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Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Spulenträgervorrichtung für einen elektrischen Aktuator, ein Spulenträgersystem mit einer Spulenträgervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Spulenträgersystems.
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Zum Befestigen eines Spulenträgers an einem Gehäuse können Befestigungselemente wie Schrauben, Klemmen oder thermische Stoffschlusselemente eingesetzt werden.
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Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Spulenträgervorrichtung für einen elektrischen Aktuator, ein Spulenträgersystem mit einer verbesserten Spulenträgervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Spulenträgersystems gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine sehr bauteilarme und somit praktische Spulenträgervorrichtung geschaffen wird, die sowohl ein Tragen einer Spule ermöglicht als auch eine sichere Befestigungsmöglichkeit an einem Gehäuse bietet.
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Eine Spulenträgervorrichtung für einen elektrischen Aktuator weist einen Spulenträger zum Tragen einer Spule und eine Nase auf. Die Nase erstreckt sich einstückig von dem Spulenträger und ist in eine Gehäuseöffnung eines Gehäuseelements einsteckbar ausgeformt, um ein Befestigen der Spulenträgervorrichtung an dem Gehäuseelement zu ermöglichen.
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Der Spulenträger kann zylinderförmig, beispielsweise hohlzylinderförmig ausgeformt sein. Um eine Außenwand des Spulenträgers kann eine Spule gewickelt sein oder gewickelt werden, beispielsweise eine Schwingspule. Zum Verhindern eines Abrutschens der Spule von dem Spulenträger können sich an gegenüberliegenden Enden des Spulenträgers von der Außenwand Fortsätze weg erstrecken. Der Spulenträger und die einstückig mit dem Spulenträger ausgeformte Nase können aus demselben Material ausgeformt sein. Eine Erstreckungslänge der Nase kann zwischen 10 und 20 Millimetern betragen. Das Gehäuseelement kann eine Abdeckung für die Spulenträgervorrichtung sein oder umfassen. Die Spulenträgervorrichtung kann beispielsweise für eine Schwingspule für ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug verwendet werden oder für ein Schaltelement wie ein Magnetventil. Dazu kann ein Magnetanker in einem Hohlraum des Spulenträgers beweglich angeordnet oder anordenbar sein.
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Eine solche Spulenträgervorrichtung ist sehr einfach, beispielsweise in einem Guss, herstellbar und kann ebenso schnell und einfach, in nur einem Montageschritt, an dem Gehäuseelement befestigt werden. Zusätzliche Befestigungselemente wie Schrauben, Klemmen oder thermische Stoffschlusselemente sind vorteilhafterweise nicht notwendig.
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Die Spulenträgervorrichtung kann einstückig und aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeformt sein. So kann die Spulenträgervorrichtung einfach, beispielsweise durch Spritzguss hergestellt werden.
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Die Spulenträgervorrichtung kann aus einem thermisch verformbaren Material ausgeformt sein. Beispielsweise kann die Spulenträgervorrichtung aus einem thermischem Kunststoff ausgeformt sein. Der thermische Kunststoff kann dazu ausgebildet sein, um bei einer bei der Montage auftretenden Reibung der Nase in der Gehäuseöffnung an der Oberfläche zu schmelzen und beim Abkühlen eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Gehäuseelement einzugehen. Somit kann die Nase eine durch beim Einführen der Nase in die Gehäuseöffnung auftretende Reibungswärme schmelzbare Oberfläche aufweisen. Als Kunststoff eignet sich beispielsweise ein Thermoplast. So kann schnell und einfach eine dauerhafte stoffschlüssige Verbindung zwischen der Spulenträgervorrichtung und dem Gehäuseelement erzeugt werden.
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Der Spulenträger kann in Form eines Hohlzylinders ausgeformt sein, wobei ein Ende des Hohlzylinders durch eine Decke zumindest teilweise verschlossen sein kann, von deren Außenseite sich die Nase von dem Hohlzylinder weg erstreckt. Hierbei kann sich die Nase senkrecht zu einer Erstreckungsebene der Decke und zusätzlich oder alternativ achsensymmetrisch zu dem Hohlzylinder erstrecken. So kann die Spulenträgervorrichtung an eine Unterseite des Gehäuseelements gestreckt werden, wobei die Spule weiterhin gut zugänglich bleibt.
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Beispielsweise kann sich die Nase von einer Mitte der Decke weg erstrecken. Dadurch kann die Nase mit einer Drehbewegung in die Gehäuseöffnung eingeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein der Decke gegenüberliegendes freies Ende des Hohlzylinders eine Spulenträgeröffnung aufweisen. Ein durch die Spulenträgeröffnung zugänglicher Hohlraum in dem Hohlzylinder kann bis zu der Decke reichen. Der Hohlzylinder kann also als ein an einem Ende verschlossener und an einem gegenüberliegenden Ende offener Hohlzylinder ausgeformt sein. So kann beispielsweise ein Magnetanker und zusätzlich oder alternativ andere Elemente des elektrischen Aktuators über die Spulenträgeröffnung in den Hohlraum aufgenommen werden.
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Die Decke kann auf einer der Nase gegenüberliegenden Innenseite der Decke und zusätzlich oder alternativ einer Außenwand des Spulenträgers eine Werkzeugausnehmung zur Aufnahme eines Werkzeugs aufweisen. Als die Innenseite ist jene in dem Hohlzylinder liegende Seite der Decke zu verstehen. Hierbei kann die Werkzeugausnehmung beispielsweise auf der Innenseite unterhalb der Nase angeordnet sein. Die Werkzeugausnehmung kann Innensechsrund-förmig oder Sechskant-förmig ausgeformt sein. So kann die Spulenträgervorrichtung an dem Gehäuseelement unter Verwendung eines Werkzeugs befestigt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Drehwerkzeugs, das formschlüssig in die Werkzeugausnehmung aufnehmbar ist. Durch Eindrehen der Nase in die Gehäuseöffnung kann eine stabile kraftschlüssige und zusätzlich oder alternativ stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Decke in einem an die Werkzeugausnehmung angrenzenden Bereich dicker ausgeformt ist, als in einem Randbereich, der einer Außenwand des Spulenträgers zugewandt angeordnet ist. Die Decke kann hierbei in einem mittigen Bereich der Decke dicker ausgeformt sein. Dies erhöhte eine Stabilität der Decke im Bereich der Nase, beispielsweise unterhalb und zusätzlich oder alternativ neben der Nase.
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Die Nase kann zu einer Spitze der Nase hin verjüngend zulaufend oder stufenförmig verjüngend ausgeformt sein. Dies erlaubt ein einfaches Einführen in die Gehäuseöffnung. Die Nase kann eine gewindefreie glatte Oberfläche aufweisen.
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Ein Spulenträgersystem weist eine der vorangehend beschriebenen Spulenträgervorrichtungen und das Gehäuseelement mit der Gehäuseöffnung auf, wobei die Nase in der Gehäuseöffnung einführbar ausgeformt oder eingeführt ist. Ein solches Spulenträgersystem realisiert vorteilhafterweise eine stabile und bauteilarme Verbindung zwischen einem Spulenträger und einem Gehäuse. Die Nase kann stoffschlüssig und zusätzlich oder alternativ kraftschlüssig in der Gehäuseöffnung befestigt sein. Beispielsweise kann die Nase in die Gehäuseöffnung eingedreht worden sein, wobei die dabei entstehende Reibungswärme zum partiellen Aufschmelzen der Oberfläche der Nase führen und beim Wiederabkühlen zu einem thermischen Stoffschluss zwischen Nase und Gehäuseöffnung führen kann.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Spulenträgersystems umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer der vorangehend beschriebenen Spulenträgervorrichtungen und des Gehäuseelements mit der Gehäuseöffnung; und
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Einführen der Nase der Spulenträgervorrichtung in die Gehäuseöffnung, um die Spulenträgervorrichtung an dem Gehäuseelement zu befestigen, um das Spulenträgersystem herzustellen.
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Im Schritt des Einführens kann die Nase in die Spulenträgervorrichtung eingedreht werden, wobei eine Oberfläche der Nase durch die beim Einführen entstehende Reibungswärme schmilzt und beim Abkühlen eine stoffschlüssige Verbindung mit der angrenzenden Wand der Gehäuseöffnung ausformen kann.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine seitliche Querschnittdarstellung einer Spulenträgervorrichtung für einen elektrischen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine seitliche Querschnittdarstellung eines elektrischen Aktuators mit einer Spulenträgervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Spulenträgersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine seitliche Querschnittdarstellung einer Spulenträgervorrichtung 100 für einen elektrischen Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann es sich bei dem Aktuator um eine Schwingspule handeln.
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Die Spulenträgervorrichtung 100 weist einen Spulenträger 105 zum Tragen einer Spule und eine Nase 110 auf. Die Nase 110 erstreckt sich einstückig von dem Spulenträger 105 und ist in eine Gehäuseöffnung 115 eines Gehäuseelements 120 einsteckbar ausgeformt, um ein Befestigen der Spulenträgervorrichtung 100 an dem Gehäuseelement 120 zu ermöglichen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Nase 110 in die Gehäuseöffnung 115 eingesteckt und die Spulenträgervorrichtung 100 ist somit an dem Gehäuseelement 120 befestigt. Das Gehäuseelement 120 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Abdeckung für die Spulenträgervorrichtung 100 ausgeformt, oder weist eine solche Abdeckung auf. Die Spulenträgervorrichtung 100 kann zusammen mit dem Gehäuseelement 120 auch als Spulenträgersystem 125 bezeichnet werden.
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Der Spulenträger 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig, hier hohlzylinderförmig ausgeformt. Um eine Außenwand 130 des Spulenträgers 110 ist eine Spule wickelbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Außenwand 130 an zwei gegenüberliegenden Enden 140, 145 des Spulenträgers 105 sich von der Außenwand 130 weg erstreckende Fortsätze 150 auf. Die Fortsätze 150 erstrecken sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Form von zwei gegenüberliegenden Flanschen radial um die Außenwand herum, um die Spule zwischen den zwei Flanschen verrutschsicher aufnehmen zu können.
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Der Spulenträger 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Hohlzylinders ausgeformt, wobei ein Ende 140 des Hohlzylinders durch eine Decke 155 zumindest teilweise verschlossen ist, von deren Außenseite 160 sich die Nase 110 von dem Hohlzylinder weg erstreckt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Nase 110 senkrecht zu einer Erstreckungsebene der Decke 155 und/oder achsensymmetrisch zu dem Hohlzylinder. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Nase 110 von einer Mitte der Decke 155 weg. Ein der Decke 155 gegenüberliegendes freies Ende 145 des Hohlzylinders weist eine Spulenträgeröffnung 165 auf. Ein durch die Spulenträgeröffnung 165 zugänglicher Hohlraum in dem Hohlzylinder reicht gemäß diesem Ausführungsbeispiel bis zu der Decke 155. Ferner weist die Decke 155 gemäß diesem Ausführungsbeispiel benachbart zu der Nase 110 eine Aufnahmeöffnung 170 zur Aufnahme eines Gehäuseabschnitts des Gehäuseelements 120 auf. In die Aufnahmeöffnung 170 ist im hier gezeigten montierten Zustand des Spulenträgersystems 125 ein die Gehäuseöffnung 115 umgebender Randabschnitt des Gehäuseelements 120 eingeführt oder eingerastet.
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Die Decke 155 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner auf einer der Nase 110 gegenüberliegenden Innenseite 175 der Decke 110 eine Werkzeugausnehmung 180 zur Aufnahme eines Werkzeugs auf. Die Werkzeugausnehmung 180 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Innenseite 175 unterhalb der Nase 110 angeordnet. Die Werkzeugausnehmung 180 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel Innensechsrund-förmig oder Sechskant-förmig ausgeformt. Unter Verwendung eines über den Hohlraum in der Werkzeugausnehmung 180 aufnehmbaren Werkzeugs ist die Spulenträgervorrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Nase 110 in die Gehäuseöffnung 115 eingedreht angeordnet. Die Decke 155 ist in einem an die Werkzeugausnehmung 180 angrenzenden Bereich dicker ausgeformt als in einem Randbereich, der der Außenwand 130 des Spulenträgers 105 zugewandt angeordnet ist. Die Decke 155 ist demnach gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem mittigen Bereich dicker ausgeformt, als in einem äußeren Bereich.
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Zusätzlich oder alternativ ist die Außenwand 130 des Spulenträgers 105, beispielsweise im Bereich der Decke 155 eine Werkzeugausnehmung zur Aufnahme eines Werkzeugs auf. Beispielsweise ist die Außenwand 130 dazu abschnittsweise als ein Sechskant ausgeformt. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Gabelschlüssel verwendet werden, um die Nase 110 in die Gehäuseöffnung 115 einzudrehen.
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Die Nase 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zu einer Spitze der Nase 110 hin stufenförmig verjüngend ausgeformt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Nase domförmig und/oder eine Stufe aufweisend ausgeformt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Nase 110 zu der Spitze hin stetig verjüngend zulaufend oder mehrere Stufen aufweisend ausgeformt. Eine Nasenlänge der Nase 110 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen zehn und zwanzig Millimetern, gemäß einem Ausführungsbeispiel 12 Millimeter oder 17 Millimeter. Die Nase 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ohne ein Außengewinde ausgeformt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Spulenträgervorrichtung 100 einstückig und aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeformt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Spulenträgervorrichtung 100 aus einem thermisch verformbaren Material, beispielsweise aus thermischen Kunststoff ausgeformt. Das thermisch verformbare Material ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um durch die beim Einführen der Nase 110 in die Gehäuseöffnung 115 auftretenden Reibungswärm im Bereich der Nase 110 anzuschmelzen, um eine stoffschlüssige Verbindung mit der Innenwand der Gehäuseöffnung 115 einzugehen. Bei dem hier gezeigten Spulenträgersystem 125 ist die Nase 110 also gemäß diesem Ausführungsbeispiel formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Gehäuseöffnung 115 befestigt. Ein Material der Nase 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel stoffschlüssig mit einem Material der Innenwand um die Gehäuseöffnung 115 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ohne einen zusätzlichen Klebstoff und/oder ohne zusätzliche Wärmezufuhr hergestellt. Beim Einführen der Nase 110 in die Gehäuseöffnung 115 kann somit eine äußere Oberfläche der Nase 110 in direktem Kontakt, ohne zwischenliegende Klebstoffschicht, mit der Gehäuseöffnung 115 sein. Ein maximaler Außendurchmesser der noch nicht eingeführten Nase 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel geringfügig größer als ein maximaler Innendurchmesser der Gehäuseöffnung 115.
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Die hier vorgestellte Spulenträgervorrichtung 100 ermöglicht eine Spulenträgeranbindung mittels thermischem Stoffschluss. Eine solche Spulenträgeranbindung ist vorteilhafterweise günstig im Vergleich zu metallischen Schrauben und im Fügeverfahren der Nase 110 entsehen vorteilhafterweise keine metallischen Späne, welche wiederum zum Ausfall einer Elektronik führen könnten. Ferner sind sehr hohe Abzugskräfte realisierbar. Die Spulenträgervorrichtung 100 ist gewichtsoptimiert und vor Manipulation geschützt, da sie nicht zerstörungsfrei wieder von dem Gehäuseelement 120 gelöst werden kann.
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Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht ein Verfahren, bei dem ein Spulenträger 105 eines elektrischen Aktuator mittels eines thermischen Stoffschlusses direkt an einer Abdeckung oder einem Gehäuseelement 120 montiert werden kann, ohne ein zusätzliches thermisches Stoffschlusselement oder eine Schraube zu benötigen.
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Bei dem hier vorgestellten Spulenträgersystem 125 ist der Spulenträger 105 an dem Gehäuseelement 120 befestigt. Ein Befestigungsmaterial ist dabei nicht magnetisch, gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus Kunststoff, wobei kein Klebstoff notwendig ist. Das Spulenträgersystem 125 ist zur Verwendung für ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug einsetzbar ausgeformt.
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Die Spulenträgervorrichtung 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Dreh- und Fügeprozess der Nase 110 der Spulenträgervorrichtung 100 fest an das Gehäuseelement 120 in Form einer Abdeckung montiert. Hierbei ist vorteilhafterweise kein separates Bauteil für die Anbindung notwendig.
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Die Nase 110 und der Spulenträger 105 sind zu einem Bauteil vereint. Ein Antrieb, z. B. Torx, ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Innenseite 175 des Spulenträgers 105 oder alternativ auch über eine Außenseite, z. B. als Sechskant, realisiert. Eine Ausrichtungstoleranz im Dreh- und Fügeprozess des Spulenträgers 110, ca. +/-15°, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel durch einen Vorhalt einer Wicklungslänge entsprechend kompensiert.
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Die hier vorgestellte Spulenträgervorrichtung 100 erfordert vorteilhafterweise sehr wenig Handling und ist günstig, da sie nur ein einziges Bauteil aufweist.
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2 zeigt eine seitliche Querschnittdarstellung eines elektrischen Aktuators 200 mit einer Spulenträgervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Spulenträgervorrichtung 100 handeln, welche wie in 1 beschrieben an dem Gehäuseelement 120 befestigt ist.
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Der elektrische Aktuator 200 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Spule 205, diese kann auch als „Magnetspule“ bezeichnet werden, einen Magnetanker 210 und/oder einen Metallbügel 215. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Aktuator 200 als eine Schwingspule ausgeformt. Alternativ kann der Aktuator 200 beispielsweise für ein Magnetventil eingesetzt werden. Die Spule 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Fortsätzen 150 um die Außenwand des Spulenträgers 105 gewickelt angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel trägt die Spulenträgervorrichtung 100 die Spule 205 bereits wenn die Spulenträgervorrichtung 100 an dem Gehäuseelement 120 befestigt wird. Der Magnetanker 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Hohlraum des Spulenträgers 105 beweglich angeordnet. Der Magnetanker 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem ferritischen Edelstahl ausgeformt und/oder wird durch ein Magnetfeld der Spule 205 angezogen und bewegt sich dann innerhalb des Spulenträgers 105. Der Metallbügel 215 umgreift gemäß diesem Ausführungsbeispiel das freie Ende 145 des Spulenträgers 105 und/oder zumindest einen Abschnitt der Spule 205.
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Der elektrische Aktuator 200 ist für einen Einsatz im Zusammenhang mit einem Automatikgetriebe für ein Fahrzeug ausgeformt.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Herstellen eines Spulenträgersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Das Verfahren 300 weist einen Schritt 305 des Bereitstellens und einen Schritt 310 des Einführens auf. Im Schritt 305 des Bereitstellens werden eine der in einer der 1 oder 2 beschriebenen Spulenträgervorrichtungen und das Gehäuseelement mit der Gehäuseöffnung bereitgestellt. Im Schritt 310 des Einführens wird die Nase der Spulenträgervorrichtung in die Gehäuseöffnung eingesteckt, um die Spulenträgervorrichtung an dem Gehäuseelement zu befestigen, um das Spulenträgersystem herzustellen.
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Im Schritt 310 des Einführens kann die Nase in einer Drehbewegung eingeführt werden, um die Spulenträgervorrichtung ferner kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Gehäuseelement zu befestigen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Nase so eingeführt, dass eine äußere Oberfläche der Nase schmilzt. Das geschmolzene Material führt beim Abkühlen zu einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuseelement.
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In einem optionalen Schritt 315 wird ein Magnetanker in der Spulenträgervorrichtung befestigt, um einen Aktuator, beispielsweise in Form einer Schwingspule herzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Spulenträgervorrichtung
- 105
- Spulenträger
- 110
- Nase
- 115
- Gehäuseöffnung
- 120
- Gehäuseelement
- 125
- Spulenträgersystem
- 130
- Außenwand
- 140
- Ende
- 145
- freies Ende
- 150
- Fortsatz
- 155
- Decke
- 160
- Außenseite
- 165
- Spulenträgeröffnung
- 170
- Aufnahmeöffnung
- 175
- Innenseite
- 180
- Werkzeugausnehmung
- 200
- Spulenträgersystems
- 205
- Spule
- 210
- Magnetanker
- 215
- Metallbügel
- 300
- Verfahren zum Herstellen eines Spulenträgersystems
- 305
- Schritt des Bereitstellens
- 310
- Schritt des Einführens
- 315
- Schritt des Befestigens
