-Yoke-Prinzips entsprechend unterschiedlich ausgeführt werden. Das Poka-Yoke-Prinzip ist ein aus mehreren Elementen bestehendes Prinzip, welches technische Vorkehrungen bzw. Einrichtungen zur sofortigen Fehleraufdeckung und -verhinderung umfasst.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kontur einen zweiten Abschnitt auf, der außen an die Abschlusswand angelegt ist. Auch der zweite Abschnitt ist vorzugsweise mittels einer in die dem Anker abgewandten Seite des Abschlussdeckels eingebrachte zweite Sicke gebildet. Mittels des angelegten zweiten Abschnitts ist die Öffnung in der Abschlusswand verschlossen.
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Fixiert ist der Abschlussdeckel an der Abschlusswand bevorzugt mittels Verschweißens außerhalb des zweiten Abschnitts. Der erste Abschnitt der Kontur, welche in das Gehäuse hineinragt, sorgt hierbei für eine korrekte Positionierung des Abschlussdeckels beim Verschweißen.
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Der zweite Abschnitt ist vorzugsweise elastisch verformbar ausgebildet. Gleichzeitig ist der Abschlussdeckel bevorzugt dichtend an das Gehäuse bzw. die Abschlusswand angelegt. Mittels eines elastisch verformbaren zweiten Abschnitts ist ein dichtendes Anliegen an der Abschlusswand gewährleistet, wenn der Abschlussdeckel mit Druck an die Abschlusswand angelegt ist. Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Abschlussdeckel mit der Abschlusswand des Gehäuses verschweißt, während der elastisch verformbare zweite Abschnitt mit Druck an die Abschlusswand angelegt ist. Somit ist die Öffnung der Abschlusswand dauerhaft dichtend verschlossen.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft ist der Abschlussdeckel aus einem nicht-magnetischen, schweißbaren Material, vorzugsweise aus Edelstahl, hergestellt. Dadurch wird sichergestellt, dass Magnetfelder innerhalb des Aktuators, insbesondere eines als Magnetventil ausgebildeten Aktuators, nicht beeinflusst bzw. gestört werden, und eine Schweißverbindung zwischen dem Abschlussdeckel und der Abschlusswand möglich ist. Edelstahl erfüllt diese beiden Anforderungen und ist zudem sehr widerstandsfähig. Außerdem wird mittels Verwendung eines nicht oder gering magnetisierbaren, vorzugsweise dünnwandigen, Stahlwerkstoffs wie Edelstahl ein magnetisches Kleben des Ankers in der zweiten Endstellung bzw. der Grundposition verhindert.
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Ferner ist der Abschlussdeckel bevorzugt mittels Laser-Verschweißens mit dem Gehäuse verbunden. Laser-Verschweißen, auch als Laserstrahlschweißen oder einfach Laserschweißen bezeichnet, zeichnet sich durch seine hohe Schweißgeschwindigkeit, schmale und schlanke Schweißnahtform und geringen thermischen Verzug aus. Ein solches Schweißverfahren wird in der Regel ohne einen Zusatzstoff ausgeführt.
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Das Verschweißen mittels Laser erfolgt dabei vorzugsweise mittels stirnseitigen Verschweißens bzw. Durchschweißens von außen durch den Abschlussdeckels bis an das Gehäuse bzw. deren Abschlusswand. Dadurch erfolgt eine Abdichtung eines Ankerraumes. Durch das stirnseitige Verschweißen, insbesondere mittels Laser, sind die Anforderungen zur Positionierung von Bauteilen für das Verschweißen sowie die qualitativen Anforderungen an solche Bauteile im Beschnittbereich bzw. im Bereich einer Außenkontur im Vergleich zum umlaufenden Verschweißen an einem Deckelrand sehr gering und somit kostengünstig realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Abschlussdeckel mehrere ringförmige Konturen mit unterschiedlich großen Durchmessern auf. Dabei sind die Konturen des Abschlussdeckels, zumindest auf der dem Anker zugewandten Seite, symmetrisch um eine gemeinsame Achse angeordnet. Dabei handelt es sich vorzugsweise um die Achse eines im Bereich des Ankers zylindrisch ausgebildeten Gehäuseteils. Besonders vorteilhaft weisen die Konturen unterschiedliche Tiefen auf bzw. stehen unterschiedlich weit von dem Abschlussdeckel ab. Dadurch ist eine besonders gute Anpassung des Abschlussdeckels an eine unregelmäßige Anlagefläche an der Abschlusswand möglich.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Gehäuse ein Polrohr angeordnet, wobei das Polrohr an dem Abschlussdeckel anliegend angeordnet ist.
Das Polrohr ist in dem Aktuator derart angeordnet, dass der Anker innerhalb des Polrohrs axial zwischen seinen zwei Endstellungen bewegbar ist.
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Darauf aufbauend weist die Kontur des Abschlussdeckels bevorzugt einen dritten Abschnitt auf, welcher an dem Polrohr angelegt ist. Auch der dritte Abschnitt ist vorzugsweise mittels einer in die dem Anker abgewandten Seite des Abschlussdeckels eingebrachten Sicke gebildet. Mittels des angelegten dritten Abschnitts ist das in die Öffnung der Abschlusswand ragende Polrohr verschlossen. Fixiert ist der Abschlussdeckel auch hier an der Abschlusswand, bevorzugt mittels Verschweißens außerhalb des dritten Abschnitts.
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Dabei ist der dritte Abschnitt vorzugsweise elastisch verformbar ausgebildet. Gleichzeitig ist der Abschlussdeckel bevorzugt dichtend an das Polrohr angelegt. Mittels eines elastisch verformbaren dritten Abschnitts ist ein dichtendes Anliegen an dem Polrohr gewährleistet, wenn der Abschlussdeckel mit Druck an das Polrohr angelegt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Abschlussdeckel mit der Abschlusswand des Gehäuses verschweißt, während der elastisch verformbare dritte Abschnitt mit Druck an dem Polrohr angelegt ist. Somit ist das Polrohr an der Abschlusswand bzw. der dem Abschlussdeckel zugewandten Seite dauerhaft dichtend verschlossen.
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Mittels in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen und aus deren Kombinationen hervorgehenden Formgestaltungen des Abschlussdeckels wird eine hohe Elastizität und Flexibilität im Niederhaltebereich gewährleistet, wodurch Einzelteil- und Montagetoleranzen kompensiert werden können. Beispielsweise wird somit ein plötzliches Beulen des Abschlussdeckels durch Hebelwirkung, auch „Knackfrosch“ genannt, vermieden.
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Ein Beispiel für eine kombinierte Ausführungsform umfasst eine Versteifung mittels eines von einer Sicke gebildeten Konturbereichs im Anschlagbereich bei gleichzeitiger Entkopplung mittels eines weiteren von einer weiteren Sicke gebildeten Konturbereichs zum Polrohr.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Ventilblock mit mindestens einem Aktuator gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen gelöst. Der Ventilblock bringt ähnliche Vorteile wie der erfindungsgemäße Aktuator mit sich.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Ventilblocks sind mehrere Aktuatoren bereitgestellt, wobei mindestens einer der jeweiligen Abschlussdeckel eine Kontur oder einen Abschnitt einer Kontur aufweist, welche weiter in ein zugehöriges Gehäuse hineinragt, als mindestens eine Kontur oder ein Abschnitt einer Kontur eines anderen Abschlussdeckels.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators gemäß einer der vorangehend aufgeführten Ausführungsformen gelöst. Das Verfahren bringt ähnliche Vorteile wie der erfindungsgemäße Aktuator mit sich und umfasst die Schritte des Definierens der ersten und zweiten Endstellung des Ankers, Auswählen eines Abschlussdeckels mit einer dem Anker zugewandten, abstehenden Kontur, wobei die Tiefe zumindest eines Abschnitts der Kontur mit der zuvor definierten zweiten Endstellung korrespondiert, sowie Anordnen und Fixieren des Abschlussdeckels an dem Gehäuse.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten eines erfindungsgemäßen Ventilblocks;
- 2 das Detail II aus 1;
- 3 eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators; und
- 4 ein Längsschnitt des Aktuators aus 3;
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäßen Ventilblock 1 mit einer Vorderseite 2 und einer Rückseite 3. Das Kernstück bildet ein zentrales Blockelement 4, wobei auf der Vorderseite 2 und der Rückseite 3 jeweils mehrere Aktuatoren 5, hier insbesondere für Druckregelventile, angeschlossen sind. Die Aktuatoren 5 sind auf der Vorderseite 2 mit einer ersten Halteeinrichtung 6 und auf der Rückseite 3 mit einer zweiten Halteeinrichtung 7 fixiert.
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Die Aktuatoren 5 enthalten zum größten Teil Standard-Bauelemente und ähneln sich untereinander stark in ihrer Zusammensetzung. Dennoch können sich die Aktuatoren 5 aufgrund unterschiedlicher Anforderungen, beispielsweise bezüglich einer inneren Kraftwirkung, im Detail unterscheiden. Eine mögliche Ausführungsform eines Aktuators 5 wird in den folgenden 2 bis 4 genauer beschrieben. Die Begriffe Vorderseite 2 und Rückseite 3 werden im Folgenden auch für die Beschreibung des Aktuators 5 verwendet.
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In der 2 ist ein Teilabschnitt des Ventilblocks 1 aus 1 dargestellt. Von den in 1 aufgeführten Komponenten sind hier in 2 ein Teil des zentralen Blockelements 4 und der Aktuatoren 5 auf der Vorderseite 2 des Ventilblocks 1 erkennbar. Dabei ist ein Aktuator 5, sowie zusätzlich ein Schieber 8 und ein Federelement 9 von dem Ventilblock 1 separiert dargestellt. Der Schieber 8 und das Federelement 9 sind dem separat dargestellten Aktuator 5, auf welchen sich die weitere Beschreibung bezieht, funktional zugeordnet.
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Der Aktuator 5 umfasst eine - hier zu Beschreibungszwecken eingebrachte - Gehäusevorrichtung 10 mit einem Gehäuse 11 und einem Abschlussdeckel 12, sowie weiteren Elementen, die erst in den Beschreibungen zu den 3 und/oder 4 aufgeführt werden. In der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 11 zylindrisch und der Abschlussdeckel 12 kreisförmig bzw. tellerförmig ausgebildet. Außerdem beinhaltet der Aktuator 5 einen ersten Stromanschluss 13 und einen zweiten Stromanschluss 14, die sich aus einer Schutzeinrichtung 15 heraus erstrecken, sowie eine Abschlussscheibe 16. Weitere Details des Aktuators 5 werden in 3 dargestellt.
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Die 3 zeigt den in 2 separiert dargestellten Aktuator 5 in einer Explosionsansicht. Von den bereits in 2 dargestellten Komponenten sind auch hier wieder das Gehäuse 11, der Abschlussdeckel 12, die Stromanschlüsse 13, 14 und die zugehörige Schutzeinrichtung 15, sowie die Abschlussscheibe 16 aufgeführt. Außerdem zeigt 3, von der Vorderseite 2 ausgehend aufgezählt, eine mit den Stromanschlüssen 13, 14 verbundene Spule 17, ein Polrohr 18, einen Anker 19, einen Dämpfungseinsatz 20, einen Stößel 21 und einen Steckverbinder 22.
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In der 4 ist der Aktuator 5 aus 3 als Längsschnitt dargestellt. Alle hier gezeigten Komponenten wurden bereits in der Beschreibung zu 3 aufgeführt und sind hier nur teilweise mit Bezugszeichen versehen. Erstmalig wird hier in 4 deutlich, dass das Gehäuse 11 auf der Vorderseite 2 gemeinsam mit dem Abschlussdeckel 12 eine Abschlusswand 23 bildet, und dass der Anker 19 innerhalb des Gehäuses 11, hier konkret innerhalb des Polrohrs 18, zwischen einer ersten Endstellung 24 und einer zweiten Endstellung 25 bewegbar bzw. verschiebbar angeordnet ist.
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Der Abschlussdeckel 12 weist eine Innenwand 26 und eine Außenwand 27 auf, wobei die Innenwand 26 der Rückseite 3 zugewandt und die Außenwand 27 der Vorderseite 2 zugewandt ist. Dabei ist der Abschlussdeckel 12 mittels einer Schweißverbindung 28 mit der Vorderseite 3 des Gehäuses 11 verbunden. Die Schweißverbindung 28 ist hier von der Außenwand 27 durch den Abschlussdeckel 12 bis zur Innenwand 26 hindurch und weiter bis an das Gehäuse 11 herangeführt, ringförmig ausgebildet und mittels Laser-Verschweißung ausgeführt worden.
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Zudem weist der Abschlussdeckel 12 in dieser Ausführungsform zwei ringförmige, von der Innenwand 26 abstehende Abschnitte 29, 30 einer Kontur auf, konkret einen ersten Abschnitt 29 und einen dritten Abschnitt 30. Dabei hat der erste Abschnitt 29 einen kleineren Ringradius als der dritte Abschnitt 30. Der erste Abschnitt 29 ist an den Anker 19 angelegt, wenn sich dieser - wie hier dargestellt - in seiner zweiten Endstellung 25 befindet.
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Eine weitere mögliche Endstellung des Ankers 19 ist die erste Endstellung 24, welche hier mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Genauer gesagt, die dem Abschlussdeckel 12 zugewandte Seite des Ankers 19 korrespondiert mit der gestrichelten Linie, wenn der Anker 19 in der ersten Endstellung 24 angeordnet ist. Der dritte Abschnitt 30 ist dabei an das Polrohr 18 angelegt.
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Um Missverständnissen vorzubeugen, soll an dieser Stelle erläutert werden, warum es sich bei dem Abschnitt 30 um den „dritten“ und nicht einen „zweiten“ Abschnitt handelt. In einer weiteren - hier nicht gezeigten - Ausführungsform ist die Vorderseite 2 des Gehäuses 11 bis an den Anker 19 - wenn sich dieser in seiner zweiten Endstellung 25 befindet - herangeführt angeordnet, sodass ein Abschnitt der Kontur des Abschlussdeckels nicht an dem Polrohr 18, sondern an dem Gehäuse 11 anliegt. Dieser an dem Gehäuse anliegende Abschnitt wurde in den Ansprüchen und der vorhergehenden Beschreibung als zweiter Abschnitt definiert. Um in der gesamten Beschreibung konform zu bleiben, soll diese Begrifflichkeit auch hier in der Figurenbeschreibung beibehalten werden.
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Die Abschnitte 29, 30 der Kontur sind mittels Einbringens zweier Sicken 31, 32 auf der Außenwand 27 des Abschlussdeckels 12 gebildet. Dabei bildet eine erste Sicke 31 den ersten Abschnitt 29 und eine zweite Sicke 32 den dritten Abschnitt 30 der Kontur aus. Die erste Sicke 31 ist steif ausgebildet, damit der dadurch gebildet erste Abschnitt 29 der Kontur einen festen Anschlag für den Anker 19 bildet. Die zweite Sicke 32 der Kontur ist weich bzw. elastisch verformbar ausgebildet, damit der dadurch gebildete dritte Abschnitt 30 der Kontur dichtend an dem Polrohr 18 - oder in der weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform an dem Gehäuse 11 - anliegen kann.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015102066 A1 [0003]
