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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Aktuator für ein Hydraulikventil sowie ein Hydraulikventil, insbesondere ein hydraulisches Ventil für einen Nockenwellenversteller eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt Magnetaktuatoren, oder auch Elektromagnete genannt, zur axialen Bewegung eines Kolbens, bspw. eines Kolbens eines Hydraulikventils, welches bspw. für ein Nockenwellenverstellsystem vorgesehen ist, einzusetzen, wobei das Hydraulikventil bevorzugt in Form eines Zentralventils ausgeführt ist. Die Zentralventile sind fest mit einer zu verstellenden Nockenwelle verbunden, wobei ein entsprechender Bauraum vorgehalten werden muss. Das bedeutet, dass eine axiale Länge des Zentralventils, welches eine axiale Länge des Aktuators umfasst, den Bauraum der Nockenwelle mitbestimmend prägt.
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Aus der
DE 42 17 871 A1 ist ein Elektromagnet bekannt, welcher zur Lagerung eines axial bewegbaren Ankers, eine den Anker vollständig in axialer Richtung durchdringende Stange aufweist. Zur Erzielung einer so genannten Stangenlagerung, welche auch als Stange-Stange-Lagerung bezeichnet werden kann, ist der Anker vollständig auf der Stange gelagert und weist über seine gesamte axiale Erstreckung einen Kontakt mit der Stange auf.
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Der wesentliche Vorteil einer Stange-Stange-Lagerung im Vergleich mit einer Stange-Bauch oder reinen Bauchlagerung ist insbesondere in der Reibungsfreiheit zwischen dem Anker und einer den Anker umfassenden Innenfläche einer Polgruppe zu sehen, wodurch eine längere Lebensdauer erzielbar ist. Ein weiterer Vorteil ist in der Nichtnotwendigkeit einer zwischen dem Anker und der Polgruppe ausgebildeten magnetischen Trennschicht zu sehen, wie es im Stand der Technik notwendig ist, da der Anker aufgrund des Luftspaltes keine Berührung mit der Polgruppe aufweist. Dies erspart einen Beschichtungsaufwand und eine sich daran anschließende Schleifbearbeitung oder eine zusätzliche, dünnwandige Trennhülse zwischen dem Anker und der Polgruppe.
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Der Anker ist als zylinderförmiges Bauteil ausgebildet, und weist zur Aufnahme der Stange eine zentrale Aufnahmeöffnung auf, wobei die Stange fest mit dem Anker verbunden ist, damit bei Bestromung des Aktuators eine herbeigeführte Ankerkraft auf das Hydraulikventil übertragen werden kann. Die Stange steht dabei in Kontakt mit dem Hydraulikventil, insbesondere mit einem bewegbaren Kolben des Hydraulikventils.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktuator mit einer Stange-Stange-Lagerung bereitzustellen, der eine hohe Kraftdichte bei einer reduzierten axialen Länge aufweist. Eine weitere Aufgabe ist die Angabe eines verbesserten Hydraulikventils, das eine möglichst hohe Kraftdichte seines magnetischen Aktuators aufweist und dabei kostengünstig herstellbar ist.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Aktuator für ein Hydraulikventil, insbesondere ein hydraulisches Ventil für einen Nockenwellenversteller, vorgeschlagen, der ein magnetisierbares Aktuatorgehäuse umfasst, welches eine Magnetspule umschließt. Weiter weist der Aktuator eine in einer Gehäuseaufnahmeöffnung des Aktuatorgehäuses angeordnete Polgruppe auf, wobei die Polgruppe zumindest einen Polkern und ein Polrohr umfasst, wobei der Polkern und das Polrohr durch einen Verbindungssteg verbunden sind. Der Polkern ist über einen Polkernkonus mit dem Verbindungssteg und/oder das Polrohr ist über einen Polrohrkonus mit dem Verbindungssteg verbunden. In einem Innenraum der Polgruppe ist ein axial bewegbarer Anker aufgenommen, wobei in axialer Richtung der Anker an seiner einenends ausgebildeten Stirnfläche durch einen ihm gegenüberliegend ausgebildeten Abschlussdeckel der Polgruppe sowie in axialer Richtung durch eine seiner anderenends ausgebildeten Stirnfläche gegenüberliegend angeordneten Lagerscheibe begrenzt ist. Der Anker ist mit Hilfe einer ihn vollständig in axialer Richtung durchdringenden Stange in Form einer Stange-Stange-Lagerung gelagert, wobei der Anker mit der Stange eine feste Verbindung aufweisend ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Aktuator weist zur Bauraumreduzierung zwischen dem Anker und der Stange einen sich ausgehend von der Stange in radialer und axialer Richtung erstreckenden Hohlraum auf, wobei der Hohlraum zur zumindest teilweisen Aufnahme des Abschlussdeckels und/oder des Lagerdeckels ausgestaltet ist und die Stange-Stange-Lagerung durch Lagerung der Stange im Abschlussdeckel und in der Lagerscheibe ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der Anker einen Hohlraum aufweist, wobei ein der Polgruppe zugewandter, den Hohlraum umfassender Ankerring des Ankers ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Ankerquerschnittsfläche im Bereich des Ankerrings durch den Hohlraum reduziert ist. Der Hohlraum ist nicht dahingehend zu verstehen, dass der Hohlraum sich vollständig durch den Anker in axialer Richtung erstreckt, dies würde zu einer Reduzierung der Magnetkraft führen, wie es bspw. auch eine einfache Kürzung des Ankers hervorrufen würde. Daher ist unter dem Hohlraum ein von dem Anker zugehörigen Ankerring umfasster Raum zu verstehen, durch den die Stange sich erstreckt. Der Raum, resp. der Hohlraum ist ebenfalls mit Hydraulikfluid befüllt. Der Vorteil ist die Herbeiführung eines gewichtsreduzierten Aktuators, jedoch ist ebenfalls die Grundlage geschaffen, einen gegenüber dem Stand der Technik bei zumindest nahezu gleicher Leistung oder Magnetkraft wesentlich kürzeren Aktuator herbeizuführen. Die hohe Kraftdichte wird insbesondere auch dadurch erzielt, dass die Bauteile, welche den metallischen Kreis zur Realisierung eines magnetischen Flusses bilden, miteinander verbunden und/oder verpresst sind, so dass zwischen diesen kein Luftspalt den möglichen magnetischen Fluss behindert und/oder schwächt. Diese Bauteile sind die Polgruppe, bestehend aus dem Polrohr, dem Polkern und dem Verbindungssteg, sowie das Aktuatorgehäuse und eine Polscheibe.
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Die Bauraumoptimierung kommt dadurch zustande, dass das Stangenlager des Abschlußdeckels bzw. der Lagerscheibe in den Hohlraum zumindest teilweise hineinverlagert wird.
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Der Hohlraum könnte abschnittsweise die Stange umfassend ausgeführt sein, jedoch ist es herstellungstechnisch einfacher den Hohlraum ringförmig, die Stange vollständig umfassend auszubilden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators ist der Hohlraum außerhalb eines zwischen dem Polrohr und dem Polkern vorliegenden Polspalts ausgebildet. Da Ankermaterial des Ankers, insbesondere bei der vorgestellten Bauweise, in einem zwischen dem Polrohr und dem Polkern ausgebildeten Polspalt am stärksten ausgenutzt wird, ist es zu bevorzugen die Ankerquerschnittsfläche außerhalb dieses Bereiches zu reduzieren. Da ein möglichst kleiner Luftspalt zwischen dem Anker und dem Polrohr sowie dem Polkern erwünscht ist, kann ein Hohlraumdurchmesser des Hohlraums in dem genannten Bereich vergrößert werden, ohne dass allzu viel Magnetkraft verloren geht, wie dies bspw. bei der Verkürzung des Ankers auftreten würde. Die Ausbildung des Hohlraumes ist an beiden Stirnseiten des Ankers möglich.
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Zur Herbeiführung einer sicheren Verbindung zwischen der Stange und dem Anker ist der Hohlraum an der dem Abschlussdeckel gegenüberliegenden Stirnfläche und/oder an der der Lagerscheibe gegenüberliegenden Stirnfläche ausgebildet, wobei, sofern der Hohlraum an der dem Abschlussdeckel gegenüberliegenden Stirnfläche und an der der Lagerscheibe gegenüberliegenden Stirnfläche ausgebildet ist, die feste Verbindung des Ankers mit der Stange zwischen dem Hohlraum an der dem Abschlussdeckel gegenüberliegenden Stirnfläche und dem Hohlraum an der der Lagerscheibe gegenüberliegenden Stirnfläche ausgeführt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators sind im Abschlussdeckel eine Lageröffnung und in der Lagerscheibe eine Lageröffnung zur Lagerung der Stange ausgebildet. Der Abschlussdeckel bildet bei einer einteiligen Ausführung mit der Polgruppe in axialer Richtung ein Ende der Polgruppe, so dass vorteilhaft eine Öffnung zur Lagerung der Stange in den in die Polgruppe integrierten Abschlussdeckel auf kostengünstige Weise, bspw. durch eine Bohrung eingebracht werden kann. Auch eine weitere Bearbeitung der Öffnung, bspw. Honen, Läppen und/oder Polieren zur Ausbildung eines reibungsarmen Gleitlagers ist kostengünstig vorzunehmen, da die Öffnung zur Bearbeitung einfach, da direkt, zu erreichen ist. Der Abschlussdeckel könnte auch als separates Bauteil, somit unabhängig von der Polgruppe ausgebildet sein. Die weitere, in der Lagerscheibe ausgebildete Lagerstelle der Stange ist vorteilhaft, da ebenfalls kostengünstig, in der Lagerscheibe auszubilden.
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Die Lagerscheibe wird üblicherweise unabhängig von dem Polrohr und dem Polkern hergestellt und nach Einbringen des Ankers in den Innenraum der Polgruppe in diese üblicherweise mit Hilfe einer Presspassung gefügt. Es handelt sich somit bei der Lagerscheibe um ein einfaches, scheiben- oder zylinderförmiges Bauteil, in das eine weitere Öffnung zur Realisierung der Lagerstelle einzubringen ist. Diese lässt sich ebenfalls, wie auch beim Abschlussdeckel einfach und kostengünstig herstellen. Die Lagerscheibe könnte auch ein Teil einer Buchse oder eines Polstopfens sein. Ebenso könnte sie auch einteilig mit der Polgruppe ausgebildet sein, wobei in diesem Fall zur verbesserten Montage der Abschlussdeckel nicht einteilig mit der Polgruppe herzustellen ist. Die einteilige Ausführung der Lagerscheibe mit dem Polkern oder der Polgruppe weist den Vorteil auf, dass keine Luftspalte zwischen den Bauteilen bestehen, die den magnetischen Fluss reduzieren könnten.
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Ebenso ist es denkbar, das Polrohr und den Abschlussdeckel einteilig auszuführen, wobei in diesem Fall zur verbesserten Montage die Lagerscheibe nicht einteilig mit der Polgruppe herzustellen ist. Die einteilige Ausführung weist den Vorteil auf, dass keine Luftspalte zwischen den Bauteilen bestehen, die den magnetischen Fluss reduzieren könnten.
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Zur Vergrößerung der Lagerfläche ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung möglich, dass der Abschlussdeckel und/oder die Lagerscheibe einen dem Anker zugewandt ausgebildeten ringförmigen Ansatz aufweist, welcher in den dem Abschlussdeckel zugewandt ausgebildeten Hohlraum vollständig hineinragen kann. Zur Verbesserung des Magnetflusses innerhalb des Ankers können dabei der ringförmige Ansatz und der der Anker jeweils korrespondierende Schrägen aufweisen.
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Bevorzugt sind der Polkern, der Verbindungssteg, das Polrohr sowie die möglicherweise ausgebildeten Konen einstückig, bzw. einteilig auszubilden. Eine einteilig ausgebildete Polgruppe, zumindest bestehend aus dem Polkern und dem Polrohr weist den Vorteil auf, dass bei der Fertigung der Polgruppe, insbesondere des den Anker aufnehmenden Bauteils der Polgruppe bestehend aus Polrohr und Polkern sowie des Verbindungsstegs, eine mechanische Achse der gesamten Polgruppe festgelegt werden kann, und so eine Mantelfläche des Ankers günstig definiert ist, da die beiden Achsen von Polgruppe und Anker in Übereinstimmung koaxial gebracht werden können, oder mit anderen Worten, vollständig koaxial ausgebildet werden können, um so günstige Laufeigenschaften des Ankers zu gewährleisten.
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Um die Querkräfte zu minimieren, muss der Anker sich zentrisch bewegend in der Polgruppe, insbesondere im Polrohr angeordnet sein, und ebenso zentrisch in einen Konusbereich des Polkerns oder des Polrohres hineinfahren können. Bei zentrischer Lage des Ankers sind die Querkräfte ausgeglichen, somit ist ihre Summe Null. Je größer eine Abweichung aus der zentrischen Lage, desto größer sind daraus resultierende Querkräfte. Aufgrund der minimierten Querkräfte geht aus der Gesamtsumme der Kräfte eine höhere Axialkraft, und somit eine höhere Magnetkraft hervor. Somit ist zur Realisierung einer hohen Magnetkraft bei geringerem Ankervolumen die einteilig ausgebildete Polgruppe zu wählen.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Abschlussdeckel auch nach Herstellung des einstückig ausgebildeten Polgruppenabschnitts bestehend aus Polrohr, Polkern und Verbindungssteg in das Polrohr gefügt werden kann, wodurch die Herstellung der im Abschlussdeckel liegenden Lagerstelle weiter vereinfacht ist.
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Der Anker ist bevorzugt fest mit der Stange zu verbinden, damit eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen, welche zu einer Fehlfunktion des Hydraulikventils führen könnte, vermieden ist. Somit ist es vorteilhaft, da kostengünstig, die Stange in den Anker zu pressen, oder zur weiteren Reduzierung des Gewichts des Aktuators, die Stange aus einem Kunststoff herzustellen und in den Anker einzuspritzen.
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Vorteilhaft ist die Stange in Form einer massiven oder dickwandigen Stange ausgebildet, damit eine Durchbiegung vermieden werden kann.
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Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Hydraulikventil, insbesondere ein hydraulisches Ventil für einen Nockenwellenversteller, mit einem Steuerventil und einen das Steuerventil bewegenden Aktuator, wobei der Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Aktuators, welcher bei nahezu gleicher Magnetkraft in seiner axialen Länge und in seinem Gewicht wesentlich reduziert ist, ist somit ein bauraumoptimiertes Hydraulikventil geschaffen, welches auch bei geringen vorliegenden Einbauräumen genutzt werden kann und einen gesicherten Betrieb aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils;
- 2 in einer perspektivischen Ansicht einen Längsschnitt durch eine einen Anker aufweisende Polgruppe des Aktuators in einem weiteren Ausfü h ru ngsbeispiel;
- 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils;
- 4 einen Anker des Aktuators gemäß 3 im Längsschnitt; und
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt eines Abschlussdeckels des Aktuators gemäß 3 im Längsschnitt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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In 1 ist in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßer Aktuator 10 eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils 12 illustriert. Das Hydraulikventil 12, welches ausgehend von dem Aktuator 10 in seinen zur hydraulischen Funktion ausgebildeten Bauteilen nicht näher dargestellt ist, umfasst weiter ein Steuerventil mit einem hydraulische Anschlüsse aufweisenden Gehäuse mit einem axial bewegbaren, hydraulisch durchströmbaren Kolben, welcher zur Freigabe und Verschließung von im Gehäuse ausgebildete Durchströmöffnungen axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Kolben wird mit Hilfe des Aktuators 10 axial positioniert.
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Der Aktuator 10 umfasst ein magnetisierbares Aktuatorgehäuse 14, welches eine Magnetspule 16 an deren Außenumfang 18 und an wenigstens einer ihrer Stirnseiten 20 umschließt. Die Magnetspule 16 ist in einen Trägerkörper 22, vorzugsweise aus Kunststoff, aus Gründen der elektrischen Isolation, eingebettet oder eingegossen. Der mit der Magnetspule 16 bestückte Trägerkörper 22 ist in einer Gehäuseaufnahmeöffnung 23 des Aktuatorgehäuses 14 aufgenommen.
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Der Trägerkörper 22 ist zwischen der Magnetspule 16 und einer Polgruppe 24 angeordnet, wobei er die Polgruppe 24 über deren Mantelfläche 26, diese zumindest teilweise umfassend ausgebildet ist.
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Die Polgruppe 24, welche in diesem Ausführungsbeispiel hohlzylinderförmig ausgeführt ist, ist gebildet aus einem Polkern 28 und einem Polrohr 30, welche in axialer Richtung miteinander mit Hilfe eines Verbindungssteges 32 verbunden sind. Der Polkern 28, das Polrohr 30 und der Verbindungssteg 32 sind einteilig ausgebildet. Der Polkern 28 ist dem Kolben zugewandt angeordnet, wohingegen das Polrohr 30, welches an der vom Kolben abgewandt ausgebildeten Stirnseite der Polgruppe 24, diese mit Hilfe eines Abschlussdeckels 31 nahezu verschließend ausgeführt ist, vom Kolben abgewandt angeordnet ist.
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Der Verbindungssteg 32 ist hohlzylinderförmig ausgestaltet und ist an seiner dem Polkern 28 zugewandt ausgebildeten Seite mit einem Polkernkonus 34 verbunden. Ebenso könnte der Verbindungssteg 32 an seiner dem Polrohr 30 zugewandt ausgebildeten Seite mit einem Polrohrkonus des Polrohrs 30 verbunden sein. Auch könnten Polkern 28 und Polrohr 30 jeweils einen Konus zwischen denen der Verbindungssteg 32 angeordnet ist aufweisen, wie es in 2 in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktuators 10 abgebildet ist, in welchem das Polrohr 30 den Polrohrkonus 35 besitzt. In einem Innenraum 36 der Polgruppe 24, welche eine Längsachse 38 aufweist, ist ein Anker 40 in Richtung der Längsachse 38 bewegbar aufgenommen.
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Zur vereinfachten Montage ist das Aktuatorgehäuse 14 hohlzylinderförmig ausgebildet und weist im Bereich seines dem Kolben zugewandt ausgebildeten Endes eine den Polkern 28 umfassende Polscheibe 42 auf, welche sich in axialer Richtung an den Trägerkörper 22 und dem Aktuatorgehäuse 14 abstützend angeordnet ist. Ebenso könnte die Polscheibe 42 auch in das Aktuatorgehäuse 14 eingepresst werden. Der Vorteil ist, dass das Aktuatorgehäuse 14 hutförmig, oder mit anderen Worten topfförmig ausgebildet werden kann, und wobei der die Magnetspule 16 tragende Trägerkörper 22 einfach in das Aktuatorgehäuse 14 eingelegt werden kann und dieses mit der Polscheibe 42, die zur Aufnahme der Polgruppe 24 ausgestaltet ist, bedeckt werden kann.
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Die im Aktuatorgehäuse 14 angeordnete Magnetspule 16, die Polgruppe 24 mit dem Anker 40 und die Polscheibe 42 bilden den wesentlichen Teil des Aktuators 10 des Hydraulikventils 12.
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Der teilweise mit Hydraulikfluid gefüllte Innenraum 36 ist gegenüber dem Kolben mit Hilfe einer Lagerscheibe 44 im Wesentlichen geschlossen. Die Lagerscheibe 44 ist neben der Begrenzung der axialen Bewegung des Ankers 40 zur Vermeidung eines übermäßigen Austritts von im Innenraum 36 aufgenommenen Hydraulikfluids angeordnet. So kann das Hydraulikfluid, welches zur reibungsarmen Bewegung und zur Dämpfung des Ankers 40 vorgesehen ist, zwar über entsprechende Bewegungsspalte den hydraulischen Kolben und/oder dessen Gehäuse übertreten, jedoch ist mit Hilfe der Lagerscheibe 44 eine übermäßige oder vollständige Entleerung verhindert.
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Des Weiteren sind im Innenraum 36 bevorzugt freie Flächen vor bzw. hinter dem Anker 40 gleich groß, so dass bei Bewegungen des Ankers 40 das Hydraulikfluid im Polkern 24 bewegt wird und, ausgenommen an den Lagerstellen, kein Ausströmen des Hydraulikfluids aus dem Innenraum 36 stattfinden muss. Bei Bewegungen des Ankers 40 kann im Innenraum 36 vorliegendes Hydraulikfluid in diesem bewegt werden und muss nicht aus dem Innenraum 36 zur Herbeiführung einer schnellen Bewegung des Ankers 40 abgeführt werden. Der mit Hilfe der gleich großen Flächen erwirkte Druck bei Bewegung des Ankers 40 aufgrund der notwendigen Verdrängung im Volumen vor oder hinter dem Anker 40, ist hinreichend zur Realisierung einer schnellen Reaktionszeit des Hydraulikventils 12 bei gleichzeitiger vorteilhafter Dämpfung des Ankers 40 und demgemäß einer Dämpfung des mit Hilfe des Ankers 40 bewegten Kolbens des Hydraulikventils 12.
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Zur Reibungsminderung ist zwischen dem Anker 40 und einer Innenfläche 46 der Polgruppe 24 des Aktuators 10 ein Luftspalt 48 ausgebildet, wobei der Luftspalt 48 vollständig zwischen der Mantelfläche 50 des Ankers 40 und der Innenfläche 46 ausgebildet ist. Der Luftspalt 48 ist so gestaltet, dass zur zentrischen Lagerung des Ankers 40 in der Polgruppe 24 über einem Umfang des Ankers 40 zwischen dem Anker 40 und der Polgruppe 24, d.h. und der Innenfläche 46, ein konstanter Abstand ausgebildet ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist hierzu der Anker 40 mit Hilfe einer ihn vollständig durchdringenden Stange 54 in der Polgruppe 24 bewegbar aufgenommen. Die Stange 54 ist in einer den Anker 40 vollständig in axialer Richtung durchdringenden Aufnahmeöffnung 56 angeordnet, wobei sie fest mit dem Anker 40 stoffschlüssig verbunden ist. Ebenso könnte sie kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Anker 40 verbunden sein. Bspw. könnte die Aufnahmeöffnung 56 mit einem Innengewinde versehen sein, wobei die Stange 54 komplementär dazu ein Außengewinde aufweist. Damit im Betrieb des Aktuators 10 keine Lösung der Schraubverbindung stattfindet, könnten die Stange 54 und der Anker 40 an einer Stirnfläche 58 des Ankers 40 zur Verhinderung einer Relativbewegung der beiden Bauteile bspw. stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
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Wie aus 1 ersichtlich, durchragt die Stange 54 im gezeigten Ausführungsbeispiel den Abschlussdeckel 31. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführung ist es jedoch auch möglich, dass der Abschlussdeckel 31 auch vollständig verschließend ausgebildet ist und die Stange 54 diesen nicht durchragt, sondern beispielsweise in einer Ausnehmung gelagert ist.
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Die Aufnahmeöffnung 56 ist koaxial zu einer sich in axialer Richtung erstreckenden Symmetrieachse 60 des Ankers 40 ausgebildet. Somit ist der Vorteil, dass, da sich der Anker 40 in Richtung der Längsachse 38 des Aktuators 10 bewegt, bei einer Bewegung der Stange 54 keine Querkräfte auf den Anker 40 wirken. Dieser Vorteil wird durch die Lagerung der Stange 54 in der Polgruppe 24 unterstützt. Es können Reibungsverluste minimiert werden, insbesondere, sofern die Stange 54 einen möglichst geringen Querschnitt und/oder in der Polgruppe 24 mit einer geringen axialen Ausdehnung gelagert ist.
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Die Stange 54, welche in der Aufnahmeöffnung 56 aufgenommen ist, ist sich über die Stirnflächen 58 hinaus erstreckend ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass die Stange 54 eine größere axiale Erstreckung aufweist als der Anker 40. Dies ist vorteilhaft, denn so können über den Anker 40 hinausragende Elementabschnitte 62 der Stange 54 in der Polgruppe 24 gelagert sein. Dabei ist die Stange 54, welche eine Elementlängsachse 64 aufweist, koaxial mit dem Anker 40 ausgebildet. Somit entspricht die Elementlängsachse 64 der Symmetrieachse 60.
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Die Lagerung der Stange 54 in der Polgruppe 24 ist mit Hilfe einer ersten Lageröffnung 66 in dem Abschlussdeckel 31 und einer zweiten Lageröffnung 68, welche in der Lagerscheibe 44 ausgestaltet ist, ausgeführt, so dass eine so genannte Stange-Stange-Lagerung realisiert ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der Anker 40 ausschließlich mit der Stange 54 Kontakt aufweist.
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Zur Reduzierung der Reibung zwischen der Stange 54 und den die Lageröffnungen 66, 68 aufweisenden Bauteilen 31, 44 sind die in Form eines Gleitlagers ausgebildeten Lageröffnungen 66, 68 der Bauteile 31, 44 in ihrer axialer Erstreckung entweder so kurz wie möglich gehalten, oder es bildet nur ein Teil des Bauteils 31, 44 die tragende Lagerfläche.
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Die durch die Lageröffnungen 66, 68 gebildeten Lagerstellen weisen einen möglichst großen Abstand zueinander auf. Daher sind die Lagerstellen 66, 68 an den Enden der Polgruppe 24 angeordnet. Durch den großen Abstand der Lagerstellen der Stange 54 wirkt sich ein Versatz der Lagerstellen in einem zwischen dem Anker 40 und der Innenfläche 46 vorliegenden Wirkbereich geringer aus als es bei kürzeren Abständen zwischen den Lagerstellen wäre. Dies hat den Vorteil, dass der Anker 40 bei seiner axialen Bewegung zentrisch im Innenraum 36 bewegt wird, wodurch resultierende Querkräfte reduziert werden.
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Die Lageröffnungen 66, 68, die bevorzugt einen kreisförmigen Durchmesser besitzen, sind zur Reibungsreduzierung so klein wie möglich gehalten. Ein absoluter Wert des Durchmessers ist abhängig vom Anker 40 und seines möglichen Hubs, und ist somit nicht absolut zu nennen.
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Die Lagerscheibe 44 kann ebenfalls magnetisch oder magnetisierbar ausgebildet sein, so dass zur Vermeidung eines Anhaftens des Ankers 40 an der Lagerscheibe 44 eine Antihaftscheibe am Anker 40 der Lagerscheibe 44 zugewandt angeordnet sein kann. Ebenso könnte auch die Lagerscheibe 44 die Antihaftscheibe dem Anker 40 zugewandt angeordnet aufweisen. Zur Reduzierung einer Bauteilanzahl des Aktuators 10 und zur Reduzierung von Herstellungsschritten kann die Polgruppe 24 auch topfformartig ausgeführt sein, wobei der Abschlussdeckel 31 oder die Lagerscheibe 44 einstückig mit der Polgruppe 24 hergestellt ist.
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Der Aktuator 10 ist zur Realisierung eines bauraumoptimierten und insbesondere kurzen Aktuators 10 und somit zur Herbeiführung eines in Richtung der Längsachse 38 kurzen Hydraulikventils 12 ausgestaltet. Hierzu ist zwischen der Stange 54 und dem Anker 40 ein Hohlraum 70 ausgebildet, welcher sich ausgehend von der Stange 54 in radialer und axialer Richtung (bezogen auf die Längsachsen 38, 60, 64) im Anker 40 erstreckt. Der Hohlraum 70 ist ringförmig ausgebildet und umfasst somit die Stange 54 über deren Umfang vollständig. Die Bauraumoptimierung kommt dadurch zustande, dass das Stangenlager des Abschlußdeckels 31 in den Hohlraum 70 zumindest teilweise hineinverlagert wird. Dadurch kann die Stange 54 entsprechend verkürzt werden und ragt dann auch bei einer Ankerbewegung in der Zeichnung nach links nicht mehr oder nur noch wenig über den Abschlußdeckel 31 hinaus. Ebenfalls denkbar ist, einen zweiten Hohlraum auf der anderen Ankerseite auszubilden, in welchen das Stangenlager der Lagerscheibe 44 in den Hohlraum zumindest teilweise hineingelagert wird.
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Der Hohlraum 70 ist außerhalb eines zwischen dem Polrohr 30 und dem Polkern 28 ausgebildeten Polspaltes 72 vorgesehen. Der Polspalt 72 ist ein materialfreier Bereich zwischen dem Polrohr 30 und dem Polkern 28 und liegt im Bereich des Verbindungsstegs 32. Oder mit anderen Worten beschrieben ist der Polspalt 72 vom Polkern 28 oder Polkernkonus 34, vom Verbindungssteg 32 und vom Polrohr 30 oder vom Polrohrkonus 35, und, sofern die Polgruppe 24 im verbauten Zustand vorliegt, vom Trägerkörper 22 umfasst.
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Der Hohlraum 70 ist entweder an der dem Abschlussdeckel 31 zugewandt ausgebildeten Stirnfläche 58 oder an der der Lagerscheibe 44 zugewandt angeordneten Stirnfläche 58 oder an beiden Stirnflächen 58 ausgebildet. Sofern der Hohlraum 70 an beiden Stirnflächen 58 ausgebildet ist, ist die feste Verbindung des Ankers 40 mit der Stange 54 zwischen den beiden Hohlräumen 70 ausgeführt. Durch den Hohlraum 70 kann ein gewichtsreduzierter Aktuator 10 geschaffen werden und es kann ein kompakter Aktuator 10 realisiert werden, welcher noch kompakter ausgeführt ist, sofern, das dem Hohlraum 70, oder, sofern zwei Hohlräume 70 ausgebildet sind, das dem jeweiligen Hohlraum 70 zugewandt ausgebildete Lagerelement 31, 44 in den Hohlraum 70 eingreifend ausgebildet ist.
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Zur sicheren Lagerung des mit der Stange 54 fest verbundenen Ankers 40 ist es notwendig die entsprechenden Lagerstellen 66, 68 in axialer Richtung hinreichend lang auszuführen. Damit der kompakte Aktuator 10 auch bei einer geringen axialen Gesamtlänge die sichere Lagerung aufweist, ist vorgesehen, das entsprechende die Lagerstelle 66; 68 aufweisende Lagerelement 31; 44 in den Anker 40 hineinragbar auszuführen. So weist der Abschlussdeckel 31 einen dem Anker 40 zugewandt ausgebildeten ringförmigen Ansatz 78 auf, welcher in den dem Abschlussdeckel 31 zugewandt ausgebildeten Hohlraum 70 vollständig hineinragen kann.
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Der Hohlraum 70 weist zur Aufnahme des Lagerelementes 31; 44 einen Durchmesser D auf, welcher unter Ausbildung eines Bewegungsspaltes zwischen dem Ansatz 78 und dem Hohlraum 70 mindestens gleich groß ist, wie ein Außendurchmesser AA des Ansatzes 78 oder größer. Der Durchmesser D ist jedoch gerade so groß zu wählen, dass in Abhängigkeit eines Außendurchmessers AK des Ankers 40 ein zur Bewegung des Ankers 40 hinreichender magnetischer Fluss herbeigeführt werden kann. Durch die Ausbildung des Hohlraums 70 im Anker 40 weist dieser zwei Bereiche 84, 86 auf.
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Ebenso könnte auch die Lagerscheibe 44 einen entsprechenden dem Anker 40 zugewandt ausgebildeten Ansatz aufweisen, der in den Anker 40 vollständig oder zumindest teilweise hineinragen kann.
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Die Stange 54 ist in den vorgestellten Ausführungsbeispielen in den Anker 40 eingepresst. Ebenso könnte sie aus einem Kunststoff ausgeführt und vorteilhaft in den Anker 40 eingespritzt sein.
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In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Polrohrs 30 und des Verbindungsstegs 32 ein Absatz an der Innenfläche 46 der Polgruppe 24 vorgesehen, wobei der Absatz mit Hilfe zweier unterschiedlicher Innendurchmesser des Innenraums 36 gebildet ist. Der erste Innendurchmesser, welcher im Polrohr 30 sowie in einem Abschnitt des Verbindungsstegs 32 vorliegt, ist kleiner als der zweite Innendurchmesser, welcher im übrigen Innenraum 36 ausgebildet ist. Mit Hilfe des Absatzes sind mögliche Querkräfte auf den Anker 40 weiter zu reduzieren.
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Der Absatz ist in einer Arbeitsposition des Ankers 40, in welcher er an dem Abschlussdeckel 31 anliegt, in Richtung des Abschlussdeckels 31 den Anker 40 überdeckend, jedoch noch im Verbindungssteg 32 ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass der Anker 40 in dieser Arbeitsposition, ausgehend vom Polrohr 28 betrachtet, zumindest bis zum Absatz von der Innenfläche 46 mit dem größeren Innendurchmesser umfasst ist. Der Absatz dient zum Abstreifen von Schmutzpartikeln beispielsweise auf Grund von mechanischem Abrieb oder von Zerspanungsrückständen in dem hydraulischen Fluid, mit dem das Hydraulikventil 12 betrieben wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass solche Schmutzpartikel auf eine Mantelfläche des Ankers 40 gelangen und/oder sich dort festsetzen können. Der Absatz könnte zusätzlich noch mit einer Abstreifkante ausgebildet sein, wobei die Abstreifkante in Form einer Fase ausgebildet wäre.
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Alternativ zur vorstehend genannten Ausführung kann der Absatz auch am Anker 40 angeordnet sein. In dieser Ausführung weist der Innenraum 36 einen konstanten Innendurchmesser auf, jedoch besitzt der Anker 40 zwei unterschiedliche Außendurchmesser, wobei der Bereich des Ankers 40 mit dem größeren Außendurchmesser dem Abschlussdeckel 31 zugewandt angeordnet ist.
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Durch diese beschriebene Ausführung das Aktuators 10 ist sichergestellt, dass der Anker 40 in jeder Hublage nahezu ideal auf der Längsachse 38 liegt und verfährt, da die geometrischen Toleranzen, insbesondere durch die Bearbeitung der Polgruppe 24 in einer Aufspannung, minimiert sind, und der Aktuator 10 so querkraft- und reibungsarm und damit energieeffizient arbeiten kann.
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In den 3 bis 5 ist jeweils in einem Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators 10 eines erfindungsgemäßen Hydraulikventils 12 illustriert, dessen Anker 40 in seiner in der Zeichnung linken Endposition gezeigt ist.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Abschlussdeckel 31 einteilig mit dem Polgruppe (Polrohr 30, Polkern 28) ausgeführt. Eine einteilig ausgebildete Polgruppe mit Abschlussdeckel 31 weist den Vorteil auf, dass bei der Fertigung eine mechanische Achse der gesamten Polgruppe 24 festgelegt werden kann. Auch können die beiden Achsen von Polgruppe und Anker 40 in Übereinstimmung koaxial gebracht bzw. vollständig koaxial ausgebildet werden. Dies gewährleistet besonders günstige Laufeigenschaften des Ankers 40.
Zur Vergrößerung der Lagerfläche weist auch bei dieser Ausführungsform der Abschlussdeckel 31 einen dem Anker 40 zugewandt ausgebildeten ringförmigen Ansatz 78 auf, welcher in den dem Abschlussdeckel 31 zugewandt ausgebildeten Hohlraum 70 des Ankers 40 vollständig hineinragen kann.
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Durch die Ausbildung des Hohlraums 70 weist der Anker 40 die beiden Ankerbereiche 84, 86 auf, wobei der Ankerbereich 86 den Hohlraum 70 radial bezogen auf die Längsachse 60 umfasst. Der Ankerbereich 84 wird lediglich von der in der Aufnahmeöffnung 56 angeordneten Stange 54 durchdrungen. Zur Verbesserung des Magnetflusses innerhalb der Ankerbereiche 84, 86 weisen der ringförmige Ansatz 78 und der Anker 40 jeweils korrespondierende Schrägen 80, 82 auf. Die Schräge 80 ist auf einer dem Anker 40 zugewandten Innenseite des Absatzes 78 ausgebildet, derart, dass eine Wandstärke des Absatzes 78 in Richtung des Ankers 40 abnimmt. Auf einer der Stange 54 zugewandten Seite ist der Ansatz 78 zylinderförmig. Die am Anker 40 ausgebildete Schräge 82 bildet einen Übergang zwischen den beiden Ankerbereichen 84, 86 und erstreckt sich ausgehend von der Aufnahmeöffnung 56 bis zum Durchmesser D des Hohlraums 70.
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Weiter unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäß 3 zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel in der Ausgestaltung des Aktuatorgehäuses 14, welches wie dargestellt als Kunststoffspritzgehäuse ausgebildet ist, welches die Magnetspule 16, den Tragkörper 22 sowie Polscheiben 88, 90 eingespritzt sind.
Die Stange 54, welche das Aktuatorgehäuse 14 nicht durchragt, ist im Bereich des Ankers 40 hohl mit radialen Öffnungen 92 ausgebildet und ermöglicht einen Hydraulikfluidaustausch im Innenraum 36 (Ankerraum), d.h. zwischen Vor- und Rückseite des Ankers 40.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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