Elektromagnetischer Aktuator, insbesondere elektromagnetische Schalt- oder Ventilvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator mit einem Spulenelement, das einen Spulenkern sowie eine radial um den Spulenkern angeordnete Spule aufweist, und mit einem bewegbaren magnetischen Ankerkörper als Aktuatorelement, der mit dem Spulenelement für eine zu aktivierende Bewegung des Ankerkörpers zusammenwirkt, einseitig mittels einer Lagerungsvorrichtung in dem Aktuator gelagert ist und durch Aktivieren des Spulenelements von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist.

Solche elektromagnetische Aktuatoren sind beispielsweise in Form von elektromagnetischen Schalt- oder Ventilvorrichtungen, wie etwa in Form eines elektromagnetischen Relais oder Magnetventils bekannt. Magnetventile, etwa in Form von Kippankerventilen, finden beispielsweise Verwendung als Steuerventil zur Druckregelung von Luft, etwa in einem Fahrzeug, wie beispielsweise in einem Nutzfahrzeug oder Bus zur Personenbeförderung. Beispielsweise umfasst ein Bremssystem für ein Fahrzeug mit einem elektronischen Betriebsbremssystem zumindest ein Steuerventil zur Druckregelung.

Ein elektromagnetischer Aktuator in Form eines Kippankerventils ist beispielsweise aus DE 10 2016 105 532 A1 bekannt. Das Kippankerventil weist ein Spulenelement mit einem Spulenkern und eine umfangsmäßig um den Spulenkern angeordnete Spule, sowie einen Anker auf, der an einer Stirnseite des Ankers mittels eines Lagers gelagert ist, wobei der Anker, insbesondere durch ein Beaufschlagen der Spule mit Strom, von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist. Weiterhin sind ein Ventilsitz mit einem Ausgang und ein Eingang für ein Fluid vorgesehen, wobei der Ausgang in der ersten Position des Ankers mittels eines Dichtelements fluiddicht verschließbar ist und der Ausgang in der zweiten Position des Ankers freigegeben ist. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Feder vorgesehen zum Andrücken des Ankers an das Spulenelement oder ein Gehäuse des Kippankerventils. Es sind darüber hinaus weitere Bauarten von Magnetventilen bekannt, wie beispielsweise in DE 10 2014 115 207 A1, DE 10 2018 123 997 A1, oder DE 10 2014 115 206 B3 beschrieben.

Allgemein sind bei elektromagnetischen Aktuatoren, insbesondere Schalt- oder Ventilvorrichtungen, wie den beispielhaft genannten Bauformen von Magnetventilen, aufgrund des positiven Material/Oberflächenverhältnisses die Magnetspulen sowie die zur Magnetkraft verstärkend wirkenden Magnetkerne (Spulenkerne) z.B. im Querschnitt rund bzw. zylindrisch ausgeführt. Damit wird eine gleichmäßige Verteilung des magnetischen Flusses innerhalb des Magnetkerns erreicht. Die bekannte Spulenkernform ist jedoch dafür ursächlich, dass der Übergang des magnetischen Flusses vom Magnetkern in das Joch oftmals ungleichmäßig verläuft. Bei der Anwendung in Jochankermagneten (wie z.B. Kippankermagneten) bedeutet dies jedoch, dass ein Teil der wirkenden Magnetkraft auch in dem Bereich der Lagerung des Kippankers, oder sogar hinter der Lagerdrehachse wirkt. Damit wird die effektive Magnetkraft reduziert oder sogar geschwächt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem es ermöglicht ist, die für die zu aktivierende Bewegung des Aktuatorelements nutzbare Magnetkraft zu erhöhen.

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art gemäß den beigefügten Patentansprüchen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Insbesondere betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung einen elektromagnetischen Aktuator mit einem Spulenelement, das zumindest einen Spulenkern sowie eine umfangsmäßig um den Spulenkern angeordnete Spule aufweist, wobei der Spulenkern einen rotationssymmetrischen ersten Bereich mit einer Symmetrieachse aufweist, in dem der Spulenkern von der Spule umfangsmäßig umgeben ist. Des weiteren weist der Aktuator einen bewegbaren magnetischen Ankerkörper als bewegbares Aktuator- element auf, der mit dem Spulenelement für eine zu aktivierende Bewegung des Ankerkörpers zusammenwirkt, einseitig mittels einer Lagerungsvorrichtung in dem Aktuator gelagert ist und durch Aktivieren des Spulenelements von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar ist, wobei die Lagerungsvorrichtung radial versetzt zu der Symmetrieachse des Spulenkerns angeordnet ist und der Ankerkörper sich von der Lagerungsvorrichtung radial über den Spulenkern von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite des Spulenkerns erstreckt. Der Spulenkern weist zudem einen zweiten Bereich auf, der sich radial über den ersten Bereich hinaus erstreckt und an der zweiten Seite des Spulenkerns in Richtung der Symmetrieachse zwischen der Spule und dem Ankerkörper angeordnet ist, so dass in der ersten Position des Ankerkörpers ein Luftspalt in Richtung der Symmetrieachse zwischen Spulenkern und Ankerkörper an der zweiten Seite des Spulenkerns kleiner ist als an der ersten Seite.

Mit der Erfindung ist es ermöglicht, bei einem gattungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator die für die zu aktivierende Bewegung des Aktuatorelements nutzbare Magnetkraft zu erhöhen, indem durch gezielte Positionierung und Gestaltung des magnetischen Übergangs zwischen Spulenkern und Ankerkörper (Joch) einerseits der magnetische Fluss in Richtung Lagerung abgeschwächt wird, die nutzbare Magnetkraft am anderen Ende des Ankerkörpers hingegen erhöht wird. Dies hat auch einen positiven Einfluss auf das infolge der Magnetkraft auf den Ankerkörper wirkende Drehmoment, welches an der zweiten Seite des Spulenkerns entfernt von der Lagerung erhöht wird.

Diese gezielte Positionierung und Gestaltung des magnetischen Übergangs zwischen Spulenkern und Ankerkörper kann im Grunde nach bei allen elektromagnetischen Aktuatoren in Verbindung mit einseitig gelagerten Jochankermagneten, wie z.B. Kippanker-Magnetventil- und Schaltvorrichtungen, angewandt werden. Damit kann eine Optimierung von elektromagnetischen Aktuatoren mit Jochankermagneten (wie z.B. Kippankermagnet) als Antrieb für z.B. Relais, Hubanker und Magnetventile erzielt werden.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators erstreckt sich, im Querschnitt entlang der Symmetrieachse des Spulenkerns betrachtet, der zweite Bereich des Spulenkerns absatzartig ausgehend von dem ersten Bereich. Insbesondere wird die stirnseitige Geometrie des Spulenkerns im zweiten Bereich mit einem zusätzlichem Absatz versehen, vorteilhafterweise auf einen maximal möglichen Durchmesser bis nahe des äußeren Umfangs der Spulenwicklung. Durch einen derartigen, zusätzlichen Absatz werden die Feldlinien des Magnetfeldes verstärkt in Richtung der zweiten Seite des Spulenkerns gelenkt, was einerseits das auf den Ankerkörper wirkende Drehmoment an dieser Stelle erhöht, und andererseits die Lagerung von einem Teil der erzeugten Magnetkraft entlastet. Vorteilhafterweise überdeckt der Spulenkern im zweiten Bereich, beispielsweise der zusätzliche Absatz, radial mehr als die Hälfte der radialen Erstreckung der Spulenwicklung, die umfangsmäßig um den Spulenkern angeordnet ist.

Insbesondere ist der Spulenkern im zweiten Bereich derart ausgebildet, dass ein Flächenschwerpunkt des Spulenkerns gegenüber der Symmetrieachse in entgegengesetzter Richtung von der Lagerungsvorrichtung verschoben ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Lagerungsvorrichtung radial außerhalb des Spulenkerns angeordnet.

In einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators ist vorgesehen, dass der Ankerkörper einen ersten Bereich aufweist, in dem der Ankerkörper mittels der Lagerungsvorrichtung in dem Aktuator gelagert ist, und einen zweiten Bereich, der sich über dem zweiten Bereich des Spulenkerns erstreckt, wobei der Ankerkörper im ersten Bereich einen magnetischen Widerstand pro Längeneinheit aufweist, der in Relation zu einem magnetischen Widerstand pro Längeneinheit im zweiten Bereich des Ankerkörpers erhöht ist. Damit kann durch Erhöhung des magnetischen Widerstands im ersten Bereich des Ankerkörpers, in dem sich die Lagerung befindet, der magnetische Fluss in Richtung Lagerung zusätzlich abgeschwächt werden, wodurch die Belastung der Lagerstelle weiter abgesenkt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ankerkörper im ersten Bereich wenigstens eine Querschnittsverengung in Relation zu einem Querschnitt im zweiten Bereich des Ankerkörpers aufweist. Insbesondere weist der Ankerkörper im ersten Bereich wenigstens eine Querschnittsverengung in Relation zu einem Querschnitt eines an die Querschnittsverengung angrenzenden Ankerkörpermaterials auf Seiten des zweiten Bereichs des Ankerkörpers auf. Auf diese Art kann der magnetische Widerstand durch vergleichsweise einfache herstellungstechnische Maßnahmen erhöht werden.

Gemäß einer Ausführungsform weist die wenigstens eine Querschnittsverengung eine verringerte Dicke des Ankerkörpers in Relation zu einer Dicke im zweiten Bereich des Ankerkörpers auf.

Insbesondere wird gemäß einer Ausführungsform die wenigstens eine Querschnittsverengung durch eine oder mehrere Reduktionen des Ankerkörpermaterials im ersten Bereich hergestellt.

Beispielsweise wird die wenigstens eine Querschnittsverengung durch Ausklinkung, Prägung und/oder Ausstanzung von Ankerkörpermaterial im ersten Bereich hergestellt.

Gemäß einer Ausführungsform befindet sich die wenigstens eine Querschnittsverengung über einer Lagerdrehachse der Lagerungsvorrichtung und/oder angrenzend an die Lagerdrehachse der Lagerungsvorrichtung. Beispielsweise ist eine Ausklinkung im Bereich der Lagerdrehachse vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ lässt sich eine gezielte Reduzierung des Ankermaterials (Joch) vorzugsweise im Bereich des Lagers durch Prägung, Ausstanzung oder Abschnitten erzielen.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Ankerkörper als Plattenanker ausgebildet ist. Der Ankerkörper kann vorteilhaft als Kippanker ausgebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform sind der elektromagnetische Aktuator als elektromagnetische Schalt- oder Ventilvorrichtung und der bewegbare Ankerkörper als Schalt- bzw. Ventilelement ausgebildet.

Insbesondere ist der elektromagnetische Aktuator als ein elektromechanisches Relais oder Magnetventil, insbesondere als Kippankerventil, ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform ist der elektromagnetische Aktuator als ein Magnetventil für ein Druckregelmodul eines Fahrzeugs ausgebildet.

Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können nebeneinander oder auch in beliebiger Kombination miteinander angewandt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A, 1B schematische Querschnittsdarstellungen eines beispielhaften Kippankerventils, bei dem ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Aktuator, wie in Fig. 2 dargestellt, dem Grundsatz nach zur Anwendung kommen kann,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators, wie sie beispielsweise in einem Kippankerventil gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann.

Fig. 1 zeigt anhand von Fig. 1A und Fig. 1B eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Kippankerventils 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Aktuator, wie in Fig. 2 dargestellt, dem Grundsatz nach zur Anwendung kommen kann. Dabei soll Fig. 1 einen beispielhaften, praxisgemäßen Einsatz eines elektromagnetischen Aktuators anhand eines Kippankerventils verdeutlichen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Spulenkerns, des Ankerkörpers und anderer Komponenten ist dabei in Fig. 2 gemäß eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt und kann vom Fachmann im Grundsatz ohne Weiteres auf ein Kippankerventil gemäß Fig. 1 übertragen werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass dem Fachmann die grundlegende Funktionsweise von elektromagnetischen Aktuatoren, wie Schalt- oder Ventilvorrichtungen mit einem durch ein Magnetfeld bewegbaren Ankerkörper als Schalt- bzw. Ventilelement bekannt ist. Bei dem Kippankerventil 100 kann es sich dem Grundprinzip nach um ein Ausführungsbeispiel eines in DE 10 2016 105 532 A1 gezeigten Kippankerventils 100 handeln. Dabei kann es sich in einer Variante um ein in der dortigen Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 100 versehenes Magnetventil handeln. Es sind jedoch auch andere Ausführungsbeispiele denkbar, etwa in Zusammenhang mit Magnetventilen wie in den anderen oben genannten Druckschriften beschrieben. Diesbezügliche Ausgestaltungen eines in DE 10 2016 105 532 A1 beschriebenen Magnetventils und deren Komponenten sowie deren Verwendung sind durch Bezugnahme auch Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1A zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein Kippankerventil 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem sich der Anker in der ersten Position befindet. Das Kippankerventil 100 weist ein Spulenelement 110, einen Ankerkörper (oder kurz Anker) 115, eine Feder 120, ein Dichtelement 125 sowie eine Deckschale 130 auf. Dabei umfasst das Spulenelement 110 zumindest einen Spulenkern 135 sowie eine umfangsmäßig um den Spulenkern 135 angeordnete Spule 140 mit einem Paket aus Spulenwicklungen (nicht explizit dargestellt) . Eine Stirnseite des Ankers 115 ist mittels eines Lagers 145 gelagert. Der Anker 115 ist zwischen einer ersten Position 147 und einer zweiten Position 149 bewegbar. Dabei ist der Anker 115 ausgebildet, bei einem Aktivieren der Spule 140 von der ersten Position 147 in eine zweite (angezogene) Position 149 bewegt zu werden. Bei aktivierter Spule 140 kann der Anker 115 in der zweiten Position 149 gehalten werden. Auf der dem Spulenelement 110 abgewandten Seite des Ankers 115 ist weiterhin das Dichtelement 125 angeordnet. In der Deckschale 130 ist ein Ventilsitz 150 mit einem Ausgang 155 und ein Eingang 157 für ein Fluid 158 ausgebildet. Dabei ist der Ausgang 155 mittels des Dichtelements 125 fluiddicht verschließbar, wenn der Anker 115 in der ersten Position 147 angeordnet ist. Das Dichtelement 125 kann hierbei ferner auch als Dämpferelement wirken, um ein Aufprallen des Ankers 115 auf den Ventilsitz 150 zu verhindern. Das Dichtelement 125 kann hierbei durch ein Vulkanisieren auf dem Anker 115 oder einem Trägerelement befestigt sein. Denkbar ist ferner, dass ein Winkel beim Auftreffen des Ankers 115 bzw. Dichtelementes 125 auf dem Ventilsitz 150 durch eine schräge Düse oder ein schräg ausgeformtes Dichtelement 125 oder einen gekrümmten Anker 115 erzeugt wird. Eine solche Düse, die in der Fig. 1A nicht explizit dargestellt ist, braucht nicht zwangsläufig in das Kippankerventil 100 integriert sein, sondern kann auch von externen Gehäuseteilen bereitgestellt werden.

Denkbar ist ferner, dass der Ventilsitz 150 in dem Spulenelement 110 angeordnet ist, was jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Fig. 1A nicht explizit dargestellt ist. In diesem Fall wäre dann ein Betätiger von Vorteil, der eine Freigabe des Ausgangs durch den Anker 115 vermittelt.

Der Anker 115 weist in diesem Ausführungsbeispiel mindestens eine zumindest teilweise runde Erhebung 160 in einem Lagerabschnitt 162 auf, wobei die Erhebung 160 günstigerweise in eine Ausnehmung 165 oder Öffnung eingreift, die in einem der Erhebung 160 gegenüberliegenden Abschnitt eines Gehäuses 170 des Kippankerventils 100 angeordnet ist. Hierdurch kann der Anker 115 in der Ausnehmung bei einer Bewegung von der ersten Position 147 in die zweite Position 149 nach einem Einschalten eines Stromflusses durch die Spule 140 gleiten und wird zugleich an einer fixen Position in dem Gehäuse 170 bzw. in Bezug zu der Deckschale 130 gehalten. Günstigerweise ist die Ausnehmung trapezförmig ausgestaltet, sodass eine möglichst geringe Reibung beim Gleiten der Erhebung über die Fläche der Ausnehmung 165 verursacht wird. Die Ausnehmung 165 kann beispielsweise aus Kunststoffmaterial gefertigt und hierdurch sehr einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Die Feder 120 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Blattfeder ausgebildet und im Lagerabschnitt auf einer der Spule 140 gegenüberliegenden Seite des Ankers 115 angeordnet. Die Feder 120 dient hierbei zum spielfreien Andrücken der beispielsweise im Anker 115 eingepressten Lagerkugel(n) in die (beispielsweise trapezförmige) Gegenschale bzw. Ausnehmung 165 im Gehäuse 170 des Spulenelementes 110. Der Anker 115 kann durch die Feder 120 fixiert werden, sodass der Anker 115 durch die Feder 120 in einer vorbestimmten Position gehalten wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine konstante Vorspannkraft auf den Anker 115 ausgeübt werden kann, und die von der Feder 120 auf den Anker 115 ausgeübte Kraft möglichst nahe an einem an der Drehachse liegenden Kraftangriffspunkt auf den Anker 115 eingeleitet werden kann. Alternativ kann auch der Anker 115 an dem Spulenelement 110 eingehängt werden. In diesem Fall könnte dann die Feder 120, die beispielsweise als Blattfeder ausgestaltet ist, entfallen.

Fig. 1B zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein Kippankerventil 100, bei dem sich der Anker 115 in der zweiten Position 149 befindet. In diesem Fall ist ein Strom durch die Spule 140 eingeschaltet und der Anker 115 angezogen, sodass sich ein durch die Feldlinien 180 dargestelltes Magnetfeld aufbaut. Bei einem Ausschalten des Stroms durch die Spule 140 kann beispielsweise durch die Schwerkraft oder eine Federkraft der dargestellten Rückstellfeder der Anker 115 in die erste Position 147 zurückfallen.

Die Kernform des zylindrisch geformten Spulenkerns 135, wie in Fig. 1 gezeigt, ist jedoch dafür ursächlich, dass der Übergang des magnetischen Flusses (beispielhaft dargestellt durch die Feldlinien 180) vom Magnetkern in das Joch ungleichmäßig verläuft. Bei der Anwendung in Jochankermagneten, bzw. Kippankermagneten, wie in Fig. -I, bedeutet dies jedoch, dass ein maßgebender Teil der wirkenden Magnetkraft auch in dem Bereich des Lagerabschnitts 162 des Ankers 115 wirkt. Damit wird die effektive Magnetkraft auf Seiten des Dichtelements 125 reduziert oder sogar geschwächt, zudem wird auch der Lagerabschnitt 162 zusätzlich mit Magnetkräften beaufschlagt, was in vielen Bauformen von Aktuatoren unerwünscht ist.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators, wie sie beispielsweise in einem Kippankerventil gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann. Gleiche, gleichwirkende oder analoge Komponenten sind in Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Im Unterschied zum Kippankerventil 100 nach Fig. 1 weist der elektromagnetische Aktuator 105 gemäß Fig. 2 ein Spulenelement 110 auf, bei dem der Spulenkern 135 einen rotationssymmetrischen ersten Bereich 136 mit einer Symmetrieachse 137 aufweist, in dem der Spulenkern 135 umfangsmäßig von der Spule 140 umgeben ist, sowie einen zweiten Bereich 138, der sich radial über den ersten Bereich 136 hinaus erstreckt, also zumindest auf einer Seite des Spulenkerns 135 eine radiale Erstreckung hat, die über die radiale Erstreckung des ersten Bereichs 136 hinausgeht. Im ersten Bereich 136 ist der Spulenkern somit beispielsweise zylindrisch um die Symmetrieachse 137 ausgebildet, ähnlich dem Spulenkern 135 gemäß Fig. 1, im zweiten Bereich 138 hingegen nicht.

Damit ist, im Unterschied zu Fig. 1, erfindungsgemäß zusätzlich ein zur Symmetrieachse 137 asymmetrischer zweiter Bereich 138 des Spulenkerns 135 zur asymmetrischen Beeinflussung des Magnetfeldes vorgesehen. Insbesondere ist, im Querschnitt entlang der Symmetrieachse 137 des Spulenkerns 135 betrachtet, der zweite Bereich 138 des Spulenkerns 135 absatzartig ausgehend von dem ersten Bereich 136, im wesentlichen auf einer Hälfte des rotationssymmetrischen (zylindrischen) Bereichs 136, ausgebildet. Der zweite Bereich 138 kann dabei in der Draufsicht rechteckig oder teilweise rund, z.B. halbkreisförmig, oder mit einer anderen geometrischen Form ausgestaltet sein, beispielsweise mit einer geometrischen Form (z.B. halbkreisförmig), die in der Draufsicht der geometrischen Form des Ankers 115 (z.B. im Bereich 117 abgerundet oder halbkreisförmig) entspricht. Mithin wird eine von der Ankerlagerung entfernte Seite des Spulenkerns 135 im zweiten Bereich 138 mit einem zusätzlichen, von der Zylinderform des ersten Bereichs 136 abweichenden Absatz versehen, der sich vorteilhafterweise auf einen maximal möglichen Durchmesser bis oder bis nahe des äußeren Umfangs der Spulenwicklung 141 erstreckt.

Der Anker 115 ist einseitig mittels der Lagerungsvorrichtung 106 in dem Aktuator 105 gelagert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lagerungsvorrichtung 106 radial versetzt zu der Symmetrieachse 137 des Spulenkerns 135 angeordnet und im Aktuator 105 fixiert, vorzugsweise radial außerhalb des Spulenkerns 135 bzw. außerhalb dessen Umfangs, etwa am Spulenelement 110. Hierbei erstreckt sich der Anker 115 von der Lagerungsvorrichtung 106 radial über den Spulenkern 135 von einer ersten Seite 131 zu einer zweiten Seite 132 des Spulenkerns 135. Die zweite Seite 132 liegt dabei der ersten Seite 131 radial gegenüber.

Der Anker 115 wird, wie anhand von Fig. 1 beschrieben, durch Aktivieren des Spulenelements 110 (Stromfluss in der Spule 140) von der ersten Position 147 (die waagrecht oder leicht angestellt sein kann, wie in Fig. 1A gezeigt) in die zweite angezogene Position (analog Position 149 in Fig. 1B; in Fig. 2 nicht dargestellt) bewegt, mithin an die Spule 140 nach unten angezogen.

Der zweite Bereich 138 des Spulenkerns 135, der sich radial und asymmetrisch über den ersten Bereich 136 hinaus erstreckt, ist an der zweiten Seite 132 des Spulenkerns 135, in Richtung der Symmetrieachse 137 gesehen, zwischen der Spule 140 und dem Ankerkörper 115 angeordnet. Damit wird ein Luftspalt 190 zwischen Spulenkern 135 und Anker 115 in Richtung der Symmetrieachse 137 (mithin in Längsrichtung des Spulenkerns 135) gebildet, der zwischen erster Seite 131 und zweiter Seite 132 des Spulenkerns 135 asymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere ist in der ersten Position 147 des Ankers 115 der Luftspalt 190 in Richtung der Symmetrieachse 137 zwischen Spulenkern 135 und Anker 115 an der zweiten Seite 132 des Spulenkerns kleiner als an der ersten Seite 131. Damit wird der magnetische Widerstand (Rm) für die magnetischen Feldlinien 180 auf der zweiten Seite 132 im Vergleich zu der ersten Seite 131 kleiner:

Rm = Rm, Eisen + Rm,Luft.

Hierbei soll „Eisen“ das Ankermaterial und das Material des Spulenkerns 135 und des Gehäuses 170 zusammenfassen. Dabei können diese Komponenten aus gleichen oder unterschiedlichen magnetisch leitenden Materialien zusammengesetzt sein.

Da der magnetische Widerstand Rm proportional zur Länge ist, die die Feldlinien 180 durchdringen müssen, ist Rm.Luft auf der zweiten Seite 132 durch den Absatz des Spulenkerns 135 im zweiten Bereich 138 und durch den folglich verringerten Luftspalt 190 deutlich kleiner als auf der ersten Seite 131 , auf der der Luftspalt 190 im Verhältnis deutlich größer ist.

Durch einen derartigen, zusätzlichen Absatz im zweiten Bereich 138 werden die Feldlinien 180 des Magnetfeldes also verstärkt in Richtung der zweiten Seite 132 des Spulenkerns 135 gelenkt, was einerseits das auf den Anker 115 wirkende Drehmoment an dieser Stelle erhöht, und andererseits die Lagerungsvorrichtung 106 von einem Teil der erzeugten Magnetkraft entlastet. Vorteilhafterweise überdeckt der Spulenkern 135 im zweiten Bereich 138, also der dargestellte zusätzliche Absatz, radial mehr als die Hälfte der radialen Erstreckung der Spulenwicklung 141 , die umfangsmäßig um den Spulenkern 135 angeordnet ist. Im Prinzip kann der zusätzliche Absatz oder Kopf des Spulenkerns 135 im zweiten Bereich 138 bis oder bis nahe des Gehäuses 170 ausgebildet werden. Es kann aber auch bereits eine geringere radiale Erstreckung des Absatzes in den radialen Bereich der Spulenwicklung 141 hinein zu einer Verbesserung der Feldlinienverteilung führen. Vorteilhafterweise ist der Spulenkern 135 im zweiten Bereich 138 derart ausgebildet, dass ein Flächenschwerpunkt des Spulenkerns 135 gegenüber der Symmetrieachse 137 in entgegengesetzter Richtung von der Lagerungsvorrichtung 106 verschoben ist.

Mit der Erfindung ist es somit ermöglicht, die für die zu aktivierende Bewegung des Ankers 115 nutzbare Magnetkraft zu erhöhen, indem der magnetische Übergang zwischen Spulenkern 135 und Anker 115 so ausgestaltet wird, dass einerseits der magnetische Fluss in Richtung Lagerungsvorrichtung 106 durch einen größeren Luftspalt 190 abgeschwächt wird, die nutzbare Magnetkraft an der gegenüberliegenden Seite des Ankers 115 hingegen erhöht wird. Dies hat auch einen positiven Einfluss auf das infolge der Magnetkraft auf den Anker 115 wirkende Drehmoment, welches an der zweiten Seite 132 des Spulenkerns 135 entfernt von der Lagerungsvorrichtung 106 erhöht wird, da die Feldlinien 180 und damit der Kraftmittelpunkt in Richtung der zweiten Seite 132 auf einen größeren Radius des Ankers 115 verschoben werden. Dies hat auch den positiven Effekt, dass die zusätzlich auf die Lagerungsvorrichtung 106 wirkenden magnetischen Kräfte verringert werden.

Die Verschiebung der Feldlinien 180 in Richtung der zweiten Seite 132 des Spulenkerns 135 kann dadurch verstärkt werden, indem der Anker 115 in einem ersten Bereich 116 einen magnetischen Widerstand pro Längeneinheit aufweist, der in Relation zu einem magnetischen Widerstand pro Längeneinheit in einem zweiten Bereich 117 des Ankers 115 erhöht ist. In dem ersten Bereich 116 ist der Anker 115 mittels der Lagerungsvorrichtung 106 in dem Aktuator 105 gelagert, in dem zweiten Bereich 117 erstreckt sich der Anker 115 über dem zweiten Bereich 138 des Spulenkerns 135. Mithin ist der magnetische Widerstand pro Längeneinheit in der Nähe des Lagers höher als im Bereich des Absatzes des Spulenkerns 135. Auch dadurch können die Feldlinien 180 in Richtung der zweiten Seite 132 auf einen größeren Radius des Ankers 115 verschoben werden.

Der magnetische Widerstand pro Längeneinheit kann dadurch erhöht werden, indem im ersten Bereich 116 des Ankers 115 wenigstens eine Querschnittsverengung 118 in Relation zu einem Querschnitt im zweiten Bereich 117 des Ankers 115 vorgesehen wird. Da der magnetische Widerstand Rm umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche des Ankermaterials ist, das die Feldlinien 180 durchdringen müssen, ist Rm, Eisen pro Längeneinheit in dem ersten Bereich 116 des Ankers 115 durch die Querschnittsverengung(en) 118 höher als in dem zweiten Bereich 117. Zudem kann durch eine versetzte Platzierung der Querschnittsverengungen 118, wie in Fig. 2 dargestellt, der zu durchlaufende Pfad für die Feldlinien 180 durch so herbeigeführte Krümmungen verlängert werden, was wiederum den magnetischen Widerstand erhöht, der proportional zur durchlaufenden Länge ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist in den Querschnittsverengungen 118 der jeweilige Querschnitt des Ankers 115 in Relation zu einem Querschnitt des an die Querschnittsverengungen 118 angrenzenden Ankerkörpermaterials auf Seiten des zweiten Bereichs 117 verringert.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 weist oder weisen die Querschnittsverengung(en) 118 eine geringere Dicke d1 des Ankers 115 (in Richtung der Symmetrieachse 137) in Relation zu der Dicke d2 im zweiten Bereich 117 des Ankers 115 auf.

Die Querschnittsverengung(en) 118 können durch eine Reduktion (in Fig. 2 mit 119 gekennzeichnet) des Ankerkörpermaterials im ersten Bereich 116 hergestellt werden. Die Reduktion 119 (etwa in Form einer Aushöhlung, eines Rücksprungs oder einer Vertiefung) wird beispielsweise durch Ausklinkung, Prägung und/oder Ausstanzung von Ankerkörpermaterial hergestellt. Vorteilhaft wird eine Querschnittsverengung 118 über der Lagerdrehachse der Lagerungsvorrichtung 106 und/oder angrenzend an die Lagerdrehachse der Lagerungsvorrichtung 106 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt. Durch eine gezielte Positionierung und Gestaltung des magnetischen Übergangs zwischen Magnetkern und Anker (Joch) wird der magnetische Fluss somit vorteilhaft in Richtung Lagerung abgeschwächt. Zudem kann die nutzbare Magnetkraft erhöht und die Lagerkraft mit resultierender geringerer Lagerreibung reduziert werden.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Anker 115, wie auch in der Ausführungsform nach Fig. 1, als Plattenanker ausgebildet, wie er beispielsweise in einem Kippankerventil 100 gemäß Fig. 1 eingesetzt wird. Der Anker 115 ist an einer Seite, im vorliegenden Ausführungsbeispiel an der Stirnseite, mittels der Lagerungsvorrichtung 106 in dem Aktuator 105, beispielsweise dem Kippankerventil 100, fixiert und gelagert und wird durch Aktivierung der Spule 140 zwischen der ersten und zweiten Position bewegt, wie in Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Die Lagerungsvorrichtung 106 mit Lagerdrehachse senkrecht zur Symmetrieachse 137 des Spulenkerns 135 ist in Fig. 2 abweichend von dem Lagerabschnitt 162 und Lager 145 der Fig. 1 dargestellt und soll lediglich schematisch eine einseitige Lagerung des Ankers 115 verdeutlichen. Es können zur Lagerung verschiedene Mechanismen eingesetzt werden, wie z.B. der aus Fig. 1 oder andere Mechanismen der oben genannten Druckschriften.

Der Aktuator 105 gemäß Fig. 2 wurde in Zusammenschau mit Fig. 1 in Zusammenhang mit einem Magnetventil in Form des Kippankerventils 100 beschrieben. Bei einem Einsatz in einer elektromagnetischen Schaltvorrichtung, etwa einem Relais, hingegen könnte der in Fig. 2 gezeigte Anker 115 beispielsweise als elektrisches Schaltelement, welches einen elektrischen Kontakt analog einer Ventilöffnung schließt oder öffnet, eingesetzt werden. Die beschriebene Art der Magnetfeldverlagerung durch die Gestaltung des Spulenkerns 135 und des Ankers 115 kann im Grundsatz bei allen gattungsgemäßen elektromagnetischen Anker-Ventilvorrichtungen und Schaltvorrichtungen angewandt werden. BEZUGSZEICHENLISTE

100 Kippankerventil

105 elektromagnetischer Aktuator

106 Lagerungsvorrichtung

110 Spulenelement

115 Ankerkörper

116 erster Bereich

117 zweiter Bereich

118 Querschnittsverengung

119 Reduktion

120 Feder

125 Dichtelement

130 Gehäuseteil

131 erste Seite

132 zweite Seite

135 Spulenkern

136 erster Bereich

137 Symmetrieachse

138 zweiter Bereich

140 Spule

141 Spulenwicklung

145 Lager

147 erste Position

149 zweite Position

150 Ventilsitz

155 Ausgang

157 Eingang

158 Fluid

160 Erhebung

162 Lagerabschnitt

165 Ausnehmung

170 Gehäuse 180 Feldlinien