Title:
Elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit Ankerführungsanordnung
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10), umfassend eine Spule (1), ein Joch (2) mit einem Kernteil (3) und einem Rückschlussteil (4), einen relativ zum Kernteil (3) beweglichen Anker (5), einen zwischen dem Kernteil (3) und dem Anker (5) gebildeten Arbeitsluftspalt (6) und eine Ankerführungsanordnung (7) zur Führung des Ankers (5), wobei der Rückschlussteil (4), die Ankerführungsanordnung (7), der Anker (5), der Luftspalt (6) und das Kernteil (3) einen Magnetkreis für einen von der Spule (1) erzeugten magnetischen Fluss (8) bilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ankerführungsanordnung (7) verschiedene Führungssegmente (9; 11) umfasst und ein im Bereich des Arbeitsluftspalts (6) befindliches erstes Führungssegment (9) eine niedrigere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein nicht im Bereich des Arbeitsluftspalts (6) befindliches zweites Führungssegment (11).




Inventors:
Steck, Alexander, Dr. (72127, Kusterdingen, DE)
Herrig, Martin (73265, Dettingen, DE)
Warner, Holger (71336, Waiblingen, DE)
Application Number:
DE102016210091A
Publication Date:
12/14/2017
Filing Date:
06/08/2016
Assignee:
FESTO AG & Co. KG, 73734 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202008003137U1N/A



Foreign References:
EP0146951
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Magenbauer & Kollegen Partnerschaft mbB, 73730, Esslingen, DE
Claims:
1. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10), umfassend eine Spule (1), ein Joch (2) mit einem Kernteil (3) und einem Rückschlussteil (4), einen relativ zum Kernteil (3) beweglichen Anker (5), einen zwischen dem Kernteil (3) und dem Anker (5) gebildeten Arbeitsluftspalt (6) und eine Ankerführungsanordnung (7) zur Führung des Ankers (5), wobei der Rückschlussteil (4), die Ankerführungsanordnung (7), der Anker (5), der Luftspalt (6) und das Kernteil (3) einen Magnetkreis für einen von der Spule (1) erzeugten magnetischen Fluss (8) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführungsanordnung (7) verschiedene Führungssegmente (9; 11) umfasst und ein im Bereich des Arbeitsluftspalts (6) befindliches erstes Führungssegment (9) eine niedrigere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein nicht im Bereich des Arbeitsluftspalts befindliches zweites Führungssegment (11).

2. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (9; 11) jeweils als Einzelteile ausgebildet sind, die zur Bildung der Ankerführungsanordnung (7) vorzugsweise durch Fügen, Einpressen, Löten, Schweißen, und/oder Bördeln zusammengesetzt sind.

3. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Einzelteile ausgebildeten Führungssegmente (9; 11) aus Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit gefertigt sind.

4. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführungsanordnung (7) und/oder der Anker (5) derart ausgestaltet ist, dass der Anker (5) an dem ersten Führungssegment (9) anliegt und von diesem geführt wird, und dass der Anker (5) von dem zweiten Führungssegment (11) beabstandet ist.

5. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerführungsanordnung (7) und/oder der Anker (5) einen Überzug, vorzugsweise eine Beschichtung, und/oder ein Trennelement aufweist, deren magnetische Leitfähigkeit vorzugsweise geringer ist als die magnetische Leitfähigkeit des zweiten Führungssegments.

6. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug oder das Trennelement eine Schichtdicke von größer als 20 µm aufweist, wobei der Überzug vorzugsweise eine Gleitschicht und/oder eine Trennschicht umfasst.

7. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Führungssegment (11) im Magnetkreis zwischen dem Rückschlussteil (4) und dem Anker (5) angeordnet ist, so dass das zweite Führungssegment (11) wenigstens einen Teil des magnetischen Flusses (8) zwischen dem Rückschlussteil (4) und dem Anker (5) führt.

8. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Führungssegment (11) ein insbesondere ferromagnetisch ausgebildetes Plattenelement (12) umfasst, das vorzugsweise scheibenförmig ist und insbesondere zur Befestigung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (10) an ein Rohrelement (13) ausgebildet ist.

9. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Plattenelement (12) in einer Richtung parallel zum magnetischen Fluss (8) mit einem Abschnitt (14) des Rückflussteils (4) überlappt, um so zumindest abschnittsweise zusammen mit dem Abschnitt (14) des Rückflussteils eine magnetische Parallelschaltung zur Führung des magnetischen Flusses (8) zu bilden.

10. Elektromagnetische Betätigungseinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungssegment (7) über eine Schweißnaht mit dem Kernteil (3) verbunden ist, wobei die Schweißnaht an einer dem Anker (5) zugewandten Kante des Kernteils (3) verläuft.

Description:

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung, umfassend eine Spule, ein Joch mit einem Kernteil und einem Rückschlussteil, einen relativ zum Kernteil beweglichen Anker, einen zwischen dem Kernteil und dem Anker gebildeten Arbeitsluftspalt und eine Ankerführungsanordnung zur Führung des Ankers, wobei der Rückschlussteil, die Ankerführungsanordnung, der Anker, der Luftspalt und das Kernteil einen Magnetkreis für einen von der Spule erzeugten magnetischen Fluss bilden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung bei der genannten elektromagnetischen Betätigungseinrichtung in effizienter Weise eine möglichst große, auf den Anker wirkende Antriebskraft bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird anhand der im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ankerführungsanordnung verschiedene Führungssegmente umfasst und ein im Bereich des Arbeitsluftspalts befindliches erstes Führungssegment eine niedrigere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein nicht im Bereich des Arbeitsluftspalts befindliches zweites Führungssegment.

Da erfindungsgemäß das zweite Führungssegment eine höhere magnetische Leitfähigkeit als das erste Führungssegment aufweist, kann der magnetische Fluss über das zweite Führungssegment besonders verlustarm in den Anker eingekoppelt werden, wodurch im Anker ein größerer magnetischer Fluss erzielt wird. Der größere magnetische Fluss bewirkt wiederum, dass die auf den Anker wirkende Antriebskraft erhöht ist. Gleichzeitig wird dadurch, dass das erste Führungssegment eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist, erzielt, dass im Bereich des Arbeitsluftspalts ein möglichst geringer bzw. kein Anteil des magnetischen Flusses über das erste Führungssegment von dem Anker zu dem Kernteil fließt. Dadurch wird gewährleistet, dass ein möglichst großer Anteil des magnetischen Flusses tatsächlich durch den Arbeitsluftspalt verläuft. Dies wiederum begünstigt die Bereitstellung einer möglichst großen Antriebskraft und ermöglicht somit die Lösung der eingangs genannten Aufgabe.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die Führungssegmente jeweils als Einzelteile ausgebildet, die zur Bildung der Ankerführungsanordnung vorzugsweise durch Fügen, Einpressen, Löten, Schweißen, und/oder Bördeln zusammengesetzt sind. Insbesondere sind die als Einzelteile ausgebildeten Führungssegmente aus Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit gefertigt. Auf diese Weise kann insbesondere erzielt werden, dass sich die beiden Führungssegmente in ihrer magnetischen Leitfähigkeit besonders stark voneinander unterscheiden.

Zweckmäßigerweise ist die Ankerführungsanordnung und/oder der Anker derart ausgestaltet, dass der Anker an dem ersten Führungssegment anliegt und von diesem geführt wird, und dass der Anker von dem zweiten Führungssegment beabstandet ist. Dies kann beispielsweise über eine entsprechende Dimensionierung der jeweiligen Durchmesser der Führungssegmente bzw. des Ankers erzielt werden. Auf diese Weise können auf den Anker wirkende Querkräfte verhindert oder vermindert werden. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Anker und dem zweiten Führungssegment dabei entsprechend gering gewählt, so dass das zweite Führungssegment trotz der Beabstandung weiterhin eine gewisse Führung für den Anker bereitstellt und den Anker beispielsweise gegenüber Verkippungen stabilisiert.

Alternativ zu der vorgenannten Ausgestaltung können das erste und das zweite Führungssegment auch den gleichen Durchmesser aufweisen, so dass der Anker an beiden Führungssegmenten anliegt und von beiden Führungssegmenten geführt wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ankerführungsanordnung und/oder der Anker einen Überzug, vorzugsweise eine Beschichtung, und/oder ein Trennelement aufweist, deren magnetische Leitfähigkeit vorzugsweise geringer ist als die magnetische Leitfähigkeit des zweiten Führungssegments. Insbesondere weist der Überzug oder das Trennelement eine Schichtdicke von größer als 20 µm auf, wobei der Überzug vorzugsweise eine Gleitschicht und/oder eine Trennschicht umfasst. Auch auf diese Weise kann eine Beabstandung zwischen magnetisch leitfähigen Elementen und somit eine Reduzierung von Querkräften erzielt werden.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite Führungssegment im Magnetkreis zwischen dem Rückschlussteil und dem Anker angeordnet ist, so dass das zweite Führungssegment wenigstens einen Teil des magnetischen Flusses zwischen dem Rückschlussteil und dem Anker führt. Das zweite Führungssegment befindet sich somit in einem Bereich, in dem der magnetische Fluss über die Ankerführungsanordnung von dem Rückflussteil in den Anker eingekoppelt wird. Da erfindungsgemäß das zweite Führungssegment eine höhere magnetische Leitfähigkeit als das erste Führungssegment aufweist, kann der magnetische Fluss über das zweite Führungssegment besonders verlustarm in den Anker eingekoppelt werden.

Zweckmäßigerweise umfasst das zweite Führungssegment ein insbesondere ferromagnetisch ausgebildetes Plattenelement, das vorzugsweise scheibenförmig ist und insbesondere zur Befestigung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung an ein Rohrelement ausgebildet ist. Insbesondere überlappt sich das Plattenelement in einer Richtung parallel zum magnetischen Fluss mit einem Abschnitt des Rückflussteils, um so zumindest abschnittsweise zusammen mit dem Abschnitt des Rückflussteils eine magnetische Parallelschaltung zur Führung des magnetischen Flusses zu bilden. Auf diese Weise kann die Einkopplung des magnetischen Flusses von dem Rückschlussteil in den Anker weiter verbessert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das erste Führungssegment über eine Schweißnaht mit dem Kernteil verbunden, wobei die Schweißnaht an einer dem Anker zugewandten Kante des Kernteils verläuft. Auf diese Weise kann die Entstehung eines Spalts vermieden werden und somit verhindert werden, dass sich Spaltkorrosion bilden könnte.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

1 eine schematische Schnittansicht einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, die über ein scheibenförmiges Plattenelement an einem Rohrelement befestigt ist.

Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 10. Die elektrische Betätigungseinrichtung 10 dient insbesondere dazu, mittels elektromagnetischer Betätigung eine Verschiebung eines Ankers 5 entlang eines Verschiebewegs 15 zu bewirken. Im gezeigten Beispiel ist die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 an einem Rohrelement 13 befestigt und fungiert beispielsweise als Ventilvorrichtung, um einen durch das Rohrelement 13 fließenden Fluidstrom selektiv zu beeinflussen. Beispielsweise weist der Anker 5 zu diesem Zweck an seinem unteren Ende ein Abdichtungselement 19 auf, das je nach Stellung des Ankers 5 eine Verbindungsöffnung zwischen verschiedenen Abschnitten des Rohrelements öffnet oder schließt.

Die Richtung des Verschiebewegs 15 des Ankers 5 wird im Folgenden auch als z-Richtung oder Axialrichtung bezeichnet. Ferner wird die Richtung senkrecht zum Verschiebeweg 15 als x-Richtung oder Radialrichtung bezeichnet.

Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 10 umfasst eine Spule 1, ein Joch 2, den Anker 5 und eine Ankerführungsanordnung 7. Bei entsprechender Bestromung der Spule 1 führen die vorstehend aufgezählten Elemente den in der 1 schematisch angedeuteten magnetischen Fluss 8.

Das Joch 2 weist einen Kernteil 3 und einen Rückschlussteil 4 auf. Der Kernteil 3 stellt vorzugsweise den Abschnitt des Jochs 2 dar, der sich im Inneren der Spule 1 befindet. Der Rückschlussteil 4 umfasst dementsprechend vorzugsweise den sich außerhalb der Spule 1 befindliche Abschnitt des Jochs 2. Der Kernteil 3 und das Rückschlussteil 4 sind magnetisch miteinander verbunden. Beispielsweise ist zwischen dem Kernteil 3 und dem Rückschlussteil 4 ein Deckelteil 17 vorgesehen, über das der magnetische Fluss 8 von dem Kernteil 3 zu dem Rückschlussteil 4 fließen kann. Exemplarisch ist der Kernteil 3 rotationssymmetrisch, der Rückschlussteil 4 rotationssymmetrisch napfförmig und das Deckelteil 17 rotationssymmetrisch ringförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind der Kernteil 3, der Rückschlussteil 4 und das Deckelteil als aneinandergesetzte bzw. aneinander befestigte Einzelteile ausgebildet. Der Bereich des Rückschlussteils 4, der an die Ankerführungsanordnung 7 angrenzt und den magnetischen Fluss 8 im Wesentlichen in Radialrichtung bzw. x-Richtung führt und in die Ankerführungsanordnung 7 einkoppelt, wird im Folgenden auch als radialer Magnetfeldübergang 14 bezeichnet.

Die Spule 1 weist vorzugsweise eine Anzahl von Wicklungen auf, die entlang der z-Richtung konzentrisch zu dem Verschiebeweg 15 angeordnet sind. Zweckmäßigerweise ist die Spule 1 in der Form eines sich entlang der z-Richtung erstreckenden Prismas oder Zylinders ausgebildet. Der von der Spule 1 gebildete Elektromagnet ist beispielsweise neutral oder polarisiert ausgebildet.

Wie in der 1 beispielhaft gezeigt, ist die Ankerführungsanordnung 7 zumindest abschnittsweise im Innern der Spule 1 angeordnet und stellt eine vorzugsweise in der Form eines sich entlang der z-Richtung erstreckenden Prismas oder Zylinders ausgebildete Ankerkammer für den Anker 5 bereit, wobei Querschnitte der Ankerführungsanordnung 7 und des Ankers 5 vorzugsweise derart aufeinander angepasst sind, dass eine reibungsarme und spielarme Linearführung des Ankers 5 längs des Verschiebewegs 15 gewährleistet ist. Die Ankerführungsanordnung 7 ist dabei insbesondere konzentrisch zum Verschiebeweg 15 und/oder zur Spule 1 ausgerichtet. Die Innenkontur der Ankerführungsanordnung 7 begrenzt die Freiheitsgrade des Ankers 5 insbesondere auf den Verschiebeweg 15. Der Anker 5 ist dabei relativ zur Ankerführungsanordnung 7 und dem Kernteil 3 beweglich gelagert.

Zwischen dem Anker 5 und dem Kernteil 3 befindet sich ein Arbeitsluftspalt 6, dessen Erstreckung in z-Richtung von der Position des Ankers 5 entlang des Verschiebewegs 15 abhängt.

Bei Bereitstellung eines elektrischen Stroms an die Spule 1 erzeugt die Spule 1 den magnetischen Fluss 8, der einen durch das Joch 2, die Ankerführungsanordnung 7, den Anker 5 und den Arbeitsluftspalt 6 verlaufenden Magnetkreis bildet. Da das gezeigte System nach minimalem magnetischem Widerstand strebt und die magnetische Leitfähigkeit des Arbeitsluftspalts 6 geringer ist als die magnetische Leitfähigkeit des Ankers 5, wirkt eine entsprechende Antriebskraft auf den Anker 5, die diesen hin zu dem Kernteil 3 zieht, so dass der Arbeitsluftspalt 6 verkleinert wird. Der vom magnetischen Fluss 8 insgesamt erfahrene magnetische Widerstand wird somit minimiert. Eine Rückstellung des Ankers 5 in die Neutralstellung gemäß der 1 wird beispielhaft nach Abschalten der Strombeaufschlagung für die Spule 1 mit einer exemplarisch gezeigten Rückstellfeder 18 erzielt.

Wie vorstehend bereits erwähnt, besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, in effizienter Weise eine möglichst große Antriebskraft zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die Ankerführungsanordnung 7 verschiedene Führungssegmente 9 und 11 umfasst und ein im Bereich des Arbeitsluftspalts 6 befindliches erstes Führungssegment 9 eine niedrigere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein nicht im Bereich des Arbeitsluftspalts befindliches zweites Führungssegment 11.

Wie in der 1 gezeigt, ist das erste Führungssegment 9 in z-Richtung dabei insbesondere in dem Bereich vorgesehen, in dem sich auch der Arbeitsluftspalt 6 befindet. Im Gegensatz dazu ist das zweite Führungssegment 11 in z-Richtung nicht in diesem Bereich vorgesehen. Stattdessen befindet sich das zweite Führungssegment 11 in z-Richtung insbesondere an dem vorstehend bereits beschriebenen Bereich des radialen Magnetfeldübergangs 14 – also dort, wo der magnetische Fluss 8 über die Ankerführungsanordnung 7 von dem Rückflussteil 4 in den Anker 5 eingekoppelt wird. Insbesondere ist das zweite Führungssegment 11 dabei im Magnetkreis zwischen dem Rückschlussteil 4 und dem Anker 5 angeordnet, so dass das zweite Führungssegment 11 wenigstens einen Teil des magnetischen Flusses 8 zwischen dem Rückschlussteil 4 und dem Anker 5 führt.

Da erfindungsgemäß das zweite Führungssegment 11 eine höhere magnetische Leitfähigkeit als das erste Führungssegment 9 aufweist, kann der magnetische Fluss 8 über das zweite Führungssegment 11 besonders verlustfrei in den Anker 5 eingekoppelt werden, wodurch im Anker 5 ein größerer magnetischer Fluss erzielt wird. Der größere magnetische Fluss bewirkt wiederum, dass die auf den Anker 5 wirkende Antriebskraft erhöht ist.

Gleichzeitig wird dadurch, dass das erste Führungssegment 9 eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist, erzielt, dass im Bereich des Arbeitsluftspalts 6 ein möglichst geringer bzw. kein Anteil des magnetischen Flusses 8 über das erste Führungssegment 9 von dem Anker 5 zu dem Kernteil 3 fließt. Dadurch wird gewährleistet, dass ein möglichst großer Anteil des magnetischen Flusses 8 tatsächlich durch den Arbeitsluftspalt 6 verläuft. Dies wiederum begünstigt die Bereitstellung einer möglichst großen Antriebskraft und ermöglicht somit die Lösung der eingangs genannten Aufgabe.

Durch die beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung des zweiten Führungssegments 11 wird ferner der Vorteil erzielt, dass die Ankerführungsanordnung 7 dickwandiger ausgebildet werden kann, ohne dass dadurch eine allzu große Beeinträchtigung der erzielbaren Antriebskraft bewirkt wird. Dadurch, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des zweiten Führungssegments 11 der radiale Magnetfeldübergang 14 von der Rückschlussteil 4 zu dem Anker 5 eine höhere magnetische Leitfähigkeit erfährt, kann die Ankerführungsanordnung 7 insgesamt dickwandiger ausgebildet werden, ohne dass der magnetische Widerstand in dem Bereich des radialen Magnetfeldübergangs 14 dabei zu groß wird.

Durch eine dickwandigere Ausgestaltung der Ankerführungsanordnung 7 kann unter Anderem eine höhere Belastbarkeit bezüglich auftretender Kräfte, Momente, Innendrücke, Ankeraufschläge und/oder bezüglich eines auftretenden Durchreibens erzielt werden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Führungssegmente 9 und 11 als Einzelteile ausgebildet. Auf diese Weise können die beiden Führungssegmente 9 und 11 aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, und sich somit in ihrer magnetischen Leitfähigkeit besonders stark voneinander unterscheiden. Insbesondere sind die Führungssegmente aus Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit gefertigt. Dadurch kann erzielt werden, dass beim zweiten Führungssegment 11 aufgrund einer guten magnetischen Leitfähigkeit der magnetische Fluss 8 von dem Rückschlussteil 4 besonders gut in den Anker 5 eingekoppelt wird, während beim ersten Führungssegment 9 aufgrund einer schlechten magnetischen Leitfähigkeit nur sehr wenig bzw. kein Anteil des magnetischen Flusses 8 parallel zum Arbeitsluftspalt 6 von dem Anker 5 zu dem Kernteil 3 fließt.

Vorzugsweise ist das zweite Führungssegments 11 aus einem magnetisch nicht oder schlecht leitendem Material, wie zum Beispiel aus austenitischem Edelstahl oder Messing hergestellt. Das zweite Führungssegments 11 ist insbesondere aus einem magnetisch gut leitenden Material gefertigt, wie zum Beispiel aus ferritischem Stahl.

Die als Einzelteile ausgebildeten Führungssegmente 9 und 11 können dabei zur Bildung der Ankerführungsanordnung 7 vorzugsweise durch Fügen, Einpressen, Löten, Schweißen, und/oder Bördeln zusammengesetzt sein.

Alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise, wonach Einzelteile mit unterschiedlicher magnetischen Leitfähigkeit zusammengesetzt werden, kann eine Ankerführungsanordnung 7 mit segmentweise unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit auch durch eine abschnittsweise Veränderung von Materialeigenschaften erfolgen, zum Beispiel durch eine Bearbeitung, Wärmebehandlung, Gefügeveränderung, Umformung, Veränderung der Materialzusammensetzung, usw..

Ferner ist es möglich, durch unterschiedliche Querschnittsausbildungen der beiden Führungssegmente 9 und 11 lokale Sättigungseffekte zu bewirken, und so den vorstehend beschriebenen Unterschied in der magnetischen Leitfähigkeit zu erzielen.

Im gezeigten Beispiel ist das erste Führungssegment 9 in der Form eines Rohrabschnitts ausgebildet und konzentrisch zum Verschiebeweg 15 bzw. zum Anker 5 ausgerichtet. Das zweite Führungssegment 11 umfasst einen rohrförmigen Abschnitt 16, der sich an das rohrförmiges ausgebildete erste Führungssegments 9 koaxial anschließt. Zudem umfasst das zweite Führungssegments 11 ein im gezeigten Beispiel als scheibenförmigen Abschnitt ausgebildetes Plattenelement 12. Das scheibenförmige Plattenelement 12 ist dabei exemplarisch konzentrisch zur Spule 1 angeordnet. Im gezeigten Beispiel weist das Plattenelement 12 in seinem Zentrumsbereich eine Öffnung auf, durch welche der Anker 5 geführt wird.

Das zweite Führungssegment 11 kann dabei einstückig ausgebildet sein, oder, wie durch die gestrichelten Linien in der 1 angedeutet, aus zwei Einzelteilen – nämlich einem rohrförmiges Einzelteil und einem scheibenförmig Einzelteil – zusammengesetzt sein. Die beiden Einzelteile können dabei fest miteinander verbunden sein oder lediglich aneinander anliegen.

Die beiden Führungssegmente 9 und 11 können auch andere Formen aufweisen; entscheidend ist, dass die beiden Führungssegmente 9 und 11 gemeinsam den Verschiebeweg 15 für den Anker 5 definieren, und dabei den Anker 5 räumlich von der Spule 1 und vorzugsweise auch von dem Rückschlussteil 4 trennen, um so in bekannter Weise die Lebensdauer der magnetischen Betätigungseinrichtung zu erhöhen.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des zweiten Führungssegments kann dieses auch, wie durch die gestrichelten Linien in der 1 angedeutet, in der Form eines Rohrabschnitts ausgebildet sein. In diesem Fall bildet das mit dem Bezugszeichen 12 versehene Element ein eigenständiges scheibenförmiges Plattenelement.

Das vorstehend beschriebene Plattenelement 12 erfüllt dabei insbesondere zwei Funktionen. Zum Einen dient es der Befestigung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 10 an das Rohrelement 13 und kann zu diesem Zweck entsprechende Befestigungsabschnitte oder -elemente umfassen. Zum Anderen soll es einen Teil des magnetischen Flusses 8 führen, und ist deshalb vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt.

Wie in der 1 gezeigt, überlappt sich das Plattenelement 12 in einer Richtung parallel zum magnetischen Fluss 8 – also in der Radial- bzw. x-Richtung – mit dem Abschnitt 14 des Rückflussteils 4. Auf diese Weise bildet das Plattenelement 12 zumindest abschnittsweise zusammen mit dem Abschnitt 14 des Rückflussteils eine magnetische Parallelschaltung, so dass in diesem Bereich ein größerer magnetischer Fluss 8 geführt werden kann.

Der Magnetfluss durch das Plattenelement 12 hängt insbesondere von der magnetischen Leitfähigkeit der Verbindung bzw. des Übergangs von dem Abschnitt 14 zu dem Plattenelement 12 ab. Liegt, wie in dem Beispiel der 1 gezeigt, das Plattenelement 12 direkt auf dem Abschnitt 14 auf, so besteht zwischen dem Plattenelement 12 und dem Abschnitt 14 eine magnetisch gut leitfähige Verbindung und ein technisch relevanter Anteil des Magnetflusses verläuft durch das Plattenelement 12. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen dem Plattenelement 12 und dem Abschnitt 14 des Rückflussteils 4 eine Kunststoffschicht vorgesehen ist, die beispielsweise als Rostschutz für das Rückflussteil 4 dient. Eine solche Kunststoffschicht kann dazu führen, dass die magnetische Leitfähigkeit des Übergangs bzw. der Verbindung von dem Abschnitt 14 zu dem Plattenelement 12 stark reduziert ist, so dass im Ergebnis kein technisch relevanter Anteil des Magnetflusses durch das Plattenelement 12 verläuft.

Alternativ zu der in der 1 gezeigten Ausgestaltung des zweiten Führungssegments 11 und des radialen Magnetfeldübergangs 14, wonach das zweite Führungssegment 11 den Rückschlussteil 4 gegenüber dem Anker 5 abdeckt, ist es zudem auch möglich, den Rückschlussteil 4 an den Anker 5 heranzuführen, so dass ein Abschnitt des Rückschlussteils 4 effektiv einen Teil der Ankerführungsanordnung 7 bildet.

Weitere Aspekte, die mit der vorstehend genannten Aufgabe – nämlich der effizienten Erzeugung einer großen Antriebskraft – in Zusammenhang stehen, werden im Folgenden diskutiert.

Zunächst ist es zur effizienten Erzeugung einer großen Antriebskraft wichtig, dass nach Möglichkeit auf den Anker 5 wirkende Querkräfte vermieden werden. Derartige Querkräfte können insbesondere bei direktem Kontakt magnetisch leitfähiger Bauteile auftreten; so z.B. bei einem direkten Kontakt zwischen dem Anker 5 und dem zweiten Führungssegment 11. Die Querkräfte können dabei z.B. auf Remanenzeffekten und/oder hohen lokalen, asymmetrisch in Bezug auf den Umfang des Ankers 5 verteilten magnetischen Feldstärken beruhen und in nachteiliger Weise zu so genanntem magnetischen Kleben führen. Dies kann insbesondere bei einem durch permanentmagnetische oder elektrisch eingeprägte Erregung bedingten Magnetfluss auftreten. Die genannten Querkräfte bzw. das beschriebene magnetische Kleben können insbesondere zu Reibkräften zwischen dem Anker 5 und der Ankerführungsanordnung 7 führen, die den Verschleiß dieser beiden Bauteile fördern. Ferner können die genannten Querkräfte bzw. das magnetische Kleben dazu führen, dass die nutzbare Antriebskraft zwischen dem Anker 5 und dem Kernteil 3 verringert wird.

Zur Lösung der beschriebenen Problematik ist die Ankerführungsanordnung 7 und/oder der Anker 5 vorzugsweise derart ausgestaltet, dass der Anker 5 zwar an dem ersten Führungssegment 9 anliegt und von diesem geführt wird, zugleich jedoch von dem zweiten Führungssegment 11 beabstandet ist.

Der Kontakt zwischen dem Anker 5 und dem erstem Führungssegment 9 bei gleichzeitiger Beabstandung des Ankers 5 und des zweiten Führungssegments 11 kann beispielsweise auf die beiden nachstehend erläuterten Weisen erzielt werden.

Zum Einen kann das zweite Führungssegment 11 insbesondere im Bereich des radialen Magnetfeldübergangs 14 einen größeren Innendurchmesser als das erste Führungssegments 9 aufweisen. Bei konstantem Außendurchmesser des Ankers 5 wird dieser somit an dem ersten Führungssegment 9 anliegen und von diesem geführt werden, während der Anker 5 von dem zweiten Führungssegment 11 beabstandet ist. Auf diese Weise wird bei dem zweiten Führungssegment 11 die Anziehungskräfte zwischen dem Anker 5 und der Ankerführungsanordnung 7 beschränkt und insbesondere eine in Umfangsrichtung des Ankers 5 homogene Verteilung der magnetischen Feldstärke im Bereich des radialen Magnetfeldübergangs 14 erzielt.

Zum Anderen kann auch der Außendurchmesser des Ankers 5 im Bereich des zweiten Führungssegments 11 kleiner ausgestaltet sein als im Bereich des ersten Führungssegments 9. Bei konstantem Innendurchmesser der Ankerführungsanordnung 7 wird dadurch erzielt, dass der Anker 5 das erste Führungssegment 9 berührt bzw. von dieser geführt wird, während er von dem zweiten Führungssegments 11 beabstandet ist.

Alternativ oder zusätzlich dazu können die beschriebenen Querkräfte auf den Anker 5 auch dadurch verhindert bzw. vermindert werden, dass die Ankerführungsanordnung 7 und/oder der Anker 5 einen Überzug, vorzugsweise eine Beschichtung, und/oder ein Trennelement aufweist, deren magnetische Leitfähigkeit vorzugsweise geringer ist als die magnetische Leitfähigkeit des zweiten Führungssegments 11.

Gemäß dieser Maßnahme kann insbesondere die Ankermantelfläche oder die Innenfläche der Ankerführungsanordnung 7 mit einem magnetisch schlecht leitfähigen, dünnen Überzug versehen werden, um einen Mindestabstand zwischen dem Anker 5 und der Ankerführungsanordnung 11 zu gewährleisten. Insbesondere wird dabei ein Mindestabstand zwischen einem Metallteil des Ankers 5 und der Ankerführungsanordnung 11 gewährleistet.

Alternativ dazu kann auch ein dünnwandiges, magnetisch schlecht leitfähiges Trennelement zwischen der Ankerführungsanordnung 7 und dem Anker 5 eingebracht werden.

Durch die Bereitstellung des genannten Überzugs bzw. des Trennelement kann sich die Ankerführung über die gesamte Ankerlänge in z-Richtung erstrecken. Insbesondere kann dabei der Anker 5 auch im Bereich des zweiten Führungssegments 11 geführt werden.

Idealerweise wird als Überzug oder Trennelement eine reibungsmindernde Beschichtung (zum Beispiel mit PTFE) bzw. eine PTFE-Folie oder eine PTFE-Klebefolie verwendet. Insbesondere wird ein Überzug bzw. eine Beschichtung mit geringer magnetischer Leitfähigkeit verwendet. Ferner können die Ankerführungsanordnung 7 bzw. deren Einzelteile durch Umformen hergestellt werden, um eine bezüglich Reibung günstigere Oberfläche (Riefenrichtung, Traganteil) zu erzeugen, als dies zum Beispiel durch spanende Fertigungsverfahren (Drehen) erreicht werden kann.

Die beschriebene Vorgehensweise – nämlich die Beschichtung des Ankers bzw. der Ankerführungsanordnung 7 – ist insbesondere bei Schichtdicken im Bereich von größer 20 µm bis vorzugsweise ca. 50 µm von Vorteil. In diesem Bereich hat sich eine besonders gute Einkopplung des magnetischen Flusses 8 im Bereich des radialen Magnetfeldübergangs 14 gezeigt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Anker 5 beschichtet. Die Schicht besteht dabei vorzugsweise aus einer magnetischen Trennschicht und/oder einer darüberliegenden Gleitschicht. Die beiden Schichten gewährleisten zusammen einen Mindestabstand zwischen dem Anker 5 und der Ankerführungsanordnung 7. Als Gleitschicht kann dabei eine bekannte Standard-Gleitschicht verwendet werden, deren Schichtdicke beispielsweise 15 µm beträgt. Die magnetische Trennschicht wird vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 50 bis 100 µm ausgebildet. Die magnetische Trennschicht ist beispielsweise als Chrom-Trennschicht, Keramik-Trennschicht, oder Kunststoff-Trennschicht ausgebildet. Über der magnetischen Trennschicht befindet sich beispielsweise eine übliche Gleitschicht.

Eine weitere Möglichkeit, auf den Anker wirkende Querkräfte zu vermeiden, die auf einer asymmetrische Flussverteilung beruhen, besteht darin, den Anker 5 in Richtung des Arbeitsluftspalts 6 bzw. hin zu dem Kernteil 3 konusförmig auszugestalten, so dass er sich in Richtung hin zu dem Kernteil 3 verjüngt. Durch eine derartige Ausgestaltung des Ankers 5 kann erzielt werden, dass der obere Rand des Ankers 5 gegenüber dem Kernteil 3 stets magnetisch gesättigt ist, so dass sich der Anker 5 automatisch relativ zu dem Kernteil 3 ausrichtet und damit einer asymmetrischen Flussverteilung entgegenwirkt.

Dieser Vorteil lässt sich auch durch eine konusförmige Ausgestaltung des Kernteils erzielen, insbesondere eine konusförmige Ausgestaltung, bei der sich das Kernteil in Richtung hin zu dem Anker verjüngt. Bei einer konusförmigen Ausgestaltung des Kernteils kann der Anker beispielsweise zylindrisch ausgebildet sein.

Im gezeigten Beispiel der 1 ist in der dem Kernteil 3 zugewandten Seite des Ankers 5 zudem eine Aussparung vorgesehen, die dazu dient, einen Abschnitt des Kernteils 3 aufzunehmen, und so zur Querstabilität des Ankers 5 beiträgt. Alternativ dazu kann der Anker 5 jedoch auch ohne eine solche Aussparung ausgebildet sein.

Zusätzlich bzw. alternativ zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise kann im Bereich des zweiten Führungssegments 11 bzw. des radialen Magnetfeldübergangs 14 eine Achsverschiebung dadurch vermieden werden, dass eine Schichtdicke der Kombinationsschicht aus magnetischer Trennschicht und Gleitschicht gewählt wird, bei welcher eine Vergleichmäßigung des Flusses stattfindet.

Vorzugsweise ist das erste Führungssegment 7 über eine Schweißnaht mit dem Kernteil 3 verbunden, die an einer dem Anker 5 zugewandten Kante des Kernteils 3 verläuft. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Unterkante des Kernteils 3. Dadurch, dass die Schweißnaht an einer solchen Kante des Kernteils 3 ausgebildet ist, entsteht kein Spalt, in dem sich Spaltkorrosion bilden könnte.

Die vorstehend beschriebenen, über den Gegenstand des Anspruchs 1 hinausgehenden Merkmale des Ausführungsbeispiels sind nicht nur in ihrem gezeigten, beispielhaften Kontext zu verstehen, sondern sind auch jeweils einzeln und unabhängig voneinander mit den in den Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen kombinierbar, um die mit den jeweiligen, vorstehend beschriebenen Merkmalen zusammenhängenden zusätzlichen Vorteile zu erzielen.