EP4062433A1 - Elektromagnetische betätigungseinrichtung - Google Patents

Elektromagnetische betätigungseinrichtung

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Publication number
EP4062433A1
EP4062433A1 EP20780124.2A EP20780124A EP4062433A1 EP 4062433 A1 EP4062433 A1 EP 4062433A1 EP 20780124 A EP20780124 A EP 20780124A EP 4062433 A1 EP4062433 A1 EP 4062433A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pole sleeve
armature
sleeve
pole
recesses
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20780124.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Schudt
Markus Stahl
Bernhard Gnamm
Christof Ott
Ursula Luetzelberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4062433A1 publication Critical patent/EP4062433A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
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    • H01F2007/085—Yoke or polar piece between coil bobbin and armature having a gap, e.g. filled with nonmagnetic material
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuating device according to the preamble of claim 1.
  • hydraulically operated clutches are used to change gears, with the hydraulic pressure on the clutches being set by hydraulic slide valves.
  • Slide valves can be actuated via a pilot valve (pilot control) or directly via an electromagnetic actuating device.
  • pilot valve pilot control
  • electromagnetic actuating device In the case of actuating devices of this type, designs with a pole tube or pole sleeve have proven successful in practice, i.e. the magnet armature is guided in a pole tube.
  • the main focus of development is to achieve the highest possible level of magnetic force (large lifting work), i.e. the magnetic efficiency must be raised to a high level.
  • Such an actuating device with a pole tube is known from DE 102012223430 A1, in which the pole tube has a "magnetic separation" which is designed as a thin pivot point.
  • the thin-turned point saturates at a low level of magnetic flux and then acts as a magnetic block.
  • the design of the magnetic separation is, however, associated with a certain amount of effort during manufacture.
  • an electromagnetic actuating device which has a pole sleeve extending along an axial direction and an armature arranged radially inside the pole sleeve.
  • the pole sleeve has a first axial end and a second axial end.
  • the armature is guided within the pole sleeve.
  • the pole sleeve can be essentially cylindrical. “Essentially cylindrical” means that the pole sleeve can comprise collars, shoulders, grooves, changes in wall thickness, etc., but is designed overall as a cylinder or sleeve.
  • the armature can be guided directly or indirectly inside the pole sleeve, for example by a sliding fit.
  • the pole sleeve has recesses in an area located between the axial ends (intermediate area or diving step area), the contour of which changes along or parallel to the axial direction.
  • the recesses can be arranged regularly along the circumferential direction of the pole sleeve, for example in the form of four recesses regularly arranged over the circumference of the pole sleeve.
  • the recesses can be designed as (non-penetrating) recesses (embossed areas with reduced material thickness) or, alternatively, as openings.
  • the magnetically effective material cross-section (material volume) of the pole sleeve varies in this area (immersion step area) along the longitudinal axis of the pole sleeve. In this way, the magnetic resistance can be changed in a targeted manner, whereby the magnetic force characteristic is shaped accordingly.
  • a pole sleeve magnet with improved magnetic efficiency can be produced in a cost-effective manner. Complex manufacturing processes can be avoided and inexpensive components can be used.
  • the proposed design of the pole sleeve allows the magnetic efficiency to be optimized, with the magnetic flux being able to be transmitted for the most part already by means of the pole sleeve.
  • the armature, the pole sleeve (magnet sleeve) and in particular also the electromagnetic coil can be arranged in (axial) overlap with one another.
  • the electromagnetic actuating device can in particular be an electromagnetic control element or an electromagnetic actuator (“electromagnet”).
  • the pole sleeve can take on one or more of the following tasks: armature guidance in the (preferably one-piece) pole sleeve, shaping of the magnetic force characteristic via targeted, in particular armature stroke-dependent changes in material cross-section (e.g. recesses), guiding the magnetic flux into the armature, in particular radial introduction of the flux into the armature, and / or achieving a high magnetic resistance in the area of the magnetic separation, so that the magnetic flux passes into the armature.
  • a cylindrical component i.e. a pole core, can be mounted in the pole sleeve.
  • the recesses or openings can have a V-shaped contour, preferably the V-shaped contour tapering towards the first axial end. This creates a shaping of the magnetic force characteristic curve by means of a shape that is geometrically easy to manufacture and also easy to check.
  • the pole sleeve can have elongated recesses extending in the circumferential direction, which are arranged in a row in the circumferential direction, the recesses or openings each extending starting from the elongated recesses along the axial direction.
  • an elongated recess and a recess or an opening merge into one another, ie the recess or the opening extends from a side flank of the elongated recess facing the first axial end along or parallel to the axial direction.
  • the elongated recesses can each be designed as (non-penetrating) recesses or, alternatively, as (penetrating) elongated holes.
  • the elongated recesses or elongated holes can be separated from one another in the circumferential direction by a web, the webs each having a reduced material thickness (based on the material thickness of the pole sleeve in adjacent areas) exhibit. This contributes to a high magnetic reluctance in the area of magnetic separation. This favors the magnetic separation.
  • the material thickness for example the sheet metal thickness, can be reduced in the area of the webs and optionally embossed. The material thickness can be reduced starting from the outer circumference of the pole sleeve. This favors guidance of the armature within the pole sleeve, since its inner surface can also be continued in the area of the webs.
  • the pole sleeve can be designed as a punched sleeve that is brought into its shape by rolling (stamped and bent part), preferably wherein the pole sleeve is at least partially formed by stamping.
  • the pole sleeve is a component that can be produced cost-effectively, with many functions being able to be integrated into the pole sleeve. Manufacturing and assembly costs are comparatively low.
  • the sleeve has an impact in its outer surface (impact between the free ends; sleeve with impact).
  • the recesses or breakthroughs and / or the elongated recesses or elongated holes can optionally also be formed (punched-out) directly when the pole sleeve is punched from the starting material of the sleeve, for example sheet metal. This favors the production.
  • the sleeve joint can extend along the axial direction of the pole sleeve (axially aligned joint).
  • embossing can optionally be provided as an additional process in the manufacture of the pole sleeve, for example to design the webs with reduced material thickness.
  • the webs can thus also be produced inexpensively.
  • thinner wall thicknesses can be achieved by embossing than would be the case, for example, with webs produced by machining. Due to the small material cross-sections that can be achieved, this favors the magnetic separation.
  • the (for example rolled) pole sleeve can be designed with an open joint.
  • the open joint can possibly fulfill other functions, for example serve as a flow channel.
  • the pole sleeve can be connected at the joint, in particular by latching or welding (joint ends latched or welded). This increases the stability or dimensional stability of the pole sleeve. The risk of sharp-edged projections on the inside of the sleeve is thus reduced. This favors the anchor guidance.
  • the latching can optionally also be formed directly when the pole sleeve is punched from its base material, for example from sheet metal.
  • the latching can have a projection at one joint end of the pole sleeve and a recess corresponding, in particular complementary, to the projection at the other joint end of the pole sleeve (engagement in the manner of a puzzle).
  • a glass fabric film coated by means of PTFE can be arranged radially between the pole sleeve and the armature to guide the armature. This creates a guide element for the anchor, with positive sliding properties being able to be achieved.
  • the glass fabric film coated by means of PTFE can, for example, be rolled into a sleeve.
  • the coated glass fabric film can, for example, be attached to the inner circumference of the pole sleeve, for example by gluing.
  • the inner circumference of the pole sleeve and / or the armature of its outer circumference for guiding the armature can have, at least in sections, preferably completely, a magnetically non-conductive coating, in particular a nickel layer or a nickel-phosphorus layer. This also enables positive sliding properties to be achieved.
  • the pole sleeve can be made from magnetically conductive steel, in particular from magnetically conductive unalloyed steel with a carbon content of less than 0.15 percent ( ⁇ 0.15%
  • the pole sleeve can be made from magnetically highly conductive material. This contributes to favorable magnetic properties.
  • the pole sleeve can have a material thickness (sheet metal thickness) between 1 to 4 millimeters. This makes it possible to achieve a comparatively stable pole sleeve.
  • the magnetic flux can at least for the most part be transmitted by means of the pole sleeve.
  • an electromagnetic coil can be arranged radially outside the pole sleeve. This serves as an actuating element for the armature.
  • the pole sleeve can be designed in one piece. This reduces the assembly and alignment effort compared to a multi-part solution.
  • the one-piece solution means that the center offset from armature to diving step area and thus the transverse forces can be kept low.
  • the electromagnetic actuating device can have further components.
  • the electromagnetic actuating device can have a housing (magnet housing) in which the components of the actuating device are accommodated.
  • the actuating device On one end face, in particular on the end face facing the pole core, the actuating device can be closed by an end piece, which can be a flux disc.
  • the actuating device On the opposite end face, in particular on the end face facing away from the pole core, the actuating device can be closed by a cover, for example a pole disc.
  • electrical contacting can be provided which is electrically connected to the electromagnetic coil, for example a socket section or a plug section attached to the housing.
  • An actuating element for example an actuating pin, which is guided through a passage formed concentrically in the pole core, can be inserted into the pole core.
  • the actuating element can have a shaft section and a radially widened head section with which it rests on the inside of the passage on the pole core.
  • the anchor can have a central axial passage into which an anchor bolt is pressed.
  • the anchor bolt can interact with the actuation pin, in particular with the head section of the actuation pin.
  • the components can be arranged as follows: armature, pole sleeve, coil, magnet housing.
  • the pole sleeve preferably designed in one piece as a stamped and bent part, can have several axial areas (in the order from the first axial end to the second axial end): One (first) area for conducting the magnetic Flux, a diving step area, a magnetic separation area and a (second) area for guiding the magnetic flux.
  • the areas for conducting the magnetic flux have the lowest possible magnetic resistance. These areas are preferably free of openings, breakthroughs, recesses or the like (unstructured areas).
  • the recesses or openings, the contour of which changes along the axial direction, are arranged in the diving step area. This forms the magnetic force characteristic.
  • the elongated recesses or slots are located in the area of the magnetic separation.
  • the webs with reduced material thickness are also arranged in the area of the magnetic separation. In the area of the magnetic separation there should be enough material to securely connect the areas of the pole sleeve adjoining the area of the magnetic separation, but as little material as possible in order to achieve a high magnetic resistance.
  • Figure 1 is a schematic section through an electromagnetic
  • FIG. 2 shows the pole sleeve of the actuating device from FIG. 1 in one
  • An electromagnetic actuating device bears the overall reference numeral 10 in FIG. 1 (hereinafter "actuating device 10").
  • actuating device 10 is used, for example, in transmission technology in motor vehicles, in particular for controlling a clutch of an automatic transmission.
  • a hydraulic valve which is indicated only schematically in FIG. 1 by a box provided with the reference number 12, is actuated by the actuating device 10.
  • the actuating device 10 has a housing 14 in which the components of the actuating device 10 are arranged.
  • the actuating device 10 has an electromagnetic coil 16 which has a coil former 18 and a winding 20.
  • the housing 14 On a first end face 22, the housing 14 is closed by means of an end piece 24, for example. a flux disk 24.
  • the housing 14 On a second end face 26, the housing 14 is closed by means of a cover 28, for example a pole disk 28.
  • An electrical contact 30, which is electrically connected to the electromagnetic coil 16, is provided on the housing 14.
  • the actuating device 10 also has an armature 32 (magnet armature), a pole sleeve 34 (magnet sleeve) and a pole core 35.
  • the pole core 35 has a central passage 38 through which an actuating element 40 is guided (confirmation pin), which acts on the hydraulic valve 12.
  • the actuating element 40 can have a shaft section 42 and a radially expanded head section 44.
  • the armature 32 is arranged radially inside the pole sleeve 34.
  • the electromagnetic coil 16 is arranged radially outside of the pole sleeve 34.
  • the coil 16, the armature 32 and the pole sleeve 34 at least partially overlap one another along the axial direction 46.
  • the pole sleeve 34 has a first axial end 48 (facing the pole core 35) and a second axial end 50 (facing away from the pole core 35).
  • the armature 32 has a central axial passage 31 and an armature bolt 33 arranged therein, which actuates the actuating element 40.
  • the pole sleeve 34 is designed as a punched and rolled sleeve into its shape (see FIG. 2), the pole sleeve 34 can also be partially formed by stamping.
  • the pole sleeve 34 has an (axially aligned) joint 52 at which the joint ends of the pole sleeve 34 rest against one another.
  • the pole sleeve 34 has several axial areas (in the order from the first axial end 48 to the second axial end 50): a (first) area 54 for guiding the magnetic flux, a diving step area 56, an area 58 for magnetic separation and a (second) area ) Area 60 for guiding the magnetic flux (see FIG. 2).
  • the pole sleeve 34 In an area (diving step area 56) lying between the axial ends 48, 50, the pole sleeve 34 has recesses 62, the contour of which changes in each case along the axial direction 46.
  • the recesses 62 have a V-shaped contour which tapers towards the first axial end 48.
  • the recesses 62 are regularly distributed around the circumference of the pole sleeve 34, illustrated here by way of example with four recesses 62.
  • the Recesses 62 can be designed, for example, as openings 62 or as embossed areas with reduced material thickness.
  • the pole sleeve 34 has (in the area of the magnetic separation 58) elongated recesses 64 extending in the circumferential direction of the pole sleeve 34, which are arranged in a row in the circumferential direction, the recesses 62 each starting from the elongated recesses 64 along the axial direction 46 ( towards the first axial end 48).
  • the elongated recesses 64 are also regularly distributed around the circumference of the pole sleeve 34, illustrated here by way of example with four recesses 64.
  • the elongated recesses 64 can be designed as elongated holes 64, for example.
  • the elongated holes 64 i.e. two elongated holes 64 adjacent to one another in the circumferential direction, are each separated from one another in the circumferential direction of the pole sleeve 34 by a web 66.
  • the webs 66 each have a reduced material thickness (reduced sheet metal thickness).
  • the webs 66 can be embossed.
  • the pole sleeve 34 can be designed with an open joint 52 or be connected to the joint 52, for example by latching or welding (not shown).
  • a glass fabric film 70 coated with PTFE can be arranged radially between the pole sleeve 34 and armature 32 (bearing element for armature 32).
  • the pole sleeve 34 can have a magnetically non-conductive coating on its inner circumference or the armature 32 on its outer circumference, at least in sections, preferably completely, in particular a nickel layer or a nickel-phosphorus layer.
  • the pole sleeve 34 is made from magnetically conductive steel, in particular from magnetically conductive unalloyed steel with a carbon content of less than 0.15 percent.
  • the pole sleeve 34 has a material thickness (sheet metal thickness) between 1 to 4 millimeters.
  • the pole sleeve 34 is formed in one piece.

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Abstract

Eine Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) umfasst eine sich entlang einer Axialrichtung (46) erstreckende Polhülse (34) und einen radial innerhalb der Polhülse (34) angeordneten Anker (32), wobei die Polhülse (34) ein erstes axiales Ende (48) und ein zweites axiales Ende (50) aufweist, und wobei der Anker (32) innerhalb der Polhülse (34) geführt ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Polhülse (34) in einem zwischen den axialen Enden (48, 50) liegenden Bereich (56) Ausnehmungen (62) aufweist, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung (46) jeweils verändert.

Description

Beschreibung
Titel
Elektromagnetische Betätigungseinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei PKW-Automatikgetrieben werden hydraulisch betätigte Kupplungen zum Gangwechsel eingesetzt, wobei der hydraulische Druck an den Kupplungen durch hydraulische Schieberventile eingestellt wird. Schieberventile können über ein Pilotventil (Vorsteuerung) oder direkt über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung betätigt werden. Bei derartigen Betätigungseinrichtungen haben sich in der Praxis Ausführungen mit Polrohr bzw. Polhülse bewährt, d.h. der Magnetanker wird in einem Polrohr geführt. Wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt ist es, ein möglichst hohes Magnetkraftniveau (große Hubarbeit) zu erzielen, d.h. der magnetische Wirkungsgrad muss auf ein hohes Niveau gebracht werden. Eine solche Betätigungseinrichtung mit einem Polrohr ist aus DE 102012223430 A1 bekannt, bei der das Polrohr eine "magnetische Trennung" aufweist, die als Dünndrehstelle ausgebildet ist. Die dünngedrehte Stelle geht schon bei einem geringen Magnetflussniveau in Sättigung und wirkt dann als magnetische Sperre. Die Ausgestaltung der magnetischen Trennung ist jedoch bei der Herstellung mit einem gewissen Aufwand verbunden.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine elektromag netische Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung vorgeschlagen, welche eine sich entlang einer Axialrichtung erstreckende Polhülse und einen radial innerhalb der Polhülse angeordneten Anker aufweist. Die Polhülse weist ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf. Der Anker ist innerhalb der Polhülse geführt. Die Polhülse kann im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein. "Im Wesentlichen zylindrisch" bedeutet, dass die Polhülse Krägen, Absätze, Nuten, Wanddicken-Veränderungen, etc. umfassen kann, aber insgesamt zylinderartig bzw. hülsenförmig ausgebildet ist. Der Anker kann unmittelbar oder mittelbar innerhalb der Polhülse geführt sein, bspw. durch einen Gleitsitz. Durch Aktivierung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, bspw. durch Aktivieren einer elektromagnetischen Spule, kann der Anker entlang seiner Längsrichtung in der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung verlagert werden. Dies entspricht der klassischen Anordnung einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung.
Die Polhülse weist in einem zwischen den axialen Enden liegenden Bereich (zwischenliegender Bereich bzw. Tauchstufenbereich) Ausnehmungen auf, deren Kontur sich entlang der bzw. parallel zur Axialrichtung jeweils verändert. Dies bedeutet, dass sich die Kontur der Ausnehmungen entlang der Axialrichtung erweitern oder verjüngen kann, bspw. durch zwei in der Ausnehmung einander gegenüberliegende und relativ zueinander angewinkelte Wandungen. Die Ausnehmungen können entlang der Umfangsrichtung der Polhülse regelmäßig angeordnet sein, bspw. in Form von vier regelmäßig über den Umfang der Polhülse angeordneten Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können als (nicht durchbrechende) Ausnehmungen (angeprägte Bereiche mit reduzierter Materialstärke) oder alternativ als Durchbrüche ausgebildet sein.
Durch die in der Polhülse ausgebildeten Ausnehmungen, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung jeweils verändert, variiert der magnetisch wirksame Materialquerschnitt (Materialvolumen) der Polhülse in diesem Bereich (Tauchstufenbereich) entlang der Längsächse der Polhülse. Dadurch kann der magnetische Widerstand gezielt verändert werden, wodurch die Magnetkraft- Kennlinie entsprechend geformt wird.
Es lässt sich auf kostengünstige Weise ein Polhülsenmagnet mit verbessertem magnetischem Wirkungsgrad dargestellen. Aufwändige Fertigungsprozesse können vermieden werden und es können kostengünstige Komponenten zum Einsatz kommen. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung der Polhülse kann der magnetische Wirkungsgrad optimiert werden, wobei der Magnetfluss bereits mittels der Polhülse zum überwiegenden Teil übertragen werden kann. Der Anker, die Polhülse (Magnethülse) und insbesondere auch die elektromagnetische Spule können in (axialer) Überlappung zueinander angeordnet sein. Bei der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kann es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Stellglied bzw. einen elektromagnetischen Aktor ("Elektromagnet") handeln.
Die Polhülse (Magnethülse) kann eine oder mehrere der folgenden Aufgaben übernehmen: Ankerführung in der (vorzugsweise einteiligen) Polhülse, Formen der Magnetkraftkennlinie über gezielte, insbesondere ankerhubabhängige Materialquerschnittsänderungen (bspw. Ausnehmungen), Leiten des Magnetflusses in den Anker, insbesondere radiales Einleiten des Flusses in den Anker, und/oder Erzielen eines hohen magnetischen Widerstandes im Bereich der magnetischen Trennung, so dass der magnetische Fluss in den Anker übergeht. Zur Darstellung eines magnetischen Gegenpols zum Ankerpol kann ein zylindrisches Bauteil, d.h. ein Polkern, in die Polhülse montiert sein.
Gemäß einer Weiterbildung können die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche eine V-förmige Kontur aufweisen, vorzugsweise wobei sich die V-förmige Kontur zum ersten axialen Ende hin verjüngt. Hiermit ist eine Formung der Magnetkraft- Kennlinie durch eine geometrisch einfach herzustellende und auch einfach zu überprüfende Form geschaffen.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse sich in Umfangsrichtung erstreckende längliche Aussparungen aufweisen, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche jeweils ausgehend von den länglichen Aussparungen entlang der Axialrichtung erstrecken. Somit münden jeweils eine längliche Aussparung und eine Ausnehmung bzw. ein Durchbruch ineinander, d.h. die Aussparung bzw. der Durchbruch erstreckt sich von einer dem ersten axialen Ende zugewandten Seitenflanke der länglichen Aussparung entlang der bzw. parallel zur Axialrichtung. Hiermit wird an der Polhülse ein Bereich der magnetischen Trennung geschaffen, wobei vergleichsweise wenig Material vorhanden ist, um einen hohen magnetischen Widerstand zu erzielen. Damit wird ein großer magnetischer Fluss in den Anker geführt. Die länglichen Aussparungen können jeweils als (nicht durchbrechende) Aussparungen oder alternativ als (durchbrechende) Langlöcher ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung können die länglichen Aussparungen bzw. die Langlöcher (zwei in Umfangsrichtung benachbarte längliche Aussparungen bzw. Langlöcher) in Umfangsrichtung jeweils durch einen Steg voneinander getrennt sein, wobei die Stege (bezogen auf die Materialstärke der Polhülse in angrenzenden Bereichen) jeweils eine reduzierte Materialstärke aufweisen. Dies trägt zu einem hohen magnetischen Widerstand im Bereich der magnetischen Trennung bei. Dies begünstigt die magnetische Trennung. Die Materialstärke, bspw. die Blechdicke, kann im Bereich der Stege reduziert und optional ange prägt sein. Die Material stärke kann ausgehend vom Außenumfang der Polhülse reduziert sein. Dies begünstigt eine Führung des Ankers innerhalb der Polhülse, da deren Innenfläche auch im Bereich der Stege fortgesetzt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse als gestanzte und durch Rollen in ihre Form gebrachte Hülse ausgebildet sein (Stanzbiegeteil), vorzugsweise wobei die Polhülse zumindest teilweise durch Prägen ausgebildet ist. Dadurch ist die Polhülse ein kostengünstig herstellbares Bauteil, wobei viele Funktionen in die Polhülse integriert werden können. Fertigungs- und Montageaufwand sind vergleichsweise gering. Bedingt durch das Rollen weist die Hülse einen Stoß in ihrer Mantelfläche auf (Stoß zwischen den freien Enden; stoßbehaftete Hülse).
Die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche und/oder die länglichen Aussparungen bzw. Langlöcher können optional direkt beim Stanzen der Polhülse aus dem Ausgangsmaterial der Hülse, bspw. Blech, mit ausgebildet werden (Ausstanzungen). Dies begünstigt die Herstellung. Der Hülsenstoß kann sich entlang der Axialrichtung der Polhülse erstrecken (axial ausgerichteter Stoß).
Wie angedeutet, kann bei der Herstellung der Polhülse als Zusatzprozess optional Prägen vorgesehen sein, bspw. zur Ausgestaltung der in der Materialstärke reduzierten Stege. Somit sind auch die Stege kostengünstig herstellbar. Zudem lassen sich durch Prägen geringere Wanddicken erzielen als dies bspw. bei spanend hergestellten Stegen der Fall wäre. Durch die erzielbaren geringen Materialquerschnitte begünstigt dies die magnetische Trennung.
Gemäß einer Weiterbildung kann die (bspw. gerollte) Polhülse mit offenem Stoß ausgebildet sein. Dies begünstigt die Herstellung, da von Befestigungselementen und deren Ausgestaltung abgesehen werden kann. Zudem kann der offene Stoß ggf. weitere Funktionen erfüllen, bspw. als Strömungskanal dienen. Alternativ hierzu kann die Polhülse am Stoß verbunden sein, insbesondere durch Verklinken oder Verschweißen (Stoßenden verklinkt oder verschweißt). Dies erhöht die Stabilität bzw. Formstabilität der Polhülse. Das Risiko scharfkantiger Vorsprünge auf der Innenseite der Hülse ist damit reduziert. Dies begünstigt die Ankerführung. Die Verklinkung kann optional direkt beim Stanzen der Polhülse aus ihrem Grundmaterial, bspw. aus Blech, mit ausgebildet werden. Die Verklinkung kann an einem Stoßende der Polhülse einen Vorsprung und am anderen Stoßende der Polhülse eine mit dem Vorsprung korrespondierende, insbesondere komplementäre, Ausnehmung aufweisen (Eingriff in der Art eines Puzzles).
Gemäß einer Weiterbildung kann zur Führung des Ankers radial zwischen Polhülse und Anker eine mittels PTFE (Polytetrafluorethylen) beschichtete Glasgewebefolie angeordnet sein. Hiermit ist ein Führungselement für den Anker geschaffen, wobei sich positive Gleiteigenschaften erzielen lassen. Die mittels PTFE beschichtete Glasgewebefolie kann bspw. zu einer Hülse gerollt sein. Die beschichtete Glasgewebefolie kann bspw. am Innenumfang der Polhülse befestigt sein, bspw. durch Kleben.
Gemäß einer Weiterbildung können die Polhülse an ihrem Innenumfang und/oder der Anker an seinem Außenumfang zur Führung des Ankers zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Nickel-Schicht oder eine Nickel- Phosphor-Schicht. Auch hiermit lassen sich positive Gleiteigenschaften erzielen.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet sein, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Prozent (<0,15%
Kohlenstoffgehalt). Hiermit kann eine Ausgestaltung der Polhülse aus magnetisch gut leitfähigem Material erreicht werden. Dies trägt zu günstigen magnetischen Eigenschaften bei.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse eine Materialstärke (Blechdicke) zwischen 1 bis 4 Millimeter aufweisen. Hiermit lässt sich eine vergleichsweise stabile Polhülse erreichen. Zudem kann der Magnetfluss durch eine solche Dimensionierung zumindest zu einem Großteil mittels der Polhülse übertragen werden. Gemäß einer Weiterbildung kann radial außerhalb der Polhülse eine elektromagnetische Spule angeordnet sein. Diese dient als Betätigungselement für den Anker.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse einteilig ausgebildet sein. Hiermit reduziert sich der Montage- und Ausrichtuaufwand gegenüber einer mehrteiligen Lösung. Zudem können durch die einteilige Lösung der Mittenversatz von Anker zu Tauchstufenbereich und somit die Querkräfte gering gehalten werden.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung kann weitere Komponenten aufweisen. So kann die elektromagnetische Betätigungseinrichtung über ein Gehäuse (Magnetgehäuse) verfügen, in dem die Komponenten der Betätigungseinrichtung untergebracht sind. An einer Stirnseite, insbesondere an der dem Polkern zugewandten Stirnseite, kann die Betätigungseinrichtung durch ein Abschlussstück verschlossen sein, bei dem es sich um eine Flusscheibe handeln kann. An der gegenüberliegenden Stirnseite, insbesondere an der vom Polkern abgewandten Stirnseite, kann die Betätigungseinrichtung durch einen Deckel verschlossen sein, bspw. eine Polscheibe.
Zum Anschluss der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kann eine elektrische Kontaktierung vorgesehen sein, die elektrisch mit der elektromagnetischen Spule verbunden ist, bspw. ein am Gehäuse angebrachter Buchsenabschnitt oder ein Steckerabschnitt. In den Polkern kann ein Betätigungselement, bspw. einen Betätigungsstift, eingesetzt sein, der durch einen konzentrisch im Polkern ausgebildeten Durchgang geführt ist. Das Betätigungselement kann einen Schaftabschnitt und einen radial erweiterten Kopfabschnitt aufweisen, mit dem es an der Innenseite des Durchgangs am Polkern anliegt.
Der Anker kann einen zentrischen axialen Durchgang aufweisen, in den ein Ankerbolzen eingepresst ist. Der Ankerbolzen kann mit dem Betätigungsstift Zusammenwirken, insbesondere mit dem Kopfabschnitt des Betätigungsstifts.
Von radial innen nach radial außen können die Komponenten wie folgt angeordnet sein: Anker, Polhülse, Spule, Magnetgehäuse.
Die, vorzugsweise einteilig als Stanzbiegeteil ausgebildete, Polhülse kann mehrere axiale Bereiche aufweisen (in der Reihenfolge vom ersten axialen Ende zum zweiten axialen Ende): Einen (ersten) Bereich zum Leiten des magnetischen Flusses, einen Tauchstufenbereich, einen Bereich der magnetischen Trennung und einen (zweiten) Bereich zum Leiten des magnetischen Flusses.
Die Bereiche zum Leiten des magnetischen Flusses weisen einen möglichst geringen magnetischen Widerstand auf. Diese Bereiche sind vorzugsweise frei von Öffnungen, Durchbrüchen, Ausnehmungen oder dergleichen (unstrukturierte Bereiche). Im Tauchstufenbereich sind die Ausnehmungen oder Durchbrüche angeordnet, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung verändert. Hiermit wird die Magnetkraft-Kennlinie geformt. Im Bereich der magnetischen Trennung befinden sich die länglichen Aussparungen bzw. Langlöcher. Auch die in der Materialstärke reduzierten Stege sind im Bereich der magnetischen Trennung angeordnet. Im Bereich der magnetischen Trennung soll genügend Material vorhanden sein, um die an den Bereich der magnetischen Trennung angrenzenden Bereiche der Polhülse sicher zu verbinden, aber eben so wenig Material wie möglich, um einen hohen magnetischen Widerstand zu erzielen.
Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Schnitt durch eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung; und
Figur 2 die Polhülse der Betätigungseinrichtung aus Figur 1 in einer
Seitenansicht.
Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10 (nachfolgend "Betätigungseinrichtung 10"). Eine solche Betätigungseinrichtung 10 kommt bspw. in der Getriebetechnik bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz, insbesondere zur Steuerung einer Kupplung eines Automatikgetriebes. Hierzu wird bspw. ein Hydraulikventil, welches in Figur 1 lediglich schematisch durch einen mit dem Bezugszeichen 12 versehenen Kasten angedeutet ist, durch die Betätigungseinrichtung 10 betätigt.
Die Betätigungseinrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem die Komponenten der Betätigungseinrichtung 10 angeordnet sind. Die Betätigungseinrichtung 10 weist eine elektromagnetische Spule 16 auf, die über einen Spulenkörper 18 und eine Wicklung 20 verfügt. An einer ersten Stirnseite 22 ist das Gehäuse 14 mittels eines Abschlussstücks 24 verschlossen, bspw. einer Flussscheibe 24. An einer zweiten Stirnseite 26 ist das Gehäuse 14 mittels eines Deckels 28 verschlossen, bspw. einer Polscheibe 28. Am Gehäuse 14 ist eine elektrische Kontaktierung 30 vorgesehen, die mit der elektromagnetischen Spule 16 elektrisch verbunden ist.
Die Betätigungseinrichtung 10 weist zudem einen Anker 32 (Magnetanker), eine Polhülse 34 (Magnethülse) und einen Polkern 35 auf. Der Polkern 35 weist einen zentrischen Durchgang 38 auf, durch den ein Betätigungselement 40 geführt ist (Bestätigungsstift), der auf das Hydraulikventil 12 wirkt. Das Betätigungselement 40 kann einen Schaftabschnitt 42 sowie einen radial erweiterten Kopfabschnitt 44 aufweisen.
Der Anker 32 ist radial innerhalb der Polhülse 34 angeordnet. Radial außerhalb der Polhülse 34 ist die elektromagnetische Spule 16 angeordnet. Die Spule 16, der Anker 32 und die Polhülse 34 überlappen einander entlang der Axialrichtung 46 zumindest teilweise. Die Polhülse 34 weist ein erstes axiales Ende 48 (dem Polkern 35 zugewandt) und ein zweites axiales Ende 50 auf (vom Polkern 35 abgewandt). Der Anker 32 weist einen zentrischen axialen Durchgang 31 und einen darin angeordneten Ankerbolzen 33 auf, der das Betätigungselement 40 betätigt.
Die Polhülse 34 ist als gestanzte und durch Rollen in ihre Form gebrachte Hülse ausgebildet (vgl. Figur 2), wobei die Polhülse 34 teilweise auch durch Prägen ausgebildet sein kann. Die Polhülse 34 weist einen (axial ausgerichteten) Stoß 52 auf, an dem die Stoßenden der Polhülse 34 aneinander anliegen.
Die Polhülse 34 weist mehrere axiale Bereiche auf (in der Reihenfolge vom ersten axialen Ende 48 zum zweiten axialen Ende 50): Einen (ersten) Bereich 54 zum Leiten des magnetischen Flusses, einen Tauchstufenbereich 56, einen Bereich 58 der magnetischen Trennung und einen (zweiten) Bereich 60 zum Leiten des magnetischen Flusses (vgl. Figur 2).
Die Polhülse 34 weist in einem zwischen den axialen Enden 48, 50 liegenden Bereich (Tauchstufenbereich 56) Ausnehmungen 62 auf, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung 46 jeweils verändert. Die Ausnehmungen 62 weisen eine V-förmige Kontur auf, die sich zum ersten axialen Ende 48 hin verjüngt. Die Ausnehmungen 62 sind um den Umfang der Polhülse 34 herum regelmäßig verteilt, hier beispielhaft mit vier Ausnehmungen 62 veranschaulicht. Die Ausnehmungen 62 können bspw. als Durchbrüche 62 oder als angeprägte Bereiche mit reduzierter Materialstärke ausgebildet sein.
Die Polhülse 34 weist (im Bereich der magnetischen Trennung 58) sich in Umfangsrichtung der Polhülse 34 erstreckende längliche Aussparungen 64 auf, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Ausnehmungen 62 jeweils ausgehend von den länglichen Aussparungen 64 entlang der Axialrichtung 46 (zum ersten axialen Ende 48 hin) erstrecken. Auch die länglichen Aussparungen 64 sind um den Umfang der Polhülse 34 herum regelmäßig verteilt, hier beispielhaft mit vier Aussparungen 64 veranschaulicht. Die länglichen Aussparungen 64 können bspw. als Langlöcher 64 ausgebildet sein.
Die Langlöcher 64, d.h. zwei in Umfangsrichtung zueinander benachbarte Langlöcher 64, sind in Umfangsrichtung der Polhülse 34 jeweils durch einen Steg 66 voneinander getrennt. Die Stege 66 weisen jeweils eine reduzierte Materialstärke (reduzierte Blechdicke) auf. Die Stege 66 können angeprägt sein.
Die Polhülse 34 kann mit offenem Stoß 52 ausgebildet sein oder am Stoß 52 verbunden sein, bspw. durch Verklinken oder Verschweißen (nicht dargestellt).
Zur Führung des Ankers 32 kann radial zwischen Polhülse 34 und Anker 32 eine mittels PTFE beschichtete Glasgewebefolie 70 angeordnet sein (Lagerelement für Anker 32). Alternativ hierzu kann die Polhülse 34 an ihrem Innenumfang oder der Anker 32 an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht.
Die Polhülse 34 ist aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Prozent. Die Polhülse 34 weist eine Materialstärke (Blechdicke) zwischen 1 bis 4 Millimeter auf. Die Polhülse 34 ist einteilig ausgebildet.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10), mit einer sich entlang einer Axialrichtung (46) erstreckenden Polhülse (34) und einem radial innerhalb der Polhülse (34) angeordneten Anker (32), wobei die Polhülse (34) ein erstes axiales Ende (48) und ein zweites axiales Ende (50) aufweist, und wobei der Anker (32) innerhalb der Polhülse (34) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) in einem zwischen den axialen Enden (48, 50) liegenden Bereich (56) Ausnehmungen (62) aufweist, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung (46) jeweils verändert.
2. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (62) eine V-förmige Kontur aufweisen, vorzugsweise wobei sich die V-förmige Kontur zum ersten axialen Ende (48) hin verjüngt.
3. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) sich in Umfangsrichtung erstreckende längliche Aussparungen (64) aufweist, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Ausnehmungen (62) jeweils ausgehend von den länglichen Aussparungen (64) entlang der Axialrichtung (46) erstrecken.
4. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Aussparungen (64) in Umfangsrichtung jeweils durch einen Steg (66) voneinander getrennt sind, wobei die Stege (66) jeweils eine reduzierte Materialstärke aufweisen.
5. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) als gestanzte und durch Rollen in ihre Form gebrachte Hülse ausgebildet ist, vorzugsweise wobei die Polhülse (34) zumindest teilweise durch Prägen ausgebildet ist.
6. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) mit offenem Stoß (52) ausgebildet ist oder dass die Polhülse (34) am Stoß (52) verbunden ist, insbesondere durch Verklinken oder Verschweißen.
7. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung des Ankers (32) radial zwischen Polhülse (34) und Anker (32) eine mittels PTFE beschichtete Glasgewebefolie (70) angeordnet ist.
8. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) an ihrem Innenumfang und/oder der Anker (32) an seinem Außenumfang zur Führung des Ankers (32) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweist, insbesondere eine Nickel- Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht.
9. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet ist, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Prozent.
10. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polhülse (34) eine Materialstärke zwischen 1 bis 4 Millimeter aufweist und/oder dass radial außerhalb der Polhülse (34) eine elektromagnetische Spule (16) angeordnet ist und/oder dass die Polhülse (34) einteilig ausgebildet ist.
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