DE102011052173B3

DE102011052173B3 - Elektromagnetischer Aktuator

Info

Publication number: DE102011052173B3
Application number: DE102011052173A
Authority: DE
Inventors: Frank Rabe; Kathrin Steinhuber
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: US20130027833A1

Abstract

Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator (1) weist die Wirkweise eines Haftmagneten auf, bestehend aus einem ortsfest mit dem ferromagnetischen Joch (2) verbundenen anisotropen Dauermagneten (5), einem Elektromagneten (6) und einem hierzu relativ beweglichen ferromagnetischem Anker (3). Zur Minderung des magnetischen Streuflusses ist das topfförmige Joch (2) im Querschnitt kreisförmig, elliptisch oder aber polygon ausgebildet, wobei darin die zuvor genannten Komponenten koaxial zu einem säulenförmigen Kern (19) angeordnet sind. Der Umfang des Jochs (2) ist erfindungsgemäß mit wenigstens einer Öffnung (8) ausgebildet, wobei durch die Öffnung (8) die elektrischen Leiter zur Ansteuerung des Elektromagneten (6) geführt sind. Gleichzeitig ermöglicht die Öffnung (8) auch den Druckausgleich und die Dampfdiffusion zwischen dem Innenraum des Aktuators (1) und dessen Umgebung. Bevorzugt ist die Öffnung (8) derart ausgebildet, dass diese in Flussrichtung des magnetischen Feldes orientiert verläuft und als Trennstelle innerhalb des Jochs (2) ein gegenüber dem ferromagnetischen Werkstoff des Jochs (2) selber höheren, elektrischen Widerstand oder aber eine elektrische Isolierung zur Minderung der Wirbelstromstärke darstellt. Zur Minderung der elektromagnetischen Verluste und Sicherstellung der Diagnosefähigkeit sind über die Anschlussleitung (22 bzw. 42) die Spule (20 bzw. 41) des Aktuators (1) mit einer Freilauf- oder Energiespeicher-Schaltung aus elektrischen Bauteilen verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1, insbesondere zum Festhalten und zum Lösen von beweglichen Teilen in Kraftfahrzeugen.
Elektromagnetische Aktuatoren sind bekannt aus dem Einsatz in Kraftfahrzeugen, beispielsweise für die Betätigung von Sitzen, Kopfstützen, Motorhauben, Tankdeckeln, Kofferraumdeckeln, Klappen, Türen, Cabrioletdächern oder auch von Einrichtungen, die dem Schutz von Personen gegen die Wirkung einer Kollision dienen. Zur Ansteuerung des Aktuators selber steht aufgrund eingeschränkter Stromversorgungskapazitäten im Fahrzeug nur eine im Verhältnis zur auszulösenden Bewegungsenergie geringe elektrische Aktivierungsenergie zur Verfügung. Bedingt durch die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen oder von deren Sicherheitseinrichtungen sowie infolge der Zentralisierung von selbsttätig oder programm- gesteuerten Befehlselementen auf elektronischen Steuergeräten, werden die Ansteuersignale des Aktuators üblicherweise von dem Steuergerät geschaltet und aus dessen Energiespeicher gespeist. Das Leistungs- und das Energiespeicher-Vermögen der Steuergeräte sind jedoch begrenzt, so dass zur Ansteuerung eines Aktuators, der eine im Verhältnis zu dem Leistungsvermögen des Steuergeräts vergleichsweise große elektrische Leistungsaufnahme aufweist, ein Leistungsverstärker oder ein Relais zwischen das Steuergerät als Energieversorger und den Aktuator als Energiewandler geschaltet werden muss. Leistungsverstärker sind im Kraftfahrzeug eingesetzt, um beispielsweise die elektromagnetischen Aktuatoren des Cabriolet-Überrollschutzes über diese durch das Airbag-Steuergerät überwachen und aktivieren zu können.
In sicherheitsrelevanten Anwendungen werden diese elektromagnetischen Aktuatoren nach dem Ruhestromprinzip betrieben, gemäß dem das elektromagnetische Wirkteil des Aktuators zwecks Überwachung des Stromkreises auf Unterbrechung oder Kurzschluss mit einer dauerhaften oder aber pulsierenden, elektrischen Stromstärke beaufschlagt wird. Liegt der Ist-Wert der Stromstärke außerhalb des Toleranzbereichs der Soll-Stromstärke, so erkennt die zugehörige Überwachungseinrichtung bzw. das Steuergerät den Schaltungsfehler und löst beispielsweise einen sichtbaren oder hörbaren Alarm aus oder leitet Maßnahmen zur Störungsbegrenzung ein.
Ein nach dem Prinzip des Haftmagneten wirkender elektromagnetischer Stellaktuator mit luftspaltfrei an den Polflächen des Dauermagneten anliegender Ankerplatte ist beschrieben in der WO 2006/037765 A1 . Ähnliche, nach dem Prinzip des Haftmagneten wirkende elektromagnetische Aktuatoren dienen dem schnellen Betätigen von Schutzelementen und sind beispielsweise einsetzbar als Fehlerstrom-, Überstrom- oder Kurzschlussstrom-Schutzgeräte sowie als reversible Sicherung oder auch als Batterietrenner, wie es in der WO 03/098 651 A1 dargestellt ist.
Aus der DE 1 014 674 A1 ist ein schaltbarer Dauermagnet bekannt, der elektrisch schaltbar ist. Ferner sind aus der US 4,683,452 und aus der DE 195 32 763 A1 entsprechende elektrisch steuerbare Schaltaktuatoren bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik, einen elektromagnetischen Aktuator bereitzustellen, mit dem bei geringer elektrischer Aktivierungsenergie in kurzer Zeit eine Stellkraftänderung bewirkbar ist, wobei der elektromagnetische Aktuator aufgrund dessen besonders einfachen, mechanischen Aufbaus eine mit geringem Aufwand verbundene, automatisierbare und daher kostengünstige Fertigung ermöglicht.
Die zuvor genannte Aufgabe wird durch einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator weist auf ein topfförmiges Joch, einen deckelförmigen Anker und einen Einsatz, bestehend aus wenigstens einem anisotropen Dauermagneten und wenigstens einem Elektromagneten, wobei der Einsatz in dem Joch angeordnet ist. Der elektromagnetische Aktuator ist dadurch gekennzeichnet, dass das Joch umfangseitig eine Öffnung aufweist.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator weist bevorzugt die Wirkweise eines Haftmagneten auf, bestehend aus einem ortsfest mit dem ferromagnetischen Joch verbundenen anisotropen Dauermagneten, einem Elektromagneten und einem beweglich gelagerten ferromagnetischen Anker. Zur Minderung des magnetischen Streuflusses ist das topfförmige Joch im Querschnitt kreisförmig, elliptisch oder aber polygon ausgebildet, wobei darin die zuvor genannten Komponenten koaxial zu einem säulenförmigen Kern angeordnet sind. Der Umfang des Jochs ist erfindungsgemäß mit wenigstens einer Öffnung ausgebildet, wobei durch die Öffnung die elektrischen Leiter zur Ansteuerung und Versorgung des Elektromagneten mit elektrischer Energie geführt sind. Gleichzeitig ermöglicht die Öffnung auch den Druckausgleich und die Dampfdiffusion zwischen dem Innenraum des Aktuators und dessen Umgebung. Bevorzugt ist die Öffnung derart ausgebildet, dass diese in Flussrichtung des magnetischen Feldes orientiert verläuft und als Trennstelle innerhalb des Jochs ein gegenüber dem ferromagnetischen Werkstoff des Jochs selber höheren, elektrischen Widerstand oder aber eine elektrische Isolierung darstellt.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator mit den nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsvarianten ist einsetzbar in Kraftfahrzeugen und ist aufgrund der baulichen Merkmale, als auch der daraus resultierenden elektromagnetischen Eigenschaften, unmittelbar zu überwachen und zu aktivieren durch ein Kleinspannungs-Steuergerät des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch das Steuergerät für Airbags oder für allgemeine Rückhaltesysteme. Der für Anwendungen im Innenraum von Kraftfahrzeugen vorgegebene Betriebstemperaturbereich von –40 bis +85°C kann mit dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator ohne Beschränkung hinsichtlich der Einsatzbereitschaft, des Wirkvermögens oder der Zuverlässigkeit eingehalten werden, so dass der elektromagnetische Aktautor auch einsetzbar ist in sicherheitsrelevanten Einrichtungen des Automobils. Hinsichtlich der Überwachung des Aktuator-Sicherheitsstromkreises mittels einer Ruhestromstärke, die nach derzeitigem Standard dauerhaft bis zu 0,4 Ampere und im Pulsbetrieb bis zu 5,0 Ampere für 4 ms beträgt, ist das Einhalten eines elektrischen Widerstands, der in Anlehnung an pyrotechnische Zünder mit einem Heizdraht aus Edelmetall vereinbarungsgemäß einen ohm'schen Wert von größer gleich 1,7 Ohm und kleiner gleich 2,5 Ohm aufweist, erforderlich und bei der Bemessung des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators berücksichtigt. Die Aktivierung des elektromagnetischen Aktuators erfolgt ebenfalls in Anlehnung an pyrotechnische Zünder beispielsweise mittels eines Stromstärkepulses von 1,2 Ampere der Dauer von 2 ms oder aber auch für 1,75 Ampere der Dauer von 500 μs, welches unter Berücksichtigung des elektrischen Mindestwiderstandes einer Aktivierungsenergie von 2,6 mJ entspricht.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator weist bedingt durch die beweglich gelagerten Bauteile und durch die elektrische Freilaufschaltung eine Minderung der Schallemission auf, die ansonsten infolge der von der pulsierenden Ruhestromstärke in den Leitern des Elektromagneten unter dem Einfluss des Dauermagnetfelds hervorgerufenen mechanischen Spannungen auftritt. Eine Minderung der durch die Änderung des magnetischen Flusses in dem Elektromagneten induzierten elektrischen Spannung ist ebenfalls aufgrund der beschriebenen Konstruktionsmerkmale gegeben.
Einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators stellt die geringe Rückwirkung des darin befindlichen Elektromagneten gegen das speisende Versorgungsnetz bzw. gegen das Steuergerät dar. Die zum Ende des Ruhestrom- oder Aktivierungspulses im magnetischen Feld gespeicherte Energie klingt aufgrund des elektrischen Freilaufs in dem Elektromagneten in natürlich Weise ab, wodurch nur ein geringer Teil der von der Selbstinduktionsspannung getriebenen Stromstärke in den Anschlussleitungen oder in den Schaltelementen des Steuergeräts als Verlust- oder Schad-Wärme umgesetzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator ist der Elektromagnet als Teil einer Einsatzbaugruppe koaxial innerhalb des topfförmigen Jochs angeordnet. Weitere Merkmale des elektromagnetischen Aktuators sind ein Dauermagnet und ein säulenförmiger Kern aus einem ferromagnetischen Material, die ebenfalls als Teil der Einsatzbaugruppe koaxial angeordnet in dem Joch sind, das den Rückschluss des magnetischen Kreises darstellt. Des Weiteren können zusätzliche Elektromagnete oder aber auch mehrere Dauermagnete in einer magnetischen Reihe koaxial zu dem Kern angeordnet sein und einen Stapel von magnetischen Erregerbauteilen innerhalb der Einsatzbaugruppe beziehungsweise innerhalb des magnetischen Kreises bilden. Im Rahmen der Erfindung lässt sich mittels der Reihenschaltung von Elektromagnet und Dauermagnet Einfluss nehmen auf das Aktivierungs- und Schalt- bzw. das Auslöseverhalten des erfindungsgemäßen Aktuators. Durch die optional zwei oder mehr einsetzbaren Elektromagneten lassen sich die Haupt- und Streu-Induktivität, der elektrische Widerstand sowie der Verlauf des magnetischen Flusses im Haupt- und Nebenschluss einstellen, wodurch die magnetische Flussdichte bzw. Haftkraft und die Änderungsgeschwindigkeit der magnetischen Flussdichte bzw. Kraft des Aktuators beeinflusst werden. Beispielsweise ist es durch stufenweises Zuschalten einzelner Elektromagnete möglich, die Haltekraft des Aktuators dauerhaft oder zeitgesteuert entsprechend zu stärken oder zu schwächen. Des Weiteren, erhöhen redundant in Reihe geschaltete Elektro- oder Dauermagnete die Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit des elektromagnetischen Aktuators. Im Falle des Versagens oder Ausfallens eines Elektromagneten, welches üblicher Weise mittels der Ruhestrommessung erkennbar ist, kann somit zeitgleich oder in unmittelbarer Folge ein zweiter Elektromagnet angesteuert werden, so dass hinsichtlich des Einsatzes in sicherheitsrelevanten Anlagen die Wahrscheinlichkeit eines vollständigen Ausfalls des elektromagnetischen Aktuators wesentlich gemindert ist.
Aus Gründen der Fertigungstechnik und der Wirksamkeit des magnetischen Kreises unter Berücksichtigung der zumindest abschnittsweisen Rotationssymmetrie des Bauteils sowie der Homogenität des magnetischen Flusses ist das topfförmige Joch im Querschnitt kreisrund, elliptisch und/oder polygon ausgebildet und umfangseitig auf dem Mantel mit einer schlitzartig und/oder lochförmig ausgebildeten Öffnung versehen. Die lochförmig ausgebildete Öffnung erstreckt sich radial zu der Mittellängsachse und bildet eine kreisrunde, elliptische, polygene oder sternförmige Fehlstelle auf der Mantelfläche des Jochs. Die schlitzartig ausgebildete Öffnung erstreckt sich zumindest abschnittsweise parallel zu der Mittellängsachse des topfförmig ausgebildeten Jochs, also in Richtung des Flusses innerhalb des magnetischen Feldes. Im einfachsten Falle der Erfindung ist die schlitzartige Öffnung in der Mantelfläche des Jochs als Spalt gestaltet, der eine elektrisch isolierenden Trennschicht bildet oder einen gegenüber dem Magnetwerkstoff des Jochs hohen elektrischen Widerstand aufweist. Beispielsweise kann hier auch eine Beschichtung im Rand- oder Stoßbereich der Öffnung aufgebracht sein, wobei die zwei sich ergebenden Stirnflächen an- oder aufeinanderliegend somit nur durch die elektrische Isolierung getrennt ausgebildet sind.
Unter Berücksichtigung der erforderlichen magnetischen Eigenschaften und einer produktionstechnisch einfachen Herstellung des Jochs und/oder des Ankers des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators werden diese Bauteile aus einem kaltgewalzten, nicht kornorientierten Elektroblech oder aber Elektroband hergestellt. Bevorzugt werden die einzelnen Bauteile als Stanz-, Roll-, Zieh- oder Drehbauteil gefertigt, welche im Ruhezustand magnetisch nicht gesättigt sind.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin die umfangseitig auf der Mantelfläche des Jochs ausgebildete Öffnung als Kanal zur Durchführung der elektrischen Anschlüsse des Elektromagneten nutzbar, über die auch der Druckausgleich und die Dampfdiffusion zwischen den Bauteilen innerhalb des Jochs und dessen Umgebung erfolgen kann. Die Anschlüsse für die Versorgung des Elektromagneten mit elektrischer Energie sind bevorzugt als Kontaktstifte, isolierte Drähte oder aber als Aderleitungen durch die Öffnung aus dem von dem Joch umschlossenen Elektromagneten heraus geführt. Sie können jedoch auch auf das Joch selber elektrisch isoliert aufgebracht sein, so dass sich der Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Aktuators verringert, insbesondere bezüglich des für den Zusammenbau und für das Einführen des in dem Joch koaxial angeordneten Elektromagneten vorzusehenden Spielraums.
Die Öffnung ist weiterhin in bevorzugter Ausführungsvariante als Druckausgleichs- und Dampfdiffusionskanal ausgebildet, so dass diese dem Luft- und auch Dampfaustausch zwischen dem Innenraum des Aktuators und der umgebenden Atmosphäre dient. Die Öffnung weist erfindungsgemäß wenigstens eine Membrane oder aber mindestens ein Ventilmittel auf, welches den Dampf- und Luftaustausch zwischen Innen- und Außenraum ermöglicht, jedoch Festkörper, wie z. B. Staub, oder Flüssigkeiten, wie z. B. Tropfwasser, abweist. Des Weiteren kann die Membrane oder das Ventilmittel in der erfindungsgemäßen Anwendung den Durchlass von Dampf oder Luft in nur einer Richtung ermöglichen. Bevorzugt tritt der Dampf aus dem Innenraum des Aktuators an die Umgebungsluft aus, nicht jedoch umgekehrt. Im Rahmen der Erfindung werden somit Nässe, und hierdurch eine Minderung des elektrischen Isolationswiderstands oder eine Bauteilschädigung aufgrund von Korrosion oder Frost, im Inneren des Aktuators vermieden, so dass eine hohe Betriebssicherheit und Standzeit des elektromagnetischen Aktuators sichergestellt ist. Durch die in dem Aktuator selbst entstehende Wärme, beispielsweise durch eine Ruhestrommessung oder durch ein Auslösen, wird wiederum der Transport von Dampf oder Luft mit Wärme aus dem Innenraum des Aktuators an die Umgebungsluft ermöglicht, während bei dem Abkühlen aber der Taupunkt innerhalb des Aktuators nicht unterschritten wird.
Vorzugsweise ist die Öffnung auf der das Joch umfangseitig umgebenden Mantelfläche zumindest abschnittsweise achsparallel anzuordnen und somit in der Flussrichtung des magnetischen Feldes als auch senkrecht zu dem elektrischen Feld auszurichten. Infolge der Ausrichtung bildet die Öffnung eine elektrische Isolierung zur Minimierung der Wirbelstromverluste. Gleiches gilt in dem Fall, dass die Öffnung nur durch eine elektrisch isolierende Schicht auf den aneinander liegenden Stirnflächen des topfförmigen Jochs in einer Trennstelle ausgebildet ist; die Wirbelstromstärke wird auch hierdurch wirksam gemindert und damit der Energieverlust in dem magnetischen Feld gesenkt.
Zwecks Minderung der Ummagnetisierungsverluste und der magnetischen Hystereseverluste sind das Joch und/oder der Anker aus einem kaltgewalzten, nicht kornorientierten Metallblech ausgebildet, welches im Ruhezustand magnetisch nicht gesättigt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Anker des elektromagnetischen Aktuators der Kontur der endseitigen Stirnflächen des topfförmigen Jochs folgend deckelförmig ausgebildet, wobei der Anker bevorzugt eine Ankeröffnung aufweist. Der deckelförmige Anker schließt sich in der Form seiner kontaktseitigen Flächen bündig an die stirnseitigen Aufnahme- bzw. Polflächen des Jochs an. Die stirnseitigen Aufnahme- bzw. Polflächen des topfförmigen Jochs werden dabei durch die Kontaktseite des Ankers im Berührungsbereich der magnetischen Pole von dem Anker formbündig abgedeckt. Des Weiteren ist der Anker mit einer schlitzartig und/oder lochförmig ausgebildeten Ankeröffnung versehen.
Die lochförmig ausgebildete Ankeröffnung erstreckt sich parallel zu der Mittellängsachse und bildet eine kreisrunde, elliptische, polygene oder sternförmige Fehlstelle auf der Mantelfläche des Ankers. Im Rahmen der Erfindung weist die Mantelfläche des deckelförmigen Ankers eine Ankeröffnung auf, die schlitzartig und/oder lochförmig ausgebildet ist. Die schlitzartig ausgebildete Ankeröffnung erstreckt sich zumindest abschnittsweise radial zu der Mittellängsachse des deckelförmig ausgebildeten Ankers, also in Flussrichtung des Magnetfeldes, Im einfachsten Falle der Erfindung ist die schlitzartige Ankeröffnung in der Mantelfläche des Ankers als Spalt gestaltet, der eine elektrisch isolierenden Trennschicht bildet oder einen gegenüber dem Magnetwerkstoff des Ankers hohen elektrischen Widerstand aufweist. Beispielsweise kann hier auch eine Beschichtung in der Ankeröffnung aufgebracht sein, wobei die zwei sich ergebenden Stirnflächen an- oder aufeinanderliegend somit nur durch die elektrische Isolierung getrennt ausgebildet sind.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin die stirnseitig auf der Deckelfläche des Ankers ausgebildete Ankeröffnung als Kanal zur Durchführung der Anschlüsse für die Versorgung einer Leiterspule mit elektrischer Energie nutzbar, über die auch der Druckausgleich und die Dampfdiffusion zwischen dem von dem topfförmigen Joch und dem deckelförmigen Anker gebildeten Innenraum und dessen Umgebung erfolgen kann. Die elektrischen Anschlüsse sind bevorzugt als Kontaktstifte, isolierte Drähte oder aber als Aderleitungen durch die Ankeröffnung aus der von dem Anker überdeckten Leiterspule heraus geführt. Sie können jedoch auch auf den Anker selber elektrisch isoliert aufgebracht sein.
Die Ankeröffnung ist weiterhin in einer bevorzugten Ausführungsvariante als Dampfdiffusionskanal ausgebildet, so dass diese dem Luft- und auch Dampfaustausch zwischen dem von dem topfförmigen Joch und dem deckelförmigen Anker gebildeten Innenraum und der umgebenden Atmosphäre dient. Die Ankeröffnung weist erfindungsgemäß wenigstens eine Membrane oder aber mindestens ein Ventilmittel auf, welches den Dampf- und Luftaustausch zwischen Innen- und Außenraum ermöglicht, jedoch Festkörper, wie z. B. Staub, oder Flüssigkeiten, wie z. B. Tropfwasser, abweist. Des Weiteren kann die Membrane oder das Ventilmittel in der erfindungsgemäßen Anwendung den Durchlass von Dampf oder Luft in nur einer Richtung ermöglichen. Bevorzugt tritt der Dampf aus dem Innenraum des Aktuators an die Umgebungsluft aus, nicht jedoch umgekehrt. Im Rahmen der Erfindung werden somit Nässe, und hierdurch eine Minderung des elektrischen Isolationswiderstands oder eine Bauteilschädigung aufgrund von Korrosion oder Frost, im Inneren des Aktuators vermieden, so dass eine hohe Betriebssicherheit und Standzeit des elektromagnetischen Aktuators sichergestellt ist.
Vorzugsweise ist die Ankeröffnung auf der den Anker stirnseitig begrenzenden Mantelfläche zumindest abschnittsweise radial anzuordnen und somit in der Flussrichtung des magnetischen Feldes als auch senkrecht zu dem elektrischen Feld auszurichten. Infolge der Ausrichtung bildet die Ankeröffnung eine elektrische Isolierung zur Minimierung der Wirbelstromverluste. Gleiches gilt in dem Fall, dass die Ankeröffnung nur durch eine elektrisch isolierende Schicht auf den aneinander liegenden Stirnflächen des topfförmigen Joches in einer Trennstelle ausgebildet ist; die Wirbelstromstärke wird auch hierdurch wirksam gemindert und damit der Energieverlust in dem magnetischen Feld gesenkt.
Weiterhin weisen das Joch und/oder der Anker eine Korrosionsschutzschicht auf, die vorzugsweise in einer Dicke von weniger als 50 μm, insbesondere von weniger als 40 μm und besonders bevorzugt von weniger als 25 μm auf den Bauteilen aufgebracht ist. Bei der Korrosionsschutzschicht handelt es sich insbesondere um eine Schicht aus einem korrosionsfesten Material, welches Anteile aus Eisen, Nickel und/oder Kobalt enthält. Aufgrund der empfohlenen stofflichen Zusammensetzung und der bevorzugten Dicke sichert die Korrosionsschutzschicht die Wirksamkeit, Betriebsbereitschaft und Beständigkeit des elektromagnetischen Aktuators unter gewöhnlichen atmosphärischen Bedingungen als auch unter den chemisch reaktiven Einflüssen der Umgebung, wie sie durch den Einbau innerhalb eines Kraftfahrzeugs gegeben ist. Die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes in einem weiten Temperaturbereich sowie in unterschiedlichen Klimagebieten beruht insbesondere auf dem Zusammenwirken der Korrosionsschutzschicht mit den Dampfdiffusions-Kanal bzw. -Ventil.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet einen Kern und eine Erregerspule aufweist, wobei die mit einer Isolierung versehenen und als Windung gestalteten elektrischen Leiter der Erregerspule aus Gründen einer geringen Streu-Induktivität direkt auf dem Kern angeordnet sind. Die Windungen der Erregerspule sind dabei unmittelbar auf dem Kern und/oder unmittelbar nebeneinander angeordnet, um den magnetischen Streufluss zu minimieren.
Weiterhin bevorzugt ist die Erregerspule des Elektromagneten als Formdrahtwicklung oder als Folienwicklung gefertigt. Diese Bauformen ermöglichen die Fertigung wirksamer Erregerspulen, die aufgrund der verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit zwischen den Windungen und dem Kern einen geringen Raumbedarf bei hohem Leistungsvermögen aufweisen. Weitere Vorteile der kompakten Bauweise sind der im Verhältnis zu herkömmlichen Runddrahtspulen geringere Windungswiderstand und der geringere magnetische Streufluss.
Weiterhin bevorzugt ist der Kern des Elektromagneten in Radialrichtung spielarm gelagert, so dass die Hauptbewegungsrichtung des Kerns mit dem Elektromagneten innerhalb des Jochs parallel oder koaxial zu der Mittellängsachse des Jochs verläuft. Hierdurch ergibt sich für den Kern ein klemmfreies Loslager, welches einen axialen Freiheitsgrad in der Flussrichtung des Magnetfeldes aufweist. Bedingt durch dieses Konstruktionsmerkmal erfolgt im Falle der Beaufschlagung der Erregerspule mit einer elektrischen Stromstärke, die in der Erregerspule ein dem magnetischen Feld des mit dieser über den Magnetkreis gekoppelten Dauermagneten entgegen gerichtetes Erregerfeld bewirkt, eine Verlagerung des Kerns von dem Dauermagneten gegen den Anker. Infolge der Verlagerung des Kerns wird die ansonsten in den Bestandteilen des Magnetkreises wirksame mechanische Spannung gelöst und in eine Kraft gewandelt, welche einerseits zu einer Vergrößerung der Luftspaltlängen bzw. eine Minderung der Permeabilität der Magnetanordnung und anderseits zum Abstoßen des Ankers vom Joch führt. Hinsichtlich der gesamten Betriebsdauer des elektromagnetischen Aktuators ist es mittels des beweglich gelagerten Kerns möglich, unter Berücksichtigung der Reibung und des Verschleißes infolge der Relativbewegung zwischen dem Loslager und dem Kern die mechanischen Belastungen der einzelnen Komponenten untereinander während der Anzieh- oder der Abstoß-Vorgänge des Ankers zu reduzieren. Es ergibt sich somit eine höhere Betriebsfestigkeit und Standzeit für den elektromagnetischen Aktuator mit einem zu der Erregerspule beweglich gelagerten Kern des Elektromagneten. Des Weiteren ermöglicht die bewegliche Lagerung das kraftschlüssige und selbstlehrende Fügen von Bauteilen in einem erweiterten Maßtoleranzbereich und in einer günstigen Zusammensetzung, in deren Folge der Aufwand für die Fertigung des elektromagnetischen Aktuators gemindert ist.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass der Anker eine zu dem Joch gerichtete Kontaktseite aufweist, wobei die Kontaktseite einen rotationssymmetrischen Fortsatz und/oder eine rotationssymmetrische Ausnehmung beinhaltet. Hierbei greifen der Anker mit seiner Kontaktseite weiterhin bevorzugt auf eine an dem Joch zu dem rotationssymmetrischen Fortsatz und/oder der rotationssymmetrischen Ausnehmung korrespondierenden Aufnahmefläche ein. Die Ausnehmung bzw. der Fortsatz des Ankers sowie die Aufnahmefläche sind dabei besonders bevorzugt derart formbündig ausgebildet, dass sie nach dem Grundprinzip von Nut und Feder im Querschnitt beispielsweise ringförmig, torusförmig, kegelförmig, kalottenförmig ineinander greifen. In einer besonderen Fassung der Ausführungsvariante kann der Fortsatz und/oder die Ausnehmung konkav und/oder konvex ausgebildet und die Aufnahmefläche des Jochs hierzu korrespondierend gestaltet sein. In einer weiteren Fassung der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann die Kontaktseite des Ankers sowie die korrespondierende Aufnahmefläche des Jochs als Rogowskyprofil ausgebildet sein. Weiterhin sind Bestandteil der Erfindung die Variation und Kombination der Ausführungsformen zu unterschiedlichen Permutationen der zuvor genannten geometrischen Kontaktflächen von Anker und Joch eines elektromagnetischen Aktuators. Durch den Formschluss bzw. durch die Bündigkeit der Kontaktflächen, hergestellt durch die zuvor genannte geometrische Ausbildung, ist es möglich, eine Richtungskomponente der magnetischen Anziehungskraft radial auf den Anker wirken zu lassen, die diesen in der „magnetischen Mitte” als dem Ort der geringsten potentiellen magnetischen Energie auf dem Joch zentriert. Um eine magnetische Kraftkomponente in Radialrichtung auf den Anker wirken zu lassen, die diesen in der magnetischen Mitte auf dem Joch zentriert, ist im Rahmen der Erfindung die radiale Randfläche des Ankers empfehlenswerter Weise mit einem Außenradius, also einer Rundung oder mit einer Fase oder aber mit einer Abschrägung, zu versehen. Weiterhin weist das Joch vorzugsweise eine hierzu korrespondierende Geometrie auf.
In einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist der Fortsatz in dem Anker selber eine Erregerspule in Form einer Ankerspule auf. Die mit einer Isolierung versehenen und als Windung gestalteten elektrischen Leiter der Erregerspule sind aus Gründen einer geringen Streu-Induktivität direkt auf dem Anker angeordnet. Die Erregerspule des Ankers kann einerseits über die elektrische Induktion des Elektromagneten oder andererseits über die elektrische Anschlussleitungen mit elektrischer Energie gespeist werden, wobei im Falle der leitungsgebundenen Energieversorgung die elektrischen Anschlussleitungen der Erregerspule durch eine Ankeröffnung innerhalb des Ankers geführt sind. Die Erregerspule ist dabei in einfachster Variante eine elektrisch leitfähige Schicht, die sich durch örtlich veränderliche Widerstandswerte von dem ferromagnetischen Werkstoff geringerer elektrischer Leitfähigkeit des Ankers unterscheidet und aufgrund dieser elektrischen Eigenschaft eine Leiterschleife bzw. ein Kurzschlussring oder aber eine Flächenspule bildet. In einer weiteren Ausführung kann der Anker mit Wicklungen, beispielsweise Formdraht- oder als Folien-Wicklung, alternativ oder additiv zu der elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet sein. Mittels der Wicklung wird die von der sekundären Stromstärke erzeugte magnetische Durchflutung in dem Anker weiter gesteigert.
Ebenfalls ist es zur Steigerung der Durchflutung bzw. des Ankermagnetfeldes zu empfehlen, den an der Kontaktseite zu dem Joch angeordneten Fortsatz des Ankers oder aber einen an dem Anker angeordneten Zapfen durch die Bestückung mit einer Ankerspule zu einem zweiten Elektromagneten auszubilden.
Diese Ankerspule kann als Kurzschlusswicklung induktiv wirken oder aber über separate Anschlussleitungen mit elektrischer Energie gespeist werden, wodurch sich ebenfalls, wie bereits zuvor erwähnt, die Stärke des Ankermagnetfeldes erhöht. Die Ankerspule kann dabei bevorzugt nach dem Gegeninduktionsprinzip aktiviert werden, wodurch infolge der Lorentzkraft die magnetische Auslösekraft verstärkt wird. Alternativ ist es technisch möglich, die Ankerspule separat oder aber in Verbindung mit dem im Joch platzierten Elektromagneten zu aktivieren. Hierdurch ist das Aktivierungs- und Schalt- bzw. das Auslöseverhalten des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators innerhalb eines Leistungsbereichs unabhängig von der verfügbaren bzw. einsetzbaren elektrischen Stromstärke durch die jeweilige Beaufschlagung der unterschiedlichen Elektromagneten steuerbar. Im Rahmen der Erfindung ist es somit auch möglich, beispielsweise die Ankerspule als Notfallspule oder aber redundantes System zur Erregerspule des Elektromagneten in dem Joch einzusetzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das topfförmige Joch im Randbereich der Aufnahmefläche des Ankers radial aufgeweitet. Des Weiteren ist der Kern im Bereich der Aufnahmefläche ebenfalls radial aufgeweitet, wodurch der magnetische Fluss einerseits eine bestimmte radiale Richtungskomponente erhält, welche vorteilhaft auf die Zentrierung des Ankers zu dem Joch wirkt, und andererseits eine Minderung der Flussdichte in axialer Richtung erfährt, da gegenüber der Wandstärke des Jochs umfangsseitig größere Polflächen zur Verfügung stehen. Hierdurch lassen sich die radial und axial auf den Anker wirkenden Richtungskomponenten der Magnetkraft einstellen und bündeln sowie der magnetische Streufluss mindern.
Der Wirkweise des Haftmagneten entsprechend liegt der Anker des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators im Ruhezustand an dem Joch an und ist im Aktivierungszustand gegenüber dem Joch mittels der Magnetkraft infolge einer elektrischen Stromstärke verlagerbar. Eine hierzu inverse Wirkweise ist im Rahmen der Erfindung und mit dem diesbezüglich beschriebenen Aufbau des elektromagnetischen Aktuators ebenfalls technisch möglich, wobei der Anker im Ruhezustand von dem Joch beabstandet ist und durch die Magnetkraft auf das Joch gezogen wird. Beides erfolgt unter Einwirkung der Lorentzkraft. Der Anker bedarf einer mechanischen Führung in Form eines Loslagers mit mindestens einem Freiheitsgrad, der vorzugsweise in Axialrichtung zu der Mittellängsachse des Jochs orientiert ist. Im Rahmen der Erfindung und unter Berücksichtigung technischer Möglichkeiten und Fertigungstoleranzen kann der Freiheitsgrad des Loslagers in einem Winkel zur Mittellängsachse des Jochs angeordnet sein, so dass die Wirkbewegung des Aktuators unter diesem von dem Loslager bestimmten Winkel gerichtet verläuft.
In Bezug auf den zuvor beschriebenen Elektromagneten in dem Joch oder auch in dem Anker des elektromagnetischen Aktuators ist als vorteilhafte Ergänzung der Ausführungsvarianten in mindestens einer Anschlussleitung des Elektromagneten ein elektrisches Bauteil in induktiviätsarmer Weise im Nebenschluss der Spule angeordnet, dessen elektrischer Widerstand infolge steigernder elektrischer Spannung sinkt oder beispielsweise bei Überschreiten einer möglichst geringen Vorwärtsspannung von einem nicht leitenden Zustand in einen leitenden Zustand wechselt. Dieses elektrische Bauteil dient einerseits dem Zweck, eine aufgrund der Selbstinduktion infolge einer Flussänderung innerhalb des Elektromagneten entstehende Überspannung abzubauen und somit einen Leistungsverlust oder aber einen Schaden am Schaltelement des Steuergerätes zu vermeiden; andererseits ist der Verlust von der in dem magnetischen Feld gespeicherten Energie zu minimieren.
Als elektrisches Halbleiter-Bauteil bietet sich hier insbesondere eine Diode an, insbesondere eine Schottkydiode mit einer Durchlassspannung von U_d kleiner gleich 0,4 V, insbesondere U_d kleiner 0,3 V. Weiterhin ist ein Bipolartransistor einsetzbar, beispielsweise ein Darlington Transistor, mit einer Schleusenspannung U_Schleuse kleiner gleich 1,0 V, insbesondere U_Schleuse kleiner 0,5 V. Ein weiteres einsetzbares elektrisches Halbleiter-Bauteil ist beispielsweise ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET mit einer Schwellenspannung U_Schwelle von kleiner gleich 1,0 V, vorzugsweise U_Schwelle kleiner gleich 0,5 V oder mit einem Einschaltwiderstand von R_Transistor kleiner gleich 0,02 Ohm. Ein weiteres elektrisches Halbleiter-Bauteil, welches erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, ist ein Elektronikrelais, insbesondere ein Transitstorschaltrelais, mit einer Einschaltspannung von U_Einschalt kleiner gleich 3,0 V, vorzugsweise U_Einschalt kleiner 1,0 V. Im Rahmen der Erfindung sind Kombinationen und Permutationen der zuvor genannten einzelnen elektrischen Bauteile enthalten.
Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung in wenigstens einer der Anschlussleitungen der Erregerspule ein Bauteil im Nebenschluss der Spule angeordnet sein, welches in Abhängigkeit der Selbstinduktion der Erregerspule von einem elektrisch nicht-leitenden Zustand in einen leitenden Zustand schaltbar ist. In dieser Ausführungsvariante ist sowohl ein Halbleiterelement, ein Überspannungsableiter als auch ein Relais, insbesondere ein Relais mit Reed-Schalter, einsetzbar.
Die hinsichtlich des Überspannungsschutzes oder aber zusätzlich zu den Überspannungsschutzelementen in dem Strompfad zwischen Steuergerät und elektromagnetischem Aktuator eingesetzten elektrischen Bauteile bedingen einen Freilaufpfad in Magnetnähe, über den die Spule die von der Selbstinduktion getriebene Stromstärke in einem geschlossenen Stromkreis bei niedrigen Verlusten führt. Hierdurch bedingt wird das Magnetfeld von den Verlusten infolge des Spannungsabfalls an den Leitungs- und Schaltwiderständen entlastet, wodurch die in dem magnetischen Feld gespeicherte nutzbare Energie über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt. Um die von den elektrischen Widerständen und von den „parasitären” Induktivitäten verursachten Energieverluste gering zu halten, sind die eingesetzten Bauteile auf einer Leiterplatte angeordnet und über möglichst kurze Anschlussleitungen oder aber in unmittelbaren Kontakt untereinander und mit dem Elektromagnet gekoppelt.
Die Anschlussleitung oder aber der unmittelbare Kontakt weist wiederum einen geringen elektrischen Eigenwiderstand auf. Zusätzlich kann im Rahmen der Erfindung jedes Bauteil einzeln zur Minderung der widerstandserhöhenden Ladungsträgerverdrängungseffekte in einem streuflussarmen Freilaufkreis von niedriger Eigeninduktivität angeordnet sein. In Folge des Freilaufkreises klingt die Stromstärke, die von dem elektrischen Spannungspuls zur Aktivierung oder zur Überwachung durch die Spule getrieben wird, natürlich ab. Luft- und Körperschall, der üblicherweise durch sprung- oder stoßförmige Erregung magnetischer Bauteile bewirkt wird, kann somit weitestgehend unterdrückt bzw. vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Aktuator mit einer Leiterplatte bestückt, wobei auf der Leiterplatte mindestens ein elektrisches Bauteil zum Betreiben des Aktuators angeordnet ist und wobei die Leiterplatte mit dem Aktuator über Anschlussleitungen gekoppelt ist. Entsprechende sich hierdurch ergebende Vorteile wurden bereits zuvor erwähnt und gelten analog.
Weiterhin ist dem Elektromagneten eine Energiespeicherschaltung zugeordnet. Vorzugsweise ist die Energiespeicherschaltung aus Kondensatoren als elektrische Ladungsspeicher aufgebaut, wobei die Betätigung des Aktuators unabhängig ist von dem Ladezustand der Energiespeicherschaltung. Die Energiespeicherschaltung dient der wirksamen Wandlung der von dem Steuergerät ausgehenden elektrischen Energie durch die Spule in magnetische Energie. Die bei steigender elektrischer Spannung von der Spule infolge deren Induktivität nicht unmittelbar aufzunehmende elektrische Stromstärke wird zunächst in einen elektrischen Ladungsspeicher geführt und zeitlich verzögert an die Spule abgegeben. Darüber hinaus ist es möglich die mit der Deaktivierung der Spule durch deren Selbstinduktivität getriebene Stromstärke für das Laden eines Energiespeichers zu nutzen, aus dem im Aktivierungsfall wiederum zusätzliche Energie zum Zwecke der Erregung des Elektromagneten in den elektromagnetischen Aktuator einleitbar ist. Bei der Energiespeicherschaltung handelt es sich um eine Anordnung der bereits zuvor genannten elektrischen Bauteile mit spannungsabhängigen Widerstandseigenschaften, denen Elektrolyt-, Folien- oder Keramikkondensatoren, welche vorzugsweise ein geringes Serienwiderstandsäquivalent aufweisen, hinzugefügt sind.
Der Aktivierungsmoment des elektromagnetischen Aktuators infolge der Aktivierungsenergie des Steuergerätes ist somit durch die Kondensatoren in zu vernachlässigendem Maße vorteilhaft beeinflusst, wohingegen der Aktivierungsverlauf durch die Entnahme von elektrischer Energie aus den Kondensatoren nutzbringend verstärkt bzw. verlängert wird. Zur Erhöhung der elektrischen Spannung in dem Ladungsspeicher selber oder an der Basis bzw. dem Gate eines Transistors kann weiterhin in die Lade- oder Steuerschaltung des elektromagnetischen Aktuators eine Drossel, insbesondere eine Gleichtaktdrossel oder eine Duplexdrossel, eingesetzt werden.
Um dem Steuergerät den zu Diagnosezwecken erforderlichen Widerstand des geschlossenen Stromkreises darzustellen, ist vorzugsweise seriell oder aber erforderlichenfalls parallel zur Erregerspule wenigstens ein elektrisches Bauteil mit einem veränderlichen elektrischen Widerstand in dem Strompfad anzuordnen. Hierdurch lässt sich der für den geschlossenen Stromkreis zu Diagnosezwecke festgelegte Widerstand einstellen und im Aktivierungsfall zur Vermeidung elektrischer Leistungsverluste oder Störungen sowie zur schnellen Erregung der Erregerspule minimieren bzw. umgehen.
Zum Zwecke der Verlustminderung bzw. der Effizienzsteigerung ist die infolge der Ruhestromstärke oder aber auch infolge der Aktivierungs-Energie in dem elektromagnetischen Aktuator entstehende Wärme aus der Erregerspule sowie gegebenenfalls aus der Ankerspule über das Joch und/oder den Kern und/oder über den Dauermagneten an die Umgebung als „Wärmesenke” abzuführen. Diesbezüglich erfolgt zunächst eine Wärmeleitung, eine Konvektion und/oder eine Wärmestrahlung an das Joch, an den Kern und/oder an den Dauermagneten und von dort aus eine Wärmeleitung an die Umgebungsluft. Weiterhin kann durch den geeigneten Einsatz eines Wärmebrückenmittels mit großer Wärmeaufnahmefläche und hoher Wärmeleitfähigkeit die Ableitung der Wärme aus der Erregerspule zu einer Wärmesenke gesteigert werden. Wärmebrückenmittel können beispielsweise Wärmeleitpasten oder aber auch Wärmerohre sein, die die von der Erregerspule erzeugte Wärme ableiten. Hierbei kann es sich zusätzlich um Wärmebrückenmittel in Form beispielsweise von Kühlrippen und/oder einem Wärmetauscher und/oder einem Wärmerohr oder aber auch einem Peltierelement handeln.
Um Fehlauslösungen in Folge von äußeren Anregungen und störenden Einflüssen, beispielsweise von mechanischen Schwingungen oder Stößen aus der Umgebung des elektromagnetischen Aktuators zu verhindern, sind die Massen der relativ zum Joch beweglich gelagerten Teile, in vorteilhafter Weise zu minieren und das Joch, das im Ruhezustand als kraftschlüssiges, formbündiges Festlager des Ankers dient, schwingelastisch in dem Gehäuse des elektromagnetischen Aktuators oder in dessen Aufhängungskinematik zu befestigen. Insbesondere ist auf die Anregungsfrequenz bzw. die Eigenfrequenz der einzelnen Bauteile und/oder des elektromagnetischen Aktuators in Gänze zu achten. Die Wirkachse von Joch und Anker bilden vorzugsweise eine Senkrechte der Schwingebene mit einer Eigen- oder Sperrfrequenz von
In dieser Beziehung sind m_A die Masse des Ankers, F_H(s) = die Haftkraft und F_Z(s) die Zug- oder aber Lösekraft.
Weiterhin bevorzugt weist der elektromagnetische Aktuator eine Schutzhülle auf. Um Fehlauflösungen in Folge der Beabstandung von Anker und Joch durch Fremdkörper oder aber Feuchtigkeit, die in die von diesen Bauteilen gebildeten Hohlräume bzw. in den Luftspalt zwischen diesen Bauteilen eingedrungen sind zu vermeiden, ist der gefährdete Kontaktbereich (Arbeitsspalt) mit den magnetischen Polflächen mit einer an dem Anker und an dem Joch anliegenden Schutzhülle zu umgeben. Bei der Schutzhülle handelt es sich vorzugsweise um einen dauerbeständigen, elastischen und/oder luftdurchlässigen Textilstoff oder aber ein Textilgewebe, beispielsweise aus Polyamidfasern. Die Schutzhülle kann im Rahmen der Erfindung auch als Membran und/oder Membranfolie ausgebildet sein, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen.
Insgesamt ergeben sich mit beliebiger Kombination und Permutation der zuvor genannten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten elektromagnetischen Aktuatoren als Vorteile ein geringer Bedarf an elektrischer Aktivierungsenergie bzw. eine kürzere Aktivierungszeit, sowie eine geringere Luft- und Körperschallemission. Des Weiteren weist der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator eine höhere Zuverlässigkeit bezüglich des Auslöseverhaltens auf, ist mittels Ruhestrom überwachbar und ist somit auch für sicherheitsrelevante Zwecke einsetzbar. Ebenfalls weist der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator eine höhere Robustheit gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen, mechanischen Störeinflüssen sowie klimatischen oder Umgebungslufteinflüssen auf. Bedingt durch die elektrische Anschlussleitung mit Freilaufkreis und/oder Energieladeschaltung werden die Wirksamkeit des elektromagnetischen Aktuators erhöht und folglich verlustbedingte Wärme- oder Geräusch-Emission gemindert. Insbesondere Geräusche, die von Magnetreaktionskräften infolge sprunghafter Änderungen der elektrischen Stromstärke oder der magnetischen Durchflutung hervorgerufen werden, können durch den erfindungsgemäßen Aufbau des elektromagnetischen Aktuators vermieden werden. Des Weiteren ist der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator reversibel und kompatibel bzw. mittels der genannten elektrischen Bauelemente adaptierbar zu bereits vorhandenen elektrischen Schnittstellen oder Steuergeräten, wie beispielsweise den Steuergeräten für die Rückhalte-Einrichtungen zum Schutz von Personen im Kraftfahrzeug.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Die schematischen Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zu deren Verständnis. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators mit der Darstellung des elektrisch isolierten Spalts und der lochförmigen Öffnung in dem Joch
2 eine perspektivische Ansicht des Jochs mit spaltförmiger Öffnung und schematisch dargestellter Flussrichtung des magnetischen Feldes zu dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator in einer zu 1 alternativen Ausführungsvariante
3a bis 3f zweidimensionale Ansichten des Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator in beispielhaften Ausführungsformen;
4a bis 4h zweidimensionale Ansichten des Längsschnitts durch den Anker und dessen mit der Kontur des Jochs korrespondierenden Kontaktflächen in beispielhaften Ausführungsformen als Detail des erfindungsgemäßen im Längsschnitt zu dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator;
5 zweidimensionale Detailansicht des Längsschnitts durch den Randbereich eines Jochs mit der Kontur der korrespondierenden Kontaktfläche des Ankers zu dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator;
6 Schematische Ansicht des Längsschnitts durch einen erfindungsgemäßen Anker mit der Ankerspule zu dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator und
7a bis 7u Anschluss- und Verbindungsplan zu der Schaltung der elektrischen Bauelemente in der Anschlussleitung in beispielhaften Ausführungsformen für die Ansteuerung des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1, der aus einem zylindrischen Joch 2, einem Anker 3 und einem in dem Joch 2 koaxial angeordneten Einsatz 4 gebildet ist. Der Einsatz 4 besteht dabei im Wesentlichen aus einem hier nicht näher dargestellten anisotropen Dauermagneten 5 und einem Elektromagneten 6. Das Joch 2 weist erfindungsgemäß an seiner Mantelfläche 7 eine Öffnung 8 auf. Die Öffnung 8 ist derart ausgebildet, dass sie sich über die gesamte Wandstärke 9 des Joches 2 erstreckt. In 1 ist eine Öffnung 8 an dem Joch 2 dargestellt, wobei die Öffnung 8 als rechteckförmiges Loch in der Mantelfläche 7 des Joches 2 ausgebildet ist. Optional oder aber an Stelle der Öffnung 8 kann das Joch 2 auch einen ebenfalls in 1 dargestellten elektrisch isolierenden Spalt 10 aufweisen. Optional weist der erfindungsgemäße Anker 3 eine Ankeröffnung 11 auf, wobei die in dieser Figur dargestellte Ankeröffnung 11 sich schlitzartig vom Mittelpunkt 12 des Ankers 3 zu einer Außenfläche 13 des Ankers 3 hin erstreckt. Die schlitzartige Ankeröffnung 11 ist ebenfalls über die gesamte Dicke 14 des Ankers 3 durchgehend ausgebildet.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Joch 2 mit einer Öffnung 8 in der Mantelfläche 7, wobei die Öffnung 8 schlitzartig ausgebildet ist und mit ihrer Hauptachse in Richtung zu der Mittellängsachse 15 des in dem Joch 2 koaxial angeordneten Einsatzes 4 angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Öffnung 8 entlang der Flussrichtung des magnetischen Feldes 16 erstreckt.
3a bis 3f zeigen jeweils Längsschnitte durch einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator 1, wobei jeweils die geometrischen Verhältnisse zwischen einer Aufnahmefläche 17 an dem Joch 2 sowie einer Kontaktseite 18 des Ankers 3 verschiedenartig ausgebildet sind.
3a zeigt im Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator 1 in einer einfachsten Ausführungsvariante eine plan verlaufende Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 mit einer hierzu korrespondierenden Kontaktseite 18 des Ankers 3. In dem topfförmigen Joch 2 selbst ist sowohl der anisotrope Dauermagnet 5, als auch der Elektromagnet 6 angeordnet, wobei der Elektromagnet 6 noch einmal unterteilt ist in den Kern 19 und in die Erregerspule 20. Die Erregerspule 20 umfasst dabei rotationssymmetrisch den Kern 19. Zwischen dem Kern 19 sowie dem Dauermagneten 5 und dem topfförmigen Joch 2 ist jeweils ein umlaufender Spalt 21 ausgebildet, der mit Luft oder mit einem para- oder dia-magnetischem Stoff gefüllt sein kann. Über die erfindungsgemäße Öffnung 8 in dem Joch 2 führen die Anschlussleitungen 22 von außerhalb des Jochs 2 zu dem Elektromagneten 6. Gleichzeitig erfolgt über die Öffnung 8 ein Ausgleich zwischen dem Innenraumdruck Pi und dem Umgebungsdruck Pu des Jochs 2.
3b stellt im Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator 1 einen zu der 3a analogen Aufbau des Aktuators dar, mit dem Unterschied, dass in 3b ein zweigeteilter Kern 19, 23, 24 ausgebildet ist, wobei ein statischer Teil 23 des Kerns 19 und ein beweglicher Teil 24 des Kerns 19 ausgebildet sind. Der bewegliche Teil 24 des Kerns 19 ist dabei durch die Erregerspule 20 mit einem Loslager derart gekoppelt, dass dieser spielarm oder spielfrei in Radialrichtung R und beweglich in Axialrichtung A gelagert ist. Die Axialrichtung A ist dabei in Richtung der Mittellängsachse 15 des Einsatzes 4 ausgebildet. Der statische Teil 23 des Kerns 19 ist direkt über dem Dauermagnet 5 angeordnet oder mit diesem gekoppelt.
3c zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1, wobei in dieser Darstellung die Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 sowie die Kontaktseite 18 des Ankers 3 in einer konkav in das Joch 2 gewölbten Krümmung 25 ausgebildet sind. Weiterhin ist in 3c der Kern 19 des Elektromagneten 6 ebenfalls zweiteilig ausgebildet, wobei der bewegliche Teil 24 in einer Mulde 26 des statischen Teils 23 aufgenommen ist.
In 3d ist im Längsschnitt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1 mit den Kontaktflächen zwischen der Kontaktseite 18 des Ankers 3 und der Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 dargestellt. In dieser Variante sind die Kontaktseiten 18 und die Aufnahmefläche 17 schräg aufeinander zuzeigend bzw. in einem spitzen Winkel zur Mittellängsachse 15 des Einsatzes 4 ausgebildet. Weiterhin weist der Anker 3 ein zu dem beweglichen Teil 24 des Kerns 19 des Elektromagneten 6 hingerichteten Fortsatz 27 auf. Der Fortsatz 27 ist ebenfalls derart ausgebildet, dass dieser an seinen Rändern 28 abgeschrägt bzw. mit einer Fase versehen und in eine Vertiefung 29 an dem beweglichen Teil 24 des Kerns 19 formbündig zur Anlage kommend ausgebildet ist.
3e zeigt weiterhin im Längsschnitt eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1, wobei hierin zwischen dem Joch 2 und dem Anker 3 eine zu dem Joch 2 konkav ausgebildete Krümmung 25 dargestellt ist.
Hingegen ist in 3f eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1 im Längsschnitt dargestellt, in der zwischen dem Anker 3 und dem Joch 2 eine zu dem Joch 2 konvex ausgebildete Krümmung 33 besteht. Die Ecken 32, sowohl des Ankers 3 als auch des Jochs 2, sind in den 3e und 3f abgerundet dargestellt. Neben den Vorteilen, die sich hinsichtlich der Montage und des Einbaus eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1 ergeben, dienen die gekrümmten Ecken 32 im Randbereich des Ankers 3 und des Jochs 2 der Führung des magnetischen Flusses.
In 3f ist eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators 1 im Längsschnitt dargestellt, in der abweichend zu 3e die Öffnung 8 in dem Joch 2 auf Höhe der Erregerspule 20 versetzt ist, so dass die Anschlussleitungen 22 zu der Erregerspule 20 durch die Öffnung 8 in direkter Linie auf die Erregerspule 20 führbar sind.
Die 4a bis 4h zeigen im Längsschnitts durch den Anker 3 und dessen mit der Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 korrespondierende Kontaktseite 18 verschiedene geometrische Ausgestaltungen zwischen der Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 sowie der Kontaktseite 18 des Ankers 3 und/oder einer Koppelseite 34 des Kerns 19.
In 4a sind in analoger Darstellung zu der der 3a gezeigt die Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 sowie die Kontaktseite 18 des Ankers 3. Zusätzlich ist in 4a dargestellt ein im Längsschnitt pyramidenartiger Fortsatz 27 des Ankers 3, der in eine hierzu korrespondierende Aufnahmegeometrie 35 auf der Koppelseite 34 des Kerns 19 zur formbündigen Anlage kommt.
In 4b ist eine analoge Ausführungsform gemäß 4a gezeigt, wobei hierin der Fortsatz 27 als koaxial ausgebildete Kalottenform ausgeführt ist. Der kalottenförmige Fortsatz 27 kommt ebenfalls formbündig zu einer dazu korrespondierenden Aufnahmegeometrie 35 an der Koppelseite 34 des Kerns 19 formbündig zur Anlage.
4c zeigt eine Ausführungsvariante, wobei hierin an dem Anker 3 zusätzlich zu dem Fortsatz 27 konzentrisch ausgebildete Ringfortsätze 36 in entsprechenden Aufnahmegeometrien 35 an der Koppelseite 34 des Kerns 19 sowie an der Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 zur Anlage kommend ausgebildet sind.
In 4d ist eine analoge Ausführungsvariante zu 4c gezeigt, wobei abweichend von der 4c hierin die Ringsfortsätze 36 einen konvexen und/oder konkaven Verlauf aufweisen.
Die 4e und 4f zeigen jeweils eine Ausführungsvariante mit einer gemischt konvex und konkav verlaufenden Kontur oder Berandung zwischen der Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 und der Koppelseite 34 des Kerns 19, jeweils korrespondierend zu der Kontaktseite 18 des Ankers 3.
Die 4g zeigt zusätzlich zu einer Kopplungsmöglichkeit gemäß 3a, zwischen Joch 2, Kern 19 und Anker 3 eine Schutzhülle 37, die den zwischen Joch 2 und Anker 3 verlaufenden Arbeitsspalt 38 vor eintretendem Schmutz in den Spalt 21 schützt. Die Schutzhülle 37 weist hierzu Entlastungssicken 39 auf, so dass bei Betätigung in Axialrichtung A eine ausreichende Abdeckung durch die Schutzhülle 37 sichergestellt ist. Die Schutzhülle 37 liegt vorzugsweise formbündig an der Mantelfläche 7 des Jochs 2 an. Darüber hinaus weist die Ausführungsvariante gemäß 4g eine Ankeröffnung 11 sowie eine in dem Anker 3 angeordnete Ankerspule 41 auf. Die Ankerspule 41 kann wiederum über Ankeranschlussleitungen 42 durch die Ankeröffnung 11 angesteuert oder mit elektrischer Energie versorgt werden. 4h zeigt einen analogen Aufbau zu 4g, mit dem Unterschied, dass die Ankerspule 41 als in den Anker 3 eingebettete Leiterschleife ausgebildet ist.
5 zeigt im Längsschnitt durch den Anker 3 und dessen mit der Aufnahmefläche 17 des Jochs 2 korrespondierende Kontaktseite 18 den oberen äußeren Rand 43 des Jochs 2, welcher in Radialrichtung R nach außen ausgestellt ist. Der Anker 3 ist in seinem umlaufenden Randbereich 44 entsprechend breiter ausgebildet und weist eine zu dem äußeren Rand 43 des Jochs 2 korrespondierende Geometrie auf.
6 zeigt im Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Anker 3, der Schichten 45 unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Gleichzeitig ist eine eingebettete Ankerspule 41 dargestellt. Die Ankerspule 41 und/oder eine elektrisch leitfähige Schicht 45 ist mit einer Schaltung elektrischer Bauteile verbunden, welche zumindest einen durch eine Diode schematisch dargestellten Freilaufkreis aufweist.
7a bis u zeigen im Anschluss- und Verbindungsplan unterschiedliche Ausführungsvarianten von Schaltungen elektrischer Bauteile in der Anschlussleitung 22 zu einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator 1. Dargestellt sind jeweils der Freilaufkreis mit verschiedenen Bauelementen, insbesondere Halbleiterbauelementen.

Claims

Elektromagnetischer Aktuator (1), aufweisend ein topfförmig gestaltetes Joch (2), einen deckelförmigen Anker (3) und einen Einsatz (4), welcher aus wenigstens einem anisotropen Dauermagneten (5) und wenigstens einem Elektromagneten (6) ausgebildet ist, wobei der Einsatz (4) in dem Joch (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche (7) des Jochs (2) eine Öffnung (8) aufweist.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (4) in dem Joch (2) koaxial angeordnet ist und/oder dass der Einsatz (4) mit dem Elektromagnet (6) und dem Dauermagnet (5) in Stapelbauweise in dem Joch (2) angeordnet ist, vorzugsweise sind zwei Elektromagneten (6) in dem Joch (2) angeordnet.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) im Querschnitt kreisrund, elliptisch und/oder polygon gestaltet ist und dass die Öffnung (8) schlitz- und/oder lochförmig ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) in Hauptrichtung des elektromagnetischen Feldes orientiert ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) zur Durchführung von elektrischen Anschlussleitungen (22) für den Elektromagneten (6) nutzbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) dem Ausgleich des in einen Innenraum des Jochs (2) oder in einen Spalt (21) herrschenden Innenraumdrucks (Pi) und eines Umgebungsdrucks (Pu) nutzbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) und/oder der Anker (3) aus einem kaltgewalzten und nicht kornorientierten Metallblech gefertigt sind.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) und/oder der Anker (3) eine die Elemente Eisen, Nickel oder Kobalt beinhaltende Korrosionsschutzschicht aufweisen, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von weniger als 50 μm, insbesondere von weniger als 40 μm, besonders bevorzugt von weniger als 25 μm.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) eine Kontaktseite (18) aufweist, die zu der Polfläche und/oder Aufnahmefläche (17) des Jochs (2) formschlüssig ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich (44) des Ankers (3) mit einer Fase und/oder einer Abrundung versehen ist, wobei das Joch (2) eine hierzu korrespondierende Geometrie und/oder Aufnahmefläche (17) aufweist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) eine Ankeröffnung (11) aufweist.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankeröffnung (11) zur Durchführung von Anschlussleitungen (22) für die Ansteuerung oder die Versorgung einer Ankerspule (41) mit elektrischer Energie nutzbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankeröffnung (11) dem Ausgleich des in einem Arbeitsspalt (38) beziehungsweise in dem von dem deckelförmigen Anker (3) und dem topfförmigen Joch (2) begrenzten Spalt (21) herrschenden Innenraumdruck (Pi) und dem Umgebungsdruck (Pu) nutzbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Arbeitsspalt (38) und/oder an dem Spalt (21) eine Schutzhülle (37) angeordnet ist, vorzugsweise weist die Schutzhülle (37) wenigstens eine Entlastungssicke (39) auf.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) eine zu dem Joch (2) gerichtete Kontaktseite (18) aufweist, wobei die Kontaktseite (18) einen rotationssymmetrischen Fortsatz (27) und/oder einen rotationssymmetrischen Ringfortsatz (36) aufweist.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (27) eine Ankerspule (41) aufweist oder dem Fortsatz einer Ankerspule (41) zugeordnet ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerspule (31) über Ankeranschlussleitungen (42) verfügt, wobei die Ankeranschlussleitungen (42) durch eine Ankeröffnung (11) innerhalb des Ankers (3) geführt sind.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rand (43) des topfförmigen Jochs (2) eine radial aufgeweitete Aufnahmefläche (17) aufweist, wobei der Anker (3) im Randbereich (44) mit einer hierzu korrespondierenden Geometrie und/oder Kontaktseite (18) versehen ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelseite (34) des Kerns (19) mit einer Aufnahmegeometrie (35), einer Vertiefung (29) oder mit einer radial aufgeweiteten Aufnahmefläche versehen ist, wobei deren Geometrie mit der Kontaktseite (18) des Ankers (3), insbesondere mit dessen rotationssymmetrischem Fortsatz (27) und/oder rotationssymmetrische Ringfortsätzen (36) korrespondiert.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) auf der Kontaktseite (18) elektrisch leitfähig beschichtet ist, vorzugsweise mit einer Schicht (45).
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (45) Bereiche mit voneinander unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker mit einer Folienwicklung versehen ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) im Ruhezustand an dem Joch (2) anliegt und im Aktivierungszustand gegenüber dem Joch (2) mittels einer Magnetkraft verlagerbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (6) in dem Einsatz (4) einen Kern (19) und eine Erregerspule (20) aufweist, wobei die Anschlussleitungen (22) elektrisch leitend verbunden sind mit Leiterwindungen der Erregerspule (20), die unmittelbar auf dem Kern (19) angeordnet sind.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (20) durch eine Formdrahtwicklung oder Folienwicklung ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (19) des Elektromagneten (6) beweglich gelagert ist, vorzugsweise mittels eines Loslagers, wobei der axiale Freiheitsgrad in Richtung der Flussrichtung (16) des magnetischen Feldes orientiert ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (19) in Radialrichtung (R) spielarm oder spielfrei gelagert ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (19) von einem statischen Teilkern (23) und einem beweglichen Teilkern (24) ausgebildet ist, vorzugsweise ist der bewegliche Teilkern (24) in einer baulichen Verlängerung (30) in einer Mulde (26) oder Ausnehmung (31) des statischen Teilkerns (23) gelagert.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlussleitungen (22) der Erregerspule (20) im Nebenschluss der Erregerspule (20) ein Halbleiterelement angeordnet ist, dessen elektrischer Widerstand bei steigender Spannung abnimmt.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlussleitungen (22) der Erregerspule (20) im Nebenschluss der Erregerspule (20) ein Halbleiterelement angeordnet ist, welches bei Erreichen einer Referenzspannung von einem elektrisch nicht-leitenden Zustand in einen elektrisch leitenden Zustand überführbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlussleitungen (22) der Erregerspule (20) im Nebenschluss der Erregerspule (20) ein elektrisches Schaltbauteil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit der Selbstinduktion der Erregerspule (20) von einem elektrisch nicht-leitenden Zustand in einen leitenden Zustand schaltbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlussleitungen (22) der Erregerspule (20) im Reihenschluss der Erregerspule (20) ein elektrisches Schaltbauteil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit der Stromstärke von einem elektrisch leitenden Zustand in einen nicht-leitenden Zustand schaltbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aktuator (1) eine Leiterplatine angeordnet ist, wobei auf der Leiterplatine mindestens ein elektrisches Bauteil zum Betreiben des Aktuators (1) angeordnet ist, und wobei die Leiterplatine mit dem Aktuator (1) über Anschlussleitungen (22) gekoppelt ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektromagnet (6) ein Freilaufkreis zugeordnet ist, vorzugsweise ist der Freilaufkreis durch im Nebenschluss zu der Erregerspule (20) des Elektromagneten (6) angeschlossene elektrische Bauteile ausgebildet.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektromagneten (6) eine Energiespeicherschaltung zugeordnet ist, vorzugsweise ist die Energiespeicherschaltung durch Kondensatoren ausgebildet.
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) unabhängig von dem Ladezustand der Energiespeicherschaltung betätigbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Erregerspule (20) in Folge der Ruhestromstärke über das Joch (2) und/oder den Kern (19) und/oder den Dauermagneten (5) ableitbar ist.
Elektromagnetischer Aktuator ach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung der Wärme von der Erregerspule (20) zu einer Wärmesenke wenigstens ein Wärmebrückenmittel an der Erregerspule (20) angeordnet ist
Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Wärmebrückenmittel eine Kühlrippe und/oder ein Wärmetauscher und/oder ein Wärmerohr und/oder ein Peltier Element ist.
Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (2) innerhalb des Aktuators (1) elastisch gelagert ist und/oder dass die Bauteile innerhalb des Jochs (2) elastisch gelagert sind.