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Die Erfindung betrifft einen magnetischen Aktor, beispielsweise ein Schnellschalt-Magnetventil, dem ein Elektromagnet mit einem Magnetgehäuse, einem Anker und einer, der Kraft in Hubrichtung des Ankers des Elektromagneten entgegenwirkenden Rückstelleinrichtung zugeordnet ist, wobei die Rückstelleinrichtung wenigstens eine in radialer Richtung sich erstreckende Flachfeder aufweist, die in ihrem Außenbereich in einer Federaufnahme eingespannt ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Prüfvorrichtung für Flachfedern eines oben genannten magnetischen Aktors, die in ihrem Außenbereich in eine Federaufnahme der Prüfvorrichtung eingespannt sind.
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Zur Rückstellung des Magnetankers in Ventilen werden häufig Schraubenfedern eingesetzt, wie dies beispielsweise anhand eines Schnellschaltventils in der
DE 101 25 811 C2 beschrieben ist, das einen in einer Ventilhülse angeordneten Ventilschieber aufweist, dem ein Elektromagnet und mindestens zwei, dessen Kraft entgegenwirkende Schraubenfedern zur Rückstellung zugeordnet sind, wobei der Ventilschieber in drei Positionen bewegbar ist. Von den Positionen des Ventilschiebers sind zwei Positionen verschiedene Schließpositionen.
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Aus der
DE 10 2006 033 747 B3 ist beispielsweise ein Ventilschieber bekannt, der in zwei Positionen bewegbar ist, und nur eine Feder aufweist. Die Rückstellung erfolgt hier durch eine Flachfeder.
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Im Gegensatz zu Schraubenfedern bieten Flachfedern den Vorteil, dass sie einen geringen axialen Bauraum (in Längsrichtung) benötigen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Ventile in kleineren Baugrößen zu verwirklichen.
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Schraubenfedern erfordern weiterhin einen hohen Aufwand an Einstellarbeiten, die bei Flachfedern auf Grund ihrer Geometrie und Beschaffenheit entfallen. Damit sinkt bei der Verwendung von Flachfedern in Ventilen als weiterer Vorteil der Montageaufwand.
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Mechanische Anforderungen an solche Flachfedern sind, dass die radiale und axiale Steifigkeit separat ausgelegt und angepasst werden können, um ihre gewünschte Flachfederwirkung zu entfalten. Weitere Vorteile ergeben sich durch eine reibungsärmere Bauweise des Ventils, mit einem verbesserten Hystereseverhalten und einer verbesserten Lebensdauer. Flachfederelemente lassen sich theoretisch mit beliebiger Kontur, beispielsweise durch Formätzen, Laserschneiden, Erodieren, Stanzen etc. erstellen.
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Die
DE 22 45 255 A zeigt eine Führungsmembran mit Stegen als bewegliches Ventilteil zur Steuerung eines festen Ventilsitzes, die als Flachfeder ausgeführt ist.
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In der
DE 102 22 218 A1 ist ein Magnetventil zum stirnseitigen Abschluss eines in Hubrichtung des Magnetankers und Dichtelements liegenden Dichtsitzes dargestellt, das insbesondere als Regenerierventil für eine Tankentlüftungsanlage bei Kraftfahrzeugen Einsatz findet, wobei der Magnetanker mit dem daran befestigten Dichtelement durch die Kraft zweier am Ventilgehäuse angelenkten flachen Mäanderfedern auf den Dichtsitz gedrückt wird, die mit aus dem Pol herausragenden Abstandsnoppen verstemmt sind.
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Auch die
WO 2004/055 838 A1 offenbart einen magnetischen Aktor mit flachen Blattfedern, definierte Berührungspunkte der Einspannstellen sind hier nicht gegeben.
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Die
US 2 952 453 A offenbart eine Reibungskupplung, die eine Feder aufweist, die auf einer Seite der Federaufnahme entlang einer Berührungslinie aufliegt. Die Verwendung einer Feder in einer Reibungskupplung kann jedoch für einen magnetischen Aktor mit Flachfeder keine Anregung geben.
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Auch die
DE 100 16 600 offenbart eine Blattfeder, die zwar für einen Elektromagneten vorgesehen ist, und die auch auf einer Berührungslinie aufliegt, die Flachfeder ist aber nicht in ihrem Außenbereich eingespannt.
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Solche mit einer Flachfeder als Rückstelleinrichtung für Anker eines Elektromagneten von Magnetventilen sind damit bereits allgemein bekannt.
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Die Verhältnisse des Einbaus von Flachfedern in einem Schnellschalt-Magnetventil werden nachfolgend anhand 1, die einen Stand der Technik zeigt, näher erläutert:
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In der 1 ist ein Magnetventil, beispielsweise ein Schnellschalt-Magnetventil, mit einem Elektromagneten 1 und einem Ventil 2 dargestellt. Der Elektromagnet 1 weist ein Joch 3 auf, welches von einem Magnetgehäuse 4 umgeben ist. Das Magnetgehäuse 4 ist einseitig von einem Deckel 5 abgedeckt. In dem Joch 3 ist ein Ankerstößel 6 gelagert, der beidseitig des Jochs 3 je einen Anker 7 und 8 trägt. Der obere Anker 7 ist von einer Mutter mit Scheibe 9 an einem Vorsprung des Ankerstößels 6 gehalten. Der untere Anker 8 wird von einer Kupplung 10 an einem weiteren Vorsprung des Ankerstößels 6 festgesetzt.
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An beiden Ankern 7 und 8 sind jeweils abgewandt von dem Joch 3 Flachfedern 11 und 12 als Rückstelleinrichtung angebracht, die die beiden Anker 7 und 8 in einer Mittenstellung in gleichem Abstand zu dem Joch 3 halten. Die obere Flachfeder 11 ist in der Mitte zwischen der Mutter mit Scheibe 9 und dem oberen Anker 7 eingepresst. Die untere Flachfeder 12 ist in der Mitte zwischen unterem Anker 8 und der Kupplung 10 fest eingespannt.
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Außen ist die obere Flachfeder 11 zwischen dem Magnetgehäuse 4 und dem Deckel 5 flach eingespannt. Der Außenring der unteren Flachfeder 12 ist zwischen Magnetgehäuse 4 und einem Flansch 13 gehalten.
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Dadurch, dass die obere Flachfeder 11 mit ihrem Außenring fest zwischen dem Deckel 5 und dem Magnetgehäuse 4 eingespannt sowie mit ihrem Innenring fest mit der Mutter mit Scheibe 9 und dem oberen Anker 7 verspannt ist, kann sich die obere Flachfeder 11 weder an ihrem Außen- noch ihrem Innenring verwölben.
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Durch die feste Einspannung der unteren Flachfeder 12 außen zwischen dem Magnetgehäuse 4 und dem Flansch 13 sowie dem Innenring zwischen dem unteren Anker 8 und der Kupplung 10 kann sich auch diese untere Flachfeder 12 weder an ihrem Außen- noch ihrem Innenring aufbiegen.
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Die Flachfedern
11 und
12 können in bekannter Weise mit mehreren den Außenring und den Innenring verbindenden, mäanderförmigen Federschenkeln gemäß beispielsweise dem in der
DE 102 22 218 A1 gezeigten Aufbau versehen sein.
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Die Anker 7 und 8 werden durch in dem Magnetgehäuse 4 angeordneten Erregerspulen 14 und 15 abgelenkt, wobei bei Erregung der oberen Erregerspulen 14 der obere Anker 7 angezogen, d. h. nach unten bewegt, und bei Erregung der unteren Erregerspulen 15 der untere Anker 8 angehoben wird.
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An dem Flansch 13 ist als Ventil 2 eine Ventilhülse 16 mit mehreren Ventilöffnungen 17 beispielsweise als Pumpenanschluss, Arbeitsanschluss und Tankanschluss angebracht. In der Ventilhülse 16 ist ein in drei Stellungen positionierbar gehaltener Ventilschieber 18 angeordnet, der mittels einer Schraube mit Scheibe 19 mit der Kupplung 10 und dem Ankerstößel 6 verbunden ist. Durch die Positionierung des Ventilschiebers 18 in der Ventilhülse 16 werden die verschiedenen Ventilöffnungen 17 in gewünschter Weise angesteuert.
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Wird bei Erregung der oberen Erregerspulen 14 der obere Anker 7 angezogen, so senken sich der Ankerstößel 6, die mit ihm verbundene Kupplung 10 sowie der Ventilschieber 18 in der Ventilhülse 16, so dass die beiden unteren Ventilöffnungen 17 miteinander verbunden sind.
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Bei Erregung der unteren Erregerspulen 15 wird der untere Anker 8 angezogen, so heben sich der Ankerstößel 6, die mit ihm verbundene Kupplung 10 sowie der Ventilschieber 18 in der Ventilhülse 16, so dass die beiden oberen Ventilöffnungen 17 miteinander in Verbindung stehen. In der Mittelstellung bei nicht erregtem Magneten ist nur die mittlere Ventilöffnung 17 freigegeben, so dass das Ventil insgesamt sperrt.
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Die Flachfedern 11 und 12 werden, wie beschrieben, üblicherweise auf einer ebenen Kreisringfläche einer Federaufnahme im Polbereich gelegt, beispielsweise einem Absatz in einer Bohrung des Magnetgehäuses 4, und mit einem weiteren Ring mit planer kreisringförmiger Auflagefläche, wie beispielsweise durch den Deckel 5 oder den Flansch 13, festgesetzt. Aufgrund der breiten Auflagefläche bei der Einspannung der Flachfedern 11 und 12 weisen diese bei der Montage ein radiales Spiel auf. Die Lage der Einspannung der Flachfedern 11 und 12 und die zugehörigen Toleranzen, insbesondere am Außenrand der Lagerstelle, führen zu Streuungen der Federrate.
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Als Federrate ist die Kraftänderung pro Federweg definiert. Messungen ergaben im Extremfall Abweichungen bis zu 15%. Gründe für die große Streuung der Lagerung ergeben sich auch aus den Fertigungstoleranzen. Die Flachfedern 11 und 12 weisen nicht immer die gleiche Ebenheit, Planparallelität und Rechtwinkeligkeit auf.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen magnetischen Aktor mit Flachfedern sowie eine Prüfvorrichtung für derartige Flachfedern der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass sich auf einfache Weise verbesserte, definierte Berührungspunkte und Einspannstellen für Flachfedern als Rückstelleinrichtungen in magnetischen Aktoren ergeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flachfeder in der Federaufnahme zumindest auf einer Seite auf einer Berührungslinie aufliegt.
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Die Flachfeder wird somit nicht zwischen zwei ebenen Kreisringflächen der Federaufnahme, sondern zumindest einseitig auf einer Fläche, deren Breite gegen Null geht, beispielsweise einer kreisringförmigen Berührungslinie, eingespannt.
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Damit wird eine definierte Berührungs- und Einspannungslinie des Federelements nur am Außenrand der Flachfeder geschaffen und eine eindeutige Lage der festen Einspannung erzielt. Die Flachfeder liegt auf einer fest bestimmten Kreisringlinie auf. Die Einspannung ist somit in ihrer Lage eindeutig festgelegt, so dass die Federrate des Federelementes nur geringe Streuungen aufweist. Diese liegen im Rahmen der üblichen Exemplarstreuung der einzelnen Flachfedern im Produkt bzw. in der Baugruppe. Ein Aufliegen an einer nicht definierten Position des Außenrings kann nicht erfolgen, wenn ein potentielles Verkanten der Flachfeder durch den breiten und in der Bohrung sauber geführten Einpressring vermieden wird.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Flachfeder in der Federaufnahme von einem breiten Einpressring gehalten ist und dass eine der Aufnahmeflächen der Federaufnahme zur Einspannung der Flachfeder zumindest bereichsweise mit einem schräg verlaufenden Profil versehen ist.
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Die Flachfeder wird somit nicht zwischen zwei ebenen Kreisringflächen der Federaufnahme, sondern auf einem schräg verlaufenden Profil, beispielsweise einer kugel- oder kegelförmigen Fläche, fest eingespannt.
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Erfindungsgemäß können die Aufnahmeflächen nur im Außenbereich ein schräg verlaufendes Profil aufweist.
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Wenn die Federaufnahme durch ihre Form ein Verkanten verhindert, kann die Auflagefläche des Einpressringes in vorteilhafter Weise mit dem schräg verlaufenden Profil versehen sein.
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Alternativ kann die dem Einpressring gegenüberliegende Auflagefläche mit dem schräg verlaufenden Profil versehen sein.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das schräg verlaufende Profil der Aufnahmeflächen eine kugelförmige Form oder eine kegelförmige Fläche aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch bei einer Prüfvorrichtung für Flachfedern eines magnetischen Aktors, die in ihrem Außenbereich in eine Federaufnahme der Prüfvorrichtung eingespannt sind, dadurch gelöst dass die Flachfeder in der Federaufnahme von einem breiten Einpressring gehalten ist und dass eine der Aufnahmeflächen der Federaufnahme zur Einspannung der Flachfeder zumindest bereichsweise mit einem schräg verlaufenden Profil versehen ist.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein bekanntes Schnellschalt-Magnetventil,
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2 eine erfindungsgemäße Federaufnahme eines Magnetventils und
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3 eine weitere erfindungsgemäße Federaufnahme eines Magnetventils.
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In der 2 ist schematisch die Federaufnahme 20 eines Magneten für ein erfindungsgemäßes Schnellschalt-Magnetventil dargestellt, deren untere Aufnahmefläche ein schräg verlaufendes Profil, beispielsweise eine kugel- oder kegelförmige Auflagefläche 21, aufweist. Diese schräg verlaufende Auflagefläche 21 kann beispielsweise die Oberseite des Flansches 13 sein. Durch einen in einem Gehäuse 22 des Elektromagneten 1 eingesetzten Einpressring 23 wird eine Flachfeder 24 als Rückstelleinrichtung für den Elektromagneten 1 und damit für das Schnellschalt-Magnetventil auf diese schräg verlaufende Auflagefläche 21 gepresst. Dadurch wird erreicht, dass die Flachfeder 24 nur am Außenrand auf einer eindeutig bestimmten Kreisringlinie 25 aufliegt, wobei eine eindeutig feste Lage der starren Einspannung eingehalten werden kann, indem die federnde Länge eindeutig bestimmt ist. Die Feder ist fest eingespannt, aber auf Grund der einseitigen drehbaren Lagerung prinzipbedingt zu einer Seite drehbar. D. h. es findet keine axiale Verschiebung statt, sondern es ist nur eine Rotation in einer Richtung möglich.
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Die Flachfedern
11 und
12 können beispielsweise den in der
DE 102 22 218 A1 gezeigten Aufbau mit Außenring, mehreren mäanderförmigen Federschenkeln und einem Innenring aufweisen.
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Die 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Federaufnahme 20 für ein Schnellschalt-Magnetventil. Ein erfindungsgemäßer Einpressring 26 ist zumindest bereichsweise mit einer schräg verlaufenden Auflagefläche 27 versehen, die beispielsweise kugel- oder kegelförmig ausgebildet sein kann, und presst die Flachfeder 24 auf eine gerade Auflagefläche 28 des Flansches. Dadurch liegt auch hier die Flachfeder 24 nur am Außenrand auf einer eindeutig bestimmten Kreisringlinie 29 auf der schräg verlaufenden Auflagefläche 27 auf.
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Dadurch, dass die Flachfeder 24 erfindungsgemäß nicht auf einer ebenen Kreisringfläche der Federaufnahme 20, sondern auf einem schräg verlaufenden Profil, beispielsweise einer kugel- oder kegelförmigen Fläche, eingespannt ist, wird eine definierte Berührungs- und Einspannungslinie des Federelements nur am Außenrand der Flachfeder 24 geschaffen und somit eine eindeutige Lage der Einspannung erzielt. Die Flachfeder 24 liegt auf eindeutig bestimmten Kreisringlinien 24 oder 29 auf, so dass die Federrate einer derartigen Flachfeder 24 nur geringe Streuungen aufweist. Diese liegen im Rahmen der üblichen Exemplarstreuung von einzelnen Flachfedern 24 im Produkt bzw. der Baugruppe. Ein Aufliegen an einer nicht definierten Position des Außenrings kann nicht erfolgen, da ein potentielles Verkannten der Flachfeder 24 durch einen breiten und in der Bohrung sauber geführten Einpressring 23 oder 26 vermieden wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich auch bei einer Prüfvorrichtung für Flachfedern 11, 12 oder 24 eines magnetischen Aktors 1, 2 einsetzen, in ihrem Außenbereich sind die Flachfedern 11, 12 oder 24 in einer Federaufnahme 20 der Prüfvorrichtung eingespannt, wobei die Flachfeder 24 in der Federaufnahme 20 von einem breiten Einpressring 23, 26 gehalten ist. Eine der Aufnahmeflächen 21, 27 der Federaufnahme 20 ist zur Einspannung der Flachfeder 24 zumindest bereichsweise mit einem schräg verlaufenden Profil versehen. Damit lassen sich die Eigenschaften der Federn bei gleichen Bedingungen wie bei ihrem Einbau in den erfindungsgemäßen magnetischen Aktor messen bzw. prüfen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromagnet
- 2
- Ventil
- 3
- Joch
- 4
- Magnetgehäuse
- 5
- Deckel
- 6
- Ankerstößel
- 7
- oberer Anker
- 8
- unterer Anker
- 9
- Mutter mit Scheibe
- 10
- Kupplung
- 11
- obere Flachfeder
- 12
- untere Flachfeder
- 13
- Flansch
- 14
- obere Erregerspulen
- 15
- untere Erregerspulen
- 16
- Ventilhülse
- 17
- Ventilöffnungen
- 18
- Ventilschieber
- 19
- Schraube mit Scheibe
- 20
- Federaufnahme
- 21
- Auflagefläche
- 22
- Gehäuse des Magneten
- 23
- Einpressring
- 24
- Flachfeder
- 25
- Kreisringlinie
- 26
- Einpressring
- 27
- schräg verlaufenden Auflagefläche
- 28
- gerade Auflagefläche
- 29
- Kreisringlinie
