Title:
Vorrichtung, umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Magnetanker, sowie Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, umfassend eine Magnetbaugruppe (1) und einen hubbeweglichen Magnetanker (2), wobei die Magnetbaugruppe (1) eine ringförmige Magnetspule (3) und einen Magnetkern (4) mit mindestens einer dem Magnetanker (2) zugewandten Polfläche (5, 6) umfasst. Erfindungsgemäß ist auf der Polfläche (5, 6) des Magnetkerns (4) oder auf einer dem Magnetkern (4) zugewandten Stirnfläche (7) des Magnetankers (2) mindestens ein Restluftspaltelement (8) angeordnet, das in einem additiven Herstellungsprozess aufgebracht worden ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.





Inventors:
Wessner, Jochen (73728, Esslingen, DE)
Katz, Martin (70469, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102016207989A
Publication Date:
11/16/2017
Filing Date:
05/10/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
H01F7/121
Domestic Patent References:
DE102010030600A1N/A2011-12-29
Claims:
1. Vorrichtung, umfassend eine Magnetbaugruppe (1) und einen hubbeweglichen Magnetanker (2), wobei die Magnetbaugruppe (1) eine ringförmige Magnetspule (3) und einen Magnetkern (4) mit mindestens einer dem Magnetanker (2) zugewandten Polfläche (5, 6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Polfläche (5, 6) des Magnetkerns (4) oder auf einer dem Magnetkern (4) zugewandten Stirnfläche (7) des Magnetankers (2) mindestens ein Restluftspaltelement (8) aus einem nicht magnetischen Material aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt, ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Restluftspaltelement (8) in einem Lasersinterprozess oder in einem 3D-Druckverfahren aufgebracht worden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Restluftspaltelement (8) eine Dicke (d) aufweist, die 5 bis 50 µm, vorzugsweise 10 bis 45 µm, beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Restluftspaltelement (8) die Polfläche (5, 6) des Magnetkerns (4) oder die Stirnfläche (7) des Magnetankers (2) lediglich partiell bedeckt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Restluftspaltelemente (8), beispielsweise drei, vier oder fünf Restluftspaltelemente (8), auf der Polfläche (5, 6) des Magnetkerns (4) oder auf der Stirnfläche (7) des Magnetankers (2) aufgebracht sind, wobei vorzugsweise die mehreren Restluftspaltelemente (8) in gleichem Winkelabstand (α) zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (4) eine ringförmige Ausnehmung (9) zur Aufnahme der Magnetspule (3) aufweist und das mindestens eine Restluftspaltelement (8) auf einer radial außen in Bezug auf die Magnetspule (3) angeordnete Polfläche (5) und/oder auf einer radial innen in Bezug auf die Magnetspule (3) angeordnete Polfläche (6) aufgebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Restluftspaltelement (8) im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein Magnetventil zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors ist, das vorzugsweise ein mit dem Magnetanker (2) gekoppeltes oder koppelbares Ventilglied umfasst.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung ein Magnetaktor mit einem hubbeweglichen Magnetanker (2) zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine dem Magnetanker (2) zugewandte Polfläche (5, 6) des Magnetkerns (4) oder eine dem Magnetkern (4) zugewandte Stirnfläche (7) des Magnetankers (2) mindestens ein Restluftspaltelement (8) aus einem nichtmagnetischen Material aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt, wird.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Magnetanker, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Vorrichtung kann insbesondere als Magnetventil oder Magnetaktor ausgebildet sein. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.

Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 030 600 A1 ist ein Magnetventil mit einer Magnetbaugruppe zur Einwirkung auf einen Anker bekannt. Die Magnetbaugruppe umfasst eine Magnetspule und einen Magnetkern, bestehend aus einem Magnetkerninnenpol und einem Magnetkernaußenpol. Zwischen dem Magnetkern und dem Anker ist eine Restluftspaltscheibe eingelegt, die als Hubanschlag für den Anker dient und bei anschlagendem Anker zur Ausbildung eines Restluftspalts führt. Die Restluftspaltscheibe ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie den Restluftspalt zwischen dem Magnetkernaußenpol und dem Außendurchmesser des Ankers in radialer Richtung verschließt. Dadurch soll einem Ankerschließprellen entgegengewirkt werden.

Als Restluftspaltscheiben werden üblicherweise dünne Folien aus einem nichtmagnetischen Material eingesetzt. Sie bewirken eine magnetische Trennung zwischen dem Magnetkern und dem Anker, so dass die Gefahr eines magnetischen Klebens des Ankers am Magnetkern verringert wird. Die hierzu verwendeten dünnen Folien sind jedoch nicht einfach zu fertigen und/oder zu montieren. Fertigung und Montage verlangen daher eine gewisse Mindestdicke der Folien. Diese wiederum wirkt sich negativ auf die Magnetkraft und damit auf den Energiebedarf der Magnetbaugruppe aus.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Magnetanker, anzugeben, deren Energiebedarf optimiert ist. Zugleich soll die Ausbildung eines Restluftspalts zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker sichergestellt werden, um magnetischen Klebeeffekten entgegenzuwirken.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Magnetanker, wobei die Magnetbaugruppe eine ringförmige Magnetspule und einen Magnetkern mit mindestens einer dem Magnetanker zugewandten Polfläche umfasst. Erfindungsgemäß ist auf der Polfläche des Magnetkerns oder auf einer dem Magnetkern zugewandten Stirnfläche des Magnetankers mindestens ein Restluftspaltelement aus einem nicht magnetischen Material aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt demnach das Restluftspaltelement kein eigenständiges Bauteil mehr dar, sondern geht eine feste Verbindung mit dem Magnetkern oder dem Magnetanker ein. Auf diese Weise entfällt ein Montagschritt. Zudem kann ein Restluftspaltelement mit einer sehr geringen Dicke realisiert werden, beispielsweise kann die Dicke deutlich unter der einer als dünne Folie ausgebildeten Restluftspaltscheibe liegen. Auf diese Weise beeinträchtigt das Restluftspaltelement die Magnetkraft der Magnetbaugruppe nicht oder nur unwesentlich, so dass der Energiebedarf der Magnetbaugruppe gesenkt wird. Zugleich ist über das Restluftspaltelement ein verbleibender Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker sichergestellt, so dass magnetischen Klebeeffekten entgegengewirkt wird.

Das Aufbringen des nichtmagnetischen Materials zur Ausbildung des Restluftspaltelements erfolgt in einem additiven Herstellungsverfahren. Vorzugsweise ist das Restluftspaltelement in einem Lasersinterprozess oder in einem 3D-Druckverfahren aufgebracht worden. Beide Verfahren sorgen für einen sicheren Verbund des Restluftspaltelements mit dem Magnetkern bzw. mit dem Magnetanker. Dies ist insofern von Bedeutung, als das Restluftspaltelement zugleich als Anschlagfläche dient und die Anschlagkräfte nicht zu einem Ablösen des Restluftspaltelements von der Polfläche des Magnetkerns bzw. der Stirnfläche des Magnetankers führen dürfen.

Bevorzugt weist das Restluftspaltelement eine Dicke auf, die 5 bis 50 µm, vorzugsweise 10 bis 45 µm, beträgt. Bei einer entsprechenden Dicke des Restluftspaltelements können hohe Magnetkräfte bei vergleichsweise geringem Energiebedarf erzielt werden. Zugleich bleibt ein ausreichender Restluftspalt zur Vermeidung magnetischer Klebeeffekte sichergestellt.

Vorteilhafterweise bedeckt das Restluftspaltelement die Polfläche des Magnetkerns oder die Stirnfläche des Magnetankers lediglich partiell. Das heißt, dass das nichtmagnetische Material lokal begrenzt aufgebracht ist. Auf diese Weise wird der Magnetfluss zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker optimiert, was zur Folge hat, dass der Energiebedarf der Magnetbaugruppe weiter verringert wird.

Ferner wird vorgeschlagen, dass mehrere Restluftspaltelemente, beispielsweise drei, vier oder fünf Restluftspaltelemente, auf der Polfläche des Magnetkerns oder auf der Stirnfläche des Magnetankers aufgebracht sind. Die Anschlagkräfte bei einer Hubbewegung des Ankers werden dann auf mehrere Restluftspaltelemente verteilt. Vorzugsweise sind die mehreren Restluftspaltelemente in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet. Das heißt, dass bevorzugt die mehreren Restluftspaltelemente auf der Polfläche des Magnetkerns oder auf der Stirnfläche des Magnetankers gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die gleichmäßige Verteilung der Restluftspaltelemente verhindert eine Schräglage des Magnetankers beim Anschlagen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Magnetkern eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme der Magnetspule auf und das mindestens eine Restluftspaltelement ist auf einer radial außen in Bezug auf die Magnetspule angeordnete Polfläche und/oder auf einer radial innen in Bezug auf die Magnetspule angeordnete Polfläche aufgebracht. Der Magnetkern bildet demnach einen ringförmigen Außenpol und einen ringförmigen Innenpol mit jeweils einer Polfläche aus, auf welcher das mindestens eine Restluftspaltelement aufgebracht sein kann. Mehrere Restluftspaltelemente können auf lediglich einer Polfläche oder auf beiden Polflächen aufgebracht sein. Durch Aufbringen des mindestens einen Restluftspaltelements auf mindestens eine Polfläche des Magnetkerns kann die Belastung des Restluftspaltelements verringert werden. Denn im Unterschied zum hubbeweglichen Magnetanker bewegt sich der Magnetkern im Betrieb der Magnetbaugruppe nicht, so dass keine Strömungskräfte auf das Restluftspaltelement wirken.

Des Weiteren bevorzugt ist das Restluftspaltelement im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Durch die Kreisform verringert sich die Angriffsfläche im Umfangsbereich des Restluftspaltelements, so dass einem Ablösen des Restluftspaltelements entgegengewirkt wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Magnetventil zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors ist. Die Vorteile der Erfindung kommen hier besonders gut zum Tragen, da bei verringertem Energiebedarf zugleich hohe Magnetkräfte erzielbar sind. Bei dem Magnetventil kann es sich insbesondere um ein Steuerventil handeln, mittels dessen der Kraftstoffinjektor indirekt betätigbar ist. Vorzugsweise umfasst das Magnetventil ein mit dem Magnetanker gekoppeltes oder koppelbares Ventilglied.

In Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Magnetaktor mit einem hubbeweglichen Magnetanker zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors ist. Der Magnetaktor in Kombination mit dem hubbeweglichen Magnetanker ermöglicht eine direkte Betätigung des Kraftstoffinjektors, wobei hohe Magnetkräfte von Vorteil sind.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Bei dem Verfahren wird auf eine dem Magnetanker zugewandte Polfläche des Magnetkerns oder auf eine dem Magnetkern zugewandte Stirnfläche des Magnetankers mindestens ein Restluftspaltelement aus einem nichtmagnetischen Material aufgebracht. Auf diese Weise kann ein Restluftspaltelement realisiert werden, das besonders dünn ausgebildet ist und somit zu den vorstehend genannten Vorteilen führt. Vorzugsweise wird das Restluftspaltelement aus einem nichtmagnetischen Material auf die Polfläche des Magnetkerns bzw. auf die Stirnfläche des Magnetankers aufgedruckt. Hierzu eignet sich insbesondere ein 3D-Druckverfahren. Alternativ kann die Aufbringung des nichtmagnetischen Materials in einem Lasersinterprozess erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und

2 eine perspektivische Darstellung des Magnetkerns der Vorrichtung der 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der 1 dargestellte Vorrichtung umfasst eine Magnetbaugruppe 1 mit einer ringförmigen Magnetspule 3 und einem Magnetkern 4, wobei die Magnetspule 3 in einer ringförmigen Ausnehmung 9 des Magnetkerns 4 eingelassen ist. Der Magnetkern 4 bildet auf diese Weise einen Außenpol 10 mit einer Polfläche 5 und einen Innenpol 11 mit einer Polfläche 6 aus. Ferner umfasst die in der 1 dargestellte Vorrichtung einen hubbeweglichen Magnetanker 2, der als Flachanker ausgebildet ist und eine dem Magnetkern 4 zugewandte Stirnfläche 7 besitzt. Im Magnetanker 2 ist ein Ankerbolzen 12 eingesetzt, der den Magnetanker 2 überragt und durch eine zentrale Öffnung 13 des Magnetkerns 4 geführt ist. Auf dem Ankerbolzen 12 ist eine Schraubendruckfeder 14 abgestützt, die über den Ankerbolzen 12 auch den Magnetanker 2 belastet.

Wird die Magnetspule 3 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker 2 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 14 in Richtung des Magnetkerns 4 zieht, bis der Magnetanker 2 an Anschlagflächen 15 anschlägt, die vorliegend durch mehrere Restluftspaltelemente 8 gebildet werden. Zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 4 verbleibt somit ein Restluftspalt 16. Da die Restluftspaltelemente 8 aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sind, bewirken sie eine magnetische Trennung zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 4. Auf diese Weise wirken sie magnetischen Klebeeffekten entgegen, wenn die Federkraft der Schraubendruckfeder 14 nach Beenden der Bestromung der Magnetspule 3 den Magnetanker 2 in seine Ausgangslage zurückstellen soll.

Das nichtmagnetische Material zur Ausbildung der Restluftspaltelemente 8 ist auf die Polfläche 5 des Außenpols 10 aufgedruckt. Dadurch lassen sich Restluftspaltelemente 8 mit einer Dicke unter 50 µm realisieren. Ferner können mehrere kleinflächige Restluftspaltelemente 8, welche die Polfläche 5 es Außenpols 10 nur partiell bedecken, ausgebildet werden, da die Restluftspaltelemente 8 auf der Polfläche 5 des Magnetkerns 4 fixiert sind. Die lediglich partielle Abdeckung der Polfläche 6 des Magnetkerns 4 durch die Restluftspaltelemente 8 und der geringe Restluftspalt 16 führen zu einer hohen auf den Magnetanker 2 wirkenden Magnetkraft. In der Folge sinkt auch der Energiebedarf der Magnetbaugruppe 1.

Wie der Darstellung der 2 zu entnehmen ist, sind auf der Polfläche 5 des Außenpols 10 drei Restluftspaltelemente 8 aufgedruckt. Die drei Restluftspaltelemente 8 sind in gleichem Winkelabstand α zueinander angeordnet.

Alternativ oder ergänzend können auch mehrere Restluftspaltelemente 8 auf der Polfläche 6 des Innenpols 11 aufgedruckt sein. Diese Ausführungsform ist in der 2 gestrichelt dargestellt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102010030600 A1 [0002]