CH715081B1 - Electromagnetic actuator. - Google Patents

Abstract

Der vorliegende elektromagnetische Aktuator (1) ist für Verriegelungsanwendungen, bspw. Sicherheitsschlösser geeignet und weist eine elektrisch bestrombare Spule (3) auf, welche von einem Mantelkörper (4) und einem Jochstück (5) mindestens teilweise umschlossen ist. Innerhalb der Spule (3) ist ein in Axialrichtung (A) beweglich gelagerter Anker (7) vorgesehen, welcher mit einem Rückstellelement (8) zusammenwirkt und zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition bewegbar ist. Quer zur Axialrichtung (A) des Ankers (3) ist mindestens ein wenigstens teilweise von magnetischen Feldlinien durchflutbares Verriegelungselement (10) vorgesehen, welches mit dem Anker (7) derart zusammenwirkt, dass dieser in wenigstens einer seiner Endpositionen durch das Verriegelungselement (10) verriegelbar oder entriegelbar ist. Dabei umfasst das Verriegelungselement (10) einen mit diesem, vorzugsweise in seinem Innern, fest verbundenen Permanentmagneten (13) und ist innerhalb einer in einem Führungsring (11) vorgesehenen Verriegelungsführung (14) beweglich gelagert. Zur Verriegelung greift das Verriegelungselement (10) in eine Aussparung (15), resp. in eine umlaufende Nut (18) des Ankers (7) ein. Vorteilhafterweise steht dieses Verriegelungselement (10) nicht senkrecht zur Axialrichtung (A) des Ankers (7), sondern liegt geneigt zu einer senkrecht zur Axialrichtung stehenden Transversalebene, d.h. auf einer sich spulenseitig öffnenden Kegelmantelfläche. In einer Weiterentwicklung ist das Rückstellelement (8) in Form einer Gegenspule zur Erzeugung eines Umkehrhubs ausgebildet und eignet sich der Aktuator (1) damit auch für bistabile Anwendung aller Art, bspw. in Fahrberechtigungssystemen in der Automobiltechnik, in Sortierweichensystemen in der Automatisierungstechnik, in Zugangskontrollsystemen in der Bahntechnik oder in Türverriegelungssystemen in der Sicherheitstechnik.The present electromagnetic actuator (1) is suitable for locking applications, e.g. security locks, and has an electrically energizable coil (3) which is at least partially surrounded by a casing body (4) and a yoke piece (5). Inside the coil (3) there is an armature (7) which is movably mounted in the axial direction (A), which interacts with a restoring element (8) and can be moved between a first end position and a second end position. Transverse to the axial direction (A) of the armature (3), there is at least one locking element (10) through which magnetic field lines can at least partially flow, which interacts with the armature (7) in such a way that it can be locked in at least one of its end positions by the locking element (10). or can be unlocked. The locking element (10) comprises a permanent magnet (13) firmly connected to it, preferably in its interior, and is movably mounted within a locking guide (14) provided in a guide ring (11). For locking, the locking element (10) engages in a recess (15), resp. into a circumferential groove (18) of the armature (7). Advantageously, this locking element (10) is not perpendicular to the axial direction (A) of the armature (7), but is inclined to a transverse plane perpendicular to the axial direction, i.e. on a conical surface opening on the coil side. In a further development, the restoring element (8) is designed in the form of a counter-coil for generating a reverse stroke and the actuator (1) is therefore also suitable for bistable applications of all kinds, e.g. in drive authorization systems in automotive engineering, in sorting switch systems in automation technology, in access control systems in railway technology or in door locking systems in safety technology.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator für Verriegelungsanwendungen gemäss Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. The present invention relates to an electromagnetic actuator for locking applications according to the preamble of independent claim 1.

[0002] Aktuatoren sind vielfältig verwendbar und lassen sich in unterschiedlichsten Bereichen einsetzen, bspw. in der Steuerungs- und Regelungstechnik, in der Robotik oder Mechatronik oder in Sortieranlagen von Zustellzentren. Der vorliegende Aktuator soll bevorzugt in Verbindung mit einem Sicherheitsschloss verwendet werden, wie es sich vorwiegend für die Zugangssicherung von Wohn-, Geschäfts- und Laborräumen oder Haftzellen, sowie zur Diebstahlsicherung, insbesondere bei Waffen- oder Wertsachenschränken (Banksafes) finden lässt. [0002] Actuators can be used in many different ways and can be used in a wide variety of areas, for example in control and regulation technology, in robotics or mechatronics or in sorting systems of delivery centers. The present actuator should preferably be used in connection with a security lock, as can be found mainly for access security to residential, business and laboratory rooms or detention cells, as well as for anti-theft protection, especially in weapon or valuables cabinets (bank safes).

[0003] Elektromagnetische Aktuatoren und ihre Funktionsweise sind bspw. aus der DE-10'2014'224'043 bekannt. Diese umfassen im Wesentlichen eine Spule, einen in dieser Spule zwischen zwei Positionen verschiebbaren Anker, ein Spulengehäuse, welches die Spule zumindest teilweise umschliesst, sowie ein Verriegelungsmittel zur mechanischen Fixierung des Ankers in einer seiner Positionen, wobei das Verriegelungsmittel in der Regel durch Bestromung der Spule entriegelbar ist. Aktuatoren dieser Art unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Verriegelungsmittel. So wird bspw. in der DE-29'903'873 ein elektromagnetischer Aktuator beschrieben, dessen Anker mit Hilfe von weichmagnetischen und quer zur Bewegungsrichtung des Ankers bewegbaren Verriegelungselementen in einer seiner Positionen fixierbar ist. Diese Verriegelungselemente werden bei Bestromung der Spule vom erzeugten magnetischen Feld durchdrungen und können so entgegen einer Federkraft aus einer ersten Position in eine zweite Position gebracht werden, um den Anker in einer dieser Positionen zu verriegeln oder zu entriegeln. Leider verschleissen diese weichmagnetischen Verriegelungselemente rasch, insbesondere bei gewaltsamer Bedienung, und erlauben keine langfristig stabile Verwendung in einem Sicherheitsschloss. [0003] Electromagnetic actuators and how they work are known, for example, from DE-10'2014'224'043. These essentially comprise a coil, an armature that can be moved between two positions in this coil, a coil housing that at least partially encloses the coil, and a locking means for mechanically fixing the armature in one of its positions, the locking means generally being energized by the coil can be unlocked. Actuators of this type differ essentially in their locking means. For example, DE-29,903,873 describes an electromagnetic actuator whose armature can be fixed in one of its positions with the aid of soft-magnetic locking elements that can be moved transversely to the direction of movement of the armature. These locking elements are penetrated by the generated magnetic field when the coil is energized and can thus be brought from a first position into a second position against a spring force in order to lock or unlock the armature in one of these positions. Unfortunately, these soft-magnetic locking elements wear out quickly, especially when operated with force, and do not permit long-term, stable use in a security lock.

[0004] Es wurde deshalb auch schon vorgeschlagen mechanisch robuste Bolzen für die Sicherung der Verriegelung bei elektromagnetischen Schliessvorrichtungen einzusetzen, wie bspw. aus der US-5'216'909 bekannt. Diese Vorrichtung umfasst mehrere unter Federspannung stehende Stifte, die einen robusten Verriegelungsbolzen für die Sicherung des schliessenden Riegels in seiner Verriegelungsposition halten. Für die Aktivierung oder Deaktivierung der mindestens zwei, den sichernden Verriegelungsbolzen positionierenden Stifte werden elektromagnetische Hubmagnete bekannter Art verwendet. Leider erweisen sich derartige Schliessvorrichtungen als unerwünscht grossvolumig und aufwendig in ihrer Konstruktion. It has therefore already been proposed to use mechanically robust bolts to secure the locking mechanism in electromagnetic locking devices, as known, for example, from US Pat. No. 5,216,909. This device includes a plurality of spring-loaded pins that hold a heavy-duty locking pin for securing the closing bolt in its locked position. Electromagnetic lifting magnets of a known type are used to activate or deactivate the at least two pins that position the securing locking bolt. Unfortunately, such locking devices prove to be undesirably large in volume and expensive to construct.

[0005] Es besteht deshalb das Bestreben in obengenannten Gebieten das Funktionieren elektromagnetischer Sicherheitsschlösser platzsparend, d.h. ohne aufwendige Konstruktion und ohne Einbusse an der Robustheit langfristig zu gewährleisten. There is therefore an effort in the above-mentioned areas to ensure the functioning of electromagnetic security locks in a space-saving manner, i.e. without complex construction and without sacrificing robustness in the long term.

[0006] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen einfach aufgebauten, robusten und langlebigen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, welcher für die Verwendung in einem Sicherheitsschloss mit Selbstverriegelung geeignet ist. It is therefore an object of the present invention to provide a simply constructed, robust and durable electromagnetic actuator which is suitable for use in a safety lock with a self-locking mechanism.

[0007] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Verzugsweise umfasst dieser elektromagnetische Aktuator einen Anker, welcher mindestens ein Verriegelungselement aufweist, wobei das Verriegelungselement einen in diesem fest angebrachten Permanentmagneten umfasst. According to the invention, this object is achieved by an electromagnetic actuator having the features of claim 1. By way of example, this electromagnetic actuator comprises an armature which has at least one locking element, the locking element comprising a permanent magnet fixedly mounted therein.

[0008] Dieses Verriegelungselement ist innerhalb einer in einem Führungsring vorgesehenen Verriegelungsführung beweglich gelagert und greift zur Verriegelung in eine im Anker des Aktuators vorgesehene Aussparung ein. This locking element is movably mounted within a locking guide provided in a guide ring and engages in a recess provided in the armature of the actuator for locking.

[0009] Vorzugsweise liegt dieses Verriegelungselement radial zur Axialrichtung des Ankers. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Aktuators ist das Verriegelungselement zu einer senkrecht zur Axialrichtung des Ankers stehenden Transversalebene geneigt angeordnet. Bei dieser Ausführungsform weist die auch die Aussparung einen geneigten Boden auf und/oder mindestens eine geneigte oder gestufte Flanke. Preferably, this locking element is radial to the axial direction of the armature. In a preferred embodiment of the actuator according to the invention, the locking element is arranged inclined to a transverse plane perpendicular to the axial direction of the armature. In this embodiment, the recess also has an inclined base and/or at least one inclined or stepped flank.

[0010] Es versteht sich, dass den Anforderungen entsprechend mehrere, insbesondere drei Verriegelungselemente speichenartig um den Anker herum verteilt angeordnet sein können. Dabei bietet es sich an, die genannte Aussparung in Form einer umlaufenden Nut auszugestalten und den Boden, resp. die Flanken in geeigneter Weise so auszubilden, dass die mechanische Verriegelung einerseits und die elektromagnetische Entriegelung andererseits optimal möglich sind. Es versteht sich, dass der Fachmann nicht nur die Formgebung der genannten Aussparung sondern auch die Lage des am Verriegelungselementes befestigten Permanentmagneten relativ zu Anker und Spule des elektromagnetischen Aktuators in Abhängigkeit der Anforderungen und Dimensionierung desselben optimiert, d.h. diese Lage mindestens experimentell vorbestimmt. It is understood that the requirements according to several, in particular three locking elements can be arranged like spokes around the anchor around. It makes sense to design said recess in the form of a circumferential groove and the bottom, respectively. to form the flanks in a suitable manner so that the mechanical locking on the one hand and the electromagnetic unlocking on the other hand are optimally possible. It goes without saying that the person skilled in the art not only optimizes the shape of said recess but also the position of the permanent magnet attached to the locking element relative to the armature and coil of the electromagnetic actuator depending on the requirements and dimensioning of the same, i.e. this position is at least experimentally predetermined.

[0011] Vorliegend soll unter dem Begriff „radial zur Axialrichtung des Ankers“ ein sich strahlenförmig von einem auf der zentralen Bewegungsachse des Ankers liegenden Punkt ausgehenden Richtungsstrahl verstanden werden. Dieser Richtungsstrahl kann sowohl in einer senkrecht zur Axialrichtung stehenden Transversalebene liegen oder dazu geneigt sein, insbesondere auf einer sich von diesem Punkt ausbreitenden Kegelmantelfläche liegen. Demgegenüber soll vorliegend unter dem Begriff „speichenartig verteilte Verriegelungselemente“ lediglich eine gleichmässige Verteilung der Verriegelungselemente um den Anker herum verstanden werden. In the present case, the term "radial to the axial direction of the armature" is to be understood as meaning a directional beam radiating from a point lying on the central axis of movement of the armature. This directional beam can lie in a transverse plane perpendicular to the axial direction or be inclined thereto, in particular lie on a conical surface extending from this point. In contrast, the term “locking elements distributed like spokes” should only be understood to mean an even distribution of the locking elements around the anchor.

[0012] In einer bevorzugten Verwendung des erfindungsgemässen Aktuators betätigt der Anker einen Riegel, bspw. für die Weichenstellung in einer Sortieranlage eines Zustelldienstes oder für ein Türschloss, und nimmt der Anker dazu bei unbestromter Spule eine erste Endposition, insbesondere eine Schliessstellung, ein und nimmt dieser bei Bestromung der Spule eine zweite Endposition, insbesondere eine Freigabestellung, ein. Bei dieser Ausführungsform nimmt der Permanentmagnet bei Verriegelung eine Lage relativ zu Anker und Spule ein, derart dass dieser bei Bestromung der Spule einer vom Streufeld der Spule erzeugten magnetischen Kraft ausgesetzt ist, um das Verriegelungselement aus der Schliessstellung heraus zu bewegen. Damit kann gewährleistet werden, dass die Verriegelung auch bei einem Stromunterbruch bestehen bleibt. In a preferred use of the actuator according to the invention, the armature actuates a bolt, e.g this a second end position, in particular a release position, when the coil is energized. In this embodiment, the permanent magnet assumes a position relative to the armature and coil when it is locked, such that when the coil is energized it is exposed to a magnetic force generated by the stray field of the coil in order to move the locking element out of the closed position. This ensures that the locking remains in place even in the event of a power failure.

[0013] Erfindungsgemäss ist das Verriegelungselement im Wesentlichen amagnetisch, d.h. weist eine neutrale oder nur leichte para- oder diamagnetische Permeabilität von µ ≈ 1 auf und ist in Abhängigkeit von der Verwendung des Aktuators aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, insbesondere mit hoher Bruchfestigkeit gefertigt. According to the invention, the locking element is essentially non-magnetic, i.e. has a neutral or only slight paramagnetic or diamagnetic permeability of μ≈1 and is made of a material with high strength, in particular with high breaking strength, depending on the use of the actuator.

[0014] In Betrieb des vorliegenden Aktuators nimmt der Anker bei unbestromter Spule und mit Hilfe eines Federelementes, vorzugsweise eine Rückstellfeder, eine erste Endposition ein, bei welcher das Verriegelungselement in eine Aussparung im Anker eingreift und mit Hilfe des Permanentmagneten dort auch festgehalten wird. Bei Bestromung der Spule wird ein Magnetfeld aufgebaut, dessen Feldlinien im Wesentlichen das ferromagnetische Material durchfluten, d.h. im Anker, im Mantelkörper und im Joch gesammelt auftreten. Nur ein geringer Teil des von der Spule erzeugten Magnetfeldes erfüllt den Raum ausserhalb des weichmagnetischen Magnetrahmens und bildet dort ein magnetspezifisches Streufeld, dessen Feldlinien aussen um das Joch und den Mantelkörper herum verlaufen. Erfindungsgemäss dient dieses Streufeld dazu den Permanentmagneten vom Anker abzustossen, d.h. das Verriegelungselement aus der Verriegelungsposition herauszudrücken. Damit wird der Anker freigegeben und kann sich dieser entgegen der Rückstellkraft des Federelementes in das Spuleninnere und in eine zweite Endposition, d.h. die Freigabestellung, bewegen. Diese Entriegelungsbewegung wird durch eine der Spulenwickelrichtung angepasste Orientierung des Permanentmagneten ermöglicht, d.h. wird der bspw. verriegelungsseitig vorgesehene Permanentmagnet derart orientiert eingesetzt, dass dieser mit seinem magnetischen Nordpol zum Anker gerichtet ist, wenn der magnetische Nordpol des erzeugten Magnetfeldes auch verriegelungsseitig liegt. Es versteht sich, dass bei entgegengesetzter Spulenwickelrichtung der Permanentmagnet derart eingesetzt wird, dass sein magnetischer Südpol zum Anker gerichtet ist. In jedem Fall soll der Permanentmagnet derart orientiert sein, dass dieser das Verriegelungselement bei unbestromter Spule an den Anker heranzieht und das Verriegelungselement bei bestromter Spule vom Anker abstösst. In operation of the present actuator, the armature assumes a first end position when the coil is de-energized and with the aid of a spring element, preferably a return spring, in which the locking element engages in a recess in the armature and is also held there with the aid of the permanent magnet. When the coil is energized, a magnetic field is built up, the field lines of which essentially flow through the ferromagnetic material, i.e. occur collectively in the armature, in the casing body and in the yoke. Only a small part of the magnetic field generated by the coil fills the space outside the soft-magnetic magnetic frame and forms a magnet-specific stray field there, the field lines of which run around the outside of the yoke and the casing body. According to the invention, this stray field serves to repel the permanent magnet from the armature, i.e. to push the locking element out of the locking position. The armature is thus released and can move against the restoring force of the spring element into the interior of the coil and into a second end position, i.e. the release position. This unlocking movement is made possible by an orientation of the permanent magnet adapted to the coil winding direction, i.e. the permanent magnet provided, for example, on the locking side is inserted in such an orientation that its magnetic north pole is directed towards the armature when the magnetic north pole of the generated magnetic field is also on the locking side. It goes without saying that when the coil winding direction is opposite, the permanent magnet is used in such a way that its magnetic south pole is directed towards the armature. In any case, the permanent magnet should be oriented in such a way that it pulls the locking element towards the armature when the coil is de-energized and repels the locking element from the armature when the coil is energized.

[0015] Es versteht sich, dass sich der vorliegende Aktuator in einfacher Weise für ein Sicherheitsschloss direkt in jeden gewünschten Klappen-, Tür- oder Fensterrahmen integrieren lässt, aber auch in anderen Bereichen seine Verwendung finden kann, insbesondere in massiven Hochsicherheitsanlagen oder zur Aktivierung eines anderweitig verwendeten Verstellelementes, wie bspw. in einer Sortieranlage eines Zustellzentrums. It is understood that the present actuator can be easily integrated directly into any desired flap, door or window frame for a security lock, but can also be used in other areas, especially in massive high-security systems or to activate a otherwise used adjustment element, such as. In a sorting system of a delivery center.

[0016] Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt: Fig. 1: schematisch dargestellter Längsschnittes durch einen erfindungsgemässen Aktuator im verriegelten Zustand; Fig. 2: schematisch dargestellter Längsschnittes durch einen erfindungsgemässen Aktuator im entriegelten Zustand;The present invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment and with the aid of the figures. 1 shows a schematically illustrated longitudinal section through an actuator according to the invention in the locked state; 2: a schematically illustrated longitudinal section through an actuator according to the invention in the unlocked state;

[0017] Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Aktuator 1 umfasst einen Elektromagneten mit bekanntem Aufbau, d.h. umfasst eine in einem Wicklungsträger 2 liegende Spule 3, welche in bekannter Weise von einem Mantelkörper 4 und einem Jochstück 5 umgeben sind. Insbesondere braucht der Mantelkörper 4 die Spule 3 nicht vollständig zu umschliessen, sondern kann bspw. als Rahmen ausgebildet sein, insbesondere um den Zugang zu Kontaktsteckern für das Bestromen der Spule 3 zu erleichtern. Ein Polstück 6 ist mit dem Mantelkörper 4 fest verbunden und schliesst in bekannter Manier den Innenraum der Spule 3 ab. Dieser Spulen-Innenraum ist vorzugsweise mit einem Lager-Rohr 9 bekannter Art ausgekleidet, in welchem ein Anker 7 bewegbar gelagert ist. Ein mit diesem Anker 7 zusammenwirkendes Rückstellelement 8, insbesondere in Form einer Spiralfeder, stützt sich einerseits an einem mit dem Jochstück 5 fest verbundenen Führungsring 11 und andererseits an einem mit dem Anker 7 fest verbundenen Federteller 12 ab, um den Anker 7 bei unbestromter Spule 3 aus dem Spulen-Innenraum herauszuziehen und in seine hier dargestellt Endposition P1 zu bringen. Mit einer amagnetischen, vorzugsweise im Polstück 6 gehaltenen und in den Anker 7 eingreifenden, Stellschraube 17 lässt sich der Hub des Ankers 7 in einfacher Weise begrenzen, d.h. lässt sich die Endposition P2 des Ankers 7 bei bestromter Spule 3 in gewünschter Weise einstellen. The electromagnetic actuator 1 shown in Fig. 1 comprises an electromagnet with a known structure, i.e. comprises a coil 3 lying in a winding support 2, which is surrounded by a casing body 4 and a yoke piece 5 in a known manner. In particular, the casing body 4 does not have to completely enclose the coil 3 but can, for example, be designed as a frame, in particular in order to facilitate access to contact plugs for energizing the coil 3 . A pole piece 6 is firmly connected to the casing body 4 and closes off the interior of the coil 3 in a known manner. This coil interior is preferably lined with a bearing tube 9 of a known type, in which an armature 7 is movably mounted. A restoring element 8 interacting with this armature 7, in particular in the form of a spiral spring, is supported on the one hand on a guide ring 11 firmly connected to the yoke piece 5 and on the other hand on a spring plate 12 firmly connected to the armature 7 in order to move the armature 7 when the coil 3 be pulled out of the interior of the coil and brought into its end position P1 shown here. With a non-magnetic adjusting screw 17, preferably held in the pole piece 6 and engaging in the armature 7, the stroke of the armature 7 can be limited in a simple manner, i.e. the end position P2 of the armature 7 can be set in the desired manner when the coil 3 is energized.

[0018] Erfindungsgemäss ist in dem Führungsring 11 ein in einer Verriegelungsführung 14 verschiebbar gelagertes Verriegelungselement 10 vorgesehen, welches mit einem Permanentmagneten 13 fest verbunden ist und den Anker 7 in seiner Endposition P1 verriegelt. Dabei drückt der Permanentmagnet 13 das Verriegelungselement 11, wegen der Anziehungskräfte zwischen dem Permanentmagneten 13 und dem ferromagnetischen Anker 7, permanent gegen den Anker 7 und lässt dieses Verriegelungselement 10 in eine Aussparung 15 eingreifen, womit jede weitere und unerwünschte Bewegung des Ankers 7 verhindert wird. Das in der Verriegelungsführung 14 im Führungsring 11 verschiebbar gelagerte Verriegelungselement 10 ist hier mit einem auf dem Führungsring 11 angebrachten Verschlussring 16 gesichert. Es versteht sich, dass in diesem Führungsring 11 mehrere Verriegelungselemente 10 vorgesehen sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Verriegelungselemente 10 radial zur axialen Bewegungsrichtung A des Ankers 7 und vorzugsweise speichenartig um den Anker 7 verteilt angeordnet. Dazu ist die Aussparung 15 in Form einer umlaufenden Nut 18 ausgestaltet. Um die Stabilität der Verriegelung zu Erhöhen können die mehreren Verriegelungselemente 10 zu einer senkrecht zur Axialrichtung A des Ankers 7 stehenden Transversalebene geneigt angeordnet sein und weist die umlaufende Nut 18 einen entsprechend spulenseitig abfallenden Bodenbereich 19 auf. Um das Entriegeln zu erleichtern weist diese umlaufende Nut 18 spulenseitig einen in geeigneter Weise gestuften Flankenbereich 20 auf. According to the invention, a locking element 10 which is displaceably mounted in a locking guide 14 is provided in the guide ring 11, which is firmly connected to a permanent magnet 13 and locks the armature 7 in its end position P1. The permanent magnet 13 presses the locking element 11 permanently against the armature 7 due to the forces of attraction between the permanent magnet 13 and the ferromagnetic armature 7 and allows this locking element 10 to engage in a recess 15, thus preventing any further and undesired movement of the armature 7. The locking element 10 , which is displaceably mounted in the locking guide 14 in the guide ring 11 , is secured here with a locking ring 16 fitted on the guide ring 11 . It goes without saying that several locking elements 10 can be provided in this guide ring 11 . In a preferred embodiment, these locking elements 10 are arranged radially to the axial movement direction A of the armature 7 and are preferably distributed around the armature 7 like spokes. For this purpose, the recess 15 is designed in the form of a circumferential groove 18 . In order to increase the stability of the locking, the multiple locking elements 10 can be arranged inclined to a transverse plane perpendicular to the axial direction A of the armature 7 and the circumferential groove 18 has a correspondingly sloping bottom area 19 on the coil side. In order to facilitate unlocking, this peripheral groove 18 has a suitably stepped flank area 20 on the coil side.

[0019] Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Schnitt durch den erfindungsgemässen Aktuator 1 zeigt diesen bei bestromter Spule 3. Der Aufbau des hier dargestellten Elektromagneten entspricht der bereits beschriebenen Anordnung, d.h. umfasst eine in einem Wicklungsträger 2 liegende Spule 3, welche in bekannter Weise von einem Mantelkörper 4 und einem Jochstück 5 umgeben sind. Auch hier braucht der Mantelkörper 4 die Spule 3 nicht vollständig zu umschliessen, sondern kann bspw. als Rahmen ausgebildet sein, insbesondere um den Zugang zu Kontaktsteckern für das Bestromen der Spule 3 zu erleichtern. Ein Polstück 6 ist mit dem Mantelkörper 4 fest verbunden und schliesst in bekannter Manier den Innenraum der Spule 3 ab. Dieser Spulen-Innenraum ist vorzugsweise mit einem Lager-Rohr 9 bekannter Art ausgekleidet, in welchem ein Anker 7 bewegbar gelagert ist. Ein mit diesem Anker 7 zusammenwirkendes Rückstellelement 8, insbesondere in Form eines federelastischen Elementes, bspw. eine Spiralfeder, stützt sich einerseits an einem mit dem Jochstück 5 fest verbundenen Führungsring 11 und andererseits an einem mit dem Anker 7 fest verbundenen Federteller 12 ab, um den Anker 7 bei unbestromter Spule 3 aus dem Spulen-Innenraum herauszuziehen. Mit einer amagnetischen, vorzugsweise im Polstück 6 gehaltenen und in den Anker 7 eingreifenden, Stellschraube 17 lässt sich der Hub des Ankers 7 in einfacher Weise begrenzen, d.h. lässt sich die Endposition P2 des Ankers 7 bei bestromter Spule 3, wie hier dargestellt, einstellen. 2 schematically shows the section through the actuator 1 according to the invention when the coil 3 is energized are surrounded by a shell body 4 and a yoke piece 5. Here, too, the casing body 4 does not have to completely enclose the coil 3 but can, for example, be designed as a frame, in particular in order to facilitate access to contact plugs for energizing the coil 3 . A pole piece 6 is firmly connected to the casing body 4 and closes off the interior of the coil 3 in a known manner. This coil interior is preferably lined with a bearing tube 9 of a known type, in which an armature 7 is movably mounted. A restoring element 8 interacting with this armature 7, in particular in the form of a spring-elastic element, e.g Pull out the armature 7 from the coil interior when the coil 3 is de-energized. With a non-magnetic adjusting screw 17, preferably held in the pole piece 6 and engaging in the armature 7, the stroke of the armature 7 can be limited in a simple manner, i.e. the end position P2 of the armature 7 can be set when the coil 3 is energized, as shown here.

[0020] Das im Führungsring 11 in der Verriegelungsführung 14 verschiebbar gelagerte Verriegelungselement 10 ist erfindungsgemäss mit einem Permanentmagneten 13 fest verbunden und greift bei Bestromung der Spule 3 nicht mehr in die Aussparung 15, resp. umlaufende Nut 18, d.h. ermöglicht die Bewegung des Ankers 7 in seine zweite Endposition P2, resp. Freigabestellung. Dabei zieht der Permanentmagnet 13 das Verriegelungselement 11 wegen der magnetischen Abstossungskräfte zwischen dem Permanentmagneten 13 und dem von der Spule 3 erzeugten magnetischen Streufeld F aus der Aussparung 15, resp. umlaufenden Nut 18 heraus. Es versteht sich, dass der dem Anker 7 zugewandte Pol des Permanentmagnet 13 dieselbe Polarität aufweist, wie der dem Permanentmagneten 13 zugewandte Pol der Spule 3. Gleichzeitig wird bei Bestromung der Spule 3 der Anker 7 ins Spuleninnere gezogen. Um diese Entriegelungsbewegung zu erleichtern kann der spulenseitige Flankenbereich 20 der umlaufenden Nut 18 gestuft ausgestaltet sein. Wie bereits beschrieben ist das im Führungsring 11 verschiebbar gelagerte Verriegelungselement 10 mit einem auf dem Führungsring 11 angebrachten Verschlussring 16 gesichert. Dabei können in diesem Führungsring 11 mehrere Verriegelungselemente 10 vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Verriegelungselemente 10 radial zur axialen Bewegungsrichtung A des Ankers 7 und vorzugsweise speichenartig um den Anker 7 verteilt angeordnet. Es versteht sich, dass überall dort, wo ein von der Spule erzeugtes Streufeld sein kann, insbesondere vor oder hinter oder im Innern der Spulenanordnung mindestens ein mit dem Anker 7 wechselwirkendes Verriegelungselement 10 vorgesehen sein kann. The in the guide ring 11 in the locking guide 14 slidably mounted locking element 10 is inventively connected to a permanent magnet 13 and engages when energized the coil 3 no longer in the recess 15, respectively. circumferential groove 18, i.e. allows the movement of the armature 7 into its second end position P2, resp. release position. The permanent magnet 13 pulls the locking element 11 because of the magnetic repulsion forces between the permanent magnet 13 and the magnetic stray field F generated by the coil 3 from the recess 15, respectively. circumferential groove 18 out. It goes without saying that the pole of the permanent magnet 13 facing the armature 7 has the same polarity as the pole of the coil 3 facing the permanent magnet 13. At the same time, when the coil 3 is energized, the armature 7 is drawn into the interior of the coil. In order to facilitate this unlocking movement, the flank area 20 of the circumferential groove 18 on the coil side can be designed in a stepped manner. As already described, the locking element 10 movably mounted in the guide ring 11 is secured with a locking ring 16 fitted on the guide ring 11 . Several locking elements 10 can be provided in this guide ring 11 . In a preferred embodiment, these locking elements 10 are arranged radially to the axial movement direction A of the armature 7 and are preferably distributed around the armature 7 like spokes. It goes without saying that at least one locking element 10 interacting with the armature 7 can be provided wherever there may be a stray field generated by the coil, in particular in front of or behind or inside the coil arrangement.

[0021] In einer besonderen Weiterbildung des erfindungsgemässen Aktuators 1 ist dieser in Form eines bistabilen Umkehrhubmagneten ausgebildet, d.h. weist dieser ein Rückstellelement 8 in Form einer gegenläufig gewickelten oder angesteuerten Gegenspule auf und ermöglicht damit einen Umkehrhub. Das Verriegelungselement 10 sowie die dazugehörige Aussparung 15 im Anker 7 kann hier auch vor oder hinter jeder der Spulen oder zwischen den beiden Spulen angeordnet sein. Ein derart ausgebildeter Aktuator 1 lässt sich in bistabilen Anwendungen aller Art verwenden, bspw. in der Automobiltechnik bei Fahrberechtigungssystemen, in der Automatisierungstechnik bei Sortierweichen, in der Bahntechnik bei Zugangskontrollsystemen und in der Sicherheitstechnik bei Türverriegelungen, etc. In a particular development of the actuator 1 according to the invention, it is designed in the form of a bistable reversing lifting magnet, i.e. it has a restoring element 8 in the form of a counter-coil wound or controlled in opposite directions and thus enables a reversing stroke. The locking element 10 and the associated recess 15 in the armature 7 can also be arranged in front of or behind each of the coils or between the two coils. An actuator 1 designed in this way can be used in bistable applications of all kinds, for example in automotive technology for drive authorization systems, in automation technology for sorting points, in railway technology for access control systems and in safety technology for door locks, etc.

[0022] In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Aktuators ist das im Wesentlichen amagnetische Verriegelungselement in Abhängigkeit von der Verwendung des Aktuators aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, insbesondere mit hoher Bruchfestigkeit gefertigt, wie bspw. aus einer Messinglegierung mit einer Zugfestigkeit von 230 bis 610 N/mm<2>oder aus einer Chrom-MolybdänLegierung mit einer Zugfestigkeit von bspw. bis zu 1'000 N/mm<2>oder aus einem technischen Kunststoff, wie bspw. aus einem mit Kohlenstoff-Nanoröhren verstärkten Kunststoff mit einer Zugfestigkeit von bspw. bis zu 63'000 N/mm<2>. Vornehmlich weist das Verriegelungselement eine hohe Scherfestigkeit und/oder Zeitfestigkeit, d.h. Ermüdungsfestigkeit auf. In a development of the actuator according to the invention, the essentially non-magnetic locking element is made of a material with high strength, in particular with high breaking strength, such as a brass alloy with a tensile strength of 230 to 610 N/m, depending on the use of the actuator. mm<2>or made of a chromium-molybdenum alloy with a tensile strength of e.g. up to 1,000 N/mm<2>or made of an engineering plastic, such as a plastic reinforced with carbon nanotubes with a tensile strength of e.g. up to 63,000 N/mm<2>. Notably, the locking element exhibits high shear strength and/or fatigue strength, i.e., fatigue strength.

[0023] Hilfsweise kann der Mantelkörper 4 und/oder des Jochstück 5 mit zusätzlichen Bauelementen versehen sein, um den Feldlinienverlauf des Streufeldes zu beeinflussen und insbesondere damit die Abstossungskräfte zwischen dem Permanentmagneten 13 und dem Anker 7 zu optimieren. Alternatively, the casing body 4 and/or the yoke piece 5 can be provided with additional components in order to influence the course of the field lines of the stray field and in particular to optimize the repulsion forces between the permanent magnet 13 and the armature 7 .

[0024] Die Vorteile der vorliegenden Aktuators sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und insbesondere in der bauteilreduzierten und damit überraschend einfachen Konstruktion, d.h. in der platzsparenden und funktionssicheren Bauweise zu sehen. Darüber hinaus erlaubt der erfindungsgemässe Aktuator, diesen in einfacher Weise an gewünschte Anforderungen anzupassen, insbesondere für die Verwendung in einem verschleissarmen, d.h. langfristig stabilen Sicherheitsschloss. The advantages of the present actuator are immediately apparent to the person skilled in the art and can be seen in particular in the reduced number of components and thus surprisingly simple construction, i.e. in the space-saving and functionally reliable construction. In addition, the actuator according to the invention allows it to be easily adapted to desired requirements, in particular for use in a low-wear, i.e. long-term stable, security lock.

BezugszeichenReference sign

[0025] 1 Aktuator 2 Wicklungsträger 3 Spule 4 Mantelkörper 5 Jochstück 6 Polstück 7 Anker 8 Rückstellelement 9 Lager-Rohr 10 Verriegelungselement 11 Führungsring 12 Federteller 13 Permanentmagnet 14 Verriegelungsführung 15 Aussparung 16 Verschlussring 17 Stellschraube 18 umlaufende Nut 19 Bodenbereich 20 Flankenbereich A Axialrichtung P1 erste Endposition P2 zweite Endposition F magnetische Feldlinien 1 actuator 2 winding carrier 3 coil 4 casing body 5 yoke piece 6 pole piece 7 armature 8 restoring element 9 bearing tube 10 locking element 11 guide ring 12 spring plate 13 permanent magnet 14 locking guide 15 recess 16 locking ring 17 adjusting screw 18 circumferential groove 19 base area 20 flank area A axial direction P1 first End position P2 second end position F magnetic field lines

Claims (10)

1. Elektromagnetischer Aktuator (1) für Verriegelungsanwendungen, vorzugsweise für Sicherheitsschlösser, welcher Aktuator (1) eine elektrisch bestrombare Spule (3) aufweist, welche von einem Mantelkörper (4) und einem Jochstück (5) mindestens teilweise umschlossen ist, wobei innerhalb der Spule (3) ein in Axialrichtung (A) beweglich gelagerter Anker (7) vorgesehen ist, welcher mit einem Rückstellelement (8), in Form eines federelastischen Elementes und/oder einer Gegenspule zur Erzeugung eines Umkehrhubs, zusammenwirkt und zwischen einer ersten Endposition (P1) und einer zweiten Endposition (P2) bewegbar ist, wobei quer zur Axialrichtung (A) des Ankers (3) mindestens ein wenigstens teilweise von magnetischen Feldlinien (F) durchflutbares Verriegelungselement (10) vorgesehen ist, welches mit dem Anker (7) derart zusammenwirkt, dass dieser in wenigstens einer seiner Endpositionen (P1, P2) durch mindestens das eine Verriegelungselement (10) verriegelbar oder entriegelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (10) einen mit diesem, vorzugsweise in seinem Innern, fest verbundenen Permanentmagneten (13) umfasst, und welches Verriegelungselement (10) innerhalb einer in einem Führungsring (11) vorgesehenen Verriegelungsführung (14) beweglich gelagert ist, wobei das Verriegelungselement (10) zur Verriegelung in eine Aussparung (15) des Ankers (7) eingreift.1. Electromagnetic actuator (1) for locking applications, preferably for security locks, which actuator (1) has an electrically energizable coil (3) which is at least partially enclosed by a casing body (4) and a yoke piece (5), wherein inside the coil (3) an armature (7) that is movably mounted in the axial direction (A) is provided, which interacts with a restoring element (8) in the form of a spring-elastic element and/or a counter-coil to generate a reverse stroke and between a first end position (P1) and a second end position (P2) is movable, At least one locking element (10) through which magnetic field lines (F) can at least partially flow is provided transversely to the axial direction (A) of the armature (3) and which interacts with the armature (7) in such a way that the latter in at least one of its end positions (P1, P2) can be locked or unlocked by at least one locking element (10), characterized in that the locking element (10) comprises a permanent magnet (13) firmly connected to it, preferably in its interior, and which locking element (10) is movably mounted within a locking guide (14) provided in a guide ring (11), the locking element (10 ) engages in a recess (15) of the armature (7) for locking. 2. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) bei unbestromter Spule (3) die erste Endposition (P1) und bei Bestromung der Spule (3) die zweite Endposition (P2) einnimmt, wobei die erste Endposition (P1) eine Schliessstellung und die zweite Endposition (P2) eine Freigabestellung ist.2. Electromagnetic actuator (1) according to claim 1, characterized in that the armature (7) assumes the first end position (P1) when the coil (3) is de-energized and the second end position (P2) when the coil (3) is energized, the first end position (P1) is a closed position and the second end position (P2) is a release position. 3. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (10) eine neutrale oder nur leichte paramagnetische Permeabilität von µ ≈ 1 aufweist.3. Electromagnetic actuator (1) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the locking element (10) has a neutral or only slight paramagnetic permeability of μ ≈ 1. 4. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (13) des Verriegelungselementes (10) bei Verriegelung eine vorgegebene Lage relativ zu Anker (7) und Spule (3) aufweist, derart dass der Permanentmagnet (13) des Verriegelungselement (10) bei Bestromung der Spule (3) einer vom Streufeld der Spule (3) erzeugten magnetischen Kraft ausgesetzt ist, um das Verriegelungselement (10) aus der vorgegebenen Lage heraus zu bewegen.4. Electromagnetic actuator (1) according to claim 3, characterized in that the permanent magnet (13) of the locking element (10) has a predetermined position relative to the armature (7) and coil (3) when locking, such that the permanent magnet (13) of the locking element (10) is exposed to a magnetic force generated by the stray field of the coil (3) when the coil (3) is energized in order to move the locking element (10) out of the predetermined position. 5. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (10) radial zur Axialrichtung (A) des Ankers (7) angeordnet ist.5. Electromagnetic actuator (1) according to claim 4, characterized in that the locking element (10) is arranged radially to the axial direction (A) of the armature (7). 6. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (10) zu einer senkrecht zur Axialrichtung (A) des Ankers (7) stehenden Transversalebene geneigt angeordnet ist.6. Electromagnetic actuator (1) according to claim 4, characterized in that the locking element (10) is arranged inclined to a perpendicular to the axial direction (A) of the armature (7) transverse plane. 7. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere drei, Verriegelungselemente (10) um den Anker (7) speichenartig verteilt angeordnet sind.7. Electromagnetic actuator (1) according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that several, in particular three, locking elements (10) are arranged around the armature (7) distributed like spokes. 8. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach einem der vorgehende Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (15) in Form einer umlaufenden Nut (18) gestaltet ist.8. Electromagnetic actuator (1) according to any one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the recess (15) is designed in the form of a circumferential groove (18). 9. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (18) einen spulenseitig abfallenden Bodenbereich (19) und vorzugsweise einen spulenseitig gestuften Flankenbereich (20) aufweist.9. Electromagnetic actuator (1) according to claim 8, characterized in that the groove (18) has a coil-side sloping bottom area (19) and preferably a coil-side stepped flank area (20). 10. Elektromagnetischer Aktuator (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (10) aus einem technischen Werkstoff mit hoher Festigkeit, d.h. mit hoher Bruchfestigkeit gefertigt ist, d.h. aus einer Messinglegierung mit einer Zugfestigkeit von 230 bis 610 N/mm<2>oder aus einer Chrom-Molybdän-Legierung mit einer Zugfestigkeit von bspw. bis zu 1'000 N/mm<2>oder aus einem mit Kohlenstoff-Nanoröhren verstärkten Kunststoff mit einer Zugfestigkeit von bspw. bis zu 63'000 N/mm<2>, wobei der technische Werkstoff vornehmlich eine hohe Scherfestigkeit und/oder Zeitfestigkeit, d.h. Ermüdungsfestigkeit aufweist.10. Electromagnetic actuator (1) according to any one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the locking element (10) is made of an engineering material with high strength, i.e. with high breaking strength, i.e. from a brass alloy with a tensile strength of 230 to 610 N/mm<2> or made of a chromium-molybdenum alloy with a tensile strength of e.g. up to 1000 N/mm<2> or made of a plastic reinforced with carbon nanotubes with a tensile strength of, for example, up to 63,000 N/mm<2>, with the technical material primarily having high shear strength and/or fatigue strength, i.e. fatigue strength.