DE102021112013A1

DE102021112013A1 - Antriebsvorrichtung für ein Luftfederventil

Info

Publication number: DE102021112013A1
Application number: DE102021112013.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schulze; Alexander Mudra; Manfred Balling
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10
Also published as: CN115313750A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (100) für ein Ventil, insbesondere für ein Luftfederventil (300), mit einem Schrittmotor (110) umfassend eine Statoranordnung (120) und eine radial innerhalb der Statoranordnung (120) angeordnete Rotoranordnung (140), einer Motorwelle (150), welche innerhalb der Statoranordnung (120) gemeinsam mit der Rotoranordnung (140) um eine Längsachse (L) rotierbar angeordnet ist, und einem Kopplungselement (200) zum Übertragen einer Rotationsbewegung der Motorwelle (150) in eine translatorische Hub-Bewegung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Luftfederventil, mi einem Schrittmotor umfassend einen Stator und eine radial innerhalb des Stators angeordnete Rotoranordnung.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit einem Luftfederventil beschrieben. Auch wenn die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile besonders stark bei einem Luftfederventil zu tragen kommen, lässt sich die Erfindung auch bei anderen Ventilen vorteilhaft einsetzen, deren Funktionsweisen sich deutlich von der Funktionsweise eines Luftfederventils unterscheiden können.
Stand der Technik
Die Druckschrift WO 2019/190013 A1 offenbart eine Magnetventilanordnung zum Umschalten eines Modus in einem Aufhängungssystem, die einen internen Pfad unabhängig von einem externen Pfad zum Umschalten des Modus von Fluid einstellt, um den Gleichgewichtszustand des auf der Innenfläche und der Außenfläche wirkenden Drucks der Membran herzustellen. Das Öffnen / Schließen der Öffnung wird durch Steuern einer relativ kleinen Größe einer Betriebsleistung, die an eine Spule eines Solenoids angelegt wird, reibungslos gesteuert und verhindert das Anhaften eines beweglichen Stabes in Bezug auf einen Magnetkern beim Betrieb des Solenoids. Das Ventil führt somit normalerweise die Modus-Umschaltung durch und minimiert die Strömungsquerschnittsfläche der Luft im inneren Pfad für die Fluidströmung, um einen schmalen Querschnittsabschnitt bereitzustellen. Dadurch wird eine Luftkissenfunktion implementiert, wodurch das durch den Öffnungs- / Schließvorgang verursachte Aufprallgeräusch des Ventils verringert wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Magnetventilanordnungen haben meist eine verhältnismäßig hohe axiale Baulänge. Es entsteht dadurch regelmäßig ein hoher Platzbedarf, den es beispielsweise im Einsatzgebiet von Fahrzeugen zu minimieren gilt.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Antriebsvorrichtung für ein Luftfederventil zu schaffen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise überwindet. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsvorrichtung für Luftfederventil vorzuschlagen, welche eine kompakte und platzsparende Bauform aufweist.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäß der Erfindung umfasst die Antriebsvorrichtung für ein Ventil, insbesondere für ein Luftfederventil, einen Schrittmotor umfassend eine Statoranordnung und eine radial innerhalb der Statoranordnung angeordnete Rotoranordnung und eine Motorwelle, welche innerhalb der Statoranordnung gemeinsam mit der Rotoranordnung um eine Längsachse rotierbar angeordnet ist. Zusätzliche umfasst die Antriebsvorrichtung ein Kopplungselement zum Übertragen einer Rotationsbewegung der Motorwelle in eine translatorische Hub-Bewegung.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Rotation des Rotors unmittelbar auf die Motorwelle übertragen wird, die sich ebenfalls innerhalb der Statoranordnung befindet. Die Momentübertragung erfolgt somit sehr präzise und platzsparend.
Ein Schrittmotor im Sinne dieser Erfindung versteht sich als ein Synchronmotor, bei dem eine Rotoranordnung durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld von Statorspulen einer Statoranordnung um einen kleinen Winkel oder sein Vielfaches gedreht werden kann.
Ein Kopplungselement im Sinne dieser Erfindung versteht sich als passives mechanisches Bauteil welches dazu geeignet ist, eine Rotation in eine Translation zu überführen. Hierbei vollzieht das Kopplungselement selbst keine Rotationsbewegung aus sondern vollzieht ausschließlich eine translatorische Auf- und Abbewegung.
Luftfederventile sind Ventile, die zur Steuerung einer Luftfederung bzw. einer Luftfeder verwendet werden. Insbesondere wird das Ventil hierbei dazu verwendet, ein Kammervolumen der Luftfeder zu verändern.
Durch die Luftfederventile sind einstellbare Luftfedersysteme umsetzbar, die beispielsweise eine Niveauanpassung und/oder Niveauregulierung ermöglichen, bei der eine Anpassung und/oder Regulierung der Bodenfreiheit eines Fahrzeugs erfolgt.
Das Luftfedersystem kann auch unter Verwendung von anderen Gasen als Luft betrieben werden. Der Begriff gibt in diesem Zusammenhang nur an, dass üblicherweise Luft als Gas verwendet wird, ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Durch die Verwendung von Gasen als Fluid bestehen bei Luftfederventilen grundsätzlich andere Erfordernisse als bei der Verwendung von Flüssigkeiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kopplungselement im Wesentlichen in einem Innenraum der Statoranordnung angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die axiale Baulänge der Antriebsvorrichtung reduziert werden kann. Ungenutzter Bauraum zwischen der Rotoranordnung und der der Motorwelle kann zur Aufnahme des Kopplungselements genutzt werden, wodurch die Kompaktheit der Antriebsvorrichtung gesteigert werden kann.
Um die Kompaktheit der Antriebsvorrichtung zu steigern ist das Kopplungselement hülsenartig ausgebildet und umgibt die Motorwelle zumindest teilweise. Die hülsenartige Ausbildung ermöglicht es, dass der Innenraum in der Statoranordnung fast vollständig genutzt werden kann. Zusätzlich besteht der Vorteil, dass es sich bei der hülsenartigen Ausbildung um sehr einfach herzustellende und damit preiswerte Komponenten handelt. Insgesamt sind damit eine preiswerte Herstellung und eine einfache Montage der Antriebsvorrichtung möglich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Motorwelle zumindest ein Führungselement auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine einfache mechanische Verbindung zwischen der Motorwelle und dem Kopplungselement bei hoher Funktionalität möglich ist. Somit besteht der zusätzliche Vorteil, dass mit einfachen und preiswerten Komponenten eine hohe funktionale Zuverlässigkeit erreicht werden kann. Dieser Vorteil wird insbesondere bei hohem Produktionsvolumen entscheidend.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kopplungselement eine Kulisse zum Eingreifen des Führungselements. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Führungselement durch Rotation der Motorwelle entlang der Kulisse bewegbar ist.
Um die kompakte Bauform besonders zuverlässig zu realisieren ist der Motorwelle das Führungselement zum Führen innerhalb der Kulisse zugeordnet, wobei ein Hubverlauf des Kopplungselements von einem Drehwinkel der Motorwelle und einer Steigung der Kulisse des Kopplungselements abhängt. Dadurch wird beispielsweise der zusätzliche Vorteil erreicht, dass die Antriebsvorrichtung mittels zwei unterschiedlichen Parametern an den gewünschten Einsatzzweck angepasst werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Motorwelle ein weiteres Führungselement zum Führen innerhalb der Kulisse. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Zuverlässigkeit der Antriebsvorrichtung verbessert wird. Die Rotation der Motorwelle wird über zwei Führungselemente auf das Kopplungselement übertragen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Verkippens oder eines Verklemmens des Kopplungselements verhindert werden kann.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform sind das Führungselement und das weitere Führungselement einander gegenüberliegend angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Übertragung der Rotation über die Führungselemente zu einer Translation des Kopplungselements besonders symmetrisch erfolgt. Damit wird die Funktionssicherheit zusätzlich gesteigert. Beispielsweise können beide Führungselemente innerhalb der gleichen Kulisse des Kopplungselements verlaufen, was die Herstellung des Kopplungselements und die Montage der Antriebsvorrichtung erleichtert. Alternativ kann jedoch jedes Führungselement innerhalb einer eigenen zugeordneten Kulisse gleiten.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Innenraum der Statoranordnung durch ein oberes Lagerelement und ein unteres Lagerelement begrenzt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sämtliche Komponenten innerhalb der Statoranordnung abgestützt werden können. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass das obere Lagerelement und das untere Lagerelement zur Montage der Statoranordnung dienen können.
Um die Schrittmotoranordnung frei von Axialkräften zu halten ist die Motorwelle zwischen dem oberen Lagerelement und dem unteren Lagerelement gelagert. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Verschleiß des Schrittmotors reduziert werden kann. Grundsätzlich ist es für die Lebensdauer eines Schrittmotors vorteilhaft, wenn sich die Belastung ausschließlich auf die Momentbelastung reduzieren lässt. Axialkräfte werden somit ausschliesslich auf das obere und das untere Lagerelement übertragen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das untere Lagerelement eine Kontur zum Eingreifen des Kopplungselements auf.
Gemäss einer darauf aufbauenden Ausführungsform ist durch das Eingreifen des Kopplungselements in die Kontur eine Verdrehsicherung ausgebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Hubverhalten des Kopplungselements und damit das Ansteuern des Ventilkörpers besonders zuverlässig erfolgt.
Um die Antriebsvorrichtung besonders laufruhig und verschleißarm zu realisieren ist dem oberen Lagerelement eine Kugellagerung zur Aufnahme axialer Kräfte zugeordnet. Dadurch wird beispielsweis der technische Vorteil erreicht, dass auftretende Axialkräfte im Betrieb der Antriebsvorrichtung nicht zum Verschleiß an den Lagerstellen führen.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform weist die Kugellagerung zumindest eine Kugel auf, welche sich auf der Längsachse befindet. Dadurch wird der zusätzliche Vorteil erreicht, dass die Axialkraftlagerung preiswert in der Herstellung und effizient in der Montage erfolgen kann. Alternativ wäre es denkbar statt der Kugel eine Kegelspitzanordnung zu realisieren. Hier wäre ebenfalls eine stark reduzierte Reibungsfläche möglich, wodurch auftretende Axialkräfte im Betrieb der Antriebsvorrichtung nicht zum Verschleiß an den Lagerstellen führen. Im Fall einer Kegelspitzanordnung wäre die Montage der Antriebsvorrichtung aufgrund einer reduzierten Anzahl von Bauteilen besonders einfach realisierbar.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist das Kopplungselement mit einem Betätigungselement zum Überführen eines Ventilkörpers zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position verbunden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Hubbewegung des Kopplungselements auf den Ventilkörper übertragbar ist. Das Betätigungselement kann somit als Adapter zwischen der Antriebsvorrichtung und unterschiedlichen Ventilkörpern dienen, wodurch eine Antriebsvorrichtung auf unterschiedliche Ventile anwendbar ist.
Nach einer besonders bevorzugten Variante wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Erfindungsgemäß betrifft die Lösung ein Ventil, insbesondere ein Luftfederventil, mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorausgehenden Ausführungsformen.
Dadurch ähnliche technische Vorteil wie bei den vorausgehenden Ausführungsformen erreicht. Beispielsweise wird die Rotation des Rotors unmittelbar auf die Motorwelle übertragen, welche sich ebenfalls innerhalb der Statoranordnung befindet. Die Momentübertragung erfolgt somit sehr präzise und platzsparend.
Eine weitere Variante der Erfindung umfasst eine Antriebsvorrichtung für ein Ventil, insbesondere für ein Luftfederventil. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine Statoranordnung mit einer ersten Wicklungseinheit mit einem ersten elektrischen Anschluss und einer zweiten Wicklungseinheit mit einem zweiten elektrischen Anschluss. Zusätzlich ist die erste Wicklungseinheit und die zweite Wicklungseinheit entlang einer gemeinsamen zentralen Längsachse gestapelt angeordnet und zum Rotieren einer in einem Innenraum der Statoranordnung positionierbaren Rotoranordnung um die zentrale Längsachse ausgebildet. Der erste elektrische Anschluss und der zweite elektrische Anschluss sind stirnseitig an der ersten Wicklungseinheit angeordnet.
Das stirnseitige Anordnen der elektrischen Anschlüsse an der ersten Wicklungseinheit erlaubt eine kompakte und platzsparende Bauweise der Antriebsvorrichtung und damit des Luftfederventils. In Umfangsrichtung kann das Gehäuse des Luftfederventils zylinderförmig ausgebildet werden, wodurch das Einfügen des Luftfederventils bei knappen Bauraum beispielsweise im Automobilbereich deutlich erleichtert wird.
Eine Statoranordnung im Sinne dieser Erfindung versteht sich als ein nicht bewegbarer Bestandteil eines Schrittmotors zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds mit der Hilfe von Wicklungseinheiten oder sogenannten Statorspulen. In einem Innenraum der Statoranordnung wird eine Rotoranordnung durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld der Statorspulen um einen kleinen Winkel oder sein Vielfaches gedreht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erste Wicklungseinheit einen ersten Eisenkreis mit einem ersten Eisenkreisoberteil, einem ersten Eisenkreisunterteil und einer radial außenliegenden Rohrwandung. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der erste Eisenkreis aufgrund seiner Modularität leicht montierbar ist. Beispielsweise sind das erste Eisenkreisoberteil, das erste Eisenkreisunterteilund die Rohrwandung jeweils aus Blechbiegeteilen hergestellt. Beispielsweise kann auf den Einsatz von Tiefziehteilen verzichtet werden. Dies führt insgesamt zu einer preiswerten und einfache Herstellung der Statoranordnung und somit der Antriebsvorrichtung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die zweite Wicklungseinheit einen zweiten Eisenkreis mit einem zweiten Eisenkreisoberteil, einem zweiten Eisenkreisunterteilund einer radial außenliegenden Rohrwandung. Die technischen Vorteile sind mit denjenigen Vorteilen der vorausgehenden Ausführungsform vergleichbar. Somit ist auch der zweite Eisenkreis aufgrund seiner Modularität leicht montierbar.
Beispielsweise sind das zweite Eisenkreisoberteil, das zweite Eisenkreisunterteilund die Rohrwandung jeweils aus Blechbiegeteilen herstellbar. Beispielsweise kann auf den Einsatz von Tiefziehteilen verzichtet werden. Dies führt insgesamt zu einer preiswerten und einfache Herstellung der Statoranordnung und somit der gesamten Antriebsvorrichtung.
Um die Montage der Antriebsvorrichtung zusätzlich zu vereinfachen sind die radial außenliegenden Rohrwandungen der ersten Wicklungseinheit und der zweiten Wicklungseinheit als gemeinsame Rohrwandung ausgebildet. Dadurch wird zusätzlich der technische Vorteil erreicht, dass weniger Bauteile montiert werden müssen. Beispielsweise kann auf Tiefziehteile verzichtet werden, wodurch die Herstellungskosten weiter gesenkt werden können. Beispielsweise kann die Rohrwandung als gestanztes und anschließend gerolltes Bauteil hergestellt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind das erste Eisenkreisunterteil der ersten Wicklungseinheit und das zweite Eisenkreisoberteil der zweiten Wicklungseinheit aneinander angrenzend ausgebildet und weisen eine gemeinsame Radialnut zum Überführen eines Anschlusskabels der zweiten Wicklungseinheit auf die erste Wicklungseinheit auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Anschlusskabel oder auch Wickeldraht genannt der zweiten Wicklungseinheit über die Radialnut auf die erste Wicklungseinheit überführt werden kann. Beispielsweise kann das Anschlusskabel der zweiten Wicklungseinheit ausgehend vom stirnseitigen Anschluss der ersten Wicklungseinheit zunächst die erste Wicklungseinheit mehrfach umschlingen. Anschließend wird das Anschlusskabel über die Radialnut auf die zweite Wicklungseinheit überführt um den zweiten Wicklungsträger zu wickeln. Die Rückführung des Anschlusskabels zurück zum stirnseitigen Anschluss an der ersten Wicklungseinheit verläuft entsprechend über die Radialnut zurück auf den ersten Wicklungsträger der ersten Wicklungseinheit. Dort umschlingt das Anschlusskabel ein erneut mehrfach die erste Wicklungseinheit und wir dann dem Kontakt am stirnseitigen Anschluss zugeführt.
Nach einer zusätzlichen Ausführungsform weist das erste Eisenkreisoberteil der ersten Wicklungseinheit zumindest zwei Anschlussöffnungen zum Durchführen des ersten Anschlusskabels und des zweiten Anschlusskabels auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Anschlusskabel direkt dem stirnseitigen Anschluss zugeführt werden. Beispielsweise weist das erste Eisenkreisoberteil der ersten Wicklungseinheit vier Anschlussöffnungen zum Durchführen der Anschlusskabel auf. Vorzugsweise sind die Anschlussöffnungen in ihrer Geometrie derart ausgeführt, dass der Fluss der magnetischen Feldlinien im ersten Eisenkreis nicht gestört wird. Beispielsweise ist dies dadurch realisierbar, dass die Anschlussöffnungen in Radialrichtung größer werdend ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die Anschlussöffnung jeweils ringsegmentförmig ausgebildet wobei das Winkelintervall der die Anschlussöffnungen in Umfangsrichtung begrenzenden Seitenkonturen zwischen 5° und 30° liegt.
Um die Herstellung der Antriebsvorrichtung zusätzlich zu vereinfachen weist die erste Wicklungseinheit und die zweite Wicklungseinheit jeweils einen Wicklungsträger auf, wobei beide Wicklungsträger als gemeinsamer einstückiger Doppelwicklungsträger im Spritzgussverfahren hergestellt sind.
Beispielsweise können das erste Eisenkreisunterteildes ersten Eisenkreises und das zweite Eisenkreisoberteil des zweiten Eisenkreises direkt als Einlegeteile zum Spritzgießen des Doppelwicklungsträgers ausgebildet sein. Somit wird dadurch der technische Vorteil erreicht, dass die Montage weiter vereinfacht wird und die Anzahl der Bauteile weiter reduziert wird.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform weist das zweite Eisenkreisunterteilder zweiten Wicklungseinheit eine Ausrichtöffnung zum Ausrichten des Doppelwicklungsträgers auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Montage der Statoranordnung und damit der gesamten Antriebsvorrichtung zusätzlich vereinfacht wird. Die konkrete Zuordnung zwischen dem zweiten Eisenkreisunterteilund der Wicklungseinheit ist somit eindeutig festgelegt, wodurch die Gefahr einer fehlerhaften Montage reduziert und die Präzision der Montage gesteigert werden kann. Beispielsweise kann die Wicklungseinheit einen korrespondierenden Vorsprung aufweisen, der im Rahmen des Spritzgießens unmittelbar an der Wicklungseinheit ausgebildet werden kann.
Beispielsweise ist die Ausrichtöffnung am zweiten Eisenkreisunterteilin radialer Richtung länglich ausgebildet, wodurch ein radialer Freiheitsgrad entsteht. Dies bringt zwei weitere technische Vorteile mit sich. Zum Einen ist die Winkelausrichtung zwischen dem zweiten Eisenkreisunterteilund der zweiten Wicklungseinheit eindeutig festgelegt. Zum Anderen ermöglicht das Radialspiel zwischen dem zweiten Eisenkreisunterteilund der zweiten Wicklungseinheit, dass eine finale Ausrichtung erst zum einem späteren Zeitpunkt der Montage erfolgt. Beispielsweise ist die präzise Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung als funktions- und qualitätsbestimmendes Element der Montage später noch anpassbar.
Nach einer besonderen Ausführungsform ist ein Innenraum der Statoranordnung in Richtung der Längsachse durch ein oberes Lagerelement und ein unteres Lagerelement begrenzt.
Um das Aufbringen des oberen Lagerelements zu vereinfachen weist das obere Lagerelement zumindest einen ersten Arm und einen zweiten Arm zum Fixieren des oberen Lagerelements an dem ersten Eisenkreisoberteil der ersten Wicklungseinheit auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Gewicht des oberen Lagerelements reduziert werden kann. Zusätzlich ist es möglich an dem oberen Lagerelement vorbei auf die Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung zuzugreifen.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das obere Lagerelement in einem an dem ersten Eisenkreisoberteil angeordneten Zustand zumindest eine Zentrieröffnung zum Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Statoranordnung und Rotoranordnung auf.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch das Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung eine präzise Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung möglich ist. Je präziser die Zentrierung möglich ist, desto geringer kann das Radialspiel zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung realisiert werden. Insgesamt werden damit die Leistungsdaten des Schrittmotors bei unverändertem Bauraum verbessert.
Aufgrund der Zentrieröffnung am Lagerelement zum Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Statoranordnung und Rotoranordnung ist beispielsweise eine vereinfachte Montage möglich, indem zuerst die Zentriervorrichtung durch die Öffnung eingebracht wird um eine präzise Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung sicherzustellen, anschließend das obere Lagerelement an dem oberen Eisenkreisoberteil fixiert wird und zuletzt die Zentriervorrichtung wieder entfernt wird. Somit wird die Präzision der Montage verbessert und die Leistung des Schrittmotors und somit der gesamten Antriebsvorrichtung verbessert.
Um die Montage zusätzlich zu verbessern weist das Lagerelement eine Außenkontur auf, welche die Zentrieröffnung freigibt, wobei die Außenkontur jeweils zwischen den Armen des oberen Lagerelements angeordnet ist. Beispielsweise ist die Zentriervorrichtung als Hülse mit drei Armen zum Einfügen zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung ausgebildet. Beim Aufbringen der Hülse werden die Arme jeweils einzeln zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm, dem zweiten Arm und dem dritten Arm, sowie dem dritten Arm und dem ersten Arm des Lagerelements in die Zentrieröffnung zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung eingebracht.
Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens der Statoranordnung, dem Einführen der Rotoranordnung in den Innenraum der Statoranordnung, das Anlegen des oberen Lagerelements auf das erste Eisenkreisoberteil, das Aufbringen einer Zentriervorrichtung zwischen die Rotoranordnung und der Statoranordnung zum exakten Positionieren der Rotoranordnung in der Statoranordnung, dem Fixieren des oberen Lagerelements auf dem ersten Eisenkreisoberteil, und dem Entfernen der Zentriervorrichtung.
Die technischen Vorteile sind mit denjenigen des Anspruches 1 vergleichbar, wonach das stirnseitige Anordnen der elektrischen Anschlüsse an der ersten Wicklungseinheit erlaubt eine kompakte und platzsparende Bauweise der Antriebsvorrichtung und damit des Luftfederventils zu realisieren.
Zusätzlich wird der technische Vorteil erreicht, dass durch das Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung eine präzise Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung möglich ist. Je präziser die Zentrierung möglich ist, desto geringer kann das Radialspiel zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung realisiert werden. Insgesamt werden damit die Leistungsdaten des Schrittmotors bei unverändertem Bauraum verbessert.
Das Verfahren zum Herstellen der Antriebsvorrichtung ist besonders einfach realisierbar, weil zuerst die Zentriervorrichtung eingebracht wird um eine präzise Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung sicherzustellen und erst danach das obere Lagerelement an dem oberen Eisenkreisoberteil fixiert wird. Erst nach dem Fixieren des ausgerichteten oberen Lagerelements an dem oberen Eisenkreisoberteil wird die Zentriervorrichtung wieder entfernt wird. Somit wird die Präzision der Montage verbessert und die Leistung des Schrittmotors und somit der gesamten Antriebsvorrichtung verbessert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Aufbringen der Zentriervorrichtung ein Distanzmittel zwischen Rotoranordnung und Statoranordnung angeordnet. Das Distanzmittel ist beispielsweise als Arm ausgebildet welcher in Zwischenraum eingeschoben werden kann. Beispielsweise umfasst die Zentriervorrichtung drei Arme, weil dadurch eine präzise Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung möglich ist. Beispielsweise sind die drei Arme in einem Winkelabstand von 120° untereinander angeordnet.
Um die vorgenommene Ausrichtung der Rotoranordnung im Innenraum der Statoranordnung nicht mehr zu verlieren, werden beim Fixieren des oberen Lagerelements auf dem ersten Eisenkreisoberteil, der zumindest erste Arm und der zweite Arm an dem ersten Eisenkreisoberteil der ersten Wicklungseinheit angeschweißt. Alternativ kann auch ein anderes Fügeverfahren wie beispielsweise Kleben oder mechanisches Verrasten angewendet werden um das obere Lagerelement auf dem ersten Eisenkreisoberteil zu fixieren.
Eine weitere Variante der Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Ventil, insbesondere für ein Luftfederventil mit zumindest einem Stromanschluss zum elektrischen Verbinden der Antriebsvorrichtung mit einer Stromquelle. Die Antriebsvorrichtung umfasst ein Gehäuse zur Aufnahme der Antriebsvorrichtung, wobei der Stromanschluss zumindest einen Kontaktpin aufweist, welcher sich durch eine Gehäuseanschlussöffnung von einer Gehäuseinnenseite zu einer Gehäuseaußenseite erstreckt, und wobei der Kontaktpin eine Dichtungseinheit zum fluidischen Abdichten der Gehäuseanschlussöffnung aufweist, welche den Kontaktpin gehäuseinnenseitig umgibt.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Abdichtung der Gehäuseanschlussöffnungen gegenüber Fluiden und Betriebsmedien sowohl von der Gehäuseinnenseite gegenüber der Gehäuseaußenseite als auch von der Gehäuseaußenseite gegenüber der Gehäuseinnenseite sichergestellt ist. Aufgrund des gehäuseinnenseitigen Anordnens der Dichtungseinheit ist diese gegen äußere Einflüsse geschützt und wodurch die Einsatzdauer der Antriebsvorrichtung gesteigert werden kann. Beispielsweise kann der Stromanschluss auch zwei oder drei oder eine beliebige Vielzahl an Kontaktpins aufweisen.
Nach eine bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dichtungseinheit einen radial mit dem Kontaktpin verpresstes Dichtmittel. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine effektive Abdichtung sowohl radial innerhalb des Dichtmittels, also zwischen Dichtmittel und Kontaktpin als auch radial außerhalb des Dichtmittels, also zwischen Dichtmittel und Gehäuseanschlussöffnung sichergestellt ist. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin begründet, dass Dichtmittel wie beispielsweise O-Ringe als Standardbauteile einfach und somit preiswert verfügbar sind. Beispielsweise sind derartige Dichtmittel aus einem Elastomerwerkstoff hergestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Dichtungseinheit eine Stützhülse auf, welche den Kontaktpin gehäuseinnenseitig umgibt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der O-Ring in axialer Richtung gestützt und somit gegen Verrutschen abgesichert ist. Zusätzlich ist der O-Ring vollständig eingekapselt, wodurch er gegen mechanische Belastung und Verschleiß bestmöglich gesichert ist. Insgesamt erhöht dies die Einsatzdauer der Antriebsvorrichtung und damit die Einsatzdauer des Luftfederventils.
Darauf aufbauend ist die Stützhülse unmittelbar an dem Dichtmittel angeordnet und dazu ausgebildet eine axiale Kraft auf das Dichtmittel zu übertragen. Dadurch wird zusätzlich der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtmittel mit Hilfe der Stützhülse im Rahmen der Montage präzise an seine Position geführt werden kann.
Um das präzise Anordnen der Dichtungseinheit zu ermöglichen und damit die Einsatzdauer des Luftfederventils zu steigern, weist die Gehäuseanschlussöffnung einen ersten Abschnitt mit einem ersten Querschnitt und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Querschnitt auf, wobei ein Querschnittsübergang von dem ersten Querschnitt auf den zweiten Querschnitt zum Anlegen der Dichtungseinheit ausgebildet ist. Dadurch wird zusätzlich der technische Vorteil erreicht, dass die Positionierung der Dichtungseinheit besonders zuverlässig erfolgen kann. Mit anderen Worten wird damit eine Reduzierung der Fehleranfälligkeit bei der Montage erreicht. Das Risiko von Leckagen im Betrieb des Luftfederventils wird reduziert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, ist die Stützhülse zum Einführen in den ersten Abschnitt der Gehäuseanschlussöffnung ausgebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass zusätzlich zum O-Ring auch die Stützhülse gegen Verrutschen gesichert ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine axiale Höhe der Dichtungseinheit größer als eine Tiefe des ersten Abschnitts der Gehäuseanschlussöffnung. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Stützhülse aus dem ersten Abschnitt der Gehäuseanschlussöffnung herausragt und damit in die Gehäuseinnenseite vorstehend ausgebildet ist. Somit ist es beispielsweise möglich einen axialen Druck auf die Stützhülse und damit auf den O-Ring auszuüben, wodurch die Stabilität der Dichtungseinheit gesichert und die Gefahr des Verrutschens der Dichtungseinheit beseitigt werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung einen Basiskörper zum Anordnen des Kontaktpins auf, wobei der Basiskörper zusätzlich zum Abstützen der Stützhülse ausgebildet ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Dichtungseinheit nach einer Montage nicht mehr aus ihrer Position entweichen kann. Die Stützhülse ist zwischen dem O-Ring und dem Basiskörper fest angeordnet und überträgt eine axiale Kraft auf den O-Ring. Die Funktion der Dichtungseinheit wird dadurch verbessert und Einsatzdauer wird erhöht. Beispielsweise kann der Basiskörper als Platine zum Anordnen der Kontaktpins ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 definiert. Demnach betrifft die Erfindung ein Ventil, insbesondere Luftfederventil, mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorausgehenden Ausführungsformen. Dadurch werden ähnliche oder vergleichbare technische Vorteile wie in den vorstehenden Ausführungsformen erreicht. Insbesondere ist eine Abdichtung der Gehäuseanschlussöffnungen gegenüber Fluiden und Betriebsmedien sowohl von der Gehäuseinnenseite gegenüber der Gehäuseaußenseite als auch von der Gehäuseaußenseite gegenüber der Gehäuseinnenseite sichergestellt. Die Dichtungseinheit ist gegen äußere Einflüsse geschützt und die Einsatzdauer des Luftfederventils wird gesteigert.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung wird die Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 definiert. Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eine Antriebsvorrichtung gemäß einer der vorausgehenden Ausführungsformen mit den Schritten des Bereitstellens der Antriebsvorrichtung, dem Anordnen zumindest einen Kontaktpins an dem Basiskörper, dem Anordnen der Dichtungseinheit, und dem Anordnen der Antriebsvorrichtung im Gehäuse.
Dadurch werden ähnliche oder vergleichbare technische Vorteile wie in den vorstehenden Ausführungsformen erreicht. Insbesondere ist eine Abdichtung der Gehäuseanschlussöffnungen gegenüber Fluiden und Betriebsmedien sowohl von der Gehäuseinnenseite gegenüber der Gehäuseaußenseite als auch von der Gehäuseaußenseite gegenüber der Gehäuseinnenseite sichergestellt. Aufgrund des gehäuseinnenseitigen Anordnens der Dichtungseinheit ist diese gegen äußere Einflüsse geschützt und wodurch die Einsatzdauer der Antriebsvorrichtung gesteigert werden kann. Beispielsweise kann der Stromanschluss auch zwei oder drei oder eine beliebige Vielzahl an Kontaktpins aufweisen. Zusätzlich wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Montage der Antriebsvorrichtung vereinfacht wird. Die Dichtungseinheit wird unmittelbar über den Kontaktpin gesteckt, wodurch die Montage sehr einfach umsetzbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Anordnen der Dichtungseinheit die Stützhülse auf den Kontaktpin aufgebracht.
In einem weiteren Schritt wird der O-Ring koaxial zur Stützhülse auf den Kontaktpin aufgebracht. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Positionierung des O-Rings besonders einfach und präzise erfolgen kann. Aufgrund der zuvor angeordneten Stützhülse ergibt sich die axiale Orientierung des O-Rings zwangsläufig und unmittelbar.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Kontaktpin beim Anordnen der Antriebsvorrichtung im Gehäuse durch die Gehäuseanschlussöffnung hindurchgeführt und die Dichtungseinheit in den ersten Abschnitt eingeführt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die abschließende Positionierung des O-Rings zwangsläufig sehr einfach und präzise erfolgt. Durch die Stützhülse wird der O-Ring im ersten Abschnitt bis zum Querschnittsübergang von dem ersten Querschnitt auf den zweiten Querschnitt eingeschoben. Die Positionierung der Dichtungseinheit hierbei besonders zuverlässig wodurch eine Reduzierung der Fehleranfälligkeit bei der Montage erreicht wird. Das Risiko von Leckagen im Betrieb des Luftfederventils wird reduziert.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Figurenliste
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Luftfederventils mit Antriebsvorrichtung,
2 eine Schnittansicht eines Schrittmotors,
3 ein Kopplungselement,
4 eine perspektivische Darstellung eine Schrittmotors mit axial angeordneten elektrischen Anschlüssen,
5 eine Explosionsdarstellung eines ersten und eines zweiten Eisenkreises,
6 eine Draufsicht eines Schrittmotors mit oberem Lagerelement,
7 eine weitere perspektivische Darstellung einer Statoranordnung mit axial angeordneten elektrischen Anschlüssen, und
8 eine Schnittansicht eines Stromanschlusses einer Antriebsvorrichtung.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine Schnittansicht eines Luftfederventils 300 mit Antriebsvorrichtung 100.
Das Luftfederventil 300 umfasst ein Gehäuse 320, welches die Antriebsvorrichtung 100 nach außen abdichtet. Im Inneren des Gehäuses 320 befindet sich der Schrittmotor 110 mit einer Statoranordnung 120 und einer im Innenraum 122 der Statoranordnung 120 angeordneten Rotoranordnung 140. Die Rotoranordnung 140 umfasst eine Motorwelle 150 und ist um eine Längsachse L rotierbar angeordnet. Der Innenraum 122 der Statoranordnung 120 wird obenseitig durch ein oberes Lagerelement 124 und untenseitig durch ein unteres Lagerelement 126 begrenzt. Das obere Lagerelement 124 und das untere Lagerelement 126 dienen zur Lagerung der Motorwelle 150 und nehmen insbesondere axiale Kräfte auf die beispielsweise durch das Öffnen oder das Schließen des Ventilkörpers 310 entstehen. Somit wird die Rotoranordnung 140 durch die Statoranordnung 120 in Rotation versetzt. Die Rotoranordnung 140 ist drehfest mit der Motorwelle 150 verbunden und wird somit über die Rotoranordnung140 in Rotation versetzt.
Zusätzlich umgibt die Motorwelle 150 ein hülsenartig ausgebildetes Kopplungselement 200. Das Kopplungselement 200 dient der Übertragung einer Rotation der Motorwelle 150 in eine translatorische Hub-Bewegung zum Öffnen oder Schließen des Ventilkörpers 310.
Die Übertragung der Rotation der Motorwelle 150 auf das Kopplungselement 200 erfolgt mittels zweier stiftförmiger Führungselement 152, 154. Die stiftförmigen Führungselemente 152, 154 sind fest mit der Motorwelle 150 verbunden und erstrecken sich in lateraler Richtung zu der Längsachse L. Aus Stabilitätsgründen sind die Führungselemente 152, 154 einander gegenüberliegend angeordnet und greifen in eine Kulisse 202 der Kopplungselements 200 ein. Der Hub oder das Absenken des Kopplungselements 200 ist von dem Drehwinkel der Motorwelle 150 und der Steigung der Kulisse 202 des Kopplungselements 200 abhängig. Somit kann die Rotation der Motorwelle 150 auf eine Hubbewegung des Kopplungselements 200 übertragen werden, wobei die auftretenden Axialkräfte von dem oberen Lagerelement 124 und dem unteren Lagerelement 126 aufgenommen werden. In der Konsequenz kann der Schrittmotor 110 weitestgehend von Axialkräften freigehalten werden.
Das untere Lagerelement 126 verfügt über eine asymmetrische Kontur 128, durch welche sich ein unterer Abschnitt des Kopplungselements 200 bei der Hubbewegung erstreckt. Durch das Eingreifen des Kopplungselements 200 in die Kontor 128 ist eine Rotation des Kopplungselements 200 relativ zu der Kontur 128 ausgeschlossen. Somit wirkt die Kontur 128 in Verbindung mit dem Kopplungselement 200 als Verdrehsicherung.
Unterhalb des Kopplungselements 200 befindet sich ein Betätigungselement 220, welches die Hubbewegung des Kopplungselements 200 auf den Ventilkörper 310 überträgt.
Der Ventilkörper 310 verfügt über eine seitlich angeordnete Dichtungsmembran 311, welche die Hubbewegung des Ventilkörpers 310 kompensiert und gleichzeitig das Gehäuse 320 nach außen abdichtet. Zusätzlich umfasst der Ventilkörper 310 ein Dichtelement 312, welches den Ventilkörper 310 im geschlossenen Zustand im Eingriff des Ventilsitzes 314 abdichtet.
Die Statoranordnung 120 innerhalb des Gehäuses 320 umfasst eine erste Wicklungseinheit 121 und eine zweite Wicklungseinheit 123 die entlang einer gemeinsamen zentralen Längsachse L gestapelt angeordnet sind. Sowohl die erste Wicklungseinheit 121 als auch die zweite Wicklungseinheit 123 weisen jeweils zumindest einen elektrischen Anschluss 125, 127 zum Betreibend der Wicklungseinheiten 121, 123 auf. Der erste elektrische Anschluss 125 ist mit der ersten Wicklungseinheit 121 verbunden und der zweite elektrische Anschluss 127 ist mit der zweiten Wicklungseinheit 123 verbunden. Beide elektrischen Anschlüsse 125, 127 sind an der oberen Stirnseite an der ersten Wicklungseinheit 121 angeordnet.
Die erste Wicklungseinheit 121 hat einen eigenen ersten Eisenkreis 129. Der erste Eisenkreis 129 umfasst ein erstes Eisenkreisoberteil 130, ein erstes Eisenkreisunterteil 131 und eine außenliegende Rohrwandung 135-1. Das erste Eisenkreisoberteil 130 ist mit der außenliegenden Rohrwandung 135-1 axial angeschlagen und verschweißt. Die zweite Wicklungseinheit 123 hat einen eigenen zweiten Eisenkreis 132. Der zweite Eisenkreis 132 umfasst ein zweites Eisenkreisoberteil 133, ein zweites Eisenkreisunterteil134 und eine außenliegende Rohrwandung 135-2. Das zweite Eisenkreisunterteil134 ist mit der außenliegenden Rohrwandung 135-2 axial angeschlagen und verschweißt.
Die außenliegende Rohrwandung 135-1 des ersten Eisenkreises 129 und die außenliegende Rohrwandung 135-2 des zweiten Eisenkreises 132 sind als gemeinsam durchgängige Rohrwandung 135 ausgebildet. Sowohl die erste Wicklungseinheit 121 als auch die zweite Wicklungseinheit 123 verfügen jeweils über einen Wicklungsträger 138-1, 138-2. Die Wicklungsträger sind vollständig innerhalb des jeweiligen Eisenkreises 129, 132 angeordnet.
Am oberen Ende des Gehäuses 320 befindet sich ein Stromanschluss 340 zum elektrischen Verbinden der Antriebsvorrichtung 100 mit einer Stromquelle um die Antriebsvorrichtung 100 und damit das Luftfederventil 300 zu betreiben. Der Stromanschluss 340 umfasst insgesamt drei Kontaktpins 342, welche parallel zueinander angeordnet sind. Die Kontaktpins 342 sind durch die Gehäusewandung hindurch geführt. Hierbei erstrecken sich die Kontaktpins 342 jeweils von einer Gehäuseinnenseite 322 zu einer Gehäuseaußenseite 324.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht eines Schrittmotors 110. Auf eine wiederholte Beschreibung identischer Merkmale mit der vorausgehenden Figur wird verzichtet. Das obere Lagerelement 124 befindet sich in einem an dem ersten Eisenkreisoberteil 130 fixierten Zustand. Der Innendurchmesser der Innenraums 122 in der Statoranordnung 120 ist größer als der radiale Außendurchmesser des oberen Lagerelements 124. In der Konsequenz entsteht eine Zentrieröffnung 250 zwischen Rotoranordnung 140 und Statoranordnung 120. Die Zentrieröffnung 250 ist in der Draufsicht ringförmig ausgebildet und eignet sich zum Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Statoranordnung 120 und Rotoranordnung 140.
Die 3 zeigt ein Kopplungselement 200 in einer bevorzugten Ausführungsform. Das Kopplungselement 200 umgibt die Motorwelle 150 und ist größtenteils wie ein Hohlzylinder ausgebildet. Das Kopplungselement 200 dient der Übertragung einer Rotation der Motorwelle 150 in eine translatorische Hub-Bewegung zum Öffnen oder Schließen des Ventilkörpers 310.
Die Übertragung der Rotation der Motorwelle 150 auf das Kopplungselement 200 erfolgt mittels zweier stiftförmiger Führungselement 152, 154. Die stiftförmigen Führungselemente 152, 154 sind fest mit der Motorwelle 150 verbunden und greifen in eine Kulisse 202 der Kopplungselements 200 ein. Der Hub oder das Absenken des Kopplungselements 200 ist von dem Drehwinkel der Motorwelle 150 und der Steigung der Kulisse 202 des Kopplungselements 200 abhängig. Somit kann die Rotation der Motorwelle 150 auf eine Hubbewegung des Kopplungselements 200 übertragen werden, wobei die auftretenden Axialkräfte von dem oberen Lagerelement 124 und dem unteren Lagerelement 126 aufgenommen werden. In der Konsequenz kann der Schrittmotor 110 weitestgehend von Axialkräften freigehalten werden.
Das untere Lagerelement 126 verfügt über eine asymmetrische Kontur 128 in Form von zwei einander gegenüber liegenden Nieren. Das Kopplungselement 200 ist seitlich an einem unteren Abschnitt in Längsrichtung geschlitzt, wodurch sich der untere Abschnitt des Kopplungselements 200 in die asymmetrische Kontur 128 bei der Hubbewegung einbringen lässt. Durch das Eingreifen des Kopplungselements 200 in die Kontur 128 ist eine Rotation des Kopplungselements 200 relativ zu der Kontur 128 ausgeschlossen, wodurch die Kontur 128 in Verbindung mit dem Kopplungselement 200 als Verdrehsicherung ausgebildet ist.
Das obere Lagerelement 124 weist einen ersten Arm 124-1, einen zweiten Arm 124-2 und einen dritten Arme 124-3 auf. Das jeweils offene Ende jeden Armes dient dem Anlegen und Fixieren an dem ersten Eisenkreisoberteil 130 der ersten Wicklungseinheit 121. Zwischen den drei Armen 124-1, 124-2, 124-3 befindet sich jeweils eine Außenkontur 160. Die Außenkontur 160 lässt eine Zentrieröffnung 250 (nicht gezeigt) zwischen Rotoranordnung 140 und Statoranordnung 120 zu, welche sich zum Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Statoranordnung 120 und Rotoranordnung 140 eignet. Die Außenkontur 160 ist hierbei als ringförmiger Teilabschnitt ausgebildet. So kann eine Zentriervorrichtung in Form einer Hülse mit drei Armen zum Einfügen zwischen Rotoranordnung 140 und Statoranordnung 120 eingesetzt werden, um eine optimale Zentrierung der Rotoranordnung 140 innerhalb der Statoranordnung 120 mit minimalem Spiel zu erreichen.
Die 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Statoranordnung 120 mit axial angeordneten elektrischen Anschlüssen 125-1, 125-2, 127-1, 127-2. Die Statoranordnung 120 umfasst die erste Wicklungseinheit 121 und die zweite Wicklungseinheit 123 (nicht gezeigt) die entlang einer gemeinsamen zentralen Längsachse L gestapelt angeordnet sind. Sowohl die erste Wicklungseinheit 121 als auch die zweite Wicklungseinheit 123 weisen die jeweils zwei elektrische Anschlüsse 125-1, 125-2, 127-1, 127-2 zum Betreibend der Wicklungseinheiten 121, 123 auf. Die ersten elektrischen Anschlüsse 125-1, 125-2 sind mit der ersten Wicklungseinheit 121 verbunden und jeweils durch Anschlussöffnungen 137-1 in dem ersten Eisenkreisoberteil 130 hindurchgeführt. Entsprechend sind die zweiten elektrische Anschluss 127-1, 127-2 mit der zweiten Wicklungseinheit 123 verbunden und jeweils durch Anschlussöffnungen 137-2 in dem ersten Eisenkreisoberteil 130 hindurchgeführt.
Die Rohrwandung 135 ist durchgehend zylindermantelförmig ausgebildet und schießt sowohl den ersten Eisenkreis 129 der ersten Wicklungseinheit 121 als auch den zweiten Eisenkreis 132 der zweiten Wicklungseinheit 123 radial nach Außen ab.
Die 5 zeigt eine Explosionsdarstellung des ersten Eisenkreises 129 und des zweiten Eisenkreises 132. Der erste Eisenkreis 129 umfasst das erste Eisenkreisoberteil 130 und das erste Eisenkreisunterteil131. Das erste Eisenkreisoberteil 130 umfasst vier stirnseitige Anschlussöffnungen 137-1, 137-2. Die Anschlussöffnungen 137-1, 137-2 dienen dazu die elektrischen Anschlüsse 125-1, 125-2 der ersten Wicklungseinheit 121 und der zweiten Wicklungseinheit 123 an die stirnseitige Außenseite der Statoranordnung 120 zu führen. Eine radial außenliegende Seite des ersten Eisenkreises 129 wird durch einen ersten Abschnitt der Rohrwandung 135 abgedeckt. Radial innenliegend weist der erste Eisenkreis 129 sich in Längsrichtung erstreckende Eisenkreisfinger 170 auf. Hierbei sind die Eisenkreisfinger 170 sowohl am Eisenkreisoberteil 130 als auch am Eisenkreisunterteil 131 in Umfangsrichtung angeordnet. Im montierten Zustand der Statoranordnung 120 greifen die Eisenkreisfinger 170 des Eisenkreisoberteils 130 und des Eisenkreisunterteils 131 abwechseln ineinander, wodurch der Fluss der magnetischen Feldlinien im Eisenkreis 129 möglichst wenige Störungen erleidet. Der Vorteil liegt darin begründet, dass die Eisenkreisfinger 170 sowohl am Eisenkreisoberteil 130 als auch am Eisenkreisunterteil 131 einstückig verbunden sind und somit als einfache Blechbiegeteile hergestellt werden können.
Entsprechend umfasst der zweite Eisenkreis 132 das zweite Eisenkreisoberteil 133 und das zweite Eisenkreisunterteil 134. Das zweite Eisenkreisunterteil 134 umfasst die Ausrichtöffnung 139 zum Ausrichten des zugeordneten Doppelwicklungsträgers 138 (nicht gezeigt) in der späteren Montage. Die radial außenliegende Seite des zweiten Eisenkreises 132 wird durch einen zweiten Abschnitt der Rohrwandung 135 abgedeckt.
Sowohl das erste Eisenkreisunterteil 131 als auch das zweite Eisenkreisoberteil 133 verfügen jeweils über eine seitliche Radialnut 136-1, 136-2. Die beiden Radialnuten 136-1, 136-2 sind aufeinander abgestimmt, damit die Überführung eines Anschlusskabels der zweiten Wicklungseinheit 123 auf die erste Wicklungseinheit 121 und anders herum möglich ist.
Die 6 eine Draufsicht eines Schrittmotors 120 mit oberem Lagerelement 124. Das obere Lagerelement 124 weist den ersten Arm 124-1, den zweiten Arm 124-2 und den dritten Arm 124-3 auf. Das jeweils offene Ende jeden Armes ist an dem ersten Eisenkreisoberteil 130 der ersten Wicklungseinheit 121 fixiert. In dieser Draufsicht ist radial außerhalb der Außenkontur 160 die ringförmige Zentrieröffnung 250 zwischen Rotoranordnung 140 und Statoranordnung 120 angeordnet, welche sich zum Einfügen einer Zentriervorrichtung zwischen Statoranordnung 120 und Rotoranordnung 140 eignet, um ein minimalen Luftspalt zu erreichen. Zwischen dem ersten Arm 124-1 und dem dritten Arm 124-3 des oberen Lagerelements 124 befinden sich zwei Anschlussöffnungen 137-1. Durch die beiden Anschlussöffnungen 137-1 erstreckt sich jeweils ein Kontakt des ersten elektrischen Anschlusses 125-1, 125-2. Zwischen dem zweiten Arm 124-2 und dem dritten Arm 124-3 des oberen Lagerelements 124 befinden sich zwei weitere Anschlussöffnungen 137-2. Durch die beiden Anschlussöffnungen 137-2 erstreckt sich jeweils ein Kontakt des zweiten elektrischen Anschlusses 127-1, 127-2.
Die 7 zeigt eine weitere perspektivische Darstellung einer Statoranordnung 120 mit axial angeordneten elektrischen Anschlüssen 125, 127. Die Statoranordnung 120 ist ohne die Rohrwandung 135 (nicht gezeigt) dargestellt. Der ersten Wicklungseinheit 121 ist ein Wicklungsträger 138-1 zugeordnet. Der zweiten Wicklungseinheit 123 ist der Wicklungsträger 138-2 zugeordnet. Beide Wicklungsträger 138-1, 138-2 sind als gemeinsamer einstückiger Doppelwicklungsträger 138 ausgebildet. Das erste Eisenkreisunterteil 131 und das zweite Eisenkreisoberteil 133 sind aneinander angrenzend angeordnet und bei der Herstellung des Doppelwicklungsträgers 138 im Spritzgussverfahren zusammengefügt.
Am ersten Eisenkreisunterteil 131 und am zweiten Eisenkreisoberteil 133 ist jeweils die seitliche Radialnut 136-1, 136-2 zur Überführung von einem der von zwei Anschlusskabel von der zweiten Wicklungseinheit 123 auf die erste Wicklungseinheit 121 und von der ersten Wicklungseinheit 121 auf die zweite Wicklungseinheit 123. Auf eine wiederholte Beschreibung identischer Merkmale mit den vorausgehenden Figuren wird verzichtet.
Die 8 zeigt einen Stromanschluss 340 für eine Antriebsvorrichtung 100. Der Stromanschluss 340 dient dem elektrischen Verbinden der Antriebsvorrichtung 100 mit einer Stromquelle um die Antriebsvorrichtung 100 und damit das Luftfederventil 300 zu betreiben. Die Antriebsvorrichtung 100 ist zumindest teilweise in dem Gehäuse 320 angeordnet, wobei insgesamt vier Kontaktpins 342 parallel zueinander angeordnet sind.
Die Kontaktpins 342 sind durch die Gehäusewandung hindurch geführt. Hierbei erstrecken sich die Kontaktpins 342 jeweils durch eine Gehäuseanschlussöffnung 326, welche die Gehäuseinnenseite 322 mit der Gehäuseaußenseite 324 verbindet.
Auf der Gehäuseinnenseite 322 befindet sich an jedem Kontaktpin 342 eine Dichtungseinheit 330, welche die jeweilige Gehäuseanschlussöffnung 326 gegenüber Fluiden und Betriebsmedien abdichtet. Das Abdichten erfolgt somit sowohl von der Gehäuseinnenseite 322 gegenüber der Gehäuseaußenseite 324 als auch von der Gehäuseaußenseite 324 gegenüber der Gehäuseinnenseite 322. Jede Dichtungseinheit 330 umfasst ein Dichtmittel 332 in Form eines O-Rings und eine Stützhülse 334. Die Stützhülse 334 ist in den ersten Abschnitt 327 der Gehäuseanschlussöffnung 326 eingebracht und zwischen dem Basiskörper 260 und dem O-Ring angeordnet. Somit ist der O-Ring an den Querschnittsübergang 329 zwischen dem ersten Abschnitt 327 und dem zweiten Abschnitt 328 angelegt und gegen Verrutschen gesichert. Der Basiskörper 260 ist mit dem ersten Anschluss 125 und dem zweiten Anschluss 127 verbunden, wodurch eine elektrische Verbindung der Kontaktpins 342 des Stromanschlusses 340 mit dem Schrittmotor 110 (nicht gezeigt) besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/190013 A1 [0003]

Claims

Antriebsvorrichtung (100) für ein Ventil, insbesondere für ein Luftfederventil (300), mit: einem Schrittmotor (110) umfassend eine Statoranordnung (120) und eine radial innerhalb der Statoranordnung (120) angeordnete Rotoranordnung (140), einer Motorwelle (150), welche innerhalb der Statoranordnung (120) gemeinsam mit der Rotoranordnung (140) um eine Längsachse (L) rotierbar angeordnet ist, und einem Kopplungselement (200) zum Übertragen einer Rotationsbewegung der Motorwelle (150) in eine translatorische Hub-Bewegung.
Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (200) im Wesentlichen in einem Innenraum (122) der Statoranordnung (120) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (200) hülsenartig ausgebildet ist und die Motorwelle (150) zumindest teilweise umgibt.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (150) zumindest ein Führungselement (152) aufweist.
Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (200) eine Kulisse (202) zum Eingreifen des Führungselements (152) umfasst.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorwelle (150) das Führungselement (152) zum Führen innerhalb der Kulisse (202) zugeordnet ist, wobei ein Hubverlauf des Kopplungselements (200) von einem Drehwinkel der Motorwelle (150) und einer Steigung der Kulisse (202) des Kopplungselements (200) abhängt.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (152) ein weiteres Führungselement (154) zum Führen innerhalb der Kulisse (202) umfasst.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (152) und das weitere Führungselement (154) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (122) der Statoranordnung (120) durch ein oberes Lagerelement (124) und ein unteres Lagerelement (126) begrenzt ist.
Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (150) zwischen dem oberen Lagerelement (124) und dem unteren Lagerelement (126) gelagert ist.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Lagerelement (126) ein Kontur (128) zum Eingreifen des Kopplungselements (200) aufweist.
Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Eingreifen des Kopplungselements (200) in die Kontur (128) eine Verdrehsicherung ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem oberen Lagerelement (124) eine Kugellagerung zur Aufnahme axialer Kräfte zugeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellagerung zumindest eine Kugel aufweist, welche sich auf der Längsachse (L) befindet.
Antriebsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (200) mit einem Betätigungselement (220) zum Überführen eines Ventilkörpers (310) zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position verbunden ist.
Ventil, insbesondere Luftfederventil (300), mit einer Antriebsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.