WO2015165446A1

WO2015165446A1 - Elektromagnetische stellvorrichtung

Info

Publication number: WO2015165446A1
Application number: PCT/DE2015/200125
Authority: WO
Inventors: Markus Kinscher; Jens Hoppe
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-11-05
Also published as: US20170047153A1; CN106461110B; KR102275772B1; DE102014207988B3; CN106461110A; US10121578B2; KR20160147781A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung (10) für ein Ventil, mit einem Anker (28), der in feinem hohlzylindrischen Ankerraum (28) zwischen zwei axialen Anschlägen (52, 54;) axial verschiebbar angeordnet Ist, bei dem der Ankerraum (26) durch ein Magnetjoch (18: 22) begrenzt ist, bei dem eine elektrische Spule (24) den Anker (28) koaxial umgreift, und bei dem das Magnetjoch (18, 22) zumindest teilweise in einem Gehäuse (12) angeordnet ist. Die Stellvorrichtung (10) ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet dass der Anker (28) eine zylindrische Geometrie: mit einem gehäusefernen Boden (32) und axial gegenüberliegend einen hohlzylindrischen Endabschnitt (40) aufweist, dass der gehäuseferne Boden (32) des Ankers (28) mit einem Betätigungsstößel (34) verbunden ist, dass auf den hohlzylindrischen Endabschnitt (40) des Ankers (23) eine Führungshülse (42) axial aufgesteckt ist, und dass an dem betätigungsstößelfernen Ende der Führungshülse (42) eine Antihaftvorrichtung (84) angeordnet oder ausgebildet ist, welche ein axiales Anhaften des Ankers (28) an dem Magnetjoch (18, 22) verhindert oder zumindest stark beeinträchtigt. Die fertigungstechnisch sehr genau herstellbare Führungshülse (42) mit integrierter Antihaftvorrichtung (84) ermöglicht eine Reduzierung der Breite des parasitären Luftspalts zwischen Anker (28) und Magnetjoch zur Erhöhung der Betätigungskräfte der Stellvorrichtung (10) bei einer zugleich verringerten Bauteilanzahl.

Description

Elektromagnetische Stellvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung für ein Ventil, mit einem Anker, der in einem hohlzylindrischen Ankerraum zwischen zwei axialen Anschlägen axial verschiebbar angeordnet ist, bei dem der Ankerraum durch ein Magnetjoch begrenzt ist, bei dem eine elektrische Spule den Anker koaxial umgreift, und bei dem das Magnetjoch zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet ist.

Elektromagnetisch betätigbare Ventile kommen auf vielen Gebieten der Technik zum Einsatz. Derartige Ventile sind beispielsweise für den Betrieb von modernen Bremssystemen, von hydraulischen Nockenwellenverstellvorrichtungen oder von automatischen Getrieben in Kraftfahrzeugen notwendig. Der zur mechanischen Betätigung des Stellkolbens eines solchen Ventils notwendige Anker einer elektromagnetischen Stellvorrichtung ist dabei beispielsweise in einem Ankerführungsrohr axial verschiebbar gelagert. Alternativ dazu ist es bekannt, den Anker radial außen mit Gleitringe zu versehen, und diesen innerhalb eines Führungszylinders axial verschiebbar anzuordnen.

Die WO 2010/009 966 A1 beschreibt eine elektromagnetische Stellvorrichtung für ein hydraulisches Wegeventil einer Nockenwellenverstellvorrichtung. Diese Stellvorrich- tung weist einen Anker sowie ein erstes und eines zweites Magnetjoch auf, die jeweils eine etwa topfförmige Geometrie aufweisen. Das erste und das zweite Magnetjoch sind axial hintereinander angeordnet, und zwar so, dass deren offene Enden gegeneinander weisen. Dabei halten die beiden Magnetjoche einen axialen Abstand zueinander ein, so dass ein ringförmiger Luftspalt zwischen beiden gebildet ist. Außerdem be- grenzen die beiden Magnetjoche radial innen zumindest teilweise einen Ankerraum, in dem der Anker axial verschiebbar aufgenommen ist. An einem dem ersten Magnetjoch zugewandten ersten axialen Endabschnitt des zylindrischen Ankers ist in einer zentrischen Durchgangsbohrung des Ankers eine axial überstehende Anschlaghülse eingesetzt, mittels der ein axiales adhäsives Anhaften des Ankers an dem ersten Magnetjoch verhinderbar ist. Der erste axiale Endabschnitts des Ankers ist mittels eines in einer Ringnut des Ankers aufgenommenen Gleitrings an einer Innenmantelfläche des ersten Magnetjochs radial gelagert. In einem zweiten, vom ersten Endabschnitt weggerichteten zweiten Endabschnitt des zylindrischen Ankers ist in einer Durchgangsbohrung ein Stößel befestigt. Dieser Stößel ist in einer Gleithülse axial verschiebbar aufgenommen und wirkt mit seinem freien Ende auf einen Betätigungskolben des hydraulischen Wegeventils. Die Gleithülse ist in einer koaxialen Bohrung innerhalb des Bodens des zweiten topfförmigen Magnetjochs befestigt. Hierdurch ist der Anker axial beidseitig im Ankerraum radial gelagert.

Wenngleich diese elektromagnetische Stellvorrichtung an sich recht vorteilhaft aufgebaut ist, so weist sie doch den Nachteil auf, dass zur Vermeidung des axialen Anhaftens des Ankers am Boden des ersten topfförmigen Magnetjochs eine Anschlaghülse an dem Anker befestigt ist sowie zur radialen Lagerung des Ankers im Ankerraum ein Gleitring in einer Ringnut des Ankers angeordnet ist. Darüber hinaus verursacht der Gleitring eine Vergrößerung des notwendigen radialen Bauraums der Stellvorrichtung, und er kann unvorteilhafte fertigungsbedingte Maßabweichungen aufweisen. Außerdem vergrößert der Gleitring einen vergleichsweise großen radialen, parasitären Luft- spalt innerhalb der elektromagnetischen Stellvorrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung vorzustellen, die mit einer verringerten Anzahl von Komponenten auskommt und welche die Erzeugung vergleichsweise höherer Betätigungskräfte ermöglicht, als eine gattungsgemäße Stellvorrichtung mit einem Gleitring am Anker.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs definiert, während die Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen angeben. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich bei einer elektromagnetischen Stellvorrichtung insbesondere größere radiale, parasitäre Luftspalte nachteilig auf die erzielbaren mechanischen Betätigungskräfte auswirken, so dass es vorteilhaft wäre, wenn diese Luftspalte reduziert werden könnten. Gemäß der Erfindung wird diese Erkenntnis dadurch genutzt, dass der Anker mittels einer Führungshülse radial im Mag- netjoch geführt wird, wobei die Führungshülse zugleich eine Antihaftvorrichtung aufweist, welche ein Anhaften des Ankers am Boden des topfförmigen Magnetjochs verhindert oder doch zumindest stark erschwert. Die Erfindung betrifft daher eine elektromagnetische Stellvorrichtung für ein Ventil, mit einem Anker, der in einem hohlzylindrischen Ankerraum zwischen zwei axialen Anschlägen axial verschiebbar angeordnet ist, bei dem der Ankerraum durch ein Magnetjoch begrenzt ist, bei dem eine elektrische Spule den Anker koaxial umgreift, und bei dem das Magnetjoch zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei dieser Stellvorrichtung vorgesehen, dass der Anker eine zylindrische Geometrie mit einem gehäusefernen Boden und axial gegenüberliegend einen hohlzylindrischen Endabschnitt aufweist, dass der gehäuseferne Boden des Ankers mit einem Betätigungsstößel verbunden ist, dass auf den hohlzy- lindrischen Endabschnitt des Ankers eine Führungshülse axial aufgesteckt ist, und dass an dem betätig ungsstößelfernen Ende der Führungshülse eine Antihaftvorrich- tung angeordnet oder ausgebildet ist, welche ein axiales Anhaften des Ankers an dem Magnetjoch verhindert oder zumindest stark beeinträchtigt. Da sich die Führungshülse mit einer sehr hohen Maßhaltigkeit herstellen lässt, ist bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Stellvorrichtung der parasitäre Luftspat zwischen der zylindrischen Außenmantelfläche des Ankers und der ihn umgebenden zylindrischen Innenmantelfläche des Magnetjochs deutlich kleiner als bei der Nutzung eines Gleitrings, wie bei der erwähnten Stellvorrichtung gemäß der WO 2010/009 966 A1. Hierdurch lassen sich bei gleichem Energieeinsatz merklich höhere Betätigungskräfte der elektromagnetischen Stellvorrichtung erzeugen oder bei gleich großen Betätigungskräften ein reduzierter Energieverbrauch realisieren. Darüber hinaus ist im Vergleich zu der Stellvorrichtung gemäß der WO 2010/009 966 A1die Anzahl der funktionsnotwendigen Komponenten verringert werden, was letztlich zu einer Redu- zierung der Fertigungskosten führt.

Die Führungshülse hat eine Doppelfunktionalität, da sie neben ihrer Führungsfunktion zugleich stirnseitig ein magnetisches Anhaften des Ankers am Magnetjoch verhindert. Die Führungshülse weist in einem Beispiel eine Länge von ca. 1.0 cm bis 1 ,5 cm bei einer Wandstärke von bevorzugt weniger als 1 .5 mm auf. Durch entsprechendes

Bestromen der Spule lässt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der auf den Anker wirkenden elektromagnetischen Kraft und einer auf den Betätigungsstößel von einem Ventil oder dergleichen zurückwirkenden mechanischen Betätigungskraft einstel- len, so dass der Anker jede Stellung zwischen den beiden axialen Anschlägen mit einer hohen Positioniergenauigkeit einnehmen kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Stellvorrichtung ist vorgesehen, dass die Führungs- hülse einen Führungsabschnitt zur radialen Führung des Ankers an der zylindrischen Innenmantelfläche des Magnetjochs sowie axial daran anschließend einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung der Führungshülse an der radialen Außenseite des Ankers aufweist. Demnach wird die axiale Länge der Führungshülse nicht vollständig zur Führung des Ankers bei einer Axialbewegung im Ankerraum genutzt, sondern ein Teil der axialen Länge der Führungshülse dient zur Befestigung derselben an der Außenmantelfläche des Ankers. Hierauf wird noch ausführlich bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eingegangen.

Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass die Antihaftvorrichtung an dem

betätig ungsstößelfernen Ende der Führungshülse einen radial nach innen gerichteten, zumindest abschnittweise ringförmig umlaufenden Anlageabschnitt aufweist, welcher mindestens eine axial von dem Anker wegweisende Erhebung aufweist, mittels der ein stirnseitiges Anhaften des Ankers an dem an dem Magnetjoch ausgebildeten ersten Anschlag verhindert oder doch zumindest stark erschwert wird.

Die Antihaftvorrichtung der Führungshülse ist demnach durch einen radial nach innen gerichteten ringförmigen Flansch gebildet, der einstückig an der hohlzylindrischen Führungshülse ausgebildet ist. Dieser ringförmig umlaufenden Anlageabschnitt oder Flansch und der zylindrische Abschnitt der Führungshülse stehen beispielsweise in einen Winkel α von etwa 90° zueinander.

Alternativ dazu kann die Antihaftvorrichtung auch durch mindestens drei radial einwärts gerichtete sowie einstückig endseitig an der Führungshülse ausgebildete Stege oder dergleichen realisiert sein.

Weiter ist das Magnetjoch bevorzugt zweiteilig ausgebildet, mit einem ersten Magnetjochsegment und einem zweiten Magnetjochsegment, wobei das erste Magnetjochsegment doppelt topfförmig ausgebildet ist und radial innen eine topfförmige Geomet- rie aufweist, deren Topfraum einen zylindrischen Ankerraum für die axialverschiebbare Aufnahme des Ankers bildet, wobei radial außerhalb des Ankerraumes durch das erste Magnetjochsegment ein axial offener torusförmiger Aufnahmeraum zur Aufnahme der Spule gebildet ist, welcher an seinem offenen axialen Ende durch das zweite Magnetjochsegment verschlossen ist, und dass in diesem torusförmigen Aufnahmeraum die Spule angeordnet ist.

Durch die mehrteilige Ausbildung des Magnetjochs beziehungsweise des Ankergehäuses lässt sich die mit einer vergossenen Wicklung gebildete Spule fertigungstech- nisch einfach in der elektromagnetischen Stellvorrichtung montieren. Die komplexe geometrische Formgebung des ersten, doppelt topfförmigen Magnetjochsegments kann zum Beispiel durch Sintern eines eine geringe magnetische Leitfähigkeit aufweisenden pulverförmigen Materials hergestellt werden. Der erste Anschlag für die Begrenzung der Axialbewegung des Ankers ist bevorzugt durch den gehäusenahen Boden des ersten Magnetjochsegments gebildet, welcher den Ankerraum axial begrenzt. Hierdurch ergibt sich ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau, da das erste Magnetjochsegment ohne zusätzliche Bauteile den axialen Anschlag bildet.

Eine andere günstige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Betätigungsstößel in einer Gleithülse axial verschiebbar aufgenommen ist, welche in einer zum Betätigungsstößel koaxialen Bohrung eines magnetisierbaren Lagerblocks befestigt ist, wobei der scheibenförmig ausgebildete Lagerblock in einer zum Betätigungsstößel koaxialen Bohrung in dem ersten Magnetjochsegment befestigt ist, und bei welcher der Lagerblock den Ankerraum auf der Seite des Betätigungsstößels verschließt sowie den zweiten axialen Anschlag für den Anker bildet.

Durch diesen Aufbau ist eine verlässliche, zweifach bestimmte axiale Lagerung des Ankers realisiert. Außerdem dient der magnetisierbare Lagerblock zur Führung zumindest eines Teils des von der Spule herrührenden magnetischen Flusses. Die Bohrung im ersten Magnetjochsegment, in welcher der Lagerblock befestigt ist, ist vorzugsweise die zylindrische Innenmantelfläche des ersten Magnetjochsegments im Bereich eines kreisringförmigen, führungshülsenfernen Bodens des ersten Magnetjochsegments. Der Lagerblock ist dort zum Beispiel durch Einpressen, Einschweißen, Einlöten, Einschrauben, Verkleben oder dergleichen in axialer sowie radialer Richtung befestigt. Außerdem schließt der Lagerblock bevorzugt axial bündig mit der kreisringförmigen Stirnseite des gehäusefernen Bodens des ersten Magnetjochsegments ab.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungshülse einstückig, insbesondere im Tiefziehverfahren, aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Durch das Tiefziehverfahren ist eine großserientaugliche, kostengünstige sowie zugleich hochgradig maßhaltige Herstellung der Führungshülse realisierbar. Die Fertigung der Führungshülse kann zum Beispiel durch Tiefziehen eines kreisringförmigen oder eines kreisförmigen Blechzuschnitts erfolgen, wobei im Fall des kreisförmigen Zuschnitts gegebenenfalls ein zusätzlicher Stanzschritt zur Ausbildung des im einfachsten Fall kreisringförmigen Flansches für die Antihaftvor- richtung notwendig ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass im Bereich des Führungsabschnittes der Führungshülse der Außendurchmesser des Ankers kleiner ist als der Innendurchmesser der Führungshülse. Durch diesen optional im Bereich des Befestigungsabschnitts der Führungshülse radial eingeschnürten Anker ist ein ringförmiger Hohlraum zwischen der Au enmantelfläche des Ankers und einer Innenwandfläche des Führungsabschnitts der Führungshülse gebildet, welche beispielswei- se mit einem Klebemittel aufgefüllt werden kann, um die Befestigung der Führungshülse am Anker weiter zu optimieren. Der Außendurchmesser des Ankers ist im Bereich des Befestigungsabschnittes der Führungshülse gleich groß oder größer als der Innendurchmesser der Führungshülse, so dass dort eine Verbindung dieser beiden Bauteile mittels einer Presspassung erfolgt.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Befestigungsabschnitt der Führungshülse die Materialstärke und der Außendurchmesser der Führungshülse im Vergleich zu der Materialstärke der übrigen Führungshülse reduziert sind. Infolge der hierdurch bewirk- ten geringfügigen radialen Freistellung der Führungshülse in Bezug zur Innenmantelfläche des ersten Magnetjochsegments ist der Reibungswiderstand der Führungshülse verringert und damit einhergehend die Positioniergenauigkeit des Ankers innerhalb des Ankergehäuses beziehungsweise Magnetjochs merklich verbessert. Die reduzier- te Materialstärke kann durch eine Materialstreckung im Zuge des erwähnten Tiefziehprozesses realisiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt der Führungshülse dreh- und zugfest mit dem Anker ver- bunden ist. Die mechanisch unlösbare Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt der Führungshülse und dem zylindrischen Anker kann zum Beispiel durch eine Presspassung, Verpressen, Verstemmen, thermisches Aufschrumpfen, Verschweißen, Reibschweißen, Verlöten, Verkleben oder eine Kombination von mindestens zwei der genannten Fügeverfahren erfolgen.

Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen dem Anker und der Führungshülse kann zumindest bereichsweise zusätzlich oder alternativ eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anker und der Führungshülse vorgesehen sein. Dies kann zum Beispiel durch radial vorstehende Rastvorsprünge am Anker realisiert sein, die mit komplementär ausgestalteten Vertiefungen und/oder Ausnehmungen an der Führungshülse in Eingriff stehen. Weiterhin können am Anker eine Mikroverzah- nung oder andere Vorsprünge geringer Höhe vorgesehen sein, deren Spitzen sich im Zuge des Montageprozesses im Bereich des Befestigungsabschnittes der Führungshülse in deren Innenmantelfläche einprägen und somit eine bereichsweise form- schlüssige Verbindung schaffen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht zwischen der bevorzugt zylindrischen Innenmantelfläche des Ankerraums und einer Außenmantelfläche des Führungsabschnittes der Führungshülse ein geringfügiger radialer Abstand.

Aufgrund des in diesem Bereich bestehenden minimalen Spiels von etwa 0,1 mm ist der Anker leichtgängig innerhalb des Ankerraumes axial verschiebbar. Gemäß einer anderen Weiterbildung der elektromagnetischen Stellvorrichtung sind die Führungshülse aus einem antimagnetischen Material und der Lagerblock aus einem magnetisierbaren Werkstoff gebildet. Hierdurch wird eine magnetische Beeinflussung des von der Spule beziehungsweise deren Wicklung erzeugten magnetischen Flusses durch die Führungshülse sowie eine Verringerung der mittels der Stellvorrichtung erzeugbaren Betätigungskraft vermieden. Bei dem antimagnetischen Material kann es sich um ein geeignetes Metall oder um ein Kunststoffmaterial handeln. Die Führungshülse ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Über den mit dem magnetisierbaren Werkstoff nach Art eines Polkerns ausgestalteten Lagerblock kann zumindest ein Teil des von der Spule erzeugten magnetischen Flusses verlustarm geleitet werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In dieser zeigt Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektromagnetischen Stellvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Ankers mit an diesem befestigter Führungshülse der Stellvorrichtung gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht A von Fig. 1 im Bereich der Führungshülse,

Fig. 4 einen vergrößerten Teillängsschnitt durch den gehäuseseitigen Endabschnitt des Ankers mit der aufgesetzten Führungshülse, und

Fig. 5 eine perspektivische, teilweise geschnittene sowie auseinander gezogene Ansicht eines Stößels, des Ankers und der Führungshülse.

Die elektromagnetische Stellvorrichtung 10 für ein hier nicht dargestelltes, zum Bei- spiel hydraulisches oder pneumatisches Ventil, weist ein topfförmig ausgebildetes

Gehäuse 2 mit einem zweipoligen elektrischen Steckanschluss 14 sowie mindestens einen an dem Gehäuse 12 integral ausgebildeten Befestigungsflansch 16 auf. In dem Befestigungsflansch 16 ist eine Durchgangsbohrung ausgebildet, in die eine Befestigungsschraube einsteckbar ist.

In das Gehäuse 12 ist axial teilweise ein zweiteiliges Magnetjoch eingesteckt, welches aus einem ersten Magnetjochsegment 18 sowie einem zweiten Magnetjochsegment 22 besteht. Das erste Magnetjochsegment 18 ist doppelt topfförmig ausgebildet, und weist dabei an seinem gehäusefernen axialen Ende einen radial äußeren scheibenförmigen Boden 20a sowie an seinem gehäusenahen Ende einen radial inneren kreisförmigen Boden 20b auf. Das erste Magnetjochsegment 8 ragt axial teilweise aus dem Gehäuse 12 heraus, während das zweite Magnetjochsegment 22 innerhalb des Topfraumes des Gehäuses 12 angeordnet ist und einen torusförmigen Aufnahmeraum 46 des ersten Magnetjochsegments 18 zur Aufnahme einer elektrischen Spule 24 gehäusebodennah axial abschließt. Der torusförmigen Aufnahmeraum 46 zur Aufnahme der elektrischen Spule 24 ist bei der gewählten Definition durch den radial äu- ßeren Topf des doppelt topfförmigen ersten Magnetjochsegments 18 gebildet.

Das erste Magnetjochsegment 18 und das zweite Magnetjochsegment 22 dienen unter anderem zur verlustarmen Führung eines von der Wicklung 50 der ringförmigen Spule 24 erzeugten magnetischen Flusses. Außerdem bildet das erste Magnetjoch- segment 18 radial innen einen zylindrischen Ankerraum 26 zur Aufnahme eines Ankers 28. Der Anker 28 weist eine zylindrische Geometrie mit einem stirnseitigen radial gestuften Boden 32 und axial gegenüberliegend einen hohlzylindrischen Endabschnitt 40 auf. Der radial gestuften Boden 32 weist eine zentrische axiale Bohrung auf, in der ein zylindrischer Betätigungsstößel 34 befestigt ist. Dieser Betätigungsstößel 34 wirkt mit seinem freien axialen Ende auf einen nicht dargestellten Kolben des bereits genannten hydraulischen oder pneumatischen Ventils.

Der Betätigungsstößel 34 ist in einer Gleithülse 36 entlang der zentrischen Längsachse 30 der Stellvorrichtung 10 axial verschiebbar aufgenommen, wobei die Gleithülse 36 in einer Axialbohrung eines scheibenförmigen Lagerblocks 38 aus einem magneti- sierbaren Material angeordnet ist. Auf dem vom radial gestuften Boden 32 beziehungsweise dem Betätigungsstößel 36 weg weisenden hohlzylindrischen Endab- schnitt 40 des Ankers 28 ist eine im Wesentlichen ringförmig ausgebildete Führungshülse 42 in axialer und radialer Richtung unlösbar befestigt.

Das erste Magnetjochsegment 18 bildet in seinem radial inneren Topf den bereits ge- nannten Ankerraum 26, der durch eine zylindrische Innenmantelfläche 44 des ersten Magnetjochsegments 18 radial begrenzt ist. An dieser Innenmantelfläche 44 ist der Anker 28 mittels der Führungshülse 42 zur axialen Verschiebbarkeit radial geführt.

Der hohlzylindrische Lagerblock 38 liegt umfangsseitig an der axial verlängerten In- nenmantelfläche 44 des ersten Magnetjochsegments 18 an und ist an dieser in geeigneter Weise dreh- und verschiebefest fixiert. Wie dargestellt schließt der Lagerblock 38 mit seiner ankerraumfernen Seite bündig mit einer am gehäusefernen Boden 20a des ersten Magnetjochsegments 18 ausgebildeten kreisringförmigen Stirnseite 45 ab. Erkennbar umschließen die beiden Magnetjochsegmente 18, 22 den torusförmigen Aufnahmeraum 46, der eine viereckige Querschnittsgeometrie aufweist und zur Aufnahme der mit Kupferdraht gewickelten ringförmigen Spule 24 dient, die von einer Vergussmasse 48 zur Bildung einer Wicklung 50 sowie zum Schutz vor Umgebungseinflüssen umgeben ist.

Der gehäusenahe kreisförmige Boden 20b des ersten Magnetjochsegments 8 bildet einen ersten axialen, gehäusenahen Anschlag 52 für die Begrenzung der axialen Bewegbarkeit des Ankers 28, während der am ersten Magnetjochsegment 18 befestigte Lagerblock 38 einen zweiten, gehäusefernen axialen Anschlag 54 für den Anker 28 bildet. Der gehäuseferne axiale Anschlag 54 ist am Lagerbock 38 konkret durch einen ringförmigen axialen Fortsatz 76 gebildet, welcher zu dem Anker 28 weist und beim axialen Zusammenführen von Anker 28 und Lagerbock 38 zentrierend in eine zugeordnete ringförmige Nut 78 in dem radial gestuften Boden 32 des Ankers 28 eingreift.

Der Anker 28 ist mittels des in der Gleithülse 36 geführten Betätigungsstößels 34 und über die Führungshülse 42 zweifach bestimmt radial gelagert. Fig. 2 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Ankers 28 mit der an diesem befestigten Führungshülse 42. Die auf den hohlzylindrischen Endabschnitt 40 des Ankers 28 aufgeschobene Führungshülse 42 weist einen Befestigungsabschnitt 60 auf, an den sich im Bereich des hohlzylindrischen Endabschnittes 40 des Ankers 28 ein Führungsabschnitt 62 axial anschließt. Mittels des Befestigungsabschnittes 60 der Führungshülse 42 ist diese mechanisch fest mit dem Anker 28 verbunden. Die im Wesentlichen hohlzylindrische Führungshülse 42 verfügt ferner über eine bevorzugt einstückig zu dieser beziehungsweise zum Anker 28 ausgebildete, gehäusebodenseitige Antihaftvorrlchtung 64, die ein magnetisches Anhaften des An- kers 28 an dem gehäuseseitigen Boden 20b des ersten Magnetjochsegments 8 in der ersten Anschlagposition gemäß Fig. 1 verhindert.

Die Antihaftvorrichtung 64 ist in der in Fig. 2 dargestellten beispielhaften Ausführungsform an einem radial nach innen gerichteten kreisringförmigen Anlageabschnitt 66 ausgebildet, in den eine ringförmige und sich axial in Richtung zu dem gehäusenahen Boden 20b des ersten Magnetjochsegments 18 erstreckende Erhebung 70 eingebracht ist. Diese ringförmige Erhebung 70 weist im Vergleich zur übrigen Fläche des Anlageabschnitts 66 der Führungshülse 42 eine vergleichsweise kleine Fläche auf. Hierdurch wird das magnetische Anhaften der Führungshülse 42 beziehungsweise des Ankers 28 an dem Boden 20b zuverlässig vermieden oder doch zumindest deutlich erschwert.

Der kreisringförmige Anlageabschnitt 66 der Führungshülse 42 bedeckt hier eine vom gehäusefernen Boden 32 des Ankers 28 wegweisende, kreisringförmige Stirnfläche 72 des Ankers 28 nahezu vollständig. Ein Winkel α zwischen dem Anlageabschnitt 66 der Führungshülse 42 und dem Führungsabschnitt 62 der Führungshülse 62 beziehungsweise der Längsachse 30 der Stellvorrichtung 10 beträgt etwa 90^º.

Die kreisringförmige Erhebung 70 kann beispielsweise in der Form einer Sicke in die Führungshülse 42 eingeprägt sein oder auch nur abschnittsweise, zum Beispiel in der Form von mindestens zwei Stegen, Anschlagarmen oder dergleichen ausgeführt sein. Alternativ dazu kann der Winkel α größer als 90° sein, so dass der Anlageabschnitt 66 kegelförmig geneigt verläuft und gegebenenfalls die Ausbildung der zusätzlichen Erhebung 70 entbehrlich wird.

Fig. 3 zeigt eine stark vergrößerte Ansicht des Ausschnittes A von Fig. 1 . Der Betäti- gungsstößel 34 des Ankers 28 der Stellvorrichtung 10 ist entlang der Längsachse 30 der Stellvorrichtung 0 axial verschiebbar in der Gleithülse 36 aufgenommen, die ihrerseits in dem Lagerblock 38 axial und radial fixiert ist. Die Führungshülse 42 ist über ihren Befestigungsabschnitt 60 fest mit dem Anker 28 verbunden und außerdem mittels ihres Führungsabschnitts 62 parallel zur Längsachse 30 an der Innenmantelfläche 44 des Ankerraums 26 beziehungsweise des ersten Magnetjochsegments 18 axial verschiebbar radial gelagert. Mittels des Anlageabschnitts 66 der Führungshülse 42 und der hieran ausgebildeten sehr kleinflächigen Erhebung 70 wird ein magnetisches Anhaften des Ankers 28 am Boden 20b des ersten Magnetjochsegmentes 18 verhindert. In Fig. 3 ist auch erkennbar, dass sich an das erste Magnetjochsegment 18 das zweite Magnetjochsegment 22 rechtwinklig ausgerichtet anschließt und den Aufnahmeraum 46 für die Spule 24 axial in Richtung zu dem Gehäuse 12 abdeckt.

Zwischen einer Außenmantelfläche 74 des Führungsabschnittes 62 der Führungshülse 42 sowie der Innenmantelfläche 44 des ersten Magnetjochsegments 18 ist bei die- sem Ausführungsbeispiel ein geringfügiger radialer Abstand 75 (radiales Spiel) von bis zu etwa 0,1 Millimeter vorgesehen sein, um eine leichtgängige axiale Beweglichkeit des Ankers 28 innerhalb des Ankerraumes 26 zu gewährleisten, und um damit einhergehend ein besonders feinfühliges Betätigungsverhalten der elektromagnetischen Stellvorrichtung 10 zu erzielen.

Fig. 4 zeigt einen stark vergrößerten teilweisen Längsschnitt durch den gehäusenahen Endabschnitt 40 des Ankers 28 mit der dort angebrachten Führungshülse 42. Die Führungshülse 42 sitzt mit ihrem Befestigungsabschnitt 60 mit ihrer Innenmantelfläche 90 unlösbar fest auf der Außenseite des Ankers 28. Die Materialstärke 80 der Führungs- hülse 42 in dem Befestigungsabschnitt 60 ist im Vergleich zu der Materialstärke 82 der übrigen Führungshülse 42 erkennbar leicht verringert. Ferner ist der Außendurchmesser 84 des Ankers 28 im Bereich des Führungsabschnittes 62 der Führungshülse 42 geringfügig kleiner als ein Innendurchmesser 86 der Führungshülse 42, um im Bereich des Führungsabschnittes 62 einen kleinvolumigen, zylindrischen Hohlraum 88 zu bilden. Dieser Hohlraum 88 kann beispielsweise zur Aufnahme eines Klebemittels, Lotes, Füllmittels oder dergleichen dienen, um die mechanische Verbindung zwischen der Führungshülse 42 und dem Anker 28 weiter zu optimieren. Der Außen- durchmesser 87 des Ankers 28 ist im Bereich des Befestigungsabschnitts 60 der Führungshülse 42 gleich groß oder kleiner (Presspassung) als der Innendurchmesser 86 der Führungshülse 42.

Die mechanisch hochfeste Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 60 der Führungshülse 42 und dem zylindrischen Anker 28 kann zum Beispiel durch eine Presspassung, durch Verpressen, durch Verstemmen, durch thermisches Aufschrumpfen, durch Verschweißen, durch Reibschweißen, durch Verlöten, durch Verkleben oder eine Kombination von mindestens zwei der genannten Fügeverfahren erfolgen. Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit der Verbindung zwi- sehen dem Anker 28 und der Führungshülse 42 kann zumindest bereichsweise zusätzlich oder alternativ eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Anker 28 und der Führungshülse 42 vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise durch radiale, nach außen gerichtete Vorsprünge geringer Höhe am Anker 28 realisiert sein, die in komplementär ausgestaltete Vertiefungen und/oder mit Ausnehmungen der Führungshül- se 42 in Eingriff bringbar sind. Weiterhin können am Anker 28 Mikroverzahnungen, Rändelungen, Riffelungen oder andere Vorsprünge geringer Höhe vorgesehen sein, deren Spitzen sich im Zuge des Montageprozesses des Befestigungsabschnittes 60 der Führungshülse 42 in die Innenmantelfläche 90 der Führungshülse 42 einprägen und somit eine zumindest bereichsweise formschlüssige, mechanisch hochfeste Ver- bindung herstellen. Hierdurch ist ein absolut fester Sitz der Führungshülse 42 auf dem Anker 28 auch bei einer großen Anzahl von Axialbewegungen des Ankers 28 der elektromagnetischen Stellvorrichtung 10 gewährleistet.

Die Fig. 5 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene sowie axial auseinander gezogene Ansicht des Betätigungsstößels 34, des Ankers 28 und der Führungshülse 42 der noch nicht zusammengebauten elektromagnetischen Stellvorrichtung 10. Der zylindrische Anker 28 ist im Bereich seines radial gestuften Bodens 32 fest mit dem Betätigungsstößel 34 verbindbar. Auf den hohlzylindrischen Endabschnitt 40 des An- kers 28 wird der Befestigungsabschnitt 60 der Führungshülse 42 aufgeschoben sowie dort unlösbar befestigt. Der kreisringförmige Anlageabschnitt 66 der Führungshülse 42 mit deren ringförmigen Erhebung 70 liegt im montierten Zustand bevorzugt vollflächig an der gehäusenahen Stirnfläche 72 des Ankers 28 an.

Aufgrund der kreisringförmigen Geometrie des Anlageabschnitts 66 der Führungshülse 42 ergibt sich zentrisch zur Längsachse 30 eine kreisrunde Durchgriffsöffnung 92 an der Führungshülse 42, die zum einen eine Material- und Gewichtsersparnis bewirkt und zum anderen den Zugang zum Inneren des Ankers 28 erleichtert.

Bezugszeichen

10 Elektromagnetische Stellvorrichtung

12 Gehäuse der Stellvorrichtung

14 Elektrischer Steckanschluss

16 Befestigungsflansch

18 Erstes Magnetjochsegment

20a Gehäuseferner Boden des ersten Magnetjochsegments

20b Gehäusenaher Boden des ersten Magnetjochsegments

22 Zweites Magnetjochsegment

24 Ringförmige Spule

26 Ankerraum

28 Anker

30 Längsachse der Stellvorrichtung

32 Radial gestufter Boden des Ankers

34 Betätigungsstößel

36 Gleithülse

38 Lagerblock, Polkern

40 Hohlzylindrischer Endabschnitt des Ankers

42 Führungshülse

44 Innenmanterfläche des ersten Magnetjochsegments

45 Stirnseite am Boden 20a des ersten Magnetjochsegments

46 Torusförmiger Aufnahmeraum für die Spule

48 Vergussmasse

50 Wicklung der Spule

52 Erster axialer Anschlag

54 Zweiter axialer Anschlag

60 Befestigungsabschnitt

62 Führungsabschnitt

64 Antihaftvorrichtung

66 Anlageabschnitt, Flansch

70 Axiale Erhebung am Anlageabschnitt

72 Gehäusenahe Stirnfläche des Ankers 74 Außenmantelfläche des Führungsabschnitts der Führungshülse

75 Radialer Abstand zwischen Führungshülse und Innenmantelfläche 44

76 Ringförmiger axialer Fortsatz am Lagerbock

78 Ringförmige Nut am gehäusefernen Ende des Ankers

80 Erste Materialstärke (am Befestigungsabschnitt der Führungshülse)

82 Zweite Materialstärke (übrige Führungshülse)

84 Außendurchmesser des Ankers im Führungsabschnitt der Führungshülse

86 Innendurchmesser der Führungshülse im Führungsabschnitt

87 Außendurchmesser des Ankers im Befestigungsabschnitt

88 Hohlraum

90 Innenmantelfläche der Führungshülse

92 Zugriffsöffnung

Claims

Patentansprüche

1 . Elektromagnetische Stellvorrichtung (10) für ein Ventil, mit einem Anker (28), der in einem hohlzylindrischen Ankerraum (26) zwischen zwei axialen Anschlägen (52, 54) axial verschiebbar angeordnet ist, bei dem der Ankerraum (26) durch ein Magnetjoch (18, 22) begrenzt ist, bei dem eine elektrische Spule (24) den Anker (28) koaxial umgreift, und bei dem das Magnetjoch (18, 22) zumindest teilweise in einem Gehäuse (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (28) eine zylindrische Geometrie mit einem gehäusefernen Boden (32) und axial gegenüberliegend einen hohlzylindrischen Endabschnitt (40) aufweist, dass der gehäuseferne Boden (32) des Ankers (28) mit einem Betätigungsstößel (34) verbunden ist, dass auf den hohlzylindrischen Endabschnitt (40) des Ankers (28) eine Führungshülse (42) axial aufgesteckt ist, und dass an dem betätigungsstößelfernen Ende der Führungshülse (42) eine Anti- haftvorrichtung (64) angeordnet oder ausgebildet ist, welche ein axiales Anhaften des Ankers (28) an dem Magnetjoch (18, 22) verhindert oder zumindest stark beeinträchtigt.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (42) einen Führungsabschnitt (62) zur radialen Führung des Ankers (28) an ei- ner zylindrischen Innenmantelfläche (44) des Magnetjochs (18, 22) sowie axial daran anschließend einen Befestigungsabschnitt (60) zur Befestigung der Führungshülse (42) an der radialen Außenseite des Ankers (28) aufweist.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anti- haftvorrichtung (64) an dem betätigungsstößelfernen Ende der Führungshülse (42) durch einen radial nach innen gerichteten, zumindest abschnittsweise umlaufenden Anlageabschnitt (66) gebildet ist, welcher mindestens eine axial von dem Anker (28) wegweisende Erhebung (70) aufweist.

4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (18, 22) zweiteilig mit einem ersten Magnetjochsegment (18) und einem zweiten Magnetjochsegment (22) ausgebildet ist. dass das erste Magnetjochsegment (18) radial innen eine topfförmige Geometrie aufweist, die einen Anker- räum (26) für die axialverschiebbare Aufnahme des Ankers (28) bildet, dass radial außerhalb des Ankerraumes (26) durch das erste Magnetjochsegment (18) ein axial offener torusförmiger Hohlraum (46) zur Aufnahme der Spule (24) gebildet ist, dass der Hohlraum (46) an seinem axial offenen Ende durch das zweite Magnetjochsegment (22) verschlossen ist, und dass in diesen torusförmigen Hohlraum (46) die Spule (28) angeordnet ist.

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein

gehäusenaher Boden (20b) des ersten Magnetjochsegments (18) einen ersten axialen Anschlag (52) für den Anker (28) bildet.

6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (34) in einer Gleithülse (36) axial verschiebbar aufgenommen ist, welche in einer zum Betätigungsstößel (34) koaxialen Bohrung eines magnetisierbaren Lagerblocks (38) befestigt ist, wobei der scheibenförmig ausgebildete Lagerblock (38) in einer zum Betätigungsstößel (34) koaxialen Bohrung in einem gehäusefernen Boden (20a) des ersten Magnetjochsegments (22) befestigt ist, und bei welcher der Lagerblock (38) den Ankerraum (26) auf der Seite des Betätigungsstößels (34) verschließt sowie den zweiten axialen Anschlag (54) für den Anker (28) bildet.

7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (42) einstückig im Tiefzieh verfahren aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.

8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Führungsabschnittes (62) der Führungshülse (42) der Außendurchmesser (84) des Ankers (28) kleiner ist als der Innendurchmesser (86) der Führungshülse (42).

9. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Befestigungsabschnitt (60) der Führungshülse (42) die Materialstärke (80) der Führungshülse (42) im Vergleich zu der Materialstärke (82) der übrigen Führungshülse (42) reduziert ist.

10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass der Befestigungsabschnitt (60) der Führungshülse (42) dreh- und zugfest mit dem Anker (28) verbunden ist.