Titel

Elektromagnetische Betätigungseinrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei PKW-Automatikgetrieben werden hydraulisch betätigte Kupplungen zum Gangwechsel eingesetzt, wobei der hydraulische Druck an den Kupplungen durch hydraulische Schieberventile eingestellt wird. Schieberventile können über ein Pilotventil (Vorsteuerung) oder direkt über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung betätigt werden. Bei derartigen Betätigungseinrichtungen haben sich in der Praxis Ausführungen mit Polrohr bzw. Polhülse bewährt, d.h. der Magnetanker wird in einem Polrohr geführt. Wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt ist es, ein möglichst hohes Magnetkraftniveau (große Hubarbeit) zu erzielen, d.h. der magnetische Wirkungsgrad muss auf ein hohes Niveau gebracht werden. Eine solche Betätigungseinrichtung mit einem Polrohr ist aus DE 102012223430 A1 bekannt, bei der das Polrohr eine "magnetische Trennung" aufweist, die als Dünndrehstelle ausgebildet ist. Die dünngedrehte Stelle geht schon bei einem geringen Magnetflussniveau in Sättigung und wirkt dann als magnetische Sperre. Die Ausgestaltung der magnetischen Trennung ist jedoch bei der Herstellung mit einem gewissen Aufwand verbunden.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine elektromag netische Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung vorgeschlagen, welche eine sich entlang einer Axialrichtung erstreckende Polhülse und einen radial innerhalb der Polhülse angeordneten Anker aufweist. Die Polhülse weist ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf. Der Anker ist innerhalb der Polhülse geführt. Die Polhülse kann im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein. "Im Wesentlichen zylindrisch" bedeutet, dass die Polhülse Krägen, Absätze, Nuten, Wanddicken-Veränderungen, etc. umfassen kann, aber insgesamt zylinderartig bzw. hülsenförmig ausgebildet ist. Der Anker kann unmittelbar oder mittelbar innerhalb der Polhülse geführt sein, bspw. durch einen Gleitsitz. Durch Aktivierung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, bspw. durch Aktivieren einer elektromagnetischen Spule, kann der Anker entlang seiner Längsrichtung in der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung verlagert werden. Dies entspricht der klassischen Anordnung einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung.

Die Polhülse weist in einem zwischen den axialen Enden liegenden Bereich (zwischenliegender Bereich bzw. Tauchstufenbereich) Ausnehmungen auf, deren Kontur sich entlang der bzw. parallel zur Axialrichtung jeweils verändert. Dies bedeutet, dass sich die Kontur der Ausnehmungen entlang der Axialrichtung erweitern oder verjüngen kann, bspw. durch zwei in der Ausnehmung einander gegenüberliegende und relativ zueinander angewinkelte Wandungen. Die Ausnehmungen können entlang der Umfangsrichtung der Polhülse regelmäßig angeordnet sein, bspw. in Form von vier regelmäßig über den Umfang der Polhülse angeordneten Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können als (nicht durchbrechende) Ausnehmungen (angeprägte Bereiche mit reduzierter Materialstärke) oder alternativ als Durchbrüche ausgebildet sein.

Durch die in der Polhülse ausgebildeten Ausnehmungen, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung jeweils verändert, variiert der magnetisch wirksame Materialquerschnitt (Materialvolumen) der Polhülse in diesem Bereich (Tauchstufenbereich) entlang der Längsächse der Polhülse. Dadurch kann der magnetische Widerstand gezielt verändert werden, wodurch die Magnetkraft- Kennlinie entsprechend geformt wird.

Es lässt sich auf kostengünstige Weise ein Polhülsenmagnet mit verbessertem magnetischem Wirkungsgrad dargestellen. Aufwändige Fertigungsprozesse können vermieden werden und es können kostengünstige Komponenten zum Einsatz kommen. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung der Polhülse kann der magnetische Wirkungsgrad optimiert werden, wobei der Magnetfluss bereits mittels der Polhülse zum überwiegenden Teil übertragen werden kann. Der Anker, die Polhülse (Magnethülse) und insbesondere auch die elektromagnetische Spule können in (axialer) Überlappung zueinander angeordnet sein. Bei der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kann es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Stellglied bzw. einen elektromagnetischen Aktor ("Elektromagnet") handeln.

Die Polhülse (Magnethülse) kann eine oder mehrere der folgenden Aufgaben übernehmen: Ankerführung in der (vorzugsweise einteiligen) Polhülse, Formen der Magnetkraftkennlinie über gezielte, insbesondere ankerhubabhängige Materialquerschnittsänderungen (bspw. Ausnehmungen), Leiten des Magnetflusses in den Anker, insbesondere radiales Einleiten des Flusses in den Anker, und/oder Erzielen eines hohen magnetischen Widerstandes im Bereich der magnetischen Trennung, so dass der magnetische Fluss in den Anker übergeht. Zur Darstellung eines magnetischen Gegenpols zum Ankerpol kann ein zylindrisches Bauteil, d.h. ein Polkern, in die Polhülse montiert sein.

Gemäß einer Weiterbildung können die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche eine V-förmige Kontur aufweisen, vorzugsweise wobei sich die V-förmige Kontur zum ersten axialen Ende hin verjüngt. Hiermit ist eine Formung der Magnetkraft- Kennlinie durch eine geometrisch einfach herzustellende und auch einfach zu überprüfende Form geschaffen.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse sich in Umfangsrichtung erstreckende längliche Aussparungen aufweisen, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche jeweils ausgehend von den länglichen Aussparungen entlang der Axialrichtung erstrecken. Somit münden jeweils eine längliche Aussparung und eine Ausnehmung bzw. ein Durchbruch ineinander, d.h. die Aussparung bzw. der Durchbruch erstreckt sich von einer dem ersten axialen Ende zugewandten Seitenflanke der länglichen Aussparung entlang der bzw. parallel zur Axialrichtung. Hiermit wird an der Polhülse ein Bereich der magnetischen Trennung geschaffen, wobei vergleichsweise wenig Material vorhanden ist, um einen hohen magnetischen Widerstand zu erzielen. Damit wird ein großer magnetischer Fluss in den Anker geführt. Die länglichen Aussparungen können jeweils als (nicht durchbrechende) Aussparungen oder alternativ als (durchbrechende) Langlöcher ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung können die länglichen Aussparungen bzw. die Langlöcher (zwei in Umfangsrichtung benachbarte längliche Aussparungen bzw. Langlöcher) in Umfangsrichtung jeweils durch einen Steg voneinander getrennt sein, wobei die Stege (bezogen auf die Materialstärke der Polhülse in angrenzenden Bereichen) jeweils eine reduzierte Materialstärke aufweisen. Dies trägt zu einem hohen magnetischen Widerstand im Bereich der magnetischen Trennung bei. Dies begünstigt die magnetische Trennung. Die Materialstärke, bspw. die Blechdicke, kann im Bereich der Stege reduziert und optional ange prägt sein. Die Material stärke kann ausgehend vom Außenumfang der Polhülse reduziert sein. Dies begünstigt eine Führung des Ankers innerhalb der Polhülse, da deren Innenfläche auch im Bereich der Stege fortgesetzt werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse als gestanzte und durch Rollen in ihre Form gebrachte Hülse ausgebildet sein (Stanzbiegeteil), vorzugsweise wobei die Polhülse zumindest teilweise durch Prägen ausgebildet ist. Dadurch ist die Polhülse ein kostengünstig herstellbares Bauteil, wobei viele Funktionen in die Polhülse integriert werden können. Fertigungs- und Montageaufwand sind vergleichsweise gering. Bedingt durch das Rollen weist die Hülse einen Stoß in ihrer Mantelfläche auf (Stoß zwischen den freien Enden; stoßbehaftete Hülse).

Die Ausnehmungen bzw. Durchbrüche und/oder die länglichen Aussparungen bzw. Langlöcher können optional direkt beim Stanzen der Polhülse aus dem Ausgangsmaterial der Hülse, bspw. Blech, mit ausgebildet werden (Ausstanzungen). Dies begünstigt die Herstellung. Der Hülsenstoß kann sich entlang der Axialrichtung der Polhülse erstrecken (axial ausgerichteter Stoß).

Wie angedeutet, kann bei der Herstellung der Polhülse als Zusatzprozess optional Prägen vorgesehen sein, bspw. zur Ausgestaltung der in der Materialstärke reduzierten Stege. Somit sind auch die Stege kostengünstig herstellbar. Zudem lassen sich durch Prägen geringere Wanddicken erzielen als dies bspw. bei spanend hergestellten Stegen der Fall wäre. Durch die erzielbaren geringen Materialquerschnitte begünstigt dies die magnetische Trennung.

Gemäß einer Weiterbildung kann die (bspw. gerollte) Polhülse mit offenem Stoß ausgebildet sein. Dies begünstigt die Herstellung, da von Befestigungselementen und deren Ausgestaltung abgesehen werden kann. Zudem kann der offene Stoß ggf. weitere Funktionen erfüllen, bspw. als Strömungskanal dienen. Alternativ hierzu kann die Polhülse am Stoß verbunden sein, insbesondere durch Verklinken oder Verschweißen (Stoßenden verklinkt oder verschweißt). Dies erhöht die Stabilität bzw. Formstabilität der Polhülse. Das Risiko scharfkantiger Vorsprünge auf der Innenseite der Hülse ist damit reduziert. Dies begünstigt die Ankerführung. Die Verklinkung kann optional direkt beim Stanzen der Polhülse aus ihrem Grundmaterial, bspw. aus Blech, mit ausgebildet werden. Die Verklinkung kann an einem Stoßende der Polhülse einen Vorsprung und am anderen Stoßende der Polhülse eine mit dem Vorsprung korrespondierende, insbesondere komplementäre, Ausnehmung aufweisen (Eingriff in der Art eines Puzzles).

Gemäß einer Weiterbildung kann zur Führung des Ankers radial zwischen Polhülse und Anker eine mittels PTFE (Polytetrafluorethylen) beschichtete Glasgewebefolie angeordnet sein. Hiermit ist ein Führungselement für den Anker geschaffen, wobei sich positive Gleiteigenschaften erzielen lassen. Die mittels PTFE beschichtete Glasgewebefolie kann bspw. zu einer Hülse gerollt sein. Die beschichtete Glasgewebefolie kann bspw. am Innenumfang der Polhülse befestigt sein, bspw. durch Kleben.

Gemäß einer Weiterbildung können die Polhülse an ihrem Innenumfang und/oder der Anker an seinem Außenumfang zur Führung des Ankers zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Nickel-Schicht oder eine Nickel- Phosphor-Schicht. Auch hiermit lassen sich positive Gleiteigenschaften erzielen.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet sein, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Prozent (<0,15%

Kohlenstoffgehalt). Hiermit kann eine Ausgestaltung der Polhülse aus magnetisch gut leitfähigem Material erreicht werden. Dies trägt zu günstigen magnetischen Eigenschaften bei.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse eine Materialstärke (Blechdicke) zwischen 1 bis 4 Millimeter aufweisen. Hiermit lässt sich eine vergleichsweise stabile Polhülse erreichen. Zudem kann der Magnetfluss durch eine solche Dimensionierung zumindest zu einem Großteil mittels der Polhülse übertragen werden. Gemäß einer Weiterbildung kann radial außerhalb der Polhülse eine elektromagnetische Spule angeordnet sein. Diese dient als Betätigungselement für den Anker.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Polhülse einteilig ausgebildet sein. Hiermit reduziert sich der Montage- und Ausrichtuaufwand gegenüber einer mehrteiligen Lösung. Zudem können durch die einteilige Lösung der Mittenversatz von Anker zu Tauchstufenbereich und somit die Querkräfte gering gehalten werden.

Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung kann weitere Komponenten aufweisen. So kann die elektromagnetische Betätigungseinrichtung über ein Gehäuse (Magnetgehäuse) verfügen, in dem die Komponenten der Betätigungseinrichtung untergebracht sind. An einer Stirnseite, insbesondere an der dem Polkern zugewandten Stirnseite, kann die Betätigungseinrichtung durch ein Abschlussstück verschlossen sein, bei dem es sich um eine Flusscheibe handeln kann. An der gegenüberliegenden Stirnseite, insbesondere an der vom Polkern abgewandten Stirnseite, kann die Betätigungseinrichtung durch einen Deckel verschlossen sein, bspw. eine Polscheibe.

Zum Anschluss der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung kann eine elektrische Kontaktierung vorgesehen sein, die elektrisch mit der elektromagnetischen Spule verbunden ist, bspw. ein am Gehäuse angebrachter Buchsenabschnitt oder ein Steckerabschnitt. In den Polkern kann ein Betätigungselement, bspw. einen Betätigungsstift, eingesetzt sein, der durch einen konzentrisch im Polkern ausgebildeten Durchgang geführt ist. Das Betätigungselement kann einen Schaftabschnitt und einen radial erweiterten Kopfabschnitt aufweisen, mit dem es an der Innenseite des Durchgangs am Polkern anliegt.

Der Anker kann einen zentrischen axialen Durchgang aufweisen, in den ein Ankerbolzen eingepresst ist. Der Ankerbolzen kann mit dem Betätigungsstift Zusammenwirken, insbesondere mit dem Kopfabschnitt des Betätigungsstifts.

Von radial innen nach radial außen können die Komponenten wie folgt angeordnet sein: Anker, Polhülse, Spule, Magnetgehäuse.

Die, vorzugsweise einteilig als Stanzbiegeteil ausgebildete, Polhülse kann mehrere axiale Bereiche aufweisen (in der Reihenfolge vom ersten axialen Ende zum zweiten axialen Ende): Einen (ersten) Bereich zum Leiten des magnetischen Flusses, einen Tauchstufenbereich, einen Bereich der magnetischen Trennung und einen (zweiten) Bereich zum Leiten des magnetischen Flusses.

Die Bereiche zum Leiten des magnetischen Flusses weisen einen möglichst geringen magnetischen Widerstand auf. Diese Bereiche sind vorzugsweise frei von Öffnungen, Durchbrüchen, Ausnehmungen oder dergleichen (unstrukturierte Bereiche). Im Tauchstufenbereich sind die Ausnehmungen oder Durchbrüche angeordnet, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung verändert. Hiermit wird die Magnetkraft-Kennlinie geformt. Im Bereich der magnetischen Trennung befinden sich die länglichen Aussparungen bzw. Langlöcher. Auch die in der Materialstärke reduzierten Stege sind im Bereich der magnetischen Trennung angeordnet. Im Bereich der magnetischen Trennung soll genügend Material vorhanden sein, um die an den Bereich der magnetischen Trennung angrenzenden Bereiche der Polhülse sicher zu verbinden, aber eben so wenig Material wie möglich, um einen hohen magnetischen Widerstand zu erzielen.

Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Schnitt durch eine elektromagnetische

Betätigungseinrichtung; und

Figur 2 die Polhülse der Betätigungseinrichtung aus Figur 1 in einer

Seitenansicht.

Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10 (nachfolgend "Betätigungseinrichtung 10"). Eine solche Betätigungseinrichtung 10 kommt bspw. in der Getriebetechnik bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz, insbesondere zur Steuerung einer Kupplung eines Automatikgetriebes. Hierzu wird bspw. ein Hydraulikventil, welches in Figur 1 lediglich schematisch durch einen mit dem Bezugszeichen 12 versehenen Kasten angedeutet ist, durch die Betätigungseinrichtung 10 betätigt.

Die Betätigungseinrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem die Komponenten der Betätigungseinrichtung 10 angeordnet sind. Die Betätigungseinrichtung 10 weist eine elektromagnetische Spule 16 auf, die über einen Spulenkörper 18 und eine Wicklung 20 verfügt. An einer ersten Stirnseite 22 ist das Gehäuse 14 mittels eines Abschlussstücks 24 verschlossen, bspw. einer Flussscheibe 24. An einer zweiten Stirnseite 26 ist das Gehäuse 14 mittels eines Deckels 28 verschlossen, bspw. einer Polscheibe 28. Am Gehäuse 14 ist eine elektrische Kontaktierung 30 vorgesehen, die mit der elektromagnetischen Spule 16 elektrisch verbunden ist.

Die Betätigungseinrichtung 10 weist zudem einen Anker 32 (Magnetanker), eine Polhülse 34 (Magnethülse) und einen Polkern 35 auf. Der Polkern 35 weist einen zentrischen Durchgang 38 auf, durch den ein Betätigungselement 40 geführt ist (Bestätigungsstift), der auf das Hydraulikventil 12 wirkt. Das Betätigungselement 40 kann einen Schaftabschnitt 42 sowie einen radial erweiterten Kopfabschnitt 44 aufweisen.

Der Anker 32 ist radial innerhalb der Polhülse 34 angeordnet. Radial außerhalb der Polhülse 34 ist die elektromagnetische Spule 16 angeordnet. Die Spule 16, der Anker 32 und die Polhülse 34 überlappen einander entlang der Axialrichtung 46 zumindest teilweise. Die Polhülse 34 weist ein erstes axiales Ende 48 (dem Polkern 35 zugewandt) und ein zweites axiales Ende 50 auf (vom Polkern 35 abgewandt). Der Anker 32 weist einen zentrischen axialen Durchgang 31 und einen darin angeordneten Ankerbolzen 33 auf, der das Betätigungselement 40 betätigt.

Die Polhülse 34 ist als gestanzte und durch Rollen in ihre Form gebrachte Hülse ausgebildet (vgl. Figur 2), wobei die Polhülse 34 teilweise auch durch Prägen ausgebildet sein kann. Die Polhülse 34 weist einen (axial ausgerichteten) Stoß 52 auf, an dem die Stoßenden der Polhülse 34 aneinander anliegen.

Die Polhülse 34 weist mehrere axiale Bereiche auf (in der Reihenfolge vom ersten axialen Ende 48 zum zweiten axialen Ende 50): Einen (ersten) Bereich 54 zum Leiten des magnetischen Flusses, einen Tauchstufenbereich 56, einen Bereich 58 der magnetischen Trennung und einen (zweiten) Bereich 60 zum Leiten des magnetischen Flusses (vgl. Figur 2).

Die Polhülse 34 weist in einem zwischen den axialen Enden 48, 50 liegenden Bereich (Tauchstufenbereich 56) Ausnehmungen 62 auf, deren Kontur sich entlang der Axialrichtung 46 jeweils verändert. Die Ausnehmungen 62 weisen eine V-förmige Kontur auf, die sich zum ersten axialen Ende 48 hin verjüngt. Die Ausnehmungen 62 sind um den Umfang der Polhülse 34 herum regelmäßig verteilt, hier beispielhaft mit vier Ausnehmungen 62 veranschaulicht. Die Ausnehmungen 62 können bspw. als Durchbrüche 62 oder als angeprägte Bereiche mit reduzierter Materialstärke ausgebildet sein.

Die Polhülse 34 weist (im Bereich der magnetischen Trennung 58) sich in Umfangsrichtung der Polhülse 34 erstreckende längliche Aussparungen 64 auf, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind, wobei sich die Ausnehmungen 62 jeweils ausgehend von den länglichen Aussparungen 64 entlang der Axialrichtung 46 (zum ersten axialen Ende 48 hin) erstrecken. Auch die länglichen Aussparungen 64 sind um den Umfang der Polhülse 34 herum regelmäßig verteilt, hier beispielhaft mit vier Aussparungen 64 veranschaulicht. Die länglichen Aussparungen 64 können bspw. als Langlöcher 64 ausgebildet sein.

Die Langlöcher 64, d.h. zwei in Umfangsrichtung zueinander benachbarte Langlöcher 64, sind in Umfangsrichtung der Polhülse 34 jeweils durch einen Steg 66 voneinander getrennt. Die Stege 66 weisen jeweils eine reduzierte Materialstärke (reduzierte Blechdicke) auf. Die Stege 66 können angeprägt sein.

Die Polhülse 34 kann mit offenem Stoß 52 ausgebildet sein oder am Stoß 52 verbunden sein, bspw. durch Verklinken oder Verschweißen (nicht dargestellt).

Zur Führung des Ankers 32 kann radial zwischen Polhülse 34 und Anker 32 eine mittels PTFE beschichtete Glasgewebefolie 70 angeordnet sein (Lagerelement für Anker 32). Alternativ hierzu kann die Polhülse 34 an ihrem Innenumfang oder der Anker 32 an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine magnetisch nicht leitfähige Beschichtung aufweisen, insbesondere eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht.

Die Polhülse 34 ist aus magnetisch leitfähigem Stahl ausgebildet, insbesondere aus magnetisch leitfähigem unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,15 Prozent. Die Polhülse 34 weist eine Materialstärke (Blechdicke) zwischen 1 bis 4 Millimeter auf. Die Polhülse 34 ist einteilig ausgebildet.