DE202008003137U1

DE202008003137U1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE202008003137U1
Application number: DE200820003137
Authority: DE
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: WO2009109369A1

Abstract

Elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer stationär in einem Gehäuse (18) vorgesehenen Ankerführung (30)
und einer elektromagnetisch bewegbaren, in der Ankerführung geführten Ankereinheit (14),
dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung auf einer mit einer Wirkfläche der Ankereinheit zusammenwirkenden Führungsfläche eine durch Beschichten mittels eines von einem Material der Führungsfläche verschiedenen Beschichtungsmaterials, insbesondere eines Gleitlacks, realisierte, eine Reibung zwischen der Führungsfläche in unbeschichtetem Zustand und der Wirkfläche herabsetzende, unlösbar an der Ankerführung haftende und feste Gleitschicht (32) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und etwa in der DE 202 18 782 U1 der Anmelderin beschrieben.
Im Rahmen einer solchen bekannten elektromagnetischen Stellvorrichtung wird die Ankereinheit in einer typischerweise als Ankerführungsrohr oder dgl. Einheit als Ankerführung bewegt, wobei ein solches Ankerführungsrohr entweder (mittels Tiefziehen oder dgl. Herstellungsvorgängen) aus einem Blech hergestellt ist oder aber eine Ankerführung durch Bohren, Fräsen oder dgl. spanende Bearbeitung aus Material herausgearbeitet wird.
Der mit der Ankerführung zusammenwirkende Anker (Ankereinheit) ist in ansonsten bekannter Weise zum elektromagnetischen Zusammenwirken mit einer Spuleneinheit oder dgl. ausgebildet, welche stationär in einem Gehäuse der elektromagnetischen Stellvorrichtung aufgenommen ist.
Nicht zuletzt durch die typische Großserienfertigung derartiger gattungsbildender Vorrichtungen und damit verbundenen Kostenaspekten bedingt, werden die mit dem Tiefziehen verbundenen Nachteile einer vergleichsweise hohen Oberflächenrauigkeit in Kauf genommen; typischerweise lässt sich eine solche Oberfläche eines Ankerführungsrohres als Führungsfläche für die Ankereinheit aufgrund des Ziehprozesses und ohne (typischerweise aufwendige und teuere) Nachbearbeitung auf eine Rauheit von bestenfalls 5 μm bis 7 μm realisieren. Damit ist dann jedoch ein solches Ankerführungsrohr im Hinblick auf die Ventillebensdauer (hier betrachtet der tribologische Verschleiß) das kritische, die Lebensdauer begrenzende Element.
Zur Reduzierung der (für den Einsatz der Stellvorrichtung im Rahmen eines Pneumatik- oder Hydraulikventils entscheidenden) Reibung bzw. des tribologischen Verschleißes ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Anker spanend zu bearbeiten und nachfolgend zu beschichten, wie etwa die DE 198 48 919 A1 offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Reibung sowie einen reibungsbedingten Verschleiß zwischen einer Ankerführung und einer Ankereinheit einer gattungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung zu vermindern, mit dem Zweck, etwa die Stellvorrichtung aufweisende Ventile oder dgl. Schaltvorrichtungen in ihrer Lebensdauer signifikant zu erhöhen. Dabei soll der zum Herstellen einer reibungsmindernden Oberfläche der Reibungspartner notwendige Herstellungs- bzw. Fertigungsaufwand reduziert und/oder eine Alternative zur Ankerbeschichtung geschaffen werden.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie das Ventil nach dem unabhängigen Anspruch 14 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Ankerführung auf ihrer Führungsfläche eine Beschichtung in Form einer Gleitschicht aufweist, welche ein Beschichtungsmaterial aufweist, das sich vom Material der Ankerfüh rung unterscheidet und insbesondere im Hinblick auf günstige Reibungs- bzw. Verschleißeigenschaften im Zusammenwirken mit der Ankereinheit optimiert ist. Eine solche Gleitschicht ist im aufgebrachten und betriebsbereiten Fertigungszustand fest (also nicht flüssig, pastös oder dgl.) und haftet unlösbar an der Ankerführung und es spielt die Oberflächenrauigkeit des unbeschichteten Ankerführungsrohr nur noch eine untergeordnete Rolle.
Vorteilhaft lässt sich als Beschichtungsmaterial ein Kunststoff (oder ein kunststoffhaltiges Material) anwenden, wobei sich PTFE bzw. PTFE-haltige Werkstoffe als günstig erwiesen haben. Auch ist es weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass, je nach verwendetem Herstellungsverfahren, die erfindungsgemäße Gleitschicht in der Art eines Gleitlacks flüssig aufgetragen wird, um eine weiterbildungsgemäß günstige dünne Gleitschicht (bevorzugt sind Dicken im Bereich zwischen 5 μm und 50 μm auf einer unterliegenden Auftragsfläche der Ankerführung) zu bewirken, vorteilhaft sind weiterbildungsgemäß Bereiche zwischen 15 μm und 35 μm. Alternative Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Gleitschicht aufzubringen, können das Auftragen des Beschichtungsmaterials in pastösem oder gasförmigem Zustand vorsehen. Günstig ist es zudem, die erfindungsgemäße Gleitschicht aufzutragen, nachdem die Ankerführung im Rahmen des Herstellungsprozesses in ihrer Endform (also z. B. nach einem Tiefziehen aus einem Blechrohling) vorliegt.
Während es weiterbildungsgemäß besonders bevorzugt und günstig ist, den mit der Ankerführung zusammenwirkenden Partner Ankereinheit selbst nicht mit einem Gleitlack zu versehen, ist dies in der Realisierung der Erfindung nicht ausgeschlossen; vorteilhaft ist es, die Ankereinheit zu rollieren und so eine Oberflächenrauigheit der Ankereinheit im Bereich der Eingriffs- bzw. Wirkfläche von typischerweise 2 μm oder besser zu realisieren. Diesem liegt die Erkenntnis gemäß der Erfindung zugrunde, dass die Oberflächengüte der nicht beschichteten Reibpartner mit entscheidend für eine Lebensdauersteigerung ist und die Oberfläche eines rollierten Ankers erheblich besser ist als die Oberfläche etwa eines lediglich tiefgezogenen Ankerführungsrohres.
Im Ergebnis lässt sich mit der Optimierung der Oberflächen der Reibpartner die Lebensdauer von mittels der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung realisierten Aggregaten deutlich erhöhen, wobei in überraschend einfacher und eleganter Weise das erfindungsgemäße Vorgehen überragende Reibungsverminderungs- und Verschleißminderungseigenschaften mit einfacher, großserientauglicher Fertigbarkeit kombiniert.
Damit eignet sich die vorliegende Erfindung prinzipiell für beliebige elektromagnetische Stellvorrichtungen, gleichwohl hat sich im Hinblick auf die Einsatz- und Umgebungsbedingungen eine Verwendung der Erfindung zum Schalten bzw. Stellen eines Ventils, insbesondere Hydraulik- oder Pneumatikventils, weiter bevorzugt in einem Kraftfahrzeugumfeld, als besonders bevorzugt herausgestellt.
Weitere Vorteile und Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1: einen Längsschnitt durch die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie
2: eine Detailansicht des Ausschnitts II in 1.
Die Längsschnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels der 1 zeigt in – prinzipbedingt – vereinfachter Form eine elektromagnetische Stellvorrichtung zur Betätigung eines nachgeschalteten Aggregats mittels eines Stellabschnitts 10 eines Stößels 12, welcher als Verlängerung einer Ankereinheit 14 von dieser in Axialrichtung der Vorrichtung bewegt und durch Eingriff in einen (in den Figuren nicht gezeigten) Stellpartner am Stellabschnitt 10 diesen betätigt. In ansonsten bekannter Weise wirkt die (geeignet z. B. mit einer nicht näher im Detail gezeigten Permanentmagneteinheit versehene) Ankereinheit 14 zusammen mit einer stationären Spuleneinheit 16, welche in einem Gehäuse 18 vorgesehen ist und über einen endseitig am (zylindrischen) Gehäuse 18 vorgesehenen Steckerabschnitt 20 mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Steckerabschnitt weist (nicht gezeigt) zu diesem Zweck geeignete Steckerkontakte auf, welche von einem Kunststoffmaterial umspritzt sind und so die in 1 gezeigte Einheit ausbilden; die elektrische Anbindung an die Spuleneinheit 16 erfolgt durch (nicht näher gezeigte) Kontaktleitungen. Die Abdichtung zum zylindrischen Gehäuse 18 nimmt ein O-Ring 22 vor.
Weiterhin im Gehäuse 18 gehalten ist einends ein Jochring 24 als Element des über Gehäuse 18 und Anker 14 gebildeten magnetischen Kreises, wobei mittels einer punktuellen oder ringförmigen Sicke (Einsickung) 26 der Jochring 24 im Gehäuse, andernends begrenzt von der Spuleneinheit 16, gehalten ist.
Dem Jochring 24 in Axialrichtung gegenüberliegend weist das Gehäuse einen Kern 28 auf, welcher am stößelseitigen Ende den magnetischen Kreis schließt; in einer Kernbohrung 38 als Stößelführung ist der Stößel 12 geführt.
Im Bereich zwischen der Ankereinheit 14 und der (in Axialrichtung aufeinanderfolgend) umgebenen Anordnung aus Jochring 24, Spuleneinheit 16 und Stößelführung 38 ist schließlich ein buchsenartig zum Steckerabschnitt 20 hin geschlossenes Ankerführungsrohr 30 vorgesehen, welches auf seiner hohlzylindrischen Innenfläche eine Führung für die Ankereinheit 14 anbietet.
Die 2 verdeutlicht in der Ausschnitts-Detailansicht aus der Schnittansicht der 1, wie gemäß des gezeigten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung das Ankerführungsrohr 30, auf seiner der Ankereinheit 14 zugewandten Seite, eine mittels eines Gleitlacks realisierte Beschichtung 32 aus PTFE aufweist. Die Beschichtung 32, flüssig aufgetragen und nachfolgend warm ausgehärtet bzw. luftgetrocknet, weist eine Dicke von 20 μm auf und wirkt unmittelbar mit der im beschriebenen Ausführungsbeispiel rollierten Außenfläche der Ankereinheit 14 als Reib-/Bewegungspartner zusammen. Durch die Schicht 32 aus Gleitlack wird dabei vorteilhaft die inhärente Oberflächenrauigkeit des aus einem 0,35 mm starken Metallblech mittels Tiefziehen hergestellten Ankerführungsrohres 30 ausgeglichen bzw. verbessert, so dass mit verminderter Reibung der tribologische Verschleiß des Ankerführungsrohres drastisch vermindert und damit die Lebensdauer der so realisierten Stellvorrichtung signifikant erhöht werden kann. Die Ausschnittsansicht der 2 zeigt zusätzlich, dem Ankerführungsrohr benachbart, im linksseitigen Bereich einen Ausschnitt aus der Spuleneinheit 16, und zwar einen Wicklungsabschnitt 36, welcher auf einem (z. B. aus Kunststoff realisierten) Spulenträgerabschnitt 34 in ansonst bekannter Weise gehalten ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es insbesondere günstig und im Rahmen weiterer Ausführungsbeispiele vorgesehen, die Materialien PTFE und/oder MoS₂ als Materialen zur Realisierung der Beschichtung 32 vorzusehen. Auch ist es im Rahmen der Erfindung günstig, die effektive Dicke im hergestellten Zustand der Schicht 32 auf einen Bereich zwischen 15 μm und 35 μm einzustellen, wobei die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung auch erreicht werden, wenn die Dicke geringer ist, also z. B. 5 μm (und insoweit die Rauigkeit des Führungsrohres erreicht), andererseits erscheinen selbst Beschichtungsdicken bis zu 50 μm oder 60 μm technisch sinnvoll.
Zur Herstellung wird etwa mit einer Sprühlanze das Ankerführungsrohr durchfahren und dabei der Gleitlack gleichmäßig auf die Führungsfläche des Ankerführungsrohrs aufgebracht. Bereiche, die für nachgeschaltete Prozesse (wie beispielsweise Schweißen) metallisch blank bleiben müssen, können während der Lackierung in geeigneter Weise abgedeckt werden.
Die Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1, 2 ist ein generisches elektromagnetisches Stellglied, womit angedeutet werden soll, dass die vorliegende Erfindung auf prinzipiell beliebige Anwendungsfälle anwendbar ist. Gleichwohl hat es sich in der praktischen Realisierung als besonders günstig und vorteilhaft herausgestellt, die vorliegende Erfindung zum Realisieren elektromagnetisch betätigter Ventile, insbesondere etwa von Pneumatikventilen, einzusetzen. So ist es von der Erfindung insbesondere auch umfasst, den Anwendungskontext etwa der aus dem Stand der Technik bekannten DE 198 48 919 A1 mit der vorliegenden Erfindung zu implementieren und die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den dadurch erreichten Vorteilen besonders günstig für Stell- und Steueraufgaben an oder in Kraftfahrzeugen einzusetzen.
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

- DE 20218782 U1 [0002]
- DE 19848919 A1 [0006, 0024]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer stationär in einem Gehäuse (18) vorgesehenen Ankerführung (30) und einer elektromagnetisch bewegbaren, in der Ankerführung geführten Ankereinheit (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung auf einer mit einer Wirkfläche der Ankereinheit zusammenwirkenden Führungsfläche eine durch Beschichten mittels eines von einem Material der Führungsfläche verschiedenen Beschichtungsmaterials, insbesondere eines Gleitlacks, realisierte, eine Reibung zwischen der Führungsfläche in unbeschichtetem Zustand und der Wirkfläche herabsetzende, unlösbar an der Ankerführung haftende und feste Gleitschicht (32) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial ein Kunststoff ist oder einen Kunststoff aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial aus der Gruppe von Werkstoffen ausgewählt ist, die PTFE, MoS₂. oder eine Mischung von diesen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial zum Herstellen der Gleitschicht in flüssigem, pastösem oder gasförmigen Zustand aufgetragen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 15 μm und 35 μm, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung durch ein/e Rohr, Hülse oder Buchse (30) aus einem Kunststoff- und/oder Metallmaterial realisiert ist und bevorzugt die Ankereinheit zumindest abschnittsweise umschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, die Hülse bzw. die Buchse (30) auf einer hohlzylindrischen Innenfläche die Gleitschicht (32) trägt, welche mit der mantelseitigen Wirkfläche einer zumindest abschnittsweise zylindrischen Ankereinheit (14) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, die Hülse bzw. Buchse (30) auf einer der Ankereinheit abgewandten Außenseite eine bei Bestromung eine Stellkraft auf die Ankereinheit ausübende, bevorzugt im Gehäuse (18) vorgesehene Spuleneinheit (16) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, die Hülse bzw. Buchse durch Pressen und/oder Tiefziehen eines Bleches hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, die Hülse bzw. Buchse nach dem Pressen und/oder Tiefziehen in eine Endform mit der Gleitschicht (32) versehen wurde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankereinheit (14) auf der Wirkfläche unbeschichtet ist und/oder keine reibungsmindernde Beschichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung zum Schalten und/oder Stellen eines Ventils, insbesondere eines Hydraulik- oder Pneumatikventils, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung zum Ausführen von Schalt- und/oder Stellvorgängen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für Motorsteuerungs-, Bremsensteuerungs-, Fahrwerksteuerungs- oder Flüssigkeitssteuerungszwecke, ausgebildet ist.
Hydraulik- oder Pneumatikventil, gekennzeichnet durch die elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.