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Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Zum Betätigen mechanisch linear betätigbarer Vorrichtungen, etwa Ventilschiebern eines Ventils, sind elektromagnetische Aktuatoren unterschiedlichster Ausgestaltungen bekannt. Diese weisen üblicherweise ein Gehäuse, einen Kern, ein Joch, einen Spulenkörper mit Spulenwicklungen und einen axial bewegbaren Anker darin auf. In dem Aktuator wird ein magnetischer Kreis gebildet, der das Gehäuse, den Kern, das Joch und den Anker umfasst. Liegt an den Spulenwicklungen eine Spannung an, fließt darin ein Strom, wodurch in dem magnetischen Kreis des Aktuators ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Dieser beaufschlagt den Anker mit einer Kraft, welche den Anker in der axialen Richtung linear verschiebt.
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Der Anker ist weiterhin üblicherweise im Kern und im Joch verschiebbar gelagert. Hierzu weist der Anker entsprechende Flächenabschnitte auf, die gleitend in komplementär geformten Ausnehmungen angeordnet sind. Wie etwa in
EP 3 651 167 A1 beschrieben wird, könnte ein Lagerelement vorgesehen sein, das einen rohrförmigen Lagerabschnitt zum Lagern des Ankers und einen ringscheibenförmigen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Lagerelements aufweist. Zum Abdecken des Lagerelements kann eine zusätzliche Abdeckplatte vorgesehen sein, die an einem Buchsenelement angeordnet ist und zusammen mit dem Buchsenelement an einer äußeren Stirnfläche des Jochs verklebt oder auf andere Weise befestigt wird. Die Abdeckplatte erlaubt ein zweischrittiges Befestigen des Buchsenelements an dem Joch. Wenn die Abdeckplatte an dem Joch befestigt ist, kann sie ein Eindringen von Verunreinigungen, etwa Späne, in den elektromagnetischen Aktuator verhindern.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, der eine derartige Abdeckplatte aufweist, welche jedoch kostengünstiger herstellbar ist und eine Schutzwirkung hinsichtlich des Eindringens von Verunreinigungen verbessern kann, bei gleichzeitig insgesamt möglichst geringem axialen Bauraumbedarf.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.
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Es wird ein elektromagnetischer Aktuator vorgeschlagen, aufweisend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Spulenkörper, der mindestens eine Spulenwicklung trägt, die einen Ankerraum zumindest teilweise umschließt, einen in dem Ankerraum axial bewegbar angeordneten Anker, einen ersten Lagerabschnitt zum radialen Lagern des Ankers, und einen plattenförmigen Abschnitt, der an dem ersten Lagerabschnitt an einer von dem Ankerraum abgewandten Seite angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Lagerabschnitt und der plattenförmige Abschnitt ein einstückiges, kombiniertes Lagerbauteil ausbilden.
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Das Gehäuse umschließt den Spulenkörper, den Ankerraum und den Anker und könnte etwa eine weitgehend zylindrische Form aufweisen. Das Gehäuse ist bevorzugt an einem stirnseitigen Ende offen, sodass der Spulenkörper mit daran angeordneten Spulenwicklungen in das Gehäuse einbringbar ist. Es ist vorteilhaft, das betreffende stirnseitige Ende durch das Joch zu schließen, indem das Joch und das Gehäuse dort eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung miteinander eingehen. Das Lagerbauteil ist bevorzugt an dem Joch fixiert.
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Der Anker kann bevorzugt einen Ankerkörper und eine Ankerstange umfassen, die miteinander verbunden sind. Die Ankerstange kann an zwei einander entgegengesetzt angeordneten Stirnseiten des Ankerkörpers aus diesem herausragen, sodass der Anker durch Führen der Ankerstange axial beweglich lagerbar ist. Durch einen zweiteiligen Aufbau können die Ankerstange und der Ankerkörper aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Beide Komponenten können formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Der plattenförmige Abschnitt des Lagerbauteils kann auf das Joch aufgelegt werden und dort eine Jochöffnung zumindest teilweise abdecken. Dadurch kann verhindert werden, dass bei der weiteren Montage oder der Installation des Aktuators Verunreinigungen, beispielsweise Späne, in den Aktuator eindringen. An dem plattenförmigen Abschnitt ist der erste Lagerabschnitt angeordnet, der etwa rohr- oder hülsenförmig ausgebildet ist. Bei der Montage des Lagerbauteils werden folglich der erste Lagerabschnitt und der plattenförmige Abschnitt korrekt positioniert.
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Erfindungsgemäß bilden der erste Lagerabschnitt und der plattenförmige Abschnitt ein einstückiges Bauteil aus. Die Fertigung des Lagerbauteils ist insgesamt kostengünstiger als die separate Fertigung einer Abdeckplatte und eines Lagerelements. Zudem entfällt ein Montageschritt, bei dem das Lagerelement separat an dem Gehäuse oder dem Joch angeordnet und anschließend durch die Abdeckplatte abgedeckt wird. Eine separate Ausrichtung einer Abdeckplatte an dem Joch bzw. dem Gehäuse entfällt und ein sich üblicherweise zwischen der Abdeckplatte und dem ersten Lagerelement ergebender Spalt sowie eine dort notwendige Passung wären nicht erforderlich. Die Installation eines einzelnen, kombinierten Lagerbauteils erfolgt rasch, schafft einen ausreichenden Schutz vor Verunreinigungen und die Bauhöhe des Aktuators ändert sich nicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Lagerbauteil eine durchgehende Bohrung zum Führen des Ankers auf. Die durchgehende Bohrung ist einfach zu fertigen und erlaubt nach der Montage des Lagerbauteils eine Sichtkontrolle einer nach außen gerichteten Seite der Bohrung auf eventuelle Verschmutzung, während die Ankerstange darin angeordnet ist. Zudem entfällt aufgrund der Bohrung eine präzise Ausgestaltung eines Sacklochs zum Bereitstellen einer Anschlagfläche für die Ankerstange in einer bestimmten Axialposition.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Bohrung einen Absatz aufweist, sodass die Bohrung auf einer von dem Anker abgewandten ersten Seite einen ersten Durchmesser aufweist, der einen auf einer dem Anker zugewandten zweiten Seite angeordneten zweiten Durchmesser übersteigt. Die Ankerstange wird durch den Teil der Bohrung gelagert und geführt, der den zweiten Durchmesser aufweist. Die axiale Länge eines den zweiten Durchmesser aufweisenden Abschnitts der Bohrung kann das Reibungsverhalten der Ankerstange bestimmen und könnte auf die axiale Länge eines üblichen Lagerelements angepasst werden. Der erste Durchmesser umschließt dabei die Ankerstange unter Bildung eines Ringspalts.
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Weiterhin ist günstig, wenn ein Buchsenelement auf dem plattenförmigen Abschnitt angeordnet ist. Das Buchsenelement ist zum Einstecken eines Anschlusssteckers vorgesehen, mit dem eine elektrische Spannung an den Spulenwicklungen angelegt werden kann. Das Buchsenelement kann an einer äußeren Stirnfläche des Jochs angeordnet sein. Es könnte dort mit dem Joch verklebt sein, um eine flächige und feste Verbindung mit dem Joch einzugehen. Durch das Buchsenelement ist die Installation und Wartung einfach, da der Anschlussstecker einfach anschließbar und wieder abnehmbar ist. Das Buchsenelement kann zum Versorgen des Aktuators mit einer elektrischen Spannung mindestens zwei elektrische Kontakte zum elektrisch leitenden Kontaktieren zweier korrespondierender elektrischer Kontakte eines Steckers aufweisen. Die elektrischen Kontakte des Buchsenelements sind mit der mindestens einen Spulenwicklung elektrisch leitend verbunden. Es ist vorstellbar, dass das Buchsenelement genau zwei elektrische Kontakte aufweist, die mit einer korrespondierenden Spulenwicklung verbunden sind. Im Falle mehrerer separater Spulenwicklungen können entsprechend weitere elektrische Kontakte vorgesehen sein, insbesondere mehrere Paare von elektrischen Kontakten.
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Das kombinierte Lagerbauteil könnte weiterhin auch ein Teil des Buchsenelements sein, sodass ein weiteres Bauteil eingespart werden könnte.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Buchsenelement eine zu dem plattenförmigen Abschnitt gewandte Anschlagfläche aufweist, wobei der Anker dazu ausgebildet ist, in einer Neutralposition an der Anschlagfläche anzuschlagen. Der Ankerraum wird durch die Anschlagfläche auf der Seite des Jochs begrenzt und die Neutralposition des Ankers wird durch die Anschlagfläche definiert. Es ist vorstellbar, dass der Anker durch ein Federelement in Richtung der Anschlagfläche gedrängt wird, um eine Rückstellung zu erreichen. Aus dieser kann er magnetisch in eine ausgelenkte Position bewegt werden.
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Die Anschlagfläche könnte an einem Anschlagkörper angeordnet sein, der an der ersten Seite in die Bohrung ragt. Der Anschlagkörper könnte als ein Vorsprung ausgeführt sein, welcher in die Bohrung ragt. Der Vorsprung und die Bohrung könnten eine geeignete Passung aufweisen, die ein einfaches weitgehend kraftfreies Positionieren des Anschlagkörpers in der Bohrung erlaubt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Buchsenkörper bei der Montage des Aktuators sehr präzise ausgerichtet werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Übergangsbereich zwischen dem plattenförmigen Abschnitt und dem ersten Lagerabschnitt einen ersten äußeren Absatz aufweist, der zum Positionieren des Lagerbauteils in eine Jochöffnung steckbar ist. Das Lagerbauteil kann dadurch präzise an der Jochöffnung ausgerichtet werden, wodurch sowohl der erste Lagerabschnitt als auch der Anker und der plattenförmige Abschnitt präzise in dem Gehäuse angeordnet sind.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Schnittdarstellung des Aktuators.
- 2 und 3 Schnittansichten des Aktuators basierend auf zwei Schnittebenen.
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1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines elektromagnetischen Aktuators 2. Der Aktuator 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem ein Spulenkörper 6 angeordnet ist. Dieser weist eine Spulenwicklung 8 auf, welche einen Ankerraum 10 im Innern des Gehäuses 4 größtenteils umschließt. In dem Ankerraum 10 befindet sich ein Anker 12, der einen Ankerkörper 14 aufweist, welcher an einer Ankerstange 16 befestigt ist und mit dieser eine konzentrische Anordnung ausbildet. An einem in der Darstellung unteren stirnseitigen Ende des Gehäuses 4 ist ein Kern 18 angeordnet, der von der Ankerstange 16 durchdrungen wird. An einer dem Anker 18 entgegengesetzten Seite des Gehäuses 4 ist wiederum ein Joch 20 vorgesehen. Zwischen dem Anker 18 und dem Joch 20 befindet sich eine Lücke 22, die radial innenseitig durch den Ankerkörper 14 überbrückbar ist.
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Der Anker 12 ist linear bewegbar in dem Gehäuse 4 angeordnet. Die Ankerstange 16 sitzt in einer Kernbohrung 24 des Kerns 18 und ist in dieser längsverschiebbar. In einer ausgelenkten Stellung ragt die Ankerstange 16 aus der Kernbohrung 24 heraus, während sie in einer in 1 gezeigten Neutralposition innerhalb der Kernbohrung 24 verbleibt.
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Der Anker 12 wird ausgelenkt, wenn eine Spannung an die Spulenwicklung 8 angelegt wird. Dann fließt in der Spulenwicklung 8 ein Strom, wodurch in dem magnetischen Kreis des elektromagnetischen Aktuators 2, der das Gehäuse 4, den Kern 18, das Joch 20 und den Anker 12 umfasst, ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Dieser beaufschlagt den Anker 12 mit einer Kraft, die ihn in der axialen Richtung linear verschiebt. Der Ankerkörper 14 wird dabei in Richtung des Kerns 18 bewegt und kann dort in einen Anschlag mit einer in dem Kern 18 an dessen Innenseite angeordneten, zylindrischen Vertiefung 26 geraten.
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An dem Joch 20 ist ein Lagerbauteil 32 angeordnet, das einen plattenförmigen Abschnitt 30 und einen ersten Lagerabschnitt 28 aufweist. Die Ankerstange 16 wird im Bereich des Jochs 20 durch den ersten Lagerabschnitt 28 gelagert. Dieser ist hülsenförmig ausgestaltet und erstreckt sich entlang einer Mittelachse des Aktuators 2 in das Joch 20 in Richtung des Kerns 18 hinein. Das Lagerbauteil 32 weist dabei eine durchgehende Bohrung 34 auf, in der die Ankerstange 16 geführt wird. Die Bohrung 34 weist entlang ihrer Tiefenerstreckung einen Absatz 36 auf, durch den zwei unterschiedliche Durchmesser in der Bohrung 34 gebildet sind. Ein erster Durchmesser d1 auf einer dem Anker 12 abgewandten ersten Seite übersteigt einen zweiten Durchmesser d2 auf einer dem Anker 12 zugewandten zweiten Seite.
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In einem Übergangsbereich zwischen dem plattenförmigen Abschnitt 30 und dem ersten Lagerabschnitt 28 ist ein erster äußerer Absatz 38 vorgesehen. Dieser ist in eine Jochöffnung 40 gesteckt und führt zur präzisen Ausrichtung des Lagerbauteils 32 an dem Gehäuse 4, sodass der plattenförmige Abschnitt 30 die Jochöffnung 40 abdeckt und der erste Lagerabschnitt 28 zur Aufnahme der Ankerstange 16 positioniert ist. An einer von dem plattenförmigen Abschnitt 30 abgewandten Seite des Lagerbauteils 32 schließt sich ein zweiter äußerer Absatz 42 an, an dem sich ein äußerer Durchmesser des ersten Lagerabschnitts 28 verringert. Die Montage des Lagerbauteils 32 ist vereinfacht, da nicht der gesamte erste Lagerabschnitt 28 radial bündig in der Jochöffnung 40 platziert ist.
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Der plattenförmige Abschnitt 30 und der erste Lageabschnitt 28 sind nicht zentriert bzw. konzentrisch zueinander angeordnet. Der plattenförmige Abschnitt 30 erstreckt sich stattdessen von dem ersten Lagerabschnitt 28 aus in eine radiale Richtung bis über die Spulenwicklung 8. Auf dem plattenförmigen Abschnitt 30 über der Ankerstange 16 ist ein Buchsenelement 44 angeordnet, welches nicht gezeigte elektrische Kontakte zum Verbinden einer externen Spannungsquelle mit der Spulenwicklung 8 aufweist. Das Buchsenelement 44 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Anschlagfläche 46 auf, an der die Ankerstange 16 anliegt. Der Anker 12 könnte beispielsweise in seiner Neutralposition, die der Position aus 1 entspricht, an der Anschlagfläche 46 liegen.
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Das Joch 20 weist einen hohlzylindrischen Innenabschnitt 48 auf, der sich unter Bildung der Lücke 22 in Richtung des Kerns 18 erstreckt. Das Joch 20 könnte an Verbindungslinien 50 in das Gehäuse 4 eingeschraubt sein. Dadurch kann der Spulenträger 6 in das Gehäuse 4 gebracht und durch Befestigen des Jochs 20 fixiert werden.
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2 zeigt den Aktuator 2 in derselben Schnittrichtung in einer ebenen Darstellung. Hier ist eine Schnittlinie A-A illustriert, die eine um 90° versetzte Schnittdarstellung aus 3 kennzeichnet. 3 zeigt aus dieser Perspektive einen Anschlagkörper 52, der an dem Buchsenelement 44 ausgebildet ist und sich stegförmig in Richtung des ersten Lagerabschnitts 28 erstreckt. Der Anschlagkörper 52 weist die Anschlagfläche 46 auf.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Aktuator
- 4
- Gehäuse
- 6
- Spulenkörper
- 8
- Spulenwicklung
- 10
- Ankerraum
- 12
- Anker
- 14
- Ankerkörper
- 16
- Ankerstange
- 18
- Kern
- 20
- Joch
- 22
- Lücke
- 24
- Kernbohrung
- 26
- zylindrische Vertiefung
- 28
- erster Lagerabschnitt
- 30
- plattenförmiger Abschnitt
- 32
- Lagerbauteil
- 34
- Bohrung
- 36
- Absatz
- 38
- erster äußerer Absatz
- 40
- Jochöffnung
- 42
- zweiter äußerer Absatz
- 44
- Buchsenelement
- 46
- Anschlagfläche
- 48
- Innenabschnitt
- 50
- Verbindungslinie
- 52
- Anschlagkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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