DE102019204839A1

DE102019204839A1 - Elektromagnetische Antriebseinrichtung und damit ausgestattetes Proportional-Magnetventil

Info

Publication number: DE102019204839A1
Application number: DE102019204839.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Lenz; Jürgen Gerhartz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-09-03
Also published as: CN113474851A; WO2020178155A1

Abstract

Es werden eine elektromagnetische Antriebseinrichtung (2) und ein damit ausgestattetes Proportional-Magnetventil (1) vorgeschlagen. Die Antriebseinrichtung (2) hat eine elektrisch bestrombare Spulenanordnung (25) mit zwei Magnetspulen (26, 27), die an ihrer Außenseite jeweils von einem flussleitenden Polring (36, 37) flankiert sind und einen Anker (13) begrenzen, der zu einer Hubbewegung (14) antreibbar ist. Der Anker (13) hat einen flussleitenden Ankerkörper (55), der ständig die beiden Polringe (36, 37) teilweise axial überdeckt und mindestens einen ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt (72, 73) aufweist, der über eine sich nach axial innen hin konisch verjüngende Umfangsfläche hat. Bei der Bestromung der Spulenanordnung (25) treten die dadurch erzeugten Spulenmagnetfelder mit dem Permanentmagnetfeld (34) eines Permanentmagneten (32) in Wechselwirkung und rufen eine für die Erzeugung der Hubbewegung verantwortliche resultierende Antriebskraft hervor.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Antriebseinrichtung, mit einem Stator, der eine elektrisch bestrombare Spulenanordnung mit zwei koaxial zu einer Hauptachse und beabstandet zueinander angeordneten Magnetspulen aufweist und der über eine flussleitende Jocheinrichtung mit zwei jeweils eine der beiden Magnetspulen an der der anderen Magnetspule axial abgewandten Außenseite in koaxialer Ausrichtung flankierenden flussleitenden Polringen verfügt, und mit einem von der Spulenanordnung koaxial umschlossenen Anker, der einen ebenso wie die Jocheinrichtung des Stators ständig vom Permanentmagnetfeld eines Permanentmagneten der Antriebseinrichtung durchsetzten flussleitenden Ankerkörper aufweist, der zwei axial einander entgegengesetzte, jeweils benachbart zu einem der beiden Polringe angeordnete Ankerkörper-Endabschnitte mit zylindrischer Außenumfangsfläche hat, wobei der Anker aufgrund einer Wechselwirkung des Permanentmagnetfeldes mit durch gesteuerte Bestromung der Spulenanordnung hervorrufbaren Spulenmagnetfeldern unter Ausführung einer Hubbewegung relativ zu dem Stator axial hin und her bewegbar und in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein zur Steuerung der Strömung eines Fluides ausgebildetes Proportional-Magnetventil, mit einem Ventilgehäuse, einem unter Ausführung einer Steuerbewegung relativ zu dem Ventilgehäuse beweglichen Ventilglied und einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung zum Hervorrufen der Steuerbewegung des Ventilgliedes.
Ein derartiges Proportional-Magnetventil, das mit einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art ausgestattet ist, geht aus der DE 10 2012 018 566 A1 hervor. Die bekannte Antriebseinrichtung hat zwei mit axialem Abstand zueinander angeordnete Magnetspulen, die an den voneinander abgewandten Außenseiten jeweils von einem flussleitenden Polring flankiert sind und zwischen denen außerdem ein ringförmiges Flussleitstück angeordnet ist. Diese vorgenannten Komponenten gehören zu einem bezüglich eines Ventilgehäuses ortsfesten Stator, der einen axial beweglichen Anker umschließt, der einen flussleitenden Ankerkörper aufweist. Der Ankerkörper besteht aus zwei flussleitenden Teilen, zwischen denen ein Permanentmagnet angeordnet ist. An einer Stirnseite ist der Anker mit einem Ventilglied versehen, das mittels einer Federeinrichtung in eine an einem Ventilsitz anliegende Schließstellung vorgespannt ist. Die beiden Magnetspulen sind gegensinnig gewickelt und elektrisch in Reihe geschaltet, sodass sie bei einer Bestromung zwei Spulenmagnetfelder erzeugen, deren Feldlinien gegensinnig zueinander verlaufen. Die axiale Länge des Ankers entspricht dem lichten Abstand zwischen den beiden Polringen des Stators. Durch eine gesteuerte Bestromung der Magnetspulen lässt sich eine Wechselwirkung zwischen den dadurch erzeugten Spulenmagnetfeldern und dem Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten hervorrufen, aus der eine den Anker beaufschlagende axiale Antriebskraft resultiert, sodass der Anker zu einer Hubbewegung antreibbar ist und stufenlos in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbar ist. Auf diese Weise kann das Magnetventil mit proportionalem Stellverhalten betrieben werden, was druckgeregelte oder durchflussgeregelte Anwendungen begünstigt.
Aus der DE 10 2011 115 115 A1 ist eine Ventileinrichtung bekannt, deren Stator eine Spule aufweist, die axial beidseits von je einem Ringmagnet flankiert ist. Die Spule umschließt einen als Ventilkörper fungierenden Anker mit einem ferromagnetischen Ankerkörper, dessen Länge dem lichten Abstand zwischen den beiden Ringmagneten entspricht.
Eine aus der DE 199 00 788 A1 bekannte Antriebsvorrichtung hat einen axial beweglichen Antriebsteil mit einem magnetisierbaren Abschnitt, der sich koaxial durch eine Magnetspule hindurch erstreckt, die axial beidseits von je einem Ringmagneten flankiert ist. Um eine Hubbewegung des Antriebsteils hervorzurufen, kann die Magnetspule bestromt werden, sodass eine sich antriebsmäßig auf den magnetisierbaren Abschnitt auswirkende Wechselwirkung mit den Permanentmagnetfeldern einstellt.
Die DE 10 2009 021 639 A1 beschreibt ein Magnetventil, das eine ortsfest am Ventilgehäuse angeordnete Magnetspule aufweist, die axial beidseits von je einem ringförmigen Permanentmagnet flankiert ist. Die Magnetspule umschließt einen Anker, der ein einem Ventilsitz gegenüberliegendes Ventilglied trägt und der durch gesteuerte Bestromung der Magnetspule zu einer Hubbewegung antreibbar ist.
Die bekannten elektromagnetischen Antriebseinrichtungen, die auf dem Reluktanz-Antriebsprinzip basieren, lassen sich aufgrund starker Nichtlinearitäten in ihrer Kraft-Hub-Kennlinie für Proportionalanwendungen nur unzureichend einsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um bei elektromagnetischen Antriebseinrichtungen und damit ausgestatteten Proportional-Magnetventilen über einen großen Hubbereich ein gutes proportionales Stellverhalten bei gleichzeitig hoher Dynamik zu erzielen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ankerkörper in jeder Hubposition des Ankers mit seinen beiden Ankerkörper-Endabschnitten unter nur teilweiser axialer Überdeckung in den jeweils benachbarten Polring eintaucht, sodass zwischen jedem Ankerkörper-Endabschnitt und dem ihm benachbarten Polring ein radialer Ringspalt vorliegt, wobei die axiale Überdeckungslänge und somit die axiale Ringspaltlänge von der Hubposition des Ankers abhängig ist, wobei mindestens einer der beiden Ankerkörper-Endabschnitte ringförmig gestaltet ist und eine sich ausgehend von seinem freien Ende nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche hat, sodass sich die radiale Dicke des zur Hauptachse rechtwinkeligen Ringquerschnittes des Ankerkörper-Endabschnittes zu dessen freien Ende hin kontinuierlich verringert.
Die Aufgabe wird ferner bei einem Proportional-Magnetventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass seine elektromagnetische Antriebseinrichtung in dem vorgenannten Sinne ausgebildet ist, wobei das Ventilglied zur Erzeugung seiner Steuerbewegung antriebsmäßig mit dem Anker gekoppelt ist.
Die elektromagnetische Antriebseinrichtung eignet sich besonders zur Verwendung in einem Proportional-Magnetventil, kann aber auch für andere Antriebsaufgaben eingesetzt werden.
Innerhalb der elektromagnetischen Antriebseinrichtung steht der axial beweglich gelagerte Anker mit seinem über flussleitende Eigenschaften verfügenden Ankerkörper in magnetischer Wechselwirkung mit einer am Stator angeordneten, bevorzugt ringförmig und symmetrisch aufgebauten flussleitenden Jochanordnung, wobei durch den zusätzlich vorhandenen Permanentmagnet eine permanentmagnetische Vorspannung erzeugt ist. Der Ankerkörper hat eine derartige Länge, dass er unabhängig von der momentan eingenommenen Hubposition des Ankers mit beiden Ankerkörper-Endabschnitten in den jeweils benachbarten Polring eintaucht, sodass zwischen jedem Ankerkörper-Endabschnitt und einer Teillänge des benachbarten Polringes eine axiale Überdeckung vorliegt. Zwischen jedem Polring und dem darin eintauchenden Ankerkörper-Endabschnitt ist ein radialer Ringspalt ausgebildet, durch den sowohl das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten als auch bei entsprechender Bestromung das Spulenmagnetfeld der benachbarten Magnetspule hindurchtritt. In Verbindung mit der ringförmigen, zumindest in dem sich an das freie Ende anschließenden Längenabschnitt über einen Innenkonus verfügenden Gestaltung mindestens eines der Ankerkörper-Endabschnitte wird erreicht, dass der Ankerkörper trotz des radialen Magnetspaltes mit einer resultierenden axialen Antriebskraft beaufschlagt wird, was durch das Auftreten magnetischer Streufelder erklärbar ist, die entstehen, weil der dem magnetischen Fluss zur Verfügung stehende Ringquerschnitt des Ankerkörper-Endabschnittes relativ klein ist und sich zum freien Ende des Ankerkörper-Endabschnittes hin kontinuierlich verringert. Im Ergebnis wird erfindungsgemäß eine Mischung aus radialen und axialen Komponenten der Reluktanzkraft mit Hilfe einer speziellen, sich konisch verjüngenden Formgebung mindestens eines axialen Endabschnittes des Ankerkörpers genutzt, um eine weitestgehend proportionale Hub-Kraft-Kennlinie zu erzeugen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich selbst in den Randbereichen ein relativ lineares, proportionales Verhalten. In Verbindung mit der permanentmagnetischen Vorspannung kann zudem eine besonders hohe Dynamik bei geringer Induktivität erreicht werden. Die hohe Dynamik ist besonders ausgeprägt, wenn der Permanentmagnet entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung zum Stator gehört und somit nicht zur bewegten Masse beiträgt. Bevorzugt ist der innen konisch ausgebildete Ankerkörper-Endabschnitt so gestaltet, dass die sich konisch verjüngende Innenumfangsfläche an jeder Stelle einen radialen Abstand zu der mit der Hauptachse zusammenfallenden mittigen Längsachse des Ankerkörpers hat.
Der in mindestens einem ringförmigen Anker-Endabschnitt ausgebildete Innenkonus erstreckt sich ausgehend vom stirnseitigen freien Ende des Anker-Endabschnittes axial mit zunehmender Verjüngung in den Anker-Endabschnitt hinein, wobei er sich bevorzugt über die gesamte axiale Länge des ringförmigen Anker-Endabschnittes erstreckt, gleichwohl aber auch kürzer sein kann und in einen hohlzylindrischen Längenabschnitt übergehen kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bevorzugt sind beide Ankerkörper-Endabschnitte ringförmig gestaltet und verfügen über eine sich ausgehend vom freien Ende nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche. Diese beiden Ankerkörper-Endabschnitte sind vorzugsweise identisch ausgebildet. Durch die beidseitige Anordnung eines innen konischen Ankerkörper-Endabschnittes können Antriebskräfte in beiden Axialrichtungen bei bistabiler Funktionalität erzeugt werden. Ist nur eine monostabile Funktionalität gewünscht, die beispielsweise mit einer Federrückstellung arbeitet, genügt im Prinzip ein nur einseitiger Innenkonus. Die gegenüberliegende Seite kann in diesem Falle beispielsweise zylinderförmig ausgeführt sein, hat jedoch ebenfalls eine unabhängig von der Hubposition des Ankers vorliegende ständige teilweise axiale Überdeckung mit dem benachbarten Polring.
Die axiale Länge des flussleitende Eigenschaften aufweisenden Ankerkörpers ist vorzugsweise so gewählt, dass in einer mittleren Hubposition des Ankers, in der die beiden Ankerkörper-Endabschnitte mit gleicher axialer Überdeckungslänge in den jeweils benachbarten Polring eintauchen, diese axiale Überdeckungslänge beidseits jeweils das 0,3-fache bis 1,5-fache des von dem Anker bei seiner Hubbewegung maximal ausführbaren Hubes entspricht. Die einseitige axiale Überdeckungslänge bei dieser Konstellation entspricht beispielsweise dem Ankerhub.
Der Konuswinkel der konischen Innenumfangsfläche des Ankerkörper-Endabschnittes, der auch als Öffnungswinkel bezeichnet werden kann, liegt vorzugsweise in einem Bereich von, je einschließlich, 20° bis 120°, wobei er insbesondere in einem Bereich von, je einschließlich, 40° bis 80° liegt.
An seinem freien Ende ist der ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt vorzugsweise abgeflacht oder abgerundet. Alternativ kann er auch mit einer axial orientierten Kante auslaufen.
Der Permanentmagnet ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet, sodass er als Ringmagnet bezeichnet werden kann. Er ist insbesondere koaxial zu der Hauptachse angeordnet.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der ringförmige Permanentmagnet radial magnetisiert ist. Hierbei liegt der eine der beiden Magnetpole im Bereich des Außenumfanges und der andere der beiden Magnetpole im Bereich des Innenumfanges des ringförmigen Permanentmagneten.
Als besonders zweckmäßig wird es angesehen, wenn der Permanentmagnet als Bestandteil des Stators ausgeführt ist. Der Anker hat vorzugsweise keinerlei permanentmagnetische Komponenten. Da ein zum Stator gehörender Permanentmagnet die Hubbewegung des Ankers nicht mitzumachen hat, lässt sich der Anker mit einer hohen Schaltdynamik und mit einer schnellen Reaktionszeit auf ein elektrisches Betätigungssignal betreiben. Er kann zudem sehr kostengünstig einteilig hergestellt werden.
Der zum Stator gehörende, bevorzugt ringförmige Permanentmagnet ist zweckmäßigerweise mit koaxialer Ausrichtung axial zwischen den beiden Magnetspulen angeordnet. Somit liegt jede der beiden Magnetspulen zwischen dem Permanentmagnet und einem der beiden Polringe. Das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten setzt sich aus zwei Teil-Magnetfeldern zusammen, die beide jeweils den über flussleitende Eigenschaften verfügenden Ankerkörper und außerdem jeweils einen der beiden über flussleitende Eigenschaften verfügenden Polringe durchsetzen.
Bevorzugt enthält die Jocheinrichtung auch noch eine die beiden Magnetspulen, die beiden Polringe und den Permanentmagnet radial außen umschließende flussleitende Jochhülse, die mit beiden Polringen und vorzugsweise auch mit dem Permanentmagnet in flussleitender Verbindung steht. Die beiden vorgenannten Teil-Magnetfelder werden in dem radial außerhalb der Magnetspulen liegenden Bereich von der Jochhülse zwischen dem Permanentmagnet und einem jeweiligen Polring geleitet.
Bevorzugt ist der Anker relativ zu dem Stator zwischen zwei axial einander entgegengesetzten Hubendlagen bewegbar. Vorteilhaft ist es, wenn der Anker durch eine zwischen dem Stator und dem Anker wirksame Federeinrichtung ständig in eine der beiden Hubendlagen vorgespannt ist. Mittels einer solchen Federvorspannung lässt sich sehr einfach ein monostabiles Betriebsverhalten des Ankers verwirklichen. Im Zusammenhang mit einem Proportional-Magnetventil kann mittels eines durch eine Federeinrichtung in eine Hubendlage vorgespannten Ankers insbesondere ein Ventiltyp „Normalerweise Geschlossen“ oder „Normalerweise Geöffnet“ verwirklicht werden.
Die Federeinrichtung ist vorzugsweise auch vorhanden, wenn die Antriebseinrichtung mit einer bistabilen Funktionalität des Ankers ausgelegt ist.
Vorzugsweise ist die Federeinrichtung einem der beiden axialen Endbereiche des Ankers zugeordnet und dort axial zwischen den Anker und einen Bestandteil des Stators eingegliedert. Die Federeinrichtung ist zweckmäßigerweise eine Druckfedereinrichtung.
Der Anker ist zweckmäßigerweise bezüglich dem Stator radial abgestützt und axial linear verschiebbar geführt. Eine Berührung zwischen dem Ankerkörper und dem Stator ist vorzugsweise nicht vorhanden. Zweckmäßigerweise erstreckt sich radial zwischen dem Ankerkörper und dem Stator über die gesamte axiale Länge des Ankerkörpers hinweg ein ringförmiger Luftspalt. Für die Linearführung bezüglich des Stators verantwortlich sind zweckmäßigerweise zwei jeweils zusätzlich zu dem Ankerkörper vorhandene Führungszapfen des Ankers, die jeweils einem der beiden axialen Endbereiche des Ankers zugeordnet sind und die jeweils in eine am Stator ausgebildete Führungsausnehmung in radial abgestützter Weise axial verschiebbar eintauchen. Die Führungszapfen bestehen insbesondere aus einem nicht flussleitenden Material, sodass sie weder das Permanentmagnetfeld noch die Spulenmagnetfelder in irgendeiner Weise beeinflussen. Die Führungszapfen sind zweckmäßigerweise voneinander gesonderte Bauteile, können aber auch von den beiden Endabschnitten eines den Ankerkörper durchsetzenden einstückigen Führungskörpers gebildet sein.
Der Ankerkörper hat außen bevorzugt durchweg eine kreiszylindrische Formgebung, die zweckmäßigerweise keinerlei Abstufung hat.
Die Führungszapfen sind an ihrem radialen Außenumfang vorzugsweise ebenfalls kreiszylindrisch gestaltet.
Mindestens eine der beiden statorseitigen Führungsausnehmungen ist zweckmäßigerweise von einer zylindrisch konturierten zentralen Ringöffnung beider Polringe gebildet. Prinzipiell kann jeder der beiden Polringe eine der beiden Führungsausnehmungen definieren. Als mögliche Ausführungsform wird es jedoch bevorzugt, wenn einer der beiden Polringe keine Führungsaufgaben übernimmt und stattdessen der diesem Polring zugeordnete Führungszapfen in eine Führungsausnehmung des Stators eintaucht, die von einem anderen Bestandteil des Stators definiert ist, beispielsweise von einem axialen Abschlusselement, das bevorzugt keine flussleitende Eigenschaften hat.
Jeder ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt ist, zumindest wenn er über eine sich konisch verjüngende Innenumfangsfläche hat, bevorzugt kragenförmig ausgebildet.
Vorzugsweise umrahmt jeder ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt eine axial offene stirnseitige Ausnehmung des Ankerkörpers, die eine ebene, bevorzugt kreisförmige Bodenfläche hat, die sich in einer zur Hauptachse rechtwinkeligen Ebene erstreckt.
Bevorzugt erstrecken sich beide Führungszapfen mit zumindest einer Teillänge innerhalb einer vom zugeordneten ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt umschlossenen stirnseitigen Ausnehmung des Ankerkörpers. Hierbei kann ein radialer Ringspalt zwischen jedem Führungszapfen und dem zugeordneten ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt vorliegen, der sich im Falle einer sich nach axial innen hin konisch verjüngenden Innenumfangsfläche des Ankerkörper-Endabschnittes entsprechend verjüngt.
Zweckmäßigerweise ragt jeder Führungszapfen axial aus dem Ankerkörper heraus. Es ist vorteilhaft, wenn zumindest der aus der stirnseitigen Ausnehmung herausragende Längenabschnitt des Führungszapfens zwecks einer Linearführung des Ankers mit einer Führungsausnehmung des Stators zusammenwirkt.
Angaben bezüglich flussleitender Eigenschaften verstehen sich als Eigenschaften zur Leitung magnetischen Flusses. Soweit Bestandteile der elektromagnetischen Antriebseinrichtung flussleitend sind, basiert ihre flussleitende Eigenschaft bevorzugt auf einer Ausgestaltung aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere aus einem weichmagnetischen Material. Nicht flussleitende Komponenten bestehen beispielsweise aus Kunststoffmaterial, aus Aluminiummaterial oder aus einem austenitischen Material.
Zweckmäßigerweise beträgt im Bereich bzw. auf axialer Höhe des freien Endes des Ankerkörper-Endabschnittes die von der konischen Innenumfangsfläche umrahmte Kreisfläche mindestens 75% und zweckmäßigerweise im Bereich von 90% der Kreisfläche, die der Außenumfang des ringförmigen Ankerkörper-Endabschnittes umschließt.
Ein die elektromagnetische Antriebseinrichtung beinhaltendes Proportional-Magnetventil ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als Sitzventil ausgebildet, wobei sein Ventilglied an einer vorderen Stirnseite des Ankers angeordnet ist und innerhalb einer von dem Ventilgehäuse begrenzten Ventilkammer einem Ventilsitz gegenüberliegt, der eine innere Kanalmündung eines in die Ventilkammer einmündenden ersten Fluidkanals umrahmt und an dem das Ventilglied in einer Schließstellung anliegt. In die Ventilkammer mündet noch ein weiterer, zweiter Fluidkanal, der durch die Ventilkammer hindurch mit dem ersten Fluidkanal kommuniziert, wenn das Ventilglied durch entsprechende Betätigung des Ankers in eine von dem Ventilsitz abgehobene Offenstellung bewegt ist.
Der Anker ist zweckmäßigerweise axial von einem Druckausgleichskanal durchsetzt, der zumindest in der Schließstellung des Ventilgliedes eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidkanal und einer von einer hinteren Stirnseite des Ankers begrenzten Druckausgleichskammer herstellt, wobei der Querschnitt der Druckausgleichskammer gleich groß ist wie der Querschnitt der inneren Kanalmündung des ersten Fluidkanals. Dadurch ist der Anker druckausgeglichen, sodass die auf ihn ausübbare Antriebskraft von den Fluidkräften des zu steuernden Fluides unabhängig ist.
Die elektromagnetische Antriebseinrichtung kann mit einer Sensorik ausgestattet sein, die eine Positionserfassung des Ankers gestattet. Eine solche Sensorik umfasst beispielsweise eine mit einem permanentmagnetischen Element kooperierende Hall-Sensoreinrichtung, wobei das permanentmagnetische Element vorzugsweise als ein Magnetring ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung an der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Proportional-Magnetventils in teilweise aufgebrochenem Zustand, wobei dieses Magnetventil mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebseinrichtung ausgestattet ist,
2 eine weitere aufgebrochene Darstellung der Anordnung aus 1, wobei abweichend zur 1 bei der Antriebseinrichtung nicht nur der Stator, sondern auch der Anker im Längsschnitt gezeigt ist,
3 einen Längsschnitt der Anordnung aus 1 und 2 in einer Schließstellung des Ventilgliedes, in der der Anker eine von zwei möglichen Hubendlagen einnimmt,
4 den gleichen Längsschnitt wie in 3, jedoch in einer Offenstellung des Ventilgliedes, in der der Anker eine mittlere Hubposition einnimmt, und
5 wiederum einen Längsschnitt entsprechend den 3 und 4, wobei das Ventilglied in einer maximalen Offenstellung gezeigt ist und der Anker die bezüglich des in 3 gezeigten Betriebszustandes entgegengesetzte Hubendlage einnimmt.

In der Zeichnung ist ein Proportional-Magnetventil 1 illustriert, das mit einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung 2 ausgestattet ist, durch die ein Ventilglied 3 des Magnetventils 1 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Steuerbewegung 4 antreibbar ist.
Die Antriebseinrichtung 2 hat eine imaginäre Hauptachse 5, bei der es sich exemplarisch um eine zentrale Längsachse der Antriebseinrichtung 1 handelt. Die Steuerbewegung 4 des Ventilgliedes 3 erfolgt in der Achsrichtung der Hauptachse 5.
Das Magnetventil 1 hat ein Ventilgehäuse 6. Das Ventilgehäuse 6 ist exemplarisch mehrteilig ausgebildet und umfasst eine erste Gehäusekomponente 7 sowie eine an die erste Gehäusekomponente 7 angebaute zweite Gehäusekomponente 8. Bevorzugt ist die zweite Gehäusekomponente 8 durch Befestigungsmittel 11, insbesondere Befestigungsschrauben, in lösbarer Weise an der ersten Gehäusekomponente 7 fixiert.
Die zweite Gehäusekomponente 8 ist bevorzugt von einem Stator 12 der Antriebseinrichtung 2 gebildet. Die Antriebseinrichtung 2 hat außerdem einen Anker 13, der relativ zu dem Stator 12 in der Achsrichtung der Hauptachse 5 linear hin und her bewegbar ist, wobei diese Bewegung im folgenden als Hubbewegung 14 bezeichnet wird, die durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
Die Antriebseinrichtung 2 hat als Bestandteile des Stators 12 ausgebildete, von außen her zugängliche Anschlusselemente 15, an die eine elektrische Ansteuerspannung anlegbar ist, durch die die Antriebseinrichtung 2 zur Erzeugung der Hubbewegung 14 betätigbar ist.
In der ersten Gehäusekomponente 7 ist eine Vertiefung ausgebildet, die durch die angebaute zweite Gehäusekomponente 8 verschlossen ist, sodass sie eine Ventilkammer 16 bildet, in die der Anker 13 mit einem vorderen Endabschnitt 17 hineinragt. Stirnseitig an diesem vorderen Endabschnitt 17 ist das schon erwähnte Ventilglied 3 angebracht, das exemplarisch aus einem gummielastischen Dichtelement besteht, das beispielsweise scheibenförmig oder plattenförmig ausgebildet ist.
Die erste Gehäusekomponente 7 ist von einem ersten Fluidkanal 22 durchsetzt, der mit einer ersten äußeren Anschlussöffnung 22a zu einer Außenfläche der ersten Gehäusekomponente 7 hin ausmündet und außerdem mit einer ersten inneren Kanalmündung 22b in die Ventilkammer 16 einmündet. Die erste innere Kanalmündung 22b liegt dem Ventilglied 3 in der Achsrichtung der Hauptachse 5 gegenüber und ist von einem dem Ventilglied 3 zugewandten ringförmigen Ventilsitz 24 umrahmt.
Ein ebenfalls die erste Gehäusekomponente 7 durchsetzender zweiter Fluidkanal 23 mündet mit einer zweiten äußeren Anschlussöffnung 23a zur Außenfläche der ersten Gehäusekomponente 7 aus und mündet außerdem mit einer zweiten inneren Kanalmündung 23b derart in die Ventilkammer 16 ein, dass unabhängig von der momentanen Stellung des Ventilgliedes 3 eine offene Verbindung zwischen der Ventilkammer 16 und der zweiten äußeren Anschlussöffnung 23a vorliegt.
Bei einer typischen Betriebsweise des Proportional-Magnetventils 1 wird an der ersten äußeren Anschlussöffnung 22a ein unter Überdruck stehendes Fluid in den ersten Fluidkanal 22 eingespeist, beispielsweise Druckluft. Solange das Ventilglied 3 in einer aus 3 ersichtlichen Schließstellung an dem Ventilsitz 24 anliegt, ist der erste Fluidkanal 22 von der Ventilkammer 16 und somit auch von dem zweiten Fluidkanal 23 abgetrennt, sodass keine Fluidströmung stattfindet. Durch entsprechende Betätigung der Antriebseinrichtung 2 kann das Ventilglied 3 derart zu einer Steuerbewegung 4 angetrieben werden, dass es eine von dem Ventilsitz 24 abgehobene Offenstellung einnimmt, wobei die 4 und 5 zwei mögliche Offenstellungen illustrieren. In jeder Offenstellung kann das in den ersten Fluidkanal 22 eingespeiste Fluid durch die freigegebene erste innere Kanalmündung 22b hindurch in die Ventilkammer 16 einströmen und von dort durch den zweiten Fluidkanal 23 und die zweite äußere Anschlussöffnung 23a hindurch aus dem Ventilgehäuse 6 zu einem angeschlossenen Verbraucher herausströmen.
Es versteht sich, dass das Magnetventil 1 auch mit umgekehrter Strömungsrichtung betreibbar ist, wobei das zu steuernde Fluid an der zweiten äußeren Anschlussöffnung 23a eingespeist wird.
Die von dem Ventilglied 3 im Rahmen der Steuerbewegung 4 einnehmbaren Ventilgliedstellungen seien im Folgenden auch als Steuerstellungen bezeichnet. Eine dieser Steuerstellungen ist die aus 3 ersichtliche Schließstellung. Weitere Steuerstellungen sind vom Ventilsitz 24 abgehobene Offenstellungen, wobei das Ventilglied 3 stufenlos in unterschiedlichen Offenstellungen positionierbar ist, die sich im Abstand zum Ventilsitz 24 voneinander unterscheiden. Die 5 zeigt eine maximale Offenstellung mit größtmöglichem Abstand zwischen dem Ventilglied 3 und dem Ventilsitz 24. In der 4 ist eine Mittel-Offenstellung gezeigt, die mittig zwischen der Schließstellung und der maximalen Offenstellung liegt.
Die stufenlose Einstellbarkeit unterschiedlicher Offenstellungen ermöglicht die Öffnung unterschiedlich großer Strömungsquerschnitte, sodass das Magnetventil 1 zur Druckregelung und/oder Durchflussregelung eingesetzt werden kann.
Da das Ventilglied 3 antriebsmäßig mit dem Anker 13 gekoppelt ist, ergibt sich die Steuerbewegung 4 des Ventilgliedes 3 aus der Hubbewegung 14 des Ankers 13. Wenn das Ventilglied 3 fest am Anker 13 angebracht ist, stimmt die Steuerbewegung 4 mit der Hubbewegung 14 direkt überein. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Ventilglied 3 separat vom Anker 13 ausgebildet, gleichwohl jedoch durch geeignete Kopplungsmittel antriebsmäßig mit dem Anker 13 gekoppelt.
Der Anker 13 kann im Rahmen der Hubbewegung 14 zwischen einer aus 3 ersichtlichen ersten Hubendlage und einer aus 5 ersichtlichen zweiten Hubendlage verfahren werden. Die erste Hubendlage des Ankers 13 entspricht der Schließstellung des Ventilgliedes 13, die zweite Hubendlage der maximalen Offenstellung des Ventilgliedes 3. Zwischen diesen beiden axial einander entgegengesetzten Hubendlagen kann der Anker 13 relativ zu dem Stator 12 stufenlos positioniert werden.
Im Folgenden wird ein bevorzugter Aufbau der elektromagnetischen Antriebseinrichtung 2 beschrieben.
Der Stator 12 der Antriebseinrichtung 2 hat eine Spulenanordnung 25, die elektrisch an die Anschlusselemente 15 angeschlossen ist und durch Anlegen einer Ansteuerspannung an die Anschlusselemente 15 elektrisch bestrombar ist. Die Spulenanordnung 25 ist koaxial zu der Hauptachse 5 angeordnet und hat zwei zueinander koaxiale Magnetspulen 26, 27, die im Folgenden auch als erste Magnetspule 26 und als zweite Magnetspule 27 bezeichnet werden.
Bevorzugt sind die beiden Magnetspulen 26, 27 hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihres Leistungsvermögens identisch ausgebildet.
Die beiden Magnetspulen 26, 27 enthalten jeweils eine aus einem isolierend umhüllten Spulendraht bestehende Spulenwicklung, wobei die beiden Magnetspulen 26, 27 gleichsinnig gewickelt sind. Sie sind beide an die Anschlusselemente 15 angeschlossen, sodass das Anlegen einer Betätigungsspannung gleichzeitig bei beiden Magnetspulen 26, 27 ein zur besseren Unterscheidung als Spulenmagnetfeld bezeichnetes Magnetfeld hervorruft.
Bevorzugt sind die beiden Magnetspulen 26, 27 in Reihe geschaltet, sodass sie vom gleichen Betätigungsstrom durchflossen werden. Grundsätzlich können sie aber auch separat voneinander ausgebildet sein und gesondert voneinander betätigt werden. Relevant ist, dass die Spulenmagnetfelder über in der Zeichnung durch Pfeile angedeutete Feldrichtungen 28 verfügen, die in dem axial zwischen den beiden Magnetspulen 26, 27 liegenden Bereich einander entgegengesetzt orientiert sind.
Jede Magnetspule 26, 27 hat bevorzugt einen aus dem Spulendraht bestehenden Wicklungsteil 26a, 27a und einen den Wicklungsteil 26a, 27a tragenden, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial bestehenden ringförmigen Spulenträger 26b, 27b.
Zu dem Stator 12 gehört außerdem ein ringförmiger Permanentmagnet 32, der in zu der Hauptachse 5 koaxialer Ausrichtung axial zwischen den beiden Magnetspulen 26, 27 angeordnet ist.
Der Permanentmagnet 32 ruft in Verbindung mit einer noch zu erläuternden flussleitenden Jocheinrichtung 33 des Stators 12 eine permanentmagnetische Vorspannung des Ankers 13 hervor. Als flussleitend wird die Eigenschaft verstanden, magnetische Feldlinien und somit magnetischen Fluss leiten zu können.
Der Permanentmagnet 32 kann prinzipiell auch als Bestandteil des Ankers 13 ausgeführt sein, erweist sich jedoch als besonders vorteilhaft bei einer Integration in den Stator 12, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Bevorzugt ist der als Ringmagnet ausgebildete Permanentmagnet 32 radial magnetisiert. Die interne Feldrichtung des Permanentmagnetfeldes 34 im Permanentmagnet 32 ist bei 35 durch Pfeile illustriert.
Aufgrund der nachfolgend beschriebenen Ausgestaltung der Jocheinrichtung 33 setzt sich das Permanentmagnetfeld 34 aus zwei Teil-Magnetfeldern 34a, 34b zusammen, die sich jeweils vergleichbar den beiden Spulenmagnetfeldern um jeweils eine der beiden Magnetspulen 26, 27 herum erstrecken. Dies bedeutet, dass das Permanentmagnetfeld 34 stets gleichsinnig zu dem einen Spulenmagnetfeld und gegensinnig zu dem anderen Spulenmagnetfeld verläuft. Welches der beiden Spulenmagnetfelder gleichsinnig oder gegensinnig zu dem Permanentmagnetfeld 34 orientiert ist, hängt von der Bestromungsrichtung der beiden Magnetspulen 26, 27 ab.
Die schon angesprochene flussleitende Jocheinrichtung 33 setzt sich aus mehreren, jeweils über flussleitende Eigenschaften verfügenden Bestandteilen zusammen. Die flussleitenden Eigenschaften resultieren insbesondere daraus, dass die besagten Bestandteile aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wobei insbesondere ein weichmagnetischer Stahl verwendet wird. Die flussleitenden Eigenschaften können alternativ beispielsweise auch daraus resultieren, dass ferromagnetische Partikel in ein nicht flussleitendes polymeres Basismaterial eingebettet sind.
Die Jocheinrichtung 33 hat zwei flussleitende Polringe 36, 37, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erster Polring 36 und zweiter Polring 37 bezeichnet werden. Die beiden Polringe 36, 37 sind Bestandteile des Stators 12 und sind jeweils in einer bezüglich der Hauptachse 5 koaxialen Anordnung an der der jeweils anderen Magnetspule 27, 26 axial entgegengesetzten Außenseite einer der beiden Magnetspulen 26, 27 angeordnet. Somit ist jede Magnetspule 26, 27 an ihrer der anderen Magnetspule 27, 26 zugewandten axialen Innenseite von dem Permanentmagnet 32 und an der entgegengesetzten axialen Außenseite von einem der beiden Polringe 36, 37 flankiert.
Vorzugsweise liegen der Permanentmagnet 32 und die beiden Polringe 36, 37 jeweils direkt axial an der zugeordneten Magnetspule 26, 27 an, insbesondere in isolierender Weise an dem betreffenden Spulenträger 26b, 27b.
Die Jocheinrichtung 33 hat zweckmäßigerweise auch eine flussleitende Jochhülse 38, die koaxial zu der Hauptachse 5 angeordnet ist und eine derartige axiale Länge hat, dass sie sowohl den Permanentmagnet 32 als auch die beiden Magnetspulen 26, 27 und die beiden Polringe 36, 37 radial außen umschließt. Sie ist vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet.
Die Jochhülse 38 steht mit beiden Polringe 36, 37 in flussleitender Verbindung. Hierzu haben die beiden Polringe 36, 37 exemplarisch einen Außendurchmesser, der einem Innendurchmesser der Jochhülse 38 entspricht, sodass ein direkter Berührkontakt vorliegt. Die Komponenten können zusätzlich oder alternativ auch ineinander eingepresst oder miteinander verklebt sein.
Vorzugsweise steht auch der Permanentmagnet 32 in einer flussleitenden Verbindung mit der Jochhülse 38. Hierzu verfügt der Permanentmagnet 32 bevorzugt über einen Außendurchmesser, der einem Innendurchmesser der JochHülse 38 entspricht, sodass die beiden Komponenten radial aneinander anliegen. Entsprechend der Gegebenheiten bei den beiden Polringen 36, 37 kann der Permanentmagnet 32 beispielsweise eingepresst oder eingeklebt sein.
In der Zeichnung sind in 4 bei 42 axialen Nuten im Außenumfang des Permanentmagnets 32 ersichtlich, durch die der die beiden Magnetspulen 26, 27 verbindende Spulendraht hindurchgeführt ist.
Der sich axial über die beiden Magnetspulen 26, 27 und den Permanentmagnet 32 hinweg erstreckende Längenabschnitt des Innenumfangs der Jochhülse 38 hat zweckmäßigerweise einen geringeren Durchmesser als die beiden sich axial daran anschließenden äußeren Endabschnitte 43, 44 der Jochhülse 38, sodass sich je eine axiale Anschlagschulter 45 ergibt, an der jeweils einer der beiden einen entsprechend größeren Außendurchmesser aufweisenden Polringe 36, 37 axial anliegt.
Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung 2 dadurch an dem Ventilgehäuse 6 fixiert, dass sie mit einem dem vorderen Endabschnitt 17 des Ankers 13 zugeordneten vorderen äußeren Endabschnitt 43 der Jochhülse 38 auf einen die Ventilkammer 16 umschließenden ringförmigen Befestigungsfortsatz der ersten Gehäusekomponente 7 aufgesteckt ist. Ein dazwischen liegender Dichtungsring 47 sorgt für eine fluiddichte Abdichtung.
An der dem vorderen Endabschnitt 17 des Ankers 13 in der Achsrichtung der Hauptachse 5 entgegengesetzten Rückseite 48 der Antriebseinrichtung 2 ist die Jochhülse 38 mit einem hinteren äußeren Endabschnitt 44 auf ein insbesondere deckelartiges Abschlusselement 52 des Stators 12 axial aufgesteckt. Das Abschlusselement 52 besteht vorzugsweise aus einem nicht flussleitenden Material. Exemplarisch stützt sich das Abschlusselement 52 mit einer Ringschulter 53 an der Jochhülse 38 axial ab und ist mittels der Befestigungselemente mit der Jochhülse 38 und der ersten Gehäusekomponente 7 verspannt. Auch zwischen dem Abschlusselement 52 und der Jochhülse 38 sitzt zweckmäßigerweise ein Dichtungsring 49.
Die Jocheinrichtung 33 umschließt gemeinsam mit dem ringförmigen Permanentmagnet 32 und den beiden Magnetspulen 26, 27 einen zu der Hauptachse 5 koaxialen Ankeraufnahmeraum 54, in dem sich der Anker 13 axial erstreckt. Der Anker 13 hat eine mittige Längsachse 19, die exemplarisch mit der Hauptachse 5 zusammenfällt.
Der Anker 13 hat einen flussleitenden Ankerkörper 55 mit einer radial nach außen orientierten Außenumfangsfläche 56, die zweckmäßigerweise zylindrisch gestaltet ist. Der Außendurchmesser des Ankerkörpers 55 ist minimal kleiner als der Innendurchmesser der Jocheinrichtung 33 sowie des Permanentmagneten 32 und der beiden Magnetspulen 26, 27, sodass er von dem Stator 12 unter Belassung eines geringfügigen ringförmigen Luftspaltes umschlossen ist.
Im Bereich des vorderen Endabschnittes 17 hat der Anker 13 einen axial über den flussleitenden Ankerkörper 55 hinausragenden vorderen Führungszapfen 62. Ein weiterer, hinterer Führungszapfen 63 befindet sich an dem dem vorderen Endabschnitt 17 axial entgegengesetzten hinteren Endabschnitt 57 des Ankers 13 und steht rückseitig über den Ankerkörper 55 vor. Über die beiden Führungszapfen 62, 63 ist der Anker 13 zur Ausführung der Hubbewegung 14 an dem Stator 12 unter radialer Abstützung linear verschiebbar geführt.
Jeder Führungszapfen 62, 63 taucht mit einem Führungsabschnitt 62a, 63a der an seinem Außenumfang eine radial nach außen weisende kreiszylindrische Führungsfläche 62b, 63b aufweist, in eine vom Stator 12 gebildete vordere beziehungsweise hintere Führungsausnehmung 58, 59 ein. Die beiden Führungsausnehmungen 58, 59 haben einen an den Außendurchmesser des zugeordneten Führungsabschnittes 62a, 63a angepassten Innendurchmesser, sodass die Führungsfläche 62b, 63b axial verschieblich daran anliegt und jeder Führungszapfen 62, 63 bei der Hubbewegung 14 in der zugeordneten vorderen beziehungsweise hinteren Führungsausnehmung 58, 59 gleiten kann.
Vorzugsweise ist die hintere Führungsausnehmung 59 als axiale Vertiefung in dem Abschlusselement 52 ausgebildet. Die vordere Führungsausnehmung 58 kann prinzipiell ebenfalls von einer nicht zur Jocheinrichtung 33 gehörenden Komponente des Stators 12 gebildet sein, ist vorzugsweise aber von der zylindrisch konturierten zentralen Ringöffnung 36a des ersten Polringes 36 gebildet. Dadurch kann der Stator 12 mit einer sehr kurzen Baulänge realisiert werden.
Die beiden Führungszapfen 62, 63 bestehen zweckmäßigerweise aus einem für den Magnetfluss nicht flussleitenden Material. Sie sind beispielsweise aus Kunststoffmaterial oder aus einem Edelstahlmaterial gefertigt.
Bei der Hubbewegung 14 gleiten die Führungszapfen 62, 63 unter radialer Abstützung in axialer Richtung in der jeweils zugeordneten Führungsausnehmung 58, 59.
Bevorzugt sind die beiden Führungszapfen 62, 63 separat voneinander ausgebildet und unabhängig voneinander an dem Ankerkörper 55 befestigt. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist dies der Fall. Hier verfügt jeder Führungszapfen 62, 63 rückseitig über einen zapfenförmigen Befestigungsvorsprung 64, mit dem er in eine den Ankerkörper 55 zentral durchsetzende Durchgangsbohrung 65 eingesetzt ist. Zweckmäßigerweise hat jeder Befestigungsvorsprung 64 ein Außengewinde, mit dem er in ein Innengewinde der Durchgangsbohrung 65 eingeschraubt ist.
Die beiden Führungszapfen 62, 63 sind von einander entgegengesetzten Stirnseiten her in die Durchgangsbohrung 65 eingesetzt.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel sind die beiden Führungszapfen 62, 63 integrale Bestandteile eines einstückigen Führungskörpers, der die Durchgangsbohrung 65 durchsetzt.
Zweckmäßigerweise hat jeder Führungszapfen 62, 63 einen sich axial an den Befestigungsvorsprung 64 anschließenden Kopfabschnitt 66. Ein dem Befestigungsvorsprung 64 axial entgegengesetzter Endabschnitt des Kopfabschnittes 66 bildet den zugeordneten Führungsabschnitt 62a, 63a. Der Kopfabschnitt 66 hat einen größeren Durchmesser als der Befestigungsvorsprung 64 und stützt sich mit einer den Befestigungsvorsprung 64 umrahmenden ringförmigen hinteren Stirnfläche 67 an der gegenüberliegenden Stirnfläche 68 des Ankerkörpers 55 ab.
Der Ankerkörper 55 hat zwei in der Längsrichtung 19 des Ankers 13 einander entgegengesetzte Endabschnitte, die als Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73 bezeichnet seien. Zur besseren Unterscheidung wird im Folgenden der dem vorderen Endabschnitt 17 zugeordnete Ankerkörper-Endabschnitt 72 auch als erster Ankerkörper-Endabschnitt 72 bezeichnet, während der dem hinteren Endabschnitt 57 des Ankers 13 zugeordnete Ankerkörper-Endabschnitt 73 auch als zweiter Ankerkörper-Endabschnitt 73 bezeichnet wird.
Beide Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73 haben eine zylindrische Außenumfangsfläche 74. Selbige sind jeweils von einem Längenabschnitt der sich am radialen Außenumfang über den gesamten Ankerkörper 55 hinweg erstreckenden Außenumfangsfläche 56 gebildet.
Der Ankerkörper 55 hat eine axiale Länge, die größer ist als der lichte Abstand zwischen den beiden Polringen 36, 37, also des axialen Innenabstandes der beiden Polringe 36, 37, der zwischen den beiden einander zugewandten inneren axialen Stirnflächen 75 der beiden Polringe 36, 37 gemessen wird. Andererseits ist der Ankerkörper 55 kürzer als der zwischen den beiden voneinander abgewandten äußeren axialen Stirnflächen 76 der beiden Polringe 36, 37 gemessenen Abstandes. Durch mechanisches Zusammenwirken mit dem Stator 12 ist außerdem gewährleistet, dass der Ankerkörper 55 in jeder beim Betreiben der Antriebseinrichtung 2 einstellbaren Hubposition mit beiden Anker-Endabschnitten 72, 73 in den benachbarten ersten beziehungsweise zweiten Polring 36, 37 eintaucht. Die Eintauchtiefe ist allerdings stets geringer als die zwischen der inneren axialen Stirnfläche 75 und der äußeren axialen Stirnfläche 76 gemessene axiale Länge des jeweiligen Polringes 36, 37. Es liegt also in jeder Hubposition eine nur teilweise axiale Überdeckung der beiden Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73 mit dem jeweils benachbarten ersten beziehungsweise zweiten Polring 36, 37 vor.
In jeder Hubposition des Ankers 13, also sowohl in den beiden Hubendlagen als auch in jeder dazwischenliegenden Hubposition, liegt zwischen jedem Ankerkörper-Endabschnitt 72, 73 und dem ihn umschließenden Polring 36, 37 ein radialer Ringspalt 77 vor, dessen axiale Länge der axialen Überdeckungslänge zwischen dem Ankerkörper 55 und dem jeweiligen Polring 36, 37 entspricht und die geringer ist als die axiale Länge eines jeweiligen Polringes 36, 37.
Bei der Hubbewegung 14 verändert sich die axiale Überdeckungslänge beider Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73. Es wird jeweils die axiale Überdeckungslänge bezüglich des einen Polringes 36 oder 37 größer, während gleichzeitig die axiale Überdeckungslänge bezüglich des anderen Polringes 37, 36 geringer wird. Dementsprechend verändert sich auch die axiale Ringspaltlänge der beiden radialen Ringspalte 77.
Jeder radiale Ringspalt 77 definiert über eine axiale Länge hinweg einen ringförmigen Luftspalt radial zwischen der Außenumfangsfläche 74 des Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 und der radialen Innenumfangsfläche 78 des zugeordneten Polringes 36, 37.
Vorzugsweise sind die Längenabmessungen so aufeinander abgestimmt, dass in einer in 4 illustrierten mittleren Hubposition des Ankers 13, in der die beiden Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73 mit gleicher axialer Überdeckungslänge in den jeweils benachbarten Polring 36, 37 eintauchen, die axiale Überdeckungslänge das 0,3-fache bis 1,5-fache des maximalen Ankerhubes entspricht, wobei der maximale Ankerhub derjenige Ankerhub ist, den der Anker 13 zwischen seinen beiden Hubendlagen zurücklegen kann.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist die eine Hubendlage des Ankers 13 dadurch definiert, dass das Ventilglied 3 in der Schließstellung am gegenüberliegenden Ventilsitz 24 anliegt. Dies ist in 3 illustriert. Die andere Hubendlage, die bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel der maximalen Offenstellung des Ventilgliedes 3 entspricht und die in 5 illustriert ist, ist beispielsweise dadurch vorgegeben, dass der Anker 13 an einem Bestandteil des Stators 12 zur Anlage gelangt, beispielsweise an dem Abschlusselement 52.
Eine weitere Besonderheit der Antriebseinrichtung 2 besteht darin, dass die beiden Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73 des Ankerkörpers 55 ringförmig gestaltet sind und jeweils eine sich von axial außen nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche 79 haben. Dies äußert sich darin, dass sich der ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt 72, 73 zu seinem axial orientierten freien Ende 71 hin verjüngt. Die in einer bezüglich der Hauptachse 5 radialen Richtung gemessene Dicke des zu der Hauptachse 5 rechtwinkeligen Ringquerschnittes des Ankerkörper-Endabschnittes wird also zum freien Ende 71 des Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 hin kontinuierlich geringer.
Um diese Kontur des Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 zu erhalten, ist zweckmäßigerweise von jeder axialen Stirnseite her eine axiale Vertiefung 82 in den Ankerkörper 55 eingebracht, die sich axial nach innen hin verjüngt, wobei ihre radiale Begrenzungsfläche die konische Innenumfangsfläche 79 eines Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 bildet.
Bevorzugt und entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels erstreckt sich die konische Innenumfangsfläche 79 ausgehend von dem stirnseitigen freien Ende 71 über die gesamte Länge der axialen Vertiefung 82.
Alternativ kann die konische Innenumfangsfläche 79 aber auch kürzer sein und vor dem axialen inneren Ende der axialen Vertiefung 82 enden, wobei sich dann an die konische Innenumfangsfläche 79 axial innen zweckmäßigerweise eine zylindrische Innenumfangsfläche des ringförmigen Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 anschließt. Der Übergang zwischen der konischen Innenumfangsfläche 79 und der zylindrischen Innenumfangsfläche ist dabei zweckmäßigerweise von einer ringförmigen Kante gebildet.
Die axiale Vertiefung 82 ist axial innen zweckmäßigerweise von einer axial nach außen orientierten Bodenfläche 68a begrenzt. Diese Bodenfläche 68a ist zweckmäßigerweise kreisförmig konturiert und erstreckt sich bevorzugt in einer zu der Längsachse 19 rechtwinkeligen Ebene. Die Bodenfläche 68a ist ein im Vergleich zu dem freien Ende 71 axial tiefer im Ankerkörper 55 liegender Flächenabschnitt der Stirnfläche 68.
Bevorzugt nimmt auf der Höhe des freien Endes 71 des Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 die von der konischen Innenumfangsfläche 79 umrahmte kreisförmige Öffnung mindestens 75% der Kreisfläche ein, die der Außenumfang der ringförmigen Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 umschließt. Bevorzugt liegt dieses Flächenverhältnis im Bereich von 90% und bevorzugt bei genau 90%.
Der Innenkonus des Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 wirkt sich vorteilhaft auf die Regulierung der axialen Hubposition des Ankers 13 aus. Es ergibt sich ein sehr gutes proportionales Bewegungsverhalten über einen großen Bereich der in variabler Höhe an die Spulenanordnung 25 anlegbaren Betätigungsspannung.
Zurückzuführen ist dies insbesondere auf den Umstand, dass ein im Bereich eines Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 anliegendes starkes Magnetfeld an einem uneingeschränkten Durchtritt durch den reduzierten Ringquerschnitt des Ankerkörper-Endabschnittes gehindert ist, sodass sich Streufelder ausbilden, die trotz des radialen Luftspaltes eine axiale magnetische Antriebskraft auf den Ankerkörper 55 ausüben. Wenn sich dann der Anker 13 zusammen mit dem Ankerelement 52 bewegt, verändert sich zwar der dem Magnetfeld zur Verfügung stehende, weiter oben als Ringquerschnitt bezeichnete Durchflussquerschnitt des Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73, was sich jedoch auf die Antriebskraft kaum auswirkt, weil sich gleichzeitig auch der magnetische Fluss verändert, sodass die für eine axiale Antriebskraft verantwortlichen Streufelder nach wie vor präsent sind. Man hat also insbesondere auch in der Nähe der Hubendlagen, also in den Randbereichen der einzustellenden Hubpositionen, eine Kraft-Hub-Kennlinie, die über eine gute Linearität verfügt, was sich positiv auf das Regelungsverhalten auswirkt.
In jedem Betriebszustand der Antriebseinrichtung 2 sind beide radialen Ringspalte 77 von dem Permanentmagnetfeld 34 beziehungsweise von einem der Teil-Magnetfelder 34a, 34b durchsetzt. Eine Bestromung der Spulenanordnung 25 führt zur Erzeugung zweier Spulenmagnetfelder, die die beiden Teil-Magnetfelder 34a, 34b des Permanentmagneten 32 überlagern. Abhängig von der Bestromungsrichtung der Spulenanordnung 25 ergibt sich im Bereich des jeweils einen radialen Ringspaltes 77 eine Verstärkung und gleichzeitig im Bereich des jeweils anderen radialen Ringspaltes 77 eine Schwächung des Teil-Magnetfeldes 34a, 34b, sodass insgesamt im Bereich des jeweils einen Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 eine stärkere axiale Magnetkraftwirkung auftritt, während die Magnetkraftwirkung im Bereich des anderen Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73 reduziert ist. Die absolute Intensität lässt sich über die Höhe der angelegten Betätigungsspannung beziehungsweise die daraus resultierende Stromstärke variieren.
Für das Betriebsverhalten der Antriebseinrichtung 2 vorteilhaft ist das Vorhandensein einer zwischen dem Stator 12 und dem Anker 13 wirksamen Federeinrichtung 83, durch die der Anker 13 ständig relativ zum Stator 12 in eine seiner beiden Hubendlagen vorgespannt ist. Das illustrierte Ausführungsbeispiel ist mit einer solchen Federeinrichtung 83 ausgestattet, die hier exemplarisch so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Anker 13 in eine der Schließstellung des Ventilgliedes 3 entsprechende Hubendlage federnd vorgespannt ist.
Bei der Federeinrichtung 83 handelt es sich insbesondere um eine Druckfedereinrichtung.
Die Federeinrichtung 83 ist beispielhaft axial zwischen dem hinteren Endabschnitt 57 des Ankers 13 und dem Abschlusselement 52 im Innern des Stators 12 angeordnet. Sie stützt sich an den beiden vorgenannten Bestandteilen 57, 52 jeweils axial ab. Beispielsweise besteht sie aus einer Schraubenfeder.
Exemplarisch wirkt die Federeinrichtung 83 seitens des Ankers 13 mit dem hinteren Führungszapfen 63 zusammen. Dieser hintere Führungszapfen 63 hat eine sich in dem Kopfabschnitt 66 erstreckende sacklochartige Ausnehmung 84, in die die Federeinrichtung 83 gegen ein seitliches Ausknicken abgestützt eintaucht. Die durch die Federeinrichtung 83 auf den Anker 13 ausgeübte Federkraft FF ist durch einen Pfeil angedeutet.
In den 3 bis 5 sind exemplarisch verschiedene mögliche Hubpositionen des Ankers 13 und dementsprechend auch unterschiedliche Steuerstellungen des mit dem Anker 13 verbundenen Ventilgliedes 3 illustriert.
Die 3 zeigt eine Hubendlage des Ankers 13, in der das Ventilglied 3 die Schließstellung einnimmt. Die Spulenanordnung 25 ist derart bestromt, dass im Bereich des dem ersten Ankerkörper-Endabschnitt 72 zugeordneten radialen Ringspaltes 77 ein wesentlich stärkeres resultierendes Magnetfeld vorhanden ist als im Bereich des rückseitigen zweiten Ankerkörper-Endabschnittes 73. Somit wird das Ventilglied 3 an den Ventilsitz 24 angedrückt.
Die 5 zeigt einen Betriebszustand, bei dem das resultierende Magnetfeld im Bereich des dem zweiten Ankerkörper-Endabschnittes 73 zugeordneten radialen Ringspaltes 77 wesentlich größer ist als im Bereich des ersten Ankerkörper-Endabschnittes 72. Hierdurch ist der Anker 13 in Richtung zu dem zweiten Polring 73 verlagert, sodass er die andere Hubendlage einnimmt, die einer maximalen Offenstellung des Ventilgliedes 3 entspricht.
In der aus 3 ersichtlichen Hubendlage hat die axiale Überdeckungslänge im Bereich des ersten Ankerkörper-Endabschnittes 72 ein Maximum und im Bereich des zweiten Ankerkörper-Endabschnittes ein Minimum. In der aus 5 ersichtlichen zweiten Hubendlage ist dieser Zustand gerade umgekehrt.
Die 4 zeigt eine mittlere Hubposition des Ankers 13, in der die Überdeckungslänge bei beiden Ankerkörper-Endabschnitten 72, 73 gleich groß ist. Im Vergleich zu der die maximale Offenstellung des Ventilgliedes 3 definierenden Hubendlage ist hier die an die Spulenanordnung 25 angelegte Betätigungsspannung reduziert, sodass die eingestellte Offenstellung eine Mittel-Offenstellung ist, deren freigegebener Strömungsquerschnitt geringer ist als in der maximalen Offenstellung.
Während bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel beide Ankerkörper-Endabschnitte 72, 73 ringförmig gestaltet sind und eine sich nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche 79 haben, ist bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel nur einer der beiden Ankerkörper-Endabschnitte in dieser Form gestaltet. Die Innenkonen können also sowohl einseitig als auch beidseitig angeordnet sein. Beidseitige Ankerkörperkonen ermöglichen Stellkräfte in beiden Axialrichtungen bei bistabiler Funktionalität. Ist eine nur monostabile Funktionalität gewünscht, die beispielsweise mit einer Federrückstellung arbeitet, ist ein einseitiger Ankerkörperkonus ausreichend. In diesem Fall kann der gegenüberliegende Ankerkörper-Endabschnitt beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein. Die Erläuterungen hinsichtlich axialer Überdeckung mit dem zugeordneten Polring gelten allerdings auch für eine solche Ausgestaltung.
Bevorzugt liegt der auch als Öffnungswinkel bezeichenbare Konuswinkel 80 der sich konisch verjüngenden Innenumfangsfläche 79 (in 5 durch einen Doppelpfeil kenntlich gemacht) im Bereich zwischen 20° und 120°. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Konuswinkel erwiesen, der im Bereich zwischen 40° und 80° liegt. Die Bereichsgrenzen sind bei beiden Bereichsangaben jeweils eingeschlossen.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist der ringförmige Ankerkörper-Endabschnitt 72, 73 an seinem freien Ende 71 stirnseitig abgeflacht. Gleichwohl hat die ringförmige Stirnfläche nur geringe radiale Abmessungen. Entsprechend nicht illustrierter Ausführungsbeispiele kann das freie Ende 71 auch scharfkantig mit einer axial orientierten Kante enden oder abgerundet sein.
Entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel können sich die beiden Führungszapfen 62, 63 mit zumindest einer Teillänge innerhalb der zugeordneten stirnseitigen Vertiefung beziehungsweise Ausnehmung 55 des Ankerkörpers 55 erstrecken. Exemplarisch ist die Stirnfläche 68 des Ankerkörpers 55, an der der Führungszapfen 62, 63 am Ankerkörper 55 anliegt, von der axial nach außen orientierten Bodenfläche 68a der stirnseitigen Ausnehmung 82 gebildet.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich ein ringförmiger radialer Luftspalt 85 zwischen jedem Führungszapfen 62, 63 und der konischen Innenumfangsfläche 79 des zugeordneten Ankerkörper-Endabschnittes 72, 73.
Jeder Führungszapfen 62, 63 ragt mit seinem Kopfabschnitt 66 axial aus der zugeordneten stirnseitigen Ausnehmung 82 heraus, wobei zumindest der außerhalb der stirnseitigen Ausnehmung 82 liegenden Längenabschnitt den Führungsabschnitt 62a, 63a bildet.
Das Proportional-Magnetventil 1 ist zweckmäßigerweise mit Druckausgleichsmaßnahmen ausgestattet, die dafür sorgen, dass auf den Anker 13 zumindest in der Schließstellung und vorzugsweise auch in den Offenstellungen keine resultierende axiale Fluiddruckkraft einwirkt.
Die Druckausgleichsmaßnahmen sehen vor, dass der Anker 13 mittig von einem Druckausgleichskanal 86 axial durchsetzt ist, der mit einer vorderen Kanalmündung 87 an der vom Anker 13 abgewandten stirnseitigen Verschlussfläche 88 des Ventilgliedes 3 ausmündet und der außerdem mit einer axial entgegengesetzten hinteren Kanalmündung 89 zu einer im Innern des Stators 12 befindlichen Druckausgleichskammer 92 ausmündet. Die Druckausgleichskammer 92 schließt sich an den dem Ventilglied 3 axial entgegengesetzten hinteren Endabschnitt 57 der Ankers 13 an und ist exemplarisch gemeinsam begrenzt von dem hinteren Führungszapfen 63 und dem Abschlusselement 52. Ein radial außen im Kopfabschnitt 66 des hinteren Führungszapfens 63 fixierter Dichtungsring 93 sorgt für eine fluiddichte Abtrennung der Druckausgleichskammer 92 vom Ankeraufnahmeraum 54.
Bevorzugt ist die Federeinrichtung 83 in der Druckausgleichskammer 92 angeordnet.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Druckausgleichskanal 86 axial durch das Ventilglied 3, den Ankerkörper 55 und die beiden Führungszapfen 62 hindurch.
Der Querschnitt der Druckausgleichskammer 92 ist gleich groß wie der Querschnitt der ersten inneren Kanalmündung 22b, die in der Schließstellung des Ventilgliedes 3 von deren stirnseitiger Verschlussfläche 88 abgedeckt ist.
In der Schließstellung des Ventilgliedes 3 kommuniziert der erste Fluidkanal 22 durch die vordere Kanalmündung 87 und den Druckausgleichskanal 86 hindurch mit der Druckausgleichskammer 92, sodass in letzterer der gleiche Druck herrscht wie im ersten Fluidkanal 22. Somit ist der Anker 13 in beiden axialen Richtungen mit gleich großen Fluiddruckkräften beaufschlagt, die sich egalisieren. Der gleiche Effekt tritt ein, wenn das Ventilglied 3 eine Offenstellung einnimmt, da dann in der Druckausgleichskammer 92 der gleiche Druck herrscht wie in dem der vorderen Kanalmündung 87 vorgelagerten Bereich der Ventilkammer 16.
Die Antriebseinrichtung 2 kann mit einer Hubsensorik für den Anker 13 ausgestattet sein. Zudem kann das Proportional-Magnetventil 1 mit einer Drucksensorik und/oder einer Durchflusssensorik ausgestattet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012018566 A1 [0003]
DE 102011115115 A1 [0004]
DE 19900788 A1 [0005]
DE 102009021639 A1 [0006]

Claims

Elektromagnetische Antriebseinrichtung, mit einem Stator (12), der eine elektrisch bestrombare Spulenanordnung (25) mit zwei koaxial zu einer Hauptachse (5) und beabstandet zueinander angeordneten Magnetspulen (26, 27) aufweist und der über eine flussleitende Jocheinrichtung (33) mit zwei jeweils eine der beiden Magnetspulen (26, 27) an der der anderen Magnetspule (26, 27) axial abgewandten Außenseite in koaxialer Ausrichtung flankierenden flussleitenden Polringen (36, 37) verfügt, und mit einem von der Spulenanordnung (25) koaxial umschlossenen Anker (13), der einen ebenso wie die Jocheinrichtung (33) des Stators (12) ständig vom Permanentmagnetfeld (34) eines Permanentmagneten (32) der Antriebseinrichtung (1) durchsetzten flussleitenden Ankerkörper (55) aufweist, der zwei axial einander entgegengesetzte, jeweils benachbart zu einem der beiden Polringe (26, 27) angeordnete Ankerkörper-Endabschnitte (72, 73) mit zylindrischer Außenumfangsfläche (74) hat, wobei der Anker (13) aufgrund einer Wechselwirkung des Permanentmagnetfeldes (34) mit durch gesteuerte Bestromung der Spulenanordnung (25) hervorrufbaren Spulenmagnetfeldern unter Ausführung einer Hubbewegung (14) relativ zu dem Stator (12) axial hin und her bewegbar und in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkörper (55) in jeder Hubposition des Ankers (13) mit seinen beiden Ankerkörper-Endabschnitten (72, 73) unter nur teilweiser axialer Überdeckung in den jeweils benachbarten Polring (36, 37) eintaucht, sodass zwischen jedem Ankerkörper-Endabschnitt (72, 73) und dem ihm benachbarten Polring (36, 37) ein radialer Ringspalt (77) vorliegt, wobei die axiale Überdeckungslänge und somit die axiale Ringspaltlänge von der Hubposition des Ankers (13) abhängig ist, wobei mindestens einer der beiden Ankerkörper-Endabschnitte (72, 73) ringförmig gestaltet ist und eine sich ausgehend von seinem freien Ende (71) nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche (79) hat, sodass sich die radiale Dicke des zur Hauptachse (5) rechtwinkeligen Ringquerschnittes des Ankerkörper-Endabschnittes (72, 73) zu dessen freien Ende (71) hin kontinuierlich verringert.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ankerkörper-Endabschnitte (72, 73) ringförmig gestaltet sind und eine sich ausgehend von ihrem jeweiligen freien Ende (71) nach axial innen hin konisch verjüngende Innenumfangsfläche (79) haben.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer mittleren Hubposition des Ankers (13), in der die beiden Ankerkörper-Endabschnitte (72, 73) mit gleicher axialer Überdeckungslänge in den jeweils benachbarten Polring (36, 37) eintauchen, diese axiale Überdeckungslänge das 0,3-fache bis 1,5-fache des von dem Anker (13) bei seiner Hubbewegung (14) maximal ausführbaren Hubes entspricht.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel (80) der konischen Innenumfangsfläche (79) des Ankerkörper-Endabschnittes (72, 73) in einem Bereich zwischen 20° und 120° liegt, wobei er zweckmäßigerweise in einem Bereich zwischen 40° und 80° liegt, jeweils einschließlich der Bereichsgrenzen.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkörper-Endabschnitt (72, 73) an seinem freien Ende (71) stirnseitig abgeflacht ist oder mit einer axial orientierten Kante versehen ist oder abgerundet ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (32) ringförmig ausgebildet und koaxial zu der Hauptachse (5) angeordnet ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Permanentmagnet (32) radial magnetisiert ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (32) ein Bestandteil des Stators (12) ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (32) mit koaxialer Ausrichtung axial zwischen den beiden Magnetspulen (26, 27) angeordnet ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Jocheinrichtung (33) eine die beiden Magnetspulen (26, 27), die beiden Polringe (36, 37) und den Permanentmagnet (32) radial au-ßen umschließende flussleitende Jochhülse (38) aufweist, die mit den beiden Polringen (36, 37) und zweckmäßigerweise auch mit dem Permanentmagnet (32) in flussleitender Verbindung steht.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (13) relativ zu dem Stator (12) zwischen zwei axial einander entgegengesetzten Hubendlagen bewegbar ist, wobei der Anker (13) durch eine zwischen dem Stator (12) und dem Anker (13) wirksame Federeinrichtung (83) ständig in eine der beiden Hubendlagen vorgespannt ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (13) an seinen beiden axialen Endbereichen jeweils einen Führungszapfen (62, 63) aufweist, der in eine am Stator (12) ausgebildete Führungsausnehmung (58, 59) in radial abgestützter Weise axial verschiebbar eintaucht, wobei die Führungszapfen (62, 63) zweckmäßigerweise aus einem nicht flussleitenden Material bestehen.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Führungsausnehmungen (58, 59) von der zylindrisch konturierten zentralen Ringöffnung eines der Polringe (36, 37) gebildet ist.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Führungszapfen (62, 63) zumindest mit einer Teillänge innerhalb einer vom zugeordneten ringförmigen Ankerkörper-Endabschnitt (72, 73) umschlossenen stirnseitigen Ausnehmung (82) des Ankerkörpers (55) erstrecken, wobei zweckmäßigerweise ein ringförmiger radialer Luftspalt (85) zwischen jedem Führungszapfen (62, 63) und dem zugeordneten Ankerkörper-Endabschnitt (72, 73) vorliegt und/oder jeder Führungszapfen (62, 63) axial aus dem Ankerkörper (55) herausragt.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die flussleitenden Eigenschaften aus einer Ausgestaltung des betreffenden Bauteils aus einem ferromagnetischen, insbesondere einem weichmagnetischen Material resultieren.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Magnetspulen (26, 27) elektrisch in Reihe geschaltet und gleichsinnig gewickelt sind.
Elektromagnetische Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des freien Endes (71) des Ankerkörper-Endabschnittes (72, 73) die von der konischen Innenumfangsfläche (79) umrahmte Kreisfläche mindestens 75% und zweckmäßigerweise 90% der Kreisfläche beträgt, die der Außenumfang des ringförmigen Ankerkörper-Endabschnittes (72, 73) umschließt.
Proportional-Magnetventil, ausgebildet zur Steuerung der Strömung eines Fluides, mit einem Ventilgehäuse (6), einem unter Ausführung einer Steuerbewegung (4) relativ zu dem Ventilgehäuse (6) beweglichen Ventilglied (3) und einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung (2) zum Hervorrufen der Steuerbewegung (4) des Ventilgliedes (3), dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Antriebseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist, wobei das Ventilglied (3) zur Erzeugung seiner Steuerbewegung (4) antriebsmäßig mit dem Anker (13) gekoppelt ist.
Proportional-Magnetventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es als Sitzventil ausgebildet ist, wobei das Ventilglied (3) an einer vorderen Stirnseite des Ankers (13) angeordnet ist und innerhalb einer von dem Ventilgehäuse (6) begrenzten Ventilkammer (16) einem Ventilsitz (24) gegenüberliegt, der eine innere Kanalmündung (22b) eines in die Ventilkammer (16) einmündenden ersten Fluidkanals (22) umrahmt und an dem das Ventilglied (3) in einer Schließstellung anliegt, wobei der Anker (13) axial von einem Druckausgleichskanal (86) durchsetzt ist, der zumindest in der Schließstellung des Ventilgliedes (3) eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidkanal (22) und einer von einer hinteren Stirnseite des Ankers (13) begrenzten Druckausgleichskammer herstellt, wobei der Querschnitt der Druckausgleichskammer (92) gleich groß ist wie der Querschnitt der inneren Kanalmündung (22b) des ersten Fluidkanals (22).