Elektromagnetischer Aktuator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator mit einer Spulenanordnung mit mindestens einem Spulenkern und einer umfangsmäßig um den Spulenkern angeordneten Spule, und mit einem bewegbaren magnetischen Ankerkörper als bewegbares Aktuatorelement.

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. Der elektromagnetische Aktuator verfügt über eine Spulenanordnung mit mindestens einem Spulenkern und einer umfangsmäßig um den Spulenkern angeordneten Spule und einen bewegbaren magnetischen Ankerkörper als Aktuatorelement. Der Ankerkörper ist über zwei Kugeln, die in dem Ankerkörper eingepresst sind, an der Spulenanordnung gelagert.

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.

Bei den bekannten elektromagnetischen Aktuatoren können teilweise ungenaue Ankerpositionen im Arbeitszustand auftreten, was dazu führen kann, dass die Lagerung zwischen Ankerkörper und Spulenanordnung schneller verschleißt. In dem Fall, dass der Ankerkörper (oder kurz Anker) mit einer Lagerbaugruppe in einem bekannten elektromagnetischen Aktuator gelagert ist, ist oftmals eine aufwendige Herstellung erforderlich, denn die Montage einer solchen Lagerbaugruppe an dem Anker erfordert oftmals eine Vielzahl von Montageschritten durch mehrere unabhängig herzustellende Elemente.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Herstellung vereinfacht werden kann.

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 einer Spulenanordnung mit mindestens einem Spulenkern und einer umfangsmäßig um den Spulenkern angeordneten Spule und einem bewegbaren magnetischen Ankerkörper als bewegbares Aktuatorelement, der durch ein von der Spulenanordnung erzeugtes Magnetfeld bewegbar ist. Der Ankerkörper ist mittels einer Lagerungsanordnung gelagert und von einer ersten Position in eine zweite Position bewegbar. Die Lagerungsanordnung weist mindestens zwei Vertiefungen in einem ersten Lagerabschnitt auf, der an dem Ankerkörper ausgebildet ist, und mindestens zwei Erhebungen in einem zweiten Lagerabschnitt, der an dem Aktuator auf Seiten der Spulenanordnung ausgebildet ist. Die Vertiefungen sind im Ankerkörper integriert und in der Form von wenigstens zwei, in Richtung einer Lagerachse des Ankerkörpers im Abstand zueinander angeordneten, wenigstens teilweise zylindrisch schalenartig ausgebildeten Vertiefungen ausgeführt. Die Erhebungen sind in der Form von wenigstens zwei, in Richtung der Lagerachse des Ankerkörpers im Abstand zueinander angeordneten, wenigstens teilweise zylindrisch ausgebildeten Erhebungen ausgeführt, die in eine jeweilige der Vertiefungen eingreifen. Der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator ermöglicht, dass der Ankerkörper sicher und leichtgängig in dem elektromagnetischen Aktuator bewegbar ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist kein separates Lagerelement notwendig, was die Bauteilanzahl des elektromagnetischen Aktuators reduziert und auch eine Montage erleichtert. Da die Lagerungsanordnung Vertiefungen auf dem magnetischen Ankerkörper aufweist, hat die Lagerungsanordnung einen positiven Einfluss auf einen magnetischen Fluss im Ankerkörper sowie dessen kinetische Wirkung auf den Ankerkörper. Des Weiteren ermöglicht die Lagerungsanordnung eine gute und lagegenaue Positionierung des Ankerkörpers im Aktuatorelement, insbesondere an der Spulenanordnung. Die spiegelbildlich ausgeführten schalenartigen Lagerstellen erlauben einen langfristig symmetrischen Verschleiß der Lagerungsanordnung, so dass der Verschleiß eine verringerte Auswirkung insbesondere auf die rotatorische Positionierung und somit die Funktion des elektromagnetischen Aktuators hat.

Durch die Ausbildung der Vertiefungen als wenigstens teilweise zylindrisch schalenartig ausgebildete Vertiefungen und durch die wenigstens teilweise zylindrisch ausgebildeten Erhebungen kann die Lagerungsanordnung bereits bei geringen Anpresskräften hohe Querkräfte aufnehmen, insbesondere magnetische Querkräfte, ohne dass sich der Ankerkörper von der Spulenanordnung löst. Die Beabstandung der Vertiefungen entlang der Lagerachse des Ankerkörpers ermöglicht eine Zentrierung über zwei Anlageflächen mit geringem Abstand. Hierdurch verbessert sich die Präzision und Funktionsfähigkeit über die Lebensdauer des elektromagnetischen Aktuators. Weiterhin können Fertigungstoleranzen aufgrund der integrierten Lagerungsanordnung verringert werden.

Die Erhebungen sind in Richtung der Lagerachse des Ankerkörpers im Abstand zueinander angeordnet und wenigstens teilweise zylindrisch ausgebildet. Insbesondere sind die Erhebungen als eine Art Halbzylinder ausgebildet, die sich auf Seiten der Spulenanordnung in Richtung des Ankerkörpers erstrecken.

Die Anordnung und Form der Erhebungen korrespondieren mit der Anordnung und Form der Vertiefungen im Ankerkörper. Insbesondere sind die Vertiefungen jeweils als eine in dem Ankerkörper teilweise zylindrisch ausgebildete Vertiefung vorgesehen. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator in Form eines Magnetventils, etwa für ein Bremssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, ausgeführt.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators kontaktieren sich jeweils eine der Erhebungen und eine der Vertiefungen an zwei zur jeweiligen Oberfläche tangentialen, in Richtung der Lagerachse des Ankerkörpers verlaufenden Berührungslinien. Insbesondere werden damit zwei beabstandete linienartige Kontaktstellen (Linienkontakte) zwischen der entsprechenden Erhebung und Vertiefung gebildet, wodurch eine genaue Führung des Ankerkörpers ohne großes Lagerspiel ermöglicht wird. Ein geringeres Lagerspiel erhöht auch die Haltbarkeit des elektromagnetischen Aktuators.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weisen die Erhebungen und Vertiefungen, die ineinander greifen, in jeweiligen Bereichen der tangentialen Berührungslinien (Linienkontakten) unterschiedliche Oberflächenradien auf. Dies ermöglicht eine vorteilhafte und über weite Bewegungsbereiche des Ankerkörpers zuverlässige und spielfreie Kontaktierung zwischen der entsprechenden Erhebung und Vertiefung. Hiermit lässt sich ein Verschleiß der Lagerungsanordnung weiter reduzieren, wodurch die Haltbarkeit des elektromagnetischen Aktuators verbessert wird.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators sind die Erhebungen jeweils in einem Bereich zwischen den tangentialen Berührungslinien (Linienkontakten) von der zylindrischen Form abgeflacht und im abgeflachten Bereich nicht mit der jeweiligen Vertiefung in Kontakt. Dies verhindert ein großes Lagerspiel, da nicht der höchste Punkt der Erhebung in Kontakt mit der Vertiefung kommt, sondern zwei Punkte auf einem Kreisbogen mit Tangentenwinkel zueinander. Hierdurch wird die Lagerungsanordnung auch über die Lebensdauer weitestgehend spielfrei.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators ist wenigstens eine der Vertiefungen derart ausgebildet, dass eine Stirnfläche der wenigstens einen der Vertiefungen, die der jeweils anderen Vertiefung zugewandt ist, gewölbt, insbesondere sphärisch, oder von der zylindrisch schalenartigen Form abgeflacht ausgeführt ist. Diese Ausgestaltung der Vertiefung ermöglicht eine Verbesserung einer Lagerzentrierung. Hiermit kann auch der Verschleiß der Lagerungsanordnung reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators wird eine Lagerzentrierung entlang der Lagerachse durch die Stirnfläche der wenigstens einen der Vertiefungen im Zusammenwirken mit der jeweiligen Erhebung bewirkt.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators ist wenigstens eine der Erhebungen derart ausgebildet, dass eine Stirnfläche der wenigstens einen der Erhebungen, die der jeweils anderen Erhebung zugewandt ist, gewölbt, insbesondere sphärisch, oder von der zylindrischen Form abgeflacht ausgeführt ist. Diese Ausgestaltung der Vertiefung ermöglicht eine Verbesserung einer Lagerzentrierung. Hiermit kann auch der Verschleiß der Lagerungsanordnung reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators wird eine Lagerzentrierung entlang der Lagerachse durch die Stirnfläche der wenigstens einen der Erhebungen im Zusammenwirken mit der jeweiligen Vertiefung bewirkt.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators ist eine Symmetrieachse der Vertiefungen in axialer Richtung der Vertiefungen (mithin in Richtung der Lagerachse) unterhalb einer an die Vertiefungen angrenzenden Oberfläche des Ankerkörpers angeordnet. Das bedeutet, dass die theoretische Drehachse der Vertiefungen unterhalb der an die Vertiefungen angrenzenden Oberfläche des Ankerkörpers so angeordnet ist, dass von der Zylinderform tangential eine gerade Flanke entsteht. Ein Zwischenabschnitt zwischen der Oberfläche des Ankerkörpers und dem Beginn der zylindrischen Form der Vertiefung kann damit im Querschnitt annähernd geradlinig ausgebildet sein. Dies ermöglicht den Erhebungen eine größere Eindringtiefe in den Ankerkörper. Hiermit wird ein Herausspringen des Ankerkörpers aus der durch Lagerungsanordnung gegebenen Führung vermieden und eine Notfunktionalität sichergestellt, beispielsweise wenn eine Federkraft zum Andrücken des Ankerkörpers an den zweiten Lagerabschnitt nachlässt oder ausfällt.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weist dieser ein Federelement zum Andrücken des Ankerkörpers an den zweiten Lagerabschnitt auf. Das Federelement kann als Blattfeder, Schenkelfeder oder Drahtbiegeelement ausgebildet sein. Dies gewährleistet eine zuverlässige Lagerung des Ankerkörpers an der Spulenanordnung. Dadurch bleibt der Verschleiß des Ankerkörpers und des zweiten Lagerabschnitts, insbesondere der Vertiefungen und der Erhebungen, gering, wodurch die Haltbarkeit des elektromagnetischen Aktuators verbessert wird.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators drückt das Federelement den Ankerkörper in der ersten Position an den zweiten Lagerabschnitt an und hält diesen in Position.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weist dieser weiterhin wenigstens ein Stützelement auf, das an einer der Spulenanordnung abgewandten Seite des Ankerkörpers den Vertiefungen gegenüberliegend angeordnet ist und bei einem Abfallen des Ankerkörpers weg von den Erhebungen den Ankerkörper abstützt. Hiermit wird ein Herausspringen des Ankerkörpers aus der durch die Erhebungen gegebenen Führung vermieden und eine Notfunktionalität sichergestellt, beispielsweise für den Fall, dass ein Federelement bricht oder sich löst. Sollte eine spielfreie Lagerung im "abgefallenen" Zustand des Ankerkörpers nicht notwendig sein, kann durch das wenigstens eine Stützelement auch auf ein Federelement (Lagerfeder), wie oben beschrieben, verzichtet werden.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weisen die Erhebungen eine Eindringtiefe in die Vertiefungen auf, die derart bemessen ist, dass die Lagerachse tiefer als eine Oberfläche des Ankerkörpers außerhalb der Vertiefungen angeordnet ist. Dies verhindert ein Herausspringen des Ankerkörpers aus der Führung und verhindert ein Abrutschen oder Lösen des Ankerkörpers von der Spulenanordnung, und es wird eine Notfunktionalität sichergestellt. Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators ist der Ankerkörper als Plattenanker ausgeführt.

Gemäß einer Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators ist der elektromagnetische Aktuator als elektromagnetische Schalt- oder Ventilvorrichtung mit dem Ankerkörper als Schalt- bzw. Ventilelement ausgebildet, insbesondere als ein elektromechanisches Relais oder Magnetventil.

Gemäß einer Ausführungsform ist der elektromagnetische Aktuator als ein 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, 1 B schematische Querschnittsdarstellungen eines beispielhaften Kippankerventils, bei dem ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Aktuator dem Grundsatz nach zur Anwendung kommen kann,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften bekannten Ankerkörpers zur Verwendung in einem Kippankerventil gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators senkrecht zu einer Lagerachse A, wie sie beispielsweise in einem Kippankerventil gemäß Fig.

1 Verwendung finden kann. Fig. 4 eine schematische vergrößerte Querschnittsdarstellung einer Lagerungsanordnung gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators, wobei eine Schnittebene entlang der Lagerachse A aus Fig. 3 gewählt ist;

Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Erhebung einer Lagerungsanordnung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators; und

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung von zwei im Ankerkörper angeordneten Vertiefungen einer Lagerungsanordnung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators.

Fig. 1 zeigt anhand von Fig. 1A und Fig. 1B eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Kippankerventils 100, bei dem ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Aktuator 105, wie in den Fig. 3 bis 6 in Teilausschnitten dargestellt, dem Grundsatz nach zur Anwendung kommen kann. Dabei soll Fig. 1 einen beispielhaften, praxisgemäßen Einsatz eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators anhand eines Kippankerventils verdeutlichen. Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Ankerkörper 115, welcher aus der DE 10 2016 105 532 A1 bekannt ist, und der dem Grundsatz nach, mit Ausnahme der Lagerung (im Bereich der Erhebungen 160, 160a), auch bei einem erfindungsgemäßen Aktuator eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ankerkörpers 115 ist dabei in Fig. 3, 4 und 6 und die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Spulenkörpers 320 ist dabei in Fig. 3, 4 und 5 gemäß eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt und kann vom Fachmann im Grundsatz ohne Weiteres auf ein Kippankerventil gemäß Fig. 1 und einen Ankerkörper gemäß Fig. 2 übertragen werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass dem Fachmann die grundlegende Funktionsweise von elektromagnetischen Vorrichtungen, 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, 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, der entlang einer Längsachse 137 ausgerichet ist, einen umfangsmäßig um den Spulenkern 135 angeordneten Spulenkörper 128, sowie eine umfangsmäßig um den Spulenkörper 128 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 T rägerelement 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 Kippankverventil 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 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. Die Ausnehmung ist 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 sein.

Die Feder 120 ist in diesem Beispiel 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 Lagerachse 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 einer dargestellten Rückstellfeder 195 der Anker 115 in die erste Position 147 zurückfallen.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des beispielhaften Ankers 115, welcher auch aus der DE 10 2016 105 532 A1 bekannt ist, zur Verwendung in dem Kippankerventil 100. Der Anker 115 ist hier als Plattenanker ausgebildet. Der Anker 115 weist neben dem Dichtelement 125 zwei eingepresste Kugeln als Erhebungen 160, 160a auf, die in einer Richtung angeordnet sind, die eine Lagerachse des Ankers 115 bei der Drehung nach einem Einschalten des Stroms durch die Spule 140 bildet. Das bedeutet, dass die Erhebungen 160 und 160a nebeneinander entlang der Lagerachse A angeordnet sind. Zentral auf dem Anker 115 ist ein Federbefestigungsabschnitt 196 ausgebildet, der mit der Rückstellfeder 195 zusammenwirkt und ein Abrutschen der Rückstellfeder 195 von dem Anker 115 verhindert.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators senkrecht zu einer Lagerachse A, wie sie beispielsweise in einem Kippankerventil gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann. Gleiche, gleichwirkende oder analoge Komponenten sind in Fig. 1-6 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Lagerachse A ist parallel zu einer Stirnseite eines Spulenkörpers 328 angeordnet. Die Stirnseite 328a liegt in einer Ebene, die vorzugsweise in einem annähernd rechten Winkel zu der Längsachse 137 des Spulenkerns 135 ausgerichtet ist. In Fig. 3 ist ein linker Teil des Spulenkerns 135 gezeigt, der eine zentrale Ausnehmung aufweist, in die die Rückstellfeder 195 eingesetzt ist. Die Rückstellfeder 195 ist dazu ausgebildet, den Ankerkörper 115 in eine Ausgangsposition vorzuspannen, wenn der elektromagnetische Aktuator 105 nicht bestromt ist. In Verbindung mit Fig. 1 bedeutet dies, dass der Ankerkörper 115 in die erste Position 147 vorgespannt wird. An einer radialen Außenfläche des Spulenkerns 135 ist der Spulenkörper 328 angeordnet. In dem hier dargestellten Teil des Spulenkörpers 328 ist ein Dichtringaufnahmeraum 189 ausgebildet, der in Form einer umlaufenden Vertiefung oder Aussparung an einer radialen Außenseite des Spulenkörpers 328 angeordnet ist. In dem Dichtringaufnahmeraum 189 befindet sich beispielsweise ein Dichtelement 190, insbesondere ein O-Ring, der mit dem den Spulenkörper 328 umgebenen Gehäuse 170 zusammenwirkt, so dass zwischen einem Bereich, in dem der Ankerkörper 115 positioniert ist, und einem Bereich, in dem die Spule 140 positioniert ist, ein Fluiddurchtritt vermieden wird.

Der Spulenkörper 328 weist einen zweiten Lagerabschnitt 302 der Lagerungsanordnung 300 auf. Der Lagerabschnitt 302 könnte aber auch grundsätzlich an einem anderen Element des Aktuators 105, etwa an einem Gehäuseteil des Gehäuses 170 oder einem separaten Element (vgl. Kunststoffelement 165 in Fig. 1A) an einer Stirnseite des Spulenkörpers 328 angeordnet sein. In dem zweiten Lagerabschnitt 302 sind wenigstens zwei Erhebungen 320a und 320b ausgebildet, wobei nur eine erste der Erhebungen 320a in Fig. 3 im Querschnitt gezeigt ist. Der Ankerkörper 115 ist gemäß einer Ausführungsform einseitig am Aktuator 105 gelagert, wie dargestellt.

Insbesondere befindet sich die Lagerungsanordnung 300 an einer Stirnseite des Ankers 115, mithin in einem radial äußeren Bereich des Ankers 115.

Im Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen 320a und 320b integral mit dem Spulenkörper 328 ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass der zweite Lagerabschnitt 302 mit seinen Erhebungen 320a und 320b an einem anderen Element einer Spulenanordnung oder dem Gehäuse, welches zwischen dem Spulenkörper 328 und dem Ankerkörper 115 angeordnet sein kann, angeordnet ist, wie zum Beispiel ein Element, das in Fig. 1A die Vertiefung 165 aufweist. Anders gesprochen sind die Erhebungen 320a und 320b an einem nächstgelegenen Bauteil, ausgehend von dem Ankerkörper 115, in Richtung der Spule 140 ausgebildet. Es ist ebenfalls möglich, dass die Erhebungen 320a und 320b nachträglich montiert werden, auch wenn die integrale Ausbildung zu bevorzugen ist.

Die Erhebungen 320a und 320b sind in der Form von wenigstens zwei, in Richtung der Lagerachse A des Ankerkörpers 115 im Abstand zueinander angeordneten, wenigstens teilweise zylindrisch ausgebildeten Erhebungen 320a und 320b ausgeführt. Der zylindrische Teil der Erhebungen 320a und 320b ist auf einem jeweiligen, sich von einer Stirnseite des Spulenkörpers 328 erstreckenden Säulenabschnitt 322a und 322b angeordnet, so dass der zylindrische Teil der Erhebungen 320a und 320b nicht direkt an einer Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328 endet, sondern zunächst in den Säulenabschnitt 322a und 322b übergeht. Der Säulenabschnitt 322a und 322b bildet einen Übergang von dem zylindrischen Teil der Erhebungen 320a und 320b zu der Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328. Zwischen den Erhebungen 320a und 320b in Richtung der Lagerachse A befindet sich ein Spulenkörperabschnitt 323, der z.B. in der Ebene liegt, in der auch die Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328 angeordnet ist. Die Säulenabschnitte 322a und 322b können optional in dem elektromagnetischen Aktuator 105 vorgesehen werden.

Die Erhebungen 320a und 320b sind in einem jeweiligen Bereich 333a bzw. 333b zwischen zwei tangentialen Berührungslinien 331 und 332 von der zylindrischen Form abgeflacht. Die abgeflachten Bereiche 333a, 333b können insbesondere parallel zu der Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328 oder einer Stirnseite eines mit den Erhebungen 320a, 320b versehenen Elements der Spulenanordnung ausgebildet sein. Im abgeflachten Bereich 333a, 333b ist die jeweilige Erhebung 320a und 320b nicht in Kontakt mit einer entsprechenden Vertiefung 310a und 310b eines ersten Lagerabschnitts 301 der Lagerungsanordnung 300. Dieser abgeflachte Bereich 333a, 333b dient der Robustheit über einen Toleranzbereich der Lagerungsanordnung und verhindert ein großes Lagerspiel, da nicht der eine höchste Punkt in Kontakt mit der jeweiligen Vertiefung 320a und 320b kommt, sondern zwei Punkte (an den tangentialen Berührungslinien bzw. Linienkontakten 331 und 332) auf einem Kreisbogen mit Tangentenwinkel zueinander. Die Erhebungen 320a und 320b des zweiten Lagerabschnitts 302 wirken mit den Vertiefungen 310a und 310b des ersten Lagerabschnitts 301 zusammen. Die Vertiefungen 310a und 310b und der erste Lagerabschnitt 301 sind in einem radial äußeren (stirnseitigen) Bereich an dem Ankerkörper 115 ausgebildet. Die Vertiefungen 310a und 310b sind im Ankerkörper 115 integriert und in der Form von wenigstens zwei, in Richtung der Lagerachse A des Ankerkörpers 115 im Abstand zueinander angeordneten, wenigstens teilweise zylindrisch schalenartig ausgebildeten Vertiefungen ausgeführt. Anders gesprochen sind die Vertiefungen 310a und 310b und die Erhebungen 320a und 320b so ausgebildet, dass sie im eingebauten Zustand Zusammenwirken und gemeinsam die Lagerungsanordnung 300 ausbilden. Zwischen den Vertiefungen 310a, 310b ist in Richtung der Lagerachse A gesehen ein Oberflächenabschnitt 317 einer Oberfläche 315a des Ankerkörpers 115 angeordnet. Dieser Oberflächenabschnitt 317 dient dazu, die Vertiefungen 310a, 310b räumlich entlang der Lagerachse A zu trennen.

Die Neigung der Seitenwände der Vertiefungen 310a, 310b ist abhängig von einem gewünschten Ankerhubwinkel und ist so zu wählen, dass eine Selbsthemmung bei auftretender Querkraft an dem Ankerkörper 115 wirkt und damit ein Herausheben des Ankerkörpers 115 von den Erhebungen 320a, 320b verhindert.

Eine im wenigstens teilweise zylindrische Form beinhaltet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass insbesondere wenigstens eine Teilfläche vorhanden ist, die eine zylindrische Form oder eine teilweise zylindrische Form (etwa einen Teil einer zylindrisch geformten Mantelfläche) hat. Die Erhebungen sind nicht notwendigerweise als „reine“ Zylinder ausgeführt. Es genügt, wenn ein Teilbereich ihrer Oberfläche eine Form einer zylindrisch geformten Mantelfläche hat. Analoges gilt für die wenigstens teilweise zylindrisch schalenartig ausgebildeten Vertiefungen.

In Fig. 3 ist der Ankerkörper 115 so angeordnet, dass die Oberfläche 315a des Ankerkörpers 115 zur Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328 weist. Der Ankerkörper 115 weist auch eine gegenüberliegende Oberfläche 315b auf, die von dem Spulenkörper 328 und damit auch von dem zweiten Lagerabschnitt 302 abgewandt ist. Gegenüber der Oberfläche 315b des Ankerkörpers 115 ist z.B. die Deckschale 130 (oder ein anderes Gehäuseteil des Gehäuses 170) angeordnet. An einer zum Ankerkörper 115 weisenden Oberfläche ist ein Stützelement 131 ausgebildet, welches sich gegenüber der Oberfläche 315b des Ankerkörpers 115, insbesondere gegenüber einer Auswölbung 340a befindet, die durch die Vertiefung 310a ausgebildet ist. Mit dem Stützelement 131 kann konstruktiv vermieden werden, dass der Ankerkörper 115 von dem Spulenkörper 328 abrutscht und somit eine Verschwenkbewegung des Ankerkörpers 115 nicht mehr möglich wäre, womit eine „Notfunktionalität“ ermöglicht ist. Anders gesprochen kann mit dem Stützelement 131 vermieden werden, dass die Vertiefungen 310a, 310b von den Erhebungen 320a, 320b abrutschen. Alternativ kann die Deckschale 130 auch ohne Stützelement 131 ausgebildet sein.

Die Lagerungsanordnung 300, welche kein Nadellager und eine axiale Führung des Nadellagers durch eine Feder benötigt, ist eine konstruktiv einfache Möglichkeit für eine verlässliche und verschleißarme Lagerungsanordnung. Hierdurch kann auf eine komplexe Feder verzichtet werden. Durch die zwei Vertiefungen 310a, 310b im Zusammenwirken mit den zwei Erhebungen 320a, 320b können zwei Achsrichtungen fixiert werden und es kann auf eine axiale Führung durch die Feder 120 verzichtet werden. Mit der Lagerungsanordnung 300 lässt sich eine Lagerung mit einer vorteilhaften Zentrierung entlang der Lagerachse A realisieren, mit daraus resultierenden geringeren magnetischen Querkräften und somit weniger Lagerverschleiß. Weiterhin ist hinsichtlich einfacherer Herstellung vorteilhaft, dass die Vertiefungen 310a, 310b in den Ankerkörper 115 integriert und geformt werden können.

Aufgrund der Ausgestaltung der Lagerungsanordnung 300 kann der Ankerkörper 115 spielfrei gelagert werden, auch ohne dass eine Feder 120 notwendig ist. Mit der Feder 120 ist lediglich eine noch vorteilhaftere Fixierung des Ankerkörpers 115 am Spulenkörper 328 möglich. Durch das Stützelement 131 kann, wenn die Feder 120 in dem elektromagnetischen Aktuator 105 verwendet wird, zusätzlich ein Versagen der Feder 120 abgesichert werden. Durch eine hohe Eindringtiefe der Erhebungen 320a, 320b in die Vertiefungen 310a, 310b wird ein Herausspringen des Ankerkörpers 115 aus der Führung der Lagerungsanordnung 300 verhindert und eine Notfunktionalität des elektromagnetischen Aktuators 105 sichergestellt. Fig. 4 zeigt eine schematische vergrößerte Querschnittsdarstellung der Lagerungsanordnung 300, wobei eine Schnittebene entlang der Lagerachse A verläuft. In Fig. 4 ist die Anordnung der Vertiefungen 310a und 310b zu den jeweiligen Erhebungen 320a und 320b dargestellt. Die Vertiefungen 310a und 310b weisen vorteilhaft eine sphärisch ausgeführte zur jeweiligen anderen Vertiefung 310a und 310b weisende Stirnfläche 311a, 311b auf. Alternativ können die Stirnflächen 311a und 311b auch abgeflacht ausgebildet sein. Die von der Stirnfläche 311b abgewandte Stirnfläche 314b der Vertiefung 310b erstreckt sich annähernd rechtwinklig zu der Oberfläche 315a des Ankerkörpers 115. Die von der Stirnfläche 311a abgewandte Stirnfläche 314a der Vertiefung 310a erstreckt sich ebenfalls annähernd rechtwinklig zu der Oberfläche 315a des Ankerkörpers 115.

Die Erhebungen 320a und 320b weisen jeweils ebenfalls eine sphärisch ausgeführte Stirnfläche 321a und 321b auf, die einander zugewandt sind. Alternativ können die Stirnflächen 321a und 321b auch wenigstens teilweise abgeflacht ausgebildet sein. Auch derart ausgestaltete Stirnflächen tragen zu einer axialen Zentrierung der Lageranordnung entlang der Lagerachse A bei.

Eine sphärisch ausgeführte Fläche beinhaltet im Sinne dieser Offenbarung insbesondere, dass wenigstens eine Teilfläche vorhanden ist, die eine dreidimensional gewölbte, insbesondere nach außen gewölbte (konvexe) Form, insbesondere eine sphärische Form oder eine teilweise sphärische Form (etwa einen Teil einer sphärisch geformten Oberfläche) hat. Es ist dabei mehr der räumlich-dreidimensionale gewölbte bzw. gerundete Aspekt von Bedeutung, ohne dass es etwa auf eine exakte Kreisbogenform ankommt, die aber auch spezifische Vorteile hinsichtlich axialer Zentrierung haben kann. Damit sollen auch z.B. elliptische oder andere räumlich bzw. dreidimensional gerundete oder gekrümmte Formen von diesem Begriff mit eingeschlossen sein. Die Stirnflächen sind nicht notwendigerweise als „reine“ Kugelflächen ausgeführt. Es genügt, wenn ein Teilbereich ihrer Oberfläche eine dreidimensional gewölbte Form hat. Analoges gilt für die entsprechenden Stirnflächen an den Vertiefungen, die entsprechend eine dreidimensional gewölbte, insbesondere nach innen gewölbte (konkave), insbesondere sphärische Form aufweisen. Auch können bei einer abgeflachten Fläche entsprechend gerade (plan) geformte Flächen (ohne Krümmungsanteil) vorgesehen sein, die einen Teil der betreffenden Oberfläche bilden.

Die beschriebenen Ausgestaltungen der Vertiefungen 310a und 310b und der Erhebungen 320a und 320b ermöglichen eine weitgehend spielfreie Lagerung des Ankerkörpers 115 an dem Spulenkörper 328. Dies ermöglicht einen geringen Verschleiß und wirkt sich positiv aus auf die Haltbarkeit des elektromagnetischen Aktuators 105. Des Weiteren ermöglicht diese Ausgestaltung eine axiale Ausrichtung entlang der Lagerachse A, wodurch auch Querkräfte aufgenommen werden können, ohne dass die Funktionalität des elektromagnetischen Aktuators 105 wesentlich eingeschränkt wird.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer der Erhebungen, hier der Erhebung 320b der Lagerungsanordnung 300 des elektromagnetischen Aktuators 105. Wie bereits beschrieben erstreckt sich die Erhebung 320b von der Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328 weg. Zunächst folgt in Erstreckungsrichtung fließend, also mit einem gekrümmten Übergang, von der Stirnseite 328a des Spulenkörpers 328 ein Säulenabschnitt 322b. Von dem Säulenabschnitt 322b erstreckt sich ein im wesentlichen zylindrischer Teil 313b der Erhebung 320b in einem rechten Bereich der Erhebung 320b sowie ein sphärischer Teil der Erhebung 320b in einem linken Bereich der Erhebung 320b. Der sphärische Teil der Erhebung 320b weist eine sphärisch ausgebildete Stirnfläche 321b auf, die in einen abgeflachten Bereich 333b im zylindrischen Teil 313b der Erhebung 320b am von der Stirnseite 328a entfernt liegenden Ende der Erhebung 320b übergeht. Die Ausführungen in Bezug auf die Erhebung 320b gelten in analoger (spiegelverkehrter) Form auch für die gegenüberliegende, hier nicht dargestellte Erhebung 320a. Die Mantelfläche der Erhebungen 320a, 320b ist damit im zylindrischen Teil 313b nach dem Prinzip eines Tonnenlagers ausgeführt.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Ankerkörpers 115 mit im Ankerkörper 115 angeordneten Vertiefungen 310a und 310b der Lagerungsanordnung 300. Der Federbefestigungsabschnitt 196 wirkt, wie oben beschrieben, mit der Rückstellfeder 195 zusammen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind im Ankerkörper 115 die entlang der Lagerachse A einander gegenüberliegenden Stirnflächen 311a und 311b sphärisch ausgebildet. Alternativ können die Stirnflächen 311a und 311b auch von einer zylindrischen Form abgeflacht ausgeführt sein. Die Stirnflächen 311a, 311b schließen sich an einen jeweiligen im wesentlichen zylindrischen Teil 312a, 312b (analog den Erhebungen) an.

Ein elektromagnetischer Aktuator gemäß einem Aspekt der Erfindung sieht also ein Lagerkonzept mit einem wenigstens teilweise zylindrischen Gleitlager mit zentrisch gelegener Unterbrechung als axiale Fixierung vor. Dieses Konzept ist insbesondere bei Kipp- und/oder Klapp-Anker-Elektromagnetvorrichtungen vorteilhaft einsetzbar. Durch die ausgewölbten Vertiefungen stellt die Lagerung auch einen erhöhten magnetischen Widerstand dar, die die Pfadlänge des magnetischen Flusses verlängert wird, womit der magnetische Fluss in Bereiche mit größerem Hebelarm (gegenüber der Lageranordnung 300) gelenkt wird, und somit die auf den Anker wirkende Kraft erhöht wird.

Die Lagerpfannen, hier die Vertiefungen, sind im Ankerkörper integriert und sind in der Form von zwei axial angeordneten, beabstandeten wenigstens teilweise zylindrischen Halbschalen ausgeführt, so dass zwischen den beiden Vertiefungen ein vorzugsweise minimaler Abstand besteht. Die jeweils der anderen Lagerpfanne zugewandte Stirnfläche kann sphärisch oder abgeflacht ausgeführt werden. Diese können der Lagerzentierung in axialer Richtung dienen. Die wenigstens teilweise zylindrischen Lagerblöcke, hier die Erhebungen 320a und 320b, können in ein nächstgelegenes Bauteil oder Element in Richtung der Spule 140 eingebracht sein, zum Beispiel in den Spulenkörper 328. Die Form entspricht näherungsweise einer invertierten Form der Lagerpfannen, insbesondere zwei wenigstens teilweise als Halbzylinder geformte Erhebungen in axialer Anordnung mit sphärisch oder abgeflachten zugewandten Stirnflächen. Zusätzlich können die Erhebungen an einer obersten, den Vertiefungen zugewandten Oberfläche (mithin an den obersten tangentialen Berührungslinien bzw. Linienkontakten) abgeflacht sein. Diese dient der Robustheit über den Toleranzbereich und verhindert ein großes Lagerspiel, da nicht der höchste Punkt in Kontakt mit der Vertiefung kommt. Dadurch wird die Lagerung in gewisser Weise spielfrei und die Bauteile passen sich schneller aneinander an. BEZUGSZEICHENLISTE

100 Kippankerventil

105 elektromagnetischer Aktuator

110 Spulenelement

115 Ankerkörper

120 Feder

125 Dichtelement

128 Spulenkörper

130 Deckschale

131 Stützelement

135 Spulenkern

137 Längsachse

140 Spule

145 Lager

147 erste Position

149 zweite Position

150 Ventilsitz

155 Ausgang

157 Eingang

158 Fluid

160, 160a Erhebung

162 Lagerabschnitt

165 Ausnehmung

170 Gehäuse

180 Feldlinien

189 Dichtungsringaufnahmeraum

190 Dichtelement

195 Rückstellfeder

196 Federbefestigungsabschnitt

300 Lagerungsanordnung

301 erster Lagerabschnitt

302 zweiter Lagerabschnitt 310a, b Vertiefung

311a, b Stirnfläche

312a, 312b zylindrischer Teil

313b zylindrischer Teil 314a, b Stirnfläche 315a, b Oberfläche 317 Oberflächenabschnitt 320a, b Erhebung 321a, b Stirnfläche 322a, b Säulenabschnitt 323 Spulenkörperabschnitt 328 Spulenkörper 328a Stirnfläche 331 tangentiale Berührungslinie 332 tangentiale Berührungslinie 333a, b abgeflachter Bereich 340a Auswölbung