Elektromagnetische Vorrichtung, sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen elektromagnetischen Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung mit einem Magnetkern, einem umfangsmäßig um den Magnetkern angeordneten Spulenkörper und einem Gehäuse, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektromagnetischen Vorrichtung.

Solche elektromagnetischen Vorrichtungen kommen beispielsweise in elektromagnetischen Aktuatoren zum Einsatz, wobei elektromagnetische Aktuatoren beispielsweise in Form von elektromagnetischen Schalt- oder Ventilvorrichtungen, wie etwa in Form eines elektromagnetischen Relais oder Magnetventils bekannt sind. 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, der eine elektromagnetische Vorrichtung aufweist, ist beispielsweise aus DE 10 2016 105 532 A1 bekannt. Der elektromagnetische Aktuator verfügt über eine elektromagnetische Vorrichtung, die einen Magnetkern und einen darum angeordneten Spulenkörper umfasst.

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 wird bei elektromagnetischen Vorrichtungen der Magnetkern in dem Gehäuse verpresst oder verschweißt, um eine Verbindung zwischen Magnetkern und Gehäuse herzustellen. Mit dieser Methode kann ein möglichst geringer magnetischer Widerstand durch Vermeiden eines Spalts am Übergang vom Magnetkern zum Gehäuse bzw. Joch erreicht werden. Der Abstand und die Position des Magnetkerns zu dem Gehäuse haben auf eine zu erzeugende magnetische Kraft im allgemeinen einen großen Einfluss.

Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren sind der Magnetkern, der Spulenkörper und das Gehäuse im Allgemeinen mit hohen Fertigungsgenauigkeiten herzustellen, um eine zentrische Ausrichtung von Spule und Magnetkern zum Gehäuse zu erlangen und mit der eine Schiefstellung des Magnetkerns zum Gehäuse vermieden werden soll. Eine solche Schiefstellung verursacht erhöhte elektromagnetische Verluste, wodurch die Effizienz reduziert und die Streuung der Funktionsparameter über die Produktion erhöht wird. Aufgrund der notwendigen hohen Fertigungsgenauigkeit weisen herkömmlich hergestellte elektromagnetische Vorrichtungen oftmals erhöhte elektromagnetische Verluste auf, wodurch die Effizienz der so hergestellten elektromagnetischen Vorrichtungen reduziert ist. Des Weiteren sind die bekannten Herstellungsvarianten kompliziert und zeitintensiv, da sie eine sehr exakte Bearbeitung der einzelnen Teile einer elektromagnetischen Vorrichtung erfordern.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die vergleichsweise einfach und mit Fertigungstoleranzen auf einem niedrigeren Niveau herstellbar ist und die dabei, über mehrere herzustellende Vorrichtungen betrachtet, weitgehend gleichbleibende magnetische Kennwerte liefert.

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung 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 eine elektromagnetische Vorrichtung mit einem Magnetkern mit einer Längsachse, der einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, einen umfangsmäßig um den zweiten Bereich des Magnetkerns angeordneten Spulenkörper, der wenigstens einen Aufnahmebereich zur Aufnahme wenigstens einer Spulenwicklung einer Spule aufweist, und ein Gehäuse mit einem magnetischen Material, das den Magnetkern und den Spulenkörper wenigstens teilweise umfangsmäßig umgibt und wenigstens einen Kontaktbereich aufweist, in dem das Gehäuse den Magnetkern umgibt und kontaktiert. Der erste Bereich des Magnetkerns weist mindestens eine Auswölbung an einer dem Kontaktbereich des Gehäuses zugewandten Oberfläche des Magnetkerns auf. Der Magnetkern kontaktiert im Bereich der Auswölbung den Kontaktbereich des Gehäuses, wobei die Auswölbung derart gestaltet ist, dass der Magnetkern in einem Abschnitt entlang der Längsachse zwischen der Auswölbung und dem zweiten Bereich das Gehäuse nicht kontaktiert.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung ermöglicht eine schnelle und verlässliche Zentrierung des Magnetkerns im Gehäuse, weil der Magnetkern durch das Gehäuse und durch den Spulenkörper vergleichsweise einfach zentriert werden kann. Mit einer solchen Zentrierung können die Ausrichtung der Komponenten zueinander verbessert und dadurch elektromagnetische Verluste geringer gehalten werden, insbesondere im Vergleich zu bekannten elektromagnetischen Vorrichtungen, die wie oben beschrieben, hergestellt werden. Das bedeutet auch, dass die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung eine hohe Effizienz aufweist.

Mit der Erfindung ist es ferner ermöglicht, die elektromagnetische Vorrichtung einfach und mit geringeren Fertigungstoleranzen herzustellen, indem die Auswölbung des Magnetkerns eine einfache Zentrierung des Magnetkerns in dem Gehäuse erlaubt. Damit ist die Positionstoleranz des Magnetkerns auf ein Minimum reduziert und garantiert über mehrere herzustellende Vorrichtungen weitgehend gleichbleibende magnetische Kennwerte. Anders gesprochen bedeutet dies, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung konstantere magnetische Eigenschaften ermöglicht, auch wenn Fertigungstoleranzen auf einem niedrigeren Niveau angesetzt werden als bei herkömmlichen elektromagnetischen Vorrichtungen. Durch die Fertigungstoleranzen auf einem niedrigen Niveau sind zudem Herstellungsverfahren für diese Einzelteile wirtschaftlicher als bei Einzelteilen von herkömmlichen elektromagnetischen Vorrichtungen. Des Weiteren ermöglicht diese Ausgestaltung der elektromagnetischen Vorrichtung, dass der Magnetkern in Längsrichtung mit einem im Vergleich zum herkömmlichen Herstellungsverfahren geringen Kraftaufwand in das Gehäuse einschiebbar ist und dabei auf einfache Weise eine spaltfreie Verbindung zwischen dem Magnetkern und dem Gehäuse bereitstellt. Die Auswölbung erlaubt es, dass beim Einpressen eine Art Fließverhalten vom Gehäuse, insbesondere vom Gehäusewerkstoff, hervorgerufen wird, was die notwendige Einpresskraft zum Einpressen des Magnetkerns in das Gehäuse reduziert und gleichzeitig einen Winkelversatz zwischen dem Gehäuse und der Längsachse des Magnetkerns ermöglicht, weil der Magnetkern in einem Abschnitt entlang der Längsachse zwischen der Auswölbung und dem zweiten Bereich mit dem umgebenden Spulenkörper das Gehäuse nicht kontaktiert, somit ein Spielraum für einen Winkelversatz zwischen Gehäuse und Magnetkern vorhanden ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Grundsatz bei vielen Arten von elektromagnetischen Vorrichtungen angewendet werden, die einen Magnetkern und ein Magnetgehäuse besitzen, bei denen es auf eine präzise Ausrichtung des Magnetkerns ankommt.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung kann im Grunde nicht nur bei elektromagnetischen Aktuatoren, wie z.B. einem Magnetventil und Elektromagneten, sondern auch in elektrischen Relais verwendet werden. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung etwa in einem Magnetventil, vorzugsweise einem Kippankerventil, in einem Bremssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, verwendet.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung kontaktiert das Gehäuse den Spulenkörper und übt eine Kraft in einer Richtung quer zur Längsachse des Magnetkerns auf den Spulenkörper aus. Der Kontakt des Spulenkörpers mit dem Gehäuse ist vorteilhaft dergestalt, dass der Magnetkern, der im Spulenkörper angeordnet ist, dadurch im Gehäuse zentriert wird. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Zentrierung des Magnetkerns, wodurch die elektromagnetische Vorrichtung konstante magnetische Eigenschaften aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung ist der Aufnahmebereich durch wenigstens eine Wand gebildet, die einen ersten Bereich aufweist, der in Richtung der Längsachse des Magnetkerns verläuft, und wenigstens einen zweiten Bereich, der quer zu der Längsachse des Magnetkerns verläuft, wobei das Gehäuse den zweiten Bereich der Wand kontaktiert. Durch den Kontakt des zweiten Bereichs mit dem Gehäuse lässt sich auf einfache Weise eine Zentrierung des Spulenkörpers in dem Gehäuse ermöglichen, wodurch auch die Zentrierung des Magnetkerns im Gehäuse ermöglicht ist. Die zentrale Ausrichtung des Magnetkerns in dem Gehäuse ermöglicht die Herstellung einer elektromagnetische Vorrichtung mit konstant magnetischen Eigenschaften.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung weist das Gehäuse eine Öffnung mit einer Längserstreckung entlang des Magnetkerns und mit einer Längsachse auf. Die Öffnung umgibt im Kontaktbereich des Gehäuses den Magnetkern, und die Längsachse des Magnetkerns ist mit einem Winkelversatz zu der Längsachse der Öffnung angeordnet. Durch das Zusammenspiel der Ausgestaltung der Öffnung des Gehäuses und der Auswölbung des Magnetkerns kann ein Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Magnetkern verlässlich vermieden werden. Aus dieser spaltfreien Ausgestaltung ergeben sich konstante magnetische Eigenschaften für die elektromagnetische Vorrichtung. Ferner wird ein gewisser Winkelversatz der Längsachse der Öffnung und der Längsachse des Magnetkerns mit der Auswölbung ermöglicht und gleichzeitig eine spaltfreie Kontaktierung zwischen Gehäuse und Magnetkern sichergestellt. Anders gesprochen wird damit ein Winkelversatz einer Bohrungsachse der Öffnung, die die Längsachse der Öffnung darstellt, und der Magnetkern-Längsachse ermöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung ist die Auswölbung an der dem Kontaktbereich des Gehäuses zugewandten Oberfläche des Magnetkerns sphärisch ausgebildet. Mit der Auswölbung, insbesondere mit der sphärischen Auswölbung entsteht vorteilhaft eine ballige Einpresszone, die in das Gehäuse eingepresst werden kann. Mit der sphärischen Auswölbung ist es ermöglicht, beim Einpressen des Magnetkerns in das Gehäuse eine Art Fließverhalten des Gehäuses, insbesondere vom Gehäusewerkstoff, hervorzurufen, um die notwendige Einpresskraft zu reduzieren. Zudem wird ein Winkelversatz einer Längsachse der Gehäuseöffnung oder -bohrung (Bohrungsachse) im Kontaktbereich des Gehäuses zu der Magnetkern- Längsachse ermöglicht, um im Zuge der Herstellung eine möglichst gute zentrische Ausrichtung des Magnetkerns im Gehäuse zu erreichen. Die sphärische Ausgestaltung ist eine in diesem Zusammenhang vorteilhafte Ausführungsform der Auswölbung, weil sie einen Winkelversatz und Ausgleich in dreidimensionaler Richtung zulässt.

Das Gehäuse der elektromagnetischen Vorrichtung weist ein magnetisches Material auf. Das Gehäuse kann hauptsächlich ein magnetisches Material aufweisen. Das Gehäuse kann auch vollständig aus einem magnetischen Material aufgebaut sein.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung ist der Magnetkern im ersten und zweiten Bereich rotationssymmetrisch ausgebildet. Dies ermöglicht eine schnelle und wiederholbare Herstellung des Magnetkerns.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung weist die Auswölbung einen größten Außendurchmesser auf, der größer ist als ein Außendurchmesser des Magnetkerns im zweiten Bereich. In einem Bereich mit diesem größten Durchmesser kontaktiert der Magnetkern direkt oder spaltfrei das Gehäuse und erlaubt es dem Magnetkern trotz größerer Fertigungstoleranzen durch eine entsprechende Schwenkbewegung an der Auswölbung zentral in dem Gehäuse ausgerichtet zu werden, ohne die spaltfreie Kontaktierung zu beeinträchtigen.

Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung, dass der Magnetkern, insbesondere mit Hilfe des Spulenkörpers, schnell und verlässlich im Gehäuse zentriert werden kann, denn der Magnetkern kann um die Auswölbung in dem Gehäuse verschwenkt werden, ohne dass eine Nachbearbeitung des Gehäuses oder des Magnetkerns erforderlich ist.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung ist der Magnetkern im zweiten Bereich zylindrisch ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass der Magnetkern schnell und einfach in den Spulenkörper eingeschoben werden kann. Gleiches gilt natürlich auch, wenn der Spulenkörper auf den Magnetkern aufgeschoben wird. Um Wiederholungen zu vermeiden, ist das Einschieben des Magnetkerns in den Spulenkörper mit dem Aufschieben des Spulenkörpers auf den Magnetkern gleichzusetzen.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung weist das Spulenkörpermaterial ein Kunststoffmaterial auf. Ein Spulenkörper mit einem solchen Spulenkörpermaterial ist günstig und einfach in der Herstellung. Der Spulenkörper kann aber auch gänzlich aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast, gebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung ist die elektromagnetische Vorrichtung als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet. Dies ist eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung weist die elektromagnetische Vorrichtung, die als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist, einen bewegbaren magnetischen Ankerkörper als bewegbares Aktuatorelement auf, der durch ein durch einen Stromfluss durch die Spule und den Magnetkern bewirktes Magnetfeld bewegbar ist. Hierdurch wird ein verlässliches Schalten eines elektromagnetischen Aktuators ermöglicht. Zudem ist eine zentrierte Ausrichtung des Magnetkerns in Bezug auf den Ankerkörper möglich, so dass eine bestimmungsgemäße Magnetfeldführung zwischen Magnetkern und Ankerkörper und Bewegung des Ankerkörpers ermöglicht sind, damit dieser seine Funktion gut erfüllen kann.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung, die als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist, ist der Ankerkörper am Spulenkörper oder am Gehäuse gelagert.

Gemäß einer Ausführungsform der elektromagnetischen Vorrichtung ist die elektromagnetische Vorrichtung als elektromagnetische Schalt- oder Ventilvorrichtung mit einem bewegbaren magnetischen Ankerkörper als Schalt- bzw. Ventilelement ausgebildet, der durch ein durch einen Stromfluss durch die Spule und den Magnetkern bewirktes Magnetfeld bewegbar ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die elektromagnetische Vorrichtung als ein elektromechanisches Relais oder Magnetventil ausgebildet.

Gemäß einer Ausführungsform ist die elektromechanische Vorrichtung als ein Magnetventil für ein Druckregelmodul oder Luftaufbereitung eines Fahrzeugs ausgebildet.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung, welches die folgenden Schritte aufweist:

- Vormontage des Spulenkörpers und des Magnetkerns zu einer Anordnung,

- Montage der Anordnung aus Spulenkörper und Magnetkern im Gehäuse,

- Zentrieren des Magnetkerns bei der Montage der Anordnung im Gehäuse durch eine Schwenkbewegung des ersten Bereichs des Magnetkerns in Relation zu dem Kontaktbereich des Gehäuses quer zu der Längsachse des Magnetkerns, und

- Fixieren der Anordnung aus Spulenkörper und Magnetkern im Gehäuse.

Die in Verbindung mit der elektromagnetischen Vorrichtung genannten Ausführungsformen und Vorteile treffen ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren zu. Es werden diese nicht nochmals wiedergegeben, um Wiederholungen zu vermeiden.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Spulenkörper einen Magnetkernaufnahmeraum auf, in die der Magnetkern eingeschoben wird.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Verfahren den Verfahrensschritt Ausrichten des Magnetkerns zu dem Magnetkernaufnahmeraum in dem Spulenkörper aufweisen, so dass die Längsachse des Magnetkerns und eine Längsachse des Magnetkernaufnahmeraums zueinander fluchten.

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 eine erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, dem Grundsatz nach zur Anwendung kommen kann,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung, 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, bei dem eine erfindungsgemäße elektromagnetische Vorrichtung, wie in einer Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt, dem Grundsatz nach zur Anwendung kommen kann. Dabei soll Fig. 1 einen beispielhaften, praxisgemäßen Einsatz einer elektromagnetischen Vorrichtung anhand eines Kippankerventils verdeutlichen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Magnetkerns und des Spulenkörpers in einem Gehäuse 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 Vorrichtungen, wie Schalt- oder Ventilvorrichtungen mit einem durch ein Magnetfeld bewegbaren Ankerkörper als Schalt- bzw. Ventilelement bekannt ist.

Bei dem Kippankerventil 100 gemäß Fig. 1 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 elektrischen Relais oder 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 Magnetkern 135, einen umfangsmäßig um den Magnetkern 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 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 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 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.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Vorrichtung, 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. Der Anker 115 ist in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Im Unterschied zum Kippankerventil 100 nach Fig. 1 weist die elektromagnetische Vorrichtung 105 gemäß Fig. 2 ein Spulenelement 110 auf, bei dem der vorzugsweise zylindrische Magnetkern 135 in einem ersten Bereich 138 eine Auswölbung 200, insbesondere eine umlaufende Auswölbung umfasst, die beispielsweise eine sphärische Kontur aufweist. Der Magnetkern 135 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem zweiten Bereich 139 des Magnetkerns 135 von dem Spulenkörper 128 umgeben, der vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Der Spulenkörper 128 weist einen Aufnahmebereich 142 zur Aufnahme wenigstens einer Spulenwicklung 141 der Spule 140 auf. In dem Aufnahmebereich 142 ist die Spulenwicklung 141 der Spule 140 angeordnet. Die Auswölbung 200 ist vorzugsweise integral mit dem Magnetkern 135 geformt, kann grundsätzlich aber auch separat geformt und an dem Magnetkern 135 angebracht sein.

Der Aufnahmebereich 142 ist im Querschnitt entlang der Längsachse 137 des Magnetkerns 135 gesehen durch eine Wand 129 ausgebildet, die einen ersten Bereich 131 aufweist, der in Richtung der Längsachse 137 des Magnetkerns 135 verläuft, einen zweiten Bereich 132, der quer (vorzugsweise senkrecht) zur Längsachse 137 des Magnetkerns 135 verläuft und an einem ersten Ende des ersten Bereichs 131 angeordnet ist, und einen dritten Bereich 133, der ebenfalls quer (vorzugsweise senkrecht) zur Längsachse 137 des Magnetkerns 135 verläuft und an einem zweiten Ende des ersten Bereichs 131 angeordnet ist. Der erste Bereich 131 , der zweite Bereich 132 und der dritte Bereich 133 der Wand 129 bilden zusammen einen trogartigen oder, wie dargestellt, U-förmigen Aufnahmebereich 142 aus.

Der Spulenkörper 128 weist einen Magnetkernaufnahmeraum 143 auf, der durch den ersten Bereich 131 der Wand 129 des Aufnahmebereichs 142 ausgebildet ist. Der Magnetkernaufnahmeraum 143 ist so auf den Magnetkern 135 abgestimmt, dass der Magnetkern 135 in den Magnetkernaufnahmeraum 143 des Spulenkörpers 128 eingepresst werden kann. Insbesondere hat der Magnetkernaufnahmeraum 143 eine zylinderartige Form.

In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Aufnahmebereich 142 des Spulenkörpers 128 auch nur durch den ersten Bereich 131 der Wand 129 und den zweiten Bereich 132 der Wand 129 ausgebildet sein, wobei das Gehäuse 170 (welches insbesondere ein Magnetgehäuse ist) nahe dem zweiten Ende des ersten Bereichs 131 angeordnet ist, ohne dass das zweite Ende des ersten Bereichs 131 das Gehäuse 170 berührt.

Das Gehäuse 170 weist einen rotationssymmetrischen Hohlraum, insbesondere mit einer topfartigen Form, mit einem Innenbereich 171 auf, der so ausgebildet ist, dass der Spulenkörper 128 zusammen mit dem Magnetkern 135 in das Gehäuse 170 eingebracht werden kann. Im Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 170 eine Öffnung 172 (etwa in Form einer Bohrung) in einem Gehäuseboden 173 auf, in die der erste Bereich 138 des Magnetkerns 135 mit wenigstens einem Teil der Auswölbung 200 eingepresst ist. Die zentrale Öffnung 172 hat eine Längserstreckung entlang des Magnetkerns 135 mit einer Längsachse 176. Das Gehäuse 170 weist einen Kontaktbereich 175 auf, in dem das Gehäuse 170 den ersten Bereich 138 des Magnetkerns 135 umgibt und die Auswölbung 200 des Magnetkerns 135 zumindest teilweise kontaktiert. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und zum Ausgleich dieser kann zwischen der Längsachse 137 des Magnetkerns 135 und der Längsachse 176 der Öffnung 172 ein Winkelversatz vorliegen. Dieser Winkelversatz kann durch die Auswölbung 200 einfach und effizient erreicht werden, indem die Längsachse 137 des Magnetkerns 135 relative zur Längsachse 176 der Öffnung 172 verschwenkt wird. Ziel ist dabei gemäß einem Aspekt der Erfindung eine zentrale Ausrichtung des Magnetkerns 135 im Bereich des (nicht dargestellten) Ankerkörpers 115, der an der Vorrichtung 105, beispielsweise am Spulenkörper 128, einseitig gelagert ist. Durch eine Zentrierung des Magnetkerns relativ zum Anker 115 (und damit relativ zum Spulenkörper 128 an der Position des Wandbereichs 132 des Spulenkörpers) kann eine einwandfreie Funktionsweise des Magnetventils auch unter Toleranzbedingungen sichergestellt werden.

Das Gehäuse 170 weist eine umlaufende Seitenwand 174 auf, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Öffnung 172 vom Gehäuseboden 173 weg erstreckt und somit den Innenbereich 171 in radialer Richtung begrenzt. Der Innendurchmesser des Innenbereichs 171 ist dabei vorzugsweise etwas geringer als der Außendurchmesser des Spulenkörpers 128, insbesondere des zweiten Bereichs 132 der Wand 129 des Spulenkörpers 128, der vorzugsweise den größten Außendurchmesser des Spulenkörpers 128 aufweist, so dass bei Einschieben des Spulenkörpers 128 in das Gehäuse 170 eine radiale Pressung (dargestellt durch die Kraft F) auf den Spulenkörper 128, insbesondere auf radial äußere Enden des zweiten Bereichs 132 der Wand 129 des Spulenkörpers 128 ausgeübt wird. Ein Außendurchmesser des dritten Bereichs 133 der Wand 129 ist vorzugsweise geringer als der Außendurchmesser des zweiten Bereichs 132 der Wand 129, so dass der dritte Bereich 133 im eingebauten Zustand das Gehäuse 170 nicht kontaktiert. Ein Außendurchmesser der Spule 140 ist ebenfalls geringer als der Außendurchmesser des zweiten Bereichs 132 der Wand 129 des Spulenkörpers 128. Aufgrund der radialen Pressung durch das Gehäuse 170 auf den Spulenkörper 128, insbesondere auf den zweiten Bereich 132 der Wand 129 des Spulenkörpers 128, wird der Magnetkern 135 über den Spulenkörper 128 im Gehäuse 170 zentriert. Anders gesprochen bedeutet dies, dass der Magnetkern 135 nicht hauptsächlich durch die Öffnung 172 im Gehäuse 170 zentriert wird, sondern im zweiten Bereich 139 des Magnetkerns 135, vorzugsweise vermittels des Gehäuses 170 und Spulenkörpers 128, der von der Öffnung 172 bzw. dem Kontaktbereich 175 des Gehäuses 170 in Längsrichtung des Magnetkerns 135 beabstandet ist.

Eine solche Zentrierung, bei der der Magnetkern 135 außerdem spaltfrei das Gehäuse 170 im Kontaktbereich 175 kontaktiert, wird durch die Auswölbung 200 ermöglicht, die einerseits ein Verschwenken des Magnetkerns 135 relativ zur Längsachse 176 der Öffnung 172 des Gehäuses 170 erlaubt, andererseits durch ihre gerundete und über den Magnetkern 135 im Bereich 139 hinaus ausladende Form die spaltfreie Kontaktierung mit dem Gehäuse 170 weiterhin sicherstellt. Mit anderen Worten können mit der Hilfe der Auswölbung 200 Fertigungsabweichungen oder Toleranzen der Öffnung 172 und/oder des Magnetkerns 135 und/oder des Spulenkörpers 128 ausgeglichen und der Magnetkern 135 im Gehäuse 170 zentriert werden, ohne dass dabei ein Luftspalt (welcher für den magnetischen Fluss nachteilig wäre) zwischen dem Magnetkern 135 und dem Kontaktbereich 175 des Gehäuses 170 innerhalb der Öffnung 172 entsteht. Vorzugsweise ist das Gehäuse 170 dabei einstückig ausgebildet.

Das Gehäuse 170 weist magnetisches Material auf, z.B. Eisen oder anderes metallisches Material, wie dem Fachmann bekannt und beispielsweise in DE 102016 105 532 A1 beschrieben ist.

Die an dem Magnetkern 135 angeordnete Auswölbung 200 ist gemäß einer Ausführungsform an einer Außenfläche in dem ersten Bereich 138 des Magnetkerns 135 angeordnet, so dass die insbesondere umlaufende Auswölbung 200 beim Einschieben und in der Endposition des Magnetkerns 135 mit dem Kontaktbereich 175 des Gehäuses 170 in Kontakt ist. Durch die Auswölbung 200 kann beim Einpressen eine Art Fließverhalten vom Gehäusewerkstoff des Gehäuses 170 hervorgerufen werden, wobei der Kontaktbereich 175 des Gehäuse 170 mit der Auswölbung 200 in Kontakt bleibt.

In dem ersten Bereich 138 des Magnetkerns 135 ist, in Einschubrichtung des Magnetkerns 135 in das Gehäuse 170 gesehen, zunächst ein Einschubbereich 210, insbesondere ein zylindrischer Einschubbereich vorgesehen, der den selben oder einen geringeren Außendurchmesser aufweist, als ein Außendurchmesser d2 des zweiten Bereichs 139 des, vorzugsweise zylindrischen, Magnetkerns 135. Das bedeutet auch, dass der Außendurchmesser des zylindrischen Einschubbereichs 210 geringer ist als ein Innendurchmesser d3 des Kontaktbereichs 175 der Öffnung 172. Dies ermöglicht eine leichtere Montage des Magnetkerns 135 in dem Gehäuse 170, da der Magnetkern 135 auch bei einem Versatz zwischen der Längsachse 137 des Magnetkerns 135 und der Längsachse 176 der Öffnung 172 in die Öffnung 172 einschiebbar ist. In Einschubrichtung gesehen folgt auf den Einschubbereich 210 die Auswölbung 200, die im Ausführungsbeispiel eine sphärische Kontur aufweist. Anders gesprochen weist die Auswölbung 200 in einer Ausführungsform ein kugelförmiges Profil auf. Die Auswölbung 200 ermöglicht dem Magnetkern 135 ein Schwenken (dargestellt durch den beiderseitigen Doppelpfeil in Fig. 2) um einen vorzugsweise auf der Längsachse 137 liegenden Mittelpunkt der Auswölbung 200. Die Auswölbung 200 weist einen Außendurchmesser d1 auf, der größer ist als der Außendurchmesser d2 des zweiten Bereichs 139 des Magnetkerns. Der Außendurchmesser d1 bildet vorzugsweise den größten Außendurchmesser des Magnetkerns 135.

Auf die Auswölbung 200 folgt in Längsrichtung des Magnetkerns 135 ein Abschnitt 136 entlang der Längsachse 137, der zwischen der Auswölbung 200 und dem zweiten Bereich 139 des Magnetkerns 135 liegt, der von dem Spulenkörper 128 umgeben ist. In diesem Abschnitt 136 kontaktiert der Magnetkern 135 weder das Gehäuse 170 noch den Spulenkörper 128 (wenn die Längsachse 137 mit der Längsachse 176 ausgerichtet ist, wie in Fig. 2 dargestellt), das heißt, es ist ein Freiraum zwischen dem Magnetkern 135 und dem Gehäuse 170 vorhanden, in dem der Magnetkern 135, etwa zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, anordenbar (z.B. verschwenkbar) ist, so dass eine zentrierte Ausrichtung im zweiten Bereich 139 (insbesondere an der Position des Wandbereichs 132 in der Nähe der Ankerlagerung) erreicht wird, beispielsweise wenn dazu die Längsachse 137 des Magnetkerns 135 einen Winkelversatz zur Längsachse 176 der Öffnung 172 bildet. Damit ist der Anker 115, der z.B. am Spulenkörper 128 (im Bereich 132) oder einem anderen Element der Vorrichtung 105 unterhalb des Spulenkörpers 128 gelagert ist (vgl. Fig. 1 n Fig. 2 nicht explizit dargestellt), auch unter verschiedenen Fertigungstoleranzen immer zentriert in Bezug auf den Magnetkern 135 ausgerichtet, womit die Funktionsweise des Kippankerventils 100 auch unter Toleranzbedingungen sichergestellt werden kann.

Mit diesem Abschnitt 136 in Zusammenwirken mit der Auswölbung 200 ist es also möglich, dass der Magnetkern 135 bei Platzierung in der Öffnung 172, mithin im Kontaktbereich 175, schwenkbar ist. Ein Außendurchmesser d4 des Abschnitts 136 ist kleiner als der Außendurchmesser d1 der Auswölbung 200, so dass der Magnetkern 135 in dem Abschnitt 136 nicht das Gehäuse 170 kontaktiert. Der Außendurchmesser d4 kann kleiner als oder gleich dem Außendurchmesser d2 des zweiten Bereichs 139 des Magnetkerns 135 sein.

An den Abschnitt 136 anschließend folgt der zweite Bereich 139 des Magnetkerns 135 auf den der Spulenkörper 128 aufschiebbar ist.

Eine elektromagnetische Vorrichtung 105 gemäß der Erfindung sieht bei dem Magnetkern 135 vorzugsweise also eine Auswölbung 200 vor, die so gestaltet ist, dass eine ballige Einpresszone entsteht. Diese geht dann entsprechend der maximal möglichen Schrägstellung (durch Fertigungstoleranzen) der Längsachse 137 des Magnetkerns 135 in einen im Vergleich zur Auswölbung 200 im Durchmesser reduzierten zweiten Bereich 139 des Magnetkerns 135 über. Durch die Auswölbung 200, insbesondere der sphärischen Form, wird beim Einpressen eine Art Fließverhalten vom Gehäusewerkstoff hervorgerufen (vergleichbar mit dem Einpressen von Kugeln zum Verschließen von Bohrungen), das die Einpresskraft reduziert und gleichzeitig einen Winkelversatz der Längsachse 176 der Öffnung 172 zu der Längsachse 137 des Magnetkerns 135 erlaubt. Somit besteht die Möglichkeit, dass der Spulenkörper 128 durch die Presskraft F des Gehäuses 170 genug Führungskraft aufbringen kann, um den Magnetkern 135 im Gehäuse 170 zu positionieren, ohne dabei beschädigt zu werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

100 Kippankerventil

105 elektromagnetische Vorrichtung

110 Spulenelement

115 Ankerkörper

120 Feder

125 Dichtelement

128 Spulenkörper

129 Wand

130 Deckschale

131 erster Bereich

132 zweiter Bereich

133 dritter Bereich

135 Magnetkern

136 Abschnitt

137 Längsachse

138 erster Bereich

139 zweiter Bereich

140 Spule

141 Spulenwicklung

142 Aufnahmebereich

143 Magnetkernaufnahmeraum

145 Lager

147 erste Position

149 zweite Position

150 Ventilsitz

155 Ausgang

157 Eingang

158 Fluid

160 Erhebung

162 Lagerabschnitt

165 Ausnehmung 170 Gehäuse

171 Innenbereich

172 Öffnung

173 Gehäuseboden 174 Seitenwand

175 Kontaktbereich

176 Längsachse

180 Feldlinien

200 Auswölbung 210 Einschubbereich d1-d4 Durchmesser

F Kraft