STELLVORRICHTUNG

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung mit einem Gehäuse und mindestens einem elektromagnetischen Linearaktuator, welcher eine relativ zu dem Gehäuse bewegbare, eine Permanentmagnetanordnung und einen hiermit gekoppelten Stößel umfassende Ankereinheit und eine sich um die Permanentmagnetanordnung herum erstreckende, mindestens eine Spulenwicklung aufweisende gehäusefeste Spulenanordnung umfasst, wobei die Permanentmagnetanordnung einen axial magnetisierten Scheibenmagnet und zwei stirnseitig an diesem angeordnete Flussleitstücke aufweist.

[0002] Stellvorrichtungen der vorstehend genannten Art sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Zu verweisen ist beispielsweise auf die US 2014/0028420 A1, insbesondere aber auf die WO 2018/149694 A1 und die WO 2019/007675 A1. Zum Einsatz kommen derartige Stellvorrichtungen unter anderem im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik.

[0003] Die DE 10 2011 009 327 A1 offenbart eine Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie stellt dabei darauf ab, dass der Innenraum eines - einen magnetischen Nebenschluss bildenden - Führungszylinders, in dem die Permanentmagnetanordnung der Ankereinheit des elektromagnetischen Linearaktuators bewegbar ist, in einem Längenbereich derart vergrößert ist, dass für den Magnetfluss ein Nebenschluss-Luftspalt gebildet ist. Offenbart ist dabei auch eine Ausführungsform, bei der eine (ovale) Spulenanordnung zwei nebeneinander angeordnete Ankereinheiten umgibt, deren jeweilige Permanentmagnetanordnung in einem entsprechenden Führungszylinder bewegbar ist.

[0004] In typischen Anwendungsumgebungen werden an Stellvorrichtungen der eingangs genannten Art diverse, teilweise miteinander im Konflikt stehende Anforderungen gestellt. Hierzu zählen namentlich hohe Stellkräfte, geringe Herstellungskosten, hohe Zuverlässigkeit, geringe Abmessungen und hohe energetische Effizienz. Für verschiedene Anwendungsfälle kommt zudem einer möglichst hohe Schaltdynamik große Bedeutung zu.

[0005] Zwar existieren, insbesondere in Form der Stellvorrichtungen nach der WO 2018/149694 A1 und der WO 2019/007675 A1, Schaltvorrichtungen der eingangs angegebenen Art, welche nicht nur den üblichen, verbreitet bestehenden Anforderungen im hohen Maße genügen, sondern sich zudem durch eine vergleichsweise hohe Schaltdynamik auszeichnen; denn die in die Permanentmagnetanordnung eingearbeiteten Fluid-Ausgleichskanäle erlauben eine zur Bewegung der Ankereinheit gegenläufige Ausgleichsbewegung des in dem die Permanentmagnetanordnung aufnehmenden Raum befindlichen Fluids mit vergleichsweise geringer Reibung und mithin nur geringer Dämpfwirkung, weshalb sich auch mit relativ kompakten Spulenanordnungen vergleichsweise kurze Schaltzeiten realisieren lassen. Die Suche nach noch besseren, für die Praxis - insbesondere hinsichtlich der Herstellungskosten - noch attraktiveren Stellvorrichtungen der eingangs angegebenen Art hält indessen unvermindert an.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabenstellung durch die in Anspruch 1 angegebene Stellvorrichtung.

[0007] Ausgehend vom Stand der Technik nach der WO 2018/149694 A1 und der WO 2019/007675 A1 weist, zur Lösung dieser Aufgabenstellung, bei einer Stellvorrichtung der eingangs angegebenen Art der Scheibenmagnet eine kreiszylindrische Außenfläche auf und sind die Flussleitstücke als runde Flussleitscheiben ausgeführt, und ferner weist die Spulenanordnung zumindest auf einem Teil ihrer axialen Erstreckung, nämlich zumindest im Bereich ihrer axialen Überlappung mit der Permanentmagnetanordnung einen unrunden Querschnitt auf dergestalt, dass ihre Innenfläche auf mindestens zwei ersten Umfangsabschnitten zu der Außenfläche der Permanentmagnetanordnung einen Spalt mit einem ersten lichten Radialmaß und auf mindestens zwei ausgebuchteten zweiten Umfangsabschnitten, welche jeweils einer Ausbuchtung der Spulenwicklung zugeordnet sind, zu der Außenfläche der Permanentmagnetanordnung ein gegenüber dem ersten lichten Radialmaß vergrößertes zweites lichtes Radialmaß einhält, wobei der Maximalwert des zweiten lichten Radialmaßes wesentlich größer ist als das erste lichte Radialmaß; im Bereich der mindestens zwei zweiten Umfangsabschnitte besteht zwischen der Permanentmagnetanordnung und der Spulenanordnung jeweils ein Ausgleichskanal mit einem sichelförmigen Querschnitt. Unter "wesentlich größer" ist dabei zu verstehen, dass der Maximalwert des zweiten lichten Radialmaßes mindestens den 3-fachen Wert des ersten lichten Radialmaßes beträgt. Bevorzugt beträgt der Maximalwert des zweiten lichten Radialmaßes sogar mindestens den 5-fachen Wert des ersten lichten Radialmaßes. Die Angabe, wonach die Spulenanordnung "zumindest auf einem Teil ihrer axialen Erstreckung" einen (näher spezifizierten) unrunden Querschnitt aufweist, bringt zum Ausdruck, dass die Spulenanordnung bzw. die Spulenwicklung in einem ggf. bestehenden Bereich ohne axiale Überlappung mit der Permanentmagnetanordnung durchaus einen runden Querschnitt aufweisen kann. Mit anderen Worten ist erfindungswesentlich, dass die Spulenanordnung räumlich jedenfalls insoweit, als eine axiale Überlappung mit der Permanentmagnetanordnung besteht, einen wie näher spezifiziert unrunden Querschnitt aufweist.

[0008] In synergistischem Zusammenwirken miteinander wirken sich die in Kombination miteinander für die erfindungsgemäße Stellvorrichtung charakteristischen Merkmale in durchaus überraschender Weise in einer, im Vergleich zum vorstehend dargelegten Stand der Technik, nochmals erheblich verbesserten Praxistauglichkeit der Stellvorrichtung aus. Besonders zu Tage treten dabei Vorzüge hinsichtlich der Kosten-Leitungs-Relation. So lässt sich eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung, welche in Umsetzung der vorliegenden Erfindung im Bereich des mindestens einen zweiten Umfangsabschnitts zwischen der Permanentmagnetanordnung und der Spulenanordnung einen Ausgleichskanal für das in dem die Permanentmagnetanordnung aufnehmenden Raum befindliche Fluid aufweist, zu deutlich geringeren Kosten herstellen als die funktional ähnlichen Stellvorrichtungen nach der WO 2018/149694 A1 und der WO 2019/007675 A1. Denn bei letzteren ist die Herstellung der - auf ihrer Oberfläche Ausgleichskanälen aufweisenden - Permanentmagnetanordnung vergleichsweise aufwändig, nicht nur weil an dem Scheibenmagneten und den beiden Flussleitstücken am jeweiligen Umfang entsprechende Aussparungen einzubringen sind, sondern auch wegen des bei der Montage der Permanentmagnetanordnung mit dem zueinander fluchtenden Ausrichten der betreffenden Aussparungen zueinander verbundenen Aufwands. All dieser Aufwand erübrigt sich im Falle der vorliegenden Erfindung, und zwar ohne nennenswerten Mehraufwand für die Herstellung der (zumindest innen) unrunden Spulenanordnung; denn die Mehrkosten für den durch die mindestens eine Ausbuchtung ggf. gegenüber dem Stand der Technik geringfügig längeren Wicklungsdraht fallen kaum ins Gewicht. Typischerweise lässt sich in Umsetzung der vorliegenden Erfindung sogar auch noch Wicklungsdraht sparen; denn infolge ihrer hervorragenden Effizienz kommen Stellvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung vielfach mit einer schwächer dimensionierten Spulenanordnung aus als Stellvorrichtungen nach dem Stand der Technik mit ähnlichen Leistungsdaten.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Platzierung und Ausführung der - einen sichelförmigen Querschnitt aufweisenden - Ausgleichskanäle ergibt sich zudem eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, gleichmäßigere Verteilung des Magnetflusses innerhalb des Linearaktuator-Systems, was sich positiv auf das Leistungsvermögen auswirkt. So lassen sich hocheffiziente Stellvorrichtungen sogar mit vergleichsweise einfachen, in lediglich einer Wicklungsrichtung gewickelten Spulen erreichen, was sich ebenfalls - im Vergleich mit dem dargelegten Stand der Technik - kostenmindernd auswirkt und zudem sehr kompakte Bauweisen ermöglicht.

[0010] Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen insbesondere in solchen Anwendungen zum Tragen, bei denen sich in dem die Permanentmagnetanordnung aufnehmenden Raum nicht zuverlässig nur Luft (bzw. ein Gas) befindet, weil beispielsweise ein Eindringen von (über den Stößel verschlepptem) Öl oder einer anderweitigen Flüssigkeit nicht ausgeschlossen werden kann oder gar beabsichtigt ist. Denn in Anwendung der vorliegenden Erfindung lassen sich ohne nachteilige Auswirkungen auf die magnetische Situation sogar Ausgleichskanäle mit einem größeren Gesamtquerschnitt erreichen als nach dem Stand der Technik.

[0011] In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung bestehen mindestens drei erste und drei zweite Umfangsabschnitte. Im Übrigen sind die zweiten Umfangsabschnitte vorzugsweise gleichmäßig über den Innenumfang der Spulenanordnung verteilt angeordnet. Dies kommt in dem vorstehend bereits angesprochenen Sinne einer besonders gleichmäßigen Verteilung des Magnetflusses innerhalb des Linearaktuator-Systems und somit der Leistungsfähigkeit entgegen.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Spulenanordnung einen (vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden) Wicklungsträger mit einem Hülsenabschnitt und zwei endseitigen Stützscheiben auf. Der Hülsenabschnitt gibt dabei - in dem relevanten Bereich (s. o.) - die unrunde innere Kontur der Spulenanordnung bzw. die unrunde Geometrie der Spulenwicklung vor. Er ist ausschließlich konvex gekrümmt, zumindest in dem relevanten Bereich mit lokal unterschiedlichen Krümmungsradien ggf. bis hin zu teilweise ebenen

[0013] Flächenabschnitten, und weist somit keine Einbuchtungen auf. So liegt die Spulenwicklung überall unterbrechungsfrei über den gesamten Umfang des Hülsenabschnitts an dem Wicklungsträger an. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Hülsenabschnitt dergestalt gestuft ausgeführt, dass ein - axial zu der Permanentmagnetanordnung versetzter, diese nicht axial überlappender - Teilbereich die Permanentmagnetanordnung ringförmig radial überlappt. In diesem eingeschnürten Teilbereich kann der Hülsenabschnitt innen durchaus einen runden Querschnitt aufweisen. Wicklungstechnisch ist allerdings von Vorteil, wenn der Hülsenabschnitt auch dort eine unrunde Außenfläche aufweist, was sich durch über den Umfang unterschiedliche Wandstärken realisieren lässt. Insbesondere dann, wenn der Hülsenabschnitt des Wicklungsträgers - in dem mindestens einen zweiten Umfangsabschnitt der Spulenanordnung - örtlich ebene Flächenabschnitte aufweist (s. o.), kann von Vorteil sein, wenn hierzu analog zumindest die angrenzende Stützscheibe an ihrem Außenumfang auf mindestens zwei Abschnitten geradlinig begrenzt ist.

[0014] Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Spulenanordnung in einem Käfig aufgenommen. Der - als Flusskonzentrator wirkende - Käfig besteht aus einem magnetisch hochpermeablen Material (z. B. Weicheisen). Bevorzugt umfasst er eine die Spulenanordnung stirnseig abdeckende Stirnplatte und eine die Spulenanordnung auf ihrem Außenumfang zumindest teilweise umgebende Mantelstruktur. Besonders günstig ist dabei, und zwar sowohl im Hinblick auf einen guten magnetischen Fluss als auch im Hinblick auf die Herstellungskosten, wenn die Stirnplatte und die Mantelstruktur einstückig miteinander verbunden und durch Biegen aus einem Blechzuschnitt hervorgegangen sind. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Mantelstruktur mindestens einen ebenen Flächenabschnitt aufweist; denn dieser kann mit der Stirnplatte (an einer geraden Kante derselben) längs einer Biegekante von einer Länge, welche einen nennenswerten Teil (mindestens 10%, bevorzugt mindestens 15%) des Umfangs der Mantelstruktur ausmacht, verbunden sein. Hiervon profitiert der magnetische Fluss innerhalb des Käfigs. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass in die Spulenanordnung ein mit dem Käfig Magnetfluss-leitend gekoppelter Kern hineinragt, welcher ebenfalls als Flusskonzentrator wirkt und hierzu aus einem magnetisch hochpermeablen Material (z. B. Weicheisen) besteht. Die Außenkontur des Kerns ist idealerweise an die Innenkontur der Spulenanordnung, namentlich eines ggf. vorgesehenen Wicklungsträgers angepasst. Ist ein gestuft ausgeführter Wicklungsträger vorgesehen und ragt der Kern so weit in die Spulenanordnung hinein, dass er die Stufe des Wicklungsträgers überlappt, so verfügt der (etwa pilzförmig ausgeführte) Kern bevorzugt einen zu der Stufe des Wicklungsträgers korrespondierenden Absatz.

[0015] Weist die Stellvorrichtung, in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung, zwei elektromagnetische Linearaktuatoren auf, so ist für diese vorteilhafterweise eine gemeinsame Käfigstruktur mit einer durchgehenden, beide Spulenanordnungen stirnseig abdeckenden Stirnplatte vorgesehen. Von einer solchen durchgehenden gemeinsamen Stirnplatte profitiert insbesondere die Statik, was dazu führt, dass eine Gehäusestruktur weniger belastet wird und somit weniger dickwandig auszuführen ist als im Falle zweier getrennter Käfige. Vorteilhaft für die Statik ist dabei im Übrigen, und zwar unabhängig von der Anzahl der Linearaktuatoren, wenn die die Spulenanordnung des mindestens einen Linearaktuators umgebende Gehäusestruktur an den Käfig (bzw. die Käfige) angespritzt ist, so dass eine Verbundstruktur entsteht, in der sich beide Teile gegenseitig aussteifen.

[0016] Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Flussleitscheiben ein unterschiedliches Axialmaß auf, namentlich dergestalt, dass jene Flussleitscheibe, welche sich an der dem Stößel abgewandten Stirnseite der Permanentmagnetanordnung befindet, eine gegenüber der anderen Flussleitscheibe geringere Stärke aufweist. Dies berücksichtigt das im Rahmen der Erfindung bestehende Optimierungspotential hinsichtlich der Magnetflussverteilung, wobei sich die - durch die dünnere Ausführung der betreffenden Flussleitscheibe erzielbare - Reduktion der Masse der Ankereinheit sehr positiv auf das dynamische Verhalten der Stellvorrichtung auswirkt.

[0017] Gemäß einer nochmals anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Scheibenmagnet als Ringscheibenmagnet und ist mindestens eine der Flussleitscheiben als Flussleit-Ringscheibe ausgeführt, wobei die Ankereinheit einen mit dem Stößel gekoppelten, sich in die betreffende Flussleit-Ringscheibe und den Ringscheibenmagnet hinein erstreckenden Schaft umfasst. Der Schaft besteht dabei bevorzugt aus Edelstahl oder einem Material mit vergleichbar geringer magnetischer Permeabilität. Der Schaft kann einstückig mit dem Stößel sein und in diesen übergehen. Für Hochleistungsanwendungen ist indessen vorteilhaft, wenn der Stößel aus einem Material mit einem gegenüber Edelstahl höheren Härtegrad besteht, beispielsweise aus einem hochfesten Stahl. Zudem kann der Stößel ganz oder teilweise mit einer geeigneten Hartbeschichtung (z. B. einer Diamantbeschichtung) versehen sein. Sind in vorstehendem Sinne der Schaft und der Stößel nicht Bereiche eines einstückigen Bauteils, so kann die Koppelung des Schafts mit dem Stößel insbesondere in Form einer starren Verbindung ausgeführt sein. In Betracht kommt insbesondere ein Verbinden mittels Laserschweißung oder Reibschweißung.

[0018] Vorteilhaft ist im Übrigen, wenn das Gehäuse ein als Montage- und Führungsblock ausgeführtes Endstück umfasst, wobei die Ankereinheit ausschließlich, nämlich über den Stößel, in dem Montage- und Führungsblock verschiebbar geführt gelagert ist. So sind geringstmögliche Reibungsverluste zu realisieren, was wiederum günstig ist für eine hohe Sachaltdynamik.

[0019] Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand dreier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei sich der zugehörigen Beschreibung insbesondere auch noch weitere, über die vorstehende Erläuterung der Erfindung hinausgehende vorteilhafte Aspekte entnehmen lassen.

[0020] In der Zeichnung zeigt

Fig. 1

einen Schnitt durch eine zwei Linearaktuatoren aufweisende Stellvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2

eine der beiden Spulenanordnungen der Stellvorrichtung nach Fig. 1 samt zugehörigem Käfig in perspektivischer Ansicht schräg von oben,

Fig. 3

die in Fig. 2 gezeigte Einheit in Draufsicht von oben,

Fig. 4

die in den Figuren 2 und 3 gezeigte Einheit in perspektivischer Ansicht schräg von unten,

Fig. 5

die in den Figuren 2 bis 4 gezeigte Einheit in Draufsicht von unten,

Fig. 6

die bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 5 zum Einsatz kommende Gruppe aus Spulenanordnung (ohne Käfig) und Ankereinheit in perspektivischer Ansicht schräg von unten,

Fig. 7

die in Fig. 6 gezeigte Gruppe in Draufsicht von unten,

Fig. 8

eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht zu einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 9

eine den Figuren 6 und 7 entsprechende Ansicht zu einem dritten Ausführungsbeispiel.

[0021] Das in den Figuren 1 bis 6 veranschaulichte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung umfasst ein Gehäuse 1 und zwei elektromagnetische Linearaktuatoren 2. Jeder der beiden Linearaktuatoren 2 umfasst eine gehäusefeste, in einem als Flusskonzentrator wirkenden Käfig 3 aufgenommene Spulenanordnung 4 mit einer auf einem Wicklungsträger 5 aufgenommenen Spulenwicklung 6 und eine - zwischen zwei Endpositionen - längs der Achse X relativ zu dem Gehäuse 1 bewegbare Ankereinheit 7. Diese umfasst ihrerseits einen Stößel 8 und eine mit diesem gekoppelte Permanentmagnetanordnung 9 mit einen axial magnetisierten Scheibenmagnet 10 und zwei beidseits stirnseitig an diesem angeordneten Flussleitstücken 11 und 12.

[0022] Die Permanentmagnetanordnung 9 ist mit dem (aus einem hochfesten Stahl bestehenden) Stößel 8 fest verbundenen. Hierzu ist mit dem Stößel 8 ein (aus Edelstahl bestehender) Schaft 13 verschweißt, auf welchem die Permanentmagnetanordnung 9 aufgenommen ist. Zu diesem Zweck sind der Scheibenmagnet 10 als Ringscheibenmagnet 14 und die beiden Flussleitstücke 11, 12 als Flussleit-Ringscheiben 15 ausgeführt. Was die Außenkontur der Permanentmagnetanordnung 9 angeht, so weist der Ringscheibenmagnet 14 eine kreiszylindrische Außenfläche auf, und die Flussleit-Ringscheiben 15 verfügen über einen runden Umfang. Infolge der Bewegbarkeit der Ankereinheit 7 längs der Achse X kann die Permanentmagnetanordnung 9 mehr oder weniger weit in die sich um die Permanentmagnetanordnung 9 herum erstreckende Spulenanordnung 4 eintauchen. Das freie Ende des Schafts 13 steht geringfügig über das benachbarte Flussleitstück 11, welches im Übrigen eine geringere Dicke aufweist als das gegenüberliegende Flussleitstück 12, über.

[0023] Das Gehäuse 1 setzt sich zusammen aus einem als Montage- und Führungsblock 16 ausgeführten, mit einer Flanschstruktur 17 ausgestatteten Endstück 18 und einem dichtend auf die Flanschstruktur 17 aufgesetzten Gehäuseoberteil 19. Der Montage- und Führungsblock 16 weist zwei Durchgangsbohrungen 20 auf. Diese bilden jeweils eine Führungsbohrung 21 für den Stößel 8 des zugeordneten Linearaktuators 2, wobei die verschiebbar geführte Lagerung der jeweiligen Ankereinheit 7 allein durch die Führung des jeweiligen Stößels 8 in der zugeordneten Führungsbohrung 21 des Montage- und Führungsblocks 16 realisiert wird. Das Gehäuseoberteil 19 ist an die aus den beiden Spulenanordnungen 4 und den zugehörigen Käfigen 3 bestehende Baugruppe angespritzt, wobei eine der Kontaktierung der Spulenwicklungen 6 dienende - nicht dargestellte - Anschlussstruktur einen integralen Teil des Gehäuseoberteils 19 bildet. Die beiden Käfige 3 sind dabei Teil einer gemeinsamen Käfigstruktur 22, indem sie über eine gemeinsame Stirnplatte 23 verfügen, von der ab sich die jeweilige - die betreffende Spulenanordnung 4 auf ihrem Außenumfang zumindest teilweise umgebende - Mantelstruktur (s. u.) erstreckt.

[0024] Der (aus Kunststoff bestehende) Wicklungsträger 5 weist einen Hülsenabschnitt 24 und zwei endseitige Stützscheiben 25 auf. Der Hülsenabschnitt 24 ist in dem Sinne gestuft ausgeführt, dass er außerhalb der axialen Überlappung mit der Permanentmagnetanordnung 9 eine Einschnürung 26 aufweist. Der auf dem Bereich der Einschnürung 26 des Hülsenabschnitts 24 aufgenommene Anteil der Spulenwicklung 6 überlappt dabei in radialer Richtung die Permanentmagnetanordnung 9. Im Bereich der besagten Einschnürung 26 ist der Hülsenabschnitt 24 innen zylindrisch, so dass er den Schaft 27 eines mit der Stirnplatte 23 des zugeordneten Käfigs 3 verbundenen pilzförmigen Kerns 28 eng umschließt. Der Kern 28 bildet einen Anschlag für das geringfügig aus der Permanentmagnetanordnung 9 hervorstehende freie Ende des Schafts 13 und definiert so die - in Fig. 1 links gezeigte - maximal eingezogene Stellung des Stößels 8 ohne einen Kontakt zwischen dem endseitigen Flussleitstück 11 und dem Kern 28. Die - in Fig. 1 rechts gezeigte - maximal ausgefahrene Stellung des Stößels 8 ist demgegenüber durch das Anschlagen des anderen Flussleitstücks 12 an der Stirnseite des Montage- und Führungsblocks 16 definiert.

[0025] Außerhalb des Bereichs der Einschnürung 26 gibt der Hülsenabschnitt 24 eine unrunde innere Kontur der Spulenanordnung 4 und, da er in diesem Bereich von zumindest im Wesentlichen einheitlicher Wandstärke ist, auch eine unrunde Geometrie der auf ihn aufgewickelten Spulenwicklung 6 vor. Und zwar verfügt der Hülsenabschnitt 24 hier über zwei einander diametral gegenüberliegende, sich jeweils über etwa 90° erstreckende erste Umfangsabschnitte 29, welche etwa als Segmente eines Kreiszylinders ausgeführt sind, und zwei zwischen diesen angeordnete, einander ebenfalls diametral gegenüberliegende zweite Umfangsabschnitte 30 in Form von Ausbuchtungen 31. Dabei sind die Ausbuchtungen 31 jeweils definiert durch zwei im Wesentlichen ebene Flächenabschnitte 32, welche sprung- und versatzfrei in die ersten Umfangsabschnitte 29 übergehen, und eine Verbindungsfläche 33, welche etwa die Form eines Viertelzylinder aufweist und ihrerseits beidseits sprung- und versatzfrei in die angrenzenden ebenen Flächenabschnitte 32 übergeht. Im Ergebnis ist der Hülsenabschnitt 24 (auch) in diesem Bereich ausschließlich konvex gekrümmt.

[0026] In Verbindung mit der kreiszylindrischen Geometrie der Permanentmagnetanordnung 9 hält, durch die beschriebene Geometrie des Wicklungsträgers 5, die Spulenanordnung 4 zu der Permanentmagnetanordnung 9 über deren Umfang ausgeprägt unterschiedliche Abstände ein. Und zwar bildet ihre Innenfläche auf den beiden ersten Umfangsabschnitten 29 zu der Außenfläche der Permanentmagnetanordnung 9 jeweils einen Spalt 34 mit einem ersten lichten Radialmaß aus, wohingegen sie auf den beiden zweiten Umfangsabschnitten 30 jeweils eine Ausbuchtung 31 ausbildet, wobei der Maximalwert des - im Bereich der Ausbuchtungen 31 geltenden - zweiten lichten Radialmaßes wesentlich größer ist als das erste lichte Radialmaß. So ergeben sich zwischen der Permanentmagnetanordnung 9 und der Spulenanordnung 4 zwei Ausgleichskanäle 35 mit etwa sichelförmigem Querschnitt.

[0027] Die gesamte Käfigstruktur 22 ist durch Biegen aus einem einzigen Blechzuschnitt hervorgegangen. Dieser umfasst neben der etwa rechteckigen späteren (gemeinsamen) Stirnplatte 23 vier ebenfalls etwa rechteckige, mit der Stirnplatte 23 jeweils über einen Steg 36 verbundene Fortsätze. Diese werden so gebogen und - längs der im Bereich der Stege 36 verlaufenden Biegekanten - so von der Stirnplatte 23 abgekantet, dass sie als Teil der jeweiligen Mantelstruktur 37 die Spulenanordnung 4 eng umschließen. In diesem Sinne besteht jeweils die Mantelstruktur 37 des betreffenden Käfigs 3 aus zwei Segmenten 38, wobei jedes Segment 38 aus einem Fortsatz des Blechzuschnitts hervorgegangen ist und zwei im Wesentlichen ebene Flächenbereiche 39 und einen diese miteinander verbindenden gekrümmten Flächenbereich 40 aufweist. Die beiden Stützscheiben 25 des jeweiligen Wicklungsträgers 5 weisen an die Innenkontur der Mantelstruktur 37 angepasste Geometrien auf; analog zu den vier im Wesentlichen ebenen Flächenbereichen 32 des Hülsenabschnitts 24 des jeweiligen Wicklungsträgers 5 und den vier im Wesentlichen ebenen Flächenbereichen 39 der Mantelstruktur 37 sind die beiden Stützscheiben 25 des Wicklungsträgers 5 an ihrem Außenumfang auf vier Abschnitten geradlinig begrenzt.

[0028] Der Zeichnung sind noch einige weitere, optional mögliche vorteilhafte Detail-Ausgestaltungen entnehmbar, wie beispielsweise die beiden jeweils an der oberen, der Stirnplatte 23 der Käfigstruktur 22 zugewandten Stützscheibe 25 vorgesehenen, in korrespondierende Aussparungen 41 der Stirnplatte 23 eingreifenden Zentriervorsprünge 42 (vgl. Figuren 2 und 3). Die betreffenden Aussparungen 41 in der Stirnplatte 23 sind dabei so ausgestaltet, dass durch sie auch die Enden 43 der Spulenwicklung 6 durch die Stirnplatte 23 hindurch geführt werden können, wobei die benachbarte Stützscheibe 25 korrespondierende, der Durchführung der Enden 43 der Spulenwicklung 6 dienende Einschnitte 46 aufweist. Beim Spritzen des Gehäuseoberteils 19 dringt im Übrigen der entsprechende Kunststoff in die - vom Anguss aus erreichbaren - Hohl- und Zwischenräume (insbesondere zwischen der jeweiligen Spulenanordnung 4 und dem jeweils zugeordneten Käfig 3) ein und füllt diese aus, wodurch ein fester Verbund entsteht und die Spulenwicklung geschützt wird. Ringförmige Vorsprünge 44 des Gehäuseoberteils 19 untergreifen, an der jeweiligen unteren Stützscheibe 25 anliegend, die beiden Spulenanordnungen 4. Erkennbar sind weiterhin (vgl. Figuren 4 und 5) zwei den Kopf 43 des Kerns 28 durchsetzende Bohrungen 45.

[0029] Das in Fig. 8 veranschaulichte zweite Ausführungsbeispiel und das in Fig. 9 veranschaulichte dritte Ausführungsbeispiel erschließen sich ohne Weiteres anhand der vorstehenden Erläuterungen des ersten Ausführungsbeispiels. In Abwandlung zu dem ersten Ausführungsbeispiel verfügt das zweite Ausführungsbeispiel über einen Ausgleichskanal 35', das dritte Ausführungsbeispiel indessen über drei - gleichmäßig über den Innenumfang der Spulenanordnung 4" verteilt angeordnete - Ausgleichskanäle 35".

Ansprüche

1. Stellvorrichtung mit einem Gehäuse (1) und mindestens einem elektromagnetischen Linearaktuator (2), welcher

- eine relativ zu dem Gehäuse (1) bewegbare, eine Permanentmagnetanordnung (9) und einen hiermit gekoppelten Stößel (8) umfassende Ankereinheit (7) und

- eine sich um die Permanentmagnetanordnung (9) herum erstreckende, mindestens eine Spulenwicklung (6) aufweisende gehäusefeste Spulenanordnung (4, 4', 4") umfasst, wobei

- die Permanentmagnetanordnung (9) einen axial magnetisierten Scheibenmagnet (10) und zwei stirnseitig an diesem angeordnete Flussleitstücke (11, 12) umfasst,

- der Scheibenmagnet (10) eine kreiszylindrische Außenfläche aufweist und die Flussleitstücke (11, 12) als runde Flussleitscheiben ausgeführt sind, und wobei die Spulenanordnung (4, 4', 4") zumindest im Bereich ihrer axialen Überlappung mit der Permanentmagnetanordnung (9) einen unrunden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Innenfläche der Spulenanordnung auf mindestens zwei ersten Umfangsabschnitten (29, 29', 29") zu der Außenfläche der Permanentmagnetanordnung (9) einen Spalt (34, 34', 34") mit einem ersten lichten Radialmaß und auf mindestens zwei ausgebuchteten zweiten Umfangsabschnitten (30, 30', 30"), welche jeweils einer Ausbuchtung der Spulenwicklung (6) zugeordnet sind, zu der Außenfläche der Permanentmagnetanordnung (9) ein gegenüber dem ersten lichten Radialmaß vergrößertes zweites lichtes Radialmaß einhält, wobei der Maximalwert des zweiten lichten Radialmaßes wesentlich größer ist als das erste lichte Radialmaß,

- im Bereich der mindestens zwei zweiten Umfangsabschnitte (29, 29', 29") zwischen der Permanentmagnetanordnung (9) und der Spulenanordnung (4, 4', 4") jeweils ein Ausgleichskanal (35, 35', 35") mit einem sichelförmigen Querschnitt besteht.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei erste Umfangsabschnitte (29") und mindestens drei zweite Umfangsabschnitte (30") bestehen.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Umfangsabschnitte (30, 30") gleichmäßig über den Innenumfang der Spulenanordnung (4, 4") verteilt angeordnet sind.

4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (4, 4', 4") einen Wicklungsträger (5) mit einem Hülsenabschnitt (24) und zwei endseitigen Stützscheiben (25) aufweist.

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (25) an ihrem Außenumfang auf mindestens zwei Abschnitten geradlinig begrenzt sind.

6. Stellvorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenabschnitt (24) dergestalt gestuft ausgeführt ist, dass ein zu der Permanentmagnetanordnung (9) axial versetzter Teilbereich die Permanentmagnetanordnung (9) ringförmig radial überlappt.

7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (4, 4', 4") in einem Käfig (3) aufgenommen ist.

8. Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) eine die Spulenanordnung (4, 4', 4") stirnseig abdeckende Stirnplatte (23) und eine die Spulenanordnung (4, 4', 4") auf ihrem Außenumfang zumindest teilweise umgebende Mantelstruktur (37) umfasst.

9. Stellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnplatte (23) und die Mantelstruktur (37) einstückig miteinander verbunden und durch Biegen aus einem Blechzuschnitt hervorgegangen sind.

10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei elektromagnetischen Linearaktuatoren (2) eine gemeinsame Käfigstruktur (23) mit einer durchgehenden, beide Spulenanordnungen (4, 4', 4") stirnseig abdeckenden Stirnplatte (22) vorgesehen ist.

11. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Spulenanordnung (4, 4', 4") ein mit dem zugeordneten Käfig (3) Magnetfluss-leitend gekoppelter Kern (28) hineinragt.

12. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flussleitscheiben ein unterschiedliches Axialmaß aufweisen.

13. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenmagnet (10) als Ringscheibenmagnet (14) und mindestens eine der Flussleitscheiben als Flussleit-Ringscheibe (15) ausgeführt ist, wobei die Ankereinheit (7) einen mit dem Stößel (8) gekoppelten, sich in die betreffende Flussleit-Ringscheibe (15) und den Ringscheibenmagnet (14) hinein erstreckenden Schaft (13) umfasst.

14. Stellvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (13) starr mit dem Stößel (8) verbunden ist.

15. Stellvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein als Montage- und Führungsblock (16) ausgeführtes Endstück (18) umfasst, wobei die Ankereinheit (7) ausschließlich in dem Montage- und Führungsblock (16) verschiebbar geführt gelagert ist

Claims

1. Positioning device, with a housing (1) and at least one electromagnetic linear actuator (2), which comprises

- an armature unit (7) that can be moved relative to the housing (1), and which comprises a permanent magnet arrangement (9) and a plunger (8) coupled thereto, and which comprises

- a coil arrangement (4, 4', 4") fixed to the housing and extending around the permanent magnet arrangement (9), and having at least one coil winding (6), wherein

- the permanent magnet arrangement (9) comprises an axially magnetised disc magnet (10) and two flux guide pieces (11, 12) arranged on the end face thereof,

- the disc magnet (10) has a circular cylindrical outer surface, and the flux guide pieces (11, 12) are designed as circular flux guide discs, and wherein the coil arrangement (4, 4', 4") has a non-circular cross-section, at least in the region of its axial overlap with the permanent magnet arrangement (9),
characterised in that,

- the inner surface of the coil arrangement has a gap (34, 34', 34") with a first clear radial dimension on at least two first circumferential sections (29, 29', 29") relative to the outer surface of the permanent magnet arrangement (9) and a second clear radial dimension, which is enlarged relative to the first clear radial dimension, on at least two bulged-out second circumferential sections (30, 30', 30"), which are each associated with a bulge of the coil winding (6), to the outer surface of the permanent magnet arrangement (9) with a second clear radial dimension, which is enlarged in comparison with the first clear radial dimension, wherein the maximum value of the second clear radial dimension is substantially greater than that of the first clear radial dimension,

- in the region of the at least two second circumferential sections (29, 29', 29"), between the permanent magnet arrangement (9) and the coil arrangement (4, 4', 4"), there exists in each case a compensating channel (35, 35', 35") with a crescent-shaped cross-section.

2. Positioning device according to Claim 1, characterised in that there exist at least three first circumferential sections (29") and at least three second circumferential sections (30").

3. Positioning device according to Claim 1 or Claim 2, characterised in that the second circumferential sections (30, 30") are evenly distributed around the inner circumference of the coil arrangement (4, 4").

4. Positioning device according to one of the Claims 1 to 3, characterised in that the coil arrangement (4, 4', 4") has a winding support (5) with a sleeve section (24) and two end-face supporting discs (25).

5. Positioning device according to Claim 4, characterised in that on at least two sections the supporting discs (25) are bounded by a straight line on their outer circumference.

6. Positioning device according to Claim 4 or Claim 5, characterised in that the sleeve section (24) is stepped in such a way that a sub-region axially offset from the permanent magnet arrangement (9) radially overlaps the permanent magnet arrangement (9) in an annular manner.

7. Positioning device according to one of the Claims 1 to 6, characterised in that the coil arrangement (4, 4', 4") is accommodated in a cage (3).

8. Positioning device according to Claim 7, characterised in that the cage (3) comprises an end plate (23) covering the coil arrangement (4, 4', 4") on the end face, and a jacket structure (37) at least partially surrounding the coil arrangement (4, 4', 4") on its outer circumference.

9. Positioning device according to Claim 8, characterised in that the end plate (23) and the jacket structure (37) are integrally connected to each other, and have been produced from a sheet metal blank by a bending process.

10. Positioning device according to one of the Claims 7 to 9, characterised in that in the case of two electromagnetic linear actuators (2), a common cage structure (23) is provided with a continuous end plate (22), covering both coil arrangements (4, 4', 4") on the end faces.

11. Positioning device according to one of the Claims 7 to 10, characterised in that a core (28), coupled to the associated cage (3) in a magnetic flux-conducting manner, projects into the coil arrangement (4, 4', 4").

12. Positioning device according to one of the Claims 1 to 11, characterised in that the two flux guide discs have different axial dimensions.

13. Positioning device according to one of the Claims 1 to 12, characterised in that the disc magnet (10) is designed as an annular disc magnet (14), and at least one of the flux-conducting discs is designed as an annular flux-conducting disc (15), wherein the armature unit (7) comprises a shaft (13), coupled to the plunger (8), and extending into the annular flux-conducting disc (15) and the annular disc magnet (14) in question.

14. Positioning device according to Claim 13, characterised in that the shaft (13) is rigidly connected to the plunger (8).

15. Positioning device according to Claim 14, characterised in that, the housing (1) comprises an end piece (18) designed as an assembly and guide block (16), wherein the armature unit (7) is mounted such that it is moveably guided exclusively in the assembly and guide block (16) .

Revendications

1. Dispositif de réglage comportant un boîtier (1) et au moins un actionneur linéaire électromagnétique (2) qui comprend

- une unité d'induit (7) mobile par rapport au boîtier (1), comprenant un agencement d'aimants permanents (9) et un poussoir (8) couplé à celui-ci et

- au moins un agencement de bobines (4, 4,', 4'') fixé au boîtier s'étendant autour de l'agencement d'aimants permanents (9), présentant au moins un bobinage (6), dans lequel

- l'agencement d'aimants permanents (9) présente un aimant en forme de de disque magnétisé axialement (10) et deux pièces de guidage de flux (11, 12) disposées sur le côté avant de celui-ci,

- l'aimant en forme de de disque (10) présente une surface extérieure cylindrique circulaire et les pièces de guidage de flux (11, 12) sont conçues comme des disques de guidage de flux ronds, et dans lequel l'agencement de bobines (4, 4', 4") présente au moins dans la zone de leur chevauchement axial avec l'agencement d'aimants permanents (9) une section transversale non ronde, caractérisé en ce que

- la surface intérieure de l'ensemble de bobines sur au moins deux sections circonférentielles(29, 29', 29") par rapport à la surface extérieure de l'ensemble d'aimants permanents (9) présente un espace (34, 34', 34") avec une première dimension radiale claire et au moins deux deuxièmes sections circonférentielles bombées (30, 30', 30''), qui sont respectivement affectées à un renflement du bobinages (6), conserve par rapport à la surface externe de l'agencement d'aimants permanents (9) une deuxième dimension radiale qui est supérieure à la première dimension radiale, dans lequel la valeur maximale de la deuxième dimension radiale la dimension radiale est significativement plus grande que la première dimension radiale libre,

- dans la zone des au moins deux deuxièmes sections circonférentielles (29, 29', 29") entre l'agencement d'aimants permanents (9) et le bobinage (4, 4', 4'') un canal d'équilibrage (35, 35', 35'') avec une section en forme de croissant existe respectivement.

2. Dispositif de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins trois premières sections circonférentielles (29") et au moins trois deuxièmes sections circonférentielles (30") existent.

3. Dispositif de réglage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxièmes sections circonférentielles (30, 30'') sont réparties uniformément sur la circonférence intérieure de l'agencement de bobines (4, 4").

4. Dispositif de réglage selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bobinage (4, 4', 4'') présente un support d'enroulement (5) avec une section de manchon (24) et deux disques d'appui d'extrémité (25) .

5. Dispositif de réglage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les disques d'appui (25) sur leur circonférence extérieure sont limités à au moins deux sections droites.

6. Dispositif de réglage selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la section de manchon (24) est conçue pour être étagée de telle sorte qu'une zone partielle décalée axialement par rapport à l'agencement d'aimants permanents (9) chevauche radialement l'agencement d'aimants permanents (9) en forme d'anneau.

7. Dispositif de réglage selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bobinage (4, 4', 4") est renfermé dans une cage (3).

8. Dispositif de réglage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cage (3) comporte une plaque avant (23) couvrant le bobinage (4, 4', 4'') et une structure de coque (37) entourant au moins partiellement l'agencement de bobines (4, 4', 4") sur sa circonférence extérieure.

9. Dispositif de réglage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque d'extrémité (23) et la structure de coque (37) sont reliées l'une à l'autre en un seul tenant et ont été réalisées par pliage à partir d'un flan de tôle.

10. Dispositif de réglage selon une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que pour deux actionneurs linéaires électromagnétiques (2), une structure de cage commune (23) est pourvue d'une plaque avant continue (22) recouvrant les deux agencements de bobines (4, 4' 4") sur la face avant.

11. Dispositif de réglage selon une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'un noyau (28) qui est couplé pour conduire le flux magnétique avec la cage associée (3) dépasse en saillie dans le bobinage (4, 4', 4").

12. Dispositif de réglage selon une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les deux disques de guidage de flux présentent une dimension axiale différente.

13. Dispositif de réglage selon une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le disque magnétique (10) est réalisé sous la forme d'un disque magnétique annulaire (14) et au moins un des disques de guidage de flux est réalisé sous la forme d'un disque annulaire de guidage de flux (15), dans lequel l'unité d'induit (7) comprend un arbre (13) couplé au poussoir (8), s'étendant à l'intérieur du disque annulaire de guidage de flux (15) concerné et disque magnétique annulaire (14).

14. Dispositif de réglage selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'arbre (13) est solidaire du poussoir (8).

15. Dispositif de réglage selon la revendication 14, caractérisé en ce que le boîtier (1) comprend un embout (18) réalisé sous la forme d'un bloc de montage et de guidage (16), dans lequel l'unité d'induit (7) est guidée de manière coulissante exclusivement dans le bloc de montage et de guidage (16).

Zeichnung