DE102005051177A1

DE102005051177A1 - Elektromagnetische Stelleinheit

Info

Publication number: DE102005051177A1
Application number: DE102005051177A
Authority: DE
Inventors: Tilo Hofmann; Claus Fleig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-03
Also published as: WO2007048705A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine elektromagnetische Stelleinheit für ein Hydraulikventil (1) mit einem Elektromagneten (11) mit einer Spule (15) und einem Anker (13), der in einer Ankerführung (14) beweglich gelagert ist und auf ein Stellglied (21) einwirkt, bei der eine aus Kunststoff im Spritzverfahren hergestellte Lagerstruktur (19a, 19b, 19c) für den Anker (13) an der Stelleinheit ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.

Aus der WO 99/08169 ist ein elektromagnetisches Druckregelventil bekannt, das sich zur Ansteuerung von Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen einsetzen lässt und sich durch geringe Herstellungskosten, eine geringe Leckage und einen zu geringen Betriebsdrücken hin erweiterten Betriebsbereich mit stetig verlaufender Kennlinie auszeichnet. Das bekannte Druckregelventil umfasst eine elektromagnetische Stelleinheit, welche einen Elektromagneten mit Spule und Anker umfasst. Der Anker weist einen damit verbundenen Ankerkolben auf, der an seinem freien Ende mittels einer in ein Polstück des Elektromagneten eingesetzten Ankerführungshülse geführt wird. Der Ankerkolben wirkt auf ein Stellglied ein, welches in einer Wirkverbindung mit einem Schließglied des Druckregelventils steht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stelleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine kostengünstige und einfach herzustellende Direktlagerung des Ankers einer elektromagnetischen Stelleinheit in einer Ankerführung und den Verzicht auf separate Lagerelemente. Eine aufwendige Beschichtung des Ankers oder der Ankerführung ist nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stelleinheit verwendet eine aus Kunststoff im Spritzverfahren an der Stelleinheit ausgebildete Lagerstruktur für den Anker. Hierdurch sind unterschiedliche Lagerstrukturen in relativ einfacher Weise herstellbar. Zudem sind im Vergleich zum Stand der Technik aufgrund des Wegfalls der separaten Lagerelemente geringere Abmessungen erzielbar, woraus sich ein Bauraumvorteil ergibt, der zur Erzielung höhere Magnetkräfte oder zur Gewichtsreduzierung und Verkleinerung des Stelleinheit genutzt werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale ermöglicht.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die der Ankerführung zugewandte Ankerumfangsfläche mit wenigstens einer Ausnehmung versehen ist, in die eine Lagerstruktur aus Kunststoff im Spritzverfahren eingebracht ist. Ebenso ist es möglich, die wenigstens eine Ausnehmung, in die eine Lagerstruktur aus Kunststoff im Spritzverfahren eingebracht ist, an der dem Anker zugewandten Innenfläche der Ankerführung auszubilden. In beiden Fällen weist die Lagerstruktur erhabene Stellen auf, die entweder von der Ankerumfangsfläche in Richtung der Ankerführung oder von der Innenfläche der Ankerführung in Richtung des Ankers abstehen.

Die Ausgestaltung der Lagerstrukturen im Spritzgussverfahren ermöglicht, unterschiedliche Formen und Ausrichtungen.

In einem Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, dass die Ankerumfangsfläche mit sich in axialer Bewegungsrichtung des Ankers erstreckenden in Form von Längsnuten ausgebildeten Ausnehmungen versehen ist, in die als Lagerstruktur über die Ankerumfangsfläche überstehende Kunststoffstege eingespritzt sind, oder dass die Innenfläche der Ankerführung mit sich in axialer Bewegungsrichtung des Ankers erstreckenden in Form von Längsnuten ausgebildeten Ausnehmungen versehen ist, in die als Lagerstruktur über die Innenfläche überstehende Kunststoffstege eingespritzt sind. Dieses Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass zwischen den Kunststoffstegen in axialer Richtung verlaufende Entlüftungskanäle bestehen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die Ankerumfangsfläche mit wenigstens einer ringnutförmigen Ausnehmung zu versehen, in die als Lagerstruktur ein über die Ankerumfangsfläche überstehender Kunststoffring eingespritzt ist. Es kann aber auch die Innenfläche der Ankerführung mit wenigstens einer ringnutförmigen Ausnehmung versehen sein, in die als Lagerstruktur ein über die Innenfläche überstehender Kunststoffring eingespritzt ist. Diese Ausführungsbeispiele sind vorteilhaft besonders einfach herzustellen Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Ankerumfangsfläche zylindrisch um eine Ankermittelachse ausgebildet ist und mit wenigstens einer ringnutförmigen Ausnehmung versehen ist, in die eine umlaufende Lagerstruktur aus Kunststoff eingespritzt ist, die sich mit über den Umfang verteilten erhabenen Stellen über die Ankerumfangsfläche hinaus erstreckt. Dieses Ausführungsbeispiel vereint die Vorteile der einfachen Herstellbarkeit mit dem Vorteil von Entlüftungsöffnungen, die jeweils zwischen zwei erhabenen Stellen vorgesehen sind. Zudem besteht der Vorteil, dass der Anspritzpunkt für die im Spritzverfahren hergestellte Lagerstruktur zwischen den erhabenen Stellen versenkt werden kann und somit nicht die Gleitfähigkeit des Ankers in der Ankerführung beeinträchtigt.

Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigt 1a ein Hydraulikventil mit einem ersten Ausführungsbeispiel der elektromagnetischen Stelleinheit,
1b einen Querschnitt durch den Anker von 1a entlang der Linie A-A,
2a ein Hydraulikventil mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der elektromagnetischen Stelleinheit,
2b einen Querschnitt durch den Anker aus 2a entlang der Linie A-A
2c einen Querschnitt durch den Anker aus 2a entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2d eine vergrößerte Teilansicht aus 2a mit Anker und Ankerführung für das Ausführungsbeispiel in 2a und 2c.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Hydraulikventil 1, welches beispielsweise ein zur Ansteuerung eines Getriebes eingesetztes Druckregelventil oder Schaltventil sein kann. In dem Hydraulikventil 1 ist in einem Magnetgehäuse 30 eine elektromagnetische Stelleinheit vorgesehen, die einen Elektromagneten 11 mit einer Spule 15 und mit einem beweglichen Anker 13 umfasst, der auf ein Stellglied 21 einwirkt, sowie ein erstes Polstück 29 an einem von dem Ventilschließglied 23 abgewandten Ende der Spule 15 und zweites Polstück 28 an einem dem Ventilschließglied 23 zugewandten Ende der Spule 15. Der Abstand der beiden Polstücke 28 und 29 kann über eine Hülse 35 eingestellt werden, die in die Spule eingesetzt ist und an der sich beide Polstücke abstützen. Das erste Polstücks 29 weist eine Zylinderwand auf, die eine Ankerführung 14 für den Anker 13 der Stelleinheit ausbildet. Die beiden Polstücke können auch einteilig in Form eines so genannten Polrohrs ausgebildet sein, welches als Magnetkern in die Spule 15 eingesetzt ist und eine Innenausnehmung aufweist, in der der Anker gleitet.
Der Anker 13 kann durch Drehen, Fräsen, Druckgussverfahren, Sintern oder als MIM-Bauteil oder Stanzteil aus magnetischem Material hergestellt werden. Der Anker weist eine zylindrische Form mit einer sich in Bewegungsrichtung des Ankers erstreckenden, vorzugsweise zentralen als Bohrung ausgebildeten Durchgangsausnehmung 16 und einen zum Ventilschließglied 23 hin abstehenden Vorsprung 34 auf, der in einen topfförmige Aufsatz 34 eingreift. Die Durchgangsausnehmung 16 kann auch exzentrisch im Anker angeordnet sein. Der Aufsatz 34 stützt sich über ein Federelement 36 an dem zweiten Polstück 28 ab und wirkt auf ein Stellglied 21 ein, welches das Ventilschließglied 23 betätigt und in einer in das zweite Polstück 28 eingesetzten Stellgliedführung 22 verschiebbar gelagert ist. Das Ventilschließglied 23 wirkt mit einem Flachsitz 24 zusammen, der in einem Ventilflansch 25 ausgebildet ist. Der Ventilflansch 25 ist beispielsweise aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt und an das zweite Polstück 28 im Spritzgussverfahren angeformt. In dem Ventilflansch 25 ist ein Zulauf 26 und ein Ablauf 27 für Hydrauliköl ausgebildet. Mittels des Ventilschließgliedes 23 wird die Verbindung vom Zulauf 26 zum Ablauf 27 geöffnet und geschlossen. An dem von dem Ventilschließglied 23 abgewandten Ende des Ankers 13 stützt sich dieser über ein Federelement 32 an einer in das erste Polstück 29 eingesetzten Stellschraube 33 ab. E lektrische Anschlüsse 37 des Elektromagneten 11 sind an dem von dem Ventilflansch 25 abgewandten Ende des Magnetteils aus dem Gehäuse 30 geführt.
In dem in 1a und 1b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Stelleinheit ist der Anker 13 an seiner Ankerumfangsfläche 17 mit fünf parallel zur Ankermittelachse 31, beziehungsweise in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen 12 in Form von Längsnuten versehen, die über den Umfang des Ankers vorzugsweise derart gleichmäßig verteilt sind, dass der Umfangsabstand jeweils zweiter benachbarter Ausnehmungen annähernd gleich groß ist. Die fünf Ausnehmungen 12 sind im Spritzgussverfahren mit Lagerstrukturen 19a ausgespritzt, die in radialer Richtung über die Ankerumfangsfläche 17 abstehende Kunststoffstege bilden. Als Kunststoff kommt insbesondere PA 6.6, LCP, PPS oder PEAK in Frage, dem als Verstärkungsstoff Glasfasern oder Kohlefasern zugegeben wurden und dem als Gleitmittel ein Füllstoff wie PTFE beigemengt wurde. Wie in 1a und 1b erkennbar ist, gelangt der Anker 13 nur mit den Lagerstrukturen 19a an der zylindrischen Innenfläche 18 der Ankerführung 14 zur Anlage. Auf diese Weise entsteht ein kostengünstiges Gleitlager für den Anker 13, das es diesem ermöglichst, in axialer Richtung in der Ankerführung 14 problemlos zu gleiten. Da die Ankerumfangsfläche über den Umfang nicht überall mit Lagerstrukturen versehen ist, bestehen zwischen den Lagerstrukturen 19a vorteilhaft Kanäle zur Belüftung, die von der dem ersten Polstück 29 zugewandten Stirnseite in Richtung zu der dem zweiten Polstück 28 zugewandten Stirnseite des Ankers 13 verlaufen.
Neben den in 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich die sich in Längsrichtung des Ankers 13 erstreckenden Ausnehmungen 12 nicht an dem Anker sondern in die Innenfläche 18 der Ankerführung 14 einzubringen und dort mit Kunststoff auszuspritzen. In diesem Fall stehen die Kunststoffstege in radialer Richtung über die Innenfläche 18 der Ankerführung 14 in Richtung des Ankers 13 ab.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 2a und 2b dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Ausnehmungen 12 in Form von Ringnuten in die Ankerumfangsfläche 17 eingebracht. Die Ausnehmungen 12 sind mit je einer ringförmigen Lagerstruktur 19b aus Kunststoff ausgespritzt, die jeweils einen über die Ankerumfangsfläche 17 hinaus überstehenden Kunststoffring bilden, der die Ankerumfangsfläche umfasst. Je nach Breite der Lagerstruktur 19b kann auch nur ein Kunststoffring verwandt werden. Es sind auch Ausführungsbeispiele mit mehr als zwei Kunststoffringen möglich. Weiterhin ist es möglich, die ringförmigen Lagerstrukturen so auszubilden, dass sie keinen geschlossenen Ring bildet und Unterbrechungen aufweisen und den Anker nicht vollständig umschließen, um einen Druckausgleich vor und hinter dem Anker zu ermöglichen.
Weiterhin kann die ringförmige Ausnehmung auch an der Innenseite 18 der Ankerführung 14 ausgebildet werden. In diesem Fall stehen die Lagerstrukturen von der Innenseite 18 der Ankerführung in radialer Richtung zum Anker hin ab.
Ein besonderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in 2c dargestellt. Das Hydraulikventil ist wie in 2a aufgebaut. Der Anker ist mit zwei Ausnehmungen 12 versehen, die als Ringnuten in die Ankerumfangsfläche 17 einbracht sind. Im Unterschied zu dem in 2b dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Ausnehmungen 12 nun jeweils so mit Kunststoff ausgespritzt, dass eine umlaufende Lagerstruktur 19c aus Kunststoff entsteht, die sich mit über den Umfang verteilten erhabenen Stellen 40 über die Ankerumfangsfläche 17 hinaus erstreckt und die in den Bereichen 41 zwischen jeweils zwei benachbarten erhabenen Stellen 40 die Ausnehmung 12 nicht ganz mit Kunststoff ausfüllt, so dass die Lagerstruktur 19c dort in Richtung der Ankermittelachse 31 in der Ausnehmung 12 zurückversetzt ist und nicht über die Ankerumfangsfläche 17 übersteht. Vorteilhaft können ein oder mehrere vorhandener Anspritzpunkt 42 für die im Spritzverfahren hergestellte Lagerstruktur 19c innerhalb der abgesenkten Bereiche 41 angeordnet sein, so dass die Gleitfähigkeit des Ankers 13 in der Ankerführung 14 nicht beeinträchtigt wird.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Überstand der Lagerstruktur von der Ankerumfangsfläche beziehungsweise von der Innenfläche der Ankerführung so bestimmt werden, dass vom Lagerspiel abhängige magnetische Querkräfte möglichst gering sind. Dies ist der Fall, wenn der Restluftspalt s in 2d, also die Differenz aus dem Innendurchmesser d3 der Ankerführung 14 und dem Außendurchmesser d2 der Lagerstruktur 19c kleiner ist als der Überstand der Lagerstruktur 19c an einer Seite der Ankerumfangsfläche, wenn also die Bedingung d3 – d2 kleiner als (d2 – d1)/2 erfüllt ist, wobei d1 der Außendurchmesser der Ankerumfangsfläche 17 ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die aus Kunststoff im Spritzverfahren hergestellte Lagerstruktur schraubenförmig oder spiralförmig an der Ankerumfangsfläche oder an der Innenfläche der Ankerführung auszubilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, die Lagerstruktur an einem mit dem Anker verbundenen Ankerbolzen auszubilden, der in einer Ankerführung gleitverschiebbar geführt wird.
Aufgrund der Herstellung der Lagerstruktur aus Kunststoff im Spritzverfahren können die Lagerstrukturen vorteilhaft sehr präzise mit engen Toleranzen hergestellt werden, wodurch eine kostengünstige Konstruktion mit sehr engem Lagerspiel erreicht wird, was bei der Verwendung der elektromagnetischen Stelleinheit in einem Hydraulikventil einen großen Vorteil darstellt.

Claims

Elektromagnetische Stelleinheit für ein Hydraulikventil (1) mit einem Elektromagneten (11) mit einer Spule (15) und einem Anker (13), der in einer Ankerführung (14) beweglich gelagert ist und auf ein Stellglied (21) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Kunststoff im Spritzverfahren hergestellte Lagerstruktur (19a, 19b, 19c) für den Anker (13) an der Stelleinheit ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ankerführung (14) zugewandte Ankerumfangsfläche (17) oder eine dem Anker (13) zugewandte Innenfläche (18) der Ankerführung (14) mit wenigstens einer Ausnehmung versehen ist, in die eine Lagerstruktur (19a, 19b, 19c) aus Kunststoff im Spritzverfahren eingebracht ist.
Elektromagnetische Stelleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstruktur (19a, 19b, 19c) erhabene Stellen aufweist, die von der Ankerumfangsfläche (17) zur Ankerführung (14) hin abstehen oder erhabene Stellen aufweist, die über die Innenfläche (18) der Ankerführung (14) zum Anker (13) hin abstehen.
Elektromagnetische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerumfangsfläche (17) mit sich in axialer Bewegungsrichtung des Ankers erstreckenden, in Form von Längsnuten ausgebildeten Ausnehmungen (12) versehen ist, in die als Lagerstruktur über die Ankerumfangsfläche überstehende Kunststoffstege (19a) eingespritzt sind, oder dass die Innenfläche der Ankerführung mit sich in axialer Bewegungsrichtung des Ankers erstreckenden in Form von Längsnuten ausgebildeten Ausnehmungen versehen ist, in die als Lagerstruktur über die Innenfläche überstehende Kunststoffstege eingespritzt sind. (1a, 1b)
Elektromagnetische Stelleinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffstege (19b) über die Ankerumfangsfläche (17) gleichmäßig verteilt sind.
Elektromagnetische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerumfangsfläche (17) mit wenigstens einer ringnutförmigen Ausnehmung (12) versehen ist, in die als Lagerstruktur (19b) ein über die Ankerumfangsfläche (17) überstehender Kunststoffring eingespritzt ist, oder dass die Innenfläche (18) der Ankerführung (14) mit wenigstens einer ringnutförmigen Ausnehmung versehen ist, in die als Lagerstruktur ein über die Innenfläche überstehender Kunststoffring eingespritzt ist. (2a, 2b)
Elektromagnetische Stelleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerumfangsfläche (17) mit wenigstens einer ringnutförmigen Ausnehmung (12) versehen ist, in die eine umlaufende Lagerstruktur (19c) aus Kunststoff eingespritzt ist, die sich mit über den Umfang verteilten erhabenen Stellen (40) über die Ankerumfangsfläche (17) hinaus erstreckt. (2a, 2c)
Elektromagnetische Stelleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabenen Stellen der Lagerstruktur (19a, 19b, 19c) einen Überstand von der Ankerumfangsfläche (17) aufweisen, der mindestens so groß ist, wie das Lagerspiel des Ankers (13) in der Ankerführung (14).
Elektromagnetische Stelleinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführung (14) an einem in die Spule (15) eingeführten Polstück (29) ausgebildet ist.
Elektromagnetische Stelleinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff der Lagerstruktur (19a, 19b, 19c) ein Verstärkungsstoff und/oder ein Gleitmittel beigemengt sind.