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1. WO2008089720 - ELEKTROMAGNETISCHE STELLVORRICHTUNG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

BESCHREIBUNG

Elektromagnetische Stellvorrichtung

Die Erfindung/Neuerung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung oder einen elektromagnetischen Aktor, insbesondere Stellvorrichtung bzw. Aktor zur Verwendung an einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, Getriebe und/oder Hydraulik-/Pneumatikventil, bestehend im wesentlichen aus einer Elektromagnetbaugruppe mit einer ganz oder teilweise von einem äußeren Eisenkreis umgebenen Spule, einem' Führungs- und Lagerelement zur Aufnahme eines Ankersystems, sowie ein Gehäuse, das zumindest bereichsweise durch mindestens zwei der vorgenannten Teile ummantelnden Kunststoffumspritzung ausgebildet ist, wobei in die elektromagnetische Stellvorrichtung bzw. den Aktor ein innerer Eisenkreis aufnehmbar ist.

Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Stellvorrichtungen, wie beispielsweise Druckwandler, bekannt, vgl. DE 42 05 565 C2. Das dort beschriebene Tauchankersystem besteht aus einer elektrischen Spule mit Anschlußleitungen, einer magnetischen kraftlinienbündelnden Eisen-ummantelung, die aus äußeren, inneren und axialen Wänden gebildet wird, sowie einem Tauchanker, der in den inneren Bereich der Eisenummantelung hineinragt. Dabei weist die Eisenummantelung einen Luftspalt für den magnetischen Kreis auf, in den der Tauchanker bei bestromter Spule hineingezogen wird. Dabei ist der Tauchanker in einem Lager axial verschiebbar geführt.

Einen ähnlichen Aufbau lehrt die DE 41 10 003 Cl, wonach der Magnetanker in einem Mehrschichtlager geführt wird, wobei die äußere Lagerschicht aus einer magnetisierbaren Eisenlegierung besteht und die innere Lagerschicht aus einem anti-magnetischen Material besteht, z.B. Kunststoff.

Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß insbesondere im Lagerbereich des Ankersystems, aber auch in der

Anordnung der Bauteile zueinander, eine höhere Maßgenauigkeit erreicht werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung/Neuerung ist es, die elektromagnetische Stellvorrichtung derart zu gestalten, daß ihre Fertigung einfacher, schneller und kostengünstiger erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 20 bzw. 22 und 23.

Als Kern der Erfindung wird es angesehen, daß die elektrische Stellvorrichtung eine Zentrierhülse umfaßt, die die Lager- und Führungselemente des Ankersystems aufnimmt und/oder beinhaltet und in die ein inneres Eisenelement zumindest bereichsweise aufnehmbar ist. Beispielsweise kann die Zentrierhülse die Montage-/Lagersitze für das Ankersystem bzw. dessen Führungselemente und dem Eisenelement beinhalten. Mit Hilfe der Zentrierhülse wird es ermöglicht, die in der Montage kompliziert zu erreichende hohe Koaxialität zwischen zumindest dem Lager- und Führungselement des Ankersystems sowie dem in die magnetische Stellvorrichtung einbringbaren Eisenelement einfach und zuverlässig zu erreichen. Darüber hinaus ermöglicht die Zentrierhülse auf einfache Weise eine definierte und maßgenaue Anordnung weiterer Teile der elektromagnetischen Stellvorrichtung untereinander, wie beispielsweise der Spule bzw. Spulenträgers oder einzelnen Teilen des äußeren Eisenkreises. Darüber hinaus kann die Zentrierhülse Funktionen anderer Teile übernehmen oder sogar bisher aus dem Stand der Technik notwendige Teile, beispielsweise eine separate Gewindehülse zur Aufnahme des Eisenelementes (Gewindebuchse) ersetzen. Die erfindungsgemäße Zentrierhülse ist bevorzugt einteilig ausgeführt.

Das zumindest bereichsweise aufnehmbare Eisenelement ist beispielsweise eine mit einer Zentralbohrung und einem Außengewinde versehene Buchse, nachfolgend auch Gewindebuchse genannt. Die Bezeichnung als inneres Eisenelement soll verdeutlichen, daß dieses Bauteil wenigstens teilweise in den mit der Spule umwickelten Bereich hineinragen kann. In einer vorteilhaften Aυsführungsform umfaßt der äußere Eisenkreis ein Joch und/oder eine Rückschlußscheibe. Alternativ kann der äußere Eisenkreis auch aus anderen magnetischen Bauteilen bestehen, die nicht zwangsläufig einen geschlossenen Kreis bilden müssen. Durch die Verwendung eines Jochs und/oder einer Rückschlußscheibe für die Funktion des äußeren Eisenkreises wird eine besonders wirtschaftliche Ausführung des Erfindungsgegenstandes erreicht.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Zentrierhülse zumindest bereichsweise aus einem nichtmagnetischen Material zu fertigen. Dies kann beispielsweise einen temperaturbeständigen Kunststoff umfassen. Durch die Verwendung eines nichtmagnetischen bzw. nicht ferromagnetischen Materials für die Zentrierhülse wird einerseits eine verbesserte magnetische Einflußnahme auf das innerhalb der Zentrierhülse gelagerte Ankersystem ausgehend von der Spule, sowie eine von vornherein höhere Maßgenauigkeit für die an die Zentrierhülse angrenzenden Bauteile erreicht.

Vorteilhaft ist es auch, die Zentrierhülse mit einem Ende an der Rückschlußscheibe und mit ihrem anderen Ende an dem mittleren Bereich des Magnetjochs angrenzen zu lassen. Dadurch, daß die Zentrierhülse in ihrer Längserstreckung im wesentlichen dem Abstand zwischen der nach innen weisenden Fläche der Rückschlußscheibe und dem Innenbereich des mittleren Magnetbereiches des Magnetjochs entspricht, wird erreicht, daß während der Montage eine zusätzliche Abstützung und damit eine maßgenauere Anordnung der Rückschlußscheibe und des Magnetjochs ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Magnetjoch eine U-Bogenform auf. Das Führungs- und Lagerelement ist in einer Ausnehmung des u-bogenförmigen Magnetjochs befestigt, wobei die Zentrierhülse zumindest bereichsweise das Führungs- und Lagerelement umgibt. Dies bedeutet, daß beispielsweise die Zentrierhülse auf das Führungs- und Lagerelement aufgeschoben wird, mit dem Vorteil, daß auf konstruktiv einfache Weise eine koaxialitätswahrende Verbindung zwischen der Zentrierhülse und dem Führungs- und Lagerelement geschaffen wird.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Zentrierhülse koaxial zu einer Ausnehmung der Rückschlußscheibe ausgerichtet ist. Dadurch wird die Montage, wie auch die Anordnung des Eisenelementes (Gewindebuchse) positiv beeinflußt und auf einfache Weise eine hohe koaxiale Maßgenauigkeit erreicht.

Im weiteren wird vorgeschlagen, daß die Zentrierhülse unterschiedliche Innendurchmesserbereiche aufweist, die koaxial zueinander ausgerichtet sind. Durch die Definierung unterschiedlicher Innendurchmesserbereiche können diese gezielt auf die jeweiligen aufgenommenen Teile, hier beispielsweise das Lager- und Führungselement sowie der Eisenkern (Gewindebuchse) unabhängig voneinander ausgelegt werden. Dies erhöht die Flexibilität der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung, da beispielsweise der Aufnahmebereich für die Gewindebuchse auf unterschiedlich dimensionierte Gewindebuchsen ausgelegt werden' kann und das Ankersystem und/oder andere Bestandteile der Stellvorrichtung gleich bleiben. Dabei kann es vorteilhaft sein, in der Zentrierhülse mindestens einen inneren eingeschnürten Bereich vorzusehen, der den Hülsenbereich wenigstens zweiteilt. Ein derartig eingeschnürter Innenbereich der Zentrierhülse kann beispielsweise zur Längsausrichtung der Zentrierhülse dienen, so kann der eingeschnürte Bereich als Anschlag für das Lager- und Führungselement verwendet werden und damit eine maßgenauere Ausrichtung der Zentrierhülse ermöglichen.

Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, daß in der Zentrierhülse zumindest ein Einstellbereich angeordnet sein kann. Der Einstellbereich kann beispielsweise in Form eines Innengewindes ausgebildet sein, das mit einem Außengewinde der Gewindebuchse korrespondiert und damit die Verstellung der Gewindebuchse zu einem späteren Zeitpunkt ermöglicht. Neben einem Gewinde können auch andere formschlüssige Verbindungen für den Einstellbereich zur Verbindung der Zentrierhülse mit der Gewindebuchse vorgesehen sein. Ebenso wäre eine erfindungsgemäße Ausführungsform dadurch verwirklicht, die Gewindebuchse mit einem selbstschneidenden Gewinde zu versehen, das sich bei der Montage „selbst" in den Einstellbereich der Zentrierhülse einschneidet.

Darüber hinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Joch im Bereich seiner Ausnehmung einen nach innen gezogenen Kragen aufweist, wobei dieser Kragen in Wirkverbindung mit dem Führungs- und Lagerelement stehen kann. Die Ausbildung eines solchen Kragens kann die magnetische Einflußnahme der Spule auf den innerhalb des Kragens gelagerten Ankersystems beeinflussen, sowie eine zusätzliche Anschlags- bzw. Bezugskante für die Montage der elektromagnetischen Stellvorrichtung bieten.

Insbesondere, wenn der Kragen in Wirkverbindung mit dem Führungs- oder Lagerelement steht, kann durch diese beispielsweise Berührung der beiden Teile eine zusätzliche Ausrichtung erreicht und damit die Maßhaltigkeit der gesamten Stellvorrichtung positiv beeinflußt werden.

Wenn der Außendurchmesser des Kragens in etwa dem Außendurchmesser der

Zentrierhülse entspricht, kann während der Montage der Spulenträger auf einfache Weise auf die beiden Teile aufgeschoben werden.

Das Ankersystem umfaßt vorzugsweise einen Tauchanker, der axial verschiebbar innerhalb des Führungs- und Lagerelementes gelagert ist. Alternativ kann auch ein Telleranker vorgesehen sein. Eine positive Lagerung läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, indem das Führungs- und Lagerelement aus einem mehrschichtigen Werkstoff besteht.

Die magnetische Wirkung des äußeren Eisenkreises läßt sich dadurch erhöhen, indem die Rückschlußscheibe mit dem offenen Ende des Jochs stoffschlüssig verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißverbindung ausgeführt.

Im Endmontagezustand sind das Führungs- und Lagerelement und der Eisenkern jeweils an den beiden gegenüberliegenden Endbereichen der Zentrierhülse angeordnet, wobei sich die jeweiligen Elemente in den inneren Hülsenbereich der Zentrierhülse erstrecken und voneinander beabstandet sind.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung zur Verwendung an einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, Getriebe und/oder Hydraulik-/Pneumatikventil kann durch die gemäß Anspruch 20 beschriebenen Schritte erreicht werden. Dabei ist zu beachten, daß die Schritte soweit technisch sinnvoll in ihrer Reihenfolge vertauschbar sind, so kann beispielsweise zuerst die Zentrierhülse mit dem Joch verbunden werden und anschließend das Lager- und Fixierungselement in die Zentrierhülse eingebracht werden. Auch könnte der Eisenkern (Gewindebuchse) bereits mit der Zentrierhülse vormontiert sein und in diesem Zustand mit den restlichen Bauteilen der elektromagnetischen Stellvorrichtung zusammengefügt werden. Ebenso könnte die Rückschlußscheibe mit der Spule und/oder dem Spulenträger als vormontierte Baueinheit dem weiteren Montageprozeß eingebracht werden.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen

Fig. la - c eine Vorder-, eine Drauf- und eine Seitenansicht von links einer elektromagnetischen Stellvorrichtung;

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine" Zentrierhülse;

Fig. 2b eine Vollschnittdarstellung gemäß der Schnittlinie A-A aus Fig. 2a;

Fig. 2c eine Querschnittsdarstellung der Zentrierhülse gemäß Schnittlinie C-C aus Fig. 2b;

Fig. 3 a eine schematische Darstellung eines Jochs;

Fig. 3b eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A aus Fig. 3a;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Rückschlußscheibe;

Fig. 5 eine Vollschnittdarstellung einer elektromagnetischen Stellvorrichtung.

Die Figuren la - c zeigen eine elektromagnetische Stellvorrichtung 1, die als elektropneumatischer Wandler, beispielsweise im Bereich der Abgasturboladerregelüng eingesetzt werden kann.

Die elektromagnetische Stellvorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer Elektromagnetbaugruppe 2 mit einer ganz oder teilweise von einem äußeren Eisenkreis 3 umgebenen Spule 4. Innerhalb der Spule 4 ist ein Führungs- und Lagerelement 5 zur

Aufnahme eines Ankersystems (nicht dargestellt) angeordnet. Die vorgenannten Teile 2, 3,

4, 5 sind zumindest teil- bzw. bereichsweise durch eine Kunststoffumspritzung ummantelt, welche gleichzeitig das Gehäuse 7 der elektromagnetischen Stellvorrichtung 1 bildet. Ferner ist in der elektromagnetischen Stellvorrichtung 1 ein inneres Eisenelement 8, das nachfolgend auch als Gewindebuchse 8 bezeichnet wird, lösbar oder zumindest verstellbar mit der elektromagnetischen Stellvorrichtung 1 verbunden. Innerhalb der Spule 4 ist eine Zentrierhülse 9 angeordnet, die an ihrem einen Ende 10 das Lager- und Führungselement 5 zur Lagerung des Ankersystems aufnimmt und/oder beinhaltet und an dem gegenüberliegenden Ende 11 das Eisenelement 8 zumindest bereichsweise aufnimmt.

Der äußere Eisenkreis 3 ist in einer beispielhaften bevorzugten Ausfuhrungsform gemäß den Zeichnungsfiguren 3a, 3b und 4 zweiteilig ausgebildet und umfaßt ein Joch 12 und eine Rückschlußscheibe 13, die während des Montageverfahrens an ihren Berührpunkten (die Rückschlußscheibe 13 schließt die Öffnung 14 des Jochs 12) verschweißt werden. Dabei ist die Zentrierhülse 9 zumindest bereichsweise aus einem nicht magnetischen Material gefertigt, beispielsweise aus einem temperaturbeständigen Kunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK), alternativ können aber auch andere Werkstoffe verwendet werden, die zumindest eine Temperaturbeständigkeit von über 120°C aufweisen. Wesentlich ist, daß der Kunststoff hohe mechanische Eigenschaften hat, um im Umfeld von thermischen und mechanischen Belastungen die Gesamtanwendung keine Verformung erfährt.

Wie in Zeichnungsfigur 5 dargestellt, kann sich die Zentrierhülse 9 mit einem Ende 11 an der Rückschlußscheibe 13 und mit ihrem anderen Ende 10 an dem mittleren Bereich 15 angrenzen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Zentrierhülse 9 das Führungs- und

Lagerelement 5, das als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist, umgibt und gleichzeitig in einer Ausnehmung 16 des u-bogenförmigen Magnetjochs 12 derart befestigt ist, daß die

Zentrierhülse 9 koaxial zu der Ausnehmung 16 des Jochs 12 angeordnet ist. Ferner ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Zentrierhülse 9 koaxial zu einer Ausnehmung 17 der Rückschlußscheibe 13 ausgerichtet. Innerhalb der Zentrierhülse 9 sind unterschiedliche

Innendurchmesserbereiche vorgesehen, die unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen und zueinander koaxial ausgerichtet sind. Somit können die Montage-/Lagersitze der

Zentrierhülse 9 auf verschiedenen Durchmessern liegen, die zueinander präzise koaxial ausgerichtet sind. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die

Zentrierhülse 9 mindestens einen inneren eingeschnürten Bereich C aufweist, der den

Hülsenbereich A, B wenigstens zweiteilt.

Um eine genaue Einstellung der elektromagnetischen Stellvorrichtung 1 zu ermöglichen, ist in der Zentrierhülse 9 ein Einstellbereich 18 vorzugsweise als Gewinde 19 (z.B. Innengewinde) ausgebildet, um die darin angeordnete Gewindebuchse 8, die wiederum ein Gewinde (z.B. Außengewinde) aufweist, das mit dem des Einstellbereiches 18 korrespondiert, verstellen zu können, vgl. Figuren 2a - 2c.

Aus Zeichnungsfigur 5 läßt sich weiter entnehmen, daß der Innendurchmesser der beiden Endbereiche 10, 11 der Zentrierhülse 9 jeweils den Innendurchmessern der Ausnehmungen 16, 17 des Jochs 12 bzw. der Rückschlußscheibe 13 entsprechen. Weiter ist aus den Zeichnungsfiguren 3a, 3b und 5 ein Kragen 20 im mittleren Bereich 15 des Jochs 12 erkennbar, daß der sich nach innen erstreckt und das Führungs- und Lagerelement 5 berührt. Ebenso entspricht der Außendurchmesser des Kragens 20 in etwa dem Außendurchmesser der Zentrierhülse 9.

Im Inneren der Stellvorrichtung 1 wird koaxial zu der Mittellängsachse 21 des Führungsund Lagerelementes 5, die gleichzeitig auch die Mittellängsachse 21 der Spule 4, der Ausnehmung 16 des Jochs 12, der Ausnehmung 17 der Rückschlußscheibe 13 und/oder der Gewindebuchse 8 bildet, ein Tauchanker (nicht dargestellt) axial verschiebbar gelagert.

In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 5 ist die Spule 4 auf einem

Spulenträger 6 vormontiert und wird über diesen mit der Außenfläche der Zentrierhülse 9 ausgerichtet. Gegebenenfalls kann auch der nach außen weisende Flächenbereich des Kragens 20 einen inneren Flächenbereich eines hohlzylinderformigen Spulenträgers 6 berührend in Wirkverbindung (z.B. Formschluß) stehen und damit den Montageprozeß positiv beeinflussen.

Die Zentrierhülse 9 muß nicht zwangsläufig als beidseitig geöffnete Hülse 9 ausgebildet sein, sie könnte auch einseitig geschlossen sein und damit eine Abdichtungsfunktion erfüllen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Stellvorrichtung
2 Elektromagnetbaugruppe
3 Eisenkreis
4 Spule
5 Führungs- und Lagerelement
6 Spulefiträger
7 Gehäuse
8 Eisenelement/Gewindebuchse
9 Zentrierhülse
10 Ende von 9
11 Ende von 9
12 Joch
13 Rückschlußscheibe
14 Öffnung
15 mittlerer Bereich
16 Ausnehmung von 12
17 Ausnehmung von 13
18 Einstellbereich
19 Gewinde
20 Kragen
21 Mittellängsachse

A Hülsenbereich
B Hülsenbereich
C Hülsenbereich